乙苯装置反应机理讲课教程

补充
烃化反应为有机物分子中C、 N、 O、H被烃基取代的 反应,烃基包括 饱和 、不饱和 、 脂肪 、芳香烃 ； 在有机化学中,能吸收电子云的分子或原子团称为路易 斯酸,在有机硫的化合物中,硫原子的外层有空轨道,可以接 受外来的电子云,因此可称这类有机硫的化合物为Lewis酸 （路易斯酸 ）。 烷基化是烷基由一个分子转移到另一个分子的过程。 是化合物分子中引入烷基（甲基、乙基等）的反应。 在没有外界影响的条件下，如果某个系统各部分的宏 观性质（如系统的化学成分，各物质的量，系统的温度、 压力、体积、密度等等）在长时间内不发生任何变化，则 称该系统处于热力学平衡状态。
四、乙苯烃化反应的影响因素
5、二乙苯的控制 乙苯中二甲苯含量高最终会影响苯乙烯产品 的质量，通过降低干气中碳三以上烃类的含量、 降低反应温度及提高乙苯精馏塔分离能力等措施 可以减少乙苯中二甲苯的含量。对苯乙烯精馏过 程最有害的是邻二甲苯，它在乙苯中的含量通过 乙苯精馏塔操作是能够控制的。为尽量减少二甲 苯的生产，需控制好干气精制，减少净化干气中 碳三以上组分含量
五、反烃化反应的影响因素
多乙苯反烃化反应是可逆的有机化学 反应，接近热力学平衡，这些反应基本都 是等温等压反应，没有温度压力变化，故 反应平衡不随温度压力变化而改变，仅受 反应混合物组成影响。控制温度和压力是 为了满足催化剂的反应条件，同烃化反应 一样，在反烃化反应中维持过量的苯可以 获得较高的转化率和较好的乙苯选择性。
四、乙苯烃化反应的影响因素
3、压力 烃化反应是气相可逆反应，增加反应压力有 利于体积减小的反应，苯烃化反应是由两个反应 物分子生成一个产物的反应，因此，增加反应压 力有利于烃化反应的进行。 烃化反应压力控制在0.8-0.95MPa,保证丙烯吸 收塔压PIC0007、循环苯罐D101压力PIC1007 和粗分塔压PIC2101压力稳定，就能控制好烃化 反应压力，但干气波动也可能造成烃化反应压力 不稳。
右 图 为 烃 化 反 应 的
DCS
界 面
一、烃化与反烃化反应器基础知识
2、乙苯反烃化反应器为两层液相固定床反应器，下进上 出式。乙苯反烃化反应器的作用是为了获得最大的乙苯收 率。 反烃化反应流程为所有在烃化反应器中生成的二乙苯、 三乙苯以及来自反烃化反应器未反应完的二乙苯、三乙苯 等均经过乙苯精馏部分分离出来循环利用，与循环苯按比 例混合，经升温升压后由底部进入反烃化反应器
四、乙苯烃化反应的影响因素
1、苯烯比 苯烯比是反应进料中苯与乙烯的分子比。苯烯 比决定了催化剂床层的温升，这是由于烷基化反应 为放热反应。它也决定了在催化剂孔道内乙烯的浓 度，并影响着主反应和副反应的热力学和动力学。 苯烃化反应是气相可逆反应，对于气相可逆反应， 任何一种原料过量都有利于提高其它原料的转化率， 高的苯烯比可以使乙烯转化率提高，二乙苯和三乙 苯浓度降低，并减少副产物生成。但是，苯烯比高 需要大量苯循环。 烃化反应的苯烯比一般控制在6-7，通过控制从 D101出来的循环量FT1113来实现控制苯烯比。
三、乙苯反烃化反应原理
1、二乙苯与多乙苯的反烃化 方程式: C6H4(C2H5)2+C6H6=2C6H5C2H5 C6H4(C2H5)3+2C6H6=3C6H5C2H5 在反烃化反应器中，在催化剂上同样存 在Lewis 酸中心，吸附多乙苯分子生成正 碳离子，发生烷基转移反应生成乙苯，并达 到稳态浓度。
四、乙苯烃化反应的影响因素
