摘 要
苯乙烯在进行整体的生产管理过程当中，所使用的主要内容就包括使用乙苯脱氢法、苯乙酮法、甲苯产生甲烷合成法、丁二烯合成法、甲苯作为甲醇合成法、环氧丙烷－苯乙烯联产法、热裂解汽油抽提蒸馏回收法等来进行共同组合，并且投入到使用的过程当中。世界上苯乙烯的主流工艺是乙苯脱氢法。迄今为止，乙苯脱氢仍是苯乙烯生产的主导工艺，苯乙烯产量的90%以上由该工艺生产。苯乙烯作为研究一种社会基本的化工原料，使用不同用途越来越广，在生产树脂和橡胶方面问题尤为重要。目前国内苯乙烯生产市场供不应求，提高苯乙烯生产水平显得尤为重要。通过对丹东明珠特种树脂公司苯乙烯生产方式的分析研究，找出公司日常生产苯乙烯中存在的主要问题，并针对存在的问题提出改进方法，以期提高乙苯的选择性和转化率，提高装置的稳定性，发挥装置的最大生产效率。具有一定的应用价值。
关键词：苯乙烯；生产工艺；工艺流程；生产设备
1企业介绍
丹东明珠特种树脂有限公司成立于2003年，前身为丹东化工三厂，丹东化工三厂是中国离子交换树脂工业中心成员和原化工部离子交换树脂骨干企业。一九八九年荣获省先进企业称号，国家统计局于一九九三年评为”中国500家化学工业企业”之一，随后仅七年通过ISO9002质量管理体系认证。2003年由于企业经营管理体制的转变，正式更名为丹东明珠特种树脂有限责任公司，坐落于风景秀丽的国家发展边境地区城市辽宁省丹东市，公司占地面积九万八千平方米，建筑施工面积三万平方米，有员工410人，售收入近2亿元，丹东明珠特种树脂有限导致公司现已逐渐成为我国国内研究离子交换树脂品种最多、质量的专业生产厂之一，工厂核心信息技术不断积累雄厚，诸多问题产品能够达到提高国际社会先进文化水平，是中国乃至亚洲最大的合成树脂公司之一。开发的新产品、新技术获得省市重大科技成果一、二等奖；化工部科研成果奖等一系列科技发明。已达成重要厂房新、工艺新、设备新的全面发展升级。生产体系日渐完善，建厂三十年来，企业之所以能够日益发展壮大，一方面是产品质量过硬、信用过硬、售后服务过硬，博得了广大客户的信赖：更重要的是广大用户支持帮助和严格要求的结果。公司生产的目的是：保证质量和数量，按时供应，使用户在订购时放心，对使用感到满意。公司是中石化“三代理”合作网络成员、中石油网络信息数据库成员、中石油一级材料供应商、中国化工合格供应商。
2当地气温、土地状况
2.1气温情况
气温变化： 丹东地区气候终年潮湿，四季明朗，雨量充足。近几年，丹东振兴区浪头镇的最高气温为38.5 °c，最低气温为 -20 ° 相对湿度：年平均相对湿度约为70% 。 降水： 丹东是辽宁省暴雨区。 降水量约为70% ，水源充足。 年平均降雨量约为1079.8毫米。气温变化： 丹东地区终年潮湿，季节明朗，雨量充沛。 近年来，丹东振兴区浪头镇的最高气温为38.5℃，最低气温为 -20℃相对湿度：年平均相对湿度约为70%。
2.2丹东土地情况
土地状况：振兴区浪头镇海拔约15米，地质条件优越。 它不是位于多地震带。
水资源状况： 振兴区浪头镇水资源丰富，地下水位约2.5米，足以满足工厂的生产和生活需要。
3产污节点分析及治理
3．1产污节点
废气：装置进行排放的废气主要是启停过程中可以排放的工艺以废气，可能通常含有一些少量甲醇和轻烃组分。
废水:装置区产生的废水主要是泵的冷却水和冲洗地面的污水。这些水可能含有少量的甲醇、油和其他物质。
噪音：运行期噪声源分析主要问题来源于压缩机、空冷风机以及社会各类机泵。
固体废物: 操作过程中产生的固体废物主要用于工作人员的家庭废物和危险废物。
3. 2污染治理措施
表3.1 污染治理措施
| 污染源 | 治理措施 | |
