苯乙烯的合成工艺.doc

二、乙苯催化脱氢合成苯乙烯的工艺流程 脱氢反应： 强吸热反应； 反应需要在高温下进行； 反应需要在高温条件下向反应系统供给大量的热量。 由于供热方式不同，采用的反应器型式也不同。 工业上采用的反应器型式有两种： 一种是多管等温型反应器，是以烟道气为热载体，反应器放在加热炉内，由高温烟道气，将反应所需要的热量通过管壁传递给催化剂床层。 另一种是绝热型反应器，所需要的热源是由过热水蒸气直接带入反应系统。 采用这两种不同型式反应器的工艺流程，主要差别： 脱氢部分的水蒸气用量不同； 热量的供给和回收利用方式不同。 ? （一）多管等温反应器脱氢部分的工艺流程 反应器构成： 是由许多耐高温的镍铬不锈钢钢管组成； 或者内衬以铜锰合金的耐热钢管组成； 管径为100～185mm； 管长为3m； 管内装填催化剂； 管外用烟道气加热（见图4-9，P182）。 多管等温反应器脱氢部分的工艺流程图见图4-10（P182）所示。 ? ? 反应条件及流程： 1.原料乙苯蒸气和一定量的水蒸气混合； 2.预热温度(反应进口)：540℃； 3.反应温度(反应出口)：580～620℃； 4.反应产物冷却冷凝： 液体分去水后送到粗苯乙烯贮槽； 不凝气体含有90%左右的H2，其余为CO2和少量C1及C2 (可作为燃料气，也可以用作氢源。 5.水蒸气与乙苯的用量比（摩尔比）为6～9:1； (等温反应器脱氢，水蒸气仅作为稀释剂用)。 6.讨论： (1)等温反应器:要使反应器达到等温，沿反应器的反应管传热速率的改变，必须与反应所需要吸收热量的递减速率的改变同步。 (2)一般情况下，出口温度可能比进口温度高出几十度(传递给催化剂床层的热量，大于反应时需要吸收的热量。) (3)催化剂床层的最佳温度分布以保持等温为好。 (4)在反应初期, 温度比较低有利: 在反应初期,乙苯浓度高，平行副反应竞争激烈。温度比较低，有利于抑制活化能比较高的裂解和水蒸气转化等副反应的进行。 (5) 接近反应器的出口，温度比较高有利: 接近反应器的出口，乙苯浓度降低，反应的推动力减小，提高反应温度，不仅可以增大反应速度常数，也可以提高反应的推动力，从而加快脱氢反应速度，使乙苯能达到比较高的转化率。 但是温度过高，结焦速度加快，使催化剂的活性迅速下降，所以反应器出口温度不宜过高。因此多管等温反应器正能满足这个要求，出口温度只比进口温度高几十度（反应器出口温度也不是过高）。 因此通常采用的等温反应器脱氢，乙苯转化率可达到40～45%，苯乙烯的选择性可达到92～95%。 采用多管等温反应器脱氢优点：水蒸气的消耗量约为绝热式反应器的二分之一，乙苯转化率高，苯乙烯的选择性高。 缺点：等温反应器结构复杂，而且需要大量的特殊合金钢材，反应器制造费用高，因此，大规模的生产装置，都采用绝热型反应器。 ? （二）绝热型反应器脱氢部分的工艺流程 1.工艺流程组织 图4-11（P183）是单段绝热反应器脱氢的工艺流程。 循环乙苯和新鲜的乙苯与部分水蒸气混合以后（这部分水蒸气约占总加入水蒸气量的10%左右），与高温脱氢产物进行热交换，温度升到520～550℃，再与过热水蒸气混合（这部分水蒸气的量占总加入水蒸气量的90%左右），然后进入脱氢反应器，脱氢产物离开反应器时的温度为585℃左右，经过热交换，降低温度后，再进一步冷凝冷却，凝液分出水后，进入粗苯乙烯贮槽，尾气含氢气90%左右，可以作为燃料用，也可以用来制氢气。 绝热反应器脱氢，反应所需要的热量是由过热水蒸气带入的，所以水蒸气的用量，要比等温式反应器大１倍左右。 绝热反应器脱氢的工艺条件为： 操作压力138kPa左右， H2O/乙苯=14/1（摩尔比）， 乙苯液空速0.4～0.6 h-1 。 由于脱氢反应需要吸收大量的热量，所以反应器的进口温度必然比出口温度高。 单段绝热反应器的进出口温度差可以达到65℃。 这样的温度分布对于脱氢反应速度和反应选择性都会产生不利的影响。由于脱氢反应器进口处乙苯浓度最高，温度高就有比较多的平行副反应发生，从而使选择性下降。脱氢反应器出口温度低，对平衡不利，使反应速度减慢，限制了转化率的提高，所以单段绝热反应器脱氢，不仅转化率比较低（35～40%），选择