乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯的裝置和相關(guān)方法
【專利摘要】乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯的裝置，包括反應(yīng)段，其中有串聯(lián)放置的一或多個(gè)絕熱反應(yīng)設(shè)備；和蒸汽回路，其中有至少一個(gè)第一蒸汽熱交換設(shè)備；所述裝置的特征在于其包括加熱設(shè)備，其中有將乙苯脫氫獲得苯乙烯過程所形成的煙氣再循環(huán)的加熱回路，其中所述加熱設(shè)備包括與所述加熱回路彼此流體連通的下列設(shè)備：一或多個(gè)超級加熱設(shè)備，一或多個(gè)燃燒設(shè)備，其中插入至少一個(gè)蒸汽擴(kuò)散器、至少一個(gè)燃燒器和至少一個(gè)混合設(shè)備，一或多個(gè)通風(fēng)設(shè)備。
【專利說明】乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯的裝置和相關(guān)方法
[0001] 本發(fā)明涉及乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯的裝置和相關(guān)方法。
[0002] 本專利申請中，文中出現(xiàn)的所有操作條件應(yīng)作為優(yōu)選條件，即便沒有明文聲明。
[0003] 就本說明書的目的而言，術(shù)語"包含"或"包括"還包含術(shù)語"在于"或"基本上由... 組成"
[0004] 就本說明書的目的而言，所述范圍的定義始終包括兩個(gè)端值，除非另有規(guī)定。
[0005] 近年來所顯示出的能源成本的強(qiáng)勁增長已對乙苯脫氫法生產(chǎn)苯乙烯的成本有很 大影響。實(shí)際上，此工藝方法主要是以蒸汽形式而高耗能。目前市場上由Lummus、Badger LLC和Versalis轉(zhuǎn)讓的可用工藝方法非常相似，都是基于在兩或三個(gè)絕熱反應(yīng)步驟中進(jìn)行 的第一乙苯脫氫階段，接著是蒸餾階段。全世界生產(chǎn)的約3000萬噸苯乙烯的近80%是通過 這些技術(shù)獲得的（《工藝評價(jià)和研究規(guī)劃》07/08-4報(bào)告，Nexant Chem Systems公司，乙苯/ 苯乙烯第14頁）。
[0006] 絕熱脫氫反應(yīng)是在大量蒸汽存在下于高溫和低壓條件下進(jìn)行的。蒸汽是提供反應(yīng) 熱的重要條件，因?yàn)槊摎浞磻?yīng)是高吸熱的，并且也是維護(hù)催化劑的重要條件，否則裂解反應(yīng) 的結(jié)果將導(dǎo)致焦炭覆蓋而使催化劑失活。
[0007] 近幾年來，在不斷提高乙苯脫氫裝置能量效率的需求壓力下，催化劑廠商（例如 Sud Chemie和BASF)已開發(fā)了也能在逐漸減少的蒸汽量（分壓）存在下越來越穩(wěn)定的催化 劑。值的范圍已從8-9摩爾H2〇/摩爾乙苯(對應(yīng)的重量比為1.36-1.53kg水/kg乙苯)移到低 于 6摩爾H20/摩爾乙苯(對應(yīng)的重量比為lkg水/kg乙苯），顯著降低了脫氫段的蒸汽耗量且 提高了過程的總能量效率。
[0008] 但是，為在蒸汽量減少的條件下進(jìn)行操作，必須顯著提高蒸汽的溫度，這并不總是 可以操作的，因?yàn)樵诟哂谒鞋F(xiàn)有裝置的溫度下，溫度限制了允許可用的構(gòu)造材料。對現(xiàn)有 裝置的管和設(shè)備可用材料的限制的結(jié)果是不可以超過900°C，而具有更小尺寸的蒸汽過熱 爐輻射爐管中不可以超過1100°c。
[0009] 在現(xiàn)有設(shè)備的正常操作條件下，這些溫度值可能更低且在管道和設(shè)備中達(dá)到800 °C和在輻射爐管中達(dá)到980°C。
[0010] 換言之，在過去，為在反應(yīng)環(huán)境中穩(wěn)定，即不被焦炭覆蓋而失活，催化劑需要大量 蒸汽，因此，在大量蒸汽存在下，沒有為反應(yīng)供熱的問題。
