探討苯乙烯裝置焦油產量的影響因素

劉萍

摘 要：焦油產量是影響苯乙烯裝置物耗的主要因素，分析焦油組成得出，降低焦油產量應從降低焦油中苯乙烯含量及降低裝置聚合物生成量著手。薄膜蒸發器控制溫度、T4003塔釜溫度、焦油循環比與系統阻聚劑含量是影響裝置焦油產量的主要影響因素。薄膜蒸發器控制溫度、T4003塔釜溫度，主要影響焦油中苯乙烯含量，通過建立物料組成與溫度的擬合關系式，結合生產的實際情況，摸索出薄膜蒸發器控制溫度的適宜范圍為116～122℃，薄膜蒸發器進料中苯乙烯含量控制的適宜范圍為33%～39%，T4003塔釜溫度控制的適宜范圍為85.5～89℃，此時焦油苯乙烯含量能降低至8%左右，焦油仍保持較好的流動性。

關鍵詞：苯乙烯;焦油;節能降耗

苯乙烯單體（SM）是重要的基礎化工原料，主要用于合成聚苯乙烯（GPPS）、丁苯橡膠（SBR）以及ABS樹脂等。其生產方法主要有乙苯脫氫法和乙苯--丙烯共氧化法。目前市場上約85%的苯乙烯是由乙苯脫氫氧化法制備。由苯乙烯共聚生產的塑料可加工成為各種日常生活用品和工程塑料，用途極為廣泛。

苯乙烯裝置采用的是目前主流的ABBLummus/UOP工藝，該工藝精餾部分包含粗苯乙烯塔、精苯乙烯塔、乙苯回收塔、苯甲苯塔。含有苯乙烯的脫氫液原料經過粗苯乙烯塔、精苯乙烯塔的兩次加熱分離過程得到苯乙烯產品，與Fina/Badger工藝對比，苯乙烯組分減少了一次受熱過程。該工藝中苯乙烯物料受高溫影響易產生聚合的區域是控制焦油產量研究的重點關注對象，包括：粗苯乙烯塔、精苯乙烯塔及薄膜蒸發器，工藝流程簡圖見圖1。

含苯乙烯的脫氫液進料進入T4001（粗苯乙烯塔）與脫氫液中的乙苯等輕組分分離后，自T4001塔釜進入精苯乙烯塔，與粗苯乙烯中的重組分分離，苯乙烯產品自T4003（精苯乙烯塔）塔頂采出，少量苯乙烯與塔釜重組分進入薄膜蒸發器中，繼續回收苯乙烯產品，未回收的苯乙烯與重組分以苯乙烯焦油的形式自D4009（薄膜蒸發器焦油罐）采出。在ABBLummus/UOP工藝中，部分焦油返回至脫氫液進料中，通過回收焦油中的阻聚劑，有效降低了阻聚劑的消耗量。

1 焦油產量的影響因素分析

在ABBLummus/UOP工藝中薄膜蒸發器的控制溫度，焦油循環比（焦油返回T4001的量與焦油采出量的質量比）是焦油產量的最直觀的影響因素。阻聚劑是苯乙烯精餾系統控制聚合反應的主要措施，阻聚劑注入量偏小，精餾系統聚合反應速率加快，系統聚合物含量上升，焦油產量增加，因此阻聚劑注入量也是影響焦油產量的重要因素。

影響焦油產量的另一個重要因素是T4003塔釜溫度。將穩定操作狀態下T4003塔釜看成達到平衡狀態的雙組份系統即：苯乙烯與重組分，參考亨利定律，在塔壓恒定的條件下，T4003塔釜溫度與T4003塔釜物料中苯乙烯含量存在一定的對應關系。T4003塔釜溫度低，薄膜蒸發器進料中苯乙烯含量高，則薄膜蒸發器負荷高，導致薄膜蒸發器刮壁維持在較高溫度下運行，根據王凱等人的研究結論，經過薄膜蒸發器刮壁高溫區域的苯乙烯物料發生的聚合反應速率以指數形式增長，焦油產量增加。

