第三组 乙苯脱氢反应器的选型

乙苯脱氢制苯乙烯
脱氢催化剂
氧化铁系催化剂组成 Fe2O3—CuO—K2O—Cr2O5—CeO2 活性组分：氧化铁 助催化剂：钾、钒、钼、钨、铈等氧化物 活性组分和助催化剂按适当比例组合可实现高乙苯转 化率和高选择性，如Fe2O3：K2O： Cr2O3=87:10:3组成的催化剂，乙苯的转化率为 60%，选择性为87%。
乙苯脱氢法
反应条件
1、温度： 乙苯脱氢反应是可逆吸热反应，温度升高有利于 平衡转化率的提高，也有利于反应速率的提高。但温 度升高同时苯乙烯的选择性下降，而低温时反应速率 又下降，产率也不高。故存在最适宜温度。 工业：6000C左右，视催化剂而定 实验：540-6000C,铁系催化剂
乙苯脱氢法
2、压力：
特点及适用：
多段绝热式弥补了单段绝热式的不足； 冷激式反应器结构简单，便于装卸催化 剂，内无冷管，避免由于少数冷管损坏 而影响操作，特别适用于大型催化反应
器。
一、固定床反应器的类型与结构
（二）换热式固定床反应器 1、对外换热式
固定床反应器的类型与结构
Βιβλιοθήκη Baidu
管径：一般为25～50mm的管子，但不小于25mm。 催化剂粒径：应小于管径的8倍，通常固定床用的粒径约为 2～6mm，不小于1.5mm。 传热所用的热载体： 沸水可以用于100℃～300℃的温度范围。 联苯与联苯醚的混合物以及以烷基萘为主的石油馏分能用于 200～350℃的范围。 无机熔盐(硝酸钾，硝酸钠及亚硝酸钠的混合物)可用于 300～400℃的情况。 对于600～700℃左右的高温反应，只能用烟道气作为热载体。
乙苯脱氢法
3、空速
高空速可减少副反应，提高反应选择性 ，但转化率不高， 原料气需循环利用，增加了能耗，因此需综合考虑， 选择最佳空速
原料及产品性质
一、原料 乙苯
二、产品 苯乙烯 相关副产品
三、催化剂
氧化铁系催化剂
乙苯
乙苯是一个芳香族的有机化合物，主要用途是在石油化学工业 作为生产苯乙烯的中间体，所制成的苯乙烯一般被用来制备常用 的塑料制品——聚苯乙烯。尽管在原油里存在少量的乙苯，但大 批量生产仍然是靠在酸催化下苯与乙烯反应。乙苯经过催化脱氢， 生成氢气和聚苯乙烯。乙苯也存在与某些颜料中。 物理性质 外观与性状： 无色液体，有芳香气味。 熔点(℃)： -94.9 沸点(℃)： 136.2 相对密度(水=1)： 0.87 相对蒸气密度(空气=1)： 3.66 饱和蒸气压(kPa)： 1.33(25.9℃) 临界温度(℃)： 343.1 临界压力(MPa)： 3.70
苯乙烯
化学性质
在不受辐射的催化剂的作用下，苯乙烯迅速生成一种广泛 用于模压制品的塑料，聚苯乙烯，它还可以与丁二烯发生化学 反应形成一种异分子聚合物，即合成橡胶，还有一些单分子体 （如氯乙烯）可与苯乙烯发生共聚反应，生成化聚苯乙烯质量 更好的塑料或树脂。 其分子中烯键较活泼，易受亲电试剂及自由基的进攻，催化 氢化得到乙苯，然后得到乙基环己烷；在醇与钠中得乙苯；铬 酸氧化可得苯甲酸；硝酸氧化得硝基苯甲酸；气相氧化得苯甲 酸；五氧化二钒催化，400℃得顺丁稀乙酐，过氧酸作用得苯 基环氧乙烷；臭氧氧化得苯甲醛；氯化、溴化得α，β-二卤代 乙苯；氢卤酸加成得α-卤代乙苯；硫酸存在下与甲醇反应生成 α-甲氧基乙苯。
一、固定床反应器的类型与结构
2、多段绝热式
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
最佳温度线
（a）中间换热式
x
