年产20吨对二甲苯(px)项目建设投资可行性论证报告.doc

项目可行性分析报告 20万吨/年PX项目

项目设计说明书
年产20吨对二甲苯（px）项目

2014、3、24

目录
第一章 总论 4
1.1 项目概述 4
1.2 项目规模 4
1.3 项目依据 4
1.3.2 项目使用的专业标准规范 5
1.3.3 项目设计原则 5
1.4 研究范围 6
1.5 项目建设意义 7
1.6 项目研究结论 7
1.7 项目建设进度 8
1.8 环境要求 8
1.9 存在的主要问题和建议 8
第二章 产品分析 9
2.1 对二甲苯的性质及用途 9
2.1.1 对二甲苯的性质 9
2.1.2 对二甲苯的用途 10
2.2 二甲醚的性质和用途 10
2.2.1 二甲醚的性质 10
2.2.2 二甲醚的用途 11
2.3 C9芳烃的用途 11
2.4 供需分析 12
2.4.1 国际市场状况 12
2.4.2 国内市场状况 13
2.4.3 下游产品分析 13
第三章 建设规模 14
3.1 设计原则 14
3.2 原料辅助原料 15
3.3 动力及燃料 15
3.3.1动力及燃料的来源 15
3.3.2动力及燃料的规格及用量 15
3.4 生产规模 16
第四章 工艺技术方案 17
4.1 工艺技术发展现状 17
4.3 项目技术特色 18
4.4 工艺流程Aspen仿真模拟设计 19
4.4.1 原料甲苯精馏工段 19
4.4.2 反应与精制工段 20
4.4.3 计算说明 20
第五章 厂区选址 31
5.1 概述 31
5.3厂址选择 32
5.3.1 项目要求 32
5.3.2 厂址初步拟定 32
5.3.3 大连长兴岛工业园区概况 33
5.3.4带动周边产业，促进就业 35
5.4 选址方案的确定 35
5.4.1 政策机遇 36
5.4.2 市场机遇 36
5.4.3 行业发展机遇 36
5.4.4 地缘政治机遇 36
第六章 车间布置 37
6.1 车间布置 37
6.1.1 甲苯精馏车间 37
6.1.2 反应车间 38
6.1.3 二甲苯提纯车间 38
6.2 装置布置 38
6.2.1 布置原则 38
6.2.2 布置特点 39
6.2.3 部分设备的布置 39
6.3 管道设计 41
第七章 公用工程设计 42
7.1 公用工程初步方案与原则确定 42
7.2 厂区环境和总平面布置方案 42
7.2.1 厂区概况 42
7.2.2 厂内外运输方案 43
7.3 供电通信 43
7.3.1 设计依据 43
7.3.2 设计范围 43
7.3.3 电源状况 43
7.3.4 用电负荷及全厂变电所 44
7.3.5 照明 44
7.3.6 电信 45
7.4 维修 46
7.4.1 设计原则 46
7.4.2 维修内容 46
7.4.3 维修方式 47
7.5 给水排水 48
7.5.1 概述 48
7.5.2 设计依据 48
7.5.3 设计范围和原则 49
7.5.4 给水系统设置 49
7.5.5 排水系统设置 52
7.6 消防设计 53
7.6.1 设计依据 53
7.6.2 消防设计的方针 53
7.6.3 设计采用的国家及行业标准 53
7.6.4 本厂主要危险物 54
7.6.5 事故可能性与危险性分析 55
7.6.6 消防安全措施 56
7.6.7 厂区消防系统 57
7.7 采暖与通风 58
7.7.1 设计依据 58
7.7.2 采暖通风设计方案 58
第九章 节能 60
9.1 节能措施 60
9.2 节能的意义 61
9.3 节能减排，绿色经济 61
第十章 总结 63

