粗苯的加氢精制(4)

2019-04-21 13:36

(1)粗苯中含有很多的高分子化合物。其中,具有代表性的C9+以上的高分子化合物约占13.6%,还含有苯乙烯1.4%。这些物质不但是生产古马隆树脂的原料,而且若将它们也作为苯加氢原料油的话,也不利于加氢反应和加氢装置的操作。特别是苯乙烯类的不饱和烃,由于它们的热稳定性较差,若过多地进入“Litol”系统,当温度升高时,它们会在进行反应的同时,易发生热聚合而堵塞系统设备,并使触媒表面结焦,从而降低触媒的活性,缩短催化剂的寿命。所以,对粗苯进行预蒸馏处理,以尽量除去轻苯中的不饱和化合物与高分子化合物是一个重要的关键。

(2)在确保能得到质量好的加氢原料的同时,还要使粗苯中的不饱和烃类在预蒸馏过程中的聚合控制到最小的程度,从而防止聚合物对塔盘和重沸器的堵塞。 4.3.3预蒸馏工艺的特点

(1)向粗苯中加入了阻聚剂——

粗苯中含有烯烃、苯乙烯等,它们在预蒸馏过程中一受热就会聚合。所 生成的聚合物是污染、堵塞管线与换热器的主要原因,能增加系统的阻力损失、也影响传热效果。还有,聚合物一旦进入反应器,易引起结焦,会使触媒活性迅速降低。故加入阻聚剂可以抑制苯乙烯、烯烃等化合物的聚合。

阻聚剂的性能要符合以下条件:

*1要能使有机与无机物的聚合渣及时消散,这样才能用于热交换器中,以维持最大的传热效率。

*2对易产生聚合物的介质,它能阻止聚合物生成,从而减少聚合物渣的堆积与集结。

*3由于阻聚剂的热稳定性好,则可防止操作温度在 538℃以上的物质结渣。 *4可溶性要好,要易溶于芳香烃或脂肪烃。在搅拌的条件下,可以分散于水中。

*5阻聚剂无灰分,含氮小于3%,不含有卤素和重金属,因此不会影响产品的纯度,对催化剂也不会使之中毒而失效。

阻聚剂的使用量,一般在10~100ppm范围之内时的效果最佳。当用于高温介质时,其最小的用量为25ppm。

(2)预蒸馏塔的重沸器采用了强制循环式——有下列优点:

*1用泵进行强制循环,可以提高液体在列管中的流速,形成湍流状态。从而提高传热能力,并减少被加热液体与传热面之间的接触时间。尤其是在真空条件下,能使加热液体处于沸腾状态,并保持在较低的沸点温度,从而可以提高传热系数K值。

*2由于采用强制循环,被加热液体从顶部送入,经均匀分配使液体沿着列管内壁成液膜向下流动。液膜则可以在很短的时间内被加热到沸腾温度。

*3由于列管内没有被液体充满,因此可以不要考虑液体流动的阻力,从而可以减小循环泵的负荷,使功率消耗较少。

为充分发挥以上优点,重沸器的设计应符合下列条件: *1进入重沸器上部管箱中的液体必须要进行均匀分配。

*2多孔板的孔径为8mm,安装高度一般为50mm左右,多孔板的孔数为452个,开孔率为4%。

*3上部管端要露出管板6mm,液体开始由管端溢流下来时,先形成一个过渡区,这区间液膜厚度是不均匀的,故传热效果较差。因此要尽量使该过渡区缩小。 4.4 “Litol”催化加氢部分 4.4.1 工艺流程

轻苯用泵加压到7.0Mpa,进入预热器升温到约120℃后,再进入蒸发器。另循环氢气经“加热炉”加热到约470℃后也进入蒸发器的底部,给轻苯提供蒸发所需要的热量;同时循环氢气的进入,还能起到降低轻苯分压与降低蒸发温度的

作用。

蒸发器的旁通循环氢气,先与“加热炉”的旁通循环氢气混合,再与蒸发器顶部出来的油气混合,调整加热炉的旁通氢气量,使该混合油气进入“预加氢反应器”的温度达到约230~290℃。在此“预加氢反应器”中,一些易被加氢的不饱和化合物得以加氢。该器出来的油气再进入加热炉加热到610℃后进入2台串联操作的“Litol”主反应器A/B。

