年产5万吨焦化粗苯精馏工艺设计样本.doc
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1、 毕 业 设 计( 届 )题目: 10万吨/年粗苯精馏工艺设计学 院 专 业 年 级 学生学号 学生姓名 指导老师 10万吨/年粗苯精馏工艺设计宁夏大学化学化工学院(化学工程和工艺)专业 届 摘要: 苯、甲苯和二甲苯(BTX)是基础有机化工原料,广泛用于合成橡胶、塑料、纤维、燃料、医药、农药和炸药生产,是一个关键化工材料。因为粗苯是一个初级化工品,成份混合而复杂,不能直接用于化工生产,也不能直接被用户最终消费,就产生了粗苯精制。粗苯精制方法有酸洗法和加氢精制法。本文依据国外优异环丁砜低温加氢精制工艺生产路线,对年生产能力为10万吨粗苯精馏工艺设计全过程进行了物料和能量衡算;对纯苯精馏塔进行了工
2、艺设计。 关键词:设计;粗苯;精馏塔100,000 tons / year benzene distillation process designAbstract:Benzene, toluene and xylene (BTX) are basic organic chemical raw materials, which are used widely in synthetic rubber, plastic, fiber, fuel, medicine, pesticide and dynamite. They are important chemical materials. Beca
3、use benzene is a primary chemical, the ingredient is mixed and complex, so it can not be directly used for chemical production and the ultimate consumer. It need to produce the crude benzol refining. The methods of crude benzene refining are pickling method and hydrogenation method. This article is
4、based on the advanced low-temperature hydrogenation sulfolane process production line. To the whole process of distillation process design for annual output of 100,000 tons crude benzene, I have the material and heat balance calculation and the process design for benzene distillation column.Keywords
5、: design, Benzene, Distillation目 录第一章 概述1 1.1序言1 1.2 粗苯总概述1 1.3 生产路线确实定及生产步骤图4 1.4 环丁砜法粗苯加氢精制工艺介绍5第二章 系统物料和热量衡算8 2.1系统物料衡算8 2.2 热量衡算12第三章 纯苯精馏塔工艺设计16 3.1设计计算16 3.2流体力学验算19 3.3塔板负荷性能图21 3.4精馏塔塔板数计算24第四章 结论28参考文件29致 谢30第一章 概 述1.1前 言化工设计是科学和技术相结合一项工程,是将试验研究结果转化为工业生产一项含有发明性劳动。其关键内容是在确保技术,经济,环境和安全可靠前提下,设
6、计最好原料和工艺路线,经过工艺软件模拟分析,确定优化工艺步骤、工艺条件、设备选型等。本文在化工设计基础原理、标准、规范、技巧和经验指导下对10万吨/年粗苯精馏装置工序进行了设计。粗苯是焦炭生产过程中关键副产品之一,其关键成份是:苯、甲苯、二甲苯和部分重质苯混合物,其中苯、甲苯和二甲苯(BTX)是基础有机化工原料,广泛用于合成橡胶、塑料、纤维、燃料、医药、农药和炸药生产。伴随钢铁和炼焦工业快速发展,中国粗苯产量展现稳定增加趋势,其副产品如粗苯、煤焦油等加工利用也日益受到重视。因为粗苯是一个初级化工品,成份混合而复杂,不能直接用于化工生产,也不能直接被用户最终消费,就产生了把粗苯精制生产行业,经过