第一章 总论
1.1 项目概述
PX项目，指的是二甲苯化工项目。PX是para-xylene的缩写，中文学名“对二甲苯”，是一种液态存在、无色透明、气味芬芳的芳烃类化合物。PX（对二甲苯）用于生产塑料、聚酯纤维和薄膜。在中国，人们反对PX项目，甚至谈PX色变的根本原因，是认为PX项目不但造成环境的污染，而且PX本身还具有很强的致癌性，严重危及人的健康。根据《全球化学品统一分类和标签制度》和《危险化学品名录》，在美国、澳大利亚等很多国家，PX不算危险化学品。
对二甲苯(PX)是一种重要的有机化工原料，用它可生产精对苯二甲酸(PTA)或对苯二甲酸二甲酯(DMT)，PTA或DMT再和乙二醇反应生成聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，即聚酯，进一步加工纺丝生产涤纶纤维和轮胎工业用聚酯帘布。中国石化产业界一直有PX“事关穿衣吃饭”的说法。这源于服装面料有70%都是化纤的，而化纤的主要构成物质就是PX作为原料生产的聚酯涤纶。“一万吨芳烃生产的聚酯化纤面料，抵得上15万亩棉田的棉花。”
1.2 项目规模
根据国家在“十二五”中提出的要求，秉承合理投资、可持续发展的原则，结合市场需求和产品性质以及企业自身实际情况考虑，经过可行性研究和调查后，确定设计年产20万吨PX项目。
1.3 项目依据
1.3.1 厂区概况
本项目选址于大连长兴岛石油化工园区。长兴岛石油化工园区位于大连长兴岛临港工业区内，规划范围77.1平方公里，包括西中岛石化区和长兴岛石化区两部分。园区港口条件优越、水陆交通便利、水资源丰富、电力供应充足、土地利用和发展空间大。厂区分为生产区、储罐区和行政办公区，建有变电站、维修室、化验室、中控室、消防站等完善的公用和辅助工程设施。
1.3.2 项目使用的专业标准规范
《中华人民共和国安全生产法》 ；
《建设项目（工程）劳动安全卫生监察规定》原劳动部第3号令（1996）；
《工业企业设计卫生标准》（GBZ1-2010）；
《工作场所有害因素职业接触限值》（GBZ2.2-2007）；
《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）；
《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）；
《建筑物防雷设计规定》（GB50057-2010）；
《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058-92）；
《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》（SH3063-1999）；
《化工企业安全卫生设计规定》（HG20571-95）；
《压力容器安全技术监察规程》（1999年版）；
《压力管道安全管理与监察规定》劳动部发[1996]140号；
《建筑照明设计标准》（GB50034-2004）；
《工业粉尘排放标准执行》（GB16297-1996）；
《工业企业厂界噪声标准执行》（GB12348-2008）；
《污水综合排放标准执行》（GB8978-1996）；
《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）；
《危险废物焚烧污染控制标准》（GB18484-2001）；
《化工建设项目可行性研究投资估算编制办法》（国家石化局（1999）第195号文）。
1.3.3 项目设计原则
（1）项目建设遵守国家的各项政策、法规和法令，符合国家的产业政策、投资方向及行业和地区的规划，贯彻有关部门的颁发标准和规范合理安排建设周期，严格控制工程建设项目的生产规模和投资；
（2）采用成熟而先进可靠的工艺生产技术，确保操作运行稳定、能耗低、三废排放少、产品质量好；
（3）产品生产和质量指标符合国家及地方颁发的各项相关标准；
（4）充分依托化工园区现有条件和发展形势，有效地控制工程总投资，加快建设进度，降低产品的生产成本，以使本项目达到较好的经济效益；
（5）在保证工艺生产安全、可靠的前提下，尽可能利用国产化的设备、材料，并控制投资在合理范围内；
（6）为减小一次投资规模，活跃资金周转，采用滚动建设原则，即一次规划，分期建设；
（7）牢固树立“预防为主，安全第一”的思想，确保建设工程项目的安全实施，切实落实“三同时”的规定，坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，确保工程施工安全和施工质量；
（8）遵循现行防火、安全卫生及劳动保护等有关规范，确保本项目在投产后能安全稳定生产，保障劳动者在劳动过程中的健康和安全；
（9）重视环境保护、安全和工业卫生，设计中选用清洁生产工艺，三废治理、消防、安全、劳动保护措施必须与主体装置同时设计、同时建设、同时投运，污染物的排放必须达到规定的指标，并保证工厂安全运行和操作人员的健康不受损害；
（10）综合考虑经济效益和可持续发展，改进工艺、技术，节能减排，循环利用，最大限度减少对环境的污染；
（11）坚持“社会经济效益、环保效益和企业经济效益并重”的原则，按照国民经济和社会发展的长远规划，行业、地区的发展规划，在项目调查、选择中对项目进行详细全面的论证。
1.4 研究范围
本项目目前已进行了较为深入的可行性研究，研究工作范围包括：产品的市场需求、产品建设规模及方案、工艺路线及设备选择、自动化控制方案、原料辅助材料及动力供应、建厂条件、公用工程及辅助设施、节能节水减排措施、“三废”处理及环境保护措施、安全消防及劳动保护措施、项目实施规划、投资估算及资金来源、产品成本及经济效益等方面进行研究。在研究的基础上对项目的建设做出评价结论，为审批该项目提供决策依据。
1.5 项目建设意义
（1）符合国家相关政策的支持
本项目符合国家相关产业政策要求，属国家发改委《产业结构调整指导目录（2011年本）》修正版中第一类“鼓励类”中第十一条“石化化工”项目。该项目的实施，可进一步带动国内同行业工艺技术水平的提高，推动区域内化工、运输等相关行业发展；同时也有利于改善国内PX市场供求状况，减少相关产品进口，降低对外依存度。
（2）进一步繁荣经济、带动地方经济的发展
由于该项目生产的基础化工原料关联度高、对下游产业具有很大的带动作用，能很好地产生“榕树效应”。该项目的建设将对园区及当地的经济发展起到强有力的带动作用，丰富了一体化项目的产品结构，为长兴岛工业园区内中下游化工企业提供了原料，更加紧密了总厂与中下游企业的联系，带动当地石化工业的复苏，拉长石化产业链，促进地方经济均衡发展，有助于提高大连长兴岛石油化工园区的经济结构和知名度，为大连市的经济发展做出贡献。
1.6 项目研究结论
（1）采用的工艺技术先进、可靠国家重点鼓励发展有市场前景，有较高技术含量和形成新的经济增长点有可持续发展的项目，建设本装置可以为国家节约大量外汇，带动对二甲苯相关产业生产的发展，同时生产的对二甲苯产品可以满足国内市场的需求，符合国家产业政策；
（2）本项目原料、燃料供应有可靠的保证，用水供应有保证，交通运输方便，建厂条件优越；
（3）本项目的建设将促进大连市的经济发展，临近海港，能加强当地工业产品的进出口贸易实力；
（4）本项目投资收益良好，能高于目前社会资金平均投资回报率。
综上所述，本项目在充足的原料提供、优越的运输环境和建厂条件、良好的投资回
64

