【正文】 場預(yù)測從全球苯乙烯的產(chǎn)能增長情況與下游需求情況來分析。 因此，我國大陸是未來幾年最具潛力的市場。該區(qū)域不僅占有高速增長的市場需求優(yōu)勢，而且能保證系列原料供應(yīng)的相對穩(wěn)定。3 生產(chǎn)工藝流程苯乙烯生產(chǎn)工藝實際上是由乙苯生產(chǎn)工藝和苯乙烯生產(chǎn)工藝兩部分組成。乙苯生產(chǎn)工藝的發(fā)展歷程是由傳統(tǒng)的AlCl3 法到改良AlCl3 法，再到分子篩氣相烷基化工藝和分子篩液相烷基化工藝為主流工藝。其特點是催化劑絡(luò)合物與反應(yīng)物混溶成均相，減少AlCl3 用量，與傳統(tǒng)的液相烷基化相比，Monsanto 新工藝主要有下述特點：反應(yīng)溫度較高（140～200℃）、在加壓下反應(yīng)，有利于提高反應(yīng)收率；催化劑用量減少至傳統(tǒng)法的1/5，從而不需單獨的分離重催化劑絡(luò)合相步驟；反應(yīng)溫度高，使反應(yīng)熱得以回收產(chǎn)生低壓蒸汽，降低了能耗；AlCl3用量減少、再分離AlCl3絡(luò)合物和循環(huán)使用，減少了對設(shè)備和管道的腐蝕；廢水量為傳統(tǒng)工藝的1/70；設(shè)備生產(chǎn)能力為傳統(tǒng)法的2倍。2. 分子篩烴化法 分子篩烴化法不論是氣相工藝還是液相工藝，分子篩烴化裝置均由烷基化反應(yīng)器、烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)器和分離系統(tǒng)三部分組成。乙烯需要分段加入，一方面減少床層溫升；另一方面提高了單段床層的苯與乙烯進(jìn)料比。烷基化反應(yīng)中產(chǎn)生的多取代乙苯，主要是二乙苯，在烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)器中與苯發(fā)生烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)，生成目的產(chǎn)物乙苯，由于反應(yīng)的熱效應(yīng)幾乎為零，所以催化床層一般采用單床層即可。（1）Lummu/UOP液相烴化法 液相分子篩烴化法由Lummus公司提供工藝，Unocal公司提供催化劑，UOP公司授權(quán)生產(chǎn)催化劑，于1989 年在日本的千葉正式商業(yè)化運行。隨著后者的不斷改進(jìn)，已變得不甚明顯，但是，在設(shè)備投資、操作要求、能量利用等方面，二者仍有許多相異之處。目前，Unocal 的烷基化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)催化劑的再生周期都長達(dá)兩年，它的捆式裝填使得器外再生非常容易進(jìn)行，再生性能良好。該催化劑的缺點是乙烯空速很低，使得催化劑的裝填量為相應(yīng)的Mobil/badger工藝的十倍左右。在反應(yīng)中，只有極少量的二甲苯產(chǎn)生，乙苯產(chǎn)品中二甲苯含量不大于60ppm，較低的二甲苯含量是Lummu/UOP技術(shù)最具競爭力的優(yōu)勢之一。目前世界上已有37 套生產(chǎn)裝置采用此工藝，占據(jù)了世界總乙苯生產(chǎn)能力的一半左右。它采用改性的中孔沸石ZSM5 催化劑，對水、硫等雜質(zhì)不如A lCl3催化劑那樣敏感，但原料乙烯需要預(yù)先除水、除硫、除丙烯。ZSM38，ZSM12 等。1990 年推出的第三代工藝在催化劑和合成工藝過程方面都作了重大改進(jìn)，催化劑壽命達(dá)到兩年，再生周期一年，產(chǎn)品中總的二甲苯含量降至500ppm，% %，% %。