鐘霖田（1938－）
男，原上海石油化工研究院教授級高工，1961年畢業(yè)于天津大學(xué)化工自動(dòng)化及儀表專(zhuān)業(yè)。參與國內第一臺DCS的現場(chǎng)使用到自行開(kāi)發(fā)一套小型DCS樣機并成功試用于生產(chǎn)現場(chǎng)及國家“八五720-04課題”攻關(guān)，現主要從事FCS及其系統集成以及石化ERP。

1     引言

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

2（汽相）苯烴化反應的特殊性與穩態(tài)（物料）衡算

    在乙烯工程項目中，大都有苯乙烯生產(chǎn)裝置，90萬(wàn)頓乙烯工程中大多配有16萬(wàn)頓/年的大型苯乙烯生產(chǎn)裝置。苯乙烯是由乙苯脫氫而成，而乙苯現已全由乙烯與（汽相）苯在催化劑作用下進(jìn)行苯烴化反應而成，其化學(xué)反應式如下：
    
   
    
    (2)

    2.1（汽相）苯烴化反應的三大特點(diǎn)

    反應式（1）的第一特點(diǎn)是零階反應，即反應的進(jìn)行與反應物的濃度無(wú)關(guān)，而且進(jìn)入的乙烯都會(huì )很快反應完。第二個(gè)特點(diǎn)，（1）式是放熱反應，而且1克分子反應熱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(wú)法繼續生產(chǎn)。后兩個(gè)特點(diǎn)自然成為苯烴化生產(chǎn)（流程）設計、實(shí)施的難點(diǎn)。

    2.2  穩態(tài)物料衡算

    目前，常見(jiàn)的苯乙烯生產(chǎn)裝置多為16萬(wàn)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(wàn)頓苯乙烯/年生產(chǎn)能力相配對的乙苯裝置生產(chǎn)能力應為106/104×16萬(wàn)頓/年＝16.30769萬(wàn)噸乙苯/年。根據反應式（1）的物料衡算，相應的乙烯耗量為28/106×16.30769萬(wàn)噸乙烯/年，苯的耗量為（6×12＋6×1）/106×16.3079萬(wàn)噸乙苯/年＝12.00萬(wàn)噸/年。若每年按300天實(shí)際運行時(shí)間計算，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)，按反應式（1）可算出該放熱反應的熱流量大于21萬(wàn)倍Q1 的熱流量。

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

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

    Mobil專(zhuān)利充分利用反應式（1）的第一特點(diǎn)——與反應物濃度無(wú)關(guān)的零階反應的特點(diǎn)，用6層差分式反應器把總進(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(lái)自上層的反應熱。

    如圖1所示的Mobil專(zhuān)利流程中，R-101是6層差分式反應器（專(zhuān)利的核心），來(lái)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(lái)自熱交換器E-101出口總管的略為過(guò)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)生的反應熱使之不在下層積聚產(chǎn)生高溫燒壞催化劑？這正是Mobil專(zhuān)利的最亮點(diǎn)！

圖1  Mobil專(zhuān)利流程