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苯乙烯工艺及其主要控制分析

发表时间：2021/5/12 来源：《基层建设》2021年第1期作者：张鹤

[导读] 摘要：我国化工行业发展中，各种化工产品生产工艺的技术更新速度较快，为了保证苯乙烯工艺生产的效果，很多化工生产企业都在积极探索苯乙烯工艺及控制措施进行了探索，本文分析了苯乙烯催化生产工艺原理进行了分析，并介绍了苯乙烯工艺路线，而后探讨了其主要控制因素。

        中国石油大庆石化分公司化工三厂黑龙江省大庆市 163700
        摘要：我国化工行业发展中，各种化工产品生产工艺的技术更新速度较快，为了保证苯乙烯工艺生产的效果，很多化工生产企业都在积极探索苯乙烯工艺及控制措施进行了探索，本文分析了苯乙烯催化生产工艺原理进行了分析，并介绍了苯乙烯工艺路线，而后探讨了其主要控制因素。
        关键词：苯乙烯；工艺；主要控制
        引言
        苯乙烯是一种非常重要的化工原料，苯乙烯催化生产的主反应为乙苯催化脱氢，但是生产中会发生副反应，影响苯乙烯产品的质量，因此强化各因素质量控制力度才能够提升苯乙烯生产工艺效果，苯乙烯生产中的主要控制因素包括温度、催化剂等，苯乙烯生产工艺的改进还需积极进行技术探索。
        1苯乙烯催化生产工艺原理
        苯乙烯（SM）是生产合成橡胶、树脂和塑料的重要单体之一。苯乙烯及其衍生物的市场需求量随着我国国民经济的日益发展壮大也不断扩大，一直保持着高速增长趋势。到我国2018年一年里，苯乙烯整体表观消费量高达1015万吨的水平。目前，乙苯催化脱氢法工艺是生产苯乙烯的主要方法，占苯乙烯生产总量的85%以上。乙苯催化脱氢反应要在负压、高温条件下进行，这个反应是吸热反应，反应生成氢气和苯乙烯。根据化学平衡理论，温度上升时反应平衡常数就增大，为了保证反应朝有利于正面的方向进行就必须增加温度，因为除了这个主反应之外，还有一系列的副反应伴随着发生。
        主反应方程式：C6H5C2H5 ↔ C6H5C2H3+H2
        常见副反应为：C6H5CH2CH3 → C6H6+C2H4
        C6H5CH2CH3+H2 → C6H5CH3+CH4
        C6H5CH2CH3+H2→ C6H6+C2H6
        2苯乙烯装置工艺技术路线
        目前，乙苯催化脱氢法和共氧化联产法是用乙苯为原料制取苯乙烯的主要生产方法。其中共氧化法的缺点有很多，它工艺非常复杂，涉及到的流程特别长，并且整个使用过程中用到的设备非常容易腐蚀，整体来说设备投资也非常高，然而，能产生的生产能力却小于15%，所以目前社会上主要使用了催化脱氢法来进行生产加工，制作需要的苯乙烯。280kt/a的苯乙烯非常常见，一般来说要求负压绝热脱氢反应工艺技术具有其间换热能力。其中脱氢反应器需要用到轴径向反应器，这可以让反应器得到大量的优化，在集流设计和分流设计中，都能够提高工作效率。使用立式整体结构三联废热换热器，可以很好的减少热量损失，因为它能够从程序上缩短反应物料停留时间，也可以避免反应物由于高温出现裂解的情况。到提纯步骤时，可以用脱氢液分流精制来做到顺序分离恒废热回收。然后，薄膜蒸发器可以进一步回收焦油中的苯乙烯，做好回收工作。处理工艺凝液以及尾气时一定要重视污染控制，保证整个工艺流程产生的废气废液不会污染环境，尽最大可能减少“三废”排放，控制环境污染程度。要注意对流段和烟囱之间的工作情况，做好锅炉及水取热措施，让锅炉水温可以在这个阶段从109摄氏度，提升到149摄氏度。另一方面要把排烟温度降到120摄氏度。保证蒸汽过热炉热效率，使其能够达到92.8%。
        3主要控制因素
        3.1 温度
        会影响苯乙烯产生效率和质量的因素有很多。首先就是温度方面的影响，乙苯脱氢生成苯乙烯，这一个反应本身是吸热反应，根据热力学角度的分析可以看出，平衡转换率会随着温度变化。当温度越高，平衡转化率也会越高。温度提高后，对应的吸热反应也会加剧，所以，这个过程中生成的苯乙烯选择性会降低，综合来说反应温度必须适宜，不能过高，也不能过低，在标准范围内才能更好的发挥自己的效果。工作人员需要从实际情况出发，做好控制工作。

