苯酚丙酮装置简介和重点部位及设备

苯酚丙酮装置简介和重点部位及设备(图文)

2011-09-27 08:06:05 浏览：1697

一、装置简介

(一)装置发展及类型

1.装置发展

异丙苯法制备苯酚、丙酮是目前世界上获得苯酚、丙酮的主要技术路线，从20世纪50年代开始工业化到目前为止，世界上约90%的苯酚来自该路线，在世界苯酚工业中占主导地位，2002年世界苯酚产能约为720X104t/a，其中91%采用异丙苯法。

我国采用异丙苯法制备苯酚、丙酮始自20世纪60年代中期，国内第一套万吨级异丙苯法苯酚丙酮装置于1970年在燕化公司建成投产，1986年国内首套引进技术8X104t/a异丙苯(

法苯酚丙酮装置在燕化公司建成投产，成为当时国内最大的苯酚丙酮生产装置。目前国内苯酚丙酮主要生产厂家有燕山石化、高桥石化、华字石化、吉林石化、广州建涛集团，所采用的工艺路线都是异丙苯法制备苯酚、丙酮。随着技术的不断发展、进步，苯酚丙酮装置生产规模不断扩大，目前国内单套装置最大产能为燕化公司16X104t/a苯酚丙酮装置，国内正在筹建的单套装置最大产能为20X104t/a。德国Ineos苯酚有限公司以生产能力为a为世界之最。

随着催化剂和生产工艺的发展，大多数生产装置制取异丙苯工艺已从传统的AlCl3法转为固体磷酸或沸石催化法，我国四大生产厂家和正在筹建的生产装置皆采用后者。目前较先进的异丙苯制备苯酚工艺是Allied/UOP工

艺，由美国UOP公司和美国联合化学公司共同开发，全球已有11家苯酚生产厂家采用该工艺。

目前，世界许多生产厂家纷纷对苯酚的生产技术进行改进和开发新的生产工艺。通过对成熟的异丙苯制备苯酚工艺中催化剂和CHP分解、苯酚精制两个工艺的研究，朝着工艺路线更短，经济效益更好的方向发展。

2.装置的主要类型

异丙苯制备苯酚工艺分为三步：

(1)苯和丙烯反应生成异丙苯，传统工艺为A1C13法，目前广泛使用的是沸石催化法，可采用气—液相法和液相法。

(2)异丙苯经氧气或空气氧化，生成过氧化氢异丙苯(CHP)。设备有塔式反应器和槽式反应器2种。

(3)CHP分解，生成苯酚和丙酮。反应工艺有一步分解和二步分解，又可有正压分解和负压分解。

典型的烃化单元特点见表3—73。

典型的氧化单元特点见表3—74。

典型的分解单元特点见表3—75。

(二)装置工序组成与工艺流程

1，装置工序组成

异丙苯法制备苯酚丙酮装置的基本工序为：烃化工序、氧化工序、精制工序、回收工序。

(1)烃化工序

苯与丙烯混合进入烃化反应器，在催化剂作用下进行烃化反应，生成异丙苯。反应生成的烃化液通过精馏得到成品异丙苯送至储罐，为下一道工序的原料。过程中废弃物烃化尾气排入火炬系统焚烧;副产物为废油送至重烃储罐。

(2)氧化工序

异丙苯进入氧化器与新鲜空气进行反应生成过氧化氢异丙苯(CHP)。氧化液经提浓后，进入分解反应器在浓硫酸的催化作用下，分解生成苯酚、丙酮;分解液经中和洗涤后，进人储罐作为精制工序的原料。过程中废弃物氧化尾气经活性炭吸附后排人大气。

(3)精制工序

分解液经粗丙酮塔塔顶、丙酮精制塔精制，在丙酮精制塔侧线分离出高纯度丙酮产品，粗丙酮塔釜液经粗酚塔、苯酚回收塔、脱烃塔、酚处理器、苯酚精制塔的精制，在苯酚精制塔侧线得到高纯度的苯酚产品。过程中的废气为精制废气，排人火炬系统焚烧。副产物为含酚焦油，冷却后送人焦油储罐。

