年产三万吨对二甲苯生产的工艺设计10000字

在经济与科技飞速发展的现在，对二甲苯的重要性也逐渐显现，中不可或缺的的一种，根据过去几年的需求增长量来看，在今后的很多日子里对二甲苯的生的增长速度快速增长，其消费水平增长速度也将达到25.2%,但国内对生产对二甲苯的生产本文主要阐述年产三万吨对二甲苯生产的工艺设计，概述了甲基化工艺、分离提纯对二甲苯工艺等工艺对生产对二甲苯的研究与进展，并对各种工艺进行对比分析、深入研究与介绍了各项工艺的缺点与优势。的资料与文献，进行工艺流程的物料衡算、能量衡算以及所要用的精馏塔、塔附件、溢流装 11.1对二甲苯性质及用途 11.2工艺生产现状 22市场分析 32.1生产链条 32.2生产需求 32.3国内具体情况 43原料路线 54生产工艺 74.1生成混合二甲苯的工艺 74.1.1选择性甲苯歧化工艺 7 74.1.3分离提纯对二甲苯工艺 84.2生产技术进展 94.2.1歧化和烷基转移法 4.2.2甲苯-甲醇烷基化 4.3结论与建议 5生产方法及工艺流程的选择 5.1对二甲苯生产方法 6物料衡算 6.1计算参数 6.2实际产量计算 6.2.1烷基化反应系统物料衡算 6.2.2催化剂用量计算 6.2.3各种原料用量 7能量计算 7.1电能消耗 7.2水量消耗 8设备选型 8.1塔径的计算 8.2精馏塔总有效高度的计算 8.2.1精馏塔有效高度 8.2.2塔附件及总高度的计算 8.2.3溢流装置计算 8.2.4踏板布置 8.2.5塔板的流体力学校核 8.2.6塔板负荷性能图 9厂址的选择 9.1厂址选择的基本原则 28 11综述1.1对二甲苯性质及用途对二甲苯(Paraxylene)为有机化合物的一种，分子式是C8H10,分子结构式如图1.1,是非常重图1.1对二甲苯分子图式表1.1对二甲苯基本理化性质沸点熔点闪点相对密度(水=1)蒸气压25(℃)相对蒸气密度(空气=1)对二甲苯的用途十分广泛，是生产松油苯二甲酸(又叫纯对苯二酸或对酞酸)与其衍生物的必要原材料之一，在日常生活中对二甲苯对我们也很重要，还可以作为衣物中的涤纶纤维材质制造出贴身舒适的衣物供生活中使用，为我们带来极大的方便快捷，汽车的轮胎也是由对酞还是它也是制成我们生活中用涤纶纤维制成舒适衣服的重要原料之一，给我们的生活带来很大方便的原料，汽车的轮胎也是由对酞酸与乙二醇进行聚酯反应得来的，除了常见的轮胎还有可食用的香油以及日常生活中写字所用中性笔中的墨都少不了运用对二甲苯，并且PET树脂还可以制成塑料合金等其他的工业原件等，用还可以在芳烃产业中发挥其重大的作用。现在，在对二甲苯运用中，其中大约有97%都用于生产制成精对苯二甲酸。其系列产品如图1.2所示：2对二甲苯对苯二甲酰氯工程塑料图1.2对二甲苯系列产品关系图在近些年以来，因为聚酯工业的转移(是由中国代表的亚洲国家的转移),造成了目前对二甲苯的生产能力得到了飞度提升，几年前国内使用对二甲苯的量已经超过了1000万吨，相较于以前大约增长了五分之一；并且根据调查结果显示，近几年我国的对二甲自给率达到58%,一半以上需要进口能我国近几年的数据报告检查结果表明，国内内部对于对二甲苯的需求量远大于国内生产对二甲苯的水平，其原因在于遇到技术人才短缺、原材料的生产不能满足需求、工业排放的废气废水不能很好得好处理、生产场地难找等难题，近几年来我国的对二甲苯生产技术一直未有突破，生产设备的生产年时对二甲苯的有效产量达到10.30百万吨。对二甲苯行业的发展的重要的时间转折在2019年，在这32市场分析石油是对二甲苯原料的主要来源。