苯乙烯生产工艺设计

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1、摘要1本文以年产25万吨苯乙烯为生产目标，由乙苯脱氢制苯乙烯方法，对整个工 段进行工艺设计和设备选型。同时对苯乙烯的新老生产工艺、国内外发展情况做 出了一定的总结，并通过了对比选取了较为适宜的工艺，最后确定了 Lummus的 “SMART，Z苯脱氢工艺作为本设计的详细生产工艺。在计算上，依据物料守恒、 能量守恒对整个工艺流程进行了物料衡算和热量衡算，并做出了流程图，依据衡 算结果，通过计算对塔设备进行了详细的选型。也对公用工程和车间布置做出了 一定的陈述，最后对“三废”处理和安全事项做出了总结。在整个设计中达到了 预期要求，完成各个工艺段的设计。关键字：苯乙烯，工艺计算，设备选型摘要2本文通过

2、对苯乙烯的主要性质与用途、生产工艺说明、物料及热量运算、废品处理和环 境保护的介绍来说明乙苯生产苯乙烯的工艺流程及其技术特点，并将各种苯乙烯生产工艺进 行了比较。苯乙烯是一种重要的石油化工原料，工业上主要由乙苯在K、Mg、Cr、Zn、等助剂改性 的氧化铁催化剂上进行高温(600-700C )脱氢生产的。生产中采用过量的高温水蒸气作为载 气，但是能耗非常大。而乙苯与CO2耦合反应制苯乙烯是近年来研究的一个热点。因为它对 乙苯的转化率、苯乙烯的选择性都比较高，在较低的温度就可以达到目前工业上的一些活性 参数，不仅可以节约大量的能源还能实现反应的耦合，这对工业生产是非常重要的。通过对该技术的研究，使

3、我们对它的工艺流程有了进一步的认识，对它的工艺指标也有 了进一步的了解，进而能够更好的掌握这门技术。关键词：乙苯；生产苯乙烯；脱氢生产；转化率；活性参数ABSTRACTThe annual output of 250,000 tons of styrene production targets, the entire section in the process design and equipment selection by the dehydrogenation of ethylbenzene to styrene . Styrene old and new production pro

4、cesses at the same time , the development at home and abroad to make a certain conclusion , and by contrast to select a more appropriate process to finalize the Lummus SMART ethylbenzene dehydrogenation process as the design production process.In the calculation , based on material conservation , en

5、ergy conservation , the entire process , material balance and heat balance , and made a flow chart , based on accounting results , by calculating the tower equipment , carried out a detailed selection . Public works and plant layout to make a certain statement , and finally made a summary of the thr

6、ee wastes treatment and safety matters . Throughout the design to achieve the desired requirements to complete the design of various processes .Keywords Styrene, Process calculation, equipment selection目录摘要IABSTRACTii1 绪论11.1苯乙烯的性质和用途11.2苯乙烯常见生产方法11.2.1环球化学/鲁姆斯法11.2.2 Fina / Badger 法 31.2.3巴斯夫法31.2.

7、4 Halcon 法31.2.5裂解汽油萃取分离法31.2.6环氧丙烷联产法32 生产工艺52.1本工艺设计说明52.1.1生产任务52.1.2生产方法52.1.3生产控制参数及具体操作52.2生产工艺的反应历程62.2.1反应方程式62.2.2生产过程72.3原料、产品及半成品82.3.1 产品82.3.2 原料82.3.3半成品82.3.4催化剂82.3.5阻聚剂82.4生产方式的选取93 生产工艺计算103.1物料衡算103.1.1生产能力的计算103.1.2质量守恒定律113.1.4物料流程图153.2热量衡算153.2.1热量衡算153.2.2热量衡算表184设备设计计算与选型194

8、.1苯/甲苯精馏塔的设计计算 194.1.1精馏塔的数据确定 194.1.2精馏塔的物料衡算194.1.3塔板数的确定 194.1.5精馏塔的塔体工艺尺寸计算254.1.6塔板主要工艺尺寸的计算264.1.7塔版流体力学验算274.1.8塔板负荷性能图294.2冷凝器的设计314.3油水分离器324.4过热蒸汽炉335设备一览表及公用工程345.1设备345.2公用工程规格345.2.1 电345.2.2冷却水355.2.3加热蒸汽356车间布置设计366.1车间布置设计重要性366.2车间生产要求366.3车间安全要求366.4车间发展要求367 “三废”处理和安全事项377.1废水377.

9、2废气377.3废渣377.4副产品处理一览表377.5废物处理一览表387.6安全事项38结论39参考文献40谢辞411绪论1.1苯乙烯的性质和用途苯乙烯，分子式qH8，结构式CH5CH CH2，是不饱和芳烃最简单、最重要 的成员，广泛用作生产塑料和合成橡胶的原料。如结品型苯乙烯、橡胶改性抗冲 聚苯乙烯、丙烯月青-丁二烯-苯乙烯三聚体（ABS）、苯乙烯-丙烯腈共聚体（SAN）、 苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚体（SMA）和丁苯橡胶（SBR）。苯乙烯（SM）是含有饱 和侧链的一种简单芳烃，是基本有机化工的重要产品之一。苯乙烯为无色透明液 体，常温下具有辛辣香味，易燃。苯乙烯难溶于水，25C时其溶解度

