年產(chǎn)20萬(wàn)噸PX裝置的工藝設(shè)計(jì)論文

1、1 緒論1.1 PX的性質(zhì)及用途1.1.1 PX的性質(zhì)a) 對(duì)二甲苯的物理性質(zhì) 無(wú)色透明液體，具有芳香氣味。比重0.861，熔點(diǎn)13.2，沸點(diǎn)138.5，閃點(diǎn)25，能與乙醇、乙醚、丙酮等有機(jī)溶劑混溶?？扇?，低毒化合物，性略高于乙醇，其蒸汽與空氣可形成爆炸性混合物，爆炸極限1.1%7.0%（體積分?jǐn)?shù)）。b) 對(duì)二甲苯的化學(xué)性質(zhì) （1）對(duì)金屬無(wú)腐蝕性，用稀硝酸氧化生成對(duì)甲基苯甲酸，繼續(xù)氧化生成對(duì)苯二甲酸。與其他氧化劑的作用和鄰二甲苯類似。對(duì)二甲苯在碳酸鈉水溶液和空氣存在下，于250，6 MPa下生成對(duì)甲基苯甲酸、對(duì)苯二甲酸、乙醛。用鈷鹽作催化劑，120經(jīng)空氣液相氧化生成對(duì)甲基苯甲酸。氯化反應(yīng)與其他

2、二甲苯類似。對(duì)二甲苯熱解生成甲烷、氫、甲苯、對(duì)聯(lián)甲苯、2，6-二甲基蒽。（2）穩(wěn)定性：穩(wěn)定（3）禁配物：強(qiáng)氧化劑、酸類、鹵素等（4）聚合危害：不聚合（5）常見(jiàn)化學(xué)反應(yīng)：甲基能被常見(jiàn)氧化劑氧化。如用稀硝酸氧化生成對(duì)甲基苯甲酸，繼續(xù)氧化生成對(duì)苯二甲酸；用酸性高錳酸鉀也能將甲基氧化成羧基。甲基上的氫原子能被鹵素取代。1.1.2 對(duì)二甲苯的用途對(duì)二甲苯與老百姓的生活密不可分。二甲苯廣泛存在于汽油中。在汽油中的含量約6%10%，是汽油高性能抗爆性的重要組分，沒(méi)有它，就不能生產(chǎn)高品質(zhì)的汽油。PX為基礎(chǔ)有機(jī)化工原料之一，主要生產(chǎn)對(duì)苯二甲酸（PTA）及對(duì)苯二甲酸二甲酯（DMT），分別占PX消費(fèi)量的80%和12

3、%左右，這兩種單體又是生產(chǎn)聚酯纖維和聚酯塑料的原料。全球產(chǎn)量的98%左右用于生產(chǎn)聚酯3。聚酯的絕大部分用于生產(chǎn)滌綸，滌綸是目前生產(chǎn)和消費(fèi)最多的化纖品。我國(guó)是化纖大國(guó)，合成纖維生產(chǎn)需要大量PX5。部分聚酯用于制造飲料瓶，我們?nèi)粘ＯM(fèi)的可樂(lè)、汽水、果汁，都可以是用聚酯瓶包裝的。除此之外，對(duì)二甲苯在醫(yī)藥、香料、油墨、農(nóng)藥、染料以及溶劑等領(lǐng)域有廣泛的用途4。對(duì)二甲苯系列產(chǎn)品關(guān)系如圖1-1。對(duì)二甲苯的廣泛用途使它長(zhǎng)期處于供不應(yīng)求狀態(tài)，所以，PX裝置的建設(shè)還有很大的空間。圖1.1對(duì)二甲苯系列產(chǎn)品關(guān)系圖1.2 PX產(chǎn)業(yè)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1 PX產(chǎn)業(yè)的國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀聚酯纖維的迅速發(fā)展，拉動(dòng)了其上游原料精對(duì)二苯

4、甲酸的消耗，進(jìn)而又拉動(dòng)了PTA的上游原料對(duì)二甲苯的市場(chǎng)嚴(yán)重供不應(yīng)求，產(chǎn)品需要大量進(jìn)口6。2012年，世界PX的裝置生產(chǎn)能力約4000萬(wàn)噸/年，70%以上的裝置在亞洲地區(qū)，新建產(chǎn)能也大都集中在亞洲，主要為韓國(guó)和中國(guó)。中國(guó)石化集團(tuán)公司是最大的生產(chǎn)集團(tuán)，占總產(chǎn)能的42.5%其次是中國(guó)石油集團(tuán)公司，占總產(chǎn)能的22.0%。2009年是我國(guó)PX生產(chǎn)能力增長(zhǎng)最快的一年，新增產(chǎn)能284萬(wàn)噸，比2008年的442.1萬(wàn)噸增長(zhǎng)64.2%。截至2012年9月底，我國(guó)PX 的生產(chǎn)廠家有13家總生產(chǎn)能力達(dá)到821.1萬(wàn)噸/年。目前，我國(guó)已是世界上最大的PX生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，產(chǎn)能約占全球產(chǎn)能的20%，消費(fèi)量占全球38%左右7