报率、与国际步伐接轨的工艺水平和国家完善的建设机构、鼓励措施的条件下，采用的工艺技术先进，原料落实，会给企业带来较好的经济效益和良好的社会效益。
所以，本项目的建设不仅是可行的，也是必要的。
1.7 项目建设进度
本项目建设周期分为建设前期工作、可行性研究、设计工作、建设等阶段，时间为两年，其中建设前期工作和设计工作需一年时间。并根据实际情况，对施工和设备的验收、发运、运输以及设备的安装都作出适当的调整，保证合理交叉进行。
1.8 环境要求
尽量采取可行的措施减少此生产系统对环境的不利影响，并对排出的污染物提出合理的治理方案。
1.9 存在的主要问题和建议
（1）本项目生产原料多为易燃易爆危险物质，在生产过程中存在火灾、爆炸、腐蚀等危险有害因素。因此，本项目的建设应根据其生产原料和产品的特殊物理化学性质，在工程设计、工程施工、环境保护、安全卫生、生产管理等方面必须严格按规范进行，以确保建设及生产的安全性；
（2）设计过程中虽然尽可能多的利用现有成熟工艺和设备，但对各种潜在的不确定性尚未考虑全面；
（3）本设计绿色环保，符合目前的经济发展模式，需要各级政府给予更多的支持，并在税收等政策上提供优惠，使本项目早日实现较好的经济效益和社会效益。
第二章 产品分析
2.1 对二甲苯的性质及用途
2.1.1 对二甲苯的性质
对二甲苯为无色液体，熔点13.263℃，沸点138.37℃，闪点27.2℃。相对密度（20/4℃）0.8611，（25/4℃）0.8610，折射率（nD25）1.4958，（nD21）1.5004。在低温时成无色片状或棱柱体结晶。可与乙醇；乙醚；丙酮和苯混溶，不溶于水。爆炸极限1%-6%（体积）。对二甲苯物理性质如下表所示：
表2-1 对二甲苯物理性质一览表

中文名中文名称称

对二甲苯
英文名称
1,4-Xylene；p-Dimethylbenzene
别名
1,4-二甲苯
CAS号
106-42-3
分子式
C8H10
外观与形状
无色透明液体，有类似甲苯的气味
相对分子质量
106.16
危险性类别
7(易燃液体）
熔点(℃)
13.263
沸点（℃）
138.37
相对密度
d(20，4)=0.8611
折光度n
1.49582
闪点(℃)
27.2
临界温度(℃)
343
爆炸下限(%)
1.1
爆炸上限(%)
7.0
稳定性
稳定
毒性类别
属低毒类
溶解性
可与乙醇、乙醚、丙酮和苯混溶，不溶于水
主要用途
作为合成聚酯纤维、树脂、涂料、染料和农药等的原料