蒸发器底部排出的含有聚合物的液体,经过内装有200目金属网的过滤器,以除去已聚合物质;然后再返回到预蒸馏塔的供料管中,以回收其中的芳香烃与油类。

向预蒸馏塔的塔底与塔顶出口注入的循环氢气,它们所具有的总热量的3/4由加热炉给于提供,其余1/4的热量则靠与反应气体进行换热、从反应气体中获得。

在“主反应器A”中,主要发生加氢裂解反应、加氢脱硫反应、部分的脱烷基反应。其中以加氢裂解反应为主,故此处所需要的反应热最多,则靠加热炉出口温度来控制主反应器A的温度。而在“主反应器B”中主要进行脱烷基的反应,其温度靠压缩机送来的冷氢气,通过TIC-1143温度调节仪加以控制。该主反应器B出来的油气进入蒸汽发生器,以回收热量。所产生的蒸汽又作为重沸器(E-1113、E-1116)、预热器(E-1109、E-1111)的加热热源。

经过以上一系列换热后的油气,最终进入“空气冷却器”,冷却到50℃后进入分离槽进行气、液分离。在此,分离出来的以H2、CH4等组分为主的气体送往后续的脱硫系统;而分离出来的以苯为主要组分的液体则送往后续本精制系统。 4.4.2 三段加氢净化的反应机理

在宝钢的轻苯加氢过程中包括“预加氢”、“主加氢A”、“主加氢B”等3个阶段。但总的目的都是通过加氢使不饱和化合物得到饱和、使含硫化合物得以加

氢转变成H2S气体。只是说,在不同的阶段发生不同的加氢反应而已。现结合前述的加氢反应与不同的加氢阶段来加以讨论。 (1)烯烃的加成反应——如:

C6H5-CH=CH2+H2 → C6H5-CH2-CH3

轻苯中含有2%左右的苯乙烯及其同系物,它们的热稳定较差。在高温条件下,他们易进行热聚合反应,形成高分子聚合物,不但能堵塞设备、管路,而且它们一旦附着在催化剂上,会使催化剂的活性表面减少而降低催化活性。所以,先进行“预加氢”,就是利用烯烃在不太高的温度下能发生加成反应,而将它们在进入主反应器之前除去,从而对“Litol”主反应器起到保护的作用。 (2)加氢脱硫反应——

轻苯中的含硫化合物,主要是噻吩及其同系物。其中,噻吩的沸点与苯非常接近,而噻吩的同系物,如:甲基噻吩、二甲基噻吩等也很难用精馏方法分别与甲苯、二甲苯分离开来。一般轻苯中含有噻吩类化合物约1%左右。“Litol”法催化加氢几乎能够是噻吩及其同系物完全氢化、分解,并获得含噻吩为0.3±±0.2ppm的苯类纯产品。

噻吩以外的含硫化合物,也都在“Litol”加氢过程中定量地被“氢化”,如CS2、硫醇的加氢反应如下: CS2+4H2 → CH4+2H2S C4H9SH+H2 → C4H10+H2S (3)加氢脱烷基反应——

“Litol”法加氢催化剂具有“加氢”、“脱烷基”的功用,这样可以将苯烃同系物全部转化成苯。典型的化学反应式如下:

C6H5-R+H2 → C6H6+ RH 式中R代表烷基。 该加氢脱烷基反应是放热反应,也是等摩尔反应。

(4)饱和烃的裂解反应——

轻苯中的饱和烃主要是直链烷烃与环烷烃等。这些杂质采用普通的精馏方法也是难与苯、甲苯、二甲苯等相分开。为此,“Litol”法催化加氢则将烷烃全部裂解 ,使它们转化成低分子的饱和烃气体而被方便地给予脱除。其脱除的比例可以通过调节反应温度来加以控制。

小于C4的链烷烃加氢也是分步进行的,最终都生成CH4气体。即: C4 →C3→C2→ CH4

该加氢裂解反应也是放热反应,因此,在进入主反应器B之前要通入冷氢气,目的就是要控制进入主反应器B的温度。

当然,在进行上述诸反应的同时,还伴随着不饱和化合物的脱氢、加氢,环烷烃的脱氢、芳香烃的氢化与联苯的生成反应等。 4.4.3 控制加氢反应的工艺操作指标与要点 (1)转化率——

所谓“转化率”是指任何反应物质转化为生成物质的量(质量或摩尔数) 的百分比。具体来说,甲苯的转化率就是指:入口物料的甲苯与反应生成的甲苯在各反应器中各个部位的转化情况。根据它可以调节(或设定)反应器的反应生成物出口的温度。一般情况下,由苯塔底的残油流量即可得知甲苯转化率。即:可按下列公式,计算甲苯的转化率=(A+C-B)/(A+C)*100% 式中,A——进入反应器物料中的甲苯量,kmol/h B——出反应器物料中的甲苯量,kmol/h C——反应器内生成的甲苯量,kmol/h

甲苯转化率是控制加氢反应的重要参数,它的设定与反应器的限定温度、原料组成、设备的限定能力、催化剂的活性、苯的限定产量和运转时间等因素均有一定的关系。


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