第三組乙苯脫氫反應(yīng)器的選型

關(guān)于第三組乙苯脫氫反應(yīng)器的選型第一頁，共四十一頁，2022年，8月28日乙笨脫氫反應(yīng)的反應(yīng)原理反應(yīng)原理：

以乙苯為原料，按1.3~1.8水比加入過熱水蒸汽，在軸徑向反應(yīng)器內(nèi)，于高溫、負壓條件下，通過催化劑床層進行乙苯脫氫反應(yīng)，生成苯乙烯主產(chǎn)品；副反應(yīng)生成苯、甲苯、甲烷、乙烷、丙烷、H2、CO和CO2。第二頁，共四十一頁，2022年，8月28日1．本反應(yīng)的主副反應(yīng)主反應(yīng)：副反應(yīng)：催化劑采用氧化鐵系催化劑。其組成為：Fe2O3－CuO－K2O－Cr2O3－CeO2。這是一個強吸熱，可逆增分子反應(yīng)。乙笨脫氫反應(yīng)的反應(yīng)原理第三頁，共四十一頁，2022年，8月28日苯乙烯工業(yè)生產(chǎn)方法乙苯脫氫法；乙苯共氧化法（哈康法）；甲苯為原料合成苯乙烯；乙烯和苯直接合成苯乙烯；乙苯氧化脫氫。第四頁，共四十一頁，2022年，8月28日乙苯脫氫法反應(yīng)條件1、溫度：乙苯脫氫反應(yīng)是可逆吸熱反應(yīng)，溫度升高有利于平衡轉(zhuǎn)化率的提高，也有利于反應(yīng)速率的提高。但溫度升高同時苯乙烯的選擇性下降，而低溫時反應(yīng)速率又下降，產(chǎn)率也不高。故存在最適宜溫度。工業(yè)：6000C左右，視催化劑而定實驗：540-6000C,鐵系催化劑第五頁，共四十一頁，2022年，8月28日乙苯脫氫法2、壓力：

壓力↑反應(yīng)速率↑但對脫氫的平衡不利工業(yè)上常采用水蒸氣來降低乙苯的分壓，提高乙苯轉(zhuǎn)化率，如果水蒸氣對催化劑有影響，只能采取降壓操作。實驗室采用通水蒸氣來降低反應(yīng)產(chǎn)物分壓，起降壓作用，提高平衡轉(zhuǎn)化率，另外，水蒸氣可以與沉積在催化劑上的碳發(fā)生反應(yīng)：C+2H2O→CO2↑+2H2↑，使催化劑獲得再生，延長了催化劑的壽命。第六頁，共四十一頁，2022年，8月28日乙苯脫氫法3、空速

高空速可減少副反應(yīng)，提高反應(yīng)選擇性，但轉(zhuǎn)化率不高，原料氣需循環(huán)利用，增加了能耗，因此需綜合考慮，選擇最佳空速第七頁，共四十一頁，2022年，8月28日一、原料

乙苯二、產(chǎn)品

苯乙烯相關(guān)副產(chǎn)品原料及產(chǎn)品性質(zhì)

三、催化劑

氧化鐵系催化劑第八頁，共四十一頁，2022年，8月28日乙苯

乙苯是一個芳香族的有機化合物，主要用途是在石油化學(xué)工業(yè)作為生產(chǎn)苯乙烯的中間體，所制成的苯乙烯一般被用來制備常用的塑料制品——聚苯乙烯。盡管在原油里存在少量的乙苯，但大批量生產(chǎn)仍然是靠在酸催化下苯與乙烯反應(yīng)。乙苯經(jīng)過催化脫氫，生成氫氣和聚苯乙烯。乙苯也存在與某些顏料中。物理性質(zhì)外觀與性狀：無色液體，有芳香氣味。熔點(℃)：-94.9沸點(℃)：136.2相對密度(水=1)：0.87相對蒸氣密度(空氣=1)：3.66飽和蒸氣壓(kPa)：1.33(25.9℃)臨界溫度(℃)：343.1臨界壓力(MPa)：3.70第九頁，共四十一頁，2022年，8月28日苯乙烯中文名苯乙烯；乙烯基苯英文名phenylethylene；styrene分子式C8H8相對分子質(zhì)量104.14CH=CH2結(jié)構(gòu)式CAS號100-42-5

危險性類別第3.3類高閃點易燃液體化學(xué)類別芳香烴第十頁，共四十一頁，2022年，8月28日苯乙烯化學(xué)性質(zhì)在不受輻射的催化劑的作用下，苯乙烯迅速生成一種廣泛用于模壓制品的塑料，聚苯乙烯，它還可以與丁二烯發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成一種異分子聚合物，即合成橡膠，還有一些單分子體（如氯乙烯）可與苯乙烯發(fā)生共聚反應(yīng)，生成化聚苯乙烯質(zhì)量更好的塑料或樹脂。其分子中烯鍵較活潑，易受親電試劑及自由基的進攻，催化氫化得到乙苯，然后得到乙基環(huán)己烷；在醇與鈉中得乙苯；鉻酸氧化可得苯甲酸；硝酸氧化得硝基苯甲酸；氣相氧化得苯甲酸；五氧化二釩催化，400℃得順丁稀乙酐，過氧酸作用得苯基環(huán)氧乙烷；臭氧氧化得苯甲醛；氯化、溴化得α，β-二鹵代乙苯；氫鹵酸加成得α-鹵代乙苯；硫酸存在下與甲醇反應(yīng)生成α-甲氧基乙苯。第十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日乙苯脫氫制苯乙烯脫氫催化劑

