苯乙烯生产工艺节能技术分析

苯乙烯生产工艺节能技术分析

刘富

大庆石化公司化工三厂，黑龙江 大庆 163000

摘要：随着我国社会经济的高速发展，特别是工业规模的越发壮大，对苯乙烯等化工原料的需求也越来越大。由于我国在苯乙烯进口上有一定依赖，为摆脱本土苯乙烯生产困境，提高苯乙烯产量，通过优化改造、节能降耗来降低生产成本成为现有苯乙烯企业的必然趋势。本文将通过对有关文献查阅以及结合自己多年工作经验情况下，针对苯乙烯生产工艺中节能技术的探讨，提出一些优化建议，以便解决苯乙烯生产中遇到的一些问题。

关键词：苯乙烯；生产工艺；节能技术

苯乙烯作为合成树脂、涂料、橡胶的重要有机化工原料，其被广泛应用于汽车产业制造、玩具制造、家用电器生产、化工产业等多个领域。目前我国经济各项领域的蓬勃发展使得国内苯乙烯供不应求，在保障产量的同时，如何降低生产成本、提高产量、达到节能降耗目的已成为苯乙烯生产企业需要重视的问题，优化改造并提高生产工艺是最重要也最基本的途径之一。

1 苯乙烯生产制备方法分析

目前，全世界化工生产中采用最多的苯乙烯生产工艺主要为乙苯脱氢法，该工艺方法相对于共氧化联产法的流程繁琐、易腐蚀机械设备、投入资金大等较多弊端而言，乙苯脱氢法工艺技术相当成熟，装置运行平稳，操作弹性大，产品纯度高，因此全世界90%的苯乙烯都是通过乙苯脱氢法生产工艺进行生产。乙苯脱氢法分为乙苯氧化脱氢和乙苯催化脱氢二种制取苯乙烯反应方式。

1.1乙苯氧化脱氢法

原乙苯脱氢工艺是在使用高温下的乙烯脱氢吸热化学反应来制取苯乙烯，其资源耗费和生产成本都较大，生产效率不够高。而乙苯氧化脱氢法是利用氢气和氧气的放热反应给乙苯脱氢反应提供热量，其主要原理为乙苯脱氢时产生大量氢原子，通过向脱氢产物加入适量氧气，使氢气和选择性氧化催化剂作用下氧化为水，从而产生大量热能，热能又被应用于之后的反应过程。通过氢氧结合燃烧变成水，这大大降低了反应炉中的压力，还使平衡反应向有利于苯乙烯生产的方向发展。该方法因氧化产生的热量促进了反应的进行，大大降低反应炉温度，从而不用更换因温度过高而损坏的中间换热器，减少了能源消耗。并且单程转化率提高了将近80%，生产成本大大降低。

1.2乙苯催化脱氢法

乙苯催化脱氢法是相当成熟的生产苯乙烯的传统工艺，其主要装置有蒸汽过热炉、绝热型反应器、热回收器、气体压缩机和乙苯/苯乙烯分离塔等。在氧化锌等催化剂作用下，反应温度在550～650℃时，反应炉为常压或负压，蒸汽/乙苯质量比为 1.0～1.5，而将蒸气过热至800℃，与乙苯一起进入绝热反应器，通过脱氢反应器所生成的脱氢产物经冷凝后进入乙苯/苯乙烯分离塔，经分馏后塔底分出高纯度苯乙烯，塔顶馏出未反应的乙苯。

2苯乙烯生产工艺节能技术及其发展分析

以乙苯催化脱氢发和乙苯氧化脱氢法为例，通过加热炉对原材料的加热蒸发并在冷却时进行冷却实行油水分离后，在粗塔经脱氢液作用使苯乙烯于蒸馏塔生产出苯乙烯和其副产品，而未利用完的乙烯通过回收塔循环利用，因此生产工艺中节能率大小主要看乙烯的转化率，这需要看水比变化对反应装置的能耗影响。

