乙苯脱氢制苯乙烯催化剂工艺条件分析

甘肃科技

GansuScienceandTechnology

Vol.24　No.15Aug.　2008

乙苯脱氢制苯乙烯催化剂工艺条件分析

闵　义1,宋煜龙2

(1.中国石油兰州石化公司合成橡胶厂,甘肃兰州730060;2.中国石油兰州石化公司石油化工厂,甘肃兰州730060)

摘　要:采用均匀设计进行了乙苯脱氢制苯乙烯催化剂工艺条件对转化率和选择性影响的实验,在此基础上选取出可达到较高转化率和选择性的适宜反应温度、空速、水油比之反应条件。关键词:乙苯脱氢;工艺条件;温度;空速;水油比中图分类号:TQ426.94

1　前言

乙苯催化脱氢制苯乙烯技术仍占当今苯乙烯生

产的主导地位,其中脱氢催化剂的研究是关键技术之一,催化剂的优劣决定了脱氢过程的经济性,既要求有较高的转化率,又要保证较好的选择性。而当所用催化剂确定后,控制适宜的工艺条件如温度(T)、压力、液体空速(LHSV)、水油比(SOR)等不仅可以最大限度地发挥催化剂的效能,还能节约能源、操作平稳,从而延长催化剂的使用寿命。本文试图应用均匀设计安排各因素的影响试验并由此优化工艺条件范围。

加适量的造孔剂、增强剂、粘结剂等助组份,经掺混、捏合、挤条成型、干燥、活化等工艺制成成品催化剂。

2　实验部分

2.1　实验装置

2.3　实验安排及结果

图1

采用100ml等温常压评价装置,其流程如图1。

2.2　使用原料乙苯:为兰州石化分公司苯乙烯装置乙苯合成单元生产的新鲜乙苯工业级,执行标准为SH1140-92。

水:自制蒸馏水。催化剂:自制。以铁、钾、铈、钼、镁为主组分,添

　　水平因素　TLHSV

SOR

为了揭示较宽实验范围内乙苯脱氢催化剂的工艺条件,如反应温度、空速、水油比等与其催化剂性能之间的关系,我们利用UniformDesign即均匀设计软件按三因素双指标考察了上述三个影响因素,根据各因素的试验范围和工业应用现状,选择T570～630℃、LHSV0.4～1.0h-1、SOR1.1～2.5组成如下因素水平表1。

表1　因素水平表

15700.641.94

25760.941.38

35820.582.36

45880.881.80

55940.521.24

66000.822.22

76060.461.66

86120.761.10

96180.402.08

106240.701.52

116301.002.50

　　然后所用U11(114)均匀设计表安排实验,结果

见表2。

将表2中数据利用UniformDesign软件回归

处理后作图即得各工艺条件对乙苯转化率和苯乙烯选择性的影响趋势图(见图2～图4)。

第15期　　　　　　　　　　闵　义等:乙苯脱氢制苯乙烯催化剂工艺条件分析

表2　均匀设计安排及结果

编号

1

234567891011)T(℃570576582588594600606612618624630LHSV(h-1)

0.640.940.580.880.520.820.460.760.400.701.00

SOR(wt)1.941.382.361.801.242.221.661.102.081.522.50

39

选择性(%)