5、。1.2.2 PX產(chǎn)業(yè)的國(guó)外現(xiàn)狀北美地區(qū)的新建PX裝置主要集中在美國(guó)，用于生產(chǎn)PTA的PX將提高到82.1%。由于生產(chǎn)成本較低加之原料供應(yīng)充足，中東的石化產(chǎn)業(yè)投資將穩(wěn)步增長(zhǎng)。該區(qū)域?qū)⒔ㄔO(shè)更多的PTA和PX裝置，用于生產(chǎn)PTA的PX比例也將進(jìn)一步增長(zhǎng)8。在歐洲對(duì)二甲苯PX的總生產(chǎn)能力約為310.0萬(wàn)噸/年。由于全球一系列對(duì)二甲苯生產(chǎn)裝置的問(wèn)題以及亞洲新對(duì)苯二甲酸生產(chǎn)裝置的建成投產(chǎn)，使得世界對(duì)二甲苯供應(yīng)緊張價(jià)格上漲。2002年由于有200多萬(wàn)噸/年的對(duì)苯二甲酸生產(chǎn)能力投產(chǎn)，其中第二季度在中國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣以及韓國(guó)就有155萬(wàn)噸/年的對(duì)苯二甲酸生產(chǎn)裝置建成投產(chǎn)，使得亞洲地區(qū)的對(duì)二甲苯供應(yīng)緊張。1.3 P

6、X的主要生產(chǎn)工藝1.3.1 甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移甲苯歧化反應(yīng)是甲苯經(jīng)過(guò)歧化反應(yīng)生成苯和二甲苯。烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)是指苯與C9、C10芳烴之間的烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。該工藝的特點(diǎn)是將產(chǎn)量相對(duì)過(guò)剩的甲苯和或價(jià)值相對(duì)較低的C9、C10轉(zhuǎn)化成苯和二甲苯，是工業(yè)上增產(chǎn)PX的主要手段。代表性的工藝有Mobil公司的MSTD工藝、UOP公司的Tatoray工藝、IEP/Mobil公司的Tranplus工藝等。甲苯歧化工藝技術(shù)主要取決于催化劑，目前甲苯歧化工藝方法主要有Xylcne-Plus法（常壓氣相不臨氫工藝）、Tatoray法（加壓氣相臨氫工藝法）、LTDP（低溫加氫液相不臨氫工藝）及MTDP法（氣相加壓不臨氫工藝）等

7、。1.3.2 二甲苯異構(gòu)化從催化重整油和裂解汽油中獲得的C8芳烴，對(duì)二甲苯含量?jī)H為混合二甲苯質(zhì)量的25%左右，且乙苯所占比例較大，為最大限度地生產(chǎn)對(duì)二甲苯，需將C8芳烴進(jìn)行異構(gòu)化反應(yīng)生成對(duì)二甲苯1。典型的工藝有：東麗公司的Isolene(II)工藝、UOP公司的Isomer工藝、Engelhard公司的Octafining工藝、Mobil公司的MHAI工藝等。其中MHAI工藝采用活性高、選擇性好、操作條件溫和、催化劑結(jié)焦速率慢、運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)再生性能好的分子篩催化劑，能使乙苯轉(zhuǎn)化率達(dá)60%70%，二甲苯損耗率則可降低至1.8%，非芳烴轉(zhuǎn)化率達(dá)20%，二甲苯的選擇性達(dá)平衡值的102%。1.3.3 甲

8、苯甲醇烷基化甲苯甲醇烷基化合成對(duì)二甲苯是一條增產(chǎn)對(duì)二甲苯的新的工藝路線，為甲苯轉(zhuǎn)化和C1資源利用提供了新的途徑1。該技術(shù)主要采用了一種能提高甲苯甲醇烷基化反應(yīng)選擇性的催化劑9。該催化為含氧化物改性劑并經(jīng)苛刻蒸汽處理的ZSM.5沸石催化劑10。幾種典型的甲苯甲醇烷基化技術(shù)見(jiàn)表1-1：表 1.1 幾種典型的甲苯甲醇烷基化技術(shù)比較項(xiàng)目ExxonMobilGTC大連化物所反應(yīng)溫度/600400450400500壓力/MPa0.280.10.50.1PX的選擇性，%96.8859398是否臨氫是是否副產(chǎn)物C5以下烷烴CO、CO2、氫氣等乙烯、丙烯催化劑壽命/a0.51循環(huán)再生反應(yīng)器形式固定床固定床流化床