(4)回收工序

对精制工序来的轻焦油经Na0H溶液洗涤后回收其中的苯酚，然后得到含异丙苯、α—MS(o—甲基苯乙烯)混合液。在加氢反应器中经加氢处理得到异丙苯返回氧化进料缓冲槽。对装置来的含酚、含丙酮的废水，经pH值调节后用萃取的方法回收废水中的苯酚，在精馏方法中回收废水中的丙酮，使废水中的苯酚、丙酮含量达到要求后排放到生化处理系统。

2.工艺流程

工艺流程说明

(1)烃化工序

①烃化

原料苯由罐区或其他装置来，进入苯缓冲罐脱水后，由原料泵送至循环塔，在塔顶脱除水、丙烷及反应生成的轻组分，侧线得到干苯送人烃化反应器和转位烃化反应器。原料苯与丙烯混合、预热后与外循环物料混合，分成三股进入烃化反应器。在反应器中苯和丙烯反应生成异丙苯。烃化液送至循环塔进行分离。烃化反应器为多层催化剂床层的固定床反应器。原料苯与烃化反应生成的副产物二异丙苯混合后，进入转位烃化反应器发生转位烃化反应生成异丙苯。

②异丙苯精制

原料苯与烃化液和转位烃化液混合进入循环塔。在塔顶脱除苯中水、丙烷及反应生成的轻组分，塔釜采出的物料经釜液泵送至精馏塔进行常压分离。异丙苯从塔顶蒸出，塔釜采出送至二异精馏塔进行负压分离。二异丙苯从塔顶蒸出作为转位烃化反应的进料。塔釜重组分，经重烃冷却器冷却后，作为废油送至重烃储罐。

(2)氧化工序

①氧化

新鲜异丙苯和来自提浓塔顶的循环异丙苯冷凝液、氧化尾气冷凝液及经。α—MS加氢的回收异丙苯一起进人氧化进料碱洗槽，用1%—2%NaOH稀

碱液循环洗涤以除去氧化反应生成的有机酸。含有甲基过氧化物(MHP)废碱经加热分解后送人中和反应器。

异丙苯加热到80~(2后进入氧化器底部，与压缩机送来的新鲜空气进行氧化反应，氧化器多为2塔、4塔串联或2个槽式反应器串联，氧化反应靠外循环撤热。氧化液经脱气槽汽液分离后进人提浓工序。氧化器操作压力(顶)为—，操作温度92—106℃。氧化尾气经冷却、分离、活性炭吸附后排人大气。

②提浓

氧化液经闪蒸分离器闪蒸，底部液相自第一异丙苯汽提塔再沸器进入该塔，汽提后塔底物料进入第二异丙苯汽提塔，在塔釜得到浓度为82%—84%过氧化氢异丙苯(CHP)作为分解进料。CHP提浓过程为负压操作，新鲜异丙苯作为2个异丙苯汽提塔回流自塔顶加入，闪蒸分离器与2个异丙苯汽提塔顶部汽相冷凝后，都进入回流槽送回氧化进料碱洗槽。

③分解

来自提浓工序的浓CHP液与回流丙酮、循环丙酮及水混合后进人分解反应器，在硫酸催化下，CHP分解成苯酚和丙酮等，反应器顶部气相冷凝后凝液作为回流丙酮返回分解，不凝气深冷后排入火炬。可为常压和负压操作二种形式，负压操作真空度为—，温度76-78℃，分解液冷却后再进人中和工序。

