二十萬(wàn)噸年乙苯負(fù)壓脫氫制苯乙烯技術(shù)與工業(yè)應(yīng)用

1、20萬(wàn)噸/年乙苯負(fù)壓脫氫制苯乙烯技術(shù)與工業(yè)應(yīng)用徐志剛 和成剛 鄒志榮 張文明 （常州瑞華化工工程技術(shù)有限公司，江蘇常州213001）摘要： 本文簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)首套單系列20萬(wàn)噸/年乙苯負(fù)壓脫氫制苯乙烯裝置的技術(shù)及其工業(yè)應(yīng)用情況，首次在國(guó)產(chǎn)化裝置上，采用了低水比節(jié)能型工藝。通過(guò)8個(gè)月的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)表明：本裝置達(dá)到了設(shè)計(jì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，實(shí)際物耗1.062tEB/tSM，低于設(shè)計(jì)物耗； CRI GOLD系列催化劑性能優(yōu)良，在低水比下仍能獲得大于64%的轉(zhuǎn)化率，高于97%(mol)選擇性。日產(chǎn)量達(dá)到660噸，超過(guò)設(shè)計(jì)產(chǎn)量的10%。關(guān)鍵詞 乙苯脫氫 苯乙烯 徑向反應(yīng)器 工業(yè)應(yīng)用 節(jié)能引言苯乙烯是重要的基本有

2、機(jī)化工原料，大量用于塑料和合成橡膠的生產(chǎn)。目前世界苯乙烯年生產(chǎn)能力約3000萬(wàn)噸，其中85%采用乙苯催化脫氫工藝生產(chǎn)，其余采用共氧化法生產(chǎn)。我國(guó)年生產(chǎn)能力約450萬(wàn)噸，除中?；葜荨㈡?zhèn)海利安德外都采用乙苯催化脫氫生產(chǎn)。2010年進(jìn)口苯乙烯360萬(wàn)噸，國(guó)產(chǎn)裝置的能力遠(yuǎn)不能滿足國(guó)內(nèi)的需求1。目前我國(guó)單系列生產(chǎn)能力超過(guò)20萬(wàn)噸/年的苯乙烯裝置，有引進(jìn)Badger/Fina技術(shù)的獨(dú)山子（32萬(wàn)噸/年）、大沽化工（50萬(wàn)噸/年）、引進(jìn)Lummus技術(shù)的上海賽科（50萬(wàn)噸/年）、引進(jìn)Lyonadell乙苯共氧化技術(shù)的中海惠州（52萬(wàn)噸/年sm）、鎮(zhèn)海利安德（65萬(wàn)噸/年）和采用國(guó)產(chǎn)技術(shù)的玉皇化工（20萬(wàn)噸/

3、年）。由于國(guó)家發(fā)改委產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)目錄中，要求純乙烯法苯乙烯裝置規(guī)模必須不小于20萬(wàn)噸/年，開發(fā)國(guó)產(chǎn)高效、低能耗、大型苯乙烯技術(shù)具有特別重要意義。本文以本公司開發(fā)的玉皇化工20萬(wàn)噸/年苯乙烯裝置為例，介紹其技術(shù)概況和其8個(gè)月的生產(chǎn)運(yùn)行情況。1流程簡(jiǎn)介玉皇化工苯乙烯裝置在國(guó)內(nèi)首次采用低水比節(jié)能型負(fù)壓脫氫的工藝,裝置分為脫氫反應(yīng)系統(tǒng)、工藝凝液系統(tǒng)、尾氣吸收系統(tǒng)、脫氫液分餾精制以及同分餾密切相關(guān)的真空系統(tǒng)和阻聚劑系統(tǒng),其核心脫氫反應(yīng)系統(tǒng)流程，如圖1。圖1，脫氫反應(yīng)系統(tǒng)流程主蒸汽經(jīng)過(guò)蒸汽過(guò)熱爐F301對(duì)流段預(yù)熱到600，進(jìn)入F301輻射段A室被加熱到840-850，進(jìn)入中間再熱器E300用于加熱第一反應(yīng)

