1. 研究目的与意义
苯乙烯为无色、有特殊香气的透明油状液体，溶于乙醇、乙醚、丙酮等有机溶剂，但不溶于水，密度0．906、熔点．30．6℃、沸点145．2℃、闪点32℃，其蒸汽与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限为1．1 0／o--6．1％。苯乙烯有毒，长期接触会造成神经系统机能疾患等症。苯乙烯是聚合物的重要单体，主要用于制造聚苯乙烯树脂、ABS树脂、丁苯橡胶、离子交换树脂等。
苯乙烯用途作为聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）和环氧乙烷（EO）排位之后第四大乙 烯衍生产品，苯乙烯是合成橡胶材料生产和塑料产品生产的重要有机原料。主要应用在聚苯乙烯（PS）、丁苯橡胶（SBR）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂（ABS），以及苯乙烯-丙烯腈树脂（SAN）和不饱和树脂的生产。苯乙烯系列产品在合成树脂产量中位于第三位，前两位分别是聚乙烯和聚氯乙烯。不仅如此，苯乙烯还有着十分广泛的用途，比如生产染料、制药产业、农药制造以及选矿等领域。
目前，世界上苯乙烯的生产方法主要有乙苯脱氢法、环氧丙烷——苯乙烯联产法、溶剂油抽提法等，其中乙苯脱氢法是国内外普遍采用的主要方法，生产能力约占世界总产量的90％。环氧丙烷——苯乙烯联产法是今后苯乙烯装置建设的主要发展方向。
2. 研究内容与预期目标
乙苯脱氢法是目前国内外生产苯乙烯的主要方法，其生产能力约占世界苯乙烯
总生产能力的 90%。乙苯脱氢制苯乙烯技术的特点是工艺技术相当成熟，产品纯度高，装置运行平稳，操作弹性大。它包括乙苯催化脱氢和乙苯氧化脱氢 2 种生产工艺。
本设计以乙苯脱氢法生产苯乙烯。乙苯催化脱氢是工业上生产苯乙烯的传统工艺，由美国 Dow 化学公司首次开发成功。催化脱氢技术已相当成熟，其技术进展主要集中在以降低生产成本，改善操作条件为目标的新型催化剂的开发以及生产工艺、设备的改进和优化上，在反应器、负压脱氢过程及能量综合利用等方面的改进进展不大。目前典型的生产工艺主要有Fina／Badger工艺、ABB LUMMUS／UOP工艺以及BASF工艺等。
3. 研究方法与步骤
(1)ABB LUMMUS/UOP 工艺
目前世界上有近 40 套苯乙烯装置采用该工艺进行生产，总能力约 7.8 Mt/a。采用该工艺生产苯乙烯的装置主要有蒸汽过热炉、绝热型反应器、热回收器、气体压缩机和乙苯/苯乙烯分离塔等。将蒸汽过热至 800℃，与乙苯一起进入绝热反应器。反应温度 550～650℃，常压或负压，蒸汽/乙苯质量比为 1.0～1.5。通过脱氢反应器所生成的脱氢产物经冷凝后进入乙苯/苯乙烯分离塔，经分馏后塔底分出高纯度苯乙烯，塔顶馏出未反应的乙苯。
(2)Fina/Badger 工艺
Fina/Badger 工艺通常与美孚/Badger 乙苯工艺联合签发许可。该工艺采用绝热脱氢，蒸汽过热至 800～950℃，与预热器内的乙苯混合后再通过催化剂，反应温度为 560~650℃， 压力为负压，蒸汽/乙苯质量比为 1.5～2.2。反应器材质为铬镍，反应产物在冷凝器中冷凝。Fina/Badger 与 ABB Lummus 公司一起几乎垄断了世界苯乙烯生产专利市场。
(3)巴斯夫工艺
巴斯夫工艺的特点是用烟道气直接加热的方式提供反应热，这是与绝热反应的最大不同点。反应产物与原料气系统进行热交换，列管间加折流挡板，使加热气体径向流动，烟道气进口温度为 750℃，出口温度为 630℃，换热后乙苯的进料温度达到 585℃，直接与管内脱氢催化剂接触反应。出口气体经急冷、换热，再经空气冷却，分离脱氢尾气(H2、CH4、CO2等)、水和油，上层脱氢料液送精 馏工序制得苯乙烯。
环球化学∕鲁姆斯法
以乙苯为原料，采用脱氢反应器，由开始的单级轴向反应器，中间经历开发了双级轴向反应器到双径向反应器再到双级径向反应器的各种组合优化的多种反应器；反应器的操作压力有开始的正压发展到今天的负压；汽油比有开始的2.5:1发展到今天1.3：1；蒸汽消耗由开始的10kg∕kgSM发展到今天的4kg∕kgSM。UOP∕Lummus的Classic SM流程中乙苯脱氢工艺装置主要有蒸汽过热炉、绝热型反应器、热回收器、气体压缩机和乙苯∕苯乙烯分离塔。过热炉将蒸汽过热至800℃而作为热引入反应器。乙苯脱氢的工艺操作条件为550～650℃，常压或减压，蒸汽∕乙苯质量比为1.0～2.5。