④中和

分解产物经冷却后送人中和反应器与来自回收工段的酚钠和浓硫酸混

合进中和反应器，少量水相送至回收工序，油相经水洗、油水分离后送人分解液罐作为精制原料。

(3)精制工序

①丙酮精制

分解液在分解液罐脱除部分水后经精制进料泵送出。预热后进人粗丙酮塔，塔顶馏出物进入丙酮精制塔，塔釜采出为粗丙酮塔进料。丙酮精制塔采用减压精馏，从侧线分离出高纯度的丙酮产品，从塔底脱除水、异丙苯、。α—MS和其他组分。塔釜液经相分离，水相进入丙酮汽提塔，油相溢流至轻焦油罐作为加氢单元的进料。

②苯酚精制

粗丙酮塔塔釜物流为粗苯酚塔的进料，苯酚塔顶采出进入脱烃塔，塔釜液送人苯酚回收塔。苯酚回收塔从粗苯酚塔釜液中回收苯酚，塔顶蒸汽直接进人粗苯酚塔釜，塔釜焦油物流送人焦油储罐。

粗苯酚塔的塔顶物流在脱烃塔进行分离。塔顶馏出物送至中和，塔釜采出经酚处理器处理后进人苯酚精制塔。塔顶采出返回脱烃塔，塔釜采出返回粗苯酮塔。高纯度的苯酚产品由侧线采出。

(4)回收工序

①碱洗、酚水

将精制工序来的轻焦油经Na0H溶液洗涤后回收其中的苯酚，然后得到异丙苯、。α—MS混合液作为脱烃塔进料。自装置来的含酚、含丙酮的废水，

经pH值调节后在苯酚萃取塔中用萃取的方法回收废水中的苯酚，在丙酮回收塔中回收废水中的丙酮，使废水中的苯酚、丙酮含量达到要求后排放到生化处理系统。

②循环烃、加氢反应

碱洗后的轻焦油进入回收脱烃塔。丙酮在顶脱除回收，塔釜液送到脱重塔。轻组分从塔顶分离。侧线采出异丙苯、α—MS混合物，进入加氢反应进料罐。塔釜采出主要含。α—MS和重芳烃送重废烃罐。脱轻、脱重后的轻焦油储存于轻焦油罐，经加氢进料泵送人加氢反应器。氢气从反应器顶部加入加氢反应器。在钯催化剂的作用下，口—甲基苯乙烯与氢气反应生成异丙苯，反应物冷却后部分作为氧化进料返回氧化进料碱洗槽。

(三)化学反应过程

1.固体磷酸或沸石催化法烃化反应

(1)固体磷酸或沸石催化法化学反应特点

烃化反应是在催化剂表面上进行的，其反应过程为：

①原料分子从液相主体扩散到催化剂表面。②原料分子由催化剂表面向内扩散。③原料分子被催化剂活性中心吸附。④原料分子发生化学反应。⑤产品从催化剂活性中心脱附。⑥产品分子沿催化剂内向外扩散。⑦产品分子扩散主流中。

(2)主要反应、副反应

2.氧化反应

(1)氧化反应特点：

异丙苯氧化生成过氧化氢异丙苯的过程是液相氧化过程，表现为自由基链式反应特性。反应产物对反应能自动加速，亦称自催化氧化反应。

(2)主要反应、副反应

(3)反应机理

3，分解反应

(1)分解反应特点

以硫酸为催化剂的CHP分解反应是均相催化反应过程，过氧化氢异丙苯在硫酸的作用下分解，生成苯酚、丙酮。

(2)主要反应、副反应

(3)反应机理

4.α—MS加氢反应

(1)反应特点：

在钯系催化剂作用下，采用滴流床加氢工艺对。α—MS加氢，生成异丙苯。

(2)反应机理

(四)主要操作条件及工艺技术特点

1.主要操作条件

因不同的工艺操作条件不同，这里主要对目前广泛使用的沸石催化法异丙苯工艺和干式氧化及负压二级分解进行介绍，主要操作条件见表3—76。

2.工艺技术特点

异丙苯法苯酚、丙酮生产工艺在当前苯酚生产工艺中占重要地位，具有一个过程，两个产品的优点。但由于反应过程多，生产过程中副产物也多，所以造成了工艺流程长，工艺过程中技术难度也大。