通过一定的工艺流程过程能从石油中产出一定量的石脑油(又叫轻汽油)。产业链如图2-1所示。丝长丝长瓶片纤维石化行业上游环氧液体天然气纺织品化纤行业乙烯石油棉花氧气短纤纱图2-1PX产业链现在各国对于对二甲苯的需求一直在不停的上涨，并且大部分对二甲苯都被用作生产松油苯二甲酸，此物质在生活中运用广泛，因此需求量较大，世界上绝大部分的对二甲苯都被用来生产松油苯二甲酸。目前由于其产品二甲色胺的较为市场低迷，从而影响了对二甲苯的消费量。我国PTA产业正值迅猛发展的关键时期，依法采取反倾销等贸易救济措施，维护公平贸易秩序，站在全球贸易的角度来看，对二甲苯的主要出口地在美国，其PTA的产量达到400万吨，消耗的的对二甲苯量有近270万吨，并且目前来看，美国的对二甲苯产能已经超过500万吨，主要出口在亚从供需角度看，全球的对二甲苯的供需状况是产能大于消费量，并且这两者都有稳步上升的趋势。就目前而言，产业的发展正呈现欣欣向荣之状，如图2.2。4能/万吨019901992199419961998图2.2近20年内世界PX产能和消费情况2.3国内具体情况根据调查显示，近几年我国的对二甲苯需求量逐渐增大，带动了这个行业的的快速发展。我国对二甲苯不论从生产能力生产效率还是需求量都有很大幅度的增加。2011万吨/年不变，产量增至669.3万吨，进口量增至498.2万吨，表观消费量增至1132.7万吨，自给率降至59.06%3。两大集团公司，这两大公司掌控着我国近全部的炼油产业，故原料资源基本不在市场流通，所以导致民营和合资企业在对二甲苯的收尾工作具有相当大的难度，而收尾工作又与物料平衡离不开，最终结果只能由这两大公司集中生产对二甲苯并将其发展。具体分布情况图2.3。5图2.3我国国内PX生产厂家分布情况3原料路线对二甲苯的原料路线十分简单，就是通过甲苯和C9芳烃经过芳烃之间的一系列反应生成对二甲苯。而这一系列反应包括甲苯歧化与烷基转移工艺，这种工艺相当成熟，原料廉价，过程简单，生成的对二甲苯产量高，完全可以达到国内市场的需求量4。甲苯歧化反应：甲苯通过歧化反应生成苯和二甲苯的反应；烷基转移反应：C9芳烃和甲苯的烷基转移反应(就是甲苯与三甲苯在催化剂条件下生成二甲苯的现在，全球各地的对二甲苯生产技术主要包括选择性甲苯甲基化工艺，甲苯歧化工艺，对二甲苯的分离工艺三类同。石脑和混合的二甲苯油成为合成对二甲苯的主要原料。加入甲苯歧化工艺，可以使石脑油进料的固定装置生产二甲苯的产量大幅度增长。混合物的各种工艺所使用原料都不相同，具体见表3.1。具体工艺6埃克森美孚的PxMax工艺UOP的PXPlus工艺甲苯与来自甲苯塔的循环甲苯和循环富氢物流混合埃克森美孚的MSTDP工艺从选择性甲苯歧化工艺产品回收对二甲苯选择性甲苯歧化工艺产品甲苯甲基化法甲苯，甲醇，氢和水续表3.1对二甲苯分离法对二甲苯的分离工艺混合C8馏分，吸附剂通常是ADS-27,4种工艺流体(即混合二甲IFP的Eluxyl吸附工艺高性能吸附剂(SPX3000),甲苯作溶剂，进料C9芳烃结晶法分离技术二甲苯异构体异构化工艺其他工艺中使对位和邻位二甲苯异构体含量减少了的C8芳烃组成，补充和循环氢74生产工艺现代工业有许多生产对二甲苯的工艺方法，不同的的公司有不同的生产方法基本方法是一样的。首先反应生产粗二甲苯，再进行分离提纯得到精制二甲苯。现在我国常用的对二甲苯分离提纯的方法有：结晶分离法、吸附分离法、络合分离法、异构分离法。4.1生成混合二甲苯的工艺甲苯歧化工艺的本质是将部分甲苯转化成二甲苯和笨。甲苯通过歧化反应可以生成二甲苯产物，且产物较为丰富。