1.4.3乙苯脱氢选择性氧化法(Smart工艺)
Smart工艺是Lummus/UOP在传统SM工艺的基础上发展的一项新工艺，即在传统SM工艺的脱氢反应中引入了部分氧化技术，此工艺能提高乙苯单程转化率的70-80％。
Smart工艺的原理是主要是将定量的氧气加入脱氢反应器的出口物料中，然后进入氧化脱氢反应器，该反应器内装有高选择性氧化催化剂和脱氢催化剂，氧气与氢气反应产生的热量是反应物流升温，同时降低了反应物中氢气的分压，打破了传统脱氢反应的热量平衡，可逆反应向生成苯乙烯的方向移动；氧化催化剂的选择性很高，对物料中氢气的具有较高的选择性，减少了烃类物质的损失。
图1.5 Smart工艺流程图
Smart工艺的优点相比于传统SM工艺而言，提高了乙苯的转化率，减少了未转化乙苯的循环返回量，提高了反应装置的生产能力，减少了生产过程中的部分能耗，提高了能量的利用效率，降低了生产成本。该技术可用于旧生产装置的改造，改造费用和难度均较低。目前世界上有三台设备在运行。 1.4.4环氧丙烷联产制苯乙烯法
环氧丙烷联产制苯乙烯法(P0／SM)即为乙苯共氧化法，是由Halcon公司于上世纪60年代研发出来的技术，并于70年代在西班牙实现了工业化应用，目前世界上利用环氧丙烷联产法生产的苯乙烯产量约占总值的十分之一，其工艺流程分为氧化、环氧化、及脱水以及加氢部分。
环氧丙烷联产法的反应温度为132～165℃，反应压力0.31～0.51MPa，属于液相反应。乙苯在反应器内有4小时的停留时间，并被氧气氧化为过氧化物进入第二段反应。在反应温度为108～132℃、反应压力1.72～5.52 MPa的条件下，停留1～3小时，通过与丙烯反
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应生成环氧丙烷和甲基苄醇，将两种产物进行脱水反应后可生成苯乙烯，其转化率可达98％以上。该项工艺将乙苯脱氢与丙烯氧化反应相结合，使吸热反应与放热反应联系起来，节省生产过程中的一部分能耗的同时“三废”处理问题得到了合理的解决。
目前环氧丙烷联产法主要由荷兰皇家壳牌集团、美国Lyondell化学公司、西班牙Repsol(雷普索尔)公司以及俄罗斯尼日涅卡缅斯克石化公司所掌握。 1.4.5 裂解汽油抽提蒸馏回收法
裂解汽油抽提蒸馏回收法是指通过直接芳烃抽提蒸馏，从而将石脑油以及瓦斯油蒸汽裂解，得到热解汽油的方法。
美国GTC(际特)技术公司研制的方法是通过对溶剂选择性的抽提蒸馏，使得粗热解汽油含的苯乙烯得到回收。拟定原料为裂解石脑油进行估算，一套生产能力为100万吨／年乙烯装置预计能从中提取5万吨／年的产品。而对于回收后的苯乙烯中杂质含量要小于0.01％，这其中苯基乙炔含量不超过50ppm。
目前，裂解汽油苯乙烯抽提回收技术主要是以荷兰DSM公司STAR-TEC的抽提工艺、美国GTC的GT-Styrene工艺与中国石化石油科学研究院STED的工艺技术这三大工艺生产技术为代表。
近年，国内苯乙烯抽提技术取得了较大的突破，成功开发了苯乙炔加氢反应，及苯乙烯抽提技术，形成了独特的技术特色，主要技术指标是国内最为先进的，并形成了自主知识产权。先后在大庆石化公司1.5万吨／年、盘锦华锦集团2.7万吨／年、镇海炼化分公司2.7万吨／年苯乙烯装置中获得成功，具有良好的工业应用前景。 1.4.6 丁二烯合成法
目前陶氏化学公司与荷兰国家矿业公司(DSM)两家公司都在研发这种技术，丁二烯合成法基本原理是通过丁二烯合成苯乙烯。这种技术通过小试后进一步进行测试，成功后便将应用于工业化。陶氏化学工艺条件及方法是：
(1)反应开始阶段催化剂是负载于Y-沸石上的铜表面，在丁二烯转化后的氧化脱氢阶段催化剂采用锡-锑催化剂，并且催化剂以氧化铝为载体；
(2)反应压力和温度分别为1.8MPa和103℃；
(3)在固定床中反应4周后为使催化剂再生，在催化剂床层通入氧气催化剂。再生阶段
