化工工藝緒論和工藝

1、1.1 苯乙烯的性質(zhì)和用途苯乙烯，分子式C8H8,結(jié)構(gòu)式C6H5cH=CH2,是不飽和芳姓最簡單、最重要的成員，廣泛用作生產(chǎn)塑料和合成橡膠的原料。如結(jié)晶型苯乙烯、橡膠改性抗沖聚苯乙烯、丙烯月青-丁二烯-苯乙烯三聚體（ABS、苯乙烯-丙烯月青共聚體（SAN、苯乙烯-順丁烯二酸酊共聚體（SMA和丁苯橡膠（SBR）。苯乙烯（SM是含有飽和側(cè)鏈的一種簡單芳姓，是基本有機化工的重要產(chǎn)品之一。苯乙烯為無色透明液體，常溫下具有辛辣香味，易燃。苯乙烯難溶于水，25c時其溶解度為0.066%。苯乙烯溶于甲醇、乙醇、乙醴等溶劑中。苯乙烯在空氣中允許濃度為0.1ml/L。濃度過高、接觸時間過長則對人體有一定的危害。

2、苯乙烯在高溫下容易裂解和燃燒。苯乙烯蒸汽與空氣混合能形成爆炸性混合物，其爆炸范圍為1.16.01%（體積分數(shù)）。苯乙烯（SM具有乙烯基烯姓的性質(zhì)，反應性能極強，苯乙烯暴露于空氣中，易被氧化而成為醛及酮類。苯乙烯從結(jié)構(gòu)上看是不對稱取代物，乙烯基因帶有極性而易于聚合。在高于100c時即進行聚合，甚至在室溫下也可產(chǎn)生緩慢的聚合。因此，苯乙烯單體在貯存和運輸中都必須加入阻聚劑，并注意用惰性氣體密封，不使其與空氣接觸。苯乙烯（SM是合成高分子工業(yè)的重要單體，它不但能自聚為聚苯乙烯樹脂，也易與丙烯月青共聚為AS塑料，與丁二烯共聚為丁苯橡膠，與丁二烯、丙烯月青共聚為ABS塑料，還能與順丁烯二酸酊、乙二醇、鄰

3、苯二甲酸酊等共聚成聚酯樹脂等。由苯乙烯共聚的塑料可加工成為各種日常生活用品和工程塑料，用途極為廣泛。目前，其生產(chǎn)總量的三分之二用于生產(chǎn)聚苯乙烯，三分之一用于生產(chǎn)各種塑料和橡膠。世界苯乙烯生產(chǎn)能力在1996年已達1900萬噸，目前全世界苯乙烯產(chǎn)能約為21502250萬噸。1.2 原料的主要性質(zhì)與用途1.2.1 乙苯的主要性質(zhì)乙苯是無色液體，具有芳香氣味，可溶于乙醇、苯、四氯化碳和乙醴，幾乎不溶于水，易燃易爆，對皮膚、眼睛、粘膜有刺激性，在空氣中最大允許濃度為100PPIM乙苯側(cè)鏈易被氧化，氧化產(chǎn)物隨氧化劑的強弱及反應條件的不同而異。在強氧化劑（如高銳酸鉀）或催化劑作用下，用空氣或氧氣氧化，生成苯

4、甲酸；若用緩和氧化劑或溫和的反應條件氧化，則生成苯乙酮。表1.1乙苯的其它性質(zhì)常數(shù)名稱計量單位常數(shù)值備注1分子量106.162液體比重0.8820C3沸點C136.2101325Pa4熔點C-94.4101325Pa5液體熱容量kJ/(kgK)1.754298.15K6蒸汽熱容量Kcal/(kgK)0.28527c7蒸發(fā)熱kJ/mol35.59正常沸點下8液體粘度104kgSee/M20.67920C9生成熱Kcal/mol2.9820C10在水中溶解度11燃燒熱Kcal/mol1101.1氣體12閃點C1513自然點C553.014爆炸范圍%（體積）2.37.41.2.2乙苯的主要用途乙年L

5、個重要日勺中間體，主要用來生產(chǎn)朱乙烯，其次用作溶劑、稀釋劑以及用于生產(chǎn)二乙苯、苯乙酮、乙基慈釀等；同時它又是制藥工業(yè)的主要原料1.3 苯乙烯常見生產(chǎn)方法1.3.1 環(huán)球化學/魯姆斯法以乙苯為原料，采用脫氫反應器，由開始的單級軸向反應器，中間經(jīng)歷開發(fā)了雙級軸向反應器到雙徑向反應器再到雙級徑向反應器的各種組合優(yōu)化的多種反應器；反應器的操作壓力有開始的正壓發(fā)展到今天的負壓；汽油比有開始的2.5:1發(fā)展到今天1.3:1;蒸汽消耗由開始的10kg/kgSM發(fā)展到今天的4kg/kgSMUOBLummuS勺ClassicSMa程中乙苯脫氫工藝裝置主要有蒸汽過熱爐、絕熱型反應器、熱回收器、氣體壓縮機和乙苯/苯