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在保证苯乙烯单程收率的基础上，尽可能降低能耗，延长寿命。设计使用时要让反应温度在正常范围内尽可能的低。通常来说，工业乙苯绝热脱氢反应进口温度都在215~645摄氏度期间，工作人员和设计者都要注意控制。
        3.2 二乙苯杂质浓度
        行业中常常需要用到280kt/a的苯乙烯，需要用催化干气和苯经烷基反应进一步得到需要的苯乙烯。在这个反应进行的过程中，二乙苯杂质浓度对整个纯度的影响非常大，如果不加以控制，就会造成催化剂中毒，严重影响苯乙烯获取的安全性。而且因为苯乙烯和二乙苯沸点接近，在进行工业分离时非常难以把两者分开，常规的提纯方法在这里并不适用。二乙苯脱氢会生成二乙烯苯基，这一种产物很容易聚合，当它形成能够凝结成块的副产物的时候，就会结块，堵塞催化剂空隙，让催化剂失效。综合来说，二乙苯的控制对于苯乙烯的制作来说非常重要，需要从实际情况出发做好控制工作，使二乙苯含量小于10ppm。
        3.3 水蒸气与乙苯质量比（水比）
        工作人员和设计者需要可以从实际情况出发，控制水蒸气的状态。乙苯脱氢反应本身就是一种会让分子数和体积都大大增大的反应，是一种强吸热反应，在生产过程中水蒸气发挥的作用是毋庸置疑的，因为水蒸气一方面能够做好供热工作，可以让反应装置内部的苯乙烯得到最好的分压，另一方面还可以加快以苯转换成苯乙烯的步伐。从实际情况出发，在其他操作条件不变的情况下做好压力控制，提高乙苯转换率。很多时候催化剂处于氧化状态，所以在展开工作时，要防止活性成分还原成金属，要从各种角度出发保持活性。催化剂的表面往往存在着一部分的积碳，所以水蒸气的使用还可以做到一定的清理工作，能够清理掉积碳。不过水蒸气在此发挥的作用很大，但也不能投入过多水蒸气，因为过量水蒸气会受到压力降和能耗的影响，一旦水蒸气占比过多，就会影响实际的生产工作效率，所以一定要把水比控制在1.1~1.5。
        3.4 空速
        作为一种催化剂性能的重要标志，我们需要注意液体空速的实际应用状况，从实际情况着手做好控制工作。空速LHSV越大，反应器中的生产能力就越大。所以我们需要关注在相同反应条件下地液体空速情况，一般来说要让其保持在0.35~0.4/h-1。
        3.5 催化剂
        要实现催化作用，催化剂需要有脱氢活性，还要有高温水蒸气条件下绝对的稳定性，并且要保证使用寿命足够长，同时还要控制好氯离子含量，最大程度的避免催化剂中毒。
        4装置反应操作条件
        乙苯经过反应产物加热，能够和过热蒸汽进行进一步的反应，得到的产物冷却后进入油水分离罐沉降、进入尾气压缩机吸收，然后通过尾气增压机输送到制氢装置中。
        结束语
        总之，在苯乙烯生产过程中积极做好要各因素控制、反应装置操作才能够确保苯乙烯产品的纯度及质量，为进一步生产相应化工产品提供高质量原料，为各领域化工产品的利用提供保障。
        参考文献
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