[0011] 另一方面，今天的催化劑需要少得多的蒸汽，為提供相同的熱量，所述蒸汽必須被 加熱到如此之高的溫度以致材料成為關(guān)鍵問題。因此需要克服因通過蒸汽確保為吸熱的乙 苯脫氫反應(yīng)供熱需求與因替代催化劑的開發(fā)而蒸汽量日益減少情況下確保催化劑穩(wěn)定性 需求之間沖突的限制。
[0012] 為克服上述的這些關(guān)鍵方面，本
【申請人】已發(fā)現(xiàn)新的用于通過乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯 工藝的裝置布局。此新裝置提供了加熱設(shè)施的安裝，所述加熱設(shè)施利用在過程中產(chǎn)生的煙 氣作為熱載體而允許其在適當(dāng)?shù)募訜岘h(huán)路中循環(huán)。
[0013] 在此設(shè)施中循環(huán)的煙氣可以是燃燒設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的。
[0014] 煙氣包含排出氣體、烴類和水且水的濃度范圍為10-70體積％。
[0015] 此外，本
【申請人】還提出了新的乙苯脫氫獲得苯乙烯的方法，其中在相同工藝過程 中形成的煙氣絕不會超過800°c的溫度。
[0016] 因此，本發(fā)明涉及乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯的裝置，包括反應(yīng)段，其中有串聯(lián)放置的一 或多個(gè)絕熱反應(yīng)設(shè)備;和蒸汽回路，其中有至少一個(gè)第一蒸汽熱交換設(shè)備的;所述裝置的特 征在于其包括加熱設(shè)備，其中有將乙苯脫氫獲得苯乙烯過程所形成的煙氣再循環(huán)的加熱回 路，其中所述加熱設(shè)備包括與所述加熱回路彼此流體連通的下列設(shè)備：
[0017] ?一或多個(gè)超級加熱設(shè)備，
[0018] ?-或多個(gè)燃燒設(shè)備，其中插入至少一個(gè)蒸汽擴(kuò)散器、至少一個(gè)燃燒器和至少一 個(gè)混合設(shè)備，
[0019] ?一或多個(gè)通風(fēng)設(shè)備。
[0020] 在第二個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯的方法，其包括以下步驟：
[0021] a.在催化劑存在下將含蒸汽和乙苯的試劑混合物在一或多個(gè)串聯(lián)的絕熱反應(yīng)步 驟、優(yōu)選至少兩個(gè)串聯(lián)的步驟、更優(yōu)選兩個(gè)步驟中進(jìn)行反應(yīng)，
[0022] b.將蒸汽循環(huán)，以使其將至少一部分顯熱傳遞給試劑或若干反應(yīng)步驟的中間反應(yīng) 產(chǎn)物中，
[0023] c.將煙氣流加熱到低于800°C的溫度并將所述煙氣再循環(huán)，以使其將自身的顯熱 傳遞給試劑，或傳遞給若干反應(yīng)步驟過程中生成的中間反應(yīng)產(chǎn)物，或傳遞給進(jìn)行脫氫反應(yīng) 所需的蒸汽，或它們的組合。
[0024] 具有煙氣再循環(huán)加熱回路的特定加熱設(shè)備的插入可以在現(xiàn)有裝置或新建裝置上 實(shí)施。
[0025] 在現(xiàn)有裝置和新建裝置兩種情況下，都可從離開爐子的蒸汽必須被加熱的最高溫 度的降低而獲益。這樣做的好處在于能夠使用更便宜、更易于加工且可更迅速供貨的不同 材料，或者，同一材料的情況下，構(gòu)造材料中可以采用具有涉及操作可靠性益處的更小厚 度。尤其是不正常操作的情況下，厚度越小導(dǎo)致瞬態(tài)梯度越低。較低的溫度梯度對應(yīng)于管道 元件和設(shè)備中較低的內(nèi)應(yīng)力。
[0026]過去已開發(fā)了使用燃燒煙氣作為熱載體的脫氫工藝。然而，煙氣的熱容量非常低， 因此，為在溫度低至足以允許使用傳統(tǒng)的金屬材料的條件下有充分的熱交換，煙氣必須具 有極高流量，然后排放到煙筒，使工藝過程效率較低。
[0027] 另一方面，本發(fā)明即本專利申請的目的是構(gòu)想一個(gè)加熱設(shè)備，在其中將脫氫過程 中產(chǎn)生的相當(dāng)大部分的煙氣、尤其是在燃燒裝置中產(chǎn)生的煙氣再循環(huán)。煙氣循環(huán)的流量必 須非常高以使加熱設(shè)備可以用中溫范圍操作。