2.1.2 对二甲苯的用途
主要用于制造对苯二甲酸，可用于化工及制药工业等。也是用于生产聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的重要中间体。PET纤维又称聚酯纤维或涤纶纤维，是一种常用的化学合成纤维。PET树脂是一种重要的透明塑料原料，用于生产饮料、食用油脂包装，平板显示器基材，车用和建筑用太阳膜等等。
2.2 二甲醚的性质和用途
2.2.1 二甲醚的性质
二甲醚是一种无色、具有轻微醚香味的气体，具有惰性、无致癌性但有神经毒性。还具有优良的混溶性，能同大多数极性和非极性有机溶剂混溶。在100ml水中可溶解3.700ml二甲醚气体，且二甲醚易溶于汽油、 四氯化碳、丙酮、氯苯和乙酸甲酯等多种有机溶剂，加入少量助剂后就可与水以任意比互溶。其燃烧时火焰略带亮光。
表2-2 二甲醚物理性质一览表

中文名称

二甲醚
英文名称
methyl ether；dimethyl ether
别名
甲醚
CAS号
115-10-6
分子式
C2H6O
外观与形状
无色、具有轻微醚香味的气体
相对分子质量
46.07
危险性类别
易燃气体
熔点(℃)
-138.5
沸点（℃）
-24.9
饱和蒸汽压
0.51（20℃）
临界温度(℃)
127
闪点(℃)
-41
引燃温度(℃)
235
稳定性
稳定
毒性类别
属低毒类
溶解性
可溶于水，可与多数有机溶剂互溶
主要用途
作为甲基化剂用于生产硫酸二甲酯
2.2.2 二甲醚的用途
主要作为甲基化剂用于生产硫酸二甲酯,还可合成N,N-二甲基苯胺、醋酸甲酯、醋酐、亚乙基二甲酯和乙烯等;也可用作烷基化剂、冷冻剂、发泡剂、溶剂、浸出剂、萃取剂、麻醉药、燃料、民用复合乙醇及氟里昂气溶胶的代用品。
2.3 C9芳烃的用途
2.3.1 生产C9芳烃石油树脂
由于C9芳烃组成非常复杂，能够容易分离的组分只有苯乙烯、双环戊二烯、乙烯基甲苯和茚等，成熟而适用的利用方法是不分离，直接用其混合组分聚合生产芳烃石油树脂。目前，C9芳烃主要用于生产C9芳烃石油树脂，采用适当工艺合成的C9芳烃树脂可广泛用于涂料、油漆、橡胶及轻工行业，残余的混合芳烃可作为生产涂料的溶剂，这样可使C9芳烃的总利用率达到90%以上。
2.3.2 生产芳烃溶剂油
溶剂油是五大类石油产品之一，用途十分广泛。按化学结构分，溶剂油可分为链烷烃、环烷烃和芳香烃3种。目前，全世界有机溶剂中约有30%为石油类溶剂，其中C9及C9以上高沸点芳烃溶剂油约占1418%，需求量已达800 kt/a。C9芳烃的沸点比常用的苯、甲苯、二甲苯要高，挥发慢，溶解力强，对合成树脂有很好的溶解性能。国外石油公司利用乙烯装置副产物C9芳烃原料生产高沸点溶剂油，广泛应用于涂料、印刷油墨、精密机械清洗剂及农药乳化剂等领域。我国高沸点芳烃溶剂油的市场前景广阔，国内生产厂家基本上是利用芳烃抽提装置抽提出芳烃，分离出苯、甲苯和二甲苯后的残余物，即重芳烃，经白土精制后产出重芳烃溶剂油。
2.3.3 生产混合二甲苯
甲苯和加氢C9芳烃可以选择性歧化生产二甲苯，甲苯是一种工业利用率相对较低的原料，选择性歧化就是只转化为苯和二甲苯。甲苯歧化和烷基转移生产的二甲苯在工业生产中也有重要应用。我国混合二甲苯消费构成情况大致为油漆、涂料、染料等，约占混合二甲苯总消费量的49%，有机合成材料占20%，农药占15%，其他产品占16%。混合二甲苯根据产品中芳烃组分含量的不同分为溶剂级和异构级，溶剂级二甲苯可以生产溶剂、航空汽油的添加剂、农药、油漆及印刷油墨等。油漆是我国消耗混合二甲苯最多的产品，随着我国汽车工业、家用电器等产量的增加，对油漆的需求尤其是高档漆的需求有较大增长，对溶剂级混合二甲苯的需求也会相应增加。
2.4 供需分析
2.4.1 国际市场状况
1998年以来,由于对二甲苯生产过剩、市场萧条等原因，致使对二甲苯售价持续下滑，生产商获利十分微薄。DeWitt公司调查表明，2000年生产商几乎没有盈利,有些甚至出现亏损。主要原因是PTA价格疲软，导致对二甲苯开工率降至80%~85%。
在中东,较低的原料成本增强了对二甲苯生产商的产品竞争力，工厂开工率接近100%，大多数产品出口到亚洲。分析家说，该地区规划的新增生产能力可能将导致其产品向欧洲出口。
在欧洲,虽然生产商也面临着原材料高成本所导致的利润下降，但强劲的PTA和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)市场已使对二甲苯市场走出了低谷。大多数生产装置2000年的开工率都为80%，生产商计划在2001年都维持这一水平。
在北美和南美,对二甲苯需求增长良好,特别是在南美,PET树脂市场的渗透促使对二甲苯需求的增长。从1997年起,南美的年增长率均为10%~12%,北美的需求稳定增长。但随着亚洲生产能力增强,该地区的对二甲苯和PTA出口量有下降的趋势,因此影响了对二甲苯的需求量。1997-2002年,北美的需求年增长率为3%。预计到2002年为止,生产能力的增长将仍会继续超过需求的增长,从而影响对二甲苯的价格和利润。2002年前,美国的开工率不会超过70%,除非美国和亚洲宣布新的停产,这样就能增加出口机会。
在全球范围内,对二甲苯是供大于求,新增生产能力还会加剧这一问题。不过,近几年下游聚酯产品生产能力的不断扩大,会拉动对二甲苯的需求,在一定程度上可以缓解对二甲苯供需矛盾。

