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化学世界
2013年
苯乙烯生产新技术研究进展
刘剑锋,缪长喜
(中国石化上海石油化工研究院,上海201208)
摘要:针对当前影响苯乙媂生产技术发展的几个关鍵问题,如苯乙烯生产过程中水蒸汽耗量大,
能耗高、苯乙媂分离系统余热利用、单元设备研究、苯乙烯生产新エ艺路线等问题进行详细研究,分
别提出了新催化剂技术、生产过程新技术、新单元设备和新工艺路缄,旨在解决困扰苯乙烯生产技
术可持续发展的瓶颈,为大型苯乙烯装置的建设和现有装置的节能降耗提供技术支持
关键词:苯乙烯;新技术;节能降耗
中图分类号:TQ325.1
文献标志码:A
文章编号:0367-6358(2013)07042-06
Studies on Energy Saving Technologies of Styrene Production
LIU Jian-feng, MLAO Chang-xi
Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology, Shanghai 201208 China)
Abstract Key issues a effecting the development of styrene production technology, such as high steam ane
energy consumption, utilization of excess heat in styrene separation system, unit equipment and new sty
rene production process were studied in detail. To address these issues in styrene industrial production,
novel catalysts, new unit equipments as well as new process route were developed. These strategies were
to solve the problem of sustainable development of styrene production technology, to provide technical
support for construction of large scale styrene equipment and to reduce emission and consumption for exis
ed styrene equipment
Key words: styrene; novel catalysts and production process; emission and consumption reduction
苯乙烯是重要的基本有机原料之一,主要用于国大陆地区苯乙烯生产能力为5300kt/a,但仍不能
生产苯乙烯系列树脂如聚苯乙烯(PS)、丙烯腈一丁满足需求,需要大量进口,对外依存度仍在40%左
二烯一苯乙烯(ABS)、苯乙烯一丙烯腈(SAN)以及右。随着下游苯乙烯衍生物需求量的不断扩大,未
丁苯橡胶(SBR)和丁苯胶乳等:。在乙烯術生物来几年内苯乙烯的需求量仍将大幅度增加。
中,苯乙烯消耗乙烯的量仅次于聚乙烯、聚氯乙烯和
工业上,苯乙烯主要采用乙苯催化脱氢法生
环氧乙烷而居第四位。
产3?。生产过程中发生的主反应为:C6Hs-C2H
目前,全世界有30多个国家和地区建有百余套CH5CH=CH2+H2+124kJ/mol。这是一个分
规模不等的生产装置,总生产能力约为31000kt/a,子数增加的强吸热反应。从热力学上看,提高温度、
其中美国的生产能力最大,中国大陆位居第二。我降低体系压力对平衡有利,因而目前工业上大多数
收稿日期:2013-03-01
作者简介:刘剑峰(1980-),男,河北石家庄人,从事乙烯脱氢制备苯乙烯催化剂的研发及技术服务工作。E-mail: liujianfengo6@ hotmail.
om;liujianfsshy@sinopec.com
第7期
化学世界
采用负压装置。但反应温度的提高,意味着装置能除炭能力两方面入手,通过提高催化剂的平均孔径
耗的增加,实际反应过程中,是依靠提高水蒸汽的和添加消炭助剂等途径,确保催化剂表面不易形成
温度来获得600℃以上高温的。由于水的热容量积炭,从而保持了催化剂的持续自再生功能,使得催
大,且水蒸汽经冷凝后变为水,易与目的产物苯乙烯化剂可在低水比条件下使用
分离,因而苯乙烯生产过程采用过热水蒸汽作为脱
(1)催化剂复合孔道体系构建技术
氢介质。其作用是[13:(1)使反应原料加热到所需
乙苯脱氢制苯乙烯反应是受内扩散控制的反
的温度;(2)补充热量以免由于反应吸热而降温;(3)应,反应物分子及产物分子能否顺利进出催化剂孔
降低乙苯分压,增加平衡转化率;(4)与催化剂上析道成为制约反应进程的主要因素。常用铁系催化剂
出的焦炭发生水煤气反应,以保持催化剂活性
的比表面较小,在2~4m2/g之间。我们采用了有
乙苯催化脱氢技术经过近80年的发展,无论是机酸/无机氧化物复合孔道导向剂方法,有机酸致孔
反应工艺、脱氢催化剂、单元设备的研究已相当广剂受热分解过程中在催化剂产生大、中、小多级孔
泛,该技术已相当成熟。然而,在全球能源与环境问无机氧化物制孔剂堵塞全部小孔,仅保留对扩散有
题日益突出的形勢下,对该成熟技术进行深人研究,利的大孔和中孔。在两种孔道导向剂的协同作用
解决困扰技术发展的瓶颈问题,开发适应时代发展下,增加了孔道利用率,有效提高了催化剂的活性。
的新技术成为迫切需要。
复合孔道导向剂采用前后催化剂内孔分布结果
影响该技术发展的几个关键问题如下:(1)乙苯见图1。从图1可以看出,复合孔道导向剂采用前
脱氢生产苯乙烯过程中水蒸汽耗量大,水蒸汽与乙催化剂的平均孔径为0.15m,采用后研发得到的
苯的摩尔比高达8~10倍,能耗大。(2)苯乙烯分离低水比催化剂平均孔径提高了一倍,达到0.30pm,
系统余热利用技术研究不深入,应用不普及。(3)单与国外参比催化剂的平均孔径相当。较大的孔径有
元设备的研究较为缺乏,制约装置长周期运转的瓶利于提高反应组分的扩散速率,使得烯基芳烃在催
颂依然存在。(4)苯乙烯生产的新工艺路线研究进化剂表面和孔道内不易积炭,催化剂降低积炭量,对
展不大,多年来未有大的突破。
反应有利
本文针对上述间题进行详细研究,分别提出了
新催化剂技术、生产过程新技术、新单元设备和新工
- GS
艺路线,旨在解决困扰苯乙烯生产技术可持续发展
0,04
New catalyst
Reference cat
的瓶颈,为大型萃乙烯装置的建设和现有装置的改
0.03
造提供技术支持。
苯乙烯生产新技术
9
1.1新催化剂技术
1.1.1低水比催化剂的研制
0.01
苯乙烯生产过程中,采用的Fe2O2-K2O系复合
氧化物催化剂,其中Fe2O)。作为主要活性组分,K2O
0.01
0.1
Mean diameter/um
是最重要的活性助剂,K2O的加人可以使Fe2O3的
反应性能成数量级增加,同时,K2O又是催化剂
图1不同催化剂的孔分布比较
表面积炭与水