浅析苯乙烯生产的工艺流程

-5-西安理工大学毕业论文论文题目：浅析苯乙烯生产的工艺流程专业：班级：作者：学号：指导教师：***评阅人：2011浅析苯乙烯生产的工艺流程摘要：本文围绕乙苯脱氢生产苯乙烯的反应原理以及工艺影响因素，工艺流程进行了比较细致的分析，文中对脱氢反应的催化剂应满足的要求，反应温度、压力、水蒸气用量、原料纯度和空间速度对乙苯脱氢反应的影响，用于乙苯脱氢生产苯乙烯的列管式等温反应器和绝热式反应器在设备结构和工艺条件及控制上的区别，单段绝热式反应器的不足之处，都做了比较细致的分析。关键词：苯乙烯生产、反应原理、工艺影响因素、工艺流程引言：我在学习的过程中，根据老师的讲解以及我对课本的理解对苯乙烯生产的工艺流程进行了简单的阐述。世界是物质的，物质是在不断运动的，也是在不断变化的。化学是一门研究物质变化的科学。研究化学的目的，在于认识物质的性质及物质变化的规律并将其应用于生产，将天然资源经过化学变化加工成为为人类生产和生活服务的各种物质。当今世界，已是化学世界。现代化学工业与农业、国防、轻工、纺织和建筑等工业部门都有密切关系，人们的“衣、食、住、用、行”，几乎都离不开化工产品，化工产品已经渗透到国民经济的各个领域。化学工业是生产化学产品的工业，它是采用化学加工的方法，将天然资源通过一系列化学反应生产出自然界已有的或没有的新物质，或者说是将化学科技与工程技术应用于生产过程的一种制造业。化学工艺则是根据技术上先进、经济上合理的原则来研究开发各种原材料、半成品、成品的加工方法及过程。一、苯乙烯性质简介苯乙烯为无色、易燃的液体，沸点145.2℃，熔点-33℃，相对密度0.906，难溶于水，有毒，在空气中的允许浓度在0.1mg·L-1以下。苯乙烯的工业制法是苯与乙烯先进行傅-克烷基化反应生成乙苯，再经催化脱氢，即得苯乙烯。乙苯脱氢生成苯乙烯是吸热反应。二、乙苯催化脱氢生产苯乙烯的工艺流程及其特点乙苯催化脱氢反应是强吸热反应，需在高温下向系统供给大量的热以满足反应需要。自乙苯催化脱氢制苯乙烯实现工业化以来，根据供热方式不同，可分为两种不同形式的反应器，即由美国的Dow公司开发的绝热反应器和德国的BASF公司开发的等温反应器。等温反应器脱氧工艺流程该反应器为外加热列管式反应器，由许多耐高温的镍铬不锈钢管或内衬铜合金的耐热钢管组成。管长一般为3m，管内装填催化剂，管外由烟道气加热，供给反应反应所需的热量，保持反应在等温下进行，故称等温反应器。工艺流程：原料乙苯蒸气和一定量的水蒸气混合后，经第一预热器、热交换器、第二预热器预热至540℃左右后进入反应器进行脱氢反应，反应后的脱氢产物温度为580~600℃，经热交换器进行热量交换，以收回能量，然后进入冷凝器进行冷凝冷却，冷凝液入油水分离器，在此烃相和水相分离，除去水的脱氢产物（又称炉油）送至粗苯乙烯贮槽，准备分离精制。绝热反应器脱氧工艺流程绝热反应器中反应所需热量全部由过热水蒸气供给，故该方法所需水蒸气量较大，比等温反应器所需水蒸气多一倍左右，而且要求也高。工艺流程：新鲜乙苯和循环乙苯经预热，与高温产物进行热交换被加热至520~570℃进入反应器。10%的水蒸气经预热和热交换后进入反应器，余下的90%的水蒸气经换热后进入过热炉，过热至720℃后进入脱氢反应器。反应器出口温度约580℃左右，反应产物经热交换器利用其热量后进入冷凝冷却器中，冷凝液进入油水分离器，分出水分，油层进入粗苯乙烯贮槽以备分离精制。采用等温反应器，其转化率较高，一般可达40%~45%，选择性（苯乙烯）达92%~95%。而绝热反应器的优点是结构简单，制造费用低，生产能力大。等温反应器要使反应在等温下进行，理论上可行，但实际则难以做到。单段绝热反应器脱氢的转化率和生成苯乙烯的选择性都较低，一般转化率在35%~40%左右，生成苯乙烯的选择性为90%左右。自上世纪70年代以来，为了克服绝热反应器的缺点，在反应器设计与脱氢条件方面进行了许多研究改进。由单段发展到多段，从常压操作发展到减压操作，反应物从轴向流动发展到径向流动，均收到了较好的效果。三、乙苯脱氢反应的催化剂应满足的条件由于乙苯脱氢的反应必须在高温下进行，而且反映产物中存在大量氢气和水蒸气，因此乙苯脱氢反应的催化剂应该满足下列条件要求：有良好的活性和选择性，能加快脱氢主反应的速率，而又能抑制聚合、裂解等副反应的进行；高温条件下有良好的热稳定性，通常金属氧化物比金属具有更高的热稳定性；有良好的化学稳定性，以免金属氧化物被氢气还原为金属，同时在大量水蒸气的存在下，不致被破坏结构，能保持一定的强度；不易在催化剂表面结焦，且结焦后易于再生。