苯乙烯试验报告
1.过程合成与分析
苯乙烯（Phenylthylene/SM），是非常重要的化工原料。
我国苯乙烯主要用于生产聚苯乙烯、ABS树脂、SAN树脂、不饱和聚酯树脂、丁苯橡胶、丁苯胶乳以及苯乙烯系热塑性弹性体等。
近几年国内苯乙烯产能不断扩大，目前已经超过400万吨/年。
苯乙烯系列树脂的产量在世界五大合成材料的产量中仅次于聚乙烯和聚氯乙烯而名列第三位。
苯乙烯主要用于生产苯乙烯系列树脂及丁苯橡胶，也是生产离子交换树脂及医药品的原料之一，此外，苯乙烯还可用于制药、染料、农药以及选矿等行业。
苯乙烯系列树脂的产量在世界合成树脂中居第三位，仅次于PE、PVC。
苯乙烯的均聚物――聚苯乙烯(PS)是五大通用热塑性合成树脂之一，广泛用于注塑制品、挤出制品及泡沫制品3大领域。
近年来需求发展增长旺盛。
苯乙烯、丁二烯和丙烯腈共聚而成的ABS树脂是用量最大的大宗热塑性工程塑料，是苯乙烯系列树脂中发展与变化最大的品种，在电子电器、仪器仪表、汽车制造、家电、玩具、建材工业等领域得到了广泛应用。
中国已经成为世界ABS最大的产地和消费市场之一。
已知工业化的苯乙烯的生产主要采用两种方法：
（一）乙苯脱氢法
乙苯脱氢法是目前国内外生产苯乙烯的主要方法，其生产能力约占世界苯乙烯总生产能力的90%。
它又包括乙苯催化脱氢和乙苯氧化脱氢两种生产工艺。
1、乙苯催化脱氢工艺
乙苯催化脱氢是工业上生产苯乙烯的传统工艺，由美国Dow化学公司首次开发成功。
目前典型的生产工艺主要有Fina/Badger工艺、ABB鲁姆斯/UOP工艺以及BASF 工艺等。
（1）ABB鲁姆斯/UOP工艺。
用超加热器将蒸汽过热至800℃，与原料乙苯一起进入绝热反应器。
反应温度550-650℃，常压或负压，蒸汽/乙苯质量比为1.0-1.5。
通过脱氢反应器所生成的脱氢产物经冷凝器冷凝后进入乙苯/苯乙烯分离塔，塔底分出苯乙烯，塔顶馏出未反应的乙苯。
将乙苯中的苯和甲苯分出后返回脱氢反应器重复利用。
（2）Fina/Badger工艺。
Fina/Badger工艺通常与美孚/ Badger乙苯工艺联合签发许可。
该工艺采用绝热脱氢，高温蒸汽提供脱氢需要的热量并降低进料中乙苯的分压和抑制结焦。
蒸汽过热至800-950℃，与预热器内的乙苯混合后再通过催化剂，反应温度为560-650℃，压力为负压，蒸汽/乙苯质量比为1.5-2.2。
反应器材质为铬镍，反应产物在冷凝器中冷凝。
Fina/ Badger与 ABB Lummus公司一起几乎垄断了世界苯乙烯生产专利市场。
（3）BASF工艺。
BASF工艺的特点是用烟道气直接加热的方式提供反应热，这是与绝热反应的最大不同点。
脱氢过程中反应产物与原料气系统进行热交换，列管间加折流挡板，使加热气体径向流动，烟道气进口温度为750℃，出口温度为630℃，可用来预热进料的气体，使乙苯的进料温度达到585℃，直接与管内脱氢催化剂接触反应。
出口气体经急冷、换热，再经空气冷却，分离脱氢尾气（H2、CH4、CO2等）、水和油，上层脱氢料液送精馏工序制得苯乙烯。
乙苯催化脱氢法的技术关键是寻找高活性和高选择性的催化剂。
一开始采用的是锌系、镁系催化剂，以后逐渐被综合性能更好的铁系催化剂所替代。
目前，国外苯乙烯催化剂主要有南方化学集团公司开发的Styromax-1、Styromax-2、Styromax-4以及Styromax-5型催化剂；美国标准催化剂公司推出的C-025HA、C-035、C-045型催化剂；德国BASF公司开发的S6-20、S6-20S、S6-28、S6-30催化剂；Dow化学公司开发出的D-0239E型绝热型催化剂等。
我国开发成功的催化剂主要有兰州石油化工公司研究院的315、335、345、355系列催化剂；厦门
