Проектирование цеха по производству стирола

      1 - пароперегревательная печь; 2 - испаритель этилбензола; 3 - реактор дегидрирования; 4 - подогреватель этилбензола; 5 - подогреватель воды; б - пенный аппарат; 7 - воздушный холодильник; 8- сепаратор; 9 - разделитель фаз. Потоки: ЭБ - этилбензол (свежий рецикл); Н₂, СН₄ - горючие газы в топливную сеть; ДГ - дымовые газы; К - конденсат; ПД - продукты дегидрирования.

     Рисунок 1. Технологическая схема производства стирола  

        3.3.2 Принцип работы основного реактора 

     Реактор дегидрогенизации работает в сочетании  с реактором регенерации, который непрерывно принимает отработанный катализатор, который после проведения регенерации и нагревания вновь направляют, также непрерывно, в секцию дегидрогенизации.

     Таким образом, блок реактор-регенератор, предназначенный  для проведения реакций каталитической дегидрогенизации этилбензола в газовой фазе для проведения реакций дегидрогенизации в присутствии твердого катализатора, находящегося в виде частиц, и регенератор катализатора, соединенный непосредственно с реакционным сосудом и состоящий из колонны с интенсивным восходящим потоком, в котором газ и твердое вещество перемещаются прямотоком снизу вверх, и поверхностная скорость газа превышает предельную скорость твердых частиц и, предпочтительно, превышает указанную предельную скорость более чем в два раза. Во избежание возникновения эрозии стенок аппаратуры и для минимизации трения твердых частиц, приведенная скорость газа предпочтительно составляет менее 30 м/с.

     В случае проведения реакций дегидрогенизации, реактор с восходящим потоком может включать, по меньшей мере, две точки загрузки, расположенные на различной высоте, что позволяет проводить каждую реакцию дегидрогенизации в наиболее благоприятных с точки зрения кинетики и термодинамики рабочих условиях.

     В альтернативном случае могут присутствовать по, меньшей мере, два реактора с восходящим потоком, в каждый из которых подают соответствующий реакционный газ или подходящие смеси газов, которые также могут включать газ, отходящий из другого реактора с восходящим потоком, который выполняет функции разбавителя. Катализатор последовательно протекает по различным реакторам с восходящим потоком и поднимается вверх прямотоком под действием реакционного газа, а затем под действием силы тяжести опускается вниз к основанию последующего реактора с восходящим потоком.

     В соответствии со следующим исполнением  настоящего изобретения катализатор, выходящий непосредственно из регенератора с восходящим потоком, может быть направлен параллельно в различные  реакторы с восходящим потоком, возможно, с добавлением нескольких теплообменников для охлаждения части катализатора до температуры, более подходящей для проведения каждой реакции.

     Реакционный сосуд непосредственно соединен с регенератором с восходящим потоком при помощи передаточного  трубопровода, посредством которого отработанный катализатор, извлекаемый из верхней части реактора с восходящим потоком, можно транспортировать в регенератор, применяя газ-носитель, который может быть инертным, или же применяя в качестве газа-носителя сам регенерирующий газ.

     Регенерирующий газ подают при высокой температуре; этот газ выбирают из группы, состоящей из воздуха, кислорода, воздуха или кислорода, разбавленных азотом, инертным газом или обогащенных кислородом.             Регенерацию отработанного катализатора осуществляют исключительно регенерирующим газом при помощи окисления/сжигания реакционных остатков, например, смол или углеродистых остатков, таких как кокс, возможно осажденных на катализаторе. Кроме того, поскольку в регенераторе с восходящим потоком катализатор также нагревают до температуры, соответствующей рабочей температуре в реакционном сосуде, при которой проводят реакцию дегидрогенизации, в основании регенератора с восходящим потоком предусмотрены отверстия для ввода горючего газа, также расположенные на различной высоте, для осуществления нагревания регенерированного катализатора путем каталитического сжигания указанного горючего газа, такого как метан или сжиженный нефтяной газ, или за счет сгорания водорода, поступающего из самой реакции дегидрогенизации.

     Аппарат, пригодный для отделения катализатора от регенерирующего газа, который  может быть использован для указанной  цели в установке.

     Реакция проведения каталитической дегидрогенизации этилбензола в газовой фазе, который включает следующие этапы:

     1) непрерывную подачу реакционного газа в секцию, для проведения реакции каталитической дегидрогенизации, содержащий катализатор и работающий в условиях текучей среды;

     2) выгрузку продукта реакции из верхней части сосуда, применяемого в операции, для подачи его на последующие стадии разделения и извлечения/рециркуляции непрореагировавших компонентов;

     3) непрерывное удаление потока отработанного катализатора из реакционного сосуда и, после возможной продувки инертным газом в специальном аппарате, загрузку катализатора в секцию регенерации/нагревания, включающую регенератор с восходящим потоком, в котором в качестве носителя используют инертный газ, направляемый прямотоком с потоком катализатора;

     4) непрерывное удаление потока регенерированного и нагретого катализатора из верхней части регенератора с восходящим потоком и, после возможной продувки инертным газом в специальном аппарате, подачу его в реактор дегидрогенизации, при использовании в качестве газа-носителя реакционного газа.