綜上所述，影響焦油產量的主要因素包括：T4003塔釜溫度、薄膜蒸發器的控制溫度（D4009溫度）、焦油循環比，系統阻聚劑含量。

2 影響因素的優化研究

研究上述因素與苯乙烯焦油產量之間的關系，對上述因素的控制指標進行優化，通過提高精細化操作水平，達到降低焦油產量的目的。

2.1 T4003塔釜控制溫度的優化研究

薄膜蒸發器進料中苯乙烯含量通過影響薄膜蒸發器負荷，對焦油產量產生影響。隨著精餾單元負荷的提升，薄膜蒸發器進料中苯乙烯含量變化對焦油產量的影響逐漸增加。如圖2所示，薄膜蒸發器進料中苯乙烯含量與焦油中苯乙烯含量的變化趨勢吻合較好，薄膜蒸發器進料中苯乙烯含量控制在33%～39%時，焦油中苯乙烯含量降低至10%以下。降低焦油中苯乙烯含量，首先需要將薄膜蒸發器進料中苯乙烯含量控制在合理范圍內。

2.2 薄膜蒸發器控制溫度的優化

在ABBLummus/UOP工藝中，精苯乙烯塔塔壓直接影響薄膜蒸發器控制壓力。在精苯乙烯塔壓力穩定的狀態下，D4009溫度與焦油中苯乙烯含量存在一定的關聯關系，D4009控制溫度高，焦油中苯乙烯含量保持在較低水平，但D4009溫度控制越高，聚合反應速率快，影響了焦油產量。

合理的D4009控制溫度并不是溫度越高，焦油中苯乙烯含量越低。實際生產中高溫意味著較快的聚合反應速率，循環焦油中聚合物含量上漲，且聚合物的聚合度增加，長鏈聚合物增多導致焦油黏度增加，焦油介質的傳熱性下降，最終導致焦油中苯乙烯含量增加。

2.3 精餾系統阻聚劑含量的優化研究

裝置負荷影響變化導致的物料在系統中停留時間的變化以及焦油循環量變化等因素的影響，系統中聚合含量與阻聚劑的含量難以建立直觀的量化關系，但阻聚劑注入量的精細化調整可以參考T4003塔釜溫度的變化趨勢進行調整。

在ABBLummus/UOP工藝中，T4003塔釜溫度能夠靈敏的反映出系統聚合物含量的變化。在其他條件不變時，T4003塔釜溫度不斷下降，塔釜采出增加，說明精餾系統聚合反應速率加快，塔釜聚合物含量增加，導致T4003塔釜物料黏度上漲，塔釜物料中苯乙烯含量增加，此時需要適當增加阻聚劑注入量。

2.4 焦油循環比的優化研究

焦油循環比是影響焦油產量的重要因素。與Fina/Badger工藝相比，ABBLummus/UOP工藝中焦油循環有利于降低焦油中苯乙烯的損失，因此不需要采取提高焦油蒸發溫度回收焦油的苯乙烯方式，降低苯乙烯損失，降低了焦油流動性變差，對裝置帶來的堵塞風險。ABBLummus/UOP工藝中，考慮到裝置焦油循環對焦油流動性的要求，焦油中苯乙烯含量不宜過低。

3 小結

薄膜蒸發器的控制溫度、T4003塔釜溫度、焦油循環比，系統阻聚劑含量是影響焦油產量的主要影響因素。本文針對薄膜蒸發器控制溫度、T4003塔釜溫度與苯乙烯含量之間的關系，運用Minitab軟件進行研究，根據擬合關系式與裝置運行情況，確定了D4009、T4003塔釜的合理控制溫度，焦油中苯乙烯含量的能夠降低至8%左右。對系統阻聚劑的含量、焦油循環比與工藝調整參考依據之間的關系進行了研究，分析了物料組分變化與溫度的關系，以及物料黏度的變化對苯乙烯精餾過程的影響，為苯乙烯裝置如何降低焦油產量與優化阻聚劑加注量確定了調整方向。苯乙烯裝置焦油產量是影響苯乙烯裝置物耗的主要因素，本文通過對焦油產量影響因素進行研究，通過提高精細化操作水平的方式，達到節能降耗的目的。

參考文獻：

[1]袁飛，劉佳，吳瓊.苯乙烯裝置焦油產量的影響因素研究[J].化工管理，2018（17）：16.

[2]趙震.苯乙烯裝置焦油產量的影響因素研究[J].山東化工，2018，47（01）：70-72.