将得到的产物放入Parex装置或者单段结晶中，可以得到纯度较高的对二甲苯(PX)。这个装置也存在一部分缺陷，在得到所需的对二甲苯的同时会产生大量的笨与混合二甲苯。甲苯甲基化是指甲醇与甲苯烷基化生产二甲苯的过程。有许多公司投入大量资金与精力研究此方8现在，广泛使用的机理是：首先，甲醇分子被吸附在了催化剂分子的酸性位置上，在发生多次有效碰撞后转化为较为活跃的给电子基，进一步与甲苯分子产生所需要的二甲苯物质；二甲苯结构中的甲基分子可以促使甲苯产物的生成，但由于太过活泼，空间稳定性较差，所以二甲苯能快速转化为稳定的二甲苯异构体分布。4.1.3分离提纯对二甲苯工艺是指利用对二甲苯与二甲苯的溶解度不同，通过改变温度将对二甲苯分离出的一种方法。这种方法是世界上最早开始使用的一种方法之一，随着科学技术的进步，分离提纯对二甲苯的工艺不断进步，出现了分子晒吸附法等方法，使得对二甲苯的收率不断提高。例如有个公司的GT-Cryst对二甲苯因为扩大了设备规模、提高了产物产量和设备可靠性，所以在同行业的竞争能力比较高。对二甲苯具有与其他物质关联性较强的特性，但是比较容易与吸附性较强的C8芳烃异构体吸附从而达到提高二甲苯的回收率。从一些脱庚烷塔底流出的C8芳烃与复杂的二甲苯衍生物一起进入二甲苯的分离塔中，二甲苯与较轻的物质可在塔顶得到，塔底流可以制作汽油的C9芳烃重组分。Parex装置负责处理塔顶产物。此设备用的是固定床。用吸附来筛选对二甲苯，从而对对二甲苯进行分离。络合分离法是指借助碱性的烃类物质与酸性的络合萃取剂从而制成的酸碱络合物对其进行分离的办法。络合分离的过程中有一种物质既是催化剂(液相的异构反应)也可以当作萃取剂，气相反应的温度是高于液相的异构化反应的，这是有助于生成对二甲苯的，一定程度上也有利于减少混合二甲苯的损失(例如烷基化反应、歧化反应因高温而出现的浪费)。异构分离法可以大程度的回收有关二甲苯的异构物从C8芳烃的混合物中。其中混合二甲苯是指包含对二甲苯以及各种二甲苯和乙苯混合物的C8芳烃。此工艺使用范围较广，除了回收对二甲苯经常使用此项工艺，回收邻、间二甲苯也常有此项工艺。在回收对二甲苯时，在对二甲苯装置中可加入混合的二甲苯作为进料物质，最先萃取二甲苯异构物。再把分离装置9中产生的提余液加入到异构化装置中，并确定异构化装置内的异构化二甲苯的平衡分配。事实上，在余下的的间、邻二甲苯中也能提取到对二甲苯，接着将其重新投入到对二甲苯的分离装置内，并加以重新提取对二甲苯，得以将间位上的异构体消除。三种工艺比对见表4.1。表4.1分离工艺对比分离工艺回收率特点结晶分离法技术沉稳，设备可靠，但回收率较低吸附分离法回收率较高，技术成稳，有多种工艺流程回收率高，成本低且高效，但处于研发阶段异构分离法回收率高，可得到其他副产物，但流程繁琐起初，提取对二甲苯的技术是将石脑油通过催化重整后在其产物石油芳烃中取得，随着时代的进步技术的发展，提取对二甲苯的技术也得到了进一步提升，现在通常使用芳烃转化来制作对二甲苯，不仅提高了效率，也增加了产量。对二甲苯的技术目有了很大进步，创新出利用C8以上的芳烃作为新型来源提取，并且进一步改进了对二甲苯的分离工艺。歧化和烷基转移法在之前己进行详细介绍，现在不再详细说明。例如ARCO使用的二甲苯增量法等。发展到现在，歧化和烷基转移工艺主要在新方式和更优催化剂两个部分进行的改进。其中各个公司的主要技术革新见表4.2。表4.2各公司的主要技术革新工艺来源特点对华甲菜流化床工艺岐美国Mobil公司反%过器时选摔垫得高6到延长催化剂来的选某一结晶技术与此项PXPlus甲苯歧化工艺UOP公司工艺一起使用，可以将芳烃联合生产装置扩大且具有吸引力。