該工藝可用于新廠建設(shè)，及老氣相工藝廠的改造，也可用于AlCl3 法生產(chǎn)工藝向沸石型工藝的改造。 目前，乙苯制取苯乙烯的生產(chǎn)方法主要有乙苯共氧化聯(lián)產(chǎn)法和乙苯催化脫氫法。因此，目前世界上90% 以上的苯乙烯裝置都采用乙苯催化脫氫法工藝。 脫氫反應(yīng)是強吸熱反應(yīng)，反應(yīng)不僅需在高溫下進(jìn)行，且需在高溫條件下向反應(yīng)系統(tǒng)供給大量的熱量。工業(yè)上采用的反應(yīng)器式有兩種：一是多管等溫型反應(yīng)器；另一種是絕熱型反應(yīng)器。脫氫溫度的控制與催化劑的活性有關(guān)。要使反應(yīng)器達(dá)到等溫，沿反應(yīng)管熱傳熱速率須與反應(yīng)吸收的熱量同步。乙苯脫氫是吸熱可逆反應(yīng)，溫度對動力學(xué)因素和熱力學(xué)因素的影響是一致的，高溫對兩者均產(chǎn)生有利的影響。對反應(yīng)選擇性而言，一般在反應(yīng)初期反應(yīng)物濃度高，平行副反應(yīng)競爭劇烈，反應(yīng)器人口溫度低，有利于抑制活化能較高的平行副反應(yīng)的進(jìn)行。故通常采用等溫反應(yīng)器脫氫，一般轉(zhuǎn)化率可達(dá)40%～45%，苯乙烯的選擇性可達(dá)92%～95%。2. 絕熱型反應(yīng)器及工藝 （1）絕熱正壓脫氫工藝及反應(yīng)器 圖32所示的是Dow公司的單段絕熱正壓脫氫反應(yīng)工藝。進(jìn)粗苯乙烯貯槽，尾氣90%左右是氫，可作燃料或可用以制氫。絕熱脫氫反應(yīng)的工藝條件為：壓力138kPa左右，H2O/乙苯=14/1(摩爾比)，～。這樣的溫度分布對脫氫反應(yīng)速度和反應(yīng)選擇性都會產(chǎn)生不利的影響。出口溫度低，對平衡不利，使反應(yīng)速度減慢，限制了轉(zhuǎn)化率的提高，故單段絕熱反應(yīng)器脫氫，不僅轉(zhuǎn)化率較低(35%～40%)，選擇性也較低(約90%)。絕熱反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，制造和操作費用較低，生產(chǎn)能力大。因此在20世紀(jì)60至7O年代，又相繼開發(fā)了多段絕熱反應(yīng)器(圖33和圖34)。段間蒸汽間接加熱二段絕熱反應(yīng)器，就反應(yīng)器的特征而言與直接加熱流程相同，只是改變了加熱流程由直接加熱改為間接加熱，其工藝指標(biāo)為：反應(yīng)進(jìn)口溫度大于600℃，反應(yīng)器水烴比為2～，轉(zhuǎn)化率約5O%，每噸苯乙烯消耗蒸汽7．5噸。在Monsanto的實驗裝置工藝中，反應(yīng)壓力為真空，反應(yīng)器進(jìn)口溫度600℃以上,～2，轉(zhuǎn)化率約6O%,生產(chǎn)每噸苯乙烯消耗蒸汽4噸。這一方面是由于新型的高活性和高單烷基苯選擇性的MCM22催化劑的應(yīng)用；另一方面是由于液相烷基化工藝與氣相烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)工藝的完美結(jié)合。該工藝在裝置的設(shè)備投資上明顯低于相應(yīng)的純氣相工藝和純液相工藝。烷基化反應(yīng)器流出液中多乙苯組份含量的減少，也節(jié)省了多乙苯回收塔和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)系統(tǒng)的投資成本。 故本次設(shè)計乙苯生產(chǎn)工藝流程采用EBM axSM工藝。 