苯乙烯生产技术讲解

苯乙烯生产技术

一、苯乙烯的简介

苯乙烯分子球棍模型苯乙烯分子比例模型

苯乙烯又名乙烯基苯，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。主要由乙苯制得，是聚合物的重要单体。

二、苯乙烯研究历史

早在1850年人们就已知道苯乙烯不与天然树脂发生反应但要发生聚合作用。到19世纪30年代，被应用于工业生产，苯乙烯是通过对苯乙烷进行除氢作用而生成的（苯乙烷是汽油中提取的乙烯和苯的化合物）。德国法本公司和美国陶氏化学公司于1937年采用乙苯脱氢法进行了苯乙烯工业化生产。

第二次世界大战后，由于苯乙烯系塑料的发展，

例如：1966年，美国哈康公司开发了乙苯共氧化法；

20世纪70年代初，日本等国采用萃取精馏从裂解汽油中分离苯乙烯，制得的苯乙烯量取决于乙烯生产的规模。

1981年，世界苯乙烯装置的总能力达17.13Mt，其中90％以上采用乙苯催化脱氢法制造的。

三、苯乙烯的用途

（1）最重要的用途是作为合成橡胶和塑料的单体，以生产丁苯橡胶、聚苯乙烯、泡沫聚苯乙烯；

（2）用于与其他单体共聚制造多种不同用途的工程塑料，如与丙烯腈、丁二烯共聚制得的ABS树脂，广泛用于各种家用电器及工业仪表上；

（3）与丙烯腈共聚制得的SAN是耐冲击、色泽光亮的树脂；

（4）与丁二烯共聚所制得的SBS是一种热塑性橡胶，广泛用作聚氯乙烯、聚丙烯的改性剂等。

（5）此外，少量苯乙烯也用作香料等中间体。

（6）近年来需求发展增长旺盛。苯乙烯还用作镇咳祛痰的易咳嗪、抗胆碱药胃长宁的原药。[1]

四：生产方法

（一）乙苯催化脱氢；

（二）乙苯氧化脱氢；

（三）哈康法（共氧化法）；

（四）乙烯和苯直接合成

目前生产苯乙烯的主要方法是乙苯催化脱氢法（主要探讨此方法）五、反应原理

乙苯在催化剂作用下，达到550～600℃时脱氢生成苯乙烯：

乙苯脱氢是一个可逆吸热增分子反应，加热减压有利于反应向生成苯乙烯方向进行。

现在的苯乙烯生产还是分二步，

第一步：乙烯和苯合成乙苯，经蒸馏，回收未反应的苯，及得到纯的乙苯；

第二步，乙苯脱氢得苯乙烯，也经蒸馏，回收乙苯，及得到纯苯乙烯。六：乙烯的生产

苯烷基化生产乙苯

苯烷基化反应是指在苯环上的一个或几个氢被烷基所取代，生成烷基

苯的反应。

（一）乙苯生产工艺影响因素

1 温度

由反应原理可知，苯烷基化是放热反应。

从热力学方面分析，在较低温度下有较好的平衡收率，随着温度的升高，乙苯的收率反而下降。同时，在非均相烷基化过程中，温度过高，不利于乙烯的吸收，催化配合物容易树脂化而遭破坏。超过393K，络合物明显树脂化。

从动力学方面分析，反应温度低，反应速度低，对反应进行不利。

适宜的温度随所用催化剂不同而不同。

2压力

由表3可以看出，压力对反应的影响十分显著，即随反应压力的增加，乙烯转化率明显增加。反应压力增加有利于乙烯在液相中的溶解吸收，而乙烯在液相中的溶解吸收是整个过程的控制步骤，所以烷基化反应相应加快，乙烯转化率提高。在生产控制温度下，乙烯在近乎常压5~6Mpa下操作，通常使用AlCl3催化剂时，乙烯与苯在常压下操

作。

3原理配比

乙烯浓度对催化精馏过程有影响。干气中乙烯浓度提高,乙烯的转化率提高,乙苯选择性降低。这是由于在反应压力一定的情况下,干气中乙烯浓度增加,乙烯分压增大,有利于乙烯在液相中的溶解吸收,提高了乙烯的转化率。又由于乙烯在液相中的溶解度增加,继续烷基化反应速率增大,生成更多的二乙苯和多烷基苯等,降低了乙苯的选择性

为了获取较高收率，乙烯和苯烷基化时乙烯与苯的摩尔比以0.5~0.6为宜。

（二）乙苯生产工艺流程图

七、乙苯脱氢

（一）动力学与热力学分析

热力学分析从平衡常数与温度的关系式

判断,脱氢反应是一个吸热反应,ΔH为正值,因此平衡常数Kp随温度的上升而增大,故可采用提高温度的办法来增大平衡常数及平衡转化率。表3-2-17示出了乙苯脱氢反应的平衡常数与温度的关系。

表3-2-17 乙苯脱氢反应的平衡常数

T/K 700 800 900 1000 1100 Kp 3.3×10-2 4.71×10-2 3.75×10-1 2.00 7.87

图3-2-24 乙苯脱氢主副反应平衡常数比较

乙苯脱氢裂解副反应,也是一个吸热反应,随温度的上升,平衡常数也会增大,因此与主反应在热力学上存在竞争。加氢裂解副反应则是一个放热反应,随温度上升平衡常数是减小的,但即使温度高达700℃,它的平衡常数仍很大,与乙苯脱氢相比在热力学上仍占绝对优势。但加氢裂解副反应要有氢存在时才能进行,而氢是由乙苯脱氢产生的,因此加氢裂解副反应受到乙苯脱氢的制约。与此同时,由于加氢裂解消耗氢,也会对主反应产生影响。图3-2-24示出了乙苯脱氢主副反应平衡常数随温度的变化曲线,据此可将在特定温度下得到的平衡常数作一比较。

动力学图式如图所示:

可按双位吸附机理来描述其反应动力学方程,主反应的速率方程为

图3-2-26 催化剂的颗粒度对乙苯脱氢反应速度的影响

图3-2-27 催化剂的颗粒度对乙苯脱氢选择性的影响

式中:r—主反应苯乙烯的净生成速率;

—表面反应速度常数;

k

′

pEB,ps,pH—分别为乙苯,苯乙烯和氢分压;

Kp—主反应的平衡常数;

λEB,λs,λH—分别为乙苯、苯乙烯和氢的吸附系数。

由于λEB远比λs小,上列方程中分母项可改为(1+λsPs)2,对脱氢起阻滞作用的主要是产物苯乙烯。

脱氢反应在等温床和绝热床中进行,研究发现,内扩散阻力不容忽略,图3-2-36和图3-2-27分别示出了反应初期催化剂颗粒度对乙苯脱氢反应速率和选择性的影响。由这两图可以看出,采用小颗粒催化剂不仅可提高脱氢反应速度,也有利于选择性的提高。所以工业脱氢催化剂的颗粒不宜太大,一般为3.18mm和4.76mm 的条形催化剂。在制备时应添加孔径调节剂以改进催化剂的孔结构。氧化铁系催化剂在使用一段时间后会慢慢老化,随着催化剂活性的下降,反应转为表面反应控制步骤,内扩散的影响不明显甚至会消失。

（二）工艺条件的选择

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