固体磷酸法工艺生产异丙苯，在正常生产期间废水、废渣排放量少，较三氯化铝法先进，但该工艺有腐蚀，同时由于固体磷酸催化剂不具备反烃化作用，反应生成的二异丙苯无法转化为异丙苯，只能切除至界区外，影响了异丙苯收率的提高，但装置运行平稳，操作简便。分子筛作为烃化及转位烃化催化剂，具有烃化和反烃化作用，可以将烃化反应生成的二异丙苯转化为异丙苯，从而提高了异丙苯的收率，同时此工艺无废水、无腐蚀，是一种清洁工艺。

过氧化氢异丙苯是过氧化物，对温度、酸和碱都很敏感，高温和遇酸或碱都会发生分解产生严重后果。为了防止过氧化氢异丙苯的分解，工艺过程中采取了碱洗，低温、低浓度储存、异丙苯冲洗、急速冷却等联锁措施。合理使用联锁措施可以保证安全生产。

由于氧化和分解反应生成的副产物多，有些副产物又与苯酚生成共沸物，造成产品的分离和精制困难。故在产品精制中采用了共沸精馏和化学处理相结合的方法，采用5—7个精馏塔和2—4个化学处理器的工艺。

为了提高过程的总收率，对反应副产物。α—MS采用加氢处理使之生成异丙苯而达到回收的目的。

(五)催化剂

1.分子筛催化剂

固体磷酸法或三氯化铝法均已工业化多年，但都存在一些不足之处，相比较而言，分子筛催化剂具有活性高，强度大，寿命长，无腐蚀，无污染等优点。目前世界上主要生产装置都使用这类催化剂，同时围绕着分子筛催化剂也不断展开开发研究，使得分子筛催化剂的各类技术性能不断提高。

分子筛催化剂质量指标见表3—77。

主要成分：硅铝酸盐

2.固体酸离子交换树脂

采用固体酸离子交换树脂，使微量酮类与苯酚反应生成高沸点组分，从而净化苯酚产品。树脂质量指标见表3—78。

3.硫酸

目前，国内外在过氧化氢异丙苯分解制取苯酚丙酮过程中大多采用硫酸做催化剂，主要因为硫酸价廉易得，使用量少。所用硫酸的质量指标如表3—79所示。

4.氢氧化钠

所用氢氧化钠质量指标如表3—80所示。

5.钯系催化剂

主要组分：Pd—Al2O3，质量指标如表3—81所示。

(六)原料及产品性质

1.原材料

主要原料性质见表3—82。

2.产品性质

主要产品性质列于表3—83。

二、重点部位及设备

(一)重点部位

1.烃化、转位烃化反应系统

从图3—8可以看出，烃化反应系统主要由苯加料泵、循环塔、干苯罐、进料换热器、烃化反应器、苯烯混合器、丙烯储罐、丙烯加热器、丙烯加料泵、外循环换热器、外循环泵、转位烃化反应器、二异丙苯储罐、二异丙苯泵、进料混合器、进料预热器组成。反应温度较高为160℃，压力高为，一旦出现飞温，易造成超温超压情况，造成设备泄漏，引发着火爆炸。

