Аппаратное оформление процесса производства стирола методом дегидрирования этилбензола

    Дегидрирование  этилбензола осуществляется в присутствии  водяного пара на катализаторе марки  К-28У, содержащим оксид железа и небольшое  количество соединений калия, рубидия, циркония. Водяной пар вводится для  снижения парциального давления процесса, что способствует сдвигу равновесия реакции в сторону образования стирола, сокращению побочных реакций на поверхности катализатора.

    Реакция дегидрирования этилбензола производится в двухступенчатом адиабатическом реакторе с промежуточным подводом тепла через межступенчатый подогреватель. Содержание стирола после первой ступени – не менее 23 %, после второй – не менее 47 %.

    Температура процесса 550-640⁰С, соотношение этилбензол : пар равно 1:3÷3,5, давление над слоем катализатора не более 1 атм.

    Основная  реакция дегидрирования:

    

    Побочные  реакции:

    

    Изопропилбензол, содержащийся в этилбензоле, в процессе дегидрирования превращается в L-метилстирол:

    Дивинилбензол полимеризуется с образованием нерастворимых полимеров в колоннах ректификации.

    Наличие бензола приводит к образованию  дивинила:

    

    Одновременно  идут реакции дегидроконденсации с  получением полициклических соединений – двухзамещенных стильбенов, фенантренов, нафталинов.

    Углерод, образующийся при разделении углеводородов, удаляется с катализатора водяным  паром:

    

    Для предотвращения полимеризации стирола  в процессе его получения используются также ингибиторы: парахинондиоксим (ДОХ), 4-нитрофенол – отход (ПХФ), 2,6-дитретбутил-4-диметиламинометилфенол (основание Манниха). 
 
 
 
 

Нормы технологического режима.

Таблица 2.1

2.3  Технологическая  схема отделение дегидрирования.

    Этилбензольная  шихта (ЭБШ) – смесь свежего этилбензола  с заводского склада ЛВЖ и возвратного  этилбензола из емкости, отделения промпродуктов, насосами подается в испаритель поз. 204 с регулированием расхода через кожухотрубчатый теплообменник поз. 209, где подогревается до 70-95 ⁰С водным конденсатом, проходящим по трубному пространству.

    Часть ЭБШ постоянно подается на промышленный хроматограф со сбросом на всос насосов.

    В поз. 204 (кожухотрубчатый теплообменник) ЭБШ нагревается до температуры  кипения, испаряется и частично перегревается.

    Для снижения температуры кипения ЭБШ  испарение осуществляют в токе водяного пара.

    Расход  пара на смешение в трубном пространстве поз. 204 поддерживается регулятором  в количестве 10-15% от подачи ЭБШ.

    Испарение осуществляется за счет тепла конденсации  водяного пара, подаваемого в межтрубное пространство испарителя.

    Пары  ЭБШ с температурой 150-160 ⁰С, регулируемой расходом пара на испарение, поступают из испарителя в трубное  пространство перегревателя поз.203, где нагреваются за счет тепла перегретого водяного пара, поступающего из  межступенчатого подогревателя.

    Перегретые  пары ЗБШ из поз. 203 поступают в смесительную камеру реактора поз. 202, где смешиваются с перегретым водяным паром (не более 750°С) в соотношении I : - 3,5, поступающим из печи поз. 201/11, состоящей из двух радиантных камер и одной конвекционной камеры, объединенных в один блок.

    Реактор поз. 202 – вертикальный цилиндрический аппарат, состоящий из двух ступеней, с промежуточным подводом тепла  в межступенчатом  подогревателе.

    В каждой ступени реактора находится  слой  катализатора с содержанием  оксида железа, небольшого количества  соединений калия, рубидия, циркония. Для равномерного распределения  пароэтилбензольной смеси перед слоями катализатора предусмотрены распределительные устройства.

    В реакторе происходит каталитический процесс  адиабатического двухступенчатого дегидрирования этилбензола в стирол в токе водяного пара с промежуточным подогревом контактного газа.

    Давление  на входе в I ступень – не более I ати, на выходе из I ступени – не более 0,6 ати. При завышении давления до I ати включается звуковая и световая сигнализация.