[0028] 此外，按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，加入煙氣中的蒸汽濃度可高達(dá)50體積％，蒸汽 的比熱雙倍于煙氣，使得有可能采用低得多的溫度范圍以等量傳熱進(jìn)行操作。
[0029]通過將煙氣再循環(huán)，還加入少量蒸汽，比熱可顯著得到改進(jìn)。如果煙氣沒有再循 環(huán)，為獲得在熱交換方面同樣的效果，必須增加大量蒸汽，從而導(dǎo)致在過程中就整體而言并 不節(jié)省蒸汽。
[0030]多虧本
【申請人】提出的技術(shù)方案，乙苯脫氫過程所需的一部分熱量可以通過蒸汽來 提供，蒸汽量是確保催化劑穩(wěn)定性所嚴(yán)格不可或缺的，且一部分熱是由工藝煙氣循環(huán)提供 的。
[0031] 煙氣的高循環(huán)流量使設(shè)備的熱水平維持在足以允許使用較低成本且易加工和供 貨的常規(guī)材料(例如不銹鋼304H)。
[0032] 此系統(tǒng)還可使現(xiàn)有裝置的收率提高而不必對處于極高溫度的蒸汽回路采取昂貴 的改造措施。
[0033] 本發(fā)明的更多目的和優(yōu)點(diǎn)將通過下面所提供的純例示而非限制性目的的描述和 附圖闡明。
[0034] 圖1是按照本發(fā)明的具有兩個(gè)串聯(lián)絕熱反應(yīng)設(shè)備、加熱設(shè)備和有一個(gè)超級加熱器 的工藝煙氣加熱回路的乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯裝置方框圖。
[0035] 圖2是按照本發(fā)明的具有兩個(gè)串聯(lián)絕熱反應(yīng)設(shè)備、加熱設(shè)備和有兩個(gè)超級加熱器 的工藝煙氣的加熱回路的乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯裝置方框圖，
[0036] 圖3是具有煙氣加熱回路和僅一個(gè)超級加熱器的加熱設(shè)備的方框圖。
[0037] 圖4是具有煙氣加熱回路和兩個(gè)超級加熱器的加熱設(shè)備的方框圖。
[0038]圖5是乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯裝置的方框圖，示出了加熱設(shè)備可以安裝的位置。
[0039]圖6是按照已知工藝的乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯的裝置。
[0040]圖中使用的符號解釋如下。
[0041] F1和F2是兩個(gè)蒸汽過熱爐或各為爐子的一部分。
[0042] R1和R2是兩個(gè)絕熱反應(yīng)設(shè)備。
[0043] E1是蒸汽熱交換設(shè)備。
[0044] E2是超級加熱器。
[0045] E2A是第一超級加熱器和E2B是第二超級加熱器。
[0046] VI是通風(fēng)設(shè)備。
[0047] C1是燃燒設(shè)備。
[0048] XI是燃燒器。
[0049] X2是蒸氣擴(kuò)散器。
[0050] X3是混合設(shè)備。
[0051] REC是離開最后一個(gè)反應(yīng)器的產(chǎn)物的熱回收段。REC可以包括一些熱交換設(shè)備，在 其中產(chǎn)生蒸汽和/或?qū)⒄羝蛞冶脚c蒸汽的混合物過熱。
[0052] 數(shù)字100、200、300、400、500和600是具有煙氣加熱回路的加熱設(shè)備的可安裝點(diǎn)。 [0053] (1)是乙苯原料。（2A)、（2B)、（2C)、（2D)和（2E)是蒸汽流，（3A)是乙苯與蒸汽的混 合物，（3B)、（3C)、（3D)是不同溫度的中間反應(yīng)產(chǎn)物，（3E)和（3F)是最終產(chǎn)品，（4A)、（4B)、 (4C)和(4D)是煙氣流，（4E)是來自F的煙氣，（5)和(5A)是天然氣，（6A)是空氣。
[0054]
[0055] 本