2.氧化反应系统

从图3—9可以看出，氧化反应系统主要由氧化器加料泵、氧化进出料热交换器、压缩机、空气碱洗塔、氧化反应器、氧化器循环泵、循环冷却器、脱气槽、废空气冷却器、废空气交换器、废空气深冷器、活性炭吸附器组成。由于过程产物过氧化氢异丙苯CHP存在着热不稳定性，遇热易分解，分解放出大量热又加速热分解反应的进行，和碱分解一样，不仅造成生产过程CHP 的损失，也会使系统温度升高，同时伴随着系统压力升高，对安全生产影响极大。而且在生产过程中热分解比碱分解更普遍，危险性也更大，应予以高度重视。同时，CHP遇酸产生酸分解，生成苯酚和丙酮，苯酚是异丙苯氧化反应的抑制剂，系统中含量过高会造成反应终止，在生产过程中曾经发生。CHP遇碱产生碱分解，生成副产物苯乙酮、二甲基苄醇造成生产过程CHP的损失，分解放热量使系统温度升高;CHP在可变价金属离子引发下可产生分解生成二甲基苄醇等副产物，如二价铁离子等。在氧化反应过程中，许多副反

应产生有机酸，会对设备产生腐蚀作用，严重时造成系统泄漏，也是应予以特别关注。

图3—8烃化系统工艺流程示意图

1一循环塔;2—苯循环塔回流罐;3一烃化反应器;4—转位反应器;

5一异丙苯塔;6—异丙苯塔回流罐;7—二异丙苯塔;8—二异丙苯塔回流罐

图3—9氧化反应系统工艺流程示意图

1一异丙苯碱洗槽;2一异丙苯中间罐;卜异丙苯进料泵;卜空气碱洗塔;5一空气碱洗塔釜液泵;

6---氧化塔组;7—尾气空冷器;8-尾气冷却器;9--氧化塔循环泵;lo—尾气离器;

11一尾气冷却器;12—尾气换热器;13—活性炭吸附床;14—脱汽槽;15一提浓进料泵

3，提浓工序

从图3—10可以看出，提浓系统由提浓进料泵、预闪蒸进料加热器、预闪蒸分离器、第一异丙苯汽提塔再沸器、第一异丙苯汽提塔塔底泵、第二异丙苯汽提塔、第一异丙苯汽提塔冷凝器、异丙苯汽提回流槽、第二异丙苯汽提塔、第二异丙苯汽提塔冷凝器、塔釜由第二异丙苯汽提塔再沸器、第二异丙苯汽提塔塔底冷却器、第二异丙苯汽提塔塔底槽、异丙苯汽提回流槽、异丙苯泵组成。提浓过程的主要危险性是CHP的热分解，特别是两个提浓再沸器易发生CHP局部的过热，加剧热分解。同时，应特别关注提浓液的冷却，

即第二异丙苯汽提塔塔底冷却器效果，严防冷却水未开或冷却效果不好时，造成CHP的热量积累，发生恶性热分解事故。

图3—10提浓、分解、中和系统工艺流程示意图

1一预闪蒸槽;2一提浓I塔;3一提浓Ⅱ塔;4—提浓回流罐;5一CHP中间罐;6一分解冷凝器;7一分解反应器;8—中和反应器;卜中和水洗

器;10——倾析器4.分解工序

从图3—11可以看出，分解系统由分解进料泵、分解反应器、硫酸注入泵、分解出料泵、混合器、分解反应器冷凝器、分解反应器尾气深冷器、二级分解反应器、分解液冷却器组成。使用硫酸做催化剂在工业上应用最为广泛，好处是分解迅速，用量少不需回收，缺点是CHP在硫酸的作用下迅速分解的同时也放出大量的热，一旦过程失控，会因温度压力急剧上升而造成爆炸起火，因此分解过程的平稳运行也是整套装置中安全工作的核心。

(二)重点设备

空气压缩机是整套装置的关键设备，由于设备庞大，结构复杂，技术含量高，价格昂贵等因素，故大多数装置一般只配备一台，其作用是为氧化反应提供所需的空气。一旦出口管线堵塞，不但会造成全线停车，严重时会造成管线爆裂，甚至直接造成压缩机损坏。同时压缩机的冷却系统工作不良，也可造成压缩机损坏，导致全线停车，空气流量变化大时，可能引起喘振，因此对空气压缩机应作为整套装置的关键设备实行特护。