6、乙烯分離塔。過熱爐將蒸汽過熱至800c而作為熱引入反應器。乙苯脫氫的工藝操作條件為550650C,常壓或減壓，蒸汽/乙苯質(zhì)量比為1.02.5。蒸汽脫料反應器壓縮機脫氧混合物超加焦器乙基冷凝液圖1.1UOP/LummuSClassicSM工藝流程UOP/Lummus!勺“SMARTSM工藝是在ClassicSM工藝基礎上發(fā)展的一項新工藝，即在工藝ClassicSM工藝的脫氫反應中引入了部分氧化技術(shù)。可提高乙苯單程轉(zhuǎn)化率達80犯上?！癝MART技術(shù)的優(yōu)點在于,通過提高乙苯轉(zhuǎn)化率，減少了未轉(zhuǎn)化乙苯的循環(huán)返回量，使裝置生產(chǎn)能力提高，減少了分離部分的能耗和單耗；以氫氧化的熱量取代中間換熱，節(jié)約了能量；甲

7、苯的生成需要氫，移除氫后減少了副反應的發(fā)生；采用氧化中間加熱，由反應物流或熱泵回收潛熱，提高了能量效率，降低了動力費用，因而經(jīng)濟性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。該技術(shù)可用于原生產(chǎn)裝置改造，改造容易且費用較低。目前采用“SMART工藝SM裝置有3套在運行。程塔乙塞塔肇乙場茶/甲笨塔精津塔圖1.2Lummus的SMAR億果脫氫工藝流程圖表1.1SMART與Classic比較反應條件和結(jié)果Classic“SMARTX2；苯乙烯選擇性/%95.695.6乙苯轉(zhuǎn)化率/%69.885水比1.71.3蒸汽/苯乙烯/t/t2.31.3燃燒油/苯乙烯/kg/t114.069.01.3.2 Fina/Badger法Badge

8、r工藝采用絕熱脫氫，蒸汽提供脫氫需要的熱量并降低進料中乙苯的分壓和抑制結(jié)焦。蒸汽過熱至800900C,與預熱的乙苯混合再通過催化劑,反應溫度為650C,壓力為負壓，蒸汽/乙苯比為1.5%2.2%。進/出/康祖單乙餐換熱器況降*蕈乙修希常塔圖1.3Fina/Badger法乙苯脫氫工藝生產(chǎn)流程示意圖1.3.3 巴斯夫法巴斯夫法工藝特點是用煙道氣加熱的方法提供反應熱，這是與絕熱反應的最大不同。其流程如下圖所示：出口氣體回收585V.75or11g1想|最普0道!初汽氣1位馨630匕585c蒸汽端道氣新鮮及回收乙革圖1.4巴斯夫法工藝流程示意圖1.3.4 Halcon法Halcon法又稱POSM聯(lián)產(chǎn)法

9、。Halcon法公司開發(fā)，于1973年在西班牙實現(xiàn)工業(yè)化。反應過程中乙苯在液相反應器中用氧化成過氧化物，反應條件為壓力0.35MPa,溫度141C,停留時間4h,生成的乙苯過氧化物經(jīng)提濃度到17淅，進入環(huán)氧化工序。環(huán)氧化溫度為110C、壓力為4.05MP3環(huán)氧化反應液經(jīng)蒸儲得環(huán)氧丙烷。環(huán)氧化另一產(chǎn)物甲基甲醇在260C、常壓下脫水得苯乙烯。反應流程如圖4所示。裝,分反西餐偏環(huán)1-過氧化塔；2-提液塔；3-環(huán)氧化塔；4,5-分離塔；6-環(huán)氧丙烷提濃塔;7-甲基節(jié)酯脫水塔；8-苯乙烯提濃塔；9-苯乙酮加氫器圖1.5Halcon法工藝流程示意圖1.3.5 裂解汽油萃取分離法日本日本東麗公司開發(fā)了Ste

