淺析苯乙烯生產(chǎn)的工藝流程

-5-西安理工大學(xué)畢業(yè)論文論文題目：淺析苯乙烯生產(chǎn)的工藝流程專業(yè)：班級(jí)：作者：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：***評(píng)閱人：2011淺析苯乙烯生產(chǎn)的工藝流程摘要：本文圍繞乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯的反應(yīng)原理以及工藝影響因素，工藝流程進(jìn)行了比較細(xì)致的分析，文中對(duì)脫氫反應(yīng)的催化劑應(yīng)滿足的要求，反應(yīng)溫度、壓力、水蒸氣用量、原料純度和空間速度對(duì)乙苯脫氫反應(yīng)的影響，用于乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯的列管式等溫反應(yīng)器和絕熱式反應(yīng)器在設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝條件及控制上的區(qū)別，單段絕熱式反應(yīng)器的不足之處，都做了比較細(xì)致的分析。關(guān)鍵詞：苯乙烯生產(chǎn)、反應(yīng)原理、工藝影響因素、工藝流程引言：我在學(xué)習(xí)的過程中，根據(jù)老師的講解以及我對(duì)課本的理解對(duì)苯乙烯生產(chǎn)的工藝流程進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述。世界是物質(zhì)的，物質(zhì)是在不斷運(yùn)動(dòng)的，也是在不斷變化的。化學(xué)是一門研究物質(zhì)變化的科學(xué)。研究化學(xué)的目的，在于認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)及物質(zhì)變化的規(guī)律并將其應(yīng)用于生產(chǎn)，將天然資源經(jīng)過化學(xué)變化加工成為為人類生產(chǎn)和生活服務(wù)的各種物質(zhì)。當(dāng)今世界，已是化學(xué)世界?，F(xiàn)代化學(xué)工業(yè)與農(nóng)業(yè)、國(guó)防、輕工、紡織和建筑等工業(yè)部門都有密切關(guān)系，人們的“衣、食、住、用、行”，幾乎都離不開化工產(chǎn)品，化工產(chǎn)品已經(jīng)滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域?；瘜W(xué)工業(yè)是生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品的工業(yè)，它是采用化學(xué)加工的方法，將天然資源通過一系列化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)出自然界已有的或沒有的新物質(zhì)，或者說是將化學(xué)科技與工程技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)過程的一種制造業(yè)?；瘜W(xué)工藝則是根據(jù)技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理的原則來研究開發(fā)各種原材料、半成品、成品的加工方法及過程。一、苯乙烯性質(zhì)簡(jiǎn)介苯乙烯為無色、易燃的液體，沸點(diǎn)145.2℃，熔點(diǎn)-33℃，相對(duì)密度0.906，難溶于水，有毒，在空氣中的允許濃度在0.1mg·L-1以下。苯乙烯的工業(yè)制法是苯與乙烯先進(jìn)行傅-克烷基化反應(yīng)生成乙苯，再經(jīng)催化脫氫，即得苯乙烯。乙苯脫氫生成苯乙烯是吸熱反應(yīng)。二、乙苯催化脫氫生產(chǎn)苯乙烯的工藝流程及其特點(diǎn)乙苯催化脫氫反應(yīng)是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，需在高溫下向系統(tǒng)供給大量的熱以滿足反應(yīng)需要。自乙苯催化脫氫制苯乙烯實(shí)現(xiàn)工業(yè)化以來，根據(jù)供熱方式不同，可分為兩種不同形式的反應(yīng)器，即由美國(guó)的Dow公司開發(fā)的絕熱反應(yīng)器和德國(guó)的BASF公司開發(fā)的等溫反應(yīng)器。等溫反應(yīng)器脫氧工藝流程該反應(yīng)器為外加熱列管式反應(yīng)器，由許多耐高溫的鎳鉻不銹鋼管或內(nèi)襯銅合金的耐熱鋼管組成。管長(zhǎng)一般為3m，管內(nèi)裝填催化劑，管外由煙道氣加熱，供給反應(yīng)反應(yīng)所需的熱量，保持反應(yīng)在等溫下進(jìn)行，故稱等溫反應(yīng)器。