4、干气进料方式 本装置采用固定床反应器，设有五段床层，循环 苯从反应器顶进入，干气从侧线分三路分别进入前 四段反应床层。新鲜干气在四段床层间分配，以便 控制每段床层乙烯浓度和抑制温升。分配给第四段 床层的百分率最低，以便降低空速，并达到要求的 乙烯单程转化率。这里干气不仅是反应原料，还是 取热介质，一方面达到热能有效合理利用，另一方 面保证了下一段反应床层的入口温度要求 ，简化了 反应器的结构。主要是通过观察各段床层温度，合 理的调整各段干气进料量。
三、乙苯反烃化反应原理
2 、丙苯与丁苯的反烃化 方程式如： C6H5C3H7+C6H6→C6H5C2H5+C6H5CH3 +C3H6 C6H5C4H9+C6H6→C6H5C2H5+C6H5C3H7 +C6H5CH3+C4H8 丙苯和丁苯之类较高级的烷基苯不象乙苯那 样稳定，在反烃化反应器中，在Lewis酸中心作 用下，它们较易脱烷基，也能较容易发生相互转 变，而且在低空速时，较易经过烯烃聚合和裂解 转变为乙苯。
四、乙苯烃化反应的影响因素
2、温度 反应温度必须保证反应物分子吸收足够热量达到 活化状态。高的反应温度有下列影响： 增加烷基化反应速度源自文库提高反应器中的乙烯转化率。 增加烷基转移反应速率。 增加甲苯和二甲苯的生成。 烃化反应起始温度（即催化剂床层上部）控制在 320-360℃，通过控制F101出口循环苯温度TI2239和 各段床层干气进料，保证反应始终处于一个合理的温 度区间，目前，装置生产负荷小，为保F101持续运行， F101出口温度TI2239控制不下来，烃化反应温度有点 偏高
二、乙苯烃化反应原理
3、生成丙苯和丁苯 方程式: C3H6+C6H6=C6H5C3H7 C4H8+C6H6=C6H5C4H9 干气中除含10～30(V)%的乙烯外，还含有少量的 丙烯和丁烯，在烃化催化剂上，同样发生烷基化反应，生 成同相应组分呈平衡的丙苯（异丙苯和正丙苯）和丁苯 （4个异构体：正丁苯、异丁苯仲丁苯和叔丁基苯）。 4、 生成甲苯 甲苯可以由非芳烃、乙苯和二甲苯生成的，且主要是 由丙苯和丁苯之类较高级烷基苯生成的。甲苯在反应器中 不易通过脱烷基方法除去。
五、反烃化反应的影响因素
1、反烃化反应温度控制为220-260℃，通过调 整E102管程跨线阀门开度来控制反烃化温度。 2 、反烃化反应压力控制为3.3-3.9MPaG,通过调 整R102出口压控PIC1108来控制反烃化压力。 3、苯与反烃化料重量比控制为6-8，通过调整进 反烃化料罐D102的循环苯量FT1111B与吸收塔料 FT1111A的比值来控制苯与反烃化料重量比。
二、乙苯烃化反应原理
1、生成乙苯 方程式C2H4+C6H6=C6H5C2H5 在沸石催化剂上存在Lewis酸中心，可以吸附干气中 的乙烯分子，生成正碳离子L-CH2CH2＋，再与苯进行加 成反应生成乙苯。这一反应是可逆反应，但是在反应条件 下，正向反应(烃化)比逆反应(反烃化)更有利。烃化反应 是放热反应。。 2 、生成多乙苯 方程式如： C6H5C2H5+C2H4=C6H4(C2H5)2 乙苯可以进一步烷基化生成二乙苯、三乙苯等。（有 邻、间、对三种异构体）
乙苯生产工艺培训
2010年6月
讲座内容简介
一、烃化与反烃化反应器基础知识 二、乙苯烃化反应原理 三、乙苯反烃化反应原理 四、乙苯烃化反应的影响因素 五、乙苯反烃化反应的影响因素
一、烃化与反烃化反应器基础知识
1、乙苯烃化反应器为五层气相固定床反应器。由于烃化 反应为强放热反应，为保证反应始终处于一个合理的温度 区间，一至四段床层上部各设一干气进料点，作为冷激气， 控制反应温度。反应器为2台（R-101A/B）,一开一备 烃化反应流程为循环苯经E105\E103\E101\F101加热 后以气相由顶部进入烃化反应器，与经干气精制后的净化 干气分四段中的三段由径向进入反应器，发生气相烃化反 应，反应产物从底部出去，经多次换热后去乙苯精馏部分 分离。