9、1.3.4 混合二甲苯分離a）低溫結(jié)晶分離法 混合二甲苯中對(duì)二甲苯的凝固點(diǎn)為13.3，鄰二甲苯為-25.2，間二甲苯為-47.9，乙苯為-95.0，鑒于各組份間凝固點(diǎn)相差較大，因此可以應(yīng)用冷凍結(jié)晶法分離生產(chǎn)對(duì)二甲苯。此法也是在分子篩吸附分離法出現(xiàn)前，分離對(duì)二甲苯的唯一實(shí)用方，法迄今為止仍為世界上許多裝置所采用2。結(jié)晶分離法一般由兩段結(jié)晶過(guò)程組成。第一段結(jié)晶溫度控制在低共熔溫度(-62-68)附近,以提高對(duì)二甲苯的回收率對(duì)二甲苯晶體的純度為85%90%；第二段結(jié)晶過(guò)程中將一段結(jié)晶粗產(chǎn)品熔融后控制結(jié)晶溫度為2010，進(jìn)行重結(jié)晶以提高產(chǎn)品的純度，可獲得純度大于98%的對(duì)二甲苯2。二次結(jié)晶產(chǎn)品以甲苯洗

10、滌可以脫除對(duì)二甲苯晶粒間夾雜的位和對(duì)位異構(gòu)體晶體，熔化后經(jīng)精餾塔脫甲苯得到的對(duì)二甲苯產(chǎn)品的純度可達(dá)99.8%，大大提高了產(chǎn)品的純度。 根據(jù)結(jié)晶方式制冷方式和液固分離手段，結(jié)晶分離法可以分為Chevron法、Krupp法、Amoco法、Arco法和丸善法等 。b）氟化氫三氟化硼抽提法該方法生產(chǎn)過(guò)程是：先使氟化氫三氟化硼與混合二甲苯中的間二甲苯形成絡(luò)合物，然后于010經(jīng)過(guò)連續(xù)多級(jí)萃取后，間二甲苯便與其它芳烴分離，得到的絡(luò)合物經(jīng)過(guò)加熱到4070分解，可得到含量99.5%以上的間二甲苯。氟化氫三氟化硼循環(huán)使用，它也是一種異構(gòu)化催化劑，在常壓情況和100的條件下，能使間二甲苯異構(gòu)化。從抽余油中再用一般精

11、餾方法分離乙苯、對(duì)二甲苯和鄰二甲苯。國(guó)內(nèi)正在進(jìn)一步研究中。c）吸附-結(jié)晶集成分離技術(shù)吸附-結(jié)晶集成法由吸附和結(jié)晶兩個(gè)工藝過(guò)程組成2?；旌隙妆皆鲜紫冉?jīng)蒸餾塔脫除原料中混雜的石蠟和萘等C9以上芳烴后，送入選擇性吸附/脫附裝置。在選擇性吸附/脫附單元中，無(wú)論采用對(duì)間二甲苯和鄰二甲苯有強(qiáng)吸附作用的吸附劑或是對(duì)對(duì)二甲苯有強(qiáng)吸附能力的吸附劑,經(jīng)脫附操作后都可得到一個(gè)富集對(duì)二甲苯的餾分1和另一個(gè)富集鄰位和間位二甲苯的組份2，餾分1中對(duì)二甲苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般介于20%95%之間；組份中對(duì)二甲苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般小于3%。餾分經(jīng)過(guò)精餾塔分離脫附劑(如甲苯)后，送入結(jié)晶裝置。餾分2中除含有鄰二甲苯、對(duì)二甲苯和乙苯外，

12、還含有甲苯，經(jīng)過(guò)精餾塔分離甲苯后，送入加氫異構(gòu)化裝置反應(yīng)，得到熱力學(xué)平衡組成的對(duì)位、鄰位、間位二甲苯和乙苯以及少量的C1C5餾分。加氫異構(gòu)化產(chǎn)物經(jīng)過(guò)精餾塔脫除低分子的C1C55餾分，與新鮮原料混合，后再送入選擇吸附/脫附裝置結(jié)晶裝置。一般由單個(gè)或兩段結(jié)晶單元組成。單個(gè)結(jié)晶器的操作溫度一般為-100；得到高純度的對(duì)二甲苯。吸附-結(jié)晶集成法充分利用吸附和結(jié)晶分離技術(shù)各自的優(yōu)點(diǎn)，即利用吸附操作提高對(duì)二甲苯的回收率，利用結(jié)晶技術(shù)提高產(chǎn)品的純度。對(duì)二甲苯的回收率達(dá)到90%以上，純度達(dá)到99.9%以上。2 PX的工藝流程2.1 生產(chǎn)方法本課題采用甲苯甲醇烷基化法生產(chǎn)PX，在ZSM-5催化劑作用下甲苯與甲醇

13、反應(yīng)，直接生成對(duì)二甲苯。其過(guò)程可分為對(duì)二甲苯的合成和合成產(chǎn)物的分離，來(lái)得到純度高的對(duì)二甲苯。甲苯甲醇烷基化反應(yīng)的原料之一是甲醇，所以在甲醇與甲苯烷基化生成PX的同時(shí), 總會(huì)伴有甲醇脫水轉(zhuǎn)化為碳?xì)浠衔锏母狈磻?yīng)11。大連化物所采用改性的沸石分子篩作為催化劑,利用沸石分子篩的擇形催化作用,高選擇性地制取PX，反應(yīng)產(chǎn)物中PX 在二甲苯異構(gòu)體中的選擇性可以達(dá)到93%98%，同時(shí)原料中的甲醇可以聯(lián)產(chǎn)乙烯和丙烯12。乙烯是生產(chǎn)精對(duì)苯二甲酸( PTA )的原料之一，而目前乙烯主要來(lái)源于石腦油裂解。該技術(shù)的應(yīng)用無(wú)疑將增加乙烯的生產(chǎn)途徑,同時(shí)該反應(yīng)系統(tǒng)不需要臨氫操作, 可以節(jié)省相應(yīng)的工藝及設(shè)備。因此,甲苯甲醇烷

