二十万吨年乙苯负压脱氢制苯乙烯技术与工业应用.doc

20万吨/年乙苯负压脱氢制苯乙烯技术与工业应用徐志刚 和成刚 邹志荣 张文明 （常州瑞华化工工程技术有限公司，江苏常州213001）摘要： 本文简要介绍了国内首套单系列20万吨/年乙苯负压脱氢制苯乙烯装置的技术及其工业应用情况，首次在国产化装置上，采用了低水比节能型工艺。通过8个月的连续运转表明：本装置达到了设计的技术经济指标，实际物耗1.062tEB/tSM，低于设计物耗； CRI GOLD系列催化剂性能优良，在低水比下仍能获得大于64%的转化率，高于97%(mol)选择性。日产量达到660吨，超过设计产量的10%。关键词 乙苯脱氢 苯乙烯 径向反应器 工业应用 节能引言苯乙烯是重要的基本有机化工原料，大量用于塑料和合成橡胶的生产。目前世界苯乙烯年生产能力约3000万吨，其中85%采用乙苯催化脱氢工艺生产，其余采用共氧化法生产。我国年生产能力约450万吨，除中海惠州、镇海利安德外都采用乙苯催化脱氢生产。2010年进口苯乙烯360万吨，国产装置的能力远不能满足国内的需求1。目前我国单系列生产能力超过20万吨/年的苯乙烯装置，有引进Badger/Fina技术的独山子（32万吨/年）、大沽化工（50万吨/年）、引进Lummus技术的上海赛科（50万吨/年）、引进Lyonadell乙苯共氧化技术的中海惠州（52万吨/年sm）、镇海利安德（65万吨/年）和采用国产技术的玉皇化工（20万吨/年）。由于国家发改委产业发展指导目录中，要求纯乙烯法苯乙烯装置规模必须不小于20万吨/年，开发国产高效、低能耗、大型苯乙烯技术具有特别重要意义。本文以本公司开发的玉皇化工20万吨/年苯乙烯装置为例，介绍其技术概况和其8个月的生产运行情况。1流程简介玉皇化工苯乙烯装置在国内首次采用低水比节能型负压脱氢的工艺,装置分为脱氢反应系统、工艺凝液系统、尾气吸收系统、脱氢液分馏精制以及同分馏密切相关的真空系统和阻聚剂系统,其核心脱氢反应系统流程，如图1。图1，脱氢反应系统流程主蒸汽经过蒸汽过热炉F301对流段预热到600，进入F301辐射段A室被加热到840-850，进入中间再热器E300用于加热第一反应器R301出口的工艺气达到第二反应器R302进口温度615-645，自身降温到590-610，然后在F301辐射段B室加热到828-840，与来自乙苯过热器E301的500-520的乙苯水蒸气混合物在预混和器X300中混合，然后进入进入第一脱氢反应器R301进口管静态混合器均匀混合，在610-640下进入R301径向催化床，经催化反应工艺气降温至540-560离开R301，进入中间换热器E300。进入中间换热器的工艺气与840-850的过热蒸汽逆流间接换热器。工艺气升温到615-645，而后进入第二反应器R302的催化床；工艺气进入第二脱氢反应器R302的催化床，经反应后，温度降为580-600，然后进入乙苯过热器E301预热来自乙苯蒸发器的原料乙苯和水的汽相混合物。主要工艺指标： （1）第二反应器出口压力38KPa （2）水比（重量比）：1.2（初期）-1.35（后期） （3）乙苯有效液体空速LHSV：0.40m3乙苯/（m3催化剂hr） （4）反应系统压降：16 KPa （5）乙苯总转化率：64% （6）苯乙烯总选择性：97 mol %（7）催化剂寿命：3年（8）物耗：1.07tEB/tSM2核心设备乙苯脱氢反应器采用新型纯径向反应器2，首次在国产化苯乙烯装置上使用。反应器主要结构参数如表1。表2 20万吨/年乙苯脱氢径向反应器的主要结构参数 项 目单位（mm）第一脱氢反应器壳体内径4000R301床层有效高14600床层内径1862床层外径3062第二脱氢反应器壳体内径4000R302床层有效高14600床层内径1862床层外径3062乙苯过热器E301一直是苯乙烯装置的关键设备，采用卧式结构3。采用卧式结构的乙苯过热器常发生泄露、换热管拉断或管挤拉板变形；也有采用了立式换热器的方案，但是带来了阻力增加、高温管线膨胀处理复杂困难的弊端4567。本装置采用新型专利换热器结构8，仍然采用卧式，结合专利的导向支承和填料函密封，很好在克服了管束膨胀阻力、保持管束自由膨胀和保障流体的密封，取得了良好的使用效果。