乙苯催化脱氢制苯乙烯的反应

4.2 实验一 乙苯脱氢制苯乙烯

一 实验目的

（1）了解以乙苯为原料，氧化铁系为催化剂，在固定床单管反应器中制备苯乙烯的过

程。

（2）学会稳定工艺操作条件的方法。

二 实验原理

1．本实验的主副反应

主反应：

副反应：

在水蒸气存在的条件下，还可能发生下列反应：

此外还有芳烃脱氢缩合苯乙烯聚合生成焦油和焦等。这些连串副反应的发生不仅使反应

的选择性下降，而且极易使催化剂表面结焦进而活性下降。

（1）影响本反应的因素

1）温度的影响

乙苯脱氢反应为吸热反应，00H，从平衡常数与温度的关系式

20ln

RTH

TK

pp

可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱氢反应的平衡转化率。

但是温度过高副反应增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制

适宜的反应温度。本实验的反应温度为：540~600℃。

2）压力的影响

乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式npKK









inP总可知，

当时，降低总压总P可使nK增大，从而增加了反应的平衡转化率，故降低压力有利于

平衡向脱氢方向移动。本实验加水蒸气的目的是降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。较适宜的水蒸气用量为：水∶乙苯=1.5∶1（体积比）或8∶1（摩尔比）。

3）空速的影响

乙苯脱氢反应系统中有平衡副反应和连串副反应，随着接触时间的增加，副反应也增加，

苯乙烯的选择性可能下降，适宜的空速与催化剂的活性及反应温度有关，本实验乙苯的液空

速以0.6h-1为宜。

（2）催化剂

本实验采用氧化铁系催化剂其组成为：Fe2O3—CuO—K2O3—CeO2。

三 预习与思考

（1）乙苯脱氢生成苯乙烯反应是吸热还是放热反应？如何判断？如果是吸热反应，则

反应温度为多少？实验室是如何来实现的？工业上又是如何实现的？

（2）对本反应而言是体积增大还是减小？加压有利还是减压有利？工业上是如何来实

第２９卷第１期　２０１３年２月　化学反应工程与工艺　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｒｅａｃｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖ．０ｌ２９．Ｎｏ　１　Ｆｅｂ．２０１３　

文章编号：１００１－７６３１（２０１３）Ｏ１—０Ｏ９２—０５　

ＧＳ．１　１催化剂催化乙苯脱氢制苯乙烯反应性能　

宋磊　

（中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，上海２０１２０８）　

摘要：为研究ＧＳ．１ｌ催化剂在绝热床反应器中催化乙苯脱氢制苯乙烯的反应性能，实验考察了反应温度、水　比、压力和空速对乙苯脱氢制苯乙烯反应的影响。结果表明，提高水比或降低压力同时有利于乙苯转化率和　苯乙烯选择性，提高温度或降低空速有利于乙苯转化率，不利于苯乙烯选择性。催速老化实验结果显示，ＧＳ．１１　催化剂的失活速率慢于参比催化剂，提高反应温度增强了ＧＳ．１１催化剂耐低水比的能力。水比过低造成活性　下降后，采取提温、低负荷活化或停乙苯通水蒸气处理，ＧＳ．１１催化剂的性能得到恢复。　关键词：乙苯脱氢催化剂乙苯苯乙烯脱氢反应催速老化　中图分类号：ＴＱ２４１．２　文献标识码：Ａ　