7、精制把粗苯分离出苯、甲苯、二甲苯和重质苯后,再消费到用户手中。本文关键介绍了粗苯中国外生产现实状况,并以国外优异工艺合成路线即环丁砜溶剂加氢工艺低压合成粗苯为依据对年生产能力为10万吨粗苯合成工艺全过程进行了物料和能量衡算,并对纯苯精馏塔进行了设计。经过本文能够了解到10万吨/年粗苯精馏装置各单元设备物料流量、组分、全凝器和再沸器热量负荷及精馏塔设备工艺指标和型号等内容。1.2 粗苯总概述1.2.1 粗苯性质和用途粗苯是煤热解生成粗煤气中产物之一,经脱氨后焦炉煤气中含有苯系化合物,其中以苯含量为主,称之为粗苯。粗苯为淡黄色透明液体,比重0.8710.9,比水轻,不溶于水。粗苯极易燃烧,并产生浓
8、黑色火焰,当粗苯蒸汽在空气中达1.47.5%(体积)时将形成爆炸性混合物。粗苯中苯、甲苯、二甲苯含量占90%以上,是粗苯精制提取关键产品。粗苯中不饱和化合物含量为5%10%,此含量关键取决于炼焦炭化验温。炭化温度越高,不饱和化合物含量就越低,不饱和化合物在粗苯馏分中分布很不平均,关键集中在140以上高沸点馏分和79以前低沸点馏分中。79以前初馏分中关键有环戊二烯脂肪烃,140以上重苯中关键含有古马隆、茚、苯乙烯。另外还含有甲基氧茚和二甲茚等。这些不饱和化合物关键是带有一个或两个双键环烯烃,极易发生聚合、树脂化作用,易和空气中氧形成褐色树脂状物质,溶解于苯类产品中,使之变成褐色。所以在生产苯、甲
9、苯和二甲苯时,需将不饱和化合物除去。粗苯中硫化物含量约为0.6%2%,关键是二硫化碳、噻吩及其同系物。在刚生产出来粗苯中尚含有约0.2%硫化氢,但在粗苯储存过程中,逐步被氧化成单体硫。粗苯中硫化物还有硫醇,含量甚微,通常不超出总硫化物0.1%。粗苯中尚含有吡啶及其同系物和酚类,因含量甚少,不作为产品提取。粗苯中还含有少许饱和烃,总含量通常在0.6%1.5%,并多集中于高沸点馏分中。粗苯精制关键产品为苯、甲苯、二甲苯、三甲苯(轻溶剂油)。苯是粗苯最关键组分,含量占55%80%。苯为无色易挥发和易燃液体,油芳香气味,不溶于水,而溶于乙醇。苯是有机合成工业基础原料,用途极其广法。中国现在关键用于合成
10、纤维、塑料、合成橡胶、制取农药及国防工业方面。甲苯产率仅次于苯,可由氯化、硝化、磺化、氧化及还原等方法制取染料、医药、香料等中间体及糖精,另外还可制取已内酰胺供生产尼龙用。甲苯冰点很低(-95),可用作航天染料及内燃机燃料添加剂。粗苯精制所得工业二甲苯是对-二甲苯(21%)、邻-二甲苯(16%)、间-二甲苯(50%)和乙基苯(7%)混合物。工业二甲苯可用作橡胶和油漆工业溶剂,航天和动力燃料添加剂。从工业二甲苯中得到邻、间、对-二甲苯可用于制取邻、间、对-苯二甲酸、其中邻、对-苯二甲酸是生产增塑剂、聚酯纤维关键原料。1.2.2粗苯应用市场 伴随中国钢铁工业快速发展,中国焦炭产量出现了突飞猛进快速
11、发展。焦炭行业快速发展为粗苯产量稳定提升奠定了基础。近几年,国家加强了炼焦过程中环境保护治理工作,强制焦化生产企业必需配套技改或建设化工产品回收装置,不能只焦不化,生产中必需实现环境保护达标排放,在限期内不达标给予关停。在政策强制,焦炉气回收普及率由平均60%上涨到65%70%,焦炉气回收普及率已达成80%左右,以后几年回收普及率将以五个以上百分点速度增加,估计回收普及率将达成95%1(平均)。伴随中国经济发展,三苯及其下游产品需求量及出口量越来越大,尽管中国现在在建和计划建设芳烃项目越来越多,但仍然不能满足中国需求。粗苯经过深入加工精制后,能够取得如纯苯、甲苯、二甲苯和重苯等多个产品。因为多
12、年来油价大幅上涨,和以石油为原料生产石油苯相比,焦化苯有着很大利润空间,所以粗苯精制产业引发了业界广泛关注。焦化粗苯精制工艺不停完善,为焦化加氢工艺提供了有利发展空间。焦化粗苯加氢精制大型化、集约化将是未来芳烃发展趋势之一2。1.2.3粗苯生产现实状况现在中国粗苯精制工艺关键有酸洗法和加氢法。酸洗法投资少、见效快,生产装置易建设,中国大多数精苯生产装置采取该生产工艺。不过,酸洗法工艺生产苯纯度低,而且不能有效分离甲苯、二甲苯,生产过程中产生大量无法处理酸焦油,严重污染环境,产品质量和产品收率低下,生产成本高,极难和大型精苯装置竞争,被国家明令严禁并限期取缔。粗苯加氢精制技术则是经过催化加氢,脱
