一、裝置簡介
苯乙烯是石化行業(yè)的重要基礎(chǔ)原料。苯乙烯主要用于生產(chǎn)苯乙烯系列樹脂及丁苯橡膠，也是生產(chǎn)離子交換樹脂及醫(yī)藥品的原料之一。此外，苯乙烯還可用于制藥、染料、農(nóng)藥以及選礦等行業(yè)。苯乙烯有多種生產(chǎn)方法，如乙苯脫氫法、苯乙酮還原脫水法、裂解汽油中萃取劑提取苯乙烯法等。目前主流的苯乙烯生產(chǎn)方法為乙苯脫氫法。
二、典型乙苯脫氫制苯乙烯裝置的工藝及特點
典型乙苯脫氫制苯乙烯裝置分為乙苯單元和苯乙烯單元兩部分。
1. 乙苯單元
目前，世界上90％的乙苯都是由苯和乙烯通過烷基化獲得。乙苯單元含有三個系統(tǒng)：烷基化、烷基轉(zhuǎn)移和精餾。典型的烷基化反應(yīng)和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)制乙苯流程如圖2.20和圖2.21所示。
在液相烷基化反應(yīng)系統(tǒng)中，原料乙烯、苯以液態(tài)形式進(jìn)入烷基化反應(yīng)器，在苯過量的情況下乙烯近乎完全轉(zhuǎn)化，反應(yīng)主要生成乙苯。乙苯中的少部分會進(jìn)一步同乙烯反應(yīng)生成多乙苯。多乙苯主要由二乙苯和三乙苯組成。在精餾系統(tǒng)中，未反應(yīng)的苯、多乙苯以及重組分從烷基化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)產(chǎn)物中的分離并獲得產(chǎn)品乙苯。二乙苯和三乙苯可以在乙苯精餾系統(tǒng)回收并通過和苯進(jìn)行烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)重新生成乙苯。多乙苯回收系統(tǒng)中的主要設(shè)備是多乙苯塔，多乙苯塔在真空下操作。烷基化反應(yīng)和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)是在兩個獨立的反應(yīng)器中進(jìn)行并采用不同的催化劑。在烷基化反應(yīng)中生成的四乙苯的量比較少，和其他不能回收的重組分一起排至乙苯渣油系統(tǒng)。除主反應(yīng)系統(tǒng)外，該部分還含有催化劑配置系統(tǒng)和烴化液、催化劑分離系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)。精餾系統(tǒng)的作用是回收未反應(yīng)的苯，精制乙苯產(chǎn)品，從殘油中回收可循環(huán)的重質(zhì)烷基化物（PEB），從系統(tǒng)中除去水和輕組分，分離從苯乙烯單元來的苯／甲苯副產(chǎn)品。
2. 苯乙烯單元
目前，由乙苯制苯乙烯多采用脫氫方法。脫氫工藝制苯乙烯的工藝由兩個可以獨立運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)組成，分別是脫氫反應(yīng)系統(tǒng)和精餾系統(tǒng)。典型乙苯脫氧制苯乙烯裝置的工藝流程如圖2.22和圖2.23所示。
第一蒸汽過熱爐以及第二蒸汽過熱爐，將稀釋蒸汽加熱。低壓稀釋蒸汽首先經(jīng)過第一蒸汽過熱爐的爐管取熱，然后在反應(yīng)級間換熱器中作為熱介質(zhì)將第一反應(yīng)器的出料加熱到第二反應(yīng)器需要的進(jìn)口溫度。出了反應(yīng)級間換熱器后，稀釋蒸汽在第二蒸汽加熱爐中被加熱后直接與脫氫反應(yīng)進(jìn)料／出料換熱器出來的乙苯／汽化蒸汽混合，形成的混合物能夠達(dá)到第一反應(yīng)器的進(jìn)口溫度要求，然后進(jìn)入第一反應(yīng)器進(jìn)行脫氫反應(yīng)。位于第二反應(yīng)器下部的反應(yīng)級間換熱器將第一反應(yīng)器的出料再加熱。在進(jìn)入第二反應(yīng)器之前反應(yīng)物在第二反應(yīng)器混合器中混合，以在管道中達(dá)到均勻的溫度分布。
兩個反應(yīng)器設(shè)計相似，但是第二反應(yīng)器裝有更多的催化劑，并且在更高的真空度下操作，這樣能夠在整個催化劑的使用周期中提高對苯乙烯的選擇性。精餾系統(tǒng)包括三個串聯(lián)的精餾塔：苯／甲苯塔、乙苯回收塔和苯乙烯塔。這三個塔全是真空設(shè)備，它們的主要作用是保持正常操作下精餾塔系統(tǒng)的真空度。
三、介質(zhì)特點
乙苯脫氫制苯乙烯裝置最典型的介質(zhì)特點是超高溫、真空，同時系統(tǒng)中大量存在苯等極度危害介質(zhì)，同時還存在氯化氫等高腐蝕性介質(zhì)。
苯常溫下為高度易燃、有香味、易揮發(fā)、無色的透明液體，其密度小于水，為一種有機(jī)化合物，也是組成結(jié)構(gòu)最簡單的芳香烴。苯有高的毒性，也是一種致癌物質(zhì)。它難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑，本身也可作為有機(jī)溶劑。白血病患者中，有很大一部分有苯及其有機(jī)制品接觸歷史。在GB5044標(biāo)準(zhǔn)中，苯被歸為極度危害介質(zhì)。
空氣、苯乙烯的蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱或與氧化劑接觸，有引起燃燒爆炸的危險。遇酸性催化劑如路易斯催化劑、齊格勒催化劑、硫酸、氯化鐵、氯化鋁等都能產(chǎn)生猛烈聚合，放出大量熱量。
四、苯乙烯裝置的配管設(shè)計
主要是對塔、換熱器、罐、泵等設(shè)備的配管設(shè)計。