氧化鐵系催化劑組成Fe2O3—CuO—K2O—Cr2O5—CeO2

活性組分：氧化鐵助催化劑：鉀、釩、鉬、鎢、鈰等氧化物

活性組分和助催化劑按適當比例組合可實現(xiàn)高乙苯轉(zhuǎn)化率和高選擇性，如Fe2O3：K2O：Cr2O3=87:10:3組成的催化劑，乙苯的轉(zhuǎn)化率為60%，選擇性為87%。第十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日乙苯脫氫工藝流程一、外加熱列管式乙苯脫氫工藝由脫氫反應(yīng)，尾氣產(chǎn)物分離及最終產(chǎn)品苯乙烯的精制三部分組成脫氫反應(yīng)：原料為乙苯和水蒸氣，反應(yīng)溫度為580~600℃，乙苯轉(zhuǎn)化率為40％~45％，選擇性92％~95％，副反應(yīng)較少。尾氣產(chǎn)物分離：產(chǎn)物中有粗苯乙烯、水、氫氣、和二氧化碳，要將它們分離。苯乙烯的精制：將粗苯乙烯中的苯、甲苯、乙苯分離后就可以得到產(chǎn)品苯乙烯。第十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日絕熱式反應(yīng)器乙苯脫氫工藝流程圖如下：第十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日進料：原料氣一反應(yīng)尾氣換熱，在經(jīng)過預(yù)熱進入反應(yīng)器。預(yù)熱的熱量來自于過熱水蒸汽，入口溫度為610℃~660℃。脫氫反應(yīng)：催化劑床層為三段，段間補充過熱蒸汽，蒸汽與乙苯的摩爾比為14.產(chǎn)物分離：產(chǎn)物冷卻后首先要氣液分離，氣相包括氫氣，二氧化碳，一氧化碳，可用作燃料。液相經(jīng)精餾塔分離出苯，甲苯，乙苯及焦油，最終得到產(chǎn)物苯乙烯。絕熱式反應(yīng)器乙苯脫氫工藝第十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日乙苯脫氫工藝的改進一、脫氫反應(yīng)器的改進：可利用圓筒形輻射流動反應(yīng)器，雙蒸汽兩段絕熱反應(yīng)器、多段徑向流反應(yīng)器來提高乙苯的轉(zhuǎn)化率和收率。二、脫氫工藝條件的改進1、降低反應(yīng)的壓力可以提高苯乙烯的轉(zhuǎn)化率和選擇性2、利用多段絕熱反應(yīng)器，填充不同的催化劑，發(fā)揮催化劑的最大效能。第十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日乙苯脫氫工藝的改進

三、新型催化劑的研制催化劑改進的目標為：減少水蒸氣及降低壓力條件下，提高苯乙烯的選擇性，可以通過依稀三種途徑來實現(xiàn)：

1、選擇合適的催化劑助劑。

2、改進催化劑顆粒的粒度和形狀，小粒徑，低表面積，異形催化劑有利于提高選擇性

3、改進催化劑的使用方法，對于多層反應(yīng)器可填充不同活性催化劑。第十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日氣－固相催化反應(yīng)器固定床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器絕熱式換熱式對外換熱自熱多段絕熱單段絕熱氣－固相催化反應(yīng)器的基本類型第十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日一、固定床反應(yīng)器的類型與結(jié)構(gòu)（一）絕熱式固定床反應(yīng)器1、單段絕熱式第十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日特點：結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)器生產(chǎn)能力大，但反應(yīng)過程中溫度變化較大。適用：反應(yīng)熱效應(yīng)不大，反應(yīng)過程允許溫度有較寬變動范圍的反應(yīng)過程；熱效應(yīng)較大的反應(yīng)只要對反應(yīng)溫度不很敏感或是反應(yīng)速率非?？斓倪^程，有時也使用這種類型的反應(yīng)器。固定床反應(yīng)器的類型與結(jié)構(gòu)第二十頁，共四十一頁，2022年，8月28日2、多段絕熱式（a）中間換熱式ⅠⅣⅢⅡ平衡溫度線最佳溫度線xT一、固定床反應(yīng)器的類型與結(jié)構(gòu)第二十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日2、多段絕熱式（b）原料氣冷激式ⅠⅣⅢⅡ平衡溫度線最佳溫度線xT一、固定床反應(yīng)器的類型與結(jié)構(gòu)第二十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日2、多段絕熱式(c)非原料氣冷激式ⅠⅣⅢⅡ平衡溫度線最佳溫度線xT平衡溫度線固定床反應(yīng)器的類型與結(jié)構(gòu)第二十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日特點及適用：多段絕熱式彌補了單段絕熱式的不足；冷激式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，便于裝卸催化劑，內(nèi)無冷管，避免由于少數(shù)冷管損壞而影響操作，特別適用于大型催化反應(yīng)器。