在工业生产上，常用的脱氢催化剂主要有两类：一是以氧化铁为主的催化剂，如Fe2O3-Cr2O3-KOH或Fe2O3-Cr2O3-K2CO3等，另一类是以氧化锌为主体的催化剂，如ZnO-Al2O3-CaO,ZnO-Al2O3-CaO-KOH-Cr2O3或ZnO-Al2O3-CaO-K2SO4等。这两类催化剂均为多组分固体催化剂，其中氧化铁和氧化锌分别为主催化剂，钙和钾的化合物为助催化剂，氧化铝是稀释剂，氧化铬是稳定剂（可提高催化剂的热稳定性）。这两类催化剂的特点是都能自行再生，即在反应过程中，若因副反应生成的焦炭覆盖于催化剂表面时，会使其活性下降。但在水蒸气存在下，催化剂中的氢氧化钾能促进反应C+H2O→CO+H2的进行，从而使焦炭除去。有效的延长了催化剂的使用周期，一般使用一年以上才需再生，而且再生时，只需停止通入原料乙苯，单独通入水蒸气就可完成再生操作。目前，各国以采用氧化铁系催化剂的最多。我国采用的氧化铁系氧化剂组成为Fe2O38%，KCr2O311.4%,K2CO36.2%,CaO2.4%,若采用温度550~580℃时，转化率为38%~40%，收率为90%~92%，催化剂寿命可达两年以上。四、乙苯催化脱氢生产苯乙烯的工艺的影响因素1.反应温度从压力对乙苯脱氢反应平衡转化率的影响与乙苯脱氢反应的平衡常数可见提高反应温度有利于提高脱氢反应的平衡转化率；提高温度也能加快反应速率，但是温度越高，相对地说更有利于活化能更高的裂解等副反应，其速率增加的会更快，虽然转化率提高，但选择性会随之下降。温度过高，不仅苯和甲苯等副产物增加，而且随生焦反应的增加，催化剂活性下降，再生周期缩短。工业生产中一般适宜的温度为600℃左右。2.反应压力从乙苯脱氢反应的平衡常数的数据说明降低压力有利于脱氢反应的平衡。因此脱氢反应最好是在减压下操作，但是高温条件下减压操作不安全，对反应设备制造的要求高，投资增加。所以一般采用加入水蒸气的办法来降低原料乙苯在反应混合物中的分压，以此达到减压操作相同的目的。总压则采用略高于常压以克服系统阻力，同时为了维持低压操作，应尽可能减小系统的压力。3.水蒸气用量加入稀释剂水蒸气是为了降低原料乙苯的分压，有利于主反应的进行。选用水蒸气作稀释剂的好处在于：可以降低乙苯的分压，改善化学平衡，提高平衡转化率；与催化剂表现沉积的焦炭反应，使之汽化，起到清楚焦炭的作用；水蒸气的热容量大，可以提供吸热反应所需的热量，使温度温度控制；水蒸气与反应物容易分离。在一定的温度下，随着水蒸气用量的增加，乙苯的转化率也随之提高，但增加到一定用量之后，乙苯的转化率提高就不太明显，而且水蒸气用量过大，能量消耗也增加，产物分离时用来使水蒸气冷凝耗用的冷却水量也很大，因此水蒸气与乙苯的比例应综合考虑。用量比也与所采用的脱氢反应器的形式有关，一般绝热式反应器脱氢所需水蒸气量大约比等温列管式反应器脱氢大一倍左右。4.原料纯度若原料气中有二乙苯，则二乙苯在脱氢催化剂上也能脱氢生成二乙烯基苯，在精制产品时容易聚合而堵塔。出现此种现象时，只能用机械去清除，所以要求原料乙苯沸程应在135~136.5℃之间。原料气中二乙苯含量小于0.04%。5.空间速度空间速度小，停留时间长，原料乙苯转化率可以提高，但同时因为连串副反应增加，会使选择性下降，而且催化剂表面结焦的量增加，致使催化剂运转周期缩短；但若空速过大，又会降低转化率，导致产物收率太低，未转化原料的循环量大，分离、回收消耗的能量也上升。所以最佳空速范围应综合原料单耗、能量消耗及催化剂再生周期等因素选择确定。结语：此文对乙苯脱氢生产苯乙烯的反应原理，工艺流程以及工艺影响都有比较细致的分析，较为完善的阐述。参考文献1.《有机化学》黎春南主编化学工业出版社2.《化工工艺学》曾之平、王扶明主编化学工业出版社3.《有机化学》沈萍、李炳勇主编化学工业出版社4.《有机化学》袁履冰主编高等教育出版社谢辞本论文的完成，得益于西安理工大老师传授的知识，使本人有了完成论文所要求的知识积累，更得益于论文指导老师从选题的确定、论文资料的收集、论文框架的确定、论文初稿中对字句的斟酌倾注的大量心血，在此对应用化工技术老师表示感谢！在这里，还要特别感谢大学三年学习期间给我诸多教诲和帮助的西安理工大的各位老师，感谢各位老师给予我的指导和教诲我将永远记在心里！感谢在大学三年学习期间给我传授诸多专业知识的各位老师，感谢论文指导老师在论文定稿给予我的指导和帮助！感谢我的同学们，谢谢你们给予我的帮助！回首本人的求学生涯，父母的支持是本人最大的动力。父母不仅在经济上承受了巨大的负担，在心里上更有思子之情的煎熬与望子成龙的期待。忆往昔，每次回到家时父母的欣喜之情，每次离家时父母的依依不舍之眼神，电话和信件中的殷殷期待和思念之语，皆使本人刻苦铭心，目前除了学习成绩尚可外无以为报，希望以后的学习、工作和生活能使父母宽慰。***2011-9-19