苯乙烯裝置極限高溫工況下的密封解決方案
苯乙烯“上承油煤，下接橡塑”，是一種重要的石油化工基礎(chǔ)有機(jī)原料。苯乙烯的直接上游是苯和乙烯，下游比較分散，涉及的主要產(chǎn)品為發(fā)泡聚苯乙烯、聚苯乙烯、ABS樹脂、合成橡膠、不飽和聚酯樹脂以及苯乙烯類共聚物，終端主要應(yīng)用于塑料和合成橡膠品。
目前世界上苯乙烯生產(chǎn)方法主要包括乙苯脫氫法、環(huán)氧丙烷-苯乙烯（PO/SM）聯(lián)產(chǎn)法和裂解汽油抽提法（C8抽提法）等。其中以乙苯催化脫氫法為主，世界上約有90%的苯乙烯通過該方法進(jìn)行生產(chǎn)。乙苯催化脫氫法由美國Dow化學(xué)公司首次開發(fā)成功，目前典型的生產(chǎn)工藝主要有Fina/Badger工藝、ABB魯姆斯/UOP工藝以及BASF工藝等。
乙苯催化脫氫反應(yīng)是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，需在高溫下向系統(tǒng)供給大量的熱以滿足反應(yīng)需要。工業(yè)生產(chǎn)中一般控制溫度為600-660℃，反應(yīng)總壓略高于常壓以克服系統(tǒng)阻力，采用加入水蒸汽的辦法來降低原料乙苯在反應(yīng)混合物中的分壓，以達(dá)到提高轉(zhuǎn)化率的目的。乙苯脫氫部分的工藝流程如下圖所示，乙苯在水蒸汽存在下催化脫氫生成苯乙烯，是在段間帶有蒸汽再熱器的兩個(gè)串聯(lián)的絕熱徑向反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，反應(yīng)所需熱量由來自蒸汽過熱爐的過熱蒸汽提供。
在蒸汽過熱爐(1)中，水蒸汽在對流段內(nèi)預(yù)熱，然后在輻射段的A組管內(nèi)過熱到880℃。此過熱蒸汽首先和反應(yīng)混合物換熱，將反應(yīng)混合物加熱到反應(yīng)溫度。然后再去蒸汽過熱爐輻射段的B管，被加熱到815℃后進(jìn)入一段脫氫反應(yīng)器(2)。過熱的水蒸汽和被加熱的乙苯在一段反應(yīng)器的入口處混合，由中心管沿徑向進(jìn)入催化劑床層。混合物經(jīng)反應(yīng)器段間再熱器被加熱到631℃，然后進(jìn)入二段脫氫反應(yīng)器。反應(yīng)器流出物經(jīng)廢熱鍋爐(4)換熱被冷卻回收熱量，同時(shí)分別產(chǎn)生3.14MPa和0.039MPa蒸汽。
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我國苯乙烯產(chǎn)業(yè)前景
苯乙烯的下游終端多應(yīng)用于家電、汽車和建材行業(yè)，隨著下游產(chǎn)品消費(fèi)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，世界苯乙烯生產(chǎn)能力穩(wěn)步增長。全球苯乙烯消費(fèi)區(qū)域由歐美逐漸向東亞集中，目前我國是全球苯乙烯最大的消費(fèi)區(qū)域。根據(jù)全球苯乙烯產(chǎn)量和消費(fèi)區(qū)域看，我國產(chǎn)不足需，是全球苯乙烯主要進(jìn)口國家，而北美、東亞是苯乙烯主要出口國家。
十三五期間，我國有序推進(jìn)國內(nèi)民營煉化一體化項(xiàng)目，這些大煉化企業(yè)大多配套下游苯乙烯裝置。隨著這些新增產(chǎn)能的迅速投產(chǎn)，近幾年我國苯乙烯進(jìn)口量和進(jìn)口依存度穩(wěn)步下降。粗略估計(jì)2019-2021年我國計(jì)劃新增苯乙烯產(chǎn)能超過600萬噸/年，國內(nèi)上馬的裝置產(chǎn)能較大，具有成本優(yōu)勢，以下為我國2019-2020年我國部分苯乙烯計(jì)劃新增產(chǎn)能：
苯乙烯高溫工況下的密封材料選擇
苯乙烯的生產(chǎn)工藝是在600-660℃的環(huán)境下進(jìn)行的，提供熱源的過熱蒸汽溫度高達(dá)880℃。一般在這樣高溫操作的裝置里，如果墊片材料選擇不對，會(huì)很容易發(fā)生泄漏。因?yàn)樾孤兑鸬陌踩鹿?、環(huán)境污染，以及高昂的維修費(fèi)用會(huì)成為裝置順利運(yùn)行的最大問題。
