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1、乙苯脱氢制苯乙烯脱氢工段工艺设计摘要本设计是以年产5万吨苯乙烯为生产目标，采用乙苯脱氢制得苯乙烯的工艺方法， 本文针对设计要求对整个工艺流程进行物料衡算，热量衡算，对整个工段进行工艺设 计和设备选型。然后根据物料平衡分别对进出脱氢反应器和气提塔进行物料衡算。根 据热力学定律对工艺中的第一预热器第二预热器，热交换器和反应器进行了能量衡算。 对油水分离器，物料泵，热交换器理论上进行了尺寸计算及选择。为满足设计要求， 达到所需要的工艺条件，本设计本着理论联系实际的精神，用现行的乙苯脱氢制取苯 乙烯的方法为设计基础，主要对乙苯脱氢工段进行工艺设计和优化。关键词：乙苯 脱氢 苯乙烯 物料衡算 能量衡算
2、工艺ABSTRACTThe design is based on an annual output of 50,000 tons of styrene production target of dehydrogenationof ethylbenzene to styrene process,Processfor the whole process design and the main equipment selection.Based on the design requirements of the entire process of the material balance and e
3、nergy balance.According to the material balance were circulating oil-water separator,material pumps,heateexchangers and dreacters.According to the laws of thermodynamics the energy balance of the process preheater preheaters,heat exchangers and dreactor operator.As far as possible to meet the design
4、 requirements to achieve the required conditions.Key word: ethylbenzene; styrene; material balance; energy balance; distillation;第一章文献综述1.1苯乙烯的性质及用途1.1.1苯乙烯的性质苯乙烯的分子式为C8H8分子量为104.14，化学结构式如下：Qch=ch2 或者 |gch=ch2苯乙烯又名乙烯基苯，系无色至黄色的油状液体。具有高折射性和特殊芳香气 味。熔点-30.6，沸点为1450C，凝固点一30.4oC，相对密度（水的为1）0.91,闪 点34.4oC。性
5、质比较稳定，不可与阳光接触，难溶于水，能溶于甲醇、乙酸及乙醚等 醇醚等多数有机溶剂。苯乙烯在高温下容易裂解和燃烧，生成苯、甲苯、甲烷、乙烷、碳、一氧化碳、 二氧化碳和氢气等。苯乙烯蒸气与空气能形成爆炸混合物，其爆炸范围为1.1%6. 01%。苯乙烯具有乙烯基烯烃的性质，反应性能极强，如氧化、还原、氯化等反应均 可进行，并能与卤化氢发生加成反应。苯乙烯暴露于空气中，易被氧化成醛、酮类。 苯乙烯易自聚生成聚苯乙烯（PS）树脂。也易与其他含双键的不饱和化合物共聚槌。 1.1.2苯乙烯的用途苯乙烯是一种重要的基本有机化工原料，主要用于生产聚苯乙烯和共聚树脂、离 子交换树脂不饱和聚酯以及苯乙烯系热塑性弹