96.90

96.9596.8397.1995.8496.6894.4995.3791.9093.1894.56

转化率(%)62.87

59.6572.6667.8371.2076.4679.3372.6386.6483.8586.86

40

　　　　　　　　　　　甘　肃　科　技　　　　　　　　　　　　　　　　第24卷

苯乙烯收率和催化剂在高选择性条件下长时间运

行,选取0.4～0.7h-1是适宜的。3.3　水油比

3　实验结果讨论

3.1　反应温度的影响

图2-1、图2-2分别为反应温度对转化率和选

择性的影响,由图看出,温度对转化率和选择性的影响明显。在570～630℃范围内,转化率随温度的上升而上升,两者几乎呈线性关系,在大于600℃时,转化率可达75%。而对选择性的影响却没有这一线性关系。在570～590℃低温区间,选择性变化随温度的升高迅速降低,在630℃降至93%,说明在高温区,在生成目的产物苯乙烯的同时,副产物如甲苯、苯等也在逐渐增加。可见欲保证较高选择性,反应温度不易过高;而若要求较高的转化率,则希望反应在高温区进行。针对温度对转化率和选择性这一互相矛盾的影响结果,在本试验范围内若期望较高的转化率下的高选择性,乙苯脱氢的反应温度选取610～628℃为宜。3.2　液体空速的影响

在乙苯脱氢反应体系中,加入水蒸汽,不仅可降

低系统的反应物分压,使乙苯与催化剂活性表面充分接触,有利于主反应的进行,从而提高转化率,同时还可延缓催化剂表面积炭的生成,延长催化剂的使用寿命。因此,水油比是乙苯脱氢工艺中的重要参数。本试验的目的即是通过不同水油比对转化率和选择性影响的考察,确定适宜的水油比范围。

图4-1、图4-2分别为水油比(进料水与乙苯质量比)对转化率和选择性的影响。由图看出,水油比对转化率的影响远不如温度和空速,转化率随水油比的增大而缓慢上升,水油比大于1.3时,转化率大于75%;水比大于2.0时,转化率上升的速度趋于变缓。而水油比对选择性虽有影响,但不甚明显,在1.1～2.5水油比范围内,选择性基本维持在95%。可见,水油比的选用范围较宽,但从节能角度考虑,在保证一定转化率和选择性的前提下,适宜的水油比是1.3-1.6。

图3-1、图3-2分别为液体空速(单位时间通过单位体积催化剂乙苯的质量)对转化率和选择性的影响,由图看出,与温度相比,乙苯的空速对转化率和选择性的影响程度较次之。当空速为0.4～0.6h-1时,转化率基本维持在75%以上;但当空速大

4　结论

在100ml等温常压评价装置考察了温度、空速、水油比三个工艺条件对乙苯催化脱氢反应的影响,温度、空速、水油比对乙苯脱氢反应的转化率和选择性的影响顺序为:反应温度>液体空速>水油比。采取反应温度610～628℃,空速0.4～0.7h-1,水油比1.3～1.6的工艺条件可充分发挥乙苯脱氢催化剂的催化性能。

的摩擦和搅拌热将使密封油温度上升,这时由储油罐中的盘管进行冷却。

(5)通过液位计可对储油罐中密封油液位进行监测,当油位下降到一定程度时,由手动补油泵经F补充密封油。

于0.7h-1时,转化率呈较快下降趋势。对选择性而言,在空速0.4～0.6h-1范围内则随着空速的增大呈线性关系上升,且均能达到95%以上。这是因为随着空速的逐渐增大,乙苯与催化剂的接触时间将随之变短,从而导致转化率逐渐降低;与此同时,副反应也随之减弱而使选择性得以提高。因此为保证(上接第17页)　符号说明:

A:接密封腔出口;B:接密封腔入口;C:接冷却

水源;D:冷却水出口;E:接氮气压力源;F:接手动补油泵;G:排液口/取样口;H:排气口

流程说明:

(1)氮气压力源经减压阀后,将输入活塞腔的压力设定为0.25～0.3MPa,由E进入活塞腔,通过活塞将密封油加压到0.6Mpa。

(2)压力为0.6MPa的密封油B经循环泵进入密封腔,为机封提供密封油及为轴承提供润滑油。

(3)密封油经过密封腔后由A回到储油罐。(4)密封油在循环过程中,由于机封及轴承产生

7　运行测试

新制机封系统改造完成后,进行了设备试运行,且运行效果良好,从改造完成至今机封平均运行寿命为12个月,最长运行寿命为14个月,设备的各项运行指标均符合标准。