大学、中国科学院大连化学物理研究所的XH、DC系列以及中国石化集团公司上海石油化工研究院的GS系列催化剂等。
兰州石化分公司研究院还从催化剂配方和制备工艺入手，开发出了以铁-钾-铈-钼-镁为主要体系的低钾型乙苯脱氢催化剂。
华东理工大学开发出轴径向反应器技术和气气快速混合两大关键技术，突破了国外技术的垄断，形成了自主知识产权。
除了常见的圆柱型催化剂外，兰州化学工业公司最近还成功地将三叶型催化剂用于苯乙烯的工业生产上。
世界乙苯脱氢催化剂的研究正在向低钾含量、低水比、具有更高稳定性和更长运转周期的方向发展。
2. 乙苯氧化脱氢法
乙苯氧化脱氢技术是用较低温度下的放热反应代替高温下的乙苯脱氢吸热反应，从而大大降低了能耗，提高了效率。
典型的生产工艺有乙苯脱氢选择性氧化技术（Styro-Plus工艺）和苯乙烯单体先进反应器技术（Styrene Monomer Advanced Reactor Technology，简称Smart 工艺）。
（1）Styro-Plus工艺。
该工艺由美国UOP公司于20世纪80年代初期开发成功，是将乙苯脱氢反应生成的氢选择性地进行氧化燃烧，使反应平衡向有利于生成苯乙烯的方向移动，同时提供反应所需要的热量，是大幅度提高转化率的生产苯乙烯的新方法。
Styro-Plus工艺可以达到与传统脱氢法相同的选择性，但生产单位质量的苯乙烯所需要的蒸汽比传统工艺要降低34%，节能优势相当明显。
（2）Smart工艺。
该工艺于20世纪90年代初期开发成功，是UOP公司开发的乙苯脱氢选择性氧化技术（Styro-Plus工艺）与Lummus、Monsanto以及UOP三家公司开发的Lummus/UOP 乙苯绝热脱氢技术的集成。
该工艺是在原乙苯脱氢工艺的基础上，向脱氢产物中加入适量氧或空气，使氢气在选择性氧化催化剂作用下氧化为水，从而降低了反应物中的氢分压，打破了传统脱氢反应中的热平衡，使反应向生成物方向移动。
"Smart"工艺流程与Lummus/UOP 苯乙烯工艺流程基本相同，但反应器结构有较大的差别，主要是在传统脱氢反应器中增加了氢氧化反应过程。
该工艺采用三段式反应器。
一段脱氢反应器中乙苯和水蒸汽在脱氢催化剂层进行脱氢反应，在出口物流中加入定量的空气或氧气与水蒸汽进入两段反应器，两段反应器中装有高选择性氧化催化剂和脱氢催化剂，氧和氢反应产生的热量使反应物流升温，氧全部消耗，烃无损失，两段反应器出口物流进入三段反应器，完成脱氢反应。
在脱氢反应条件为620-645℃、压力0.03-0.13MPa、蒸汽/乙苯质量为1-2：1时，乙苯转化率为85%，苯乙烯选择性为92%-96%。
该工艺技术具有以下优点：（1）一段脱氢产生的氢气大部分被氧化，使反应向生成苯乙烯的方向移动。
与传统的苯乙烯技术相比，在相同的选择性下，乙苯单程转化率最高可超过80%；（2）乙苯转化率提高，减少了未转化乙苯的循环返回量，使装置生产能力提高，减少了分离部分的能耗和单耗；（3）甲苯的生成需要氢，移除氢后减少了副反应的发生；（4）采用氧化中间加热，由反应物流或热泵回收潜热，不需要中间换热器和相关的管线，提高了能量效率，节约了能量，经济性明显优于传统工艺；（5）可用于原生产装置的改造，改造容易且费用较低。
目前，世界上有5套苯乙烯生产装置采用乙苯氧化脱氢工艺进行生产，另外一些新建生产装置大都准备采用该方法进行生产。
2.工艺流程简图：
苯乙烯的生产过程，是将苯和乙烯通过一系列的加温、加压以及催化聚合反应生成苯乙烯的过程。
其工艺原理略图如下：
乙烯储罐
苯储罐
烷基转移单元
投料
乙苯精馏单元
烃化液
多乙苯
循环苯
回收苯
乙苯脱氢单元
乙苯
氢气
天然气
蒸汽
苯乙烯中间罐
脱氢液
尾气
循环乙苯
阻聚剂NSI
甲苯
焦油
苯乙烯储罐
阻聚剂TBC 回炉
3.物料流程图见附图1
4.主体设备图见附图2。