CN112047799A - 一种苯乙烯的连续生产系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种苯乙烯的连续生产系统，包括依次管路连接的乙苯蒸发及脱氢装置、组合式三联换热器、急冷器、空冷器、空冷器凝液分液罐，所述空冷器凝液分液罐液相出口通过管路依次连接油水分离器和苯乙烯精馏装置，所述空冷器凝液分液罐气相出口通过管路连接尾气压缩及吸收装置，所述油水分离器水出口通过管路依次连接喷淋水调节阀阀组、喷淋水流量计阀组和急冷器喷淋管，还包括叔丁基邻苯二酚甲醇溶液储罐，所述叔丁基邻苯二酚甲醇溶液储罐出口管路并入油水分离器与急冷器之间的管路。本发明可提高空冷器翅片管传热，并阻止空冷器聚合堵塞，为苯乙烯连续生产系统长周期、高负荷稳定运行提供保障。

Description

一种苯乙烯的连续生产系统
技术领域
本发明涉及苯乙烯生产技术领域，具体涉及一种苯乙烯的连续生产系统。
背景技术
苯乙烯(SM)是生产塑料和合成橡胶的重要有机原料，用途非常广泛。工业生产苯乙烯的方法主要有乙苯催化脱氢法、苯乙烯-环氧丙烷联产法及选择氧化脱氢法，从产量比例来看，乙苯催化脱氢法由于技术成熟、产品收率高等特点，其产能占比达85％以上。其中利用乙苯催化脱氢法生产苯乙烯的Lummus/UOP工艺和绝热脱氢工艺都在反应物废热回收系统后路设置了急冷器及空冷器,相比水冷器，空冷器更加节能。
在乙苯负压绝热脱氢制苯乙烯工艺技术设计中，呈过热状态的脱氢气产物经急冷器降温，反应产物气流被冷却到64℃左右(仍呈气态)，越过了苯乙烯单体易聚合的温度，继而进入空冷器被冷却到54℃，并实现气液分离。但受装置运行周期长、夏季空冷器冷却能力不足及催化剂运行末期选择性差等因素的影响，设置干式空冷器的苯乙烯装置极易产生空冷器及压缩机出口管路聚合堵塞的情况，对装置的平稳运行造成很大的影响。
首先，干式空冷器受外界气温的影响比较大，空气的比热小，尤其是在夏季较高环境温度下，空冷器的传热推动力大大降低，即使在风机满负荷运行的情况下，也很难达到理想的冷却效果。空冷器的换热效果差，一方面导致空冷器物料温度高，易引发聚合反应，堵塞空冷管束；另一方面，空冷器冷却能力不足，导致尾气压缩机入口温度过高，苯乙烯等重组份含量过高，压缩机运行负荷增大，加之尾气压缩机压缩热的作用，最终导致压缩机后路系统聚合堵塞。
二是按照装置大修周期计划表，苯乙烯装置运行时间较长，累计运行时间需在24个月以上。由于反应产物在空冷器实现气液分离，苯乙烯等不饱和单体等只有处于液相时聚合反应才比较明显，空冷管束内相变产生的液温度过高，长时间的运行，空冷管束及集合管箱会不可避免的产生聚合物，一方面聚合物的产生造成管束传热能力下降，造成空冷物料温度持续偏高，从而加剧了聚合反应速度；另一方面由于产生的聚合物呈现多孔隙发泡状，极易吸附液相物料，增加了液相的停留时间，从而导致聚合反应持续发生。以上两点原因最终导致空冷器的聚合恶性循环，空冷器堵塞不断加剧。
三是反应产物中α-甲基苯乙烯、苯乙炔、二乙烯基苯等杂质的含量超标，在空冷器稳定运行情况下，α-甲基苯乙烯和二乙烯基苯在液相中极易发生自聚或与苯乙烯共聚，最终生成苯不溶性交联状聚合物，从而引起空冷器严重的聚合物堵塞。一方面乙苯进料中异丙苯和二乙苯含量超标会导致反应产物α-甲基苯乙烯和二乙烯基苯含量超标，因为异丙苯和二乙苯会在脱氢反应器中发生脱氢反应生成α-甲基苯乙烯和二乙烯基苯；另一方面催化剂处在使用末期，脱氢反应器入口温度相应提高(初期在595～600℃，末期在625～630℃)，催化剂反应选择性也会大大下降，从而导致副反应产物增多，在乙苯进料符合指标要求的情况下(二乙苯质量分数＜10ppm，异丙苯质量分数＜100ppm)，仍会生成过量的α-甲基苯乙烯和二乙烯基苯，从而导致空冷器的聚合堵塞。
