4萬噸環(huán)己烷過程工藝設(shè)計_開題報告

1、畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題目： 年產(chǎn)4萬噸環(huán)己烷過程工藝設(shè)計 課 題 類 別： 設(shè) 計 學 生 姓 名： 學 號： 班 級： 專業(yè)（全稱）： 化學工程與工藝指 導 教 師： 2011年3月一、 本課題設(shè)計（研究）的目的：環(huán)己烷是一種重要的有機化工原料。它無色、易流動、有刺激性氣味, 主要用作生產(chǎn)環(huán)己醇、環(huán)己酮、聚己內(nèi)酰胺和聚己二酰己二胺等產(chǎn)品, 是纖維素醚、樹脂、蠟、油脂、瀝青和橡膠的優(yōu)良溶劑。工業(yè)上生產(chǎn)環(huán)己烷的方法可分為兩類: 苯加氫法和石油烴餾分的分餾精制法。苯加氫法是環(huán)己烷的主要合成方法。自20 世紀50 年代以來, 隨著石油化工、合成纖維及塑料工業(yè)的發(fā)展, 苯加氫制備環(huán)己烷的生產(chǎn)工藝也

2、得以開發(fā)。環(huán)己烷最初是通過原油蒸餾直接分離獲得，其純度為85。美國亨布爾石油公司和菲利浦石油公司通過使輕質(zhì)餾分油中甲基環(huán)戊烷異構(gòu)化，將環(huán)己烷純度提高到99。進入60年代，隨著聚酰胺生產(chǎn)的發(fā)展，對環(huán)己烷需要量迅速增長，用原油分離獲得的環(huán)己烷無論在數(shù)量上或質(zhì)量上都不能滿足要求，因此用苯為原料加氫生產(chǎn)環(huán)己烷的方法得到迅速發(fā)展。迄今，8085的環(huán)己烷均由苯加氫制得。苯加氫是強放熱反應(yīng)，反應(yīng)常在一定壓力下進行： 苯可單程完全轉(zhuǎn)化，并獲得高純度的環(huán)己烷。加氫過程要求用非常純的苯為原料(苯中的含硫量在1ppm以下），則具有較好的經(jīng)濟效果。 苯加氫制環(huán)己烷的工業(yè)生產(chǎn)方法很多，所用催化劑的類型、反應(yīng)操作條件、反

3、應(yīng)器形式等各不相同，關(guān)鍵在于確保苯完全加氫的同時，及時移出反應(yīng)熱，控制反應(yīng)溫度及停留時間，限制環(huán)己烷異構(gòu)成甲基環(huán)戊烷。加氫方法可分為液相法和氣相法兩類。工藝方法不同，條件控制不同，則得到的最終產(chǎn)量亦不同。 本設(shè)計采用苯加氫法生產(chǎn)環(huán)己烷，根據(jù)現(xiàn)有的工廠工藝，參考所學基本知識，查閱相關(guān)工藝資料，進一步改造工藝流程以提高環(huán)己烷的產(chǎn)率和經(jīng)濟效益。二、設(shè)計（研究）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（文獻綜述）： 環(huán)己烷是一種有汽油氣味的無色流動性液體，沸點80.7，凝固點6.55，易揮發(fā)和燃燒，不溶于水，可與乙醇、乙醚、丙酮、苯等多種有機溶劑混溶。主要用于制備環(huán)己醇和環(huán)己酮，也用于合成尼龍6。在涂料工業(yè)中廣泛用作溶劑。是樹

4、脂、脂肪、石蠟油類、丁基橡膠等的極好溶劑?？捎墒宛s分中回收或苯經(jīng)氫化制得。本設(shè)計由苯加氫得到環(huán)己烷。苯加氫生產(chǎn)環(huán)己烷有兩種方法：氣相法和液相法。雖然美國杜邦公司早已開發(fā)成功氣相加氫工藝,但大多數(shù)工廠仍采用液相加氫工藝,例如美國的Uop公司,法國石油研究所(IFP)等。氣相法的優(yōu)點是催化劑與產(chǎn)品分離容易,所需反應(yīng)壓力也較低,但設(shè)備多而大,投資費用比液相法高，經(jīng)濟效益較低。工藝的選擇很重要，隨著研究的不斷進展，環(huán)己烷生產(chǎn)工藝在不斷地改進，因此系統(tǒng)的對生產(chǎn)工藝相關(guān)問題加以了解和研究是非常有必要的。本綜述擬對地環(huán)己烷的生產(chǎn)技術(shù)、工藝過程、發(fā)展動態(tài)加以歸納整理，并對如何發(fā)展我國的環(huán)己烷工藝生產(chǎn)過程提一