6、性体SBS等和其他树脂的生产，此外还 可用于纺织，制药和涂料，农药及选矿等工业。其应用广泛，本设计采用乙苯脱氢生 产苯乙烯，具有较好的生产效益和经济效益。苯乙烯最大用途是生产聚苯乙烯，另外苯乙烯与丁二烯、丙烯腊共聚，其共聚物 可用以生产ABSX程塑料；与丙烯腊共聚可得AS树脂；与丁二烯共聚可生成丁苯乳胶 或合成丁苯橡胶。此外，苯乙烯还广泛被用于制药、涂料、纺织等工业槌。1.2苯乙烯生产方法1.2.1常见的生产方法目前，世界上工业生产苯乙烯的方法除传统乙苯脱氢的方法外，出现了乙苯和丙 烯共氧化联产苯乙烯和环氧丙烷工艺、乙苯气相脱氢工艺等新的工业生产路线，同时 积极探索以甲苯和裂解汽油等新的原料路
7、线。迄今工业上乙苯直接脱氢法生产的苯乙 烯占世界总生产能力的90%，仍然是目前生产苯乙烯的主要方法。它又包括乙苯催化 脱氢和乙苯氧化脱氢两种生产工艺，乙苯催化脱氢是工业上生产苯乙烯的传统工艺3,4。工业上，乙苯脱氢反应除采用低压或负压外，还采用惰性气体作稀释剂来降低烃的 分压，以提高平衡转化率。常用的稀积剂是水蒸气，它不仅提高了乙苯脱氢反应的平衡 转化率，还可消除催化剂表面的碳。有时也用作载热体，供给乙苯脱氢所需的热量。脱 氢反应器是乙苯脱氢工艺的核心，整个工艺是围绕它来展开的.1.2.2乙苯脱氢制苯乙烯的工艺原理以乙苯为原料，按1 ：31:8水比加入过热水蒸汽，在轴径向反应器内，高温、负 压
8、条件下，催化剂床层进行乙苯脱氢反应，生成苯乙烯主产品，副反应生成苯、甲苯、 甲烷、乙烷、氢气和二氧化碳。主反应： C H CH CH f C H CHCH + H6 5236 522这是一个强吸热可逆增分子反应。副反应是热裂解、氢化裂解和蒸汽裂解反应：C H CH CH f CH + CH6 5236 62 4C H CH CH + H f CHCH + CH652326534C H CH CH + H f CH + CH652326626C + 2H2O f 2H2 + CO2C2H4 + 2H2O f 2CO + 4H2水蒸汽变换反应：CO + H2O f H2 + CO2在水蒸汽浓度很高
9、时，生成苯、甲苯的反应式可能被下列反应所代替：C H CH CH + 2HO f CH CH + CO + 3H6523265322C H CH CH + 2HO f CH + CH + CO + 2H6523266422在乙苯脱氢反应中，原料乙苯中的化学杂质也发生反应，生成物还会进一步发反 应，为此，最终生成物中还含有另一些副产物，如二甲苯、异丙苯、焦油等34。1.3国内外生产和发展现状目前，世界上生产苯乙烯的方法主要有环氧丙烷一苯乙烯联产法、热解汽油抽提 蒸馏回收法，乙苯脱氢法以及丁二烯合成法等。乙苯脱氢法是目前国内外生产苯乙烯 的主要方法，有乙苯催化脱氢和乙苯氧化脱氢两种生产工艺，乙苯催
10、化脱氢是工业上 生产苯乙烯的传统工艺。2000年，世界上共生产苯乙烯2930万吨/年，其中美国600万 吨/年，中国55万吨/年。由于PS和ABS树脂等下游产品消费的强劲拉动，近年来世界 苯乙烯的生产发展很快。世界苯乙烯的消费构成为：聚苯乙烯是苯乙烯最大的下游衍 生物，气消费量约占总消费量的63.2%。苯乙烯需求的巨大缺口和持续强劲增长态势， 是我国苯乙烯生产不断扩大的原动力。我国苯乙烯的工业生产始于20世纪50年代中期，自兰州石油化工公司合成橡胶 厂采用传统的三氯化铝液相烷基化工艺，建成一套5000吨/年苯乙烯生产装置以来， 我国苯乙烯的生产得到了飞速发展。2003年我国苯乙烯的生产厂家有1
11、2家，总生产 能力达到105万吨，其中有8套为引进生产装置，生产能力合计为72.9万吨/年，约 占国内苯乙烯总生 产能力的69.4%。扬子巴斯夫苯乙烯系列有限公司的14.5万吨/ 年装置是目前国内最大的苯乙烯生产装置，生产能力约占国内苯乙烯总生产能力的 13.8%；其次是吉林石化公司，生产能力为14.0万吨，约占国内总生产能力的13.3%。 随着我国苯乙烯生产能力的不断增加，产量也不断增加。1995年我国苯乙烯的产量只 有2558万吨，1998年增至56.30万吨，2000年增加到76.38万吨，1995-2000年产量 的年均增长率达到24.5%。2002年我国苯乙烯的产量进一步增加到89.