因此在乙苯催化脱氢工艺中设置干式空冷器的苯乙烯装置虽然节能优势较为明显，但也存在很大的局限性。夏季高温高负荷运行的情况下，空冷器冷却能力不足是诱发空冷器聚合堵塞的首要因素，成为了苯乙烯连续生产系统长周期、高负荷稳定运行的瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种苯乙烯的连续生产系统。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种苯乙烯的连续生产系统，包括依次管路连接的乙苯蒸发及脱氢装置、组合式三联换热器、急冷器、空冷器、空冷器凝液分液罐，所述空冷器凝液分液罐液相出口通过管路依次连接油水分离器和苯乙烯精馏装置，所述空冷器凝液分液罐气相出口通过管路连接尾气压缩及吸收装置，所述油水分离器水出口通过管路依次连接喷淋水调节阀阀组、喷淋水流量计阀组和急冷器喷淋管，其特征在于：还包括叔丁基邻苯二酚甲醇溶液储罐，所述叔丁基邻苯二酚甲醇溶液储罐设有溶液出口，所述溶液出口连接计量泵，所述计量泵出口管路并入油水分离器与急冷器之间的管路。
进一步地；所述叔丁基邻苯二酚甲醇溶液储罐溶液出口通过管路分别并入喷淋水调节阀阀组中的调节阀入口管路和喷淋水流量计阀组中的流量计入口管路。
进一步地；注入空冷器的物料中按乙苯脱氢总产物与叔丁基邻苯二酚的质量比1:0.000036注入。
进一步地；所述计量泵出口压力为0.6～0.8MPa。
进一步地；所述空冷器翅片管束内侧设有喷淋水管，所述喷淋水管上设有数个微细雾化喷头，所述喷淋水管连接供水管路。
进一步地；每台翅片管内侧均设置一支喷淋水管，所述喷淋水管距翅片管垂直距离为60cm。
进一步地；所述供水管路上并联有两台增压泵阀组，所述增压泵阀组包括增压泵，所述增压泵前后均设有阀门，所述增压泵并联回流阀。
进一步地；所述微细雾化喷头接口处水压为0.3～0.5MPa。
在空冷器集合管入口端加注对叔丁基邻苯二酚甲醇溶液，实现水相抑制聚合剂的效果，可有效阻止聚合反应的发生。
具体阻聚机理如下：
苯乙烯的聚合反应主要是通过自由基链反应的机理进行的，其依次包括三个步骤：链引发反应、链增长反应和链终止反应。在链引发阶段，较高的温度、光照、辐射及引发剂都会催化生成自由基，这些自由基被称为链引发剂，链反应引发剂和单体反应，进攻双键生成新的自由基，该过程会不断进行，和更多的单体结合，活性自由基的分子量不断增大，直到活性自由基之间反应生成不具有活性的分子为止，即链终止反应。
光/热
链引发反应：R-H----Δ----→R·+H·
链增长反应：R·+C＝C→C·-C-R
链终止反应：R·+R·→R-R
由于反应产物在空冷器首次实现气液两相分离，相变产生的液相温度相对较高，极易发生聚合。在空冷器入口加注对叔丁基邻苯二酚，可作为苯乙烯、二乙烯基苯和α-甲基苯乙烯等不饱和单体活性自由基的捕捉剂，与烯类单体链自由基反应，形成不具有活性的自由基，从而终止聚合反应。具体阻聚原理如下：
链增长反应：R·+C＝C→C·-C-R
对叔丁基邻苯二酚氧化成醌类化合物(以X表示)
阻聚反应：R·+X→RX·
RX·+R·→RXR
通过阻聚反应，生成了非自由基物质，阻止了链反应，起到阻聚作用。
注入空冷器的物料中乙苯脱氢总产物与叔丁基邻苯二酚的质量比1:0.000036时，抑制聚合效果最佳。
通过在空冷器翅片管束内侧设置喷淋水管，并控制水压使微细雾化喷头喷出的水全部雾化，雾化后的喷淋水借助轴流风机的上升气流，水雾均匀分散至翅片管表面，在翅片管内表面形成一层连续均匀的水膜。一方面水膜与翅片管接触传热带走一部分热量，另一方面借助大气压下水的气化潜热，进行蒸发降温从而带走大部分热量。
控制微细雾化喷头前水压在0.3～0.5MPa，在保证雾化效果的前提下，也能控制喷淋水在翅片管上的蒸发效果，避免翅片管上有凝结积累的水滴下落，在保证降温效果的同时，节约水资源。
附图说明
图1是本发明生产系统流程示意图；
图2是空冷器结构示意图；
图3是图2中喷淋水管排布侧视图。
图中：1、乙苯蒸发及脱氢装置；2、组合式三联换热器；3、急冷器；4、空冷器；5、空冷器凝液分液罐；6、油水分离器；7、苯乙烯精馏装置；8、尾气压缩及吸收装置；9、喷淋水调节阀阀组；10、喷淋水流量计阀组；11、叔丁基邻苯二酚甲醇溶液储罐；12、计量泵；13、翅片管；14、喷淋水管；15、微细雾化喷头；16、增压泵阀组；17、增压泵；18、阀门；19、回流阀；20、空冷轴流式风机。