生產(chǎn)工藝流程介紹 生產(chǎn)工藝流程簡圖 生產(chǎn)工藝流程簡圖如圖36所示圖36 苯乙烯生產(chǎn)工藝流程簡圖 工藝流程敘述工藝流程簡圖如圖36所示，由苯及乙烯發(fā)生烷基化反應(yīng)得到粗乙苯，進(jìn)入乙苯分離塔將重組分二乙苯，三乙苯及焦油從塔釜回收循環(huán)，塔頂?shù)玫奖脚c乙苯混合物，進(jìn)入乙苯精餾塔，塔頂?shù)玫降谋竭M(jìn)行回收，在烷基化反應(yīng)塔中再次進(jìn)行反應(yīng)。進(jìn)入乙苯/苯乙烯分離塔，將粗苯乙烯從塔底進(jìn)入苯乙烯蒸餾塔，通過苯乙烯蒸餾塔，得到符合產(chǎn)品要求的精制苯乙烯，塔底有焦油等雜質(zhì)排出。甲苯/乙苯塔塔頂?shù)玫郊妆剑M(jìn)入苯/甲苯塔進(jìn)行分離，塔頂?shù)玫奖?，塔底得到甲苯。乙苯脫氫反?yīng)方程式為：主反應(yīng)　 C6H5C2H5 C6H5CHCH2 + H2 C6H5C2H5C6H6 +C2H4 (42)C6H5C2H5 + H2 (43) 乙苯烷基化化反應(yīng)方程式為： 主反應(yīng) C6H6+C2H4 → C6H5C2H5 (44) 物料衡算相關(guān)技術(shù)條件： 水蒸汽作稀釋劑，：1反應(yīng)壓力為150KPa（絕），反應(yīng)溫度為580℃，反應(yīng)器進(jìn)口溫度630℃,乙苯總轉(zhuǎn)化率為60%，各反應(yīng)選擇性分別為：(41)96%、(42)1%、(43)3%、（44）90%。因純度較高，視為純物質(zhì)。水蒸汽為惰性組分，不發(fā)生水蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，并且無結(jié)焦反應(yīng)。有機混合物中水量很少可忽略。精餾塔塔頂苯乙烯回收率大于95%。 乙苯－苯乙烯塔真空操作，塔頂壓力200mmHg。 苯－甲苯塔塔頂壓力160mmHg，塔頂甲苯%，塔釜苯%。 反應(yīng)器物料衡算假設(shè)以10000kg/h乙苯進(jìn)料為基準(zhǔn),反應(yīng)器進(jìn)料：乙苯：10000/106= kmol/h；水蒸氣：10000。阻聚劑加入量=%=；。 2 乙苯－苯乙烯塔頂?shù)奈锪辖M成乙苯－苯乙烯塔頂?shù)奈锪辖M成如表47所示：表47 乙苯－苯乙烯塔頂?shù)奈锪辖M成如表47所示：組分mi,kg/hkmol/hW%mol%乙苯 苯乙烯 甲苯 苯 合計 100100 進(jìn)料量 F2＝D1＝ kmol/h 1 乙苯回收塔塔頂?shù)奈锪辖M成 乙苯回收塔塔頂?shù)奈锪辖M成如表49所示：表49 乙苯回收塔塔頂?shù)奈锪辖M成組分mi,kg/hkmol/hW%mol%乙苯 甲苯 苯 合計 1001002 乙苯回收塔塔底的物料組成 乙苯回收塔塔底的物料組成如表410所示： 表410 乙苯回收塔塔底的物料組成組分mi,kg/hkmol/hW%mol%乙苯 苯乙烯 甲苯 合計 100100 苯－甲苯塔 進(jìn)料量 F3=D2=。進(jìn)料量F4=W1= kmol/h 1 苯乙烯精餾塔塔頂?shù)奈锪辖M成 苯乙烯精餾塔塔頂?shù)奈锪辖M成如表413所示：表413 苯乙烯精餾塔塔頂?shù)奈锪辖M成組分mi,kg/hkmol/hW%mol%乙苯 苯乙烯 合計 100100 2 苯乙烯精餾塔塔底的物料組成 苯乙烯精餾塔塔底的物料組成如表414所示：表414 苯乙烯精餾塔塔底的物料組成組分mi,kg/hkmol/hW%mol%苯乙烯 阻聚劑 合計 100100 乙苯生產(chǎn)工序物料衡算以10000kg/h乙苯產(chǎn)品為基準(zhǔn)，則烴化工序生產(chǎn)的乙苯量 則乙烯和苯的消耗量乙烯：苯： 全流程物料衡算由上述物料平衡計算可知：、可生產(chǎn)半成品乙苯10000kg；。 /7200= 每小時需新鮮乙苯物料：10