工藝流程：原料乙苯蒸氣和一定量的水蒸氣混合后，經(jīng)第一預(yù)熱器、熱交換器、第二預(yù)熱器預(yù)熱至540℃左右后進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行脫氫反應(yīng)，反應(yīng)后的脫氫產(chǎn)物溫度為580~600℃，經(jīng)熱交換器進(jìn)行熱量交換，以收回能量，然后進(jìn)入冷凝器進(jìn)行冷凝冷卻，冷凝液入油水分離器，在此烴相和水相分離，除去水的脫氫產(chǎn)物（又稱爐油）送至粗苯乙烯貯槽，準(zhǔn)備分離精制。絕熱反應(yīng)器脫氧工藝流程絕熱反應(yīng)器中反應(yīng)所需熱量全部由過熱水蒸氣供給，故該方法所需水蒸氣量較大，比等溫反應(yīng)器所需水蒸氣多一倍左右，而且要求也高。工藝流程：新鮮乙苯和循環(huán)乙苯經(jīng)預(yù)熱，與高溫產(chǎn)物進(jìn)行熱交換被加熱至520~570℃進(jìn)入反應(yīng)器。10%的水蒸氣經(jīng)預(yù)熱和熱交換后進(jìn)入反應(yīng)器，余下的90%的水蒸氣經(jīng)換熱后進(jìn)入過熱爐，過熱至720℃后進(jìn)入脫氫反應(yīng)器。反應(yīng)器出口溫度約580℃左右，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)熱交換器利用其熱量后進(jìn)入冷凝冷卻器中，冷凝液進(jìn)入油水分離器，分出水分，油層進(jìn)入粗苯乙烯貯槽以備分離精制。采用等溫反應(yīng)器，其轉(zhuǎn)化率較高，一般可達(dá)40%~45%，選擇性（苯乙烯）達(dá)92%~95%。而絕熱反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造費(fèi)用低，生產(chǎn)能力大。等溫反應(yīng)器要使反應(yīng)在等溫下進(jìn)行，理論上可行，但實(shí)際則難以做到。單段絕熱反應(yīng)器脫氫的轉(zhuǎn)化率和生成苯乙烯的選擇性都較低，一般轉(zhuǎn)化率在35%~40%左右，生成苯乙烯的選擇性為90%左右。自上世紀(jì)70年代以來，為了克服絕熱反應(yīng)器的缺點(diǎn)，在反應(yīng)器設(shè)計(jì)與脫氫條件方面進(jìn)行了許多研究改進(jìn)。由單段發(fā)展到多段，從常壓操作發(fā)展到減壓操作，反應(yīng)物從軸向流動(dòng)發(fā)展到徑向流動(dòng)，均收到了較好的效果。三、乙苯脫氫反應(yīng)的催化劑應(yīng)滿足的條件由于乙苯脫氫的反應(yīng)必須在高溫下進(jìn)行，而且反映產(chǎn)物中存在大量氫氣和水蒸氣，因此乙苯脫氫反應(yīng)的催化劑應(yīng)該滿足下列條件要求：有良好的活性和選擇性，能加快脫氫主反應(yīng)的速率，而又能抑制聚合、裂解等副反應(yīng)的進(jìn)行；高溫條件下有良好的熱穩(wěn)定性，通常金屬氧化物比金屬具有更高的熱穩(wěn)定性；有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，以免金屬氧化物被氫氣還原為金屬，同時(shí)在大量水蒸氣的存在下，不致被破壞結(jié)構(gòu)，能保持一定的強(qiáng)度；不易在催化劑表面結(jié)焦，且結(jié)焦后易于再生。在工業(yè)生產(chǎn)上，常用的脫氫催化劑主要有兩類：一是以氧化鐵為主的催化劑，如Fe2O3-Cr2O3-KOH或Fe2O3-Cr2O3-K2CO3等，另一類是以氧化鋅為主體的催化劑，如ZnO-Al2O3-CaO,ZnO-Al2O3-CaO-KOH-Cr2O3或ZnO-Al2O3-CaO-K2SO4等。這兩類催化劑均為多組分固體催化劑，其中氧化鐵和氧化鋅分別為主催化劑，鈣和鉀的化合物為助催化劑，氧化鋁是稀釋劑，氧化鉻是穩(wěn)定劑（可提高催化劑的熱穩(wěn)定性）。這兩類催化劑的特點(diǎn)是都能自行再生，即在反應(yīng)過程中，若因副反應(yīng)生成的焦炭覆蓋于催化劑表面時(shí)，會(huì)使其活性下降。但在水蒸氣存在下，催化劑中的氫氧化鉀能促進(jìn)反應(yīng)C+H2O→CO+H2的進(jìn)行，從而使焦炭除去。有效的延長(zhǎng)了催化劑的使用周期，一般使用一年以上才需再生，而且再生時(shí)，只需停止通入原料乙苯，單獨(dú)通入水蒸氣就可完成再生操作。目前，各國(guó)以采用氧化鐵系催化劑的最多。我國(guó)采用的氧化鐵系氧化劑組成為Fe2O38%，KCr2O311.4%,K2CO36.2%,CaO2.4%,若采用溫度550~580℃時(shí)，轉(zhuǎn)化率為38%~40%，收率為90%~92%，催化劑壽命可達(dá)兩年以上。四、乙苯催化脫氫生產(chǎn)苯乙烯的工藝的影響因素1.