    Температура пароэтилбензольной смеси на входе  в 1 ступень реактора 550-640⁰С за счет  эндотермической реакции и  теплопотерь температура выходящего из реактора поз. 202/1 контактного газа понижается.

    Далее контактный газ подогревается в межступенчатом подогревателе до температуры 550-630⁰ с водяным паром и поступает на 2 ступень реактора поз. 202/2, где продолжается  дегидрирование при прохождении газа через слой катализатора.

    Контактный  газ из реактора поступает в котел-утилизатор поз. 205/1-2, где его тепло  используется для получения вторичного водяного пары давлением 3-4,5 ати. Об отклонениях уровня в котлах от пределов 50-70% подается звуковой и световой  сигналы на ЦПУ.

    При завышении давления контактный газ  перед аппаратом поз. 209 более 0,2 ати подается звуковой и световой сигналы, срабатывает блокировка и закрываются отсечные клапаны на трубопроводах подачи пара и топливного газа в печь поз. 201, ЭБШ – в испаритель поз.204, и открывается отсечной клапан на трубопроводе контактного газа от сепаратора поз. 212 в гидрозатвор поз. 234.

    Далее контактный газ, охлажденный до температуры  не более 180⁰С подается в пенный аппарат позиция 209, где проходит через слой вспененного конденсата, подаваемого на сетчатые тарелки аппарата, охлаждается до температуры не более 120⁰С, очищается от катализаторной пыли и извлекает углеводороды из водного конденсата. Производится дополнительное отпаривание углеводородов острым паром из жидкой фазы перед выходом ХЗК из пенного аппарата поз. 209.

    Контактный газ из пенного аппарата направляется на 3-х ступенчатую конденсацию:

    1-я  ступень конденсации – охлаждение  контактного газа – производится  до температуры 40-65⁰С в конденсаторах воздушного охлаждения поз. 210.

    Конденсатор состоит из 6-и горизонтально расположенных секций, собранных из оребренных биметаллических труб, обдуваемых потоком воздуха, нагнетаемого осевым вентилятором.

    В случае необходимости подается обессоленная вода на увлажнение воздуха, охлаждающего воздушные конденсаторы (в летнее время).

    Возможна  циркуляция обессоленной воды по схеме: через каплеотбойник поз. 211, охлаждаемый  обратной водой. Конденсатор представляет собой кожухотрубный теплообменник; по трубному пространству поступает  охлаждающая обратная вода, по межтрубному  – контактный газ. Из поз. 211 несконденсированный газ поступает последовательно через каплеотбойник поз. 212 (вертикальный, объемом 5 м³) в конденсатор-холодильник поз. 216/1, охлаждаемый раствором этиленгликоля или минуя его, затем в расширитель поз. 212а.

    Конденсат из поз. 211, 212, 212”а”, 216/1 самотеком сливается в емкость поз. 218.

    Для сброса избыточного давления газа (свыше 500 мм вод. ст.) на всасывающем трубопроводе компрессоров поз. 213/1-4 установлены  гидрозатворы поз. 234, освобождение поз. 234 производится в поз. 235. Газы после каплеотбойника поз. 212а направляются во всасывающий трубопровод компрессоров поз. 213/1-4, где сжимаются до давления не более 2,0 кгс/см², нагревается при этом до температуры не более 150⁰С, затем охлаждается обратной водой в холодильнике поз. 214 и поступает в каплеотбойник поз. 215.

    Конденсат из каплеотбойника поз. 215 и холодильника поз. 214 периодически выводится в  емкость поз. 230, откуда по мере накопления откачивается в емкость насосом  поз. 218.

    При завышении давления газа на нагнетании компрессоров более 2 ати срабатывает блокировка и компрессора останавливаются с одновременной подачей звукового и светового сигналов.

    Аналогичная блокировка предусмотрена при отклонении давления на всасе компрессоров от пределов 0,01-0,04 ати.

    Схемой  предусмотрено: подача обессоленной воды (в летнее время) в рубашки на охлаждение компрессоров с выводом в емкость  поз. 260/3.