平衡温度线
Ⅳ
T
一、固定床反应器的类型与结构
Ⅰ Ⅱ
2、多段绝热式
（b）原料气冷激式
x Ⅲ Ⅳ
平衡温度线
最佳温度线
T
固定床反应器的类型与结构
2、多段绝热式 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
最佳温度线
(c)非原料气冷激式
x
平衡温度线
T
固定床反应器的类型与结构
乙苯脱氢工艺流程
一、外加热列管式乙苯脱氢工艺
由脱氢反应，尾气产物分离及最终产品苯乙烯的精制三部分组成 脱氢反应：
原料为乙苯和水蒸气，反应温度为580~600℃，乙苯转化率为40％ ~45％，选择性92％~95％，副反应较少。
尾气产物分离： 产物中有粗苯乙烯、水、氢气、和二氧化碳，要将它们分离。 苯乙烯的精制： 将粗苯乙烯中的苯、甲苯、乙苯分离后就可以得到产品苯乙烯。
气固床反应器的选择依据
反映的特点 反应热效应 反应器自身特点 催化剂性能 生产工艺要求 本项目选用：
选型
6万吨/年乙苯脱氢反应器的选型： 选用两段绝热式固定床反应器 理由：这个反应不需要严格控制反应的温度，从提 高转化率的角度考虑，选用固定床是反应器。 又由于这是一个强吸热，采用一段，温度降得太低， 影响转化率，采用两段中间补偿一定的热量，这样 可以避免了温度过低。而且反应器结构简单。
（二）换热式固定床反应器
2、自热式
反应前后物料 在床层中自行 进行换热
固定床反应器的类型与结构
特点： 把原料的预热和产物的冷却过程融为一体，大大 提高了能量利用水平。 应用： 只适用于热效应不大的高压放热反应过程。如中小型 合成氨厂的氨合成和甲醇的合成。 对于预热原料所需热量与反应释放热量相差甚远的， 需附加大量热交换面积，且系统控制要求大大提高，故 不适宜。
乙苯脱氢反应器的选型
第五组 汇报人：刘孝送 组员：崔孟丽 黄玲燕 张家进 董辉 樊溪
乙笨脱氢反应的反应原理
反应原理：
以乙苯为原料，按1.3~1.8水比加入过热水蒸汽， 在轴径向反应器内，于高温、负压条件下，通过催化 剂床层进行乙苯脱氢反应，生成苯乙烯主产品；副反 应生成苯、甲苯、甲烷、乙烷、丙烷、H2、CO和 CO2。
乙笨脱氢反应的反应原理
1．本反应的主副反应 主反应：
这是一个强吸热，可逆 增分子反应。
副反应：
催化剂 采用氧化铁系催化剂。其组成为：Fe2O3－CuO－K2O－Cr2O3－CeO2。
苯乙烯工业生产方法
Ø 乙苯脱氢法； Ø 乙苯共氧化法（哈康法）； Ø 甲苯为原料合成苯乙烯； Ø 乙烯和苯直接合成苯乙烯； Ø 乙苯氧化脱氢。
气－固相催化反应器的基本类型
气－固相催化反应器
固 定床 反应器
流 化床 反 应器
绝热式
换热式
多 段绝 热
单段绝热
对外换热
自热
一、固定床反应器的类型与结构 （一）绝热式固定床反应器
1、单段绝热式
固定床反应器的类型与结构
特点：结构简单，反应器生产能力大，但反 应过程中温度变化较大。 适用： 反应热效应不大，反应过程允许 温度有较宽 变动范围的反应过程； 热效应较大的反应只要对反应温度不很敏感 或是反应速率非常快的过程，有时也使用这种 类型的反应器。
二、流化床反应器的类型与结构
2、气体分布装置
流化床反应器的类型与结构
3、内部构件 档板和档网
流化床反应器的类型与结构
4、换热装置
流化床反应器的类型与结构
5、气固回收装置
固定床与流化床反应器的特点
特 催化剂装填 反应速率 点
反应效果
传热特性
催化剂更换