4、器R301出口的工藝氣達(dá)到第二反應(yīng)器R302進(jìn)口溫度615-645，自身降溫到590-610，然后在F301輻射段B室加熱到828-840，與來(lái)自乙苯過(guò)熱器E301的500-520的乙苯水蒸氣混合物在預(yù)混和器X300中混合，然后進(jìn)入進(jìn)入第一脫氫反應(yīng)器R301進(jìn)口管靜態(tài)混合器均勻混合，在610-640下進(jìn)入R301徑向催化床，經(jīng)催化反應(yīng)工藝氣降溫至540-560離開R301，進(jìn)入中間換熱器E300。進(jìn)入中間換熱器的工藝氣與840-850的過(guò)熱蒸汽逆流間接換熱器。工藝氣升溫到615-645，而后進(jìn)入第二反應(yīng)器R302的催化床；工藝氣進(jìn)入第二脫氫反應(yīng)器R302的催化床，經(jīng)反應(yīng)后，溫度降為580-60

5、0，然后進(jìn)入乙苯過(guò)熱器E301預(yù)熱來(lái)自乙苯蒸發(fā)器的原料乙苯和水的汽相混合物。主要工藝指標(biāo)： （1）第二反應(yīng)器出口壓力38KPa （2）水比（重量比）：1.2（初期）-1.35（后期） （3）乙苯有效液體空速LHSV：0.40m3乙苯/（m3催化劑·hr） （4）反應(yīng)系統(tǒng)壓降：16 KPa （5）乙苯總轉(zhuǎn)化率：64% （6）苯乙烯總選擇性：97 mol %（7）催化劑壽命：3年（8）物耗：1.07tEB/tSM2核心設(shè)備乙苯脫氫反應(yīng)器采用新型純徑向反應(yīng)器2，首次在國(guó)產(chǎn)化苯乙烯裝置上使用。反應(yīng)器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1。表2 20萬(wàn)噸/年乙苯脫氫徑向反應(yīng)器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 項(xiàng) 目單位（mm）第一

6、脫氫反應(yīng)器殼體內(nèi)徑4000R301床層有效高14600床層內(nèi)徑1862床層外徑3062第二脫氫反應(yīng)器殼體內(nèi)徑4000R302床層有效高14600床層內(nèi)徑1862床層外徑3062乙苯過(guò)熱器E301一直是苯乙烯裝置的關(guān)鍵設(shè)備，采用臥式結(jié)構(gòu)3。采用臥式結(jié)構(gòu)的乙苯過(guò)熱器常發(fā)生泄露、換熱管拉斷或管擠拉板變形；也有采用了立式換熱器的方案，但是帶來(lái)了阻力增加、高溫管線膨脹處理復(fù)雜困難的弊端4567。本裝置采用新型專利換熱器結(jié)構(gòu)8，仍然采用臥式，結(jié)合專利的導(dǎo)向支承和填料函密封，很好在克服了管束膨脹阻力、保持管束自由膨脹和保障流體的密封，取得了良好的使用效果。同時(shí)保證管程壓降小于2kPa，殼程壓降小于10kPa

7、，為保障負(fù)壓反應(yīng)的良好效果，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)負(fù)壓共沸蒸發(fā)創(chuàng)造了有利的技術(shù)條件。其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如表3。表3 乙苯過(guò)熱器E301的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 項(xiàng) 目單位殼程殼體內(nèi)徑3600mm擋板形式雙弓形擋板數(shù)擋板間距6800缺口高度900管程總管數(shù)3747管長(zhǎng)6000mm排管方式管徑正三角形38X2.5管心距48此外，還采用了多項(xiàng)新技術(shù)，包括超低阻力的預(yù)混合器和靜態(tài)混合器技術(shù)、新的激冷工藝和在線可拆式激冷器、負(fù)壓共沸蒸發(fā)技術(shù)、低溫吸收和再生系統(tǒng)、全真空精餾分離系統(tǒng)、氣提式焦油苯乙烯回收工藝等。3生產(chǎn)運(yùn)行情況2009年10月一次開車成功、順利投產(chǎn)，2011年9月通過(guò)裝置考核，至今已經(jīng)運(yùn)行了24個(gè)月。催化劑采用美國(guó)C

8、RI GOLD系列催化劑，取得了良好的效果。表4列出了1-2，3-4月脫氫反應(yīng)系統(tǒng)操作的平均數(shù)據(jù)，最高日產(chǎn)量達(dá)到680噸。苯乙烯生產(chǎn)裝置主要運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比，列于表5。表4 1-2，3-4月脫氫反應(yīng)系統(tǒng)操作的平均數(shù)據(jù)項(xiàng)目操 作 條 件工 藝 指 標(biāo)乙苯t/h水比wtR301進(jìn)/出口溫度R302進(jìn)口溫度R301進(jìn)出口壓力 KpaR302進(jìn)出口壓力 Kpa轉(zhuǎn)化率%選擇性mol%1-242.481.31619/537620/56450-4644-40656997.297.03-443.111.26628/550629/57650/4644-40表5苯乙烯生產(chǎn)裝置主要運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比規(guī)模和技術(shù)水比Wt轉(zhuǎn)化率%

