催化干氣制乙苯技術(shù)

石志華

摘要：催化干氣制乙苯是利用石化副產(chǎn)干氣中的乙烯與苯反應(yīng)生產(chǎn)乙苯的過(guò)程，通過(guò)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行深入研究，完善和提高技術(shù)水平，為技術(shù)推廣奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：催化干氣;乙烯;苯

一、催化干氣制乙苯技術(shù)原理

1.1反應(yīng)機(jī)理

在固體酸催化劑的存在下，苯與乙烯氣相烷基化合成乙苯是典型的弗瑞德-克來(lái)福特（Fridel-Crafts）反應(yīng)，屬于正碳離子機(jī)理。

該反應(yīng)的主反應(yīng)是苯與乙烯烷基化生成乙苯，是親電取代反應(yīng)。在酸催化劑作用下，乙烯被活化生成乙基正碳離子，生成的乙基正碳離子進(jìn)攻苯環(huán)形成б絡(luò)合物，再經(jīng)質(zhì)子離去完成了該烷基化反應(yīng)過(guò)程。

1.2 拉烏爾定律與亨利定律

研究氣液相平衡時(shí)，有兩個(gè)重要的定律拉烏爾和亨利定律。

溶液中溶劑的蒸汽不僅與溶液的性質(zhì)有關(guān)，而且還與溶液中溶解組分的濃度有關(guān)。拉烏爾根據(jù)許多數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，稀溶液中溶劑的蒸汽壓P1與其液相中的摩爾分?jǐn)?shù)存在著下述關(guān)系：

-----溶液中溶劑的蒸汽壓

-----溶液中溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)

-----同一溫度下純?nèi)軇┑娘柡驼羝麎?/p>

溶液中的蒸汽壓等于同一溫度下純?nèi)軇┑娘柡驼羝麎号c其摩爾分?jǐn)?shù)的乘積，這就是拉烏爾定律。

亨利定律是化工吸收過(guò)程的依據(jù)，吸收分離就是利用溶劑對(duì)氣體混合物中各個(gè)組分溶解度的不同，選擇性地把溶解度大的氣體吸收，達(dá)到從氣體混合物中除去或回收這種氣體的目的。從式3可以看出，當(dāng)溶劑和溶質(zhì)一定時(shí)，在一定溫度下，K為定值，氣體的分壓越大，則其在溶液中的溶解度就越大，所以增加氣體的分壓有利于吸收，從式3還可以看出，若在相同的氣體分壓下比較，K值越小，則溶解度越大，所以亨利系數(shù)K值的大小可以作為選擇吸收劑的一個(gè)依據(jù)。

1.3 精餾原理

精餾是利用物質(zhì)揮發(fā)性不同（沸點(diǎn)不同）而將兩種或兩種以上的物質(zhì)分離開(kāi)的過(guò)程。精餾過(guò)程在精餾塔內(nèi)完成，混合組分從塔中間某一塊塔板（進(jìn)料板）連續(xù)進(jìn)入，在進(jìn)料板以上，上升蒸汽中所含的重組分向液相轉(zhuǎn)移，而回流液中的輕組分向氣相轉(zhuǎn)移，這樣經(jīng)過(guò)足夠的塔板，在塔的上半部分完成了上升蒸汽的精制，即除去其中的重組分，因而稱(chēng)分精餾段，在進(jìn)料板以下，下降液體（包括回流液和加料中的液體）中的輕組分向氣相轉(zhuǎn)移，這樣經(jīng)過(guò)足夠的塔板，在塔的下部完成了下降液體中重給分的提濃既提出了輕組分，因而稱(chēng)為提餾段。

一個(gè)完整的精餾塔應(yīng)包括精餾段和提餾段，進(jìn)料板是二者的分界，在這樣一個(gè)塔內(nèi)可將一個(gè)雙組分混合物連續(xù)地高純度的分為輕重兩部分。

回流（包括塔頂?shù)囊合嗷亓骱退糠謿饣斐傻臍庀嗷亓鳎┦蔷s操作的重要因素，它是構(gòu)成氣液兩相接觸傳質(zhì)的必要條件，沒(méi)有氣液兩相的接觸也就無(wú)法進(jìn)行物質(zhì)交換，就難以將混合物用精餾而分離開(kāi)。

溶液的沸點(diǎn)與總壓及組成有關(guān)，精餾塔內(nèi)各塊塔板上物料的組成及總壓并不相同，因而從塔頂?shù)剿仔纬赡撤N溫度分布。在加壓或常壓精餾中，各板的總壓差別不大，形成全塔溫度分布的主要原因是各板組分組成不同。

二、烴化及反烴化反應(yīng)技術(shù)原理

2.1 基本概況

1）反應(yīng)部分采用氣相烴化、液相反烴化技術(shù)。反應(yīng)溫度進(jìn)一步降低，催化劑的單程壽命延長(zhǎng)，減少再生次數(shù)，二甲苯等雜質(zhì)的生成減少。采用稀乙烯直接制乙苯技術(shù)，不需乙烯提純，可大大降低裝置投資;