同时保证管程压降小于2kPa，壳程压降小于10kPa，为保障负压反应的良好效果，同时为实现负压共沸蒸发创造了有利的技术条件。其主要结构参数如表3。表3 乙苯过热器E301的主要结构参数 项 目单位壳程壳体内径3600mm挡板形式双弓形挡板数挡板间距6800缺口高度900管程总管数3747管长6000mm排管方式管径正三角形38X2.5管心距48此外，还采用了多项新技术，包括超低阻力的预混合器和静态混合器技术、新的激冷工艺和在线可拆式激冷器、负压共沸蒸发技术、低温吸收和再生系统、全真空精馏分离系统、气提式焦油苯乙烯回收工艺等。3生产运行情况2009年10月一次开车成功、顺利投产，2011年9月通过装置考核，至今已经运行了24个月。催化剂采用美国CRI GOLD系列催化剂，取得了良好的效果。表4列出了1-2，3-4月脱氢反应系统操作的平均数据，最高日产量达到680吨。苯乙烯生产装置主要运转数据对比，列于表5。表4 1-2，3-4月脱氢反应系统操作的平均数据项目操 作 条 件工 艺 指 标乙苯t/h水比wtR301进/出口温度R302进口温度R301进出口压力 KpaR302进出口压力 Kpa转化率%选择性mol%1-242.481.31619/537620/56450-4644-40656997.297.03-443.111.26628/550629/57650/4644-40表5苯乙烯生产装置主要运转数据对比规模和技术水比Wt转化率%选择性mol%苯乙烯二甲苯Wt%乙苯醛过氧化物聚合物物耗tEB/tSM3万吨/年1.56697.299.80120080010050101.0726万吨/年1.4-1.56596.899.80508005020101.065本装置1.2-1.35659799.8010004005020101.62新型纯径向反应器的使用取得了良好的效果，（1）反应器压降低，系统压降仅为10kPa，远低于设计值16kPa；（2）第一反应器R301共14点床层测温点，第二反应器R302也有14个侧温点，布置在床层出口，在运行初期第一反应器床层温度5412，第二反应器床层温度5672，表明反应器流体分布均匀。（3）反应效果良好，转化率大于64%，选择性大于97%。乙苯过热器E301达到了设计要求，管壳程之间无泄露，换热器管程进出口物流组成通过多次分析没有变化；管程压降小于2kPa，壳程压降小于10kPa，乙苯蒸发实现了在较高真空下蒸发，蒸发后绝压80kPa，温度82.5-84。确保了共沸蒸发技术的实施。4结论玉皇化工20万吨/年苯乙烯装置在国内首次采用低水比节能型负压脱氢的工艺，通过8个月的连续运转表明：本装置达到了设计的技术经济指标，实际物耗低于设计物耗； CRI GOLD系列催化剂性能优良，在低水比下仍能获得大于64%的转化率，高于97%(mol)选择性。日产量达到680吨，超过设计产量的10%。参 考 文 献1苯乙烯行业月度信息报告，2010年No1，152徐志刚，中国专利申请号200710043402.X，径向催化反应器和控制流体均匀分布的方法，20073 杨盛启，赵立忠苯乙烯装置乙苯蒸汽过热器事故分析及改进J石油化工设备技术，2000，21(5)：684 师树才乙苯蒸汽过热器失效分析及技术改进J压力容器，2000，17(2)：63655 乔学福乙苯蒸汽过热器分析原因及改进措施J化工进展，2002，21(9)：6856886 何红生乙苯蒸汽过热器国产化研制J压力容器，200324(12)：32347张中清 ，王正方 ，王 勇等，苯乙烯装置过热器组的改进，压力容器，2005，25（6），48-518徐志刚 中国专利申请200820151384.7 带有滑动导向支承和填料函的管壳式换热器，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 briefly 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% under low water/oil ratio. The daily