反應(yīng)溫度從壓力對(duì)乙苯脫氫反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率的影響與乙苯脫氫反應(yīng)的平衡常數(shù)可見提高反應(yīng)溫度有利于提高脫氫反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率；提高溫度也能加快反應(yīng)速率，但是溫度越高，相對(duì)地說更有利于活化能更高的裂解等副反應(yīng)，其速率增加的會(huì)更快，雖然轉(zhuǎn)化率提高，但選擇性會(huì)隨之下降。溫度過高，不僅苯和甲苯等副產(chǎn)物增加，而且隨生焦反應(yīng)的增加，催化劑活性下降，再生周期縮短。工業(yè)生產(chǎn)中一般適宜的溫度為600℃左右。2.反應(yīng)壓力從乙苯脫氫反應(yīng)的平衡常數(shù)的數(shù)據(jù)說明降低壓力有利于脫氫反應(yīng)的平衡。因此脫氫反應(yīng)最好是在減壓下操作，但是高溫條件下減壓操作不安全，對(duì)反應(yīng)設(shè)備制造的要求高，投資增加。所以一般采用加入水蒸氣的辦法來降低原料乙苯在反應(yīng)混合物中的分壓，以此達(dá)到減壓操作相同的目的?？倝簞t采用略高于常壓以克服系統(tǒng)阻力，同時(shí)為了維持低壓操作，應(yīng)盡可能減小系統(tǒng)的壓力。3.水蒸氣用量加入稀釋劑水蒸氣是為了降低原料乙苯的分壓，有利于主反應(yīng)的進(jìn)行。選用水蒸氣作稀釋劑的好處在于：可以降低乙苯的分壓，改善化學(xué)平衡，提高平衡轉(zhuǎn)化率；與催化劑表現(xiàn)沉積的焦炭反應(yīng)，使之汽化，起到清楚焦炭的作用；水蒸氣的熱容量大，可以提供吸熱反應(yīng)所需的熱量，使溫度溫度控制；水蒸氣與反應(yīng)物容易分離。在一定的溫度下，隨著水蒸氣用量的增加，乙苯的轉(zhuǎn)化率也隨之提高，但增加到一定用量之后，乙苯的轉(zhuǎn)化率提高就不太明顯，而且水蒸氣用量過大，能量消耗也增加，產(chǎn)物分離時(shí)用來使水蒸氣冷凝耗用的冷卻水量也很大，因此水蒸氣與乙苯的比例應(yīng)綜合考慮。用量比也與所采用的脫氫反應(yīng)器的形式有關(guān)，一般絕熱式反應(yīng)器脫氫所需水蒸氣量大約比等溫列管式反應(yīng)器脫氫大一倍左右。4.原料純度若原料氣中有二乙苯，則二乙苯在脫氫催化劑上也能脫氫生成二乙烯基苯，在精制產(chǎn)品時(shí)容易聚合而堵塔。出現(xiàn)此種現(xiàn)象時(shí)，只能用機(jī)械去清除，所以要求原料乙苯沸程應(yīng)在135~136.5℃之間。原料氣中二乙苯含量小于0.04%。5.空間速度空間速度小，停留時(shí)間長(zhǎng)，原料乙苯轉(zhuǎn)化率可以提高，但同時(shí)因?yàn)檫B串副反應(yīng)增加，會(huì)使選擇性下降，而且催化劑表面結(jié)焦的量增加，致使催化劑運(yùn)轉(zhuǎn)周期縮短；但若空速過大，又會(huì)降低轉(zhuǎn)化率，導(dǎo)致產(chǎn)物收率太低，未轉(zhuǎn)化原料的循環(huán)量大，分離、回收消耗的能量也上升。所以最佳空速范圍應(yīng)綜合原料單耗、能量消耗及催化劑再生周期等因素選擇確定。結(jié)語：此文對(duì)乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯的反應(yīng)原理，工藝流程以及工藝影響都有比較細(xì)致的分析，較為完善的闡述。參考文獻(xiàn)1.《有機(jī)化學(xué)》黎春南主編化學(xué)工業(yè)出版社2.《化工工藝學(xué)》曾之平、王扶明主編化學(xué)工業(yè)出版社3.《有機(jī)化學(xué)》沈萍、李炳勇主編化學(xué)工業(yè)出版社4.《有機(jī)化學(xué)》袁履冰主編高等教育出版社謝辭本論文的完成，得益于西安理工大老師傳授的知識(shí)，使本人有了完成論文所要求的知識(shí)積累，更得益于論文指導(dǎo)老師從選題的確定、論文資料的收集、論文框架的確定、論文初稿中對(duì)字句的斟酌傾注的大量心血，在此對(duì)應(yīng)用化工技術(shù)老師表示感謝！在這里，還要特別感謝大學(xué)三年學(xué)習(xí)期間給我諸多教誨和幫助的西安理工大的各位老師，感謝各位老師給予我的指導(dǎo)和教誨我將永遠(yuǎn)記在心里！感謝在大學(xué)三年學(xué)習(xí)期間給我傳授諸多專業(yè)知識(shí)的各位老師，感謝論文指導(dǎo)老師在論文定稿給予我的指導(dǎo)和幫助！感謝我的同學(xué)們，謝謝你們給予我的幫助！回首本人的求學(xué)生涯，父母的支持是本人最大的動(dòng)力。父母不僅在經(jīng)濟(jì)上承受了巨大的負(fù)擔(dān)，在心里上更有思子之情的煎熬與望子成龍的期待。憶往昔，每次回到家時(shí)父母的欣喜之情，每次離家時(shí)父母的依依不舍之眼神，電話和信件中的殷殷期待和思念之語，皆使本人刻苦銘心，目前除了學(xué)習(xí)成績(jī)尚可外無以為報(bào)，希望以后的學(xué)習(xí)、工作和生活能使父母寬慰。***2011-9-19