| 废气 | 加热炉烟气 | 使用低硫燃料，采用低氮燃烧火嘴。引至120米高烟囱排放。并增加工艺余热的回收系统，以减少燃料的用量及烟气量。 |
| 脱硫单元产生的酸性气 | 在贫氨液吸收后，到公司的硫磺回收装置进行溶液再生处理，处理后废气通过120米高烟囱排放。 | |
| 废水 | 含油污水 | 经过污水处理厂的处理后在排放。 |
| 含硫污水 | 送至污水专用汽提装置进行处理，60%净化水部分回收利用，其余进入污水处理厂处理再排出。 | |
| 固废 | 催化剂 | 交暂存库临时储存，定期返给专业公司回收。 |
| 噪音 | 压缩机、各类泵机 | 减震；单独的机房隔音 |
| 环境风险 | 装置区 | 设置漏气检测仪器；水喷设施等 |
4产品介绍
苯乙烯（Styrene，C8H8）主要是通过用苯来取代乙烯，并且实现有机化合物的整体结合。而在这个化合物当中，是不溶于水，但是溶于乙醇以及乙醚的也是在工业上一种非常常见的材料，在进行基本的实验过程当中，也会进行选取来进行行使用，能够制造出适合各种不同用途的工程塑料，比如说丁二烯可以制成ABS树脂从而能够应用在各种电子电气及工业的制造方面，热塑性材料橡胶，广泛研究用作聚氯乙烯、聚丙烯的改性剂等。可用于制作包装保温材料、塑料制品、轮胎和鞋类。
随着世界石化工业的发展，聚苯乙烯和ABS树脂的销量不断增加。世界发展各国对苯乙烯的需求量也呈现出加速经济增长态势，工艺信息技术也在不断进行改善。在20世纪30年代和40年代，陶氏化学和巴斯夫，现在的德国巴斯夫，首先开发了乙苯脱氢生产苯乙烯的工艺。用该方法得到的苯乙烯产品的纯度可达99.6%。经过几十年的发展，热解汽油提取、蒸馏回收法和丁二烯合成法等生产工艺已经产生。
分子结构
1、摩尔折射率：37.17
2、摩尔体积（cm3/mol）：115.3
3、等张比容（90.2K）：272.2
4、表面张力（dyne/cm）：30.9
5、介电常数：2.35
6、偶极矩（10-24cm3）：
7、极化率：14.73
物理性质
折射率：1.5467
饱和蒸气压：0.7kPa（20℃）
溶解性：不溶于水，易溶于乙醇及乙醚。
燃烧热：-4376.9kJ/mol
临界温度：369℃
临界压力：3.81MPa
溶解性：0.3 g/L（20℃）
5国内外发展情况
我国苯乙烯生产始于1950年代后期，1995年我国苯乙烯的需求量为54.83万吨，2000年为191.42万吨，国内生产企业仅10余家，到2002年增加到了269.19万吨，2004年需求量高达386.61万吨，2010年苯乙烯需求量达到573.74万吨。2020年我国苯乙烯产量为858.84万吨，在全球疫情大环境下仍同比增长8.12%。近年来我国苯乙烯产量逐年增长，国内苯乙烯产业发展迅猛，已成为全球苯乙烯主要消费市场，但是，尽管国内苯乙烯的生产工艺与产量都在不断提高，但仍不能满足国内水涨船高的实际生产需求，每年都得依靠大量进口，供不应求。
1995年我国苯乙烯的进口量为30.58万吨，2000年为116.75万吨，2003年为266.06万吨，到2004年达到288.90万吨，近年来，我国的苯乙烯进口量整体呈下降趋势，截至2023年1至4月我国的苯乙烯进口量为61.97万吨，同比下降38.55%，主要原因是中东欧美装置集中遭受意外，其中，X装置因为寒潮停车超过70%为甚，目前苯乙烯国内发展情况比较乐观。