    Предусмотрено регулирование давления контактного  газа в линии всаса компрессоров поз. 213/1-4 перебросом избыточного давления из линии нагнетания в линию всаса.

    III ступень конденсации - газ поступает в межтрубное пространство конденсаторов поз. 216/2,1 с площадью охлаждения  468 м², где охлаждается до 1÷8⁰С раствором этиленгликоля (антифриз марки "40"), поступающего из заводской сети.

    Регулировка температуры газа на выходе из поз. 216/1-2, (абгаза) осуществляется автоматически  изменением расхода раствора этиленгликоля  на конденсатор поз. 216.

    Из  конденсатора поз. 216/1-2 несконденсированный  газ поступает в сепаратор  поз. 224, объемом I м³, освобождается от уносимых капель жидкости, проходя через каплеотбойное устройство  тарельчатого типа, и направляется в  теплообменник поз. 200.

    Конденсат  из конденсатора  поз. 216/1-2 и сепаратора поз. 224 поступают в емкость поз. 218. Для  избежания проскока газа в емкость поз. 218 в сборнике поз. 216/1-2 осуществляется  регулирование постоянства уровня. Несконденсированный  газ (абгаз), состоящий из метана, водорода, углекислого газа, паров  углеводородов и воды, подогревается в кожухотрубном теплообменнике поз. 200 за счет  тепла парового  конденсата, поступающего из  межтрубного пространства испарителя поз. 204. Далее  абгаз смешивается  с топливным газом  и подается на сжигание  в пароперегревательную печь поз. 201/2.

    При пуске производства предусмотрена подача абгаза на  воздушку. Водноуглеводородный конденсат, состоящий из стирола, этилбензола, бензола, толуола и конденсата водяного  пара после поз. 212, 212"а", 217  самотеком поступает в емкость поз. 218 объемом 96 м³ с сетчатой перегородкой, где происходит его отстой и расслоение.

    Верхний слой из емкости поз. 216 – углеводородный конденсат (УВК) самотеком поступает в промежуточный сборник поз. 219 объемом 5 м³. Уровень в поз. 219 регулируются  непрерывной откачкой  УВК центробежными насосами поз. 220/1-2 в отделение промпродуктов в емкости поз. 401/1-2 объемом 100 м³.

    Полное  освобождение емкости поз. 216 от углеводородов  при остановке производится  по трубопроводу из верхней точки (люк) через смотровой фонарь на всасе  насоса поз. 200 и емкость поз. 219.

    При остановке рабочего насоса автоматически  включается резервный насос поз. 220.

    Нижний  слой – водный конденсат из поз. 218 поступает в емкость поз. 221, объемом 8 м³. Уровень в емкости поз. 221 регулируется непрерывной откачкой водного конденсата центробежным насосом поз. 222/1-2, подается в пенный аппарат поз. 220, объемом 37,8 м³. Химзагрязненный конденсат после насоса поз. 222 разделяется на 3 потока: частично на циркуляцию через змеевики для обогрева полов в отделении дегидрирования с возвратом в трубопровод после регулирующего клапана (в зимнее время). Частично на циркуляцию в емкость поз. 246, откуда насосом поз. 247 по уровню в поз. 246 и змеевик для обогрева полов в отделении ректификации и склада с возвратом в трубопровод всаса насоса поз. 222. В пенный аппарат поз. 200 (весь поток) для отпаривания углеводородов.

    В летний период насосом поз. 247 производится циркуляция для захолаживания обессоленной воды.

    Водный  конденсат из пенного аппарата поз. 209 самотеком поступает в емкость 100, откуда насосом 100/1-2 через фильтр 101/1-2 и теплообменник 229, 230 направляется на установку экстракции и перегонки химзагрязненного конденсата.

    Через калориферы  воздушных конденсаторов  поз. 210 или непосредственно  в емкость поз. 218 подается насосом поз.301. Конденсат с ПЭУ отделения ректификации через емкость поз. 301 объемом 3,98 м³, и водный слой из отделения промпродуктов из емкости воз. 420 объемом 5,4 м³ и поз. 235 объемом 2,2 м³ отделения дегидрирования. Емкость поз.236 служит для освобождения насосов и аппаратов отделения дегидрирования.