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反应的压力和温度为0.6MPa和400℃；最终苯乙烯的选择性可以达到九成。而DSM工艺条是：
(1)反应开始阶段催化剂是负载于二亚硝基铁的锌，而4-VCH的脱氢阶段催化剂为钯(氧化镁为载体)；
(2)反应压力和温度为0.5MPa和80℃；
(3)4-VCH的脱氢阶段反应压力和温度为0.1MPa和300℃。
1.5反应器
化学反应器是化工生产及相关工业生产的中心设备，是将反应物通过化学反应转化为产物的装置。化工生产的工艺过程决定了反应器的结构类型，反应器的结构类型对工艺过程起促进和完善的作用，同时反应器的结构类型也决定着产品的质量和性能。反应器设计的优良与否，既影响化学反应本身，又影响产物的精制手段。 1.5.1反应器的选型
查《化工工艺设计手册》（第三版上册）可知，乙苯脱氢反应选用的反应器为固定床反应器。固定床反应器又分为径向绝热式、轴向绝热式、列管式三种反应器。
因乙苯脱氢反应为采用固体催化剂的气固相反应，且反应放热，反应温度过高会使苯、甲苯等副产物的量增加，故所选用的反应器为列管式反应器。 1.5.2列管式反应器的优点
列管式反应器具有结构简单，操作稳定，便于控制，易实现大型化和连续化生产等优点，是现代化工和反应中应用广泛的反应器。
反应器床层内流体的化学反应速率非常快，单程转化率高，所需催化剂的量少，且不易磨损，损耗率低。流体在反应器内的停留时间可以严格控制，床层的温度分布可以严格的控制，因而有利于提高化学反应的转化率和选择性。
传统的列管式反应器设计一般是基于假定工业反应器中的实际操作条件与单管实验的操作条件相同，即每根管子的操作条件相同。这个假定只对热载体分布完全均匀的并流反应器适用，对错流式反应器并不适用。但在实际的操作过程中，管与管之间的相互作用对过程的总效率以及冷却剂流经壳程的泵送成本有很大的影响。另外，每根管子因其在反
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应器中的位置不同而导致彼此的操作条件各不相同。在设计列管式工业反应器时，许多问题的产生都与壳程空间的最优解（包括折流板型式、壳体的几何结构参数）、冷却剂的流动形式以及最优的工艺条件（确保整个系统在最低能耗下操作）等因素有关。而以上条件的确定必须以可靠的数学模型为基础，通过反复分析比较，才能最终确定。
图1.6列管式反应器
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第2章、设计部分
2.1设计任务书
课题：10万吨/年乙苯脱氢制苯乙烯反应器的设计 2.1.1乙苯脱氢主、副反应 主反应及反应热：
① ??6??5???2??5???6??5???2??3+??2 ΔH(873K)= 125 kJ/mol 副反应及反应热：
② ??6??5???2??5???6??6+??2??4 ΔH(873K)= -102 kJ/mol ③ ??6??5???2??5+??2???6??5?????3+????4 ΔH(873K)= 64.4 kJ/mol ④ ??6??5???2??5+??2???6??6+??2??6 ΔH(873K)= 41.8 kJ/mol ⑤ ??6??5???2??5?8??+5??2 ΔH(873K)= 1.72 kJ/mol ⑥ ??6??5???2??5+16??2???8????2+21??2 ΔH(873K)= 793 kJ/mol 2.1.2乙苯脱氢催化剂 采用11＃氧化铁催化剂：
??=3????,?=13????
2.1.3乙苯脱氢反应条件 反应温度：600℃ 压力：0.18MPa，加入水蒸气来降低乙苯的分压，提高乙苯的转化率； 空速：乙苯液态空速1000??1；
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年产10万吨乙苯脱氢制苯乙烯反应器的设计