19世纪30年代，苯乙烯装置开始进行工业化生产，先将乙苯从石油中分离出来，然后进行脱氢法反应生成苯乙烯单体，再用来生产合成橡胶。届时，第二次世界大战的爆发促进了全球苯乙烯的消耗量，也促进了苯乙烯生产工艺的不断改进和发展。欧美等世界发达国家的苯乙烯生产技术发展最早，也最为成熟。XUOP公司开发的乙苯脱氢－氢选择氧技术在全球范围内也有着广泛的应用，该技术与乙苯脱氢技术合并改良为smart工艺，是一项生产效率优良的苯乙烯生产工艺。目前，中国新建多个苯乙烯产能项目，预计2023年中，国内苯乙烯产量将会过剩。欧美逐渐开始恢复生产，全球苯乙烯市场天平开始发生改变。亚洲市场普遍不平衡，随着中国进口需求的萎缩，东南亚和印度将会成为最新的进口主要市场。尤其是印度，从2023年3月起，印度将延长苯乙烯进口实施强制质量印证。X、欧洲、日本是全球最大的苯乙烯材料消耗方。
6苯乙烯生产工艺简介（乙苯脱氢法）
在当今世界上进行市场苯乙烯的过程当中，主要办法就是通过对乙苯进行脱氢然后经过环氧丙烷以及苯乙烯进行一定的提取工作，其中，在进行脱氢的过程当中，要找出其中所存在的工艺方面的问题，并且进行推动和发展能够成为在整体实验过程当中的一种主流方式，并且在生产工艺上，我们发现可以使用等温脱氢法等进行使用，并且在整体的产量份额方面，乙苯脱氢法占到了总体的80%以上，并且也能够实现更高的产量，再进行脱氢工艺的过程当中，我们可以将其根据不同的流程和方式进行分类，找出其中所存在的特点，能够在优势条件之下来进行反映，提高整体的反应效率，使其具有更高的经济效益和份额得到更加广泛的应用。
6.1乙苯催化脱氢法
6.1.1等温脱氢法
等温反应器在使用的过程当中是含有耐高温材料的，而我们在进行使用时，管内有一层催化剂，采用烟道汽加热。反应中的水蒸气仅起稀释作用，如果催化剂老化，催化剂活性降低，反应所需温度升高。在等温条件下，传热效率等于反应的吸收热量，反应效率最大化，但实际上由于施加给催化剂的温度大于反应所需的热量，反应器内的的温度是不均衡的。该反应为吸热可逆反应，故提高温度对整体反应有积极作用。采用等温反应器可提高反应转化率，增强反应速率。如果反应温度比较高的话，那么，我们可以采用复返佣来进行整体的加速过程，整体的温度上也可以进行控制，而在转化率上进行整体的调节。
但由于等温反应器比较结构复杂，难以操作，且反应器造价高昂，所以企业大规模生产方式通常采用绝热反应器。
图 1等温脱氢反应工艺及反应器
6.1.2绝热脱氢法
绝热脱氢反应在使用的过程当中，主要通过对大量的热水蒸汽进行运用来增加其中所存在的工业冷凝液使用量，并且也应该进行一定的处理来，使得整体的水蒸汽循环可以进行使用，在这个目的之下，可以节约一定的工业用水，从而也能够符合当今时代的环保要求，可以制造更多价格低廉以及低成本的物品。
绝热脱氢反应时所需的热量有过热水蒸气提供，水蒸气的用量比等温大一倍左右，由于脱氢反应需吸收大量热量，反应器的进口温度比出口温度高，这样对脱氢反应的生成会产生不利的影响，因为进口温度高且乙苯的浓度大，所以进口处会产生许多副反应，不利于反应平衡，降低产品转化率。因此在20世纪60年代至20世纪70年代，开发出了多端绝热反应器。
在其中，蒸汽可以进行直接加热二段绝热反应的特征来进行使用，并且在反应器的进口温度上，一定要大于600摄氏度左右。
图 2段间直接加热二段轴向绝热反应器
段间间接加热二段绝热在整体的反应过程当中，反应器与直接加热的反应器当中是基本相同的一个概念，并且在区别上，我们也可以对其进行一定的转换，实现温度大于600摄氏度，转化率达到50%的特点。
图 3段间间接加热二段轴向绝热反应器
6.2乙苯氧化脱氢法
乙苯氧化脱氢法将需要提供大量热量的乙苯脱氢吸热反应替换为在较低温度下就可进行的放热反应，反应所需温度远远低于乙苯脱氢反应，因此能耗大大减低，提高了生产效率，苯乙烯单体先进反应器技术（Smart工艺）是其主流工艺。