化工艺1.使用原料甲醇成本低，可大程度的提高对二甲苯的转化率，且不易出现苯2.可生产出低成本的对二甲苯3.对二甲苯回收装置的费用较低，可降低起始投资的费用；工艺从规划到开始MobilOil高效甲苯制对二甲苯流化床工艺中国石化集团公司上海石油化工研究院操作平稳。Oparis异构化沸石催化剂稳定性好、活性较高选择性甲苯歧化(STDP)技术埃克森美孚公司于90%,生成的对二甲苯也较以前提高了5%。续表4.24.2.2甲苯-甲醇烷基化对二甲苯的合成的工艺是甲醇-甲苯烷基化合成的。此项工艺最大的特点是使用原料价格低，反应过程简单，生成的产物产量高。在十八世纪中期，曾有人研究发现，混合的二甲苯可以通过甲苯甲醇进行烷基化而得到。4.3结论与建议远观未来的发展趋势，我国的聚酯行业将不断壮大，也就意味着对二甲苯行业也面临危机与机遇，技术创新将能使对二甲苯行业得到更进一步单的提升。但对于处在下游的对二甲苯的能量产出不断增加，一些装置集中产能，为对二甲苯的供给造成了一定程度上的困扰，在往后的时间里，国内的对二甲苯行业将始终面临自给率低的难题。所以，提高我国生产对二甲苯的技术，发展好的对二甲苯项目是目前重要的任务之一，不仅可以增强技术创新动力，还何以扩展发展前景。1.根据调查显示，全球有很多优秀的生产对二甲苯的技术，但国内的对二甲苯生产技术仍较为落后，虽然一直在研究，但仍无法找到工艺技术的关键突破点。因此，除了要引进其他国家的先进技术外，还要提升自我的工艺技术，从而尽早摆脱多方面专利的限制。2.现在炼油与生产乙烯成为使用对二甲苯最多的工艺，这两项工艺都具有资源充足的自然优势，但是依然存在一些问题，有些企业的生产能力较低，在某种程度上缺乏市场竞争力，所以需要统筹分配资源，调整产业布局，让小企业有更好的发展空间。3.我国的对二甲苯的市场目前仍面临很多的困难，虽然研究的一些生产装置取得了一定的成果，但还是任然无法与国外一些发展先进的企业的技术相比较，并且天然资源稀缺，这对我国的对二甲苯行业的发展十分不利。因此，我国应该促进国内企业与国外资源丰富的企业公司进行共同发展，加大建设对二甲苯的发展项目。4.从最近几年的发展情况来看，国内的对二甲苯行业及其衍生行业已经有了很大的进步，但是体现出了很多弊端，工厂的建设布局区域错位明显，这导致聚酯行业的不能平衡发展，并且使其生产的成本增大。因此，现下我们的重要目标是平衡各地的产业链布局。5.1对二甲苯生产方法使用甲苯—甲醇法来生产对二甲苯，其特点如下1.制成对二甲苯所需的原料甲苯较少，能节约原料；2.原料甲醇较为容易获取且物美价廉；3.生成的副产物苯也可以忽略不计；4.择形催化能够在甲苯-甲醇上更好的发挥其作用，增加其生产效率。5.2对二甲苯工艺流程选择：1.对二甲苯与间二甲苯对通过结晶分离制成对二甲苯此方法是利用对二甲苯与间二甲苯的熔点不同来对其进行低温结晶使其分离，其使用的办法主要为深冷式分步结晶，这个技术已经逐被广泛使用，与其他的生产工艺比较有较大优势。但也有一定的缺陷，这种生产方法所使用的设备体型较大且对二甲苯本身也有共熔点的局限，回收率不高最高只能达到70%。2、甲苯烷基转移反应此方法的基本原理是利用异构化来得到对二甲苯，甲烷烷基化反应具有很多优势，流程和操作简单、有较高的转化率等，也有一点不足，操作不够环保绿色且所需的费用较高，选3、甲苯—甲醇合成对二甲苯此工艺法所使用的的原料较易购得，操作与流程简便，可以体现出较好的择形催化性能在甲苯-甲醇上，其各自转化率较高，能达到目前常用工艺生产率的4倍多。6物料衡算6.1计算参数生产时间：7200小时生产周期：300小时损耗：车间总收率98.3%。