14、基化制取PX并聯(lián)產(chǎn)低碳烯烴技術(shù)達(dá)到了在一個(gè)反應(yīng)過(guò)程中、一種催化劑上高選擇性地生產(chǎn)PX 和乙烯的目的13。另外，該工藝最具吸引力的特點(diǎn)是PX收率要比傳統(tǒng)的甲苯擇形歧化工藝高一倍,且具有許多優(yōu)點(diǎn): 每生產(chǎn)1tPX 產(chǎn)品所需的甲苯可由甲苯擇形歧化法的約2.8t下降到1.0t；原料甲醇價(jià)格比較便宜；苯的產(chǎn)量可以忽略。因此, 甲苯甲醇選擇性烷基化生產(chǎn)PX 工藝路線將是未來(lái)最經(jīng)濟(jì)、最為可行的PX 生產(chǎn)技術(shù)路線。2.2 工藝說(shuō)明2.2.1 工藝流程圖圖2.1 甲苯甲醇烷基化工藝流程圖2.2.2 工藝流程簡(jiǎn)述甲苯與原料甲醇以及循環(huán)回來(lái)的甲醇混合后進(jìn)入換熱器（E101）將原料混合物加熱到反應(yīng)最佳操作溫度460，

15、進(jìn)入甲苯甲醇烷基化反應(yīng)器1和反應(yīng)器2（R1012）在ZSM-5沸石催化劑下進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)完后的混合氣體經(jīng)過(guò)換熱后進(jìn)入氣液分離器（V101）分離烯烴和芳烴。分離出來(lái)的芳烴進(jìn)入層析器（V102）進(jìn)行油水兩相分離，分離出來(lái)的油相進(jìn)入PX精餾塔（T101）進(jìn)行甲苯和二甲苯的分離，因甲苯甲醇烷基化PX選擇性很高，可直接經(jīng)精餾塔分離出純度高達(dá)96.5%的PX產(chǎn)品，塔頂采用部分冷凝器，少部分的氣體至回收系統(tǒng)，大部分冷凝液循環(huán)回一段反應(yīng)器和二段反應(yīng)器。經(jīng)層析器（V102）分離出來(lái)的水相進(jìn)入甲醇塔（T102），分離出來(lái)的未反應(yīng)完的甲醇循環(huán)至一段反應(yīng)器之前，塔底為工業(yè)廢水。甲苯甲醇烷基化反應(yīng)甲苯的轉(zhuǎn)化率33.7%

16、，而甲醇的轉(zhuǎn)化率高達(dá)97.8%，其中PX選擇性高達(dá)96.8%。介于甲苯的單程轉(zhuǎn)化率低，我們采用兩個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)來(lái)提高甲苯的總的轉(zhuǎn)化率和降低反應(yīng)器的體積。因?yàn)榧状嫉霓D(zhuǎn)化率很高，多余的甲苯基本轉(zhuǎn)化成低碳烯烴，如果有大量的低碳烯烴產(chǎn)生，將會(huì)產(chǎn)生大量的廢水。為控制低碳烯烴的大量產(chǎn)生，我們選擇在第二段反應(yīng)器進(jìn)口之前補(bǔ)充甲醇和甲苯。同時(shí)，經(jīng)過(guò)甲苯甲醇烷基化一段反應(yīng)過(guò)后混合氣體中C8組分增多，稀釋了甲苯和甲醇的分壓，降低反應(yīng)速率。所以，在二段反應(yīng)器進(jìn)口補(bǔ)充的甲醇量比最初的甲醇進(jìn)料量多，從而提高甲醇的分率，從而可以保證甲苯的最大轉(zhuǎn)化率。2.2.3 有關(guān)化學(xué)方程式a）甲苯自身轉(zhuǎn)化反應(yīng)（副反應(yīng)）b）甲醇自身反應(yīng)（副

17、反應(yīng)）c）甲苯甲醇烷基化反應(yīng)（主反應(yīng)）表2.1甲苯自身各反應(yīng)的lgKP與溫度的關(guān)系反應(yīng)溫度/K3005007009001000（1）-1.35-1.18-1.11-1.09-1.08（2）-0.78-0.77-0.78-0.81-0.82（3）-1.18-1.73-1.13-1.15-1.17由上表可以看出，甲苯自身的歧化反應(yīng)平衡常數(shù)很小，且溫度對(duì)平衡常數(shù)的影響較小，所以在本項(xiàng)目當(dāng)中，忽略甲苯自身的歧化反應(yīng)。表2.2甲醇自身各反應(yīng)的lgKP與溫度的關(guān)系反應(yīng)溫度/K3005007009001000（4）2.871.290.680.360.25（5）11.199.288.588.208.07（6）