【申請人】現(xiàn)在將參照圖1-5詳細(xì)描述按照本發(fā)明的實(shí)施方案。
[0056]因此，本發(fā)明的目的涉及乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯的裝置，包括反應(yīng)段，其中有串聯(lián)放 置的一或多個(gè)絕熱反應(yīng)設(shè)備(R1和R2);和蒸汽回路，其中有至少一個(gè)第一蒸汽熱交換設(shè)備 (E1);所述裝置的特征在于其包括加熱設(shè)備，其中有在將乙苯脫氫獲得苯乙烯過程所形成 的煙氣、特別是燃燒設(shè)備C1中形成的煙氣再循環(huán)的加熱回路，其中所述加熱設(shè)備包括與所 述加熱回路彼此流體連通的下列設(shè)備：
[0057] ?一或多個(gè)超級加熱設(shè)備(E2、E2A和E2B)，
[0058] ?-或多個(gè)燃燒設(shè)備(Cl)，其中插入至少一個(gè)蒸汽擴(kuò)散器(X2)、至少一個(gè)燃燒器 (XI)和至少一個(gè)混合設(shè)備(X3)，
[0059] ?一或多個(gè)通風(fēng)設(shè)備(VI)。
[0060]本發(fā)明另一實(shí)施方案涉及乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯的方法，其包括以下步驟：
[0061] a.在催化劑存在下將含蒸汽和乙苯的試劑混合物在一或多個(gè)串聯(lián)的絕熱反應(yīng)步 驟、優(yōu)選至少兩個(gè)串聯(lián)的步驟、更優(yōu)選兩個(gè)步驟中進(jìn)行反應(yīng)，
[0062] b.將蒸汽循環(huán)，以使其將至少一部分顯熱傳遞給試劑或若干反應(yīng)步驟的中間反應(yīng) 產(chǎn)物中，
[0063] c.將煙氣流加熱到低于800°C的溫度并將所述煙氣再循環(huán)，以使其將自身的顯熱 傳遞給試劑，或傳遞給若干反應(yīng)步驟過程中生成的中間反應(yīng)產(chǎn)物，或傳遞給進(jìn)行脫氫反應(yīng) 所需的蒸汽，或它們的組合。
[0064] 在所述設(shè)備中循環(huán)的煙氣可以是燃燒設(shè)備C1內(nèi)產(chǎn)生的煙氣，其可與乙苯脫氫獲得 苯乙烯過程中產(chǎn)生的排出煙氣匯合。煙氣包含排出氣體、烴類和水且水的濃度范圍為10體 積％-70體積％，優(yōu)選水的濃度為15體積％_45體積％。
[0065] 煙氣以 10000kg/h-100000kg/h范圍、優(yōu)選50000kg/h_80000kg/h范圍的流量再循 環(huán)。
[0066] 所述方法優(yōu)選在本文所描述并要求的乙苯脫氫裝置中實(shí)施。
[0067] 在本文所描述并要求的裝置中具有煙氣回路的加熱設(shè)備可放在不同的點(diǎn)，優(yōu)選絕 熱反應(yīng)器和后續(xù)反應(yīng)器之間（200和100)，或優(yōu)選在原料送入串聯(lián)反應(yīng)器的第一個(gè)的進(jìn)料管 上，在反應(yīng)器的水蒸汽引入點(diǎn)之前（300)或所述引入點(diǎn)之后(600)?；蛘咚龅木哂袩煔庠?循環(huán)的加熱設(shè)備可優(yōu)選沿蒸汽回路放置(400和500)，更優(yōu)選放在過熱爐的入口處。
[0068]超級加熱設(shè)備(E2)-般是管殼式換熱器，并且可放在乙苯脫氫裝置中通常已存在 的蒸汽熱交換設(shè)備(E1稱為超熱器或過熱器)的上游或下游。
[0069] 具有煙氣加熱回路的加熱設(shè)備優(yōu)選可包括至少一個(gè)或多個(gè)、優(yōu)選兩或多個(gè)、甚至 更優(yōu)選兩個(gè)串聯(lián)的超加熱器(E2A和E2B)。在這些情形下，第一超級超加熱器可放在蒸汽加 熱設(shè)備(E1)的上游和下游兩個(gè)地方，而后續(xù)的超級加熱器(E2B)放在通風(fēng)設(shè)備(VI)的上游。
[0070] 脫氫過程中產(chǎn)生的煙氣在使V1、C1和超級加熱器流體連通的管線中循環(huán)。
