苯乙烯裝置節能減排技術研究進展

王輝宇

摘要：在乙苯催化脫氫生產苯乙烯的工藝，經過多年的發展，已經較為成熟，但仍存在一定的提升瓶頸，限制了苯乙烯裝置的正常運行，也影響了裝置的物耗和能耗。本文綜合述了目前對苯乙烯裝置節能減排技術的研究及應用。通過新技術應用和對裝置的改造來提高裝置的穩定性，提高裝置的產量和降低裝置的物耗和能耗。

關鍵詞：苯乙烯裝置；乙苯；苯乙烯；節能；減排

苯乙烯（Styrene），分子式為C8H8，是乙烯基的電子與苯環共扼的一種有機化合物，在水中不溶解，可溶解在乙醚、乙醇等有機溶劑中，在空氣中暴露后會逐漸發生聚合并且氧化。

苯乙烯作為重要的工業原料是合成橡膠、樹脂等的重要化工原料[1]。目前世界上85%以上的苯乙稀裝置都采用負壓絕熱催化脫氫法工藝，但由于乙苯脫氫反應本身的特點以及后續精饋操作過程的要求，裝置的能耗一般都較高。目前苯乙稀生產工藝的主要研究對象是流程優化、改進中元操作和改善催化劑的性能等。乙苯脫氧制苯乙烯反應主反應是一個分子數增加的強吸熱反應。從熱力學度分析，反應溫度的提高和反應壓力的降低有利于反應的進行。在苯乙稀的生產過程中以過熱的蒸汽為脫氫介質，蒸汽的消耗占苯乙烯生產工藝能耗的66.7%，所以降低蒸汽的消耗成為了減少苯乙烯生產過程屮的主要方法。隨著裝置的大型化，能耗問題日益突出，它一直困擾著苯乙烯工業的健康發展。下面介紹下苯乙烯裝置節能減排技術研究進展。

1.設備節能減排技術

1.1苯乙烯裝置蒸汽過熱爐節能減排技術改造

宋守剛[2]研究發現蒸汽過熱爐是是苯乙烯裝置的主要耗能部位，在對裝置進行能耗原因分析的基礎上，通過在蒸汽過熱爐爐底燃燒器入口處增加空氣預熱器、采用裝置低溫工藝凝液預熱助燃空氣等措施，從而節省燃料，達到蒸汽過熱爐節能降耗的目的。通過該技術改造利用裝置工藝凝液（78℃）加熱助燃空氣，是常溫空氣進入蒸汽過熱爐的溫度達到60℃，減少燃料氣用量50kg/h。按3003元/噸燃料氣，年操作8000h，計算每年可帶來120萬元的經濟效益。

1.2苯乙烯裝置氫氣壓縮機節能減排技術改造

王效敏[3].研究表明：苯乙烯裝置氫氣壓縮機冷卻分離器產生的凝液中含有部分物料，且排液時易夾帶氫氣，直接去生產廢水處理系統，浪費物料，造成污水處理費用增加，且存在安全隱患和環境污染。為了解決這些問題，通過增加氫氣壓縮機到油水分離器的排液管線，達到節能減排、消除環境污染和安全隱患的目的。

2工藝節能減排技術

2.1苯乙烯生產裝置乙苯區節能技術

張曉宇[4]首先，通過從乙苯回收塔塔頂采出的乙苯經鍋爐水換熱后約160℃，經原料苯預熱器換熱后約110℃，這部分乙苯如先回到儲罐再進乙苯脫氫單元進料，此過程需要先冷卻至約30℃。若直接作為熱乙苯進入脫氫單元，可節省部分熱能。其次，通過降低一定的苯烯比條件下，苯在乙苯單元尤其是精餾部分循環量大幅減少，過程中分離苯與其他組分所消耗的蒸汽熱能大幅減少，從而實現能耗降低。目前本公司使用的烷基化催化劑供應商為美孚，實際控制苯烯比為2.2-2.5。

虞海波[5]通過對某大型苯乙烯裝置乙苯回收塔的運行的實際情況，分析存在的主要問題，借助流程模擬軟件模擬優化，由此改善操作條件，達到節能降耗的目的。同時分析了苯乙烯裝置中渣油的生成條件和原因，并對裝置渣油排放總量的現狀進行了分析，最終，通過對裝置的優化，苯乙烯的產量增加，物耗和能耗相對下降，裝置的經濟效益顯著提高。

