苯乙烯生產(chǎn)-應(yīng)用生產(chǎn)原理確定工藝條件

三、乙苯催化脫氫制苯乙烯的工藝條件影響乙苯脫氫反應(yīng)的因素主要有反應(yīng)溫度，反應(yīng)壓力、水蒸氣用量、原料純度和催化劑等。⒈反應(yīng)溫度乙苯脫氫是強(qiáng)吸熱反應(yīng)。提高反應(yīng)溫度有利于提高脫氫反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率，也能加快反應(yīng)速率。但是，溫度越高，相對(duì)地說(shuō)更有利于活化能更高的裂解等副反應(yīng)，其速度增加的更快。采用以氧化鐵為主的催化劑，其適宜的反應(yīng)溫度為600℃左右。

⒉反應(yīng)壓力乙苯脫氫反應(yīng)是體積增大的反應(yīng)，降低壓力對(duì)反應(yīng)有利。當(dāng)壓力從0.1Mpa減到0.01Mpa時(shí)，達(dá)到相同的平衡轉(zhuǎn)化率所需的溫度約降低100℃左右，但是高溫條件下減壓操作不安全，對(duì)反應(yīng)設(shè)備制造的要求高，投資增加，所以，一般采用加入水蒸氣的辦法來(lái)降低原料乙苯在反應(yīng)混合物中的分壓，以此達(dá)到與減壓操作相同的目的。

⒊水蒸氣用量水蒸氣加入，可使反應(yīng)在較低反應(yīng)溫度下獲得較高的平衡轉(zhuǎn)化率。水蒸氣作稀釋劑的優(yōu)點(diǎn)：1.降低分壓，提高平衡轉(zhuǎn)化率；2.與產(chǎn)物易分離；3.比熱容量大，穩(wěn)定反應(yīng)熱；4.可消除催化劑表面上的焦碳；5.可以抑制原料中硫?qū)辖痄摿压艿母g作用；6.水蒸氣對(duì)金屬表面起一定的氧化作用，形成氧化膜，起一定的保護(hù)作用。

乙苯與水蒸氣的適宜比為1：1.2~2.6(W)。⒋原料純度要求原料乙苯中二乙苯的含量<0.04%。另外，為了保證催化劑的活性和壽命，要求原料乙苯中乙炔≤10ppm(體)、硫(以H2S計(jì))≤2ppm(體)、氯(以HCl計(jì))≤2ppm(質(zhì))、水≤10ppm(體)。⒌催化劑乙苯脫氫制苯乙烯主要采用兩種催化劑，即氧化鋅系和氧化鐵系。目前，工業(yè)上廣泛采用氧化鐵系催化劑，即Fe2O3-Cr203-K2C03。5.空間速度空間速度越小，停留時(shí)間越長(zhǎng)，原料乙苯轉(zhuǎn)化率可以提高，但同時(shí)因?yàn)檫B串副反應(yīng)增加。會(huì)使選擇性下降，而且催化劑表面結(jié)焦的量增加，致使催化劑運(yùn)轉(zhuǎn)周期縮短；但若空速過(guò)大，又會(huì)降低轉(zhuǎn)化率，未轉(zhuǎn)化原料的循環(huán)量大，分離、回收消耗的能量也上升。所以最佳空速范圍應(yīng)綜合原料單耗、能量消耗及催化劑再生周期等因素選擇確定。四、主要工藝參數(shù)的控制方案乙苯脫氫工藝按反應(yīng)器的型式可分為列管式等溫反應(yīng)器和絕熱式反應(yīng)器兩種。由于絕熱式反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造費(fèi)用低、生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)，一般大規(guī)模生產(chǎn)裝置都采用絕熱式反應(yīng)器。以絕熱式反應(yīng)器為例，影響脫氫反應(yīng)的主要因素是脫氫反應(yīng)溫度、壓力、水蒸氣用量及空間速度。其中影響反應(yīng)溫度的主要因素又是原料，原料的組成及流速不僅影響到反應(yīng)的溫度，而且影響到反應(yīng)體系的壓力，因此，要達(dá)到絕熱式脫氫反應(yīng)的最佳工藝參數(shù)，就必須穩(wěn)定設(shè)置乙苯的流量、稀釋水蒸氣流量和原料氣及脫氫產(chǎn)物進(jìn)出口溫度四個(gè)基本調(diào)節(jié)回路（如圖所示）。四、主要工藝參數(shù)的控制方案二、熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析熱力學(xué)分析：乙苯脫氫生成苯乙烯是吸熱反應(yīng)，其平衡常數(shù)在溫度較低時(shí)很小，平衡常數(shù)隨溫度的升高而增大。具體見(jiàn)下表表

乙苯脫氫反應(yīng)的平衡常數(shù)溫度/K70080090010001100Kp3.30×10-24.71×10-23.75×10-12.007.87溫度對(duì)乙苯脫氫生成苯乙烯反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率和平衡組成的影響見(jiàn)圖所示可以提高溫度的辦法來(lái)提高苯乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率。乙苯脫氫生成苯乙烯的反應(yīng)是分子數(shù)增加的反應(yīng)，因?yàn)椋憾鱪>0,所以降低p值，可以使Ky增大，即產(chǎn)物的平衡濃度可以提高，也就是提高了反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率。平衡轉(zhuǎn)化率隨壓力下降而提高，見(jiàn)下表。表

壓力對(duì)乙苯脫氫反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率的影響由表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，壓力從101.3kPa降低到10.1kPa，若要獲得相同的平衡轉(zhuǎn)化率，所需要的脫氫溫度可以降低100℃左右；而在相同的溫度條件時(shí)，由于壓力從101.3kPa降低到10.1kPa，平衡轉(zhuǎn)化率則可以提高20%~40%。二、乙苯催化脫氫制苯乙烯的原理乙苯脫氫的主反應(yīng)為：乙苯脫氫生成苯乙烯是吸熱的體積增大的反應(yīng)。在乙苯脫氫生成苯乙烯的同時(shí)，還伴隨發(fā)生如下一些副反應(yīng)：裂解反應(yīng)和加氫裂解反應(yīng)；在水蒸氣存在下，還可發(fā)生水蒸氣的轉(zhuǎn)化反應(yīng)；乙苯高溫下生碳反應(yīng)；產(chǎn)物苯乙烯還可能發(fā)生聚合，生成聚苯乙烯和二苯乙烯衍生物等。2．主要副反應(yīng)平行副反應(yīng)

與此同時(shí)，發(fā)生的連串反應(yīng)主要是產(chǎn)物苯乙烯的聚合或脫氫生焦以及苯乙烯產(chǎn)物的加氫裂解等。3.乙苯脫氫反應(yīng)的催化劑由于乙苯脫氫的反應(yīng)必須在高溫下進(jìn)行，而且反應(yīng)產(chǎn)物中存在大量氫氣和水蒸氣，因此乙苯脫氫反應(yīng)的催化劑應(yīng)滿(mǎn)足下列條件要求：①有良好的活性和選擇性，能加快脫氫主反應(yīng)的速度，而又能抑制聚合、裂解等副反應(yīng)的進(jìn)行；②高溫條件下有良好的熱穩(wěn)定性，通常金屬氧化物比金屬具有更高的熱穩(wěn)定性；③有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，以免金屬氧化物被氫氣還原為金屬，同時(shí)在大量水蒸氣的存在下，不致被破壞結(jié)構(gòu)，能保持一定的強(qiáng)度；④不易在催化劑表面結(jié)焦，且結(jié)焦后易于再生。在工業(yè)生