18、23.6416.7213.9312.4011.87（7）33.6622.5318.0215.5514.70由上表可以看出，反應(yīng)（4）的平衡常數(shù)相對(duì)后面三個(gè)反應(yīng)而言小很多，在本項(xiàng)目反應(yīng)體系中不予以考慮。后面三個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)均較大，不可以忽略不計(jì)，所以在本項(xiàng)目反應(yīng)體系中考慮后三個(gè)反應(yīng)作為體系的副反應(yīng)。綜上所述，本項(xiàng)目甲醇甲苯甲基化工段僅考慮甲醇甲苯烷基化、甲醇脫水生成乙烯、丙烯和丁烯反應(yīng)。其他副反應(yīng)在模擬中不予以體現(xiàn)。表2.3 甲醇甲苯烷基化反應(yīng)的lgKP與溫度的關(guān)系反應(yīng)溫度/K3005007009001000（8）11.666.654.553.382.97（9）11.496.594.573.4

19、53.06（10）12.067.004.903.733.32由上表可以看出，隨著溫度增加，三個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)逐漸減低，由熱力學(xué)分析可得溫度低有利于反應(yīng)，但是由動(dòng)力學(xué)可知，溫度越低，反應(yīng)速率越慢，且溫度必須高于催化劑的活性溫度。故綜合考慮熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)對(duì)反應(yīng)的影響，本項(xiàng)目甲苯甲醇烷基化反應(yīng)器操作溫度定為460。2.2.4 采用的催化劑 本工藝反應(yīng)器中甲苯甲醇烷基化反應(yīng)在選用催化劑時(shí)，就需保障甲苯高效轉(zhuǎn)化效果，通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，其反應(yīng)條件如下：表2.4 甲苯烷基化反應(yīng)條件甲苯烷基化反應(yīng)催化劑ZSM-5反應(yīng)溫度460反應(yīng)壓力0.1Mpa重時(shí)空速1h-1甲苯甲醇摩爾比4:13 物料衡算化工過(guò)程的物料衡

20、算，是利用物理與化學(xué)的基本定律，對(duì)化工過(guò)程單元及化工過(guò)程單元系統(tǒng)的物料進(jìn)行的定量計(jì)算。通過(guò)計(jì)算，從中找出主副產(chǎn)品的生成量，廢物的排出量，確定原材料的消耗與定額，確定各物流的流量、組成和狀態(tài)。在化學(xué)工程中，設(shè)計(jì)或改造工藝流程和設(shè)備，了解和控制生產(chǎn)操作過(guò)程，核算生產(chǎn)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)效益，確定原材料消耗定額，確定生產(chǎn)過(guò)程的損耗量，對(duì)現(xiàn)有的工藝過(guò)程進(jìn)行分析，選擇最有效的工藝路線，對(duì)設(shè)備進(jìn)行最佳設(shè)計(jì)以及確定最佳操作條件等都要進(jìn)行物料衡算。而且，化學(xué)工程的開發(fā)與放大都以物料衡算為基礎(chǔ)。因此，進(jìn)行物料衡算是非常必要的，具有非常重要的指導(dǎo)意義。對(duì)一般的體系而言，物料分布均可表示為：(物料的累積率)=(物料進(jìn)入率)-

21、(物料流出率)+(反應(yīng)生成率)-(反應(yīng)消耗率)特別地，當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)時(shí)，則可簡(jiǎn)化為：(物料的累積率)=(物料進(jìn)入率)-(物料流出率)在穩(wěn)定狀態(tài)下有：(物料進(jìn)入率)=(物料流出率)化工流程模擬軟件ASPEN PLUS廣泛應(yīng)用于化工過(guò)程的物料衡算和熱量衡算，該設(shè)計(jì)就利用ASPEN PLUS進(jìn)行流程模擬，得出物料衡算表。3.1 搜集計(jì)算數(shù)據(jù)查閱資料，收集數(shù)據(jù)，確定計(jì)算輸入條件。這些數(shù)據(jù)包括：表3.1原料及輔助原料規(guī)格及用量一覽表序號(hào)原料規(guī)格萬(wàn)噸/年1甲醇99.9%4.642甲苯99.5%14.185ZSM-5催化劑26.133表3.2 產(chǎn)品對(duì)二甲苯規(guī)格組分質(zhì)量流率/（kg/h）質(zhì)量分?jǐn)?shù)苯0.61