金力強[6]對苯乙烯裝置苯乙烯部分的換熱網絡進行了研究，結合苯乙烯部分的實際換熱網絡流程，提出了苯乙烯部分的節能方案。此方案以脫氫氣為乙苯回收塔再沸器供熱充分利用其高品位的能量，需要新增2個換熱器。計算結果表明，采用此方案可以節省冷卻水，節省中壓蒸汽2.5t/h。通過采用夾點技術對笨乙烯裝置的用能方案進行調優處理，提出了全流程能量集成的節能改造方案。此方案以炕基化產物代替中壓蒸汽為乙苯回收塔再沸器供熱，以脫氫產物代替高壓蒸汽為乙苯塔再沸器供熱，需要移動臺換熱器的位置。計算結果表明，在改造工程量較小的情況下，此方案可以節省高壓蒸汽7.8t/h、節省中壓蒸汽3.8t/h，效益可達720.7萬元/年。

2.2苯乙烯生產裝置乙苯脫氫區節能技術

劉文杰[7]通過模擬計算，發現原換熱網絡能量利用不盡合理，可采取回收尾氣壓縮機出口熱量和降低吸收塔操作溫度的辦法加以改進，脫氫尾氣回收系統的換熱網絡優化后，僅需增加2臺小換熱器，該流程優點在于：①增加尾氣/脫氫液換熱器，可提高去精餾單元脫氫液溫度，減少乙苯/苯乙烯分離塔再沸器蒸汽用量，同時減少原流程尾氣冷卻器冷卻水用量；②增加尾氣后冷器和降低吸收塔溫度，可減少進吸收塔尾氣中的芳烴含量和吸收塔液氣比，從而節省能耗，同時可減少吸收塔塔徑，降低設備投資。缺點在于需耗冷凍水。經計算，采用優化流程后，該尾氣吸收系統冷卻水用量減少47%，低壓蒸汽用量減少6%，綜合能耗降低4250MJ/h，合170MJ/tSM。

張曉亮[8]通過對中國賽球遷寧分公司江蘇新陽科技集團有限公司60萬噸/年乙苯30萬噸/年苯乙烯聯合裝置項目為研究對象，對常州瑞華化工王程技術有限公司提供的工藝包進行了優化，提出了下面的苯乙烯裝置的工藝優化方案。（1）將脫鹽水引入蒸汽過熱爐中對流段，吸收煙氣熱量，煙氣溫度從216℃降低到160℃（TC，節省熱量2481MJ/h，裝置能耗下降了66MJ/t苯乙稀，折合標準油為59.3kgEO/h，達到了節能増效的目的。（2）利用原來排放到大氣中的"廢氣"0.04MPa蒸汽引入到乙苯蒸發器中，節約了0.732MPaG/h的0.32MPaG蒸汽，折合成標準油為48.3KgEO/h；回收了0.931t/h的0.04MPaG蒸汽，折合成標準油為51.2 KgEO/h?？傆嫽厥绽玫哪芎恼酆蠘藴视蜑?9.5KgEO/h，起到了變廢為寶、降低能耗的作用。（3）増設尾氣鹽冷器來減少尾氣壓縮機的處理量，煙氣溫度從6931Kg/h降低到4456Kg/h，壓縮機的功率減小了534.82kw，設備投資費用減少了170萬人民幣，雖著地減少了生產所需的投資成本。

2.3苯乙烯生產裝置精餾區節能技術

洪純芬[9]通過分析苯乙烯生產中的能耗分布，反應區能耗約占66.7%，精餾區約占33.3%。經過對國內外技術認真分析、評估和模擬計算，結合國內苯乙烯成套技術特點，開發了當今苯乙烯分離流程中最先進的熱集成和恒沸熱回收2種技術。通過綜合比較并考慮設備投資和各種經濟因素，熱集成技術更適合于低水比催化劑和低公用工程價格體系。

3.結論

目前工業上采用的苯乙烯生產工藝技術主要為乙苯脫氫工藝技術方法。而在實際運用該種方法時，采用的工藝裝置不同，獲得的技術優勢也并不相同，同時也會產生不同的生產問題。因此，還應結合實際工藝生產條件展開研究，從而通過優化改造提高裝置反應效果，并降低裝置生產能耗，進而更好地實現苯乙烯生產。

參考文獻：

[1]崔小明，李明.乙烯國內外生產技術進展[J].中國石油和化工，2004（09）：40-44.

[2]宋守剛，于美紅.苯乙烯裝置蒸汽過熱爐節能技術改進[J]河南化工2009（10）：46-47.

[3]王效敏，苯乙烯裝置氫氣壓縮機凝液排放改造[J]齊魯石油化工， 2008，36（3）：205～207.

[4]張曉宇，苯乙烯裝置節能措施研究.橡塑資源利用.2014.31-37.

[5]虞海波，苯乙烯裝置裝置的節能分析與優化，華東理工大學，2013.

[6]金力強，苯乙烯裝置節能技術研究，青島科技大學，2006.

[7]劉文杰，苯乙烯裝置節能工藝研究.石油化工設計.2008，25（4）47-49.

[8]張曉亮，北京化工大學，苯乙烯工藝優化方案研究，2010.

[9]洪純芬，苯乙烯生產裝置精餾區節能流程開發.化學工程.2010（10）47-51.