2.1反应区技术的分析

以1.15的水作为例子来分析反应区能耗，其中可包含蒸汽以及燃料等，每吨苯乙烯的主反应热是12453.9mJ/t，反应区热能耗大约是8 311.3mJ/t，占据总比例的66.7%。在反应区中将水蒸气的能耗进行稀释，其消耗大约是4955.2mJ/t，占反应区比例的59.6%，占据总比例的39.8%。当水比变化由1.15降低到1.0时，反应需要的能耗大大降低。其中乙烯转化率影响着装置反应的能耗，转化率和能耗率往往成反比，当乙烯转化率提高10%，反应区能耗率比原来降低10%，因此要降低反应区能耗率就在选择稀释蒸汽量时应充分考虑以下几个因素：一是催化剂所产生的水比；二是乙苯的单程转化率概率；三是苯乙烯是否具有选择性特点。通过相关对比分析，要减少反应区能耗，脱氢氧化剂还应具备水比低、乙苯转化率高等特点，因此要减少反应区能耗，减少苯乙烯装置能耗的产生则必须充分考虑脱氢催化剂是否符合以上2个标准。目前我国不少研究机构已经研制出几种水比和乙烯转化率大幅提升的新型催化剂，但稳定性能较差，还需要进一步提升。

2.2精馏区能耗分析

目前乙苯脱氢催化技术中乙苯精馏分离主要是在塔中完成，大多选用多级变压热集成技术。精馏区苯乙烯所产生的能耗大约为4142.6mJ/t，占据总比例的33.3%。精馏分离热能的等级数会影响苯乙烯的回收率，一般级数与回收率成正比例，即级数越多，回收率也逐渐提高。目前由于设备以及工艺流程的过于繁杂，使精馏区需要大量级数手段，这影响了实际应用价值，目前精馏分离采用两级变压热集成方式在两个精馏塔中完成操作，回收率达40%~50%。同时苯乙烯装置的热集成一般通过共沸来实现，一定比例的水和乙苯混合体的沸点越低，耗能也相应降低。经过不同实践证明，苯乙烯生产装置水比控制在1.2-1.5之间，节能效果较为理想。

2.3苯乙烯生产工艺节能技术发展分析

作为传统的苯乙烯生产工艺，乙苯催化脱氢技术相当成熟，目前在新型催化剂开发、生产工艺和设备优化改良上投入较大，但在反应器、负压脱氢过程及能量综合利用等方面的改进进展不大。而将乙苯脱氢的吸热和丙烯氧化的放热两个反应结合起来，不需要高温反应就可以同时联产苯乙烯和环氧丙烷两种重要的有机化工产品的苯乙烯/环氧丙烷联产法，投资和操作费用都相对降低25%-50%之间，在使用大型生产装置上具有明显竞争优势，但反应复杂、操作条件严格，乙苯单耗和装置消耗都要高于乙苯脱氢工艺，不适合中小型装置。而最新的以柴油、液化石油气为原料的蒸气裂解制乙烯法，通过抽提方式将裂解汽油中所含4%-6%的苯乙烯分离出来。其可通过传统精馏、萃取精馏、加氢及精致等过程在低温下将乙烯裂解汽油中的苯乙烯抽提出来，最高纯度可达99.9%，生产成本仅是乙苯脱氢法的1/2。此外，苯和乙烯直接合成、丁二烯合成、甲苯甲醇合成、乙烷制苯乙烯等合成路线和技术被不同的化工企业发明并研究创新，虽然在操作流程、生产成本等方面存在不同差异，但在贯彻苯乙烯生产技术发展理念上方向一致，即实现低能耗、环保、工艺简单且投资少、高收率、高转化率的最终目的。

4结束语

综上所述，当前各种苯乙烯生产工艺和节能技术不断创新优化，我国在催化剂的开发和研究上也实现了突破和创新，但随着我国经济发展和社会进步对苯乙烯等化工产业的日益依赖，相关企业还需要进一步在降低成本、节约能源消耗、延长生产设备使用寿命、提高苯乙烯转化率等方面继续努力，不断促进苯乙烯生产工艺节能技术的进步和发展。

参考文献

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［2］ 欧阳瑞. 苯乙烯生产工艺技术分析［J］.中国化工贸易，2018（16）：57.

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