22、15ppm甲苯0.113ppmOX1.1827ppmMX1.4235ppmPX40046.3896.5%重芳烴0.4110ppm產(chǎn)品規(guī)格優(yōu)等品國(guó)內(nèi)價(jià)格預(yù)期/（元/噸）7130產(chǎn)量/（萬(wàn)噸/年）20表3.3生產(chǎn)規(guī)模、時(shí)間和甲苯、甲醇轉(zhuǎn)化率生產(chǎn)規(guī)模年產(chǎn)20萬(wàn)噸對(duì)二甲苯生產(chǎn)時(shí)間300×24=7200h甲苯的轉(zhuǎn)化率33.7%甲醇的轉(zhuǎn)化率97.8%PX選擇性96.8%產(chǎn)品純度96.5%3.2 單元系統(tǒng)物料衡算利用ASPEN PLUS建立流程如圖3.1，輸入搜集數(shù)據(jù)，進(jìn)行模擬運(yùn)算，得出物料衡算結(jié)果。圖3.1甲苯甲醇烷基化流程圖3.2.1 甲苯甲醇烷基化反應(yīng)器1流入物流流出物流Temperatur

23、e C460460Pressure MPa0.10.1Vapor Frac11Mole Flow kmol/hr618.6610677.1058Mass Flow kg/hr30785.5530785.55Volume Flow cum/sec10.4540710.93489Enthalpy Gcal/hr-12.12527-13.73461Mass Flow kg/hrC6H68.8E+018.8E+02C7H81.97E+0413080.43EB51.429651.4296OX2.13956847.60472MX32.67278214.5335PX978.8118412.367C9H120

24、.0025740.002574C10H142.91E-082.91E-08H200CH400CH3OH4633.5851805.381C2H40478.7858C3H60309.8026H2O3469.6795071.852C4H80225.3110PDEB00Mass FracC6H60.0010400.001040C7H80.23303800.154505EB0.00060760.0006076OX2.53E-050.001546MX0.00038580.002534PX0.01156140.099366C9H123.04E-083.04E-08C10H143.43E-133.43E-13

25、H200CH400CH3OH0.0759930.021325C2H400.005655C3H600.003659H2O0.0409830.07172C4H800.002661PDEB003.2.2 甲苯甲醇烷基化反應(yīng)器2流入物流流出物流Temperature C460.0032490Pressure MPa0.10.1Vapor Frac11Mole Flow kmol/hr848.1727869.716Mass Flow kg/hr39689.0939689.09Volume Flow cum/sec14.3342015.30415Enthalpy Gcal/hr-19.2568-19.74

26、28Mass Flow kg/hrC6H63.41E+023.41E+02C7H84.52E+0431178.66EB55.621455.62145OX47.702185.56785MX222.1076373.5705PX8823.66114503.52C9H120.0025730.002573C10H147.98E-087.98E-08H200CH400CH3OH6845.9053431.521C2H4478.7858898.3498C3H6309.8026519.5847H2O6124.8948044.585C4H8225.3109315.2175PDEB00Mass FracC6H60.

27、00113490.001134C7H80.15054690.103877EB0.00050940.0005094OX0.00043630.000784MX0.00203490.0034225PX0.08084360.1328829C9H126.48E-086.48E-08C10H147.31E-1307.31E-13H20CH400CH3OH0.0627220.03144C2H40.0043860.008230C3H60.00283850.00476H2O0.0561170.073705C4H80.0020640.002888PDEB003.2.3 氣液分離器流入物流1流出物流1流出物流2Te

28、mperature C505050Pressure MPa0.10.10.1Vapor Frac0.09256710Mole Flow kmol/hr869.716349.9878819.7283Mass Flow kg/hr39689.091733.15237955.96Volume Flow cum/sec0.6055770.3701560.01191Enthalpy Gcal/hr-34.568500.476231-35.3340Mass Flow kg/hrC6H61240123.8639C7H811345.454011345.45EB55.621454055.62145OX85.56

29、7854085.567854MX373.570540373.57054PX14503.52014503.52C9H120.002573800.0025738C10H147.98E-080.00E+007.98E-08H2000CH4000CH3OH3431.52103431.521C2H4898.3498898.34980C3H6519.5847519.58470H2O8044.58508044.585C4H8315.2175315.21750PDEB000Mass FracC6H60.001134900.001186C7H80.103877400.108620EB0.000509400.00

30、05327OX0.000785400.0008196MX0.003422500.0035789PX0.132882900.1389509C9H122.35E-080.00E+006.78E-08C10H142.65E-130.00E+007.65E-13H2000CH4000CH3OH0.0314400.0328756C2H40.00823090.18848470C3H60.00476030.10901520H2O0.073705400.0770709C4H80.0028880.066136360PDEB0003.2.4 層析器流入物流1流出物流1流出物流2Temperature C50202

31、0Pressure MPa0.10.120.12Vapor Frac000Mole Flow kmol/hr819.7283499.5138320.2145Mass Flow kg/hr37955.969897.08728058.84Volume Flow cum/sec0.0119130.0033910.008886Enthalpy Gcal/hr-35.33407-33.6304-3.599170Mass Flow kg/hrC6H61240.007454123.8564C7H811345.450.01738111345.454EB55.621450.00000255.621418OX85

32、.567859.96E-0685.567818MX373.57051.30E-05373.57018PX14503.520.000380714503.512C9H120.0025732.76E-120.0025738C10H142.90E-087.45E-192.90E-08CH3OH3431.5212051.7661379.7545H2O8044.5857845.294199.29141Mass FracC6H60.00118652.74E-070.0016050C7H80.10862070.000000640.1469338EB0.00053271.01E-100.0007207OX0.0