     В секции, где происходит реакция дегидрогенизации, значения температуры находятся в диапазоне 610⁰ С. Давление равно атмосферному или немного выше, а расходы реагентов регулируют таким образом,

     Регенерацию катализатора обычно производят при  температуре, превышающей температуру  проведения реакции дегидрогенизации, при атмосферном давлении или давлении, немного превышающем атмосферное, при значениях объемной скорости, превышающих 2000 л (н.у.)/час·л_кат, предпочтительно, превышающих 3000 л (н.у.)/час·л_кат, при времени пребывания катализатора, составляющем менее 1 минуты и, предпочтительно, менее 30 секунд. В частности, значения температуры регенерации находятся в диапазоне от 500 до 750°С и, предпочтительно, время пребывания катализатора составляет менее 5 секунд.

     При наличии подходящего катализатора, могут быть соединены друг с другом регенератор и реактор, оба представляющие собой колонны с интенсивным восходящим потоком. Менее стабильный углеводород (этилбензол) подают посредством потока на соответствующей высоте реактора в том месте, где температура имеет такое значение, что  дегидрогенизация этилбензола до стирола может идти с высокой селективностью.

     Смесь прореагировавшего газа и катализатора поступает в отпарную секцию, в которой в зоне разделения продувочный газ течет вверх, выходя из реактора посредством потока, в то время как твердое вещество опускается ко дну в противотоке к продувочному газу и выходит из реактора, направляясь в нижнюю часть регенератора с восходящим потоком. Регенератор работает так же, как и в случае, описанном выше; при этом поток, содержащий кислород и подаваемый при высокой поверхностной скорости, заставляет газ и твердое вещество двигаться прямотоком вверх, в то время как топливный газ подают на соответствующей высоте по аппарату.

     Смесь твердого вещества и газа вводят в отпарную секцию, в котором находится зона разделения, благодаря которой поток газообразных продуктов сгорания течет вверх, выходя из отпарной секции посредством потока , в то время как твердое вещество осаждается противотоком к потоку продувочного газа и выходит из нижней части отпарной секции, для его транспортировки в нижнюю часть реактора с восходящим потоком. В качестве альтернативы промежуточной загрузке менее стабильного углеводорода, можно использовать соединенные последовательно реакторы с восходящим потоком, в нижнюю часть каждого из которых загружают наиболее подходящую смесь углеводородов, в то время как твердое вещество направляют из одного аппарата в другой, начиная с реактора, в который подают термодинамически более стабильный углеводород, и заканчивая реактором с восходящим потоком, в который подают термодинамически менее стабильный углеводород. Твердое вещество проходит из этого последнего реактора в реактор с интенсивным восходящим потоком после соответствующей продувки.

     3.3.3 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 с регулированием расхода через кожухотрубчатый теплообменник, где подогревается до 70-95 ⁰С водным конденсатом, проходящим по трубному пространству.

     В кожухотрубчатый теплообменник ЭБШ нагревается до температуры кипения, испаряется и частично перегревается.

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

     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, где нагреваются за счет тепла перегретого водяного пара, поступающего из межступенчатого подогревателя.

     Перегретые  пары ЭБШ из поступают в смесительную камеру реактора, где смешиваются с перегретым водяным паром (не более 750°С) в соотношении 2:1, поступающим из печи, состоящей из двух радиантных камер и одной конвекционной камеры, объединенных в один блок.

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

     Контактный  газ из реактора поступает в котел-утилизатор, где его тепло используется для  получения вторичного водяного пары давлением 3-4,5 атм.

     Далее контактный газ, охлажденный до температуры  не более 180⁰С подается в пенный аппарат, 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.

     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.

     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, охлаждаемый  обратной водой. Конденсатор представляет собой кожухотрубный теплообменник; по трубному пространству поступает охлаждающая обратная вода, по межтрубному – контактный газ. Несконденсированный газ поступает последовательно через каплеотбойник (вертикальный, объемом 5 м³) в конденсатор-холодильник, охлаждаемый раствором этиленгликоля или минуя его, затем в расширитель.

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

     Из  конденсатора несконденсированный  газ поступает в сепаратор, объемом  I м³, освобождается от уносимых капель жидкости, проходя через каплеотбойное устройство тарельчатого типа, и направляется в теплообменник.