Smart一开始是在上世纪90年代来进行产生的，并且这个工艺主要就是通过将开发的乙苯脱氢来进行选择性的氧化，并且能够与其它行业的顶尖公司进行结合，形成一种集成方面的工艺，该工艺在进行脱氢的过程当中，可以将其中所存在的各项氢气氧化转化成为水能够消耗一定量的气体，同时，也能够降低在反应物当中的整体分压，打破其中所存在的热平衡的束缚，可以使其进行转换和移动，在整个工艺流程方面其中所存在的主要区别就是能够在脱氢反应器当中加入对应的氢氧化来进行整体的反应，但是该工艺在使用中仍然存在一定的缺点，就是在进入反应器时，需要进行接触来进行整体的氧化反应，提高高一本的转化率来使其达到一定的要求，在选择性上也能够进行不断地提升和发展。
Smart工艺在使用的过程当中，主要存在的优点包括以下几种，第一点就是在反应时所产生的氢气会被进行氧化，并且使得反应能够向生成苯乙烯的方向来进行整体的移动，一切与以往传统的工艺技术来进行对比的话，乙苯的单程转化率可以超过80%以上，因此，在整体上，对于乙苯的转化率能够具有一定的提升，第二点就是能够降低没有转化一本的循环返回量，提高装置在生产过程中的各项能力，降低分离一部分能耗时所产生的现象，再进行之后，也能够减少反应其中所存在的各项的含量，降低产生副反应的概率，从而能够在一定程度上提高整体的生产效率问题。第三点，我们可以采用氧化中间加热的方式来进行整体的反应过程，从而能够使得创造一定的经济效益与在传统工艺方面形成强烈的对比，提高反应效率的同时，也能够达到环保的目的，能够加强各项各项工艺的制造，集并且进行发展，行制造的过程当中，改造的费用是比较简单和便宜的，今年以来，石油化工产业的生产设备在基础上也进行了大量改造，并且，整体的行业也逐渐进行了进步。我们可以通过使用该技术方法来实现整体的扩产以及改造工作，在乙苯催化脱氢法的过程当中所存在的主要关键因素就是能够使用更加具有活性以及选择性的催化剂，最初在国内时所使用的是锌系的催化剂在目前来讲，尤其是在国外当中，苯乙烯的催化剂主要是通过一些南方的化学集团来进行开发的，并且能够投入日常的使用过程当中。我们所使用的各个系列都是通过中国石化集团，上海石油化工研究所当中所推出的各项催化剂，并且，如果朝着更加稳定的方向来进行前进。
7问题的提出
丹东明珠特种树脂公司的苯乙烯生产已经有着多年丰富的生产经验，生产流水基本保持稳定，但公司产品销量的同比增速近几年变化不大，公司的发展趋势已近瓶颈，如何在现有基础上实现产能升级是公司当前发展所需考虑的问题，通过对丹东明珠特种树脂公司苯乙烯的日常生产及车间实际生产环境的观察，在考虑实际成本的情况下，结合实际情况找出公司生产中可待提高的地方加以提高，以下为总结出的生产问题。
车间生产规模较小。部分车间设备陈旧，操作系统未采用自动化、生产方式老化。未采用新型催化剂，催化剂选择性差，催化剂更换不及时。苯乙烯生产能耗大，工厂的成本消耗有一定的压缩空间。
8问题原因分析
丹东明珠特种树脂有限公司的苯乙烯生产工艺为公司的特色产业之一，经过多年的不断积累的专业技术和生产经验，苯乙烯的生产产品质量问题比较稳定。然而，由于车间生产规模较小且设备迭代缓慢，这样就造成了产品生产时的成本、消耗都相对较高。而且因为乙苯脱氧中催化剂的选择性较差，副反应较多，既加大了反应的消耗又影响了生产的产量。但是，大规模更换反应设备对于公司来说是一笔巨大的费用，不利于公司的发展。
综上，结合实际情况，充分考虑公司长期发展，不该大规模更换生产设备，我们应当加强技术管理，借鉴国内外先进技术升级操作系统，向行内顶尖同类生产企业吸收先进经验，针对技术薄弱环节进行技术改造，降低生产成本，同时提高了产品质量。
因此，我建议将公司内现有的传统生产苯乙烯的装置改造成Smart工艺，相对于传统生产方式，Smart工艺能耗更低，节约了一定量的能量，减少了公司生产操作的成本，实现了改良成本的最低限度，部分生产关键设备，例如蒸气过热炉、尾气压缩机只需进行小小的改造，甚至不需改造。