[0071 ] 通風(fēng)設(shè)備可以是適用于輸送高溫氣體的離心式或軸流式通風(fēng)機(jī)?？梢杂腥舾赏L(fēng) 設(shè)備且可并聯(lián)放在僅一個(gè)超級加熱器的下游和僅一個(gè)燃燒設(shè)備的上游。
[0072]為了更詳細(xì)地描述本方法，
【申請人】現(xiàn)在將說明圖1和一個(gè)以上超級加熱器情況下 的圖2。
[0073]將乙苯料流（1)與蒸氣（2D)混合并將所述混合物送入所述兩個(gè)串聯(lián)反應(yīng)器的第一 個(gè)(R1)。含排出氣、烴類和水的中間產(chǎn)物(3B)被送至蒸汽熱交換裝置(E1)且隨后送至超級 加熱器設(shè)備(E2)。離開超級加熱器的中間產(chǎn)物隨后繼續(xù)進(jìn)入后續(xù)反應(yīng)步驟。
[0074]中間產(chǎn)物(3B)同時(shí)流入蒸汽熱交換設(shè)備的管程和超加熱器設(shè)備(E2)的管路。來自 過熱爐(F1)的蒸汽(2B)流入熱交換設(shè)備的殼程。
[0075]排出氣涉及包括氫、一氧化碳、二氧化碳、氮、氧、甲烷、乙烷和乙烯、丙烷和丙烯的 混合物。烴類是指主要量芳烴與痕量鏈烷烴和環(huán)烷烴的混合物，其中主要成分是苯乙烯、乙 苯、甲苯和苯，優(yōu)選是包括乙苯、苯乙烯、甲苯、苯、其它c(diǎn) 8和c9芳烴、烷烴和環(huán)烷烴c6-c8的混 合物。
[0076] 中間產(chǎn)物的組成包括：
[0077] -0-20mol%、優(yōu)選 2-8% 的氣體
[0078] -5-25mol %、優(yōu)選5-15mol % 的烴類
[0079] -70-90mol %、優(yōu)選75-85mol % 的水。
[0080] 中間產(chǎn)物（3C)在超級加熱設(shè)備的管路中循環(huán)，且溫度范圍為400°c-700°c、優(yōu)選 500°C_600°C，而壓力范圍為0_2atm、優(yōu)選0.5-1.1 &加。煙氣(48)在所述超級加熱器設(shè)備的 殼程進(jìn)行循環(huán)。
[0081] 超級加熱器設(shè)備的殼程流體動力地連接煙氣回路，在其中煙氣以10000kg/h-100000kg/h、優(yōu)選50000kg/h-80000kg/h的流量連續(xù)循環(huán)。正是通風(fēng)設(shè)備(VI)驅(qū)使煙氣在加 熱回路中循環(huán)。
[0082] 煙氣回路保持通風(fēng)設(shè)備(VI)、超加熱器設(shè)備(E2)和燃燒設(shè)備(C1)流體連通。
[0083] 通風(fēng)設(shè)備(VI)在超級加熱器設(shè)備(E2)的出口（4C)處吸入壓力范圍為0 · 5-1 · 5atm、 優(yōu)選0.9-1.2&加和溫度范圍為400°〇800°(：、優(yōu)選550°(：-750°(：的煙氣。將一部分所述煙氣 (4A)從通風(fēng)設(shè)備送到燃燒設(shè)備(C1)和一部分(4D)送到過熱爐之一。
[0084]煙氣可與高至濃度等于50體積％的蒸汽進(jìn)行混合，因蒸汽的比熱雙倍于煙氣，故 在相同傳熱條件下使得所用的溫度范圍低得多。
[0085]煙氣在加熱回路中循環(huán)，還加入蒸汽，可顯著得到改進(jìn)比熱。如果煙氣沒有再循 環(huán)，為獲得交換熱方面的同樣效果，必須加入大量蒸汽，因而使所述方法就整體而言并不節(jié) 省蒸汽。
[0086] 燃燒設(shè)備(C1)包括管線中的燃燒器(XI)、優(yōu)選為氣體燃料(例如類似于熱電聯(lián)產(chǎn) 機(jī)組中使用的燃燒器），其中通過燃燒燃?xì)?5A)與空氣(6A)來供熱并適當(dāng)提高煙氣的溫度， 將其以600-800°C、優(yōu)選650-750°C、更優(yōu)選700-750°C范圍的溫度送回超級加熱器(4B)。
[0087] 燃燒設(shè)備(C1)中還存在水蒸氣擴(kuò)散器(X2)和將來自燃燒器(XI)的燃燒產(chǎn)物、來自 通風(fēng)設(shè)備的煙氣和由蒸汽擴(kuò)散器(X2)引入的蒸汽進(jìn)行混合的混合設(shè)備(X3)。由蒸汽擴(kuò)散器 引入的蒸汽的流量通過一個(gè)特定設(shè)備來調(diào)節(jié)以使再循環(huán)的熱氣體料流中水的濃度保持在 10-70體積％范圍、優(yōu)選15-45體積％范圍的值。