2.4.2 国内市场状况
90年代以后,我国聚酯行业迅速发展,带动了国内对二甲苯生产能力和产量不断增加。由于生产能力的增长速度落后于消费的增长速度,造成国内对二甲苯供应缺口很大,每年都要从国外进口大量的对二甲苯以弥补国内生产能力的不足。但是,世界范围内的对二甲苯供需状况是供大于求。
目前,国内对二甲苯生产商一般是采用上下游加工一体化的生产模式,即生产的对二甲苯大都供给自己下游生产线作原料,将其作为商品的流通量不大。
90年代中期以后,由于我国许多聚酯装置相继建成投产,致使国内PTA生产装置满负荷、甚至超负荷运转,带动了对二甲苯需求量的急剧上升。国内对二甲苯市场出现了供不应求的局面,较长时期内,我国对二甲苯产不足需,每年都有不同数量的进口。
2.4.3 下游产品分析
对二甲苯的下游产品主要有PTA和DMT等,世界范围内用于生产PTA和DMT的对二甲苯量。很大一部分的对二甲苯用于PTA生产,并且消耗对二甲苯的量还在不断地增加。因此,PTA的供需平衡会对对二甲苯市场产生很大的影响。
近年来,我国每年都要进口相当数量的PTA,并且在近期内这种状况还很难有所改观。
目前,国内外许多企业都在积极扩建和新建PTA生产装置。为了满足聚酯业对PTA的需求,近几年将会有大批PTA装置投入生产,这必将带动国内对二甲苯需求量的不断上升。
最近,PET树脂新技术的进展可能会开辟对二甲苯的新市场。目前,PET主要被用于制造碳酸饮料瓶,但这方面的市场已经接近饱和,其消费增长减缓。但是,其他方面的需求,如PET瓶装水,在快速增长。另外,随着PET性能的改进,它将可以适用于食品包装,包括果酱、果冻、牛奶、乳制品、果汁及啤酒,等等。用PET瓶包装啤酒,为PET的应用开拓了一个巨大的潜在市场,将会使PET的全球长期消费量翻一番。总之,PET的新应用,可能会最终加速对二甲苯需求增长。