乙苯催化脱氢法是生产苯乙烯的主导技术路线，约占苯乙烯生产能力的９０％…，该生产方法的核　

心是催化剂的性能，目前国外乙苯脱氢催化剂市场被南方化学和ＢＡＳＦ公司所主导　’，　。开发具有自主　

知识产权的乙苯脱氢催化剂，对实现催化剂国产化和苯乙烯生产技术国产化具有十分重要的意义。　

通过减少催化剂中钾含量、创造铁与钾之间形成稳定的铁钾尖晶石结构的条件，充分持久地发挥　

氧化钾的助催化作用，而且引入抗积炭助剂，经过多年研究开发了ＧＳ一１１乙苯脱氢催化剂，并成功用　

于工业生产　引。针对等温反应器上乙苯脱氢反应的研究已经很多【４】，但由于工业等温反应器内部构件　

复杂、制造费用高，目前工业装置都采用绝热床反应器［　］。本工作在实验室模拟工业装置的绝热床反　

应器上，考察乙苯（ＥＢ）脱氢制苯乙烯（Ｓｔ）反应过程中不同评价条件下ＧＳ一１１催化剂的反应性能，　

二、乙苯催化脱氢合成苯乙烯的工艺流程

脱氢反应：

强吸热反应；

反应需要在高温下进行；

反应需要在高温条件下向反应系统供给大量的热量。

由于供热方式不同，采用的反应器型式也不同。

工业上采用的反应器型式有两种：

一种是多管等温型反应器，是以烟道气为热载体，反应器放在加热炉内，由高温烟道气，将反应所需要的热量通过管壁传递给催化剂床层。

另一种是绝热型反应器，所需要的热源是由过热水蒸气直接带入反应系统。

采用这两种不同型式反应器的工艺流程，主要差别：

脱氢部分的水蒸气用量不同；

热量的供给和回收利用方式不同。

（一）多管等温反应器脱氢部分的工艺流程

反应器构成：

是由许多耐高温的镍铬不锈钢钢管组成；

或者内衬以铜锰合金的耐热钢管组成；

管径为100～185mm；

管长为3m；

管内装填催化剂；

管外用烟道气加热（见图4-9，P182）。

多管等温反应器脱氢部分的工艺流程图见图4-10（P182）所示。

尾气放空烟道气排空冷却水阻聚剂循环烟道气配比蒸汽水燃料雾化蒸汽粗笨乙烯至精馏工段12345671图4-10 多管等温反应器乙苯脱氢工艺流程1-脱氢反应器；2-第二预热器；3-第一预热器；4-热交换器；5-冷凝器；6-粗乙苯贮槽；7-烟囱；8-加热炉

反应条件及流程：

1.原料乙苯蒸气和一定量的水蒸气混合；

2.预热温度(反应进口)：540℃；

3.反应温度(反应出口)：580～620℃；

4.反应产物冷却冷凝：

液体分去水后送到粗苯乙烯贮槽；

不凝气体含有90%左右的H2，其余为CO2和少量C1及C2 可作为燃料气，也可以用作氢源。

5.水蒸气与乙苯的用量比（摩尔比）为6～9:1；

乙苯脱氢反应实验报告

乙苯脱氢制苯乙烯实验报告

乙苯脱氢制苯乙烯实验报告

一 实验目的

(1)了解以乙苯为原料在铁系催化剂上进行固定床制备苯乙烯的过程，学会设计实验流程和操作;

(2)掌握乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响，学会获取稳定的工艺条件之方法。

(3)掌握催化剂的填装、活化、反应使用方法。 (4)掌握色谱分析方法。

二 实验原理

2.1主副反应

乙苯脱氢生成苯乙烯和氢气是一个可逆的强烈吸热反应，只有在催化剂存在的高温条件下才能提高产品收率，其反应如下:

主反应

C6H5C2H56H5C2H3 + H2

副反应

C6H5C2H56 + C2H4

C2H4 + H2H6

C6H5C2H5 + H2H6+ C2H6C6H5C2H56H5,CH3+ CH4

此外，还有部分芳烃脱氢缩合、聚合物以及焦油和碳生成。

2.2 影响因素

2.2.1温度的影响

乙苯脱氢反应为吸热反应，?H00，从平衡常数与温度的关系式 ?H0??lnKP?

可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱 氢 反应的平衡???2

?TRT??P

转化率。但是温度过高副 反应增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适应的反应温度。

2.2.2 压力的影响

?P?

乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式KP?Kn?总?可

??ni?

??

知，当?γ0时，降低总压P总可使Kn增大,从而增加了反应的平衡转化率,故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。实验中加入惰性气体或减压条件下进行，通常均使用水蒸气作稀释剂，它可降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。水蒸气的加入还可向脱氢反应提供部分热量,使反应温度比较稳定,能使反应产物迅速脱离催化剂表面,有利于反应向苯乙烯方向进行;同时还可以有利于烧掉催化剂表面的积碳。但水蒸汽增大到一定程度后，转化率提高并不显著，因此适宜的用量为:水:乙苯,1.2,2.6:1(质量比)。