图1.1 UOP∕Lummus的Classic SM工艺流程
UOP∕Lummus的“SMART” SM工艺是在Classic SM工艺基础上发展的一项新工艺，即在工艺Classic SM工艺的脱氢反应中引入了部分氧化技术。可提高乙苯单程转化率达80%以上。
“SMART”技术的优点在于，通过提高乙苯转化率， 减少了未转化乙苯的循环返回量，使装置生产能力提高，减少了分离部分的能耗和单耗；以氢氧化的热量取代中间换热，节约了能量；甲苯的生成需要氢，移除氢后减少了副反应的发生；采用氧化中间加热，由反应物流或热泵回收潜热，提高了能量效率，降低了动力费用，因而经济性明显优于传统工艺。该技术可用于原生产装置改造，改造容易且费用较低。目前采用“SMART”工艺SM装置有3套在运行。
图1.2 Lummus的SMART乙苯脱氢工艺流程图
表1.1“SMART”与 Classic比较
| 反应条件和结果 | Classic | “SMART”工艺 |
| 苯乙烯选择性∕% | 95.6 | 95.6 |
| 乙苯转化率∕% | 69.8 | 85 |
| 水比 | 1.7 | 1.3 |
| 蒸汽∕苯乙烯∕t∕t | 2.3 | 1.3 |
| 燃烧油∕苯乙烯∕kg∕t | 114.0 | 69.0 |
Fina∕Badger法
Badger工艺采用绝热脱氢，蒸汽提供脱氢需要的热量并降低进料中乙苯的分压和抑制结焦。蒸汽过热至800～900℃，与预热的乙苯混合再通过催化剂，反应温度为650℃，压力为负压，蒸汽∕乙苯比为1.5%～2.2%。
图1.3 Fina∕Badger法乙苯脱氢工艺生产流程示意图
巴斯夫法
巴斯夫法工艺特点是用烟道气加热的方法提供反应热，这是与绝热反应的最大不同。其流程如下图所示：
图1.4 巴斯夫法工艺流程示意图
Halcon法
Halcon法又称PO－SM联产法。Halcon法公司开发，于1973年在西班牙实现工业化。反应过程中乙苯在液相反应器中用氧化成过氧化物，反应条件为压力0.35MPa，温度141℃，停留时间4h，生成的乙苯过氧化物经提浓度到17%后，进入环氧化工序。环氧化温度为110℃、压力为4.05MPa。环氧化反应液经蒸馏得环氧丙烷。环氧化另一产物甲基苄醇在260℃、常压下脱水得苯乙烯。反应流程如图4所示。
1-过氧化塔；2-提液塔；3-环氧化塔；4，5-分离塔；6-环氧丙烷提浓塔；
7-甲基苄酯脱水塔；8-苯乙烯提浓塔；9-苯乙酮加氢器
图1.5 Halcon法工艺流程示意图
裂解汽油萃取分离法
日本日本东丽公司开发了Stex法裂解汽油萃取分离苯乙烯技术，同时还开发了专用萃取剂，可分离出纯度大于99.7%的苯乙烯，同时可生产对二甲苯，并降低裂解汽油加氢负荷，生产成本仅为乙苯脱氢法的一半。
环氧丙烷联产法
环氧烷联产法是先将乙苯氧化成乙苯氢过氧化物，再使之在Mo、W催化剂存在下与丙烯反应生成环氧丙烷和－苯乙醇，后者脱水可得到苯乙烯。其优点是克服了法有污染、腐蚀和需要氯资源的特点；缺点是流程长、投资大，对原料质量要求较高，操作条件严格，联产品多，每吨苯乙烯联产0.45t左右的环氧丙烷，因此不适宜建中小型装置。目前世界上拥有该技术的有阿尔科化学、壳牌和德士古化学。
4. 参考文献
【1】. 蔡丽娟.苯乙烯生产技术[J].化工进展,2001,20(3):47-50.
【2】. 金秋,苯乙烯技术进展 [J].精细化工原料及中间体. 2008（4）:19-21,31.
【3】. 时钧，汪家鼎，余国踪等. 化学工程手册[M].
5. 工作计划
（1）2022-3-8~2022-3-21（第2-3周）在查阅文献资料的基础上，写出开题报告，完成课题相关外文文献翻译。
（2）2022-3-22~2022-5-17（第4-11周）完成毕业设计计算说明书和相关图纸。
（3）2022-5-18~2022-5-30（第12-13周）撰写毕业论文，修改设计说明书和图纸、查重。
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