10、为0.066%。 苯乙烯溶于甲醇、乙醇、乙醚等溶剂中1-3。作为合成高分子工业的重要单体，苯乙烯不但能自聚为聚苯乙烯树脂，也易 与丙烯腈共聚为AS塑料，与丁二烯共聚为丁苯橡胶，与丁二烯、丙烯腈共聚为 ABS塑料，还能与顺丁烯二酸酐、乙二醇、邻苯二甲酸酐等共聚成聚酯树脂等。 由苯乙烯共聚的共聚物可加工成为各种日常生活用品和工程塑料，用途极为广泛。 目前，全世界苯乙烯生产总量的三分之二用于生产聚苯乙烯，三分之一用于生产 各种塑料和橡胶。世界苯乙烯生产能力在1996年已达1900万吨，目前全世界苯 乙烯产能约为3000万吨左右4-5。苯乙烯在空气中允许浓度为0.1ml/L，有毒，浓度过高、接触时间过

11、长则对人 体的呼吸道造成危害。苯乙烯在高温下容易裂解和燃烧。苯乙烯蒸汽与空气混合 能形成爆炸性混合物，其爆炸范围为1.16.01% （体积分数）。1.2苯乙烯常见生产方法6-91.2.1环球化学/鲁姆斯法以乙苯为原料，采用脱氢反应器，由开始的单级轴向反应器，中间经历开发 了双级轴向反应器到双径向反应器再到双级径向反应器的各种组合优化的多种反 应器；反应器的操作压力有开始的正压发展到今天的负压；汽油比有开始的2.5:1 发展到今天1.3： 1；蒸汽消耗由开始的10kg/kgSM发展到今天的4kg/kgSM。 UOP / Lummus的Classic SM流程中乙苯脱氢工艺装置主要有蒸汽过热炉、绝

12、热型 反应器、热回收器、气体压缩机和乙苯/苯乙烯分离塔。过热炉将蒸汽过热至800C 而作为热引入反应器。乙苯脱氢的工艺操作条件为550650C，常压或减压，蒸 汽/乙苯质量比为1.02.5。UOP / Lummus的“SMART” SM工艺是在Classic SM工艺基础上发展的一 项新工艺，即在工艺Classic SM工艺的脱氢反应中引入了部分氧化技术。可提高 乙苯单程转化率达80%以上。“SMART”技术的优点在于，通过提高乙苯转化率，减少了未转化乙苯的循 环返回量，使装置生产能力提高，减少了分离部分的能耗和单耗；以氢氧化的热 量取代中间换热，节约了能量；甲苯的生成需要氢，移除氢后减少了副

13、反应的发 生；采用氧化中间加热，由反应物流或热泵回收潜热，提高了能量效率，降低了 动力费用，因而经济性明显优于传统工艺。该技术可用于原生产装置改造，改造 容易且费用较低。目前采用“SMART”工艺SM装置有3套在运行。炉粗馏塔乙苯塔苯乙烯削甲苯精馏塔图1.1Lummus的SMART乙苯脱氢工艺流程图表 1.1 “SMART” 与 Classic 比较反应条件和结果Classic“SMART” 工艺苯乙烯选择性/%95.695.6乙苯转化率/%69.885水比1.71.3蒸汽/苯乙烯/t/t2.31.3燃烧油/苯乙烯/kg/t114.069.01.2.2 Fina / Badger 法Badge

14、r工艺采用绝热脱氢，蒸汽提供脱氢需要的热量并降低进料中乙苯的分 压和抑制结焦。蒸汽过热至800900C,与预热的乙苯混合再通过催化剂，反应 温度为650C，压力为负压，蒸汽/乙苯比为1.5%2.2%。1.2.3巴斯夫法巴斯夫法工艺特点是用烟道气加热的方法提供反应热，这是与绝热反应的最 大不同。1.2.4 Halcon 法Halcon法又称PO SM联产法。Halcon法公司开发，于1973年在西班牙实 现工业化。反应过程中乙苯在液相反应器中用氧化成过氧化物，反应条件为压力 0.35MPa，温度141C，停留时间4h，生成的乙苯过氧化物经提浓度到17%后，进 入环氧化工序。环氧化温度为110C、

15、压力为4.05MPa。环氧化反应液经蒸馏得环 氧丙烷。环氧化另一产物甲基苄醇在260C、常压下脱水得苯乙烯。1.2.5裂解汽油萃取分离法日本日本东丽公司开发了 Stex法裂解汽油萃取分离苯乙烯技术，同时还开发 了专用萃取剂，可分离出纯度大于99.7%的苯乙烯，同时可生产对二甲苯，并降低 裂解汽油加氢负荷，生产成本仅为乙苯脱氢法的一半。1.2.6环氧丙烷联产法环氧烷联产法是先将乙苯氧化成乙苯氢过氧化物，再使之在Mo、W催化剂存 在下与丙烯反应生成环氧丙烷和 一苯乙醇，后者脱水可得到苯乙烯。其优点是 克服了 AlCl 3法有污染、腐蚀和需要氯资源的特点；缺点是流程长、投资大，对原 料质量要求较高，操作条件严格，联产品多，每吨苯乙烯联产0.45t左右的环氧丙 烷，因此不适宜建中小型装置。目前世界上拥有该技术的有阿尔科化学、壳牌和德士古化学。2生产工艺2.1本工艺设计说明2.1.1生产任务年产25万吨精苯乙烯，纯度N99.8%。2.1.2生产方法鲁姆斯（UOP / Lummus）经典苯乙烯单