6万ta苯乙烯装置精馏工艺设计与优化.pdf

第 4 3卷第 9期 2 0 1 4年 9月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mic a l I n d u s t r y V o 1 4 3 N o 9 S e p t e mb e r 2 0 1 4 6万 t a苯 乙烯装置精馏工艺设计与优化 阚 昊 于 宸 金熙俊 中国寰球 T 程公司辽宁分公司 辽宁 抚顺1 1 3 0 0 6 摘 要 介绍了苯乙烯精馏1 艺及其在国内外的发展状况 并在设 过程中分别对粗分塔塔釜的不同温度 1 况进行 r对比 采用了高釜温的精馏方案新丁艺 对装置的聚合损失 化学品消耗 设备投资等进行了优化 关键词 苯乙烯 精馏 粗分塔 优化 中图分类号 T O 2 4 1 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 4 0 9 1 7 5 5 0 3 De s ig n a nd Opt im iz a t io n o f t he Dis t illa t io n Pr o c e s s o f 6 0 k t a S t y r e ne De v ic e K A NHa o Y U C h e n J I NX i j u n Ch in a Hu a n q iu Co n t r a c t in g E n g in e e r in g Co r p o r a t io n Lia o n in g Br a n c h L ia o n in g F u s h u n 1 1 3 0 0 6 Ch in a Ab s t r a c t S t y r e n e d is t illa t io n p r o c e s s wa s in t r o d u c e d a s we ll a s it s d e v e lo p me n t s t a t u s a t h o me a n d a b r o a d a n d wo r k in g c o n d it io n s o f c r u d e d is t illa t io n t o we r u n d e r d if f e r e n t t e mp e r a t u r e c o n d it io n s in t h e d e s ig n p r o c e s s we r e c o mp a r e d Ne w t e c h n o lo g y a d o p t in g h ig h t a n k t e mp e r a t u r e d is t illa t io n s c h e me wa s s e le c t e d p o ly me r iz a t io n lo s s e s c h e mic a ls c o n s u mp t io n a n d e q u ip m e n t in v e s t me n t we r e o p t imiz e d Ke y wo r d s S t y r e n e Dis t illa t io n Cr u d e d is t illa t io n t o we r Op t imiz a t io n 苯乙烯是重要的基本有机化工原料 广泛用于 生产塑料 树脂和合成橡胶 我国的苯乙烯产量近 年来突飞猛进 2 0 0 8年我国苯乙烯主要企业总产能 为 3 1 7 4万 t a 2 0 0 9年主要企业总产能为 3 8 2 4万 t a 截至 2 0 1 0年我国苯乙烯生产企业有 2 0多家 总产能 6 0 5 9万 t a 约 占世界总产能的 1 6 2 尽管 我围苯乙烯产量逐年增加 但是供需关系远未达到 平衡 所以我国苯乙烯对外进 口的依赖度一直很高 日前 全球生产苯乙烯采用的工艺中 乙苯脱 氢法 占 9 0 因为乙苯脱氢生成苯 乙烯和氢气是一 个强吸热 分子数增多的反应 从热力学角度看 采用负压 提高反应温度 使用新型乙苯脱氢催化 剂 可提高乙苯的单程转化率 但仍然受到反应平 衡的限制 为了克服平衡限制 国际上开发 了乙苯 脱氢氧化T艺 使生成的氢气与氧气反应 即将部 分氢气燃烧掉 这不但对生成苯乙烯有利 而且还 可为乙苯脱氢反应提供热量 具有很强的竞争优势 0 因此成为很有发展前途 的新工艺 1 国外苯乙烯分离工艺技术发展概况 苯 乙烯装 置不同分离工艺是影响苯 乙烯装 置 物耗 能耗 经济效益的重要工艺过程 苯乙烯装 置分离工艺 目前 国外主要有两大技术 L u m mu s苯 乙烯分离工艺和 F i n a 苯乙烯分离工艺 1 L u mm u s 技术 L u m mu s 的 C L A S S I C S M技术 以过热水蒸气为 热载体 采用具有级间二次加热的两级串联负压径 向固定床反应器 