乙苯/苯乙烯生产过程的优化运行研究

Vol. 40 No. 4华东理工大学学报(白然科学版)4932014-08Journal of East China University of Science and Technology ( Natural Science Edition)文章编号:1006-3080 2014)04-0493-07乙苯/苯乙烯生产过程的优化运行研究张彬'， 杨为民'，刘文杰'，缪长喜'，杨卫胜'，钱锋(1.中国石化上海石油化工研究院，上海201208; 2.华东理工大学信息科学与工程学院,上海200237)摘要:针对乙苯/苯乙烯实际生产装置,分别建立了烷基化、烷基转移、乙苯精馏、乙苯脱氢、苯乙烯精馏生产过程的机理模型,该机理模型与实际生产过程误差范围在2%左右。以该模型为基础进行系统优化操作设计,生产装置实际运行结果表明:基于该优化操作系统，可有效降低装置的能耗,为其他乙苯/苯乙烯装置的优化运行奠定了基础。关键词:烷基化;乙苯脱氢;机理模型;操作优化中图分类号:TP273文献标志码:AOptimization of Processes for Ethylbenzene andDehydrogenation of Ethylbenzene to StyreneZHANG Bin'，YANG Wei-min',LIU Wenr-jie', MIAO Chang-xil,YANG Wei sheng'，QIAN Feng2(1. Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology，Shanghai 201208, China;2. School of Information Science and Engineering, East China University ofScience and Technology, Shanghai 200237，China)Abstract: Aiming at ethylbenzene and dehydrogenation of ethylbenzene to styrene， the principlemodels for alkylation reactor， tranalkylation rector， ethylbenzene rectify tower， dehydrogenation ofethylbenzene to styrene, and styrene rectify tower are made, respectively, which have only 2% error withthe actual production process. These models are used for the optimization design of the system process.The practical operation results show that this optimized operation system can effectively reduce the energyconsumption and provide a support for the optimization of other ethylbenzene and dehydrogenation ofethylbenzene to styrene.Key words: alkylation; dehydrogenation of ethylbenzene; principle model; optimization乙苯是重要的有机化工原料,主要用于生产苯许多学者研究了 乙苯/苯乙烯生产过程的模型及优乙烯单体。苯乙烯是最重要的有机化工原料之一，化操作1] ,但这些研究大多没有针对具体实际工业用于制造聚苯乙烯(PS)、工程塑料ABS、SAN、苯乙对象,且只针对苯乙 烯生产流程中的某个环节进行烯/丁二烯共聚胶乳(SB)、丁苯橡胶和胶乳(SBR)研究。因苯乙烯生产流程较长,这种局部环节的研等。乙苯/苯乙烯联合装置主要由烷基化/烷基转究显然具有一定的缺陷。本文针对某20X10* t/a .移、乙苯精馏、乙苯脱氢,苯乙烯精馏四大单元组成。装 置进行研究,分别进行烷基化反应器、烷基转移、收稿日期:2013-08-05基金项目:中国石化科技开发部项目(411052)中国煤化工作者简介:张彬(1977-).男.博士.高级工程师 .主要研究方向为化T.过程优化控制、化工过.MYHCNM HG通信联系人:杨为民.E mail: yangwm. sshy@ sinopec. com.494华东理工大学学报(自然科学版)第40卷乙苯精馏、乙苯脱氢反应、苯乙烯精馏环节机理建基化反应、烷基转移反应.乙苯精馏单元组成。现有.模,并设计优化方法对全流程装置进行优化研究,对生产中各个单元的操作大多基于经验进行。在乙苯于其他装置的运行具有- - 定的示范意义。生产单元中.液相烷基化乙苯生产过程能耗相对较高,烷基化反应器人口温度高且难以控制,乙苯与苯1乙苯/苯乙烯生产过程分析乙烯的物质的量之比高。为保证产品质量,乙苯精馏单元操作相对保守.导致塔的回流及再沸器蒸汽乙苯/苯乙烯联合装置涉及单元较多,如图1、用量 相对保守,从而导致能耗较高。图2所示,其中乙苯单元生产装置主要由液相法烷新鲜苯不凝气55号。多乙苯乙烯o-1残油烷基化反应器烷基转移反应器苯塔脱非芳塔乙苯产品塔多乙苯塔.图1乙苯生产单元流程图Fig. 1 Diagram of ethylbenzene unit尾气几.宝长/甲苯苯乙烯B加热炉乙苯水粗苯乙烯塔乙苯塔精苯乙烯塔图2苯乙烯生产单元流程图Fig.2 Diagram of dehydrogenation of ethylbenzene to styrene苯乙烯单元利用负压乙苯脱氢技术,主要由两艺的特点,基于能量守恒、物料平衡，以实际生产数个串联的绝热径向反应器及若干换热器组成，后续据进行优化回归得到两个反应系统的动力学模型;苯乙烯精馏系统由粗苯乙烯塔、乙苯塔、精苯乙烯塔其次，利用流程模拟软件AspenPlus建立精馏系统等组成。苯乙烯单元的关键环节为乙苯脱氢单元，等其他单元的机理模型,并以此模型为基础指导在文献[6]中有对其的具体操作，如同乙苯精馏单生产。元,为获得较高的产品质量,苯乙烯精馏单元各塔回流量和再沸器蒸汽用量比较保守,能耗也相对较高。2机理模型构建虽然在实际操作过程中技术人员可根据经验来操作这些装置,但大多数情况下反应器及塔设备的2.1烷基中国煤化工充模型最优操作参数难以定性或者定量确定。为此本文首为建MHCNMHG烷基化反应考虑先根据烷基化反应器和烷基转移、乙苯脱氢反应工如下主、副反应。.495第|期张彬,等:乙苯 苯乙烯生产过程的优化运行研究.主反应:生成速率;Prn,ps,pu.pr.pw分别为乙苯、苯乙烯、C.H+C:H:--→C,H:C:H:- 0H(1)氢、甲苯、苯在系统中的分压;k、=uexp(- E