9、選擇性mol%苯乙烯二甲苯Wt%乙苯醛過(guò)氧化物聚合物物耗tEB/tSM3萬(wàn)噸/年1.56697.299.80120080010050101.0726萬(wàn)噸/年6596.899.80508005020101.065本裝置659799.8010004005020101.62新型純徑向反應(yīng)器的使用取得了良好的效果，（1）反應(yīng)器壓降低，系統(tǒng)壓降僅為10kPa，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值16kPa；（2）第一反應(yīng)器R301共14點(diǎn)床層測(cè)溫點(diǎn)，第二反應(yīng)器R302也有14個(gè)側(cè)溫點(diǎn)，布置在床層出口，在運(yùn)行初期第一反應(yīng)器床層溫度541±2，第二反應(yīng)器床層溫度567±2，表明反應(yīng)器流體分布均勻。（3）反應(yīng)效果

10、良好，轉(zhuǎn)化率大于64%，選擇性大于97%。乙苯過(guò)熱器E301達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，管殼程之間無(wú)泄露，換熱器管程進(jìn)出口物流組成通過(guò)多次分析沒有變化；管程壓降小于2kPa，殼程壓降小于10kPa，乙苯蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)了在較高真空下蒸發(fā)，蒸發(fā)后絕壓80kPa，溫度82.5-84。確保了共沸蒸發(fā)技術(shù)的實(shí)施。4結(jié)論玉皇化工20萬(wàn)噸/年苯乙烯裝置在國(guó)內(nèi)首次采用低水比節(jié)能型負(fù)壓脫氫的工藝，通過(guò)8個(gè)月的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)表明：本裝置達(dá)到了設(shè)計(jì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，實(shí)際物耗低于設(shè)計(jì)物耗； CRI GOLD系列催化劑性能優(yōu)良，在低水比下仍能獲得大于64%的轉(zhuǎn)化率，高于97%(mol)選擇性。日產(chǎn)量達(dá)到680噸，超過(guò)設(shè)計(jì)產(chǎn)量的10%。參 考 文

11、 獻(xiàn)1苯乙烯行業(yè)月度信息報(bào)告，2010年No1，152徐志剛，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00710043402.X，徑向催化反應(yīng)器和控制流體均勻分布的方法，20073 楊盛啟，趙立忠苯乙烯裝置乙苯蒸汽過(guò)熱器事故分析及改進(jìn)J石油化工設(shè)備技術(shù)，2000，21(5)：684 師樹才乙苯蒸汽過(guò)熱器失效分析及技術(shù)改進(jìn)J壓力容器，2000，17(2)：63655 喬學(xué)福乙苯蒸汽過(guò)熱器分析原因及改進(jìn)措施J化工進(jìn)展，2002，21(9)：6856886 何紅生乙苯蒸汽過(guò)熱器國(guó)產(chǎn)化研制J壓力容器，200324(12)：32347張中清 ，王正方 ，王 勇等，苯乙烯裝置過(guò)熱器組的改進(jìn)，壓力容器，2005，25（6），48-

12、518徐志剛 中國(guó)專利申請(qǐng)200820151384.7 帶有滑動(dòng)導(dǎo)向支承和填料函的管殼式換熱器，2008Commercial Application and Technology for 200kt/a Ethyl-benzene Dehydrogenation to Styrene under Reduced Pressure Xu Zhigang He Chenggang Zou Zhirong Zhang Wenming(Changzhou Ruihua Chemical Eng.&Tech. Limited , Jiangsu 213001)Abstract: Its brie

13、fly introduced that the technology of ethyl-benzene dehydrogenation under reduce pressure has been applied to the first 200kt/a styrene plant. The Process is energy saving and low water/oil ratio. The plant has been run over 8 months. The results show that the technical and economic index of design are achieved ,the consumption of ethyl-benzene per ton styrene is 1.062 and lower the design data; the performance of CRI gold Catalysts is good, the conversion is over 64% and selectivity is over 97% und