2）干氣需要預(yù)先精制，該氣相合成法基本無(wú)腐蝕，設(shè)備可采用碳鋼，故投資費(fèi)用低，三廢排放大幅度減少，有利于環(huán)境保護(hù);

3）采用分子篩沸石催化劑，直接用干氣中的稀乙烯與苯反應(yīng)制乙苯，該分子篩沸石催化劑活性高，在反應(yīng)壓力0.7-1.1MPa，溫度330℃，n（苯）/n（乙烯）=7的條件下，乙烯的回收率可達(dá)90%以上;

4）設(shè)置催化干氣脫丙烯部分，降低裝置苯耗。

2.2烴化及反烴化過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)

烷基化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)包括兩個(gè)主要反應(yīng)：

苯與乙烯烷基化反應(yīng)生成乙苯：

乙烯與苯生成乙苯的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，但是在反應(yīng)條件下，正向反應(yīng)（烷基化）比逆反應(yīng)（烷基轉(zhuǎn)移）更有利。烷基化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，單烷基化反應(yīng)的熱效應(yīng)△H=-106.2kJ/mol。本技術(shù)烷基化反應(yīng)采用基于分子篩的DL0802烷基化催化劑，反應(yīng)在低溫氣相反應(yīng)條件下進(jìn)行。

多乙苯和苯烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成乙苯：

2.3烴化及反烴化流程說(shuō)明

烴化反應(yīng)系統(tǒng)的苯進(jìn)料為循環(huán)苯塔分離出來(lái)的循環(huán)苯。苯進(jìn)料按苯烯比6～7（mol）計(jì)，由烴化反應(yīng)器頂部進(jìn)入反應(yīng)器。

凈化干氣分三路進(jìn)烴化反應(yīng)器，與自反應(yīng)器頂部進(jìn)入的苯混合反應(yīng)，反應(yīng)條件330℃、1.1MPa，苯/乙烯分子比7。烴化反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)換熱后進(jìn)入粗分塔。反烴化料自吸收塔來(lái)， 與苯混合后進(jìn)入反烴化反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，反烴化反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入苯塔。烴化反應(yīng)器 2 臺(tái)，1臺(tái)操作，另1臺(tái)備用，烴化反應(yīng)產(chǎn)物 360℃，1.1MPa（A），反烴化反應(yīng)器1臺(tái)，反烴化反應(yīng)產(chǎn)物 260℃，3.6MPa（A）。

三、反應(yīng)器DCS操作

1.床層溫度控制

反應(yīng)器入口溫度由循環(huán)苯加熱爐（F101）爐出口溫度（TIC-2230）控制，反應(yīng)器各段床層出口溫度由各段干氣進(jìn)料量控制。（反應(yīng)器各段溫度330℃以上投干氣）。當(dāng)反應(yīng)器入口溫度高時(shí)，降低爐出口溫度。當(dāng)反應(yīng)器入口溫度低時(shí)，提高爐出口溫度。當(dāng)反應(yīng)器各段床層出口溫度高時(shí)，減少其干氣量，當(dāng)反應(yīng)器各段床層出口溫度低時(shí)，提高干氣進(jìn)料量。

2.反應(yīng)器壓力控制

反應(yīng)器（R-101A/B）入口的壓力主要受投入反應(yīng)器的干氣量及粗分塔和吸收塔的壓力影響。在催化劑使用的末期，由于床層積累了很多腐蝕物也會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器入口壓力升高。

3.循環(huán)苯緩沖罐（V-101）液面的控制

循環(huán)苯緩沖罐（V-101）液面正常調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)保持采出量固定不變，液面的調(diào)節(jié)用新鮮苯和苯塔頂抽出苯的流量來(lái)調(diào)節(jié)。新鮮苯量大，循環(huán)苯緩沖罐（V-101）液面高。新鮮苯量小，循環(huán)苯緩沖罐（V-101）液面低。同時(shí)參照苯塔的操作情況，適當(dāng)調(diào)節(jié)苯塔頂抽出量。

4.反烴化反應(yīng)器溫度控制

反烴化反應(yīng)器的反應(yīng)溫度是與烴化反應(yīng)器出口物料通過(guò)烴化產(chǎn)物-反烴化進(jìn)料換熱器（E-102）進(jìn)行熱量交換來(lái)加熱的，并通過(guò)調(diào)節(jié)閥閥TIC-1136進(jìn)行控制，使反烴化反應(yīng)器的床層溫度控制在220～260℃。當(dāng)需要調(diào)節(jié)反烴化反應(yīng)溫度時(shí)，TIC-1136自動(dòng)調(diào)整相當(dāng)于通過(guò)E-102副線(xiàn)的開(kāi)度，對(duì)反烴化料加熱或降溫。

5.反烴化流量控制

反烴化反應(yīng)器的流量由兩部分組成：一部分是反烴化料，由吸收塔（T-213）底P-203A/B泵來(lái);另一部分為苯塔（T-203）頂來(lái)的循環(huán)苯與罐區(qū)來(lái)的新鮮苯組成的混合苯。按一定比例到反烴化料罐V-102混合后，再由泵P-101A/B經(jīng)E-102換熱后進(jìn)入反烴化反應(yīng)器R-102。