5、些建議，為環(huán)己烷的合成設(shè)計和經(jīng)濟效益的提高打好基礎(chǔ)。2.國內(nèi)外市場分析：環(huán)己烷 ，別名六氫化苯，一般用作一般溶劑、色譜分析標準物質(zhì)及用于有機合成，主要(占總產(chǎn)量90%以上)用來生產(chǎn)環(huán)己醇、環(huán)己酮及己二酸,后三者是制造尼龍-6和尼龍-66的重要原料。而尼龍中的主要品種是尼龍6和尼龍66二者占據(jù)了絕對主導地位。尼龍的改性品種數(shù)量繁多，可滿足不同特殊要求，廣泛用作金屬，木材等傳統(tǒng)材料代用品，作為各種結(jié)構(gòu)材料。尼龍是最重要的工程塑料，產(chǎn)量在五大通用工程塑料中居首位。由于尼龍具有很多的特性，因此，在汽車、電氣設(shè)備、機械部構(gòu)、交通器材、紡織、造紙機械等方面得到廣泛應(yīng)用。據(jù)以上分析，由于環(huán)己烷上游產(chǎn)品需求較

6、大，且不可替代，故環(huán)己烷在未來相當長的時間內(nèi)，需求仍然較大，仍然會得到相關(guān)科研機構(gòu)或公司的研究支持投入，其工藝必然會走向高效化 經(jīng)濟化及產(chǎn)業(yè)化。因此，環(huán)己烷生產(chǎn)工藝必然是攻堅的重點。3.合成環(huán)己烷工藝發(fā)展歷程 由苯加氫生產(chǎn)環(huán)己烷的工藝路線較多 ，根據(jù)反應(yīng)條件的不同, 可分為氣相法、液相法兩大類。各類方法中又因采用的技術(shù)和催化劑等的不同, 形成多種不同的工藝路線。下面簡短的介紹各合成方法。 3.1 UOP法 該法由英國環(huán)球油品公司開發(fā), 是最早實現(xiàn)工業(yè)化的方法日。目前, 在世界各地運行著十幾套采用此工藝的生產(chǎn)裝置, 是氣相法中應(yīng)用最多的一種工藝路線。 UOP法工藝采用三臺固定床絕熱式反應(yīng)器串聯(lián),

7、 催化劑最初是使用以鋰鹽為促進劑的鉑金屬催化劑, 現(xiàn)在改用鎳催化劑。采用該法工藝的一般裝置生產(chǎn)能力為2.5萬噸/年,生產(chǎn)能力較小。工藝如下：3.2 Bexane 法 該法由荷蘭DSM stamicarbon公司開發(fā)。工藝使用列管式反應(yīng)器, 器內(nèi)裝有貴金屬鉑催化劑, 以三氧化二鋁為載體。目前世界上有3套采用此工藝的工業(yè)裝置在運行。 但限制是對原料苯中水含量要求高 , 氫氣中氧含量也須加以限制, 以防止催化劑中毒。工藝如下：3.3 ARCO 法ARCO 法的工藝過程與Bexane 法大體相似。不同之處在于多了一個苯蒸發(fā)器, 并且，循環(huán)器的比例較低。3.4 Houdry 法 此法與UOP 法基本相似