第三章 建设规模
3.1 设计原则
生产规模是指一定量生产要素。随着规模的扩大，规模报酬逐渐递减，所以要保持适度规模，这就是“适度规模经营理论”。在本项目中，生产规模过小则销售收入过低，无法实现盈利；生产规模过大，则总投资及生产成本也相应增大，可能又会导致总利润降低。因此，生产规模在一个合适的范围，才能实现项目的最大盈利。建设规模的原则要根据产业和具体厂区的特点而定，具体说来有以下几个方面：
（1）国家、地区、部分、行业的经济发展计划：考虑到经济发展计划的要求，才能保证国民经济有合理的结构，才能与国家、地区、行业的经济协调发展，取得良好的效益；
（2）石油、天然气、煤的价格：该项目所需原料丙烯来源于石油催化裂化副产，因而石油价格直接影响项目的生产成本及规模；
（3）市场的需求量：市场的需求量是产品生产的主要依据，产品滞销带来的后果要远比其他一切影响大得多；
（4）市场竞争：需明确行业的竞争趋势，了解竞争对手的发展状况，做到知己知彼；
（5）产品所处的生命周期阶段及其特征如下：
表 3-1发展生命周期阶段及其特征
序号
发展阶段
增长趋势和特征
成本
利润
1
投入期
增长率相对不稳定，新产品刚投产，开始进入市场
成本很高
<0
前期
亏损将随着产量增大而上升
成本缓慢上升
<0
后期
亏损将随着产量增大而下降
成本逐渐稳定
<0
2
成长期
增长率>10%，并大量进入市场，开始有微利市场
成本开始下降
>0
3
成熟期
增长率<10%，产量最大，销售量最多，赢利最多
成本最低
>0
4
衰退期
增长率急剧下降，产品开始陈旧化，赢利可能下降，甚至可能出现亏本
成本升高
>0/<0

（6）对于处在成长期的产品，需求在增长，可以考虑投资建厂或对原生产厂进行技术改进，以求降低生产成本、增加利润和提高产品的竞争能力，还可以根据效益的大小增加或减少产量；
（7）其他原料情况：除了甲苯与甲醇为主的原料外，还需要有其他的化工原料进行辅助生产，包括催化剂，冷剂等。其他原料的来源和价格对产品的生产也有着一定的影响，当原料来源广泛、价格便宜时，可以考虑提高我们的产品及厂区规模；
（8）资金来源：化工厂的初期建设需要大量的资金注入，因此生产规模要以能和各种渠道提供的资金数量相适应而又不影响总的经济效益为原则来确定；
（9）其他因素：土地条件、政策支持、人力资源、设备条件等其他相关因素都会对生产规模产生一定的影响，所以需要进行综合考虑。
一项新建工程的生产规模的确定涉及到多方面的原因条件，包括原料供应，产品销售，资金来源，国家政策等等方面的内容，下面将就各项进行阐述。
3.2 原料辅助原料
本项目涉及的原料及辅助原料有甲醇、甲苯、氮气、催化剂等。其中甲苯采用邻厂提供的，年消耗为20万吨，甲醇年消耗量为10万吨。所需合成催化剂采用国内外最先进的催化剂。
3.3 动力及燃料
3.3.1动力及燃料的来源
本项目位于大连长兴岛石油化工园区，项目所需的动力及燃料来着园区内完善的公用设施。
3.3.2动力及燃料的规格及用量
表3-5 动力及燃料的规格及用量表
序号
项目
年消耗量
数量
单位
1
冷却水
25877
万吨
2
中压蒸汽
16.88
万吨
3
低压蒸汽
13.53
万吨
4
氮气
480
万m3
5
仪表压缩空气
468
万m3
6
电
2162.4
万度
7
污水处理
62.4
万吨
3.4 生产规模
本项目对二甲苯工艺装置设计规模为20万吨/年对二甲苯。
以上生产规模是在广泛的市场调研基础上确定的。作为主要的有机化工产品，目前国内PX产品的市场供需存在较大缺口，随着国民经济持续、快速和健康发展，市场需求仍将持续增长，市场前景广阔；本项目所选生产工艺先进可靠，已经大量工业化实践所验证，国内也积累了多年的设计和操作经验。因此，此生产能力是有市场容量的，该生产规模是合适的。

