乙苯脱氢生产苯乙烯工艺中乙苯精馏系统的研究

张勇亮

摘 要：乙苯精馏系统是乙苯脱氢生产苯乙烯工艺系统中的重要组成部分，侧重于苯乙烯分离、提纯，是苯乙烯精制不可或缺的存在。本文以乙苯精馏系统为研究对象，从乙苯脱氢生产苯乙烯工艺中乙苯精馏原理出发，以提升苯乙烯生产安全性、可靠性、经济性、节约性、可操作性等为目的，就乙苯精馏系统进行研究，用以为苯乙烯生产中乙苯精馏系统改造、精馏工艺创新提供有益指导。

关键词：乙苯脱氢;生产工艺;精馏系统

随着苯乙烯在制造产业中应用范围不断扩大，应用重要性日渐提升，苯乙烯生产工艺呈现出多样化发展态势。而乙苯催化脱氢法则是应用最广泛的生产技术。在乙苯脱氢生产工艺中，乙苯精馏系统是苯乙烯精制不可或缺的存在，其工作质量的高低对苯乙烯生产质量、效率与效益存在直接影响。对此，有必要加强乙苯精馏系统研究，助力苯乙烯生产工艺改造，提升苯乙烯生产质量与效率。

1 乙苯脱氢生产苯乙烯工艺中乙苯精馏原理分析

苯乙烯是生产聚苯乙烯、ABS/SAN树脂、SBS等产品的重要原料，已在汽车制造、家电制造、电子设备生产、医药制造等众多领域广泛应用，市场需求量、使用量不断增多。在此背景下，乙苯/苯乙烯工业迅速发展，乙苯/苯乙烯生产工艺研究、装置新建与改造项目增多。目前，世界范围内应用较为广泛的苯乙烯生产工艺主要有“乙苯脱氢生产工艺”、“裂解汽油抽提精馏回收工艺”、“环氧丙烷一苯乙烯联产工艺”、“丁二烯合成工艺”等。其中乙苯脱氢生产工艺以高安全性、高可靠性在苯乙烯生产工艺中占主导地位，生产能力占整体的 90%以上。基于此，本文研究的苯乙烯生产工艺为乙苯脱氢生产工艺。

对乙苯脱氢生产苯乙烯工艺综合分析，可知乙苯精馏系统是乙苯脱氢生产苯乙烯工艺中不可或缺的存在，其要点在于精馏塔的科学运用。精馏塔作为混合物（包括混合液體、混合气体等）分离、提纯提供场所的重要装置，主要是依据混合物组分挥发原理，通过传质、传热，使易挥发组分与不易挥发组分相分离。相对于精馏而言，精馏侧重于高纯度液相、气相回流的提供，以实现在混合物分离过程中，获取高纯度物质的目的。

2 乙苯脱氢生产苯乙烯工艺中乙苯精馏系统设计

2.1 乙苯精馏系统设计需求

乙苯精馏系统在乙苯脱氢生产苯乙烯工艺中的作用主要有以下几点：①通过共沸精馏实现苯干燥处理;②通过减压精馏使苯、乙苯等从混合物中分离出来。因此，所设计与构建的乙苯精馏系统需满足上述需求。

与此同时，基于经验归纳与总结可知：①苯乙烯生产过程中，受苯乙烯自身特性（对热敏感，自聚性强、沸点接近乙苯等）乙苯精馏系统需具备较强的温度控制能力，在低温、真空环境下进行精馏;②乙苯精馏过程中带来的损失相对较大，随着精馏塔中苯乙烯质量分数的不断增加，生产过程中形成的苯乙烯单耗越大，带来生产损失的同时，影响设备寿命，降低系统运行安全性。对此，在乙苯精馏系统设计、改造或新建过程中，需渗透节能、降耗、环保理念，提升系统各方面性能。

2.2 乙苯精馏系统设计要点

在明确乙苯精馏系统设计需求的基础上，结合乙苯脱氢生产苯乙烯工艺原理、工艺流程（如图1）进行如下操作：

2.2.1 编制物料平衡表

在乙苯精馏系统构建过程中，首先需对生产工艺所应用到的原料组分具有全面的了解。其次，从中确定关键组分，一方面便于计算分析，另一方面便于对多组分混合物分离、提纯进行控制。此外，进行物料衡算，包括车间每小时生产精苯乙烯的数量，脱氢阶段苯乙烯数量，烃化阶段乙苯量，精馏塔进料各组分质量流量以及精馏塔塔顶馏出液（釜液）中各组分质量流量、摩尔分率等，编制成物料平衡表。

2.2.2 确定精馏塔各参数

精馏塔作为乙苯精馏系统的核心装置，是乙苯精馏系统设计、制造的基础内容，也是重点内容。对此，相关工作人员需做好精馏塔计算工作。在明确操作条件的同时，确定精馏塔各参数，包括塔顶温度、塔顶压力、塔底温度、塔底压力、进料温度、进料压力等。在此过程中，可参考相关资料确定乙苯塔压力，采用试差法，利用温度计算公式确定塔的温度。

2.2.3 回流比、塔板数确定

在乙苯精馏系统运行过程中回流的有效确定有利于系统运行温度有效控制。对此，在已知多组分混合物关键组分相对挥发度的基础上，可采用恩德伍德公式（见下公式）进行回流比（包括最小回流比、实际回流比）计算。由于塔整体效率与塔整体结构存在密切关联性，因此在乙苯精馏系统设计与构建过程中，需进行理论塔板数与实际塔板数的计算分析，明确加料版所在位置。并在此基础上，进行其他构件设计，包括塔板浮阀、泵、各接管、换热器等。

其中：xij代表相对挥发度;θ代表式中的一个根。

综上所述，乙苯精馏系统在乙苯脱氢生产苯乙烯工艺体系中的科学构建与运用是生产高品质、高质量、高效率、高效益苯乙烯的前提与基础。受乙苯反应原理、装置配置等因素影响，乙苯精馏系统运行过程中普遍存在高能耗、低效率等问题。对此，在当前提倡降本增效、创新发展、节能环保的背景下，企业以及相关工作人员应加强乙苯精馏系统研究，达到“小改造大效益”目标。

参考文献：

[1]张家齐.乙苯苯乙烯分离工艺技术经济分析[J].中国石油和化工标准与质量，2018，38（12）.