8、, 也采用絕熱式固定床反應(yīng)器。苯多段進人反應(yīng)器, 氫碳摩爾比為2。英國和西班牙分別建有生產(chǎn)能力為10萬噸的生產(chǎn)裝置。3.5 氣液兩段加氫法 該法由法國石油研究院(IFP)開發(fā).使用兩個串聯(lián)的反應(yīng)器, 生產(chǎn)高純度的環(huán)己烷。主反應(yīng)器為移動床液相加氫,副反應(yīng)器為固定床氣相加氫,產(chǎn)品環(huán)己烷純度大于99。6 目前, 世界上有,20多套裝置采用該法進行苯加氫生產(chǎn)環(huán)己烷, 總生產(chǎn)能力己超過140萬噸。以下為其工藝圖： 該法的氣液兩段加氫法其主反應(yīng)器采用液相加氫, 物料外循環(huán)換熱, 容易排除大量的反應(yīng)熱, 反應(yīng)器溫度易于控制, 無“ 熱點” 和“ 飛溫” 現(xiàn)象。副反應(yīng)器采用固定床氣相加氫, 因無“ 回混” 現(xiàn)

9、象發(fā)生, 所以,在反應(yīng)器出口可得到高純度的環(huán)己烷產(chǎn)品。并且, 由于進入副反應(yīng)器的物料中苯含量較低, 發(fā)生的反應(yīng)熱較少, 因而容易排出。另外, 就反應(yīng)器的規(guī)模來看, 該法也具有明顯的優(yōu)勢。我國遼陽石油化纖公司即是采用此工藝路線生產(chǎn)環(huán)己烷, 最近, 新加坡將投資6億美元, 建設(shè)一套使用該技術(shù)的環(huán)己烷生產(chǎn)廠, 生產(chǎn)能力為18萬噸/年。在各種苯加氫工藝路線中,該法效率最高, 在技術(shù)上具有明顯的優(yōu)勢, 被世界各國廣泛采用。4. 苯加氫制備環(huán)己烷工藝現(xiàn)狀分析根據(jù)反應(yīng)條件的不同, 苯加氫法生產(chǎn)環(huán)己烷可分為液相法和氣相法兩大類。4.1 氣相法苯加氫制備環(huán)己烷氫氣和苯混合后送入熱交換器加熱蒸發(fā)呈氣相, 氫氣和苯

10、的物質(zhì)的量比為3158 ?；旌蠚怏w在200250 下通入裝有具有高溫特性催化劑的第一段多管反應(yīng)器, 再在160 左右通入裝有低溫特性催化劑的第二段多管反應(yīng)器, 反應(yīng)熱用管外冷卻劑吸收除去。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷凝后, 經(jīng)分離器除去未反應(yīng)氫氣即得產(chǎn)品環(huán)己烷。氣相苯加氫工藝特點是, 氣相苯加氫工藝混合均勻, 轉(zhuǎn)化率和收率均很高, 但反應(yīng)激烈, 易出現(xiàn)“飛溫”現(xiàn)象, 操作上不易控制。氣相苯加氫法典型工藝有: Bexane 、ARCO、UOP、Houdry 和Hytoray 法等。因氣相法要求高溫高壓，條件苛刻較難控制，能耗較高，目前人們研究較多的是液相法催化苯加氫制環(huán)己烷，希望盡量簡化反應(yīng)條件。4.2 液相法

11、苯加氫制備環(huán)己烷 液相法工藝一般為：將氫氣與液體苯分別送入裝有固體催化劑的主反應(yīng)塔，主反應(yīng)塔的流出產(chǎn)物通入裝有催化劑的固定床補充反應(yīng)塔，然后經(jīng)冷凝、閃蒸，最后將閃蒸液送入穩(wěn)定塔（閃蒸氣體可循環(huán)回主反應(yīng)塔），塔底產(chǎn)物即為環(huán)己烷。與氣相法相比，液相苯加氫工藝特點是反應(yīng)較穩(wěn)定、緩和, 易控制，并且轉(zhuǎn)化率和收率也很高，液相法典型工藝有IFP 法、BP 法和Arosat 法2。從節(jié)能降耗、保護環(huán)境的角度出發(fā)，液相法是苯加氫生產(chǎn)環(huán)己烷的主流發(fā)展趨勢，其中尤以IFP 法為代表。5.結(jié)論 綜上所述, 由苯加氫生產(chǎn)環(huán)己烷具有多種工藝路線, 能否設(shè)計出合理的工藝來獲得高純度的環(huán)己烷產(chǎn)品并排出大量的反應(yīng)熱,是工業(yè)化