第四章 工艺技术方案
4.1 工艺技术发展现状
从 20 世纪 70 年代开始，国内外开展了大量甲苯甲醇选择性烷基化的研究，并开发出一系列选择性烷基化工艺技术。
国外开展甲苯甲醇烷基化工艺技术的研发相对较早，GTC 技术公司的 GT -TolAlk 工艺以高硅分子筛为催化剂，采用固定床工艺，在反应温度(400～450) ℃、反应压力(0.1～0.5) MPa、临氢和水的条件下，可使产物中对二甲苯选择性大于85% 。
Mobil Oil 公司也开发了一种生产对二甲苯的烷基化工艺，该工艺采用经磷氧化物改性和蒸汽处理的 ZSM—5 分子筛催化剂，硅铝物质的量比约为 450。在反应温度 600 ℃、反应压力 0.276 MPa、n(甲苯) ∶ n(甲醇) ∶ n(H2O) ∶ n(H2) =2∶1∶6∶6 的条件下，可以实现 28% 的甲苯转化率，对二甲苯选择性大于 90%。此外，该公司还对 Pt/HZSM—5 的原位有机硅改性进行了研究，对位选择性 96.4% 。
Ghosh A K 等采用磷改性 ZSM—5 分子筛制备了烷基化催化剂，并对相关工艺进行了研究，发现在反应过程中导入水，可以提高催化剂的活性和稳定性、以及产物的选择性，运转 500 h 的催化剂没有出现骨架铝损失。在 500 ℃、n(甲苯) ∶ n(甲醇) =2∶ 1、反应过程有水导入和以氢气为载气的条件下，甲苯转化率 17% ～20%，对二甲苯选择性80% ～92% 。
自 1984 年起，大连理工大学开展了大量甲苯甲醇烷基化的研究，1985 年开发出的磷 － 混合稀土改性 ZSM—5 催化剂，可使对二甲苯选择性超过 96%，但甲苯转化率较低，只有 15%，且催化剂稳定性较差。后来又开发了镁—稀土改性 ZSM—5 催化剂，对二甲苯选择性 98%，甲苯转化率约 18%，催化剂稳定性相对较好。
中国科学院大连化学物理研究所采用流化床反应器和改性分子筛催化剂，以甲苯、甲醇为原料，在(420 ～480) ℃ 和非临氢条件下生产对二甲苯，同时副产乙烯和丙烯，甲苯转化率 20%，甲醇转化率大于 98%，对二甲苯选择性约 95%，乙烯和丙烯选择性大于 80%。
如果将甲苯甲醇烷基化工艺作为一个单元，在芳烃联合装置中与歧化单元并联使用，可以实现产品结构优化，减少低附加值苯的产量，同时增加高附加值对二甲苯的产量，而且可以副产 C1～ C5轻烃，特别是乙烯和丙烯，提高企业效益。
4.2相关反应
甲苯、甲醇烷基化生产对二甲苯的体系复杂,副反应多。本文只对甲苯、甲醇自身转化体系以及甲苯、甲醇烷基化生成二甲苯的体系进行热力学分析与计算。
(1)甲苯自身转化反应
2Tol=B+o-X
2Tol=B+m-X
2Tol=B+p-X
Tol=7C+4H2
式中:Tol为甲苯,B为苯，X为二甲苯。
(2)甲醇自身转化反应
2CH3OH=CH3OCH3+H2O
2CH3OH=C2H4+2H2O
3CH3OH=C3H6+3H2O
4CH3OH=C4H8+4H2O
CH3OH=CO+2H2
CH3OH=C+H2O+H2
2CH3OH=CO2+2H2+C
(3)甲苯和甲醇烷基化生成二甲苯的反应
Tol+CH3OH=p-X+H2O󰀁
Tol+CH3OH=o-X+H2O󰀁
Tol+CH3OH=m-X+H2O
4.3 项目技术特色
4.3.1 同等规模的反应器其生产能力增加
液相循环工艺的化学反应和产物分离过程独立进行，反应器容积利用率大。同等规模的反应器，气相循环时的催化剂溶液量为100m3，改为液相循环后催化剂溶液可增加到150m3，反应器容积利用率是气相循环时的150%。同时由于反应器中催化剂溶液量增多，即液位增高，反应物在反应器中的停留时间增长，因而使反应速率增加。综合上述两项，同等规模的反应器，改进后其生产能力可比改进前增加。
4.3.2 降低操作温度，延长催化剂寿命
产物独立分离过程，可使反应器操作温度比原工艺降低5~10℃，由于催化剂的失活速率随着操作温度的升高而加快，因此温度降低后，催化剂的使用寿命延长。此外，较低的操作温度还可减少副产物的生成量。
4.3.3 提高原料利用率，减少副产物生产
液相循环及反应器的串联操作使原料利用率提高，减少了副产物的生成量，降低了弛放气中的甲醇含量，可使原料甲醇利用率提高4%~5%。
4.4 工艺流程Aspen仿真模拟设计
4.4.1 原料甲苯精馏工段

原料甲苯精馏模拟图
4.4.2 反应与精制工段

反应与精制工段模拟草图
4.4.3 计算说明
提取Aspen plus上的物性参数，对精馏段进行手工计算和校核，然后再用KG-TOWER进行软件计算，通过比较来检查计算的正确性。物性参数如下表：
表1 精馏段物理参数
体流量Vs(m3/s)
液体流量Ls(m3/s)
气体密度ρv
(kg/m3)
液体密度ρL
(kg/m3)
物系表面张力σ(mN/m)
2.89
0.03
3.44
791.705
20.53