固定床反應(yīng)器的類型與結(jié)構(gòu)第二十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日一、固定床反應(yīng)器的類型與結(jié)構(gòu)（二）換熱式固定床反應(yīng)器

1、對外換熱式第二十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日管徑：一般為25～50mm的管子，但不小于25mm。催化劑粒徑：應(yīng)小于管徑的8倍，通常固定床用的粒徑約為2～6mm，不小于1.5mm。傳熱所用的熱載體：沸水可以用于100℃～300℃的溫度范圍。聯(lián)苯與聯(lián)苯醚的混合物以及以烷基萘為主的石油餾分能用于200～350℃的范圍。無機熔鹽(硝酸鉀，硝酸鈉及亞硝酸鈉的混合物)可用于300～400℃的情況。對于600～700℃左右的高溫反應(yīng)，只能用煙道氣作為熱載體。固定床反應(yīng)器的類型與結(jié)構(gòu)第二十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日固定床反應(yīng)器的類型與結(jié)構(gòu)特點：采用小管徑，傳熱面積大，有利于強放熱反應(yīng)；傳熱效果好，易控制催化劑床層溫度；管徑較細，流體在催化床內(nèi)流動可視為理想置換流動，故反應(yīng)速率快，選擇性高；結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，設(shè)備費用高。適用：原料成本高，副產(chǎn)物價值低以及分離不是十分容易的情況。第二十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日固定床反應(yīng)器的類型與結(jié)構(gòu)（二）換熱式固定床反應(yīng)器

2、自熱式反應(yīng)前后物料在床層中自行進行換熱第二十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日固定床反應(yīng)器的類型與結(jié)構(gòu)特點：把原料的預(yù)熱和產(chǎn)物的冷卻過程融為一體，大大提高了能量利用水平。應(yīng)用：只適用于熱效應(yīng)不大的高壓放熱反應(yīng)過程。如中小型合成氨廠的氨合成和甲醇的合成。對于預(yù)熱原料所需熱量與反應(yīng)釋放熱量相差甚遠的，需附加大量熱交換面積，且系統(tǒng)控制要求大大提高，故不適宜。第二十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日一、固定床反應(yīng)器的類型與結(jié)構(gòu)（三）徑向固定床反應(yīng)器一般固定床中由于壓降限制，不能使用太小粒度的催化劑，但催化劑的有效系數(shù)降低了，為提高催化劑的利用率而設(shè)計了徑向反應(yīng)器。第三十頁，共四十一頁，2022年，8月28日二、流化床反應(yīng)器的類型與結(jié)構(gòu)（二）流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)第三十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日1、流化床反應(yīng)器主體錐底濃相段稀相段擴大段化床反應(yīng)器的類型與結(jié)構(gòu)第三十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日2、氣體分布裝置二、流化床反應(yīng)器的類型與結(jié)構(gòu)第三十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日3、內(nèi)部構(gòu)件檔板和檔網(wǎng)流化床反應(yīng)器的類型與結(jié)構(gòu)第三十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日4、換熱裝置流化床反應(yīng)器的類型與結(jié)構(gòu)第三十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日5、氣固回收裝置流化床反應(yīng)器的類型與結(jié)構(gòu)第三十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日特點催化劑裝填反應(yīng)速率反應(yīng)效果傳熱特性催化劑更換固定床催化劑顆粒大，固定在床層中，不易磨損返混小，反應(yīng)速率較快（類似于PFR）停留時間和溫度分布可控，可達高選擇性和轉(zhuǎn)化率傳熱較差，催化劑載體往往是熱的不良導(dǎo)體更換時必須停產(chǎn)，且更換勞動強度大，因此對催化劑使用壽命要求高流化床催化劑顆粒較小，可消除內(nèi)擴散阻力，充分發(fā)揮其效能，減少用量返混大，反應(yīng)速率較慢（類似于CSTR）產(chǎn)品選擇性和轉(zhuǎn)化率較低，且由于溝流偏流等存在，設(shè)備要求比較高傳熱強度高，整個床層處于恒溫狀態(tài)，可在最佳溫度點操作失活催化劑可迅速再生固定床與流化床反應(yīng)器的特點

第三十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日氣固床反應(yīng)器的選擇依據(jù)反映的特點反應(yīng)熱效應(yīng)反應(yīng)器自身特點催化劑性能生產(chǎn)工藝要求

本項目選用：第三十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日選型6萬噸/年乙苯脫氫反應(yīng)器的選型：選用兩段絕熱式固定床反應(yīng)器理由：這個反應(yīng)不需要嚴格控制反應(yīng)的溫度，從提高轉(zhuǎn)化率的角度考慮，選用固定床是反應(yīng)器。