[0088] 為在本文所述加熱設(shè)備的回路中保持質(zhì)量恒定且因此而使熱氣體的壓力優(yōu)選為 1-1. latm，一部分循環(huán)煙氣(4D)通過壓力控制設(shè)備排出，將其送到專用于此料流的熱回收 系統(tǒng)例如產(chǎn)生和過熱低壓蒸氣的節(jié)能器，或者它可以是與蒸汽過熱爐(F1或F2)煙氣同一熱 回收系統(tǒng)。
[0089] 如前面所指出的，可以有一個(gè)以上的、至少兩個(gè)超級加熱器，它們的放置方式是使 中間反應(yīng)產(chǎn)物(3B)進(jìn)入系列超級加熱器的第一個(gè)(E2A)的管程中。
[0090] 進(jìn)到第一脫氫反應(yīng)器(R1)的乙苯（1)和蒸氣進(jìn)入第二超級加熱器(E2B)的管程中。 [0091]第一和第二超級加熱器(E2A和E2B)的殼程與煙氣加熱回路流體連通。
[0092]加熱設(shè)備可以很好地應(yīng)用于現(xiàn)有的乙苯脫氫裝置且也可應(yīng)用于新裝置。
[0093]當(dāng)所述設(shè)備應(yīng)用于現(xiàn)有裝置時(shí)，能夠達(dá)到兩個(gè)目的：
[0094]-降低蒸氣消耗和/或 [0095]-提高裝置生產(chǎn)能力，
[0096] 而不必對爐子和蒸汽加熱回路進(jìn)行昂貴的替換改造。這些目標(biāo)可以單獨(dú)或共同獲 得。
[0097] 在這兩種情況下，都可從離開爐子的蒸汽必須被加熱的最高溫度的降低而獲益。 這樣做的好處在于能夠使用更便宜、更易于加工且可更迅速供貨的不同材料，或者，同一材 料的情況下，構(gòu)造材料中可以采用具有涉及操作可靠性益處的更小厚度。尤其是不正常的 情況下，厚度越小導(dǎo)致瞬態(tài)梯度越低。較低的溫度梯度對應(yīng)于管道元件和設(shè)備中較低的內(nèi) 應(yīng)力。 實(shí)施例
[0098] 下面通過一些本專利申請目標(biāo)的非限制性實(shí)施方案來更好地說明本發(fā)明。
[0099]實(shí)施例1描述了在減少蒸汽消耗方面對現(xiàn)有的乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯裝置能耗改進(jìn) 的情況。
[0100] 眾所周知，此改進(jìn)可通過顯著提高爐內(nèi)過熱蒸汽的溫度和通過一個(gè)特定回路送到 安裝于兩個(gè)反應(yīng)器之間的過熱器來獲得。這種提高溫度的方法造成了因爐子的部分重建與 安裝在兩個(gè)反應(yīng)步驟之間的蒸氣回路和過熱器的重構(gòu)而必須進(jìn)行高成本改造。
[0101]相反，若采用本文所述的具有工藝煙氣加熱回路的加熱設(shè)備，爐子、過熱器還有蒸 氣回路可以保留。
[0102] 多虧有煙氣的再循環(huán)，可以給從一個(gè)反應(yīng)器過到另一反應(yīng)器的反應(yīng)混合物供熱直 至溫度提高到超過640°C，熱載體即煙氣的溫度維持在低于800°C。此限制對應(yīng)于某些奧氏 型不銹鋼加壓設(shè)備結(jié)構(gòu)許可使用的限制：其中例如是具有最佳性價(jià)比的304H型，但也可以 是316H、309H、310H和321H型。這些材料在過去已被廣泛使用且仍然是現(xiàn)有苯乙烯裝置和更 現(xiàn)代的裝置中主要存在的設(shè)備和管線構(gòu)造材料。在更現(xiàn)代的裝置中，廣泛使用成本遠(yuǎn)高于 奧氏鋼的高Ni含量合金，其允許的工作溫度提高到超過800°C和高達(dá)900°C。
[0103] 但是，即使在高鎳含量合金的情形下，任何情況下降低與最高操作溫度關(guān)聯(lián)的工 程溫度都是重要的，因?yàn)檫@通常會使所用材料的厚度顯著減少。在此方面，如實(shí)施例2所示， 最高操作溫度亦即工程溫度降低了 50°C，此降低可通過采用本發(fā)明目標(biāo)的設(shè)備獲得。例如， 若材料是800H合金和工程溫度(通常高于操作溫度)從925°C降低至875°C，則厚度可以減少 到2/3?？紤]爐的輻射管情況，其常用材料如ASTM A608級HK40,通過使工程溫度從此材料的 許可限值1020°C降低到970°C，則其厚度可減少至3/4。