12、的關(guān)鍵所在。 氣液兩段加氫法集氣相法與液相法的優(yōu)點于一身, 成為最有競爭力的一種工業(yè)化方法。新型催化劑的開發(fā)和使用,使該工藝技術(shù)更趨領(lǐng)先地位。有關(guān)的科研與開發(fā)主要集中在新催化劑和新工藝的研究上, 目的是節(jié)約能源和提高經(jīng)濟效益。同時，國產(chǎn)苯加氫均相催化劑性能優(yōu)于的同類催化劑, 處于世界領(lǐng)先地位。我國的環(huán)己烷生產(chǎn)技術(shù)也有了較大的發(fā)展。 三、設(shè)計（研究）的重點與難點，擬采用的途徑（研究手段）： 本設(shè)計擬采用改進的汽液兩段加氫法生產(chǎn)環(huán)己烷，反應(yīng)在兩串聯(lián)的反應(yīng)器中進行。前者鼓泡床反應(yīng)器，有利于利用均相催化劑進行液相苯加氫反應(yīng)；后者固定床反應(yīng)器，有利于利用LD143催化劑進行氣相苯加氫反應(yīng)。由于為強放熱反

13、應(yīng)，反應(yīng)器型式的選擇應(yīng)考慮有利于散熱。 工藝流程方塊圖反應(yīng)條件： 氫/苯（摩爾比）：3.46, 氫氣過量以使苯100%轉(zhuǎn)化為環(huán)己烷;主反應(yīng)器：溫度 180200， 壓力 2.68Mpa，苯轉(zhuǎn)化率95% ;后反應(yīng)器: 溫度 190231， 壓力 2.60Mpa. 分離流程方塊圖為了提高環(huán)己烷的收率，實際工藝中分離分兩級進行，第二級采用低溫。根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)物各組分濃度和沸點，脫輕組分塔和脫重組分塔一定壓力操作，泡點進料。低溫冷凝器采用低溫水作冷凝劑。改進的工藝流程具體如下：此工藝改進后的創(chuàng)新點： 1.通過改變工藝參數(shù)，提高了產(chǎn)品的純度。 2.尾氣得到較徹底的處理，通過燃燒，減少有害氣體對大氣的污染，適

14、應(yīng)了日益嚴格的環(huán)保要求。3.充分利用熱量，實現(xiàn)了熱能的循環(huán)回用，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的要求。目前，我已學習了本學科大學所有理論課程，基本掌握了公共基礎(chǔ)課程以及專業(yè)課程的內(nèi)容，并且認真完成了化工原理認識實習、化工原理課程設(shè)計、化工專業(yè)認識實習、化工專業(yè)生產(chǎn)實習以及畢業(yè)實習。通過相關(guān)文獻的搜集研究，我已基本了解了環(huán)己烷的現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)及發(fā)展動態(tài)和主要的生產(chǎn)工藝方法。本次設(shè)計的指導教師李江勝老師具有多年的化工教學實踐經(jīng)驗和豐富的理論教學知識，這是本課題有序開展的有力保證。因此在堅實的理論知識、嚴格的工程訓練和雄厚的指導力量的基礎(chǔ)上，我已具備了進行本次畢業(yè)設(shè)計的能力，本次畢業(yè)設(shè)計能在規(guī)定時間內(nèi)按設(shè)計任務(wù)書的要求

15、完成。四、設(shè)計（研究）進度計劃：第1-4周：資料收集、實習；第4-6周：資料總結(jié)，撰寫開題報告；第7-11周：完成設(shè)計所明書、翻譯文獻； 第12-15周：繪制圖紙；第16周：答辯五、參考文獻：1 WangYuqing Process improvement of producing cyclohexane by benzene hydrogenation Nanjing Chemical Indust ries Co rpor at ion, Benzene Department , Nanjing 210048, China2 BENZENE HYDROGENATION ON NICKEL/HONEYCOMB CATALYSTS A. Parmaliana, A. Mezzapica, C. Crisafulli,* S. Galvagno, R. Maggiore* and N. Giordano 3 4 5 6 葉少恒.苯加氫制環(huán)己烷單元操作革新成功J.  鐘西化工廠環(huán)己酮車間.1987（5）：5153. 7 劉良紅, 等.苯加氫制備環(huán)己烷工藝進展J. 化工進展，2004（6）：673676. 8 周志明, 等.苯加氫制