10、x法裂解汽油萃取分離苯乙烯技術(shù)，同時還開發(fā)了專用萃取劑，可分離出純度大于99.7%的苯乙烯，同時可生產(chǎn)對二甲苯，并降低裂解汽油加氫負荷，生產(chǎn)成本僅為乙苯脫氫法的一半。1.3.6 環(huán)氧丙烷聯(lián)產(chǎn)法環(huán)氧烷聯(lián)產(chǎn)法是先將乙苯氧化成乙苯氫過氧化物，再使之在MoW催化劑存在下與丙烯反應生成環(huán)氧丙烷和-苯乙醇，后者脫水可得到苯乙烯。其優(yōu)點是克服了AlCl3法有污染、腐蝕和需要氯資源的特點；缺點是流程長、投資大，對原料質(zhì)量要求較高，操作條件嚴格，聯(lián)產(chǎn)品多，每噸苯乙烯聯(lián)產(chǎn)0.45t左右的環(huán)氧丙烷，因此不適宜建中小型裝置。目前世界上擁有該技術(shù)的有阿爾科化學、殼牌和德士古化學。第2章生產(chǎn)工藝說明2.1 本工藝設計說明

11、2.1.1 生產(chǎn)任務年產(chǎn)50萬噸精苯乙烯，純度99.8%。2.1.2 生產(chǎn)方法采用低活性、高選擇性催化劑，參照魯姆斯（Lummus公司生產(chǎn)苯乙烯的技術(shù)，以乙苯脫氫法生產(chǎn)苯乙烯。魯姆斯（Lummus計司經(jīng)典苯乙烯單體生產(chǎn)工藝技術(shù)具有深度減壓，絕熱乙苯脫氫工藝。魯姆斯（UOBLummuS經(jīng)典苯乙烯單體生產(chǎn)工藝是全世界生產(chǎn)苯乙烯（SM單體中最成熟和有效的技術(shù)，自1970年實現(xiàn)工業(yè)化以來，目前大約有55套裝置在運轉(zhuǎn)。乙苯（EB）脫氫是在蒸汽存在下，利用蒸汽來使并維持催化劑處于適當?shù)难趸癄顟B(tài)。蒸汽既加熱反應進料、減少吸熱反應的溫度降，同時蒸汽也降低產(chǎn)品的分壓使反應平衡向著苯乙烯（SM）方向進行，且又可以

12、連續(xù)去除積炭以維持催化劑的一定活性。高溫、高壓蒸汽稀釋和低反應系統(tǒng)壓力能提供良好的反應平衡曲線，對乙苯（EB）轉(zhuǎn)化為苯乙烯（SM）有利，在有兩個絕熱反應器的工業(yè)生產(chǎn)裝置中，乙苯（EB）的總轉(zhuǎn)化率可達到70%-85%新鮮乙苯和循環(huán)乙苯先與一部分蒸汽混合，然后在一個用火加熱的蒸汽過熱器內(nèi)進行過熱，再與過熱蒸汽相混合，在一個兩段、絕熱的徑向催化反應系統(tǒng)內(nèi)進行脫氫。熱反應產(chǎn)物在一個熱交換器內(nèi)冷卻以回收熱量并冷凝。不凝氣（主要是氫氣）壓縮后，經(jīng)回收姓類后再用作蒸汽過熱器的燃料，而冷凝液體分為冷凝水和脫水有機混合物（DM。在脫水有機混合物（DM）（苯乙烯、未反應乙苯、苯、甲苯和少量高沸物）中加入一種不含硫

13、的阻聚劑（NSI）以減少聚合而損失苯乙烯（SM單體，然后在乙苯/苯乙烯單體（EB/SM分儲塔進行分離，塔頂輕組分（EB及輕組分（苯/甲苯）從塔頂取得）去乙苯分離塔，從而從乙苯分離出苯和甲苯，回收的乙苯返回脫氫反應器原料中。EB/SM塔底物（苯乙烯單體和高沸物）在最后苯乙烯分儲塔內(nèi)進行分儲，塔頂產(chǎn)品即為苯乙烯（SM單體產(chǎn)品，少量的塔底焦油用作蒸汽過熱器的燃料，蒸汽過熱器所需大部分燃料來自脫氫廢氣和苯乙烯焦油。2.1.3 生產(chǎn)控制參數(shù)及具體操作1投料配比水蒸氣：乙苯=3:1（質(zhì)量比）2溫度、壓強和時間脫氫溫度控制在600c左右，負壓；多塔分離控制在常溫，常壓。3具體操作在脫氫反應器600c條件下，加入定量的水蒸氣、乙苯和氧氣混合氣體，反應完全后；通到冷凝器進行冷凝、降