[0104] 在實(shí)施例中，氣體包括H2、C02、CO、N2、02、CH4、C 2H6、C2H4。烴類包括乙苯、苯乙烯、甲 苯、苯、其它C8和c9芳烴、鏈烷烴和環(huán)烷烴c6-c8。
[0105] 離開兩個(gè)爐子F1和F2的煙氣一般是匯合成一股料流，以優(yōu)化熱回收系統(tǒng)相關(guān)的投 資成本。
[0106] 對比例1
[0107] 對比例示出了按照現(xiàn)有技術(shù)的乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯裝置。圖6示出兩個(gè)串聯(lián)的絕 熱反應(yīng)器。主要的工作條件報(bào)告于表1。乙苯轉(zhuǎn)化率為68%，蒸汽與經(jīng)之比為1.4kg/kg。
[0109] 對比例1-A
[0110] 對比例1-A示出了按照現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)有乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯裝置，其使用了現(xiàn)代 催化劑，在低水蒸氣分壓存在下也是穩(wěn)定的，以蒸汽/烴比等于1.2kg/kg的條件進(jìn)行操作， 乙苯轉(zhuǎn)化率等于68%。參照圖還是圖6。
[0112] 實(shí)施例1
[0113] 實(shí)施例1示出了按照圖1方案即本發(fā)明的裝置，其使用了現(xiàn)代催化劑，在低水蒸氣 分壓存在下也是穩(wěn)定的，以蒸汽/烴比等于1.2kg/kg的條件進(jìn)行操作，乙苯轉(zhuǎn)化率等于 68%，且包括包含煙氣加熱回路的加熱裝置。
[0114] 表2和表3示出了實(shí)施例1的工作條件。
[0115] 在此裝置中，在與對比例1-A相同條件下操作，好處來自于可以更低的加熱回路溫 度、特別是離開爐子的蒸汽溫度達(dá)到相同的反應(yīng)器入口處溫度且因此而相同的乙苯轉(zhuǎn)化 率。通過使?fàn)t子出口處的溫度保持在低于800°C，相同的管線和設(shè)備(爐子F1，F(xiàn)2和熱交換器 E1)可以保留下來，在進(jìn)行改進(jìn)操作所需時(shí)間和增加更易供貨材料的低成本方面帶來好處。
[0118] 對比例2
[0119] 此對比例示出了按照圖6方案的裝置，即根據(jù)已知技術(shù)的新的或未來構(gòu)造的脫氫 裝置，按表4所示的主要運(yùn)行條件進(jìn)行操作。
[0120]乙苯的轉(zhuǎn)化率是68%，水蒸汽與烴之比為lkg/kg。這些條件代表了可用于未來要 構(gòu)建的裝置中更進(jìn)化的可用脫氫催化劑的限值。特別地，離開第一爐的蒸汽溫度超過900°C 使得必須采用非常昂貴且在運(yùn)行可靠性方面很關(guān)鍵的構(gòu)造材料和解決方案。
[0122] 實(shí)施例2
[0123] 實(shí)施例2示出了一個(gè)新裝置，其能夠帶來的最大好處是因最新催化劑所致的蒸汽 消耗方面的減少。參照圖是圖2且操作條件示于表5和6,乙苯轉(zhuǎn)化率為68%且水蒸汽/烴比 等于 lkg/kg。
[0124]好處來自于可以更低的加熱回路溫度、特別是離開爐子的蒸汽溫度達(dá)到相同的反 應(yīng)器入口處溫度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯的裝置，包括反應(yīng)段，其中有串聯(lián)放置的一或多個(gè)絕熱反應(yīng)設(shè) 備;和蒸汽回路，其中有至少一個(gè)第一蒸汽熱交換設(shè)備;所述裝置的特征在于其包括加熱設(shè) 備，其中有將乙苯脫氫獲得苯乙烯過程所形成的煙氣再循環(huán)的加熱回路，其中所述加熱設(shè) 備包括與所述加熱回路彼此流體連通的下列設(shè)備： ?一或多個(gè)超級加熱設(shè)備， ?