苯乙烯生產(chǎn)-應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件

三、乙苯催化脫氫制苯乙烯的工藝條件影響乙苯脫氫反應(yīng)的因素主要有反應(yīng)溫度，反應(yīng)壓力、水蒸氣用量、原料純度和催化劑等。⒈反應(yīng)溫度乙苯脫氫是強(qiáng)吸熱反應(yīng)。提高反應(yīng)溫度有利于提高脫氫反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率，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)，其速度增加的更快。采用以氧化鐵為主的催化劑，其適宜的反應(yīng)溫度為600℃左右。

⒉反應(yīng)壓力乙苯脫氫反應(yīng)是體積增大的反應(yīng)，降低壓力對(duì)反應(yīng)有利。當(dāng)壓力從0.1Mpa減到0.01Mpa時(shí)，達(dá)到相同的平衡轉(zhuǎn)化率所需的溫度約降低100℃左右，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)到與減壓操作相同的目的。

⒊水蒸氣用量水蒸氣加入，可使反應(yīng)在較低反應(yīng)溫度下獲得較高的平衡轉(zhuǎn)化率。水蒸氣作稀釋劑的優(yōu)點(diǎn)：1.降低分壓，提高平衡轉(zhuǎn)化率；2.與產(chǎn)物易分離；3.比熱容量大，穩(wěn)定反應(yīng)熱；4.可消除催化劑表面上的焦碳；5.可以抑制原料中硫?qū)辖痄摿压艿母g作用；6.水蒸氣對(duì)金屬表面起一定的氧化作用，形成氧化膜，起一定的保護(hù)作用。

乙苯與水蒸氣的適宜比為1：1.2~2.6(W)。⒋原料純度要求原料乙苯中二乙苯的含量<0.04%。另外，為了保證催化劑的活性和壽命，要求原料乙苯中乙炔≤10ppm(體)、硫(以H2S計(jì))≤2ppm(體)、氯(以HCl計(jì))≤2ppm(質(zhì))、水≤10ppm(體)。⒌催化劑乙苯脫氫制苯乙烯主要采用兩種催化劑，即氧化鋅系和氧化鐵系。目前，工業(yè)上廣泛采用氧化鐵系催化劑，即Fe2O3-Cr203-K2C03。5.空間速度空間速度越小，停留時(shí)間越長，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，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。四、主要工藝參數(shù)的控制方案乙苯脫氫工藝按反應(yīng)器的型式可分為列管式等溫反應(yīng)器和絕熱式反應(yīng)器兩種。由于絕熱式反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡單、制造費(fèi)用低、生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)，一般大規(guī)模生產(chǎn)裝置都采用絕熱式反應(yīng)器。以絕熱式反應(yīng)器為例，影響脫氫反應(yīng)的主要因素是脫氫反應(yīng)溫度、壓力、水蒸氣用量及空間速度。其中影響反應(yīng)溫度的主要因素又是原料，原料的組成及流速不僅影響到反應(yīng)的溫度，而且影響到反應(yīng)體系的壓力，因此，要達(dá)到絕熱式脫氫反應(yīng)的最佳工藝參數(shù)，就必須穩(wěn)定設(shè)置乙苯的流量、稀釋水蒸氣流量和原料氣及脫氫產(chǎn)物進(jìn)出口溫度四個(gè)基本調(diào)節(jié)回路（如圖所示）。四、主要工藝參數(shù)的控制方案二、熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析熱力學(xué)分析：乙苯脫氫生成苯乙烯是吸熱反應(yīng)，其平衡常數(shù)在溫度較低時(shí)很小，平衡常數(shù)隨溫度的升高而增大。具體見下表表

乙苯脫氫反應(yīng)的平衡常數(shù)溫度/K70080090010001100Kp3.30×10-24.71×10-23.75×10-12.007.87溫度對(duì)乙苯脫氫生成苯乙烯反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率和平衡組成的影響見圖所示可以提高溫度的辦法來提高苯乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率。乙苯脫氫生成苯乙烯的反應(yīng)是分子數(shù)增加的反應(yīng)，因?yàn)椋憾鱪>0,所以降低p值，可以使Ky增大，即產(chǎn)物的平衡濃度可以提高，也就是提高了反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率。平衡轉(zhuǎn)化率隨壓力下降而提高，見下表。表

壓力對(duì)乙苯脫氫反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率的影響由表中數(shù)據(jù)可見，壓力從101.3kPa降低到10.1kPa，若要獲得相同的平衡轉(zhuǎn)化率，所需要的脫氫溫度可以降低100℃左右；而在相同的溫度條件時(shí)，由于壓力從101.3kPa降低到10.1kPa，平衡轉(zhuǎn)化率則可以提高20%~40%。二、乙苯催化脫氫制苯乙烯的原理乙苯脫氫的主反應(yīng)為：乙苯脫氫生成苯乙烯是吸熱的體積增大的反應(yīng)。在乙苯脫氫生成苯乙烯的同時(shí)，還伴隨發(fā)生如下一些副反應(yīng)：裂解反應(yīng)和加氫裂解反應(yīng)；在水蒸氣存在下，還可發(fā)生水蒸氣的轉(zhuǎn)化反應(yīng)；乙苯高溫下生碳反應(yīng)；產(chǎn)物苯乙烯還可能發(fā)生聚合，生成聚苯乙烯和二苯乙烯衍生物等。2．主要副反應(yīng)平行副反應(yīng)

與此同時(shí)，發(fā)生的連串反應(yīng)主要是產(chǎn)物苯乙烯的聚合或脫氫生焦以及苯乙烯產(chǎn)物的加氫裂解等。3.乙苯脫氫反應(yīng)的催化劑由于乙苯脫氫的反應(yīng)必須在高溫下進(jìn)行，而且反應(yīng)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)滿足下列條件要求：①有良好的活性和選擇性，能加快脫氫主反應(yīng)的速度，而又能抑制聚合、裂解等副反應(yīng)的進(jìn)行；②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；③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；④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