苯乙烯生产工艺

课题：乙苯脱氢生产苯乙烯

第二节 乙苯脱氢生产苯乙烯

一、概述

１.苯乙烯的性质和用途 苯乙烯的化学结构式如下：

或者

系无色至黄色的油状液体。具有高折射性和特殊芳香气味。沸点为145 ℃，

凝固点 －30.4℃，难溶于水，能溶于甲醇、乙酸及乙醚等溶剂。

苯乙烯在高温下容易裂解和燃烧，生成苯、甲苯、甲烷、乙烷、碳、一氧化碳、二氧化碳和氢气等。苯乙烯蒸气与空气能形成爆炸混合物，其爆炸范围为1．1

％～6．01％。

苯乙烯具有乙烯基烯烃的性质，反应性能极强，如氧化、还原、氯化等反应均可进行，并能与卤化氢发生加成反应。

苯乙烯暴露于空气中，易被氧化成醛、酮类。苯乙烯易自聚生成聚苯乙烯（PS ）树脂。也易与其他含双键的不饱和化合物共聚。

苯乙烯最大用途是生产聚苯乙烯，另外苯乙烯与丁二烯、

丙烯腈共聚，其共聚物可用以生产 ABS

工程塑料；与丙烯腈共聚可得AS 树脂；与丁二烯共聚可生成丁苯乳胶或合成丁苯橡胶。此外，苯乙烯还广泛被用于制药、涂料、纺织等工业。

工业生产苯乙烯的方法除传统乙苯脱氢的方法外，

出现了乙苯和丙烯共氧化联产苯乙烯和环氧丙烷工艺、乙苯气相脱氢工艺等新的工业生产路线，

同时积极探索以甲苯和裂解汽油等新的原料路线。迄今工业上乙苯直接脱氢法生产的苯乙烯占世界总生产能力的 90％，仍然是目前生产苯乙烯的主要方法，其次为乙苯和丙烯的共氧化法。本节主要介绍乙苯脱氢法生产苯乙烯。 二、反应原理 1.

主、副反应 主反应：

催化剂

＋H 2 △H Φ

在主反应发生的同时，还伴随发生一些副反应，如裂解反应和加氢裂解反应： ＋H 2

＋C H 4

4

+H

2 H 6

+2H 2O +2CO 2+3H 2 高温下生碳

8C+5H 2

此外，产物苯乙烯还可能发生聚合，生成聚苯乙烯和二苯乙烯衍生物等。

CH 3

CH=CH 2

CH=CH 2

CH 2—CH 3

CH=CH 2

CH 2—CH 3

CH 4 CH 2—CH 3 CH 2—CH 3 CH 2—CH 3 CH 2—CH

2．催化剂

乙苯脱氢反应是吸热反应，在常温常压下其反应速度是小的，只有在高温下才具有一定的反应速度，且裂解反应比脱氢反应更为有利，于是得到的产物主要是裂解产物。在高温下，若要使脱氢反应占主要优势，就必须选择性能良好的催化剂。

乙苯脱氢制苯乙烯曾使用过氧化铁系和氧化锌系催化刑，但后者已在60年代被淘汰。

氧化铁系催化剂以氧化铁为主要活性组分，氧化钾为主要助催化剂，此外，这类催化剂还含有Cr、Ce、Mo、V、Zn、Ca、Mg、Cu、W等组分，视催化剂的牌号不同而异。目前，总部设在德国慕尼黑的由德国SC、日本NGC和美国UCI组成的跨国集团SC Group，在乙苯脱氢催化剂市场上占有最大的份额(55%-58%)，是Girdler牌号(有G-64和G-84两大系列)及Styromax牌号催化剂的供应者。

我国乙苯脱氢催化剂的开发始于60年代，已开发成功的催化剂有兰州化学工业公司315型催化剂；1976年，厦门大学与上海高桥石油化工公司化工厂合作开发了XH-11催化剂，随后又开发了不含铬的XH-210和XH-02催化剂。80年代中期以后，催化剂开发工作变得较为活跃，出现了一系列性能优良的催化剂，例如：上海石油化工研究院的GS-01和GS-05、厦门大学的XH-03，XH-04、兰州化学工业公司的335型和345型及中国科学院大连化物所的DC型催化剂等。