一或多個(gè)燃燒設(shè)備，其中插入至少一個(gè)蒸汽擴(kuò)散器、至少一個(gè)燃燒器和至少一個(gè)混 合設(shè)備， ?一或多個(gè)通風(fēng)設(shè)備。2. 按照權(quán)利要求1的脫氫裝置，其中有煙氣再循環(huán)加熱回路的加熱設(shè)備放在一個(gè)絕熱 反應(yīng)器與后續(xù)絕熱反應(yīng)器之間，所述反應(yīng)器是串聯(lián)的。3. 按照權(quán)利要求1的脫氫裝置，其中有煙氣再循環(huán)加熱回路的加熱設(shè)備放在原料送入 串聯(lián)絕熱反應(yīng)器的第一個(gè)的進(jìn)料管上。4. 按照權(quán)利要求1的脫氫裝置，其中有煙氣再循環(huán)加熱回路的加熱設(shè)備沿蒸汽回路放 置。5. 按照權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的脫氫裝置，其中有煙氣再循環(huán)加熱回路的加熱設(shè)備包括 至少兩個(gè)串聯(lián)的超級加熱器。6. 按照權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的脫氫裝置，其中超級加熱器放在蒸汽熱交換器的上游或 下游。7. 按照權(quán)利要求6的脫氫裝置，其中第一超級加熱器放在蒸汽熱交換器的上游或下游， 而后續(xù)的超級加熱器放在通風(fēng)設(shè)備的上游。8. 按照權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的裝置，其中通風(fēng)設(shè)備是適用于輸送高溫氣體的離心式或 軸流式通風(fēng)機(jī)。9. 按照權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)的裝置，其中兩或更多個(gè)通風(fēng)設(shè)備并聯(lián)放在一個(gè)超級加熱 器的下游和一個(gè)燃燒設(shè)備的上游。10. 乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯的方法，其包括以下步驟： a. 在催化劑存在下將含蒸汽和乙苯的試劑混合物在一或多個(gè)串聯(lián)的絕熱反應(yīng)步驟、優(yōu) 選至少兩個(gè)串聯(lián)的步驟、更優(yōu)選兩個(gè)步驟中進(jìn)行反應(yīng)， b. 將蒸汽循環(huán)，以使其將至少一部分顯熱傳遞給試劑或若干反應(yīng)步驟的中間反應(yīng)產(chǎn) 物， c .將煙氣流加熱到低于800°C的溫度并將所述煙氣再循環(huán)，以使其將自身的顯熱傳遞 給試劑，或傳遞給若干反應(yīng)步驟過程中生成的中間反應(yīng)產(chǎn)物，或傳遞給進(jìn)行脫氫反應(yīng)所需 的蒸汽，或它們的組合。11. 按照權(quán)利要求10的方法，其中煙氣以10000kg/h-100000kg/h范圍的流量再循環(huán)。12. 按照權(quán)利要求11的方法，其中煙氣優(yōu)選以50000kg/h-80000kg/h范圍的流量再循 環(huán)。13. 按照權(quán)利要求10-12任一項(xiàng)的方法，其中煙氣以600 °C -800 °C范圍的溫度再循環(huán)。14. 按照權(quán)利要求10-13任一項(xiàng)的方法，其中煙氣包含排放氣體、烴類和水且水的濃度 范圍為1 〇體積％ -70體積％。15. 按照權(quán)利要求14的方法，其中水的濃度范圍為15體積％ -45體積％。16. 按照權(quán)利要求10-17任一項(xiàng)的方法，其中煙氣在再循環(huán)過程中維持恒壓。17. 按照權(quán)利要求10-16任一項(xiàng)的方法，在按權(quán)利要求1-10的脫氫裝置中實(shí)施。
【文檔編號】C07C15/46GK105828928SQ201480069566
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年11月10日
【發(fā)明人】A·嘉里奧蒂, M·奧利爾西
【申請人】維爾薩利斯股份公司