固 催化剂颗粒 返混小， 停留时间和 传热较差， 更换时必须 定 大，固定在 反应速率 温度分布可 催化剂载 停产，且更 床 床层中，不 较快 控，可达高 体往往是 换劳动强度 易磨损 （类似于 选择性和转 热的不良 大，因此对 化率 导体 催化剂使用 PFR） 寿命要求高 流 催化剂颗粒 返混大， 产品选择性 传热强度 失活催化剂 化 较小，可消 反应速率 和转化率较 高，整个 可迅速再生 床 除内扩散阻 较慢 低，且由于 床层处于 力，充分发 （类似于 沟流偏流等 恒温状态， 挥其效能， CSTR） 存在，设备 可在最佳 减少用量 要求比较高 温度点操 作
固定床反应器的类型与结构
特点： 采用小管径，传热面积大，有利于强放热反应； 传热效果好，易控制催化剂床层温度； 管径较细，流体在催化床内流动可视为理想置 换流动，故反应速率快，选择性高； 结构较复杂，设备费用高。 适用 ： 原料成本高，副产物价值低以及分离不是十分 容易的情况。
固定床反应器的类型与结构
绝热式反应器乙苯脱氢工艺
流程图如下：
绝热式反应器乙苯脱氢工艺
进料：
原料气一反应尾气换热，在经过预热进入反应器。预热的热量来自于过热水 蒸汽，入口温度为610℃~660℃。
脱氢反应：
催化剂床层为三段，段间补充过热蒸汽，蒸汽与乙苯的摩尔比为14. 产物分离： 产物冷却后首先要气液分离，气相包括氢气，二氧化碳，一氧化碳，可用作 燃料。 液相经精馏塔分离出苯，甲苯，乙苯及焦油，最终得到产物苯乙烯。
乙苯脱氢工艺的改进
一、脱氢反应器的改进：
可利用圆筒形辐射流动反应器，双蒸汽两段绝热反应器、 多段径向流反应器来提高乙苯的转化率和收率。
二、脱氢工艺条件的改进
1、降低反应的压力可以提高苯乙烯的转化率和选择性 2、利用多段绝热反应器，填充不同的催化剂，发挥催化 剂的最大效能。
乙苯脱氢工艺的改进
三、新型催化剂的研制 催化剂改进的目标为：减少水蒸气及降低压力条 件下，提高苯乙烯的选择性，可以通过依稀三种途 径来实现： 1、选择合适的催化剂助剂。 2、改进催化剂颗粒的粒度和形状，小粒径，低表 面积，异形催化剂有利于提高选择性 3、改进催化剂的使用方法，对于多层反应器可填 充不同活性催化剂。
压力↑ 反应速率↑ 但对脱氢的平衡不利 工业上常采用水蒸气来降低乙苯的分压，提高乙苯转 化率，如果水蒸气对催化剂有影响，只能采取降压操 作。 实验室采用通水蒸气来降低反应产物分压，起降压作 用，提高平衡转化率，另外，水蒸气可以与沉积在催 化剂上的碳发生反应：C+2H2O→CO2↑+2H2↑， 使催化剂获得再生，延长了催化剂的寿命。
A0201-6 6万吨/年乙苯脱氢反应器选型的分析
这个反应不需要严格控制反应的温度，从提高转化率的角度考 虑，选用固定床是反应器。 又由于这是一个强吸热，采用一段，温度降得太低，影响转化 率，采用两段中间补偿一定的热量，这样可以避免了温度过低。 而且反应器结构简单。
一、固定床反应器的类型与结构
（三）径向固定床反应器
一般固定床中由于压降限制，不能使用太 小粒度的催化剂，但催化剂的有效系数降 低了，为提高催化剂的利用率而设计了径 向反应器。
二、流化床反应器的类型与结构
（二）流化床反应器的结构
化床反应器的类型与结构
1、流化床反应器主体 锥底 浓相段 稀相段 扩大段

苯乙烯
中文名 苯乙烯；乙烯基苯 英文名 phenylethylene；styrene 分子式 C8H8 相对分子质量 104.14 CH=CH2 结构式 CAS号 100-42-5
危险性类别 第3.3类 高闪点易燃液体 化学类别 芳香烃