从国内外专利数据库看，近年来相关研究机构有许多乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的专利公开，如中国石油天然气股份有限公司2004年1月公开的中国专利CN1470325，报道了一种乙苯脱氢制苯乙烯催化剂，以质量份数计其活性组成为：45～75份铁氧化物，7～15份钾氧化物，2～8份铈氧化物，1～8份钼氧化物，2～10份镁氧化物，～2份钒氧化物，～2份钴氧化物，～3份锰氧化物，～1份钛氧化物。

三、操作条件

影响乙苯脱氢反应的因素主要有温度、压力、水蒸气用量、原料纯度等。

1.反应温度

乙苯脱氢是强吸热反应，升温对脱氢反应有利。但是，由于烃类物质在高温下不稳定，容易发生许多副反应，甚至分解成碳和氢，所以脱氢适宜在较低温度下进行。然而，低温时不仅反应速度很慢，而且平衡产率也很低。所以脱氢反应温度的确定不仅要考虑获取最大的产率，还要考虑提高反应速度与减少副反应。在高温下，要使乙苯脱氢反应占优势，除应选择具有良好选择性的催化剂，同时还必须注意反应温度下催化剂的活性。例如，采用以氧化铁为主的催化剂，其适宜的反应温度为600℃～660℃。

2.反应压力

乙苯脱氢反应是体积增大的反应，降低压力对反应有利，其平衡转化率随反应压力的降低而升高。反应温度、压力对乙苯脱氢平衡转化率的影响如表9—1所示。

表9-1温度和压力对乙苯脱氢平衡转化率的影响

由表可看出，达到同样的转化率，如果压力降低，温度也可以采用较低的温度操作，或者说，在同样温度下，采用较低的压力，则转化率有较大的提高。所以生产中就采用降低压力操作。

为了保证乙苯脱氢反应在高温减压下安全操作，在工业生产中常采用加入水蒸气稀释剂的方法降低反应产物的分压，从而达到减压操作的目的。

3．水蒸汽用量

水蒸气作为稀释剂，还能供给脱氢反应所需部分热量，也可使反应产物尤其是氢气的流速加快，迅速脱离催化剂表面，有利于反应向生成物方向进行。水蒸气可抑制并消除催化剂表面上的积焦，保证催化剂的活性。水蒸气添加量对乙苯转化率的影响如表9－2所示。

表9-2水蒸气用量对乙苯脱氢转化率的影响

由表9—2可知，乙苯转化率随水蒸气用量加大而提高。当水蒸气用量增加到一定程度时，如乙苯与水蒸气之比等于16时，再增加水蒸气用量，乙苯转化率提高不显著。在工业生产中，乙苯与水蒸气之比一般为l：～（质）。

4．原料纯度要求

为了减少副反应发生，保证生产正常进行，要求原料乙苯中二乙苯的含量＜%。因为二乙苯脱氢后生成的二乙烯基苯容易在分离与精制过程中生成聚合物，堵塞设备和管道，影响生产。另外，要求原料中乙炔＜10ppm（体）、硫（以H2S计）＜2ppm(体)、氯（以HCI计）≤2ppm(质)、水≤10ppm（体），以免对催化剂的活性和寿命产生不利的影响。某厂苯乙烯装置对原料纯度要求如表9—3所示。

表9-3某厂苯乙烯装置对原料纯度要求

四、工艺流程

乙苯脱氢生产苯乙烯可采用两种不同供热方式的反应器。一种是外加热列管式等温反应器；另一种是绝热式反应器。国内两种反应器都有应用，目前大型新建生产装置均采用绝热式反应器。乙苯脱氢采用绝热式反应器的工艺流程由乙苯脱氢和苯乙烯精制两部分组成。

1.乙苯脱氢

乙苯脱氢部分的工艺流程如图9—7所示。