催化干氣制乙苯技術

石志華

摘要：催化干氣制乙苯是利用石化副產干氣中的乙烯與苯反應生產乙苯的過程，通過對該技術進行深入研究，完善和提高技術水平，為技術推廣奠定堅實的基礎。

關鍵詞：催化干氣;乙烯;苯

一、催化干氣制乙苯技術原理

1.1反應機理

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-克來福特（Fridel-Crafts）反應，屬于正碳離子機理。

該反應的主反應是苯與乙烯烷基化生成乙苯，是親電取代反應。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攻苯環形成б絡合物，再經質子離去完成了該烷基化反應過程。

1.2 拉烏爾定律與亨利定律

研究氣液相平衡時，有兩個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有關，而且還與溶液中溶解組分的濃度有關。拉烏爾根據許多數據發現，稀溶液中溶劑的蒸汽壓P1與其液相中的摩爾分數存在著下述關系：

-----溶液中溶劑的蒸汽壓

-----溶液中溶劑的摩爾分數

-----同一溫度下純溶劑的飽和蒸汽壓

溶液中的蒸汽壓等于同一溫度下純溶劑的飽和蒸汽壓與其摩爾分數的乘積，這就是拉烏爾定律。

亨利定律是化工吸收過程的依據，吸收分離就是利用溶劑對氣體混合物中各個組分溶解度的不同，選擇性地把溶解度大的氣體吸收，達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，當溶劑和溶質一定時，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K值的大小可以作為選擇吸收劑的一個依據。

1.3 精餾原理

精餾是利用物質揮發性不同（沸點不同）而將兩種或兩種以上的物質分離開的過程。精餾過程在精餾塔內完成，混合組分從塔中間某一塊塔板（進料板）連續進入，在進料板以上，上升蒸汽中所含的重組分向液相轉移，而回流液中的輕組分向氣相轉移，這樣經過足夠的塔板，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，因而稱分精餾段，在進料板以下，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移，這樣經過足夠的塔板，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，因而稱為提餾段。

一個完整的精餾塔應包括精餾段和提餾段，進料板是二者的分界，在這樣一個塔內可將一個雙組分混合物連續地高純度的分為輕重兩部分。

回流（包括塔頂的液相回流和塔釜部分氣化造成的氣相回流）是精餾操作的重要因素，它是構成氣液兩相接觸傳質的必要條件，沒有氣液兩相的接觸也就無法進行物質交換，就難以將混合物用精餾而分離開。

溶液的沸點與總壓及組成有關，精餾塔內各塊塔板上物料的組成及總壓并不相同，因而從塔頂到塔底形成某種溫度分布。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、烴化及反烴化反應技術原理

2.1 基本概況

1）反應部分采用氣相烴化、液相反烴化技術。反應溫度進一步降低，催化劑的單程壽命延長，減少再生次數，二甲苯等雜質的生成減少。采用稀乙烯直接制乙苯技術，不需乙烯提純，可大大降低裝置投資;

2）干氣需要預先精制，該氣相合成法基本無腐蝕，設備可采用碳鋼，故投資費用低，三廢排放大幅度減少，有利于環境保護;

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制乙苯，該分子篩沸石催化劑活性高，在反應壓力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90%以上;

4）設置催化干氣脫丙烯部分，降低裝置苯耗。

2.2烴化及反烴化過程中的化學反應

烷基化和烷基轉移反應包括兩個主要反應：

苯與乙烯烷基化反應生成乙苯：

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

多乙苯和苯烷基轉移反應生成乙苯：

2.3烴化及反烴化流程說明

烴化反應系統的苯進料為循環苯塔分離出來的循環苯。苯進料按苯烯比6～7（mol）計，由烴化反應器頂部進入反應器。

凈化干氣分三路進烴化反應器，與自反應器頂部進入的苯混合反應，反應條件330℃、1.1MPa，苯/乙烯分子比7。烴化反應產物經換熱后進入粗分塔。反烴化料自吸收塔來， 與苯混合后進入反烴化反應器進行反應，反烴化反應產物進入苯塔。烴化反應器 2 臺，1臺操作，另1臺備用，烴化反應產物 360℃，1.1MPa（A），反烴化反應器1臺，反烴化反應產物 260℃，3.6MPa（A）。

三、反應器DCS操作

1.床層溫度控制

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

2.反應器壓力控制

反應器（R-101A/B）入口的壓力主要受投入反應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導致反應器入口壓力升高。

3.循環苯緩沖罐（V-101）液面的控制

循環苯緩沖罐（V-101）液面正常調節時應保持采出量固定不變，液面的調節用新鮮苯和苯塔頂抽出苯的流量來調節。新鮮苯量大，循環苯緩沖罐（V-101）液面高。新鮮苯量小，循環苯緩沖罐（V-101）液面低。同時參照苯塔的操作情況，適當調節苯塔頂抽出量。

4.反烴化反應器溫度控制

反烴化反應器的反應溫度是與烴化反應器出口物料通過烴化產物-反烴化進料換熱器（E-102）進行熱量交換來加熱的，并通過調節閥閥TIC-1136進行控制，使反烴化反應器的床層溫度控制在220～260℃。當需要調節反烴化反應溫度時，TIC-1136自動調整相當于通過E-102副線的開度，對反烴化料加熱或降溫。

5.反烴化流量控制

反烴化反應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;另一部分為苯塔（T-203）頂來的循環苯與罐區來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E-102換熱后進入反烴化反應器R-102。