乙苯脫氫生產苯乙烯工藝中乙苯精餾系統的研究

張勇亮

摘 要：乙苯精餾系統是乙苯脫氫生產苯乙烯工藝系統中的重要組成部分，側重于苯乙烯分離、提純，是苯乙烯精制不可或缺的存在。本文以乙苯精餾系統為研究對象，從乙苯脫氫生產苯乙烯工藝中乙苯精餾原理出發，以提升苯乙烯生產安全性、可靠性、經濟性、節約性、可操作性等為目的，就乙苯精餾系統進行研究，用以為苯乙烯生產中乙苯精餾系統改造、精餾工藝創新提供有益指導。

關鍵詞：乙苯脫氫;生產工藝;精餾系統

隨著苯乙烯在制造產業中應用范圍不斷擴大，應用重要性日漸提升，苯乙烯生產工藝呈現出多樣化發展態勢。而乙苯催化脫氫法則是應用最廣泛的生產技術。在乙苯脫氫生產工藝中，乙苯精餾系統是苯乙烯精制不可或缺的存在，其工作質量的高低對苯乙烯生產質量、效率與效益存在直接影響。對此，有必要加強乙苯精餾系統研究，助力苯乙烯生產工藝改造，提升苯乙烯生產質量與效率。

1 乙苯脫氫生產苯乙烯工藝中乙苯精餾原理分析

苯乙烯是生產聚苯乙烯、ABS/SAN樹脂、SBS等產品的重要原料，已在汽車制造、家電制造、電子設備生產、醫藥制造等眾多領域廣泛應用，市場需求量、使用量不斷增多。在此背景下，乙苯/苯乙烯工業迅速發展，乙苯/苯乙烯生產工藝研究、裝置新建與改造項目增多。目前，世界范圍內應用較為廣泛的苯乙烯生產工藝主要有“乙苯脫氫生產工藝”、“裂解汽油抽提精餾回收工藝”、“環氧丙烷一苯乙烯聯產工藝”、“丁二烯合成工藝”等。其中乙苯脫氫生產工藝以高安全性、高可靠性在苯乙烯生產工藝中占主導地位，生產能力占整體的 90%以上。基于此，本文研究的苯乙烯生產工藝為乙苯脫氫生產工藝。

對乙苯脫氫生產苯乙烯工藝綜合分析，可知乙苯精餾系統是乙苯脫氫生產苯乙烯工藝中不可或缺的存在，其要點在于精餾塔的科學運用。精餾塔作為混合物（包括混合液體、混合氣體等）分離、提純提供場所的重要裝置，主要是依據混合物組分揮發原理，通過傳質、傳熱，使易揮發組分與不易揮發組分相分離。相對于精餾而言，精餾側重于高純度液相、氣相回流的提供，以實現在混合物分離過程中，獲取高純度物質的目的。

2 乙苯脫氫生產苯乙烯工藝中乙苯精餾系統設計

2.1 乙苯精餾系統設計需求

乙苯精餾系統在乙苯脫氫生產苯乙烯工藝中的作用主要有以下幾點：①通過共沸精餾實現苯干燥處理;②通過減壓精餾使苯、乙苯等從混合物中分離出來。因此，所設計與構建的乙苯精餾系統需滿足上述需求。

與此同時，基于經驗歸納與總結可知：①苯乙烯生產過程中，受苯乙烯自身特性（對熱敏感，自聚性強、沸點接近乙苯等）乙苯精餾系統需具備較強的溫度控制能力，在低溫、真空環境下進行精餾;②乙苯精餾過程中帶來的損失相對較大，隨著精餾塔中苯乙烯質量分數的不斷增加，生產過程中形成的苯乙烯單耗越大，帶來生產損失的同時，影響設備壽命，降低系統運行安全性。對此，在乙苯精餾系統設計、改造或新建過程中，需滲透節能、降耗、環保理念，提升系統各方面性能。

2.2 乙苯精餾系統設計要點

在明確乙苯精餾系統設計需求的基礎上，結合乙苯脫氫生產苯乙烯工藝原理、工藝流程（如圖1）進行如下操作：

2.2.1 編制物料平衡表

在乙苯精餾系統構建過程中，首先需對生產工藝所應用到的原料組分具有全面的了解。其次，從中確定關鍵組分，一方面便于計算分析，另一方面便于對多組分混合物分離、提純進行控制。此外，進行物料衡算，包括車間每小時生產精苯乙烯的數量，脫氫階段苯乙烯數量，烴化階段乙苯量，精餾塔進料各組分質量流量以及精餾塔塔頂餾出液（釜液）中各組分質量流量、摩爾分率等，編制成物料平衡表。

2.2.2 確定精餾塔各參數

精餾塔作為乙苯精餾系統的核心裝置，是乙苯精餾系統設計、制造的基礎內容，也是重點內容。對此，相關工作人員需做好精餾塔計算工作。在明確操作條件的同時，確定精餾塔各參數，包括塔頂溫度、塔頂壓力、塔底溫度、塔底壓力、進料溫度、進料壓力等。在此過程中，可參考相關資料確定乙苯塔壓力，采用試差法，利用溫度計算公式確定塔的溫度。

2.2.3 回流比、塔板數確定

在乙苯精餾系統運行過程中回流的有效確定有利于系統運行溫度有效控制。對此，在已知多組分混合物關鍵組分相對揮發度的基礎上，可采用恩德伍德公式（見下公式）進行回流比（包括最小回流比、實際回流比）計算。由于塔整體效率與塔整體結構存在密切關聯性，因此在乙苯精餾系統設計與構建過程中，需進行理論塔板數與實際塔板數的計算分析，明確加料版所在位置。并在此基礎上，進行其他構件設計，包括塔板浮閥、泵、各接管、換熱器等。

其中：xij代表相對揮發度;θ代表式中的一個根。

綜上所述，乙苯精餾系統在乙苯脫氫生產苯乙烯工藝體系中的科學構建與運用是生產高品質、高質量、高效率、高效益苯乙烯的前提與基礎。受乙苯反應原理、裝置配置等因素影響，乙苯精餾系統運行過程中普遍存在高能耗、低效率等問題。對此，在當前提倡降本增效、創新發展、節能環保的背景下，企業以及相關工作人員應加強乙苯精餾系統研究，達到“小改造大效益”目標。

參考文獻：

[1]張家齊.乙苯苯乙烯分離工藝技術經濟分析[J].中國石油和化工標準與質量，2018，38（12）.