总损耗2%聚合材料：(以生产的对二甲苯量141.72kg/h)催化剂6.2实际产量计算对二甲苯年产量为30000吨，根据研究显示产率能达到98.3%。重量空速到2h的甲苯-甲醇混合物料，其催化剂用量为：全年物料衡算甲苯的消耗量物料用量图6.1组分出料甲醇非芳苯1苯8甲苯8甲乙苯1二乙苯4水9反应气体9载气N2总计7能量计算7.1电能消耗固定设备是消耗电能的主要源头，还有其他的设备也会产生能量消耗，例如照明设备等。(1.2×2+1.5+1.5+6.4×2不经常使用的设备电量大约达到90000KW.h。平均每吨耗电量为：7.2水量消耗换热器效率：80%则实际第二次换热：所以t=287.6℃将第二次换热器中的产物再经过冷凝器，使其降低至40℃,再连续经过三个精馏塔，最后使对二甲苯从气体变为达到40℃的物质。则实际：8设备选型物性参数如表8.1:表8.1精馏段物理参数8.1塔径的计算塔板间距的选择对于精馏塔来说有重要作用的，决定它选取的因素也有很多，例如有塔高、物系性质、安装等都有关系。可参照表8.2所示经验关系选取。表8.2板间距与塔径关系由于其中C由式,其中C20由图中查取，图的横坐标为：取板间距为0.45m;取板上液层高度hL=0.07m根据以上数据可以将安全系数选定为0.6;按标准塔径圆整后为塔截面积为实际空塔气速为8.2精馏塔总有效高度的计算根据设计要求需要在进料板两侧各设计一个人孔其高度为0.8m;1.塔顶空间Hp为了安装人孔及破沫网取塔顶Ho=0.8m2.进料板高度HF安装人孔及气液相进料HF=0.8m3.塔底空间Hw假设储存的液量在塔底能至多留1.0米故塔底空间Hw=2.0m裙座高度H₂根据上述计算，筒体的高度需要高于10m塔径2.2m>1m塔壁厚计算根据生活经验每年腐蚀的壁厚可达1.5mm,由于使用年限限制在15年，所以最终塔壁厚年限到时降低到δ=4mm那么壁厚δmm=(4+1.5×15)mm=26.5mm故按标准，取壁厚28mmR顶高度m底空间头m座m558.2.3溢流装置计算由于塔径D=2.2m所以根据标准来选取可使用双溢流弓形液管，使用的受液盘是凹形。2.溢流堰的高度hw选用平直堰，堰上高度how由式：hw=h-how=0.070-0.043=0.3.弓形降液管宽度Wa和截面积Af由查图得：可检验降液管中液体通过的时间，即：降液管底隙高度ho根据经验，一般uo=0.07-0.25m/s,取uo=0.15m/s;根据以上计算降液管底隙高度设计合理；因D≥800mm故塔板采用分块式。计算开孔区面积Aa4.筛孔数n与开孔率φ:取筛孔的孔径d0为5mm,正三角形排列，一般碳质的板厚为3mm,取t/d0=3.0则孔中心距为t=3.0×5=15.0mm筛孔数因此筛孔数为11469个。(在5-15范围内)8.2.5塔板的流体力学校核1.气相通过塔板的压强降1)干板压降相当的液柱高度he查《干筛孔的流量系数》图，得Co=0.772;2)板上充气液层阻力：用于是苯和甲苯的混合物分离，其中提到的液相就上碳氢化合物。3)可取充气系数εo=0.5,有液体表面张力所造成的阻力：此阻力很小，忽略不计。因此，与气体流经一层浮阀塔板的压强降所相当的液柱高度为：hp=he+h₁=0.0551+0.035=0.0901m液柱则单板压降：P=hp×PL×g=0.0901×640.210×9.81=565.8Pa<0.7KPa为防止塔内发生液泛，降液管内液层高度Hd应满足Ha≤φ(H+h)苯-甲苯物系属理想物系，取ψ=0.5,则ψ(H1+hw)=0.5×(0.45+0.030)=0.23m而Hd=hp+h1+hd,板上不设进口堰，h=0.153×(u₀)²=0.153×0.15²=0.0034m液柱，即Ha≤φ(H+h)因此设计合理不会出现液泛现象。