第一反应器进 口设有静态混合器 第二反应器内部设置 中间换热器 用高温水蒸气同 反应物料间接换热补充热量 设有一组三级组合式 低压降卧式换热器 回收反应器流出物料的热量并 发生蒸汽 脱氢 反应温度 6 2 0 6 4 0 脱氢反应压力 4 O一5 6 k P a A 脱氢液分离为四塔流程 分别为 苯 甲苯 乙 苯 苯乙烯塔 苯 甲苯 乙苯塔 苯 甲苯塔 苯乙烯精馏塔 苯 乙烯经历两次加热过程 乙苯 苯乙烯分离塔塔顶操作压力 为 2 4 k P a A 塔釜温度 为 1 0 6 2 F in a技术 A T OF I N A技术以过热蒸汽为热载体 采用具有 级问二次加热的两级 串联负压径向固定床反应器 两台反应器之间设外置式 中间换热器 补充热量 设有一组三级组合式立式换热器 回收反应器流出 物料的热量并发生蒸汽及蒸发乙苯 脱 氢反应温度 6 1 5 6 3 5 c I 脱 氢反应压力 收稿 日期 2 0 1 4 0 6 1 3 作者简介 阚吴 1 9 8 6 一 男 辽宁沈阳人 助理工程师 硕士 2 0 1 2年毕业于辽宁石油化工大学化学工程专业 现从事石油化工工艺设计 工 作 E m a i k a n h a o h q c e c c o m 化 工 2 0 1 4年 9月 4 3 6 8 k P a A 脱氢液分离为 四塔流程 分别为 苯 甲苯 乙苯 苯乙烯 塔 乙苯 苯乙烯塔 苯 甲苯塔 该塔可以并人苯烃化工段 苯乙烯精 馏塔 苯 乙烯经历三次塔釜加热过程 乙苯 苯乙 烯分离塔塔顶操作压力为 1 0 7 k P a A 塔釜温度为 8 9 从 国外发展趋势看 苯乙烯分离 T艺技术更着 力于降低物耗 苯乙烯装置粗苯乙烯塔采用低釜温 的趋势越来越显著 l 2 国内苯乙烯分离工艺技术应用及发 展趋势 2 1 国内苯乙烯装置分离工艺技术应用状况 由于 F in a和 L u mm u s 两种工艺各有优缺点 在 国内都有应用 近来国内技术日趋成熟 采用国内 技术的装置日渐增多 2 0世纪 9 0年代初期 苯乙烯分离技术主要采 用国外技术 F in a 近期 L u mm u s 技术采用较多 早 期 L u mmu s 1 2 0 苯乙烯分离技术采用较少 齐鲁石化分公司6 万 t a 苯乙烯装置分离工艺已改为 内低温技术 目前只有少数苯乙烯装置采用早期 L u m mu s 1 2 0 o C 苯乙烯分离技术 2 0世纪 9 0年代末期 苯乙烯分离技术主要采 用 国内技术 1 0 9 o大连石化公司 吉化公司 抚顺 石化公司等苯 乙烯装置分离工艺采用 了此技 术 抚顺 石化公司 目前实 际操作 为塔顶 真空度 为 8 一 l0k P a 釜温低于 9 1 目前 国内最先进的苯乙烯分离工艺技 术为上 海石油科学研究院 常州瑞华公司联合开发的 工 艺路线基本与 L u mm u s工艺一样 苯乙烯经历二次 加热 粗苯乙烯塔采用高真空低釜温精馏 T艺 釜 温 9 1 焦油量少 物耗稍低 化学 品消耗低 催化剂采用新型的国产 G S系列乙苯脱氢催化剂 具有稳定的高转化率和高选择性 此工艺 已基本达 到国际先进水平 2 0 0 4年成功应用于齐鲁石化分公 司 2 O万 t a苯乙烯装置改造 2 2 国内苯 乙烯装置分离工艺技术发展趋势 齐鲁石化分公司原引进的 6万 苯乙烯装置分 离技术为早期 L u m mu s 技术 釜温为 1 2 0 在 2 0 0 4 年改造为 2 0万 苯乙烯装置时 分离技术采用了国 内最先进的苯乙烯分离工艺技术 釜温调整到9 l 抚顺石化分公司6 万 t a 苯乙烯装置分离技术改 造时 分离技术采用了国内技术 釜温 1 0 9 但 在实际生产过程中 通过一段时间的实践 车间认 为釜温 1 0 9 o C 焦油含量高 阻聚剂用量也偏大 经 济上不合算 自己调整为釜温 9 1 从国内发展趋势看 苯乙烯装置粗苯乙烯塔也 趋向于采用低釜温分离技术 3 苯乙烯分馏工艺方案的确定 3 1 苯乙烯分馏工艺主要技术指标对比 粗苯乙烯塔是分馏流程中第一座分馏塔 也是 最为关键 的一座塔 采用高真空低温精馏T艺 降 低塔釜温度 较大程度地减少苯乙烯的聚合损失 从而降低原料乙苯的单耗 同时 可以增加乙苯和 苯乙烯之间的相对挥发度 本装置粗苯乙烯塔顶馏 出液 中 苯乙烯含量 1 0 w t o粗苯乙烯塔是一 座在负压条件下操作的高效填料精馏塔 其作用是 把脱氢液中比苯乙烯沸点低 的乙苯 甲苯 苯及轻 烃等组分从塔顶分馏出去 由塔底获得粗苯 乙烯 为了实现该塔系的负压操作条件 本装置系统配置 了液环式真空泵 粗苯乙烯塔的任务是分离乙苯 苯 甲苯和苯乙烯 控制指标 塔顶馏分中苯乙烯的 质量分数小于 1 5 塔釜馏分 中乙苯的质量分数 小于 0 0 5 6 1 从表 1中可看出 粗苯乙烯塔采用高釜温 釜 温 1 2 0 方案的装置的聚合损耗明显高于其它两 个工艺方案 相对于釜温 9 1 c I 的工艺 釜温 1 2 0 的工艺苯乙烯聚合损失率要高 0 8 左右 经济效 益减少 7 2元 