33、0081813.67E-100.0011090MX0.00357894.8E-100.0048414PX0.1389500.0000000140.1879621C9H122.4E-081.0E-163.33E-08C10H142.78E-132.73E-233.74E-13CH3OH0.03287560.07538540.0178814H2O0.07707090.28824980.00258293.2.5 甲醇塔流入物流1流出物流1流出物流2Temperature C8079.08966106.617Pressure MPa0.120.10.12Vapor Frac000Mole Flow k

34、mol/hr499.5152249.7569249.7568Mass Flow kg/hr9897.0875397.6514499.418Volume Flow cum/sec0.0031130.0017810.0013716Enthalpy Gcal/hr-33.0198-16.1369-16.7653Mass Flow kg/hrC6H67.45E-037.45E-032.08E-54C7H81.74E-020.0173811.42E-68EB2.76E-062.76E-061.82E-83OX1.1E-051.1E-053.11E-77MX1.42E-051.42E-051.2E-83P

35、X0.00038070.00038071.07E-83C9H122.78E-121.02E-160C10H141.32E-180.00E+000.00E+00CH3OH2051.7632051.7691.78E-10H2O7845.2943.13E+034499.44Mass FracC6H62.36E-079.23E-071.68E-58C7H81.76E-061.13E-061.15E-72EB2.79E-105.11E-104.05E-87OX1.01E-091.85E-096.91E-81MX1.32E-092.42E-091.71E-87PX1.25E-082.45E-082.64E

36、-88C9H122.80E-161.02E-200C10H147.52E-230.00E+000CH3OH0.0753853.80E-014.49E-14H2O0.2882490.2254080.3636363.2.6 PX精制塔流入物流1流出物流1流出物流2流出物流3Temperature C8581.581.5145.0105Pressure MPa0.120.10.10.12Vapor Frac0100Mole Flow kmol/hr320.21456.75361018.4660711.72222Mass Flow kg/hr28058.85317.439714142.8713598.

37、53Volume Flow cum/sec0.0095730.05420.004780.005052Enthalpy Gcal/hr-2.81494-0.21403-2.19417-0.000767Mass Flow kg/hrC6H63.41E+021.26E+013.28E+021.66E-11C7H83.12E+04460.78953.07E+040.056471EB1.53E+022.73E-013.84E+0141.54931OX2.35E+024.71E-038.93E-0185.24138MX1.03E+034.40E-016.94E+01348.1632PX14503.519.

38、0216151.22E+0313123.52C9H127.08E-039.07E-122.62E-090.002574C10H147.98E-082.61E-231.69E-207.98E-08CH3OH1379.7553.12E+021366.1490H2O5.48E+026.16E+014.86E+024.91E-19Mass FracC6H64.41E-031.45E-020.0030664.45E-16C7H84.04E-015.28E-010.2872004.15E-06EB0.0007213.13E-049.88E-040.00111OX0.0011095.40E-062.30E-

39、050.002279MX0.0048410.0001830.0006490.00931PX0.1879620.0103349.69E-020.35093C9H129.17E-081.04E-146.74E-141.89E-07C10H141.03E-122.99E-264.34E-252.13E-12CH3OH4.92E-023.58E-018.95E-020H2O0.0025820.025660.0045481.31E-234 熱量衡算在化工生產(chǎn)中，有些過(guò)程需消耗巨大的能量，如蒸發(fā)、干燥、蒸餾等；而另一些過(guò)程則可釋放大量能量，如燃燒、放熱化學(xué)反應(yīng)過(guò)程等。為了保證生產(chǎn)在適宜的工藝條件下進(jìn)行，必

40、須控制物料帶入或帶出體系的能量，控制能量的供給速率和放熱速率。為此，需要對(duì)各生產(chǎn)體系進(jìn)行能量衡算。能量衡算對(duì)于生產(chǎn)工藝條件的確定、設(shè)備的設(shè)計(jì)是一種不可缺少的化工基本計(jì)算?；どa(chǎn)的能量消耗很大，能量消耗費(fèi)用是化工產(chǎn)品的主要成本之一。衡量化工產(chǎn)品能量消耗水平的指標(biāo)是能耗，即制造單位質(zhì)量（或單位體積）產(chǎn)品的能量消耗費(fèi)用。能耗也是衡量化工生產(chǎn)技術(shù)水平的主要指標(biāo)之一。而能量衡算可以為提高能量利用率、降低能耗提供主要依據(jù)。物流焓的基準(zhǔn)狀態(tài)包括物流的基準(zhǔn)壓強(qiáng)、基準(zhǔn)溫度、基準(zhǔn)相狀態(tài)，熱量衡算的文字表達(dá)式為：輸入系統(tǒng)的能量=輸出系統(tǒng)的能量+系統(tǒng)積累的能量對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)，系統(tǒng)積累的能量為0，所以有Q + W =