13、除粗苯中含硫化合物及非芳香烃等物质,制取高质量苯族烃技术。催化加氢概括起来分为高温高压、中温中压和低温低压三种工艺。应用较广泛是Litol法、加氢脱硫净化脱烷基工艺和莫非兰法加氢脱硫净化工艺。粗苯加氢精制装置投资大、建设周期长,不过技术优异,生产苯纯度高,和石油苯产品性能基础没有差异,能实现和甲苯、二甲苯等有效分离,产品为纯苯、甲苯、二甲苯(包含邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯)、三甲苯和重苯等。粗苯加氢精制工艺能耗低、成本低、产品质量好、竞争能力强,代表了粗苯加工精制发展方向。这一技术在中国推广使用,不仅可使宝贵苯资源得到充足利用,还可有效改善粗苯精制面貌,提升清洁生产水平。早在上世纪60年代发
14、达国家已经淘汰了酸洗精制法,用加氢精制替换。20世纪80年代,宝钢首次引进第一套Litol苯加氢装置生产纯苯,90年代石家庄焦化厂又引进第一套K-K技术苯加氢装置,生产纯苯、甲苯、二甲苯等产品。现在中国宝钢、石家庄焦化厂共有4套粗苯加氢装置,产能约21万吨/年3。1.2.4粗苯生产方法及比较工业上应用粗苯精制方法关键有酸洗法和加氢法两种。加氢法含有产品质量好、收率高、自动化程度高和无污染等优点。现在国外粗苯加氢精制工艺以反应温度区分有高温法(600630)和低温加氢和溶剂萃取法(320380)两种。低温法关键以美国Axens低温气液两相加氢技术、德国Uhde低温气相加氢技术为代表,高温法关键以
15、Litol技术为代表。下面就关键两种工艺做简明说明。高温加氢精制工艺是在高温(620)、高压(5.5MPa)和催化剂(Co-Mo)和Cr2O3-Al2O3)作用下进行气相催化两段加氢技术,将轻苯中烯烃、环烷烃、含硫化合物、含氮化合物转化为对应饱和烃,同时发生苯同系物加氢和脱烷基反应,经过精馏方法提取高纯度苯产品,达成苯高回收率(回收率可达114%)。同时值得说明是因为用高温催化加氢脱除烷基制氢作为氢源,不需要外界提供氢气,其代表生产工艺是Litol法4。Litol只能生产一个高纯苯,苯产率可达114%;溶剂法则可生产高纯度苯、甲苯、和混合二甲苯,其产率分别为98%、98%和89%130%,但纯
16、苯质量基础相同。另外,因Litol法需在高温高压下操作,又有氢腐蚀,故设备结构复杂,制造难度大,硬件费用高,对设备和管道材质要求也很苛刻。现在,中国能耐高温、高压和抗氢腐蚀不锈钢品种规格尚不全,再加上用量少,品种规格多,故只能从国外成套引进。所需仪表及其备件也必需全套引进。而溶剂法操作温度和压力均较低,设备和管道材料也轻易选择,40O以下选择Cr5Mo。就可满足要求,大部分材料可在中国处理。仪表、阀门及其备件中国均可处理。所以,在总投资方面,Litol法明高于溶剂法;而综合经济效益,溶济法显著于Litol法。低温加氢和溶剂萃取法精制工艺是在低温(反应温度280350)、低压(2.4MPa)和催
17、化剂(Co-Mo和Ni-Mo)作用下进行催化加氢过程,经脱重装置后轻苯组分中烯烃、环烷烃、含硫化合物、含氮化合物转化为对应饱和烃,经过萃取蒸馏法将芳烃和非芳烃分离。经过精馏生产能够得到高质量苯、甲苯、二甲苯等产品。其代表生产工艺环丁砜法和N-甲酰吗啉溶剂法。前已述及,溶剂萃取法综合指标均优于Litol法。即使溶剂法加氢工艺全部属于低温加氢,产品均为苯、甲苯和混合二甲苯,其质量也基础相同。但因为采取溶剂不一样,也存在一定差异。如环丁砜法是用轻苯加氢,和N-甲酰吗啉法用粗苯加氢相比,可节省重苯和初馏分加氢氢气耗量。环丁砜法预反应器内为液相加氢,可预防生成聚合物而堵塞反应器,N-甲酰吗啉法为气相加氢
18、。在加氢过程中产生硫化氢等气体,为维持循环氢和硫化氢平衡,环丁砜法除从稳定塔顶排出外,还需从系统中连续外排一部分;而N-甲酰吗啉法则是靠稳定塔顶排出尾气就可维持加氢系统平衡,尾气直接送人煤气管道。环丁砜法加氢油前后经液一液萃取和萃取蒸馏分离掉非芳烃,再经连续精馏得到高纯度苯、甲苯和混合三甲苯产品,二甲苯中非芳烃含量低于2.5%。N-甲酰吗啉法在精馏加氢油时,若想生产高纯度甲苯,就必需经二次萃取蒸馏,不然所得二甲苯中非芳烃含量达4%,故精馏操作较前者差5。不一样加氢精制法综合比较见表1-1。表1-1 不一样加氢精制法综合比较 项目 Litol法 N-甲酰吗啉溶剂法 环丁砜溶剂法温度 610 30
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