t 苯乙烯 苯乙烯按现市场价 9 0 0 0元 t o 表 1 国 内粗苯 乙烯分馏工艺聚合损耗对 比 Table 1 Do m e s t ic c r ude s t yr e ne f r ac t iona t ion t e c hno lo gy po lyme r iz at io n c ont r a s t lo s s 粗苯乙烯塔采用较低真空高釜温 釜温 1 2 0 o C 方式的优点是塔顶冷凝热可用于蒸发进料乙苯 热量 回收利用较好 可 回收 3 2 2万 k J t 能耗方面 可增加经济效益 7 7元 t 苯乙烯 而釜温 9 1 的工 艺由于回流温度低 4 5 塔釜热负荷也小 在 此方面较釜温 1 2 0 的工艺在能耗上略有减小 釜温 1 2 0 工艺 由于塔釜温度较高 对无硫 阻聚剂要求高 要采用 昂贵的进 口阻聚剂或增加无 硫阻聚剂的用量 以都加入 N S I 核算 釜温 1 2 0 o C 工艺加入 N S I 量为 0 5 1 k g t 苯乙烯 设计值 釜温 9 I 工艺加入 N S I 量为 0 1 8 k g t 苯乙烯 设计值 釜温 9 1 工艺可增加经济效益 l5元 t 苯乙烯 第 4 3卷第9期 阚 昊 等 6万t a苯乙烯装置精馏工艺设计与优化 l7 5 7 3 2 苯乙烯分馏工艺主要经济指标对比 离精馏工艺具有苯乙烯聚合损失小 操作费用低 苯 乙烯分馏 T艺 主要经济指标对比见表 2 化学品消耗低等优点 虽然设备投资略高 也不影 表 2 釜温采用 9 1 和 1 2 0 工艺技术经济分析 1 a b l e 2 T e c h n o lo g y e c o n o mic a n a l y s i s o f k e t t l e a t 9 6 a n d 1 2 0 注 6万 a 装置规模 苯乙烯价格按现市场价 9 0 0 0元 t 计 无硫 阻聚剂价格按 4 5 0 0 0元 l计 3 3 苯乙烯醋苯乙烯塔方案确定 初步估算低真空高釜温 釜温 1 2 0 c C 的精馏 方 案相对低釜温 釜温 9 l 方案在经济效益方 面上基本相当 但结合 目前国内外苯乙烯分离工艺 技术发展趋势 建议采纳釜温 9 1 的方案 4 粗苯乙烯塔精馏方案对比 针对 6万 t a苯乙烯装置醋苯乙烯塔塔釜温 9 1 c C 和 1 0 9 o C 精馏方案作 出对 比 见表 3 从表 3中数据对 比可 以看出 粗苯乙烯塔采用 釜温 9 1 的高真空低釜温精馏 的工艺优于釜温 1 0 9 的分离工艺 5 结 论 通过对苯乙烯分离工艺的工艺条件 化学品损 耗 设备投资等几方面的比较分析可以看出 塔顶 真空度 1 2 k P a 釜温为 9 1 的高真空度低釜温精 馏工艺相对于塔顶真空度 2 4 k P a 釜温为 1 0 9 的 响其取得更高的经济效益 表 3 工艺条件对 比 Ta ble 3 Pr oc e s s c ondit io ns c ompar is on 设 备折旧期按 1 0 a 计 设备残值按 4 计 参考文献 1 缪长喜 国内外苯乙烯制造技术现状及发展趋势l J 1 江苏化工 2 0 0 1 2 9 1 1 1 5 1 9 2 Q i n Z h a n g f e n g L i u J i a n g u o S u n A i l i n g e t a 1 R e a c t i o n C o u p l i n g i n t h e N e w P mc e s s e s f o r P r o d u c i n g S t y r e n e f r o m E t h y l b e n z e n e J 1 n d E n g C h e m R e s 2 0 0 3 4 2 7 1 3 2 9 1 3 3 3 3 彭建林 乇源平 刘嫒娜 乙苯脱氢一氧选择氧化苯乙烯生产l l 艺探析I J l l 江苏化1 2 0 0 4 3 2 6 4 6 4 8 4 F r a n k H G S t a d e l h o f e r J W I n d u s t r i a l a r o m a t i c c h e mi s t r y c h a p t e r 5 P r o d u c t i o n a n d U S e S o f b e n s z e n e d e r i v a t i v e s n1 S p r in g e r V e r l a y He i d e lb e r g B e r lin 1 9 8 8 1 3 7 1 4 3 1 5 j S i t t i n g M A r o ma t i c h y d me m b o n ma n u f a c t u r e a n d t e c h n o l o g y J D e h y d r o g e n a t io n o f a lk y le a r o ma t ic s