41、Hout - HinQ系統(tǒng)的換熱量，即與加熱劑或冷卻劑的換熱量W輸入系統(tǒng)的機(jī)械能Hin進(jìn)入系統(tǒng)的物料的焓Hout離開系統(tǒng)的物料的焓4.1 單元設(shè)備熱量衡算在物料衡算的基礎(chǔ)上，利用流程模擬軟件Aspen plus進(jìn)行熱量衡算，結(jié)果如下：4.1.1 甲苯甲醇烷基化反應(yīng)器1表4.1甲苯甲醇烷基化反應(yīng)器1負(fù)荷計(jì)算表Heating DutyHeat duty/kW-1871.682Q= -1871.682kW表4.2甲苯甲醇烷基化反應(yīng)器1焓變計(jì)算表流入物流流出物流Temperature C460460Pressure MPa0.10.1Vapor Frac11Mole Flow kmol/hr618.6

42、611647.1058Mass Flow kg/hr30785.5530785.55Volume Flow cum/sec10.4540710.93489Enthalpy Gcal/hr-12.1252-13.7346H/kW-14101.69-15973.36表4.3甲苯甲醇烷基化反應(yīng)器1能量平衡表Q總/kWW總/kWHin/kWHout/kWError-1871.6820-14101.69-15973.363.48E-074.1.2 甲苯甲醇烷基化反應(yīng)器2表4.4甲苯甲醇烷基化反應(yīng)器2負(fù)荷計(jì)算表Heating DutyHeat duty/kW-565.1241Q= -565.13kW表4.

43、5甲苯甲醇烷基化反應(yīng)器2焓變計(jì)算表流入物流流出物流Temperature C460.0032490Pressure MPa0.10.1Vapor Frac11Mole Flow kmol/hr848.172869.716Mass Flow kg/hr39689.136689.1Volume Flow cum/sec14.3342115.30414Enthalpy Gcal/hr-19.02568-1907428H/kW-22395.74-22960.88表4.6甲苯甲醇烷基化反應(yīng)器2能量平衡表Q總/kWW總/kWHin/kWHout/kWError-565.130-22395.747-2296

44、0.88-1.49E-074.1.3 層析器表4.7 層析器負(fù)荷計(jì)算表Heating DutyHeat duty/kW-2204.453Q= -2204.454kW表4.8 層析器焓變計(jì)算表流入物流1流出物流1流出物流2Temperature C502020Pressure MPa0.10.120.12Vapor Frac000Mole Flow kmol/hr819.7283499.5138320.2145Mass Flow kg/hr37955.969891.08728058.85Volume Flow cum/sec0.0119130.0033920.008886Enthalpy Gca

45、l/hr-35.3341-33.6314-3.59917H/kW-41093.52-39112.15-4185.818H/kW-47808.62-43297.99表4.9層析器能量平衡表Q總/kWW總/kWHin/kWHout/kWError -2204.4540-47808.62-43297.8183.63E-014.1.4 甲醇塔表4.10 甲醇塔負(fù)荷計(jì)算表CondenserReboilerHeat duty/kW-7226.2397362.945Q=1366.888kW表4.11 甲醇塔焓變計(jì)算表流入物流1流出物流1流出物流2Temperature C8079.08966106.617P

46、ressure MPa0.120.10.12Vapor Frac000Mole Flow kmol/hr63.15018249.7569249.7567Mass Flow kg/hr989.81455397.6514499.44Volume Flow cum/sec0.0031130.0017810.001372Enthalpy Gcal/hr-33.01964-16.13695-16.76538H/kW-38402.09-18767.27-19498.145H/kW-38402.09-38265.41表4.12 甲醇塔能量平衡表Q總/kWW總/kWHin/kWHout/kWError1366

47、.8880-39632.29-38265.41-1.16E-024.1.5 PX精制塔表4-13 PX精制塔負(fù)荷計(jì)算表CondenserReboilerHeat duty/kW-6777.1467250.402Q=1301.455kW表4.14 PX精制塔焓變計(jì)算表流入物流1流出物流1流出物流2流出物流3Temperature C8581.581.5145.0105Pressure MPa0.120.10.10.12Vapor Frac0100Mole Flow kmol/hr320.21456.75361118.46607128.0858Mass Flow kg/hr2806.12317.4

48、39714142.8713598.53Volume Flow cum/sec0.0095850.0541840.004780.005052Enthalpy Gcal/hr-2.81494-0.21308-2.19417-0.000767H/kW-3273.77-247.812-2551.82-0.892338H/kW-3521.589-2552.712表4.15 PX精制塔能量平衡表Q總/kWW總/kWHin/kWHout/kWError1301.4550-3854.167-2552.7125.13E-25 設(shè)備選型及計(jì)算5.1 甲苯甲醇烷基化反應(yīng)器1的工藝計(jì)算通過(guò)前面動(dòng)力學(xué)分析及查閱相關(guān)文獻(xiàn)現(xiàn)確定以下設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：反應(yīng)溫度T=460，反應(yīng)壓力P=0.1MPa，甲苯，甲醇單釜質(zhì)量空速取1h-1；ZSM-5催化劑堆積密度p=0.68g/cm3，