乙苯生产模式的优化

2022-11-02

乙苯是生产苯乙烯的主要材料，而苯乙烯正是现代塑料、橡胶制品的主要生产原料，所以说乙苯的生产对于工业生产而言有非常重要的意义。我国是工业性大国，每年都需要消耗大量的乙苯原料。目前的情况而言，国内乙苯生产始终无法满足日益增长的乙苯需求量，我国的乙苯材料长期依赖进口，这是制约我国工业生产的一个瓶颈问题。所以，研究乙苯生产模式的优化有着非常重要的意义。

1. 乙苯简介

乙苯的分子式是C6H5C2H5，它属于一种芳香族有机化合物，石油中会蕴藏一些乙苯成分。乙苯是一种有毒性，且易燃性强的液体物质，无色透明。它是用于生产塑料原材料聚苯乙烯的主要物质，而乙苯经过脱氢处理后，还可以副产氢气。除了在这两方面工业制造的用途，乙苯是作为颜料的主要成分。乙苯是一种有毒性的材料，对人体和环境都有非常大的危害。首先，乙苯具有比较强的刺激性，对人体皮肤会产生一定的危害。而如果人体摄入乙苯过多也会造成急性中毒的危害，中毒会使人脑部受损，头痛并且昏迷。其次，带有乙苯物质的废气排放到空气当中，将造成环境污染，气相乙苯很容易与空气混合产生爆炸。另外，乙苯流入到水体内，对水质和水中的生物造成危害，导致水中生物急性死亡。

2. 干气制乙苯装置工业操作方案的优化

(1)干气制乙苯装置基本情况

制乙苯方法中分为纯乙烯制乙苯和催化干气制乙苯两种，干气制乙苯方法对于乙苯制造非常关键，乙苯装置生产过程中，主要原材料有苯、干气或者乙烯，其中乙烯的数量相对较少。而装置的主要产物是乙苯，副产烃化尾气、富丙烯干气、丙苯以及高沸物。

在装置内主要进行的化学反应包括乙烯与苯进行的烷基化反应和二乙苯与苯产生烷基转移反应。通过这两种反应生产出乙苯产品。

在进行干气制乙苯的过程中，原材料苯主要由重整芳烃抽提装置供应，乙烯材料主要由裂解装置提供，干气则主要由催化装置提供。

装置在制取出乙苯后，乙苯物质一部分直接用于苯乙烯的生产。而另外一部分则用于销售，大部分销售给塑料生产厂家。而由装置生产出的尾气，也可作为装置工作的动力原料。装置生产出的富丙烯干气材料将会送回到炼油区进行利用，富丙烯是生产聚丙烯和丙苯的主要原料之一，丙苯可以用作调和柴油。装置产生的高沸物也可以当做燃料，也可以进行外销。

在干气制乙苯装置运行的过程中，原料干气的使用非常关键。但是，当前的情况是炼油区生产的干气量无法满足干气制乙苯装置的使用。这也是乙苯生产过程中主要的问题之一。

(2)干气制乙苯装置工业操作的优化

干气制乙苯方法是主要生产乙苯的方法，但是还存在着干气供应不足，干气转化效率较低的问题。所以，实现干气制乙苯装置操作方案的优化，提升装置干气进料量与乙烯转化效率，是促进干气制乙苯装置效率提升的良好途径，也是实现乙苯生产优化的方法。

本文笔者以某公司的干气制乙苯装置试验为例，该试验引用乙苯生产方案和乙苯汽油调和生产方案两种，并对两种方案使用的烃化反应器进行并联，对试验数据进行对比研究，以下就是试验的具体流程。

本装置规模是100Kt/a乙苯生产装置，该装置生产的过程中，乙苯纯度能达到了99.9%，二甲苯含量非常低，属于是优级乙苯产品。装置投用多年，运行稳定。干气原料主要是由ARGG装置进行供应，并且在尾气排出后，要对尾气进行氢气提取。但是，装置在干气进料和尾气排放过程中出现问题，为了降低装置的能耗，在装置中增设了干气压缩机，而干气压缩机的使用造成了装置进料过程与尾气排放过程的压降增加，而如果不开启干气压缩机则装置的进料将会变得困难。本次实验将装置在进行两种乙苯生产反应过程中的烃化反应器进行了并联。

