鐘霖田（1938－）
男，原上海石油化工研究院教授級(jí)高工，1961年畢業(yè)于天津大學(xué)化工自動(dòng)化及儀表專業(yè)。參與國內(nèi)第一臺(tái)DCS的現(xiàn)場使用到自行開發(fā)一套小型DCS樣機(jī)并成功試用于生產(chǎn)現(xiàn)場及國家“八五720-04課題”攻關(guān)，現(xiàn)主要從事FCS及其系統(tǒng)集成以及石化ERP。

1     引言

    迄今為止，古今中外的石化生產(chǎn)工藝流程和設(shè)備裝置從來只考慮穩(wěn)態(tài)平衡而不顧及如何達(dá)到和維持這種穩(wěn)態(tài)平衡。傳統(tǒng)做法是以穩(wěn)態(tài)（物料、能量）平衡為基石的工藝生產(chǎn)流程的安排和設(shè)備裝置由工藝師確定，而自控設(shè)計(jì)僅是據(jù)此確定的流程安排與設(shè)備設(shè)置作為“配套”而“聽令”。這種僅從穩(wěn)態(tài)考慮的流程設(shè)計(jì)因未能考慮如何快捷使生產(chǎn)（裝置）平穩(wěn)并維持，可能給自控和現(xiàn)場操作留下的“自由”空間太少而難以使之平穩(wěn)。為擺脫這種困境從而更好地服務(wù)于生產(chǎn)，無論是參與“配套”設(shè)計(jì)的自控工作者還是現(xiàn)場的自控工作者，都必須徹底了解工藝流程設(shè)計(jì)和設(shè)備設(shè)置所固有的和衍生的所有技術(shù)問題，特別是動(dòng)態(tài)干擾問題。如若發(fā)現(xiàn)在流程設(shè)計(jì)和設(shè)備設(shè)置時(shí)能顧及如何達(dá)到并維持穩(wěn)態(tài)平衡而能簡捷實(shí)施時(shí)，必須從傳統(tǒng)的“聽令”到在設(shè)計(jì)階段與工藝設(shè)計(jì)師協(xié)商在流程中予以實(shí)施，在既有生產(chǎn)流程和裝置的現(xiàn)場與工藝師協(xié)商進(jìn)行技術(shù)改造，以達(dá)到石化生產(chǎn)要求的“安、長、高、穩(wěn)”。作為率先示范，本專利就是從流程設(shè)計(jì)中對Mobil（國內(nèi)熟知的美孚石油公司）的（汽相）苯烴化生成乙苯的流程專利在流程上做了簡便易行的補(bǔ)充。

2（汽相）苯烴化反應(yīng)的特殊性與穩(wěn)態(tài)（物料）衡算

    在乙烯工程項(xiàng)目中，大都有苯乙烯生產(chǎn)裝置，90萬頓乙烯工程中大多配有16萬頓/年的大型苯乙烯生產(chǎn)裝置。苯乙烯是由乙苯脫氫而成，而乙苯現(xiàn)已全由乙烯與（汽相）苯在催化劑作用下進(jìn)行苯烴化反應(yīng)而成，其化學(xué)反應(yīng)式如下：
    
   
    
    (2)

    2.1（汽相）苯烴化反應(yīng)的三大特點(diǎn)

    反應(yīng)式（1）的第一特點(diǎn)是零階反應(yīng)，即反應(yīng)的進(jìn)行與反應(yīng)物的濃度無關(guān)，而且進(jìn)入的乙烯都會(huì)很快反應(yīng)完。第二個(gè)特點(diǎn)，（1）式是放熱反應(yīng)，而且1克分子反應(yīng)熱Q1很大。第三個(gè)特點(diǎn)，按（1）式是1克分子乙烯與1克分子（汽相）苯是等量配比，如若按1：1等量配比進(jìn)料，則乙烯很快反應(yīng)完而且會(huì)形成集聚的粒狀物粘附在催化劑表層使其喪失活性而無法繼續(xù)生產(chǎn)。后兩個(gè)特點(diǎn)自然成為苯烴化生產(chǎn)（流程）設(shè)計(jì)、實(shí)施的難點(diǎn)。

    2.2  穩(wěn)態(tài)物料衡算

    目前，常見的苯乙烯生產(chǎn)裝置多為16萬頓苯乙烯/年的生產(chǎn)能力。苯乙烯的分子量為8×12＋8×1＝104，乙苯的分子量為8×12＋10×1＝106。與16萬頓苯乙烯/年生產(chǎn)能力相配對的乙苯裝置生產(chǎn)能力應(yīng)為106/104×16萬頓/年＝16.30769萬噸乙苯/年。根據(jù)反應(yīng)式（1）的物料衡算，相應(yīng)的乙烯耗量為28/106×16.30769萬噸乙烯/年，苯的耗量為（6×12＋6×1）/106×16.3079萬噸乙苯/年＝12.00萬噸/年。若每年按300天實(shí)際運(yùn)行時(shí)間計(jì)算，則所耗的乙烯流量為5.98291頓/小時(shí)，所耗苯的流量為16.666頓/小時(shí)，兩者克分子流量均為213675.2137克分子（乙烯或苯）/小時(shí)，按反應(yīng)式（1）可算出該放熱反應(yīng)的熱流量大于21萬倍Q1 的熱流量。

    如此巨大的熱流量積累定將把常見的單體大型直柱形的積分式反應(yīng)器下層的催化劑燒壞而無法維持正常生產(chǎn)。對于苯烴化反應(yīng)釋放巨量反應(yīng)熱而會(huì)導(dǎo)致燒壞催化劑這一難題，必須從苯烴化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)入手予以解決。

3  Mobil六層差分式反應(yīng)器及相關(guān)的工藝專利流程的巧妙構(gòu)思
 
    解決苯烴化反應(yīng)所釋放的巨量反應(yīng)熱積聚的基本思路無疑是：既然一體式反應(yīng)器不能承受巨量反應(yīng)熱（流量）積聚，那就分開成幾處反應(yīng)。但是如何分法？分開后的巨量反應(yīng)熱如何處置？

    Mobil專利充分利用反應(yīng)式（1）的第一特點(diǎn)——與反應(yīng)物濃度無關(guān)的零階反應(yīng)的特點(diǎn)，用6層差分式反應(yīng)器把總進(jìn)料分成6股分別進(jìn)料，并利用2－6層的冷進(jìn)料全部吸收來自上層的反應(yīng)熱。

    如圖1所示的Mobil專利流程中，R-101是6層差分式反應(yīng)器（專利的核心），來自一根總管的總乙烯進(jìn)料分成6股（104、108、110、112、114、116共6根，并行分管）乙烯與來自熱交換器E-101出口總管的略為過熱的（汽相）苯總進(jìn)料分成并行的6股（105、107、109、111、113、115）分進(jìn)料的這就把總的能量反應(yīng)熱分成大小不等的6份，但是如何處置各層所產(chǎn)生的反應(yīng)熱使之不在下層積聚產(chǎn)生高溫?zé)龎拇呋瘎窟@正是Mobil專利的最亮點(diǎn)！

圖1  Mobil專利流程