苯乙烯生产工艺研究

闫宏伟

摘 要：苯乙烯是一种化学性质极其活泼的有机化合物，生产工艺复杂，在生产过程中具有易燃、易爆、高温、高压、有毒、易聚合等特点。乙苯脱氢是目前世界上最常见效能最高的苯乙烯生产工艺。苯乙烯主体装置包括苯乙烯单元、乙苯单元、罐区单元;公用工程包括循环水系统、冷冻水系统、生产水系统、消防水系统、油气回收系统和火炬。本文将主要介绍苯乙烯生产中苯乙烯单元，乙苯单元，及罐区单元的生产工艺。

关键词：苯乙烯;乙苯单元;苯乙烯单元;罐区单元

0 引言

苯乙烯生产装置主要包括乙苯单元和苯乙烯单元两部分。乙苯单元基于EBMax液相工艺，利用聚合级乙烯进料和原料苯反应制得中间产品乙苯。苯乙烯单元使用TOTAL/BAGER绝热脱氢技术进行苯乙烯单体的制备生产。

1 苯乙烯的生产工艺

1.1 乙苯单元工艺

烷基化系统、烷基转移系统及精馏系统三合一构成了乙苯单元系统。

乙烯和苯通过通过Exxon Mobil EBMax催化剂作用，在液相的反应系统中生成乙苯和少量的多乙苯。[1]反应保护床和烷基化反应器构成了烷基化反应系统。反应保护床是由一段具有催化剂的床层构成，烷基化反应器则是由六段具有催化剂的床层构成。原料乙烯经乙烯处理器通过氧化铝吸附来除氨后再经过乙烯过滤器和乙烯压缩机后进入反应保护床和烷基化反应器。

在烷基化反应器中，在每个床层底部会按照比例分批注入乙烯原料，原料苯会先跟烷基化反应器的第二床層的出料进行换热，利用二床的出料进行加热，当达到反应温度之后就会被依次从烷基化反应器的底部自下而上的通过反应保护床以及烷基化反应器的各个床层。第二床层的反应流出物先在烷基化反应器进料加热器中加热苯进料，之后在烷基化反应器热交换器中进一步冷却，副产低压蒸汽。第四床层的反应流出物在烷基转移进料换热器中加热烷基转移进料，之后在烷基化反应器热交换器中进一步冷却。

烷基转移系统中，烷基化反应中得到的多乙苯可以和苯进一步进行反应，重新生成乙苯。所以，多乙苯塔塔顶流出的多乙苯会继续和新鲜苯进行混合，用烷基化反应器四床的出料进行加热，然后流入到烷基转移反应器，通过底部流入反应器从而进行进一步的烷基转移反应。烷基转移反应器是一台装有Exxon Mobil EBMax烷基转移催化剂的固定床反应器，反应在液相中进行。

未经反应的苯、多乙苯以及部分的重组分物质将会在精馏系统中通过烷基化和烷基转移反应分离得到生产苯乙烯的中间产品乙苯。其中未经反应的苯将会通过苯塔进行精馏回收，塔顶的精馏苯继续进入烷基化和烷基转移系统进一步反应，塔釜液进入乙苯塔。苯乙烯单元所副产的苯/甲苯将会利用苯/甲苯塔和循环苯塔对苯和甲苯进行分离，分离出来的苯作为原料苯继续参加反应，分离出来的甲苯作为副产品进入罐区甲苯罐。

1.2 苯乙烯单元工艺

脱氢反应工段和苯乙烯精馏工段是构成苯乙烯单元的两个重要组成部分，此两个工段皆可以进行独立运转。TOTAL/BAGER苯乙烯技术采用两个串联的径向固定床脱氢反应器。因为乙苯脱氢反应生成苯乙烯是吸热反应，所以在两个反应器中间需要进行反应产物再加热。新鲜乙苯和回收乙苯将会先与低压蒸汽混合，在反应进料/反应出料换热器中进行汽化和过热，然后再进入第一脱氢反应器。

第一脱氢反应器出料在位于第二脱氢反应器底部的反应器预热器中被过热蒸汽加热，被加热的第一脱氢反应器出料随即进入第二脱氢反应器中反应，得到更高的乙苯转化率。在乙苯脱氢的反应中，得到了主要的产物苯乙烯，同时也会得到少量的苯、甲苯和少量的副产品，而这些少量的苯、甲苯和少量的副产品将会在苯乙烯精馏工段进行精馏与回收。

从第二脱氢反应器出来的反应产物通过与反应器进料换热，产生高压蒸汽而冷却。从三合一换热器出来的蒸汽/烃类气体在主冷器和后冷器中基本上完成冷凝。主冷器是以空气为冷媒的翅片式换热器，后冷器是以循环冷却水为冷媒的管壳式换热器。[2]从后冷器出来的油相和水相冷凝液进入到油水分离器中进行油水分离，分离出来水相被直接送往工艺凝液汽提塔中蒸汽汽提除去其中含有的少量烃类。后冷器排出的尾气中会含有部分不凝气，会连同部分芳烃和水蒸汽一起进入尾气压缩机，然后经过三个串联的后冷器，最终将水和芳烃冷凝下来继续进行油水分离，不凝尾气则进一步处理回收芳烃。

苯乙烯精馏工段由三个精馏塔系统组成，这些精馏塔可以将油水分离器送来的出料进行处理，分离出高纯度的苯乙烯产品，同时回收苯/甲苯副产品，并且将未经转化的乙苯回收至脱氢工段继续脱氢得到苯乙烯。

混合了缓聚剂的脱氢液首先在脱氢液预热器中利用尾气压缩机出口的脱氢尾气进行预热，之后脱氢液被平均分配进入低压粗苯乙烯塔和高压粗苯乙烯塔以回收乙苯、苯和甲苯，在塔底产物中控制苯乙烯产品中的乙苯含量。塔顶馏出物送至苯/甲苯塔分离，苯/甲苯塔塔顶回收苯/甲苯，塔底回收乙苯循环至脱氢反应器中，高低压粗苯乙烯塔塔釜液泵送至精苯乙烯塔，从而制得精制的苯乙烯产品。

2 结语

本文就乙苯脱氢制苯乙烯的工艺过程进行了详细的介绍，重点阐述了乙苯单元和苯乙烯单元的工艺流程。但是现在的工艺仍然存在着一些问题，例如：阻聚剂用量大，装置物耗高，苯乙烯在工艺系统中停留的时间较长等等，在工艺上若是解决了这些问题，苯乙烯的生产效能将再上一个新台阶。

参考文献：

[1]朱中南等.乙苯脱氢绝热反应器的数学模型和设计优化计算[J].化学反应工程与工艺，1985（1-2）：120-131.