在催化剂的选择上，要考虑催化剂的综合性能，兼顾催化剂的活性和选择性，同时也要考虑催化剂的长期使用。乙苯脱氢催化剂的主要活性成分是氧化铁，主要助催化剂为氧化钾，建议将乙苯转化率高、活性更强、选择性更强、综合性能稳定的铁钾催化剂逐步替代锌镁催化剂。
操作系统方面，可优先将小部分生产装置采用Honey well公司的技术操作平台，实现乙苯脱氢法的在线操作，同时，在线操作系统有着提高产能、节约人力成本的优势。
9预期效果
改进方式：
乙苯脱氢反应方程式为：C6H5(C2H5)（乙苯）⇄C6H5(C2H3)（苯乙烯）+H2
在高温条件下，乙苯脱氢法会发生如下的副反应：
C6H5(C2H5)(乙苯)→C6H6（苯）+C2H4（乙烯）
C6H5(C2H5)（乙苯）+H2→C6H5(CH3)（甲苯）+CH4（甲烷）
针对反应温度条件进行反应条件的有效控制，尽可能将反应向产物方向进行。提高主反应，降低副反应。反应器的改善方法可以通过加厚反应器的外壳保温材料来增加反应器的保温效果。
采用Smart工艺装置，将氢气氧化，既降低了副反应的效果，也减少了氢气的含量，使反应向正向进行。预计方案将两台传统设备整合升级为Smart工艺设备后，乙苯转化率提升为75%。更换催化剂，弃用原本的锌系、镁系催化剂，使用最新型的铁系、钾系列催化剂。引进Honey well公司的技术操作平台，采用乙苯脱氢的在线操作方式，实现生产数字化和产能最大化。
结 论
本报告基于丹东明珠特种树脂公司的苯乙烯生产操作和生产装置情况进行报告研究，尝试找出其中的生产方式不足，开展一系列措施来进行实施。本报告欲通过对生产技术的迭代升级与改用优良的催化剂，在尽可能节约成本的基础上，对生产工艺进行优化，将生产工艺升级为Smart工艺。借助Honeywell公司的技术控制平台，开发乙苯脱氢的控制系统，基于此进行生产的在线操作和反应程度最大化。提高了乙苯的转化率和选择性，提高了装置的稳定性，实现了生产流程的最大化。
对于生产工艺，我认为绝不可随意抛弃老设备，这对企业的会造成一定程度的经济损失和发展影响。因此，优先考虑技术上的升级，在产品的质量、生产规模、生产效率上大幅度提高。将引进装置的先进技术移植过来，丰富自身的专业理论知识，开发出自己的特色。
致 谢
本报告是在化工与机械学院老师，的悉心指导下完成的，尽管相识时间不长，但老师用他们深厚的专业知识；富有耐心的指导；严谨的科研态度让我印象深刻。我的毕业论文这与老师每周准时在线上为我们解答问题密不可分。为我在完成研究报告的过程中指明了不足，提出了改进方向，完善了整体质量既向我们详细介绍了生产原理，同时也介绍了实际生产情况，以便我们能够更加立体全面地了解其中的生产原理和理论知识。两位老师用他们和风细雨的指导态度，一丝不苟的工作作风使本次研究报告顺利完成，令我收获满满，获得了很大的成果。
我的同学们耐心地解决了我的问题，令我大为感动。如今大学生活学习四年时光的起点仿佛犹在眼前，如今却以时日无多。不由得令我感慨万千。在这里要由衷感谢我这四年所遇到每一位老师和同学们。一步步走来所渡过的难关都有着他们的身影。我的学识与能力都得到了很大的提升。
最后的最后，在此向老师在我完成研究报告上的极大帮助再次表示衷心的感谢，帮助我为四年的大学生生活补上了圆满的句号。这是我青春里最为绚丽的回忆，是人生中最为宝贵的财富。这段玫瑰色的时光我终生难忘！祝各位同窗未来可期，人生之路更上一层楼，这是大学时期的结束，但也是人生阶段的新起点，祝各位之后山高路远，我们相逢在高峰！
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