二、乙苯烃化反应原理
在一定温度及催化剂存在下，催化裂化干气中的乙 烯及少量丙烯和丁烯等迅速与苯发生烷基化反应，生成乙 苯及少量的丙苯和丁苯。然而烷基化反应并非停止在生成 乙苯、丙苯和丁苯阶段，烷基化反应还会继续进行，在理 论上会产生一系列的多烷基苯，如二乙苯、三乙苯、四乙 苯、五乙苯、六乙苯、乙基丙苯、乙基丁苯等，但这种连 续反应的步骤随着烷基取代苯环上定位的位阻不断增大而 逐渐变慢，而且大分子在催化剂中的扩散阻力不断增加， 限制它们到达催化剂活性中心参与反应，同时烃化反应过 程采用的是具有筛分分子作用的催化剂，所以，大于二乙 苯的多烷基苯的生成量很少。烃化反应过程中维持过多的 苯，可获得较高的乙烯转化率和较好的乙苯选择性。烃化 反应属于强放热反应，反应放出的热量由循环苯带走。
二、乙苯烃化反应原理
7、生成轻组分（非芳）： 这些副产物包括H2、CO2、C2H6、CH4、N2，以及 烯 烃和石蜡烃。进料原料中杂质是轻组分的主要来源，除此 之外，烯烃聚合生成小于C8之类的烃类。 N[CnH2n]→[CnH2n]n 8、生成多环化合物： 多环化合物主要是二苯基乙烷和二苯基甲烷（联苯和 1.1—二苯基甲烷）和它们的衍生物，被称做重组分或高 沸物，二苯基甲烷主要是由较高级的烷基苯（丙苯、丁苯 等）和苯反应生成的。例如： C6H5C3H7+C6H6→C6H5CH2C6H5+C2H6 生成二苯基乙烷将更直接，基本上是通过下列烷基化反应 进行的： C6H5C2H3+C6H6→C6H5C2H4C6H5 多环化合物作为二乙苯塔釜液从工艺过程除去。
谢谢大家，不当之处请指正！
试题
1、乙苯烃化反应器为五层气相固定床反应器，乙苯反烃化 反应器为两层液相固定床反应器。 2、烃化反应为强放热反应，反烃化反应基本都是等温等压 反应。 3、乙苯烃化产物有乙苯、多乙苯、丙苯、丁苯、甲苯、二 甲苯、多烷基苯、轻组分（非芳）、多环化合物 4、在反烃化反应器中，二乙苯、多乙苯、丙苯和丁苯进行 反烃化反应 5、影响烃化反应的因素有苯烯比、温度、压力、干气进料 方式、二乙苯的控制，影响烃化反应的因素主要为苯与反 烃化料重量比
二、乙苯烃化反应原理
5、生成二甲苯。 在Lewis 酸中心作用下，在反应温度下，乙苯能够 异构化生成二甲苯，三个二甲苯异构体之间很容易进行异 构化，在反应器流出物中它们接近热力学平衡。 6、生成多烷基苯 在烷基化反应器中，烷基苯也可能进一步烷基化生 成相应的多烷基苯，如通过下列反应生成同甲苯呈平衡的 甲乙苯， C6H5CH3+C2H4→C6H4CH3C2H5 C6H5CH3+C6H5C2H5→C6H4CH3C2H5+C6H6 其它一些烷基苯也可能进一步烷基化生成相应的多烷 基苯，如乙基异丙苯。二丙苯，乙基二甲苯等。脂肪烃和 芳烃的异构化作用都是很容易进行的反应，因此，它们的 异构体（如对/间/邻乙基甲苯等）在反应器流出物中是 接近热力学平衡的。
三、乙苯反烃化反应原理
在催化裂化干气中的烯烃与苯进行的烃化反 应过程中，除生成目的产物乙苯外，还生成二乙 苯、少量丙苯和少量丁苯及大于C8的烃类。为了 提高目的产物乙苯的选择性降低苯和乙烯的单耗， 把烃化反应过程中产生的多乙苯、少量丙苯和少 量丁苯做为反烃化原料在一定温度、压力和催化 剂的存在下进行反烃化反应，从而使多乙苯组分 （多乙苯、少量丙苯和丁苯）生成一定量的乙苯。