板上液体流径长度ZL=D-2Wd=2.2-2×0.194=1.812m板上流液面积Ab=Ar-2Ar=3.8-2×0.1596=3.48m²主要脱掉大部分的水，为正常系统，取物性系数K=1.0,又查图得泛点负荷系数CF=0.2,将以上数值代入公式1得：计算出的泛点率在80%以下，因此满足要求。依下式做出，即取泛点率为80%:根据整理出的式子，在范围内随意取3个Ls值，计算出Vs的值以确定雾沫表7.2液泛线Φ(HT+hw)=hp+hL+hd=hc忽略式中h0,则有：由于塔板结构尺寸一定，则H,hw,ho,lw,Pv,PL,εo及φ均为定值式中阀孔数N与孔径d₀不变，则Vs和Ls的关系为：=0.5×0.45+(0.5-0.5-1)×0.根据整理出的式子，在范围内随意取3个Ls值，计算出Vs的值以确定液相取堰上液层高度how=0.006m作为液相负荷的下限条件，计算出Ls的下限值：依此做出液相负荷下限线，该线与气相流量无关的竖直线。根据以上各线方程，可作出筛板塔的精馏段负荷性能图，如图所示。一一液泛线一一届液线4p281)该筛板塔的操作下限为漏液线控制，操作上限为液相负荷上限线控制。2)按照固定的液气比，查出塔板的气相负荷上限以及下限计算出操作弹性9厂址的选择1.厂址的选择需要贴近国家工业的布局要求，符合城市的规划布局。2.厂址的选取应该要使购买原料等便捷，也要使产品的出售方便。3.厂址需要环境适合发展，例如应该要在供水便利，水质较好的地方建厂。4.厂址要建在交通便利的地方，要能使材料运输方便，人员出行方便。5.厂址的选择要有基本的设施保障，要能正常使用供电、热等设施。6.厂址选取应该要规划合理，不能侵占农场地等，合理规划场地的使用。7.厂址选择的地段要有一定的安全性，尽量避开易滑坡、易发洪水等地段，能有效避免或保证不受自然的影响8.工厂应绿色发展，避免或尽量减少对环境的影响，需要在厂址周围建设污水处理等相关装置，爱护周围环境。9.厂址的选择不应破坏或过分影响周围的农业的发展与种植，尽量不要随意拆迁等。10.厂址的选取要满足各种地质标准条件，例如需满足工程与水文等的地质条件。10结论对二甲苯(PX)的用途十分广泛，对我们的生活有很大的印象，它是制成PTA、DMT、PET等的重要原材料，是十分重要的有机化工材料。在工业上生成对二甲苯的方法有很多种，但是大部分企业通常采用的是甲苯歧化工艺法和二甲苯异构化工艺法来制得对二甲苯。这两种工艺对比其他工艺来说有工艺流程简单，选择性能高、转化率高等特点，为对二甲苯的发展提供的了好的方向。目前，研究者们发现了新的制成对二甲苯的工艺：甲苯甲醇烷基化工艺，此项工艺使得原料得以更好地利用，提高了苯的利用率，并且此项工艺的发现也补充了C1领域的空根据国内的自然资源特色，我国的对二甲苯发展需要依靠国内充足且丰富的煤炭资源，我国的天然油气较少，所以对工艺技术提出了更高的要求，提高工艺技术才能确保国内聚酯产业链能长足有效的发展。目前，为了增加对二甲苯的产量，需要将技术较为发达的芳烃技术与联合甲醇甲苯计划性烷基化进行连接。可以通过革新行业技术来实现创新，已达到技术的创新，这对工业技术又带来了新的要求，不仅要充分运用好我国的煤炭资源，还要加大石油化工的前景创新，以实现我们的绿色协调环境友好型的发展理念的方案，为绿色清洁能源的使用提供保障，相应国家的各项政策与号召，不断实现技