(1)乙苯生产汽油调和生产方案进行反应器并联

以往的乙苯生产装置烃化反应器采用串联形式，而改进后的实验将乙苯生产装置的烃化反应器进行并联，通过并联的方式优化乙苯生产模式。该装置共有两台烃化反应器。分别为A和B在干气制乙苯装置内，主要是乙烯与苯烷基化反应，反应是利用酸性分子筛催化反应。而其它烃类物质在酸性分子筛催化剂的作用下产生副反应，过渡反应产生的积碳会使催化剂的活性降低。而当干气进入到串联B反应器时，干气制乙苯装置的反应床入口温度在350摄氏度左右，乙烯转化率在80%以上。

而将装置内的两台烃化反应器进行并联后，当A反应器装置准备工作做好后，将干气投入到A装置内并减少B装置的干气进料。通过实验数据我们发现，在没有进行A和B装置进行并联之前，到达B装置的干气进料量分别为18200m3·h-1，而当两个装置并联之后，减少B装置的进料量为6600m3·h-1，而并联之前一段床层的反应温度为350摄氏度、使用后的温度则控制在340摄氏度之内。并且产量相比于并联之前增加了40t/d。另外，通过对产品的组成成分分析来看，A和B装置进行并联之后的乙苯含量为74.81，而并联之前为69.77，也有了明显的提升。并且两台反应器并联后，乙烯转化率提高为96%。以下图1是乙苯生产装置并联前后的对比数据报告。

通过该试验我们可以得出结论，在乙苯生产汽油调和方法中，将干气制乙苯装置的两台烃化反应器进行并联，能够减低装置进料口的压降，并且能够提升产品的产量。

并联总结：主要的原理是两台并联后将反应器入口压力，流速下降，增加了反应器内的停留时间同时增加了反应器的进料量，加大了反应深度，增加了产量。另外，在烃化反应器并联过程中，也可以选择增设压控阀的方法进行尾气降压。

(2)乙苯生产方案反应的并联实验

以往的乙苯生产装置烃化反应器采用串联形式，而改进后的实验将乙苯生产装置的烃化反应器进行并联。装置烃化反应器并联的生产过程中，对A烃化反应器进行干气投料，进料量为17000m3·h-1，而反应器出入口的压降为0.03MPa，一段床层反应温度达到330℃，产量为200t/d。而将A烃化反应装置与B烃化反应装置进行并联后，B装置的投入量在12000m3·h-1，出入口压降在0.02MPa，并且此时的产量则提升至240t/d，比没有进行并联之前产量提升了40t/d。大幅度提高了装置的乙苯产量，实现了乙苯生产的优化。

3. 乙苯生产相关技术革新

(1)氯化氢液相烃化法

在当前情况下，氯化氢液相烃化法在生产乙苯中使用还是非常广泛的，据统计现在利用氯化氢作为催化剂生产乙苯方法的使用比例占到全世界乙苯生产中的40%左右，使用氯化氢液相烃化法技术进行乙苯操作相对来说比较方便，在烃化法过程中，烷基化反应与烷基转移在一个装置内完成，简化了乙苯生产的过程。但是，在使用氯化氢液相烃化法的过程中，也需要注意到外部环境，如外部温度，空气条件等因素。另外一点，使用这种方法腐蚀性比较强，并且生产过程中产生的废气会对外界空气环境带来较大的污染。所以目前，很多乙苯生产厂家都在研究利用分子筛催化方法进行革新。

(2)分子筛气相催化法

由于氯化氢催化中污染性较强，对于能量的消耗也比较多。所以，乙苯生产方法正在抓紧对分子筛气相催化法方面研究，当前分子筛气相催化法的研究使用的是ZSM-5型分子筛，使用ZSM-5分子筛进作为催化剂进行乙苯生产。改变了传统氯化氢作为催化剂的弊端，ZSM-5分子筛的结构相对而言比较固定，在乙苯生产过程中，作用在反应器内，也会使装置中的苯成分和乙烯成分的反应更加稳定，保证了装置内烷基化反应的良好进行。在进行ZSM-5分子筛气相催化法生产乙苯的过程中，在反应过程中气体中苯和乙烯的比例为1:4，在装置反应过程中控制操作温度在370摄氏度到420摄氏度之间，而压力控制在0.7-2.8MPa之内。与传统的氯化氢作为催化剂的液相生产乙苯工艺相比，ZSM-5分子筛解决了腐蚀性强、空气污染大等问题，并且一定程度上也减少了能源的消耗，实现乙苯生产中节能环保技术的应用。

各国对于生产乙苯的方法从未停止，我国针对ZSM-5气相乙苯生产方法做了一些研究，将利用沸石作为催化剂，使用FCC干气进行催化反应的方法。在这种方法内，ZSM-5分子筛中含有部分的抗硫酸水成分，可以直接简化反应的过程，提高装置内的反应效率。