具体实施方式
实施例：
如图1至图3所示，一种苯乙烯的连续生产系统，包括依次管路连接的乙苯蒸发及脱氢装置1、组合式三联换热器2、急冷器3、空冷器4、空冷器凝液分液罐5，所述空冷器凝液分液罐5液相出口通过管路依次连接油水分离器6和苯乙烯精馏装置7，所述空冷器凝液分液罐5气相出口通过管路连接尾气压缩及吸收装置8，所述油水分离器6水出口通过管路依次连接喷淋水调节阀阀组9、喷淋水流量计阀组10和急冷器3喷淋管。所述连续生产系统还包括叔丁基邻苯二酚甲醇溶液储罐11，所述叔丁基邻苯二酚甲醇溶液储罐11设有溶液出口，所述溶液出口连接计量泵12，所述计量泵12出口通过管路分别并入喷淋水调节阀阀组9中的调节阀入口管路和喷淋水流量计阀组10中的流量计入口管路。
所述空冷器4每台翅片管13内侧距其垂直距离60cm处均设置一支喷淋水管14，所述喷淋水管14上设有四个微细雾化喷头15，所述喷淋水管14位于空冷器4内空冷轴流式风机20上方，所述喷淋水管14连接供水管路，所述供水管路上并联有两台增压泵阀组16，所述增压泵阀组16包括增压泵17，所述增压泵前后均设有阀门18，所述增压泵17并联回流阀19，正常状态下，一台增压泵阀组16工作，另一台备用。
生产时控制计量泵12出口压力在0.6～0.8MPa之间，叔丁基邻苯二酚甲醇溶液(≥85％的甲醇溶液)与工艺水混合进入急冷器3，在急冷器3内喷淋雾化，然后与乙苯脱氢产物一起注入空冷器4，根据叔丁基邻苯二酚甲醇溶液浓度按乙苯脱氢总产物与叔丁基邻苯二酚的质量比1:0.000036注入空冷器。通过加注对叔丁基邻苯二酚甲醇溶液，可实现水相抑制聚合剂的效果，阻止空冷器4内聚合反应的发生。
计量泵12输出量每8小时标定一次，保持对叔丁基邻苯二酚甲醇溶液注入的恒定流量，进入急冷器3的工艺水PH控制在6.5～7.5之间。
通过调节增压泵17出口阀门18开度及回流阀19开度精确控制微细雾化喷头15前水压、使水压控制在0.3～0.5MPa，此时微细雾化喷头15喷出的水全部雾化。
以上所述的实施例只是本发明较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.一种苯乙烯的连续生产系统，包括依次管路连接的乙苯蒸发及脱氢装置、组合式三联换热器、急冷器、空冷器、空冷器凝液分液罐，所述空冷器凝液分液罐液相出口通过管路依次连接油水分离器和苯乙烯精馏装置，所述空冷器凝液分液罐气相出口通过管路连接尾气压缩及吸收装置，所述油水分离器水出口通过管路依次连接喷淋水调节阀阀组、喷淋水流量计阀组和急冷器喷淋管，其特征在于：还包括叔丁基邻苯二酚甲醇溶液储罐，所述叔丁基邻苯二酚甲醇溶液储罐设有溶液出口，所述溶液出口连接计量泵，所述计量泵出口管路并入油水分离器与急冷器之间的管路。
2.根据权利要求1所述的苯乙烯的连续生产系统，其特征在于：所述叔丁基邻苯二酚甲醇溶液储罐溶液出口通过管路分别并入喷淋水调节阀阀组中的调节阀入口管路和喷淋水流量计阀组中的流量计入口管路。
3.根据权利要求1所述的苯乙烯的连续生产系统，其特征在于：注入空冷器的物料中按乙苯脱氢总产物与叔丁基邻苯二酚的质量比1:0.000036注入。
4.根据权利要求1所述的苯乙烯的连续生产系统，其特征在于：所述计量泵出口压力为0.6～0.8MPa。
5.根据权利要求1所述的苯乙烯的连续生产系统，其特征在于：所述空冷器翅片管束内侧设有喷淋水管，所述喷淋水管上设有数个微细雾化喷头，所述喷淋水管连接供水管路。
6.根据权利要求5所述的苯乙烯的连续生产系统，其特征在于：每台翅片管内侧均设置一支喷淋水管，所述喷淋水管距翅片管垂直距离为60cm。
7.根据权利要求5所述的苯乙烯的连续生产系统，其特征在于：所述供水管路上并联有两台增压泵阀组，所述增压泵阀组包括增压泵，所述增压泵前后均设有阀门，所述增压泵并联回流阀。
8.根据权利要求5所述的苯乙烯的连续生产系统，其特征在于：所述微细雾化喷头接口处水压为0.3～0.5MPa。
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