12、56万吨，比2001 年增长13.8%, 1997-2005年产量的年均增长率为18.5%。2003年我国苯乙烯产量达 到94.82万吨，比2002年增长5.87%，其中中国石化集团公司的产量为45.20万吨， 约占总产量的47.67%；中国石油天然气集团公司的产量为37.89万吨，约占总产量的 39.96%。中国石油吉林石化公司的产量最大，达至15.98万吨，约占我国苯乙烯总产 量的16.85%，位居全国第一；其次是扬予巴斯夫苯乙烯系列有限公司，产量达至2.34 万吨，约占国内总产量的13.01%；再次是中石化茂名石化公司，产量达10. 7万吨， 约占国内总产量的10.97%5-。第二章工艺
13、流程设计2.1乙苯脱氢制苯乙烯工艺乙苯脱氢工艺主要分为烃化工段，乙苯精馏工段，乙苯脱氢工段和苯乙烯精馏工 段，以下分别进行简述。2.1.1烃化工段来自中间仓库的干苯和来自乙烯车间的乙烯和苯以0.4-0.5:1的配比，从塔底送入 反应器。同时，将配好的催化剂溶液经复合体加料泵加入反应器，在此反应器内进行 烷基化反应。反应产物自烃化反应器上部各自流至冷却器，冷却650C后进行烃化液沉降 槽沉降分离，分离出的Alc 1络合物自槽底部返回烃化反应器底部，上层烃化液自流至 3水解塔。没反应的乙烯气体和苯蒸汽等从烃化反应器顶部出来经冷却器用循环水使大 部分蒸汽冷凝后进入尾气吸收塔，用二乙苯吸收未凝蒸汽和H
14、C l气后，未凝气放空，二 乙苯吸收液反烃化，烃化液自上部直接流至中间仓库烃化液罐中。2.1.2乙苯精馏工段1. 干燥苯塔W来自中间仓库原料苯罐经原料泵送来的含水900ppm的原料苯，进入回流罐油相 区；来自循环苯塔的含水量2500ppm的循环苯，与苯干燥塔顶蒸出的经过冷凝的苯冷 却后进入回流罐分相区.塔顶气相温度810C经预热器与进料换热器后，进入冷凝器用 循环水冷凝，冷凝后循环苯塔回流泵送来的循环苯一起进入冷却器用循环水冷却器用 循环水冷却后进入回流罐分层区，上层脱水苯溢流至油相区，下层水相从集水包间断 排入管线塔釜为干燥苯，采出送至中间仓库干燥苯罐。2. 循环苯塔来自中间仓库的烃化液进入
15、循环苯塔加料区.塔顶气相馏分冷凝回流后冷却进入 苯干燥塔回流罐分层区。塔釜液（主要是乙苯和二乙苯）用釜液泵送至乙苯塔。3. 精乙苯塔由循环苯塔釜液泵送出的釜液，进入精乙苯塔加料层，塔顶气相馏分乙苯经冷凝 回流采出至精乙苯塔，塔釜液送至二乙苯塔。4. 二乙苯塔来自精乙苯塔釜液的料液根据不同组成进入二乙苯塔不同进料板.塔顶得二乙苯， 塔釜得到多乙苯。2.1.3乙苯脱氢来自中间仓库乙苯泵送来的乙苯与管网来的蒸汽进入乙苯蒸发器，乙苯与蒸汽量 比为1： 1.4，经过过热器壳程与脱氢反应器出来的6500C烟气过热至5800C后，配料气 进入脱氢反应器进行脱氢反应.反应产物经空冷，水冷，盐冷后进入沉降槽，分
16、离后 加入阻聚剂阻止聚合，然后进入粗苯乙烯塔。2.1.4苯乙烯精馏工段1. 粗苯乙烯塔甲苯，炉油自中间仓库送来，进入粗苯乙烯塔由再沸器加热精馏，塔顶产物苯， 乙苯轻组分进入循环乙苯塔的底部产物苯乙烯和苯乙烯焦油。2. 精苯乙烯塔精苯乙烯塔加料为粗苯乙烯塔经过冷却后的釜液，由再沸器加热进行精馏。塔顶 产品苯乙烯，纯度99.6（重量），塔釜苯乙烯焦油（废渣之一）。3. 循环乙苯塔粗笨乙烯塔塔顶馏分由回流泵送出，经循环乙苯塔进料预热器，用循环乙苯塔釜 液进行预热后，进入循环乙苯塔，由再沸器用1. 6MPa蒸汽加热精馏，塔顶苯，甲苯 馏分，送至中间仓库苯，甲苯罐。塔釜即循环乙苯，进入循环乙苯塔冷却器，送到中 间仓库循环乙苯罐9。2