目前市場上針對溫度大于450℃以上的密封材料選擇，通常有：陶瓷纖維、石棉板、石墨、云母、蛭石和硅酸鎂基高溫密封材料。石棉板因?yàn)楹袑θ梭w有害的成分已經(jīng)被禁止使用；陶瓷纖維耐高溫，但是制成密封產(chǎn)品后其密封性能很差未被市場認(rèn)可；而云母由于其結(jié)構(gòu)天然存在泄露通道，且無法很好的粘合在一起也未被選用為高溫密封材料；石墨在有氧環(huán)境下最高使用溫度為450℃，即使是抗氧化性石墨，在這樣的高溫下，其密封性能和使用壽命均不能保證，基于安全的考慮，石墨在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)逐漸被淘汰。
蛭石是一種層狀結(jié)構(gòu)的含鎂的水鋁硅酸鹽次生變質(zhì)礦物，是天然的吸附劑。蛭石經(jīng)過膨化后制成高溫密封材料膨脹蛭石，由于膨脹蛭石仍具有良好的吸水性，在苯乙烯裝置上的使用將存在很大的安全隱患。
以下為蛭石材料高溫墊片在蒸汽吹掃后失效的圖片。
THERMa-PUR?4122對苯乙烯裝置的價(jià)值和優(yōu)勢
專為極端高溫研發(fā)的超高溫密封材料THERMa-PUR? 4122，為苯乙烯裝置的平穩(wěn)運(yùn)行和持續(xù)產(chǎn)出，起到了極為關(guān)鍵的作用，THERMa-PUR? 4122的優(yōu)點(diǎn)：
極端高溫 – 不僅能夠經(jīng)受住1000℃下的連續(xù)性高溫工況，而且對1000℃下的熱循環(huán)工況，密封性能也非常好。 抗氧化性能 – 采用的專有材料，有更好的抗熱失重性能，以下為THERMa-PUR? 4122高溫材料和其它材料的熱失重對比分析。 耐化學(xué)性能 – 專有的材料配方能夠抵抗大多數(shù)的化學(xué)介質(zhì)。 疏水性 – 能夠抵抗水的沾染和侵蝕。墊片安裝不需要額外的處理和保護(hù)，可以勝任水壓測試。 容易從法蘭上拆除 – 不會(huì)粘結(jié)在法蘭面上，更容易更快地從法蘭面上拆除使用后的墊片，減少維修時(shí)間，降低維修成本和損失。
以下是THERMa-PUR? 4122高溫墊片與其它高溫材料的對比，從高溫抗氧化性、熱交變工況密封性、疏水性、易于從法蘭面移除等方面的詳細(xì)比較來看，證實(shí)了THERMa-PUR? 4122高溫墊片是苯乙烯裝置最理想的密封材料。
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THERMa-PUR? 4122在苯乙烯裝置中的應(yīng)用
國內(nèi)一家超大型煉化一體化新建煉廠，配置了國內(nèi)最大的苯乙烯新建裝置，該裝置采用Badger工藝包。專利商和業(yè)主都希望能找到一種專門的高溫密封材料來確保裝置在較長周期內(nèi)可以穩(wěn)定運(yùn)行。
由于苯乙烯催化脫氫是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，需要高溫蒸汽為其持續(xù)提供熱源，反應(yīng)溫度在600℃以上，高溫蒸汽溫度高達(dá)近900℃。傳統(tǒng)的石墨密封材料已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足工藝需求，需要專門的高溫密封來實(shí)現(xiàn)管線和反應(yīng)器的密封。
使用細(xì)節(jié)和效果如下：
反應(yīng)溫度：600-660℃，高溫蒸汽近900℃ 介質(zhì): 乙苯、苯乙烯、氫氣、水蒸汽 壓力: 3Bar
GARLOCK THERMa-PUR? 4122高溫墊片安裝于2019年7月，裝置成功開車，在高溫有水蒸汽的介質(zhì)中，提供優(yōu)異的密封服務(wù)。裝置平穩(wěn)運(yùn)行至今，GARLOCK THERMa-PUR? 4122高溫墊片繼續(xù)發(fā)揮卓越的性能。
THERMa-PUR? 4122墊片不僅在苯乙烯裝置中表現(xiàn)出卓越的性能，還被廣泛應(yīng)用在其它極限高溫工況，如乙烯裂解、丙烷脫氫、連續(xù)重整、MTO等裝置，此外在熱電廠、焚燒爐、固態(tài)氧化物燃料電池和發(fā)熱發(fā)電的熔融鹽工況中的使用也表現(xiàn)優(yōu)異，具有很好的高溫密封性能和抗氧化性。