1.塔径的计算
精馏段塔板间距HT的选定很重要，它与塔高、塔径、物系性质、分离效率、塔的操作弹性，以及塔的安装、检修等都有关。可参照下表所示经验关系选取。
表2 板间距与塔径关系
塔径D，m
0.3～0.5
0.5～0.8
0.8～1.6
1.6～2.4
2.4～4.0
板间距HT，mm
200～300
250～350
300～450
350～600
400～600

由于
其中C由式,其中由图查取,图的横坐标为

取板间距,板上液层高度则

查史密斯关联图得0.075,

取安全系数0.6,则空塔气速为
0.69
塔径：
　按标准塔径圆整后为
塔截面积为

实际空塔气速为

2.精馏塔总有效高度的计算
2.1精馏塔有效高度为：
在进料板上下各方开一人孔，其高度为0.8m；

2.2塔附件及总高度的计算
①　 塔顶空间
为了安装人孔及破沫网，取塔顶
②　 进料板高度
安装人孔及气液相进料，所以
③　 塔底空间
假定塔底空间依储存液量停留3分钟，那么塔底液高：

取塔底液面距最下面一层板留1.0米，故塔底空间Hw=2.5m
④　 封头高度

⑤　 裙座高度
筒体高度大于10m，塔径2.2m>1m，所以采用圆柱形裙座：H=3.65m

⑥　 塔壁厚计算
取每年腐蚀1.5mm，因限制用年数为15年，年寿终了的最低
那么壁厚
故按标准，取壁厚28mm
⑦　 塔总高度

各附件高度和塔总高
R

R1、m

0.81
0.8
2.5
0.55
3.65
28
20.71
3.溢流装置计算
因塔径D=2.2m，可选用双溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。
（1）堰长：
ιW=(0.5～0.6)D，取ιW=0.55D=1.21m；
（2）溢流堰的高度hW：
选用平直堰，堰上高度how由式：
how=
由工作经验知E取为1，可满足工程生产需求，则
how=；
hW=hL-how=0.070-0.021=0.049m；
（3）弓形降液管宽度Wd和截面积Af：
由
查图得：
， ；
故Af = 0.042×AT ==0.042×3.80=0.1596㎡；
Wd =0.088×2.2=0.194m；
由θ= 验算液体在降液管中停留时间，即
θ；
故降液管设计合理。
（4）降液管底隙高度h0：
h0=
由经验，一般取=0.07～0.25m/s，取=0.20m/s ；
h0=；
故降液管底隙高度设计合理；
4.塔板布置
(1)塔板的分块
因D≥800mm，故塔板采用分块式。
（2）边缘区宽度确定：
取 ；
（3）开孔面积：
公式 计算开孔区面积Aa
==3.164㎡；
(4) 筛孔数与开孔率：
取筛孔的孔径为，正三角形排列，一般碳质的板厚为,取，故孔中心距
筛孔数 ，故筛孔数为18685个
开孔率 （在5—15范围内）
气体通过阀孔的气速为

5塔板的流体力学校核
（1）气相通过塔板的压强降
计算塔板压强降公式：
①干板压降相当的液柱高度
依据，查《干筛孔的流量系数》图，得 C0=0.772

②板上充气液层阻力：本设备分离苯和甲苯混合物，即液相为碳氢化合物，可取充气系数，有
液柱
③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
液柱
则单板压降 <0.7KPa
（2）液泛
为防止塔内发生液泛，降液管内液层高度Hd应满足
Hd≤ψ（HT+hW)
苯-甲苯物系属理想物系，取ψ=0.5，则ψ（HT+hW)=0.5×（0.45+0.049）=0.249m；
而Hd=hp+hl+hd，
板上不设进口堰，hd=0.153×（u0，）2=0.153×0.22=0.006m液柱；
Hd=0.0655+0.035+0.006=0.107m液柱＜0.219m液柱，
即Hd≤ψ（HT+hw）；
故本设计不会发生液泛现象。
雾沫夹带
按以下两式计算泛点率，即
公式1：
板上液体流径长度
板上液流面积
主要脱掉大部分的水，为正常系统，取物性系数,又查图得泛点负荷系数，将以上数值代入公式1得

计算出的泛点率在80%以下，故可知雾沫夹带量能够满足的要求。

6.塔板负荷性能图
雾沫夹带线
依下式做出，即
取泛点率为80%，计算结果为：
整理得

由式知雾沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个Ls值，依式(A)算出相应的Vs值列于本例附表中。据此，可做出雾沫夹带线（1）。
Ls/(m3/s)
0.002
0.010
0.035
Vs/(m3/s)
8.36