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有機原料。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，終端主要應用于塑料和合成橡膠品。
目前世界上苯乙烯生產方法主要包括乙苯脫氫法、環(huán)氧丙烷-苯乙烯（PO/SM）聯(lián)產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行生產。乙苯催化脫氫法由美國Dow化學公司首次開發(fā)成功，目前典型的生產工藝主要有Fina/Badger工藝、ABB魯姆斯/UOP工藝以及BASF工藝等。
乙苯催化脫氫反應是強吸熱反應，需在高溫下向系統(tǒng)供給大量的熱以滿足反應需要。工業(yè)生產中一般控制溫度為600-660℃，反應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混合物中的分壓，以達到提高轉化率的目的。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串聯(lián)的絕熱徑向反應器內進行，反應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，水蒸汽在對流段內預熱，然后在輻射段的A組管內過熱到880℃。此過熱蒸汽首先和反應混合物換熱，將反應混合物加熱到反應溫度。然后再去蒸汽過熱爐輻射段的B管，被加熱到815℃后進入一段脫氫反應器(2)。過熱的水蒸汽和被加熱的乙苯在一段反應器的入口處混合，由中心管沿徑向進入催化劑床層?；旌衔锝浄磻鞫伍g再熱器被加熱到631℃，然后進入二段脫氫反應器。反應器流出物經廢熱鍋爐(4)換熱被冷卻回收熱量，同時分別產生3.14MPa和0.039MPa蒸汽。
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我國苯乙烯產業(yè)前景
苯乙烯的下游終端多應用于家電、汽車和建材行業(yè)，隨著下游產品消費規(guī)模的不斷擴大，世界苯乙烯生產能力穩(wěn)步增長。全球苯乙烯消費區(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區(qū)域。根據(jù)全球苯乙烯產量和消費區(qū)域看，我國產不足需，是全球苯乙烯主要進口國家，而北美、東亞是苯乙烯主要出口國家。
十三五期間，我國有序推進國內民營煉化一體化項目，這些大煉化企業(yè)大多配套下游苯乙烯裝置。隨著這些新增產能的迅速投產，近幾年我國苯乙烯進口量和進口依存度穩(wěn)步下降。粗略估計2019-2021年我國計劃新增苯乙烯產能超過600萬噸/年，國內上馬的裝置產能較大，具有成本優(yōu)勢，以下為我國2019-2020年我國部分苯乙烯計劃新增產能：
苯乙烯高溫工況下的密封材料選擇
苯乙烯的生產工藝是在600-660℃的環(huán)境下進行的，提供熱源的過熱蒸汽溫度高達880℃。一般在這樣高溫操作的裝置里，如果墊片材料選擇不對，會很容易發(fā)生泄漏。因為泄露引起的安全事故、環(huán)境污染，以及高昂的維修費用會成為裝置順利運行的最大問題。
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。石棉板因為含有對人體有害的成分已經被禁止使用；陶瓷纖維耐高溫，但是制成密封產品后其密封性能很差未被市場認可；而云母由于其結構天然存在泄露通道，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，石墨在高溫領域的應用已經逐漸被淘汰。
蛭石是一種層狀結構的含鎂的水鋁硅酸鹽次生變質礦物，是天然的吸附劑。蛭石經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)運行和持續(xù)產出，起到了極為關鍵的作用，THERMa-PUR? 4122的優(yōu)點：
極端高溫 – 不僅能夠經受住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。 耐化學性能 – 專有的材料配方能夠抵抗大多數(shù)的化學介質。 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，可以勝任水壓測試。 容易從法蘭上拆除 – 不會粘結在法蘭面上，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比較來看，證實了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用
國內一家超大型煉化一體化新建煉廠，配置了國內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可以穩(wěn)定運行。
由于苯乙烯催化脫氫是強吸熱反應，需要高溫蒸汽為其持續(xù)提供熱源，反應溫度在600℃以上，高溫蒸汽溫度高達近900℃。傳統(tǒng)的石墨密封材料已經遠不能滿足工藝需求，需要專門的高溫密封來實現(xiàn)管線和反應器的密封。
使用細節(jié)和效果如下：
反應溫度：600-660℃，高溫蒸汽近900℃ 介質: 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中，提供優(yōu)異的密封服務。裝置平穩(wěn)運行至今，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。