年產30萬噸苯乙烯車間粗苯乙烯精餾工段的工藝設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 南美 歐洲 中東 亞洲 全球需求合計 需求增長幅度，％ 表 全球苯乙烯的實際生產能力 地區 20xx年 20xx年 20xx年 20xx年 20xx年 20xx年 生產能力 北美／南美 歐洲 中東 亞洲 全球生產能力合計 生產能力增長幅度，％ 2 開工率，％ 90 88 90 91 86 91 從表中可以看出，在 20xx— 20xx 年期間，除 20xx 年全球總需求受世界經濟減 速的影響較前一年略微下降外，其余年份需求均逐年增加，同期生產能力亦相應增加，但生產能力的增長幅度低于同期需求的增加幅度。 20xx— 20xx 年間，中東及亞洲地區的苯乙烯新建項目較多，生產能力增長高于前 5年，但需求增長速度有所回落，預計到 20xx 年，受新建能力集中投產的影響，全球苯乙烯裝置平均開工率將下降到 90%以下。 未來三年（ 20xx20xx 年）除中國以外的海外市場將新增 166 萬噸 /年苯乙烯產能，主要分布在亞洲、中東和美洲地區。其中印度石油公司計劃在今年 10 月投產一套 60 萬噸 /年苯乙烯裝置；泰國 PTT 芳烴煉 油公司計劃在 20xx 年投產一套 30 萬噸 /年裝置；泰國 IRPC 正在對苯乙烯裝置進行擴能，預計 6 萬噸 /年新增產能將在 20xx 年投產；韓國湖南石化與卡塔爾國際工業控股公司在卡塔爾新建的一套 60 萬噸 /年苯乙烯裝置將在今年投產；墨西哥國家石油公司正在對苯乙烯進行擴能 10 萬噸 /年，也將在期間投產 。 7 預計 20xx 年前，全球苯乙烯需求增長將保持目前的速度 ， 但生產能力的增長將遠高于需求的增長。這一方面是受到亞洲地區新建能力不斷增加的影響，同時也是中東地區大力發展石化業，乙烯配套大型苯乙烯裝置所導致。今后苯乙烯的發展重心將向亞 洲及中東地區轉移。 國內外苯乙烯生產與發展狀況 國內生產企業供應分析 我國苯乙烯生產大多采用乙苯脫氫法，但發展較為緩慢。 20世紀 50年代，蘭州化學工業公司建成國內第一套 20kt／ a 苯乙烯裝置。 80 年代以前，國內苯乙烯生產基本上沒有任何發展，直到 80 年代末至 90年代初，隨著國內乙烯工業的發展，才相繼建成幾套苯乙烯裝置。截至 20xx 年，國內苯乙烯企業有 14 家，生產能力約 1Mt／ a，產量 。其中中石化產量占 %，中石油占 40%，其余 %[7]為地方投資。 我國現有的苯乙 烯生產裝置除了 揚子巴斯夫苯乙烯公司和吉林石化公司規模相對較大外，其余均較小 . 產品供需現狀及預測 石化 (Sinopec)合資在上海漕涇化學工業區建設 500kt／ a 的苯乙烯裝置， 已 于 20xx年投產 ； 殼牌化學公司也與中海油 (中國海洋石油總公司 )合資在廣東惠州建設環氧丙烷／苯乙烯裝置，苯乙烯能力為 560kt／ a， 20xx 年第四季度投產 ； 此外，其他一些新建和擴建項目也將陸續進行，如 汕頭海洋公司 400kt／ a苯乙烯項目計劃于 20xx 年 底 建成投產 。目前，我國約 60%的苯乙烯用于生產聚苯乙烯（ PS）和發泡聚苯 乙烯（ EPS）， 17%用于生產 ABS， 23%用于生產其他產品。未來幾年由于終端產品的合理化和 PS 替代產品的出現，我國主要的苯乙烯下游行業 PS 和 EPS 消費增速將有所放緩，而 ABS 樹脂和丁苯橡膠（ SBR）的需求增長迅速，將成為推動苯乙烯消費增長的新動力。進入本世紀以來，我國苯乙烯的表觀需求量逐年增長， 20xx— 20xx 年，由 220 萬噸增加到 548 萬噸， 7 年累計增加了 150％。國內苯乙烯產量在 20xx20xx 年變化不大，自 20xx 年開始，隨著上海賽科、中海殼牌、江蘇雙良、常州東昊等裝置的建成投產 ，產量出現了較大增長。與此相對應的是進口量增長開始下降， 20xx、 20xx 連續兩年出現了負增長，國內苯乙烯的進口依存度由 20xx 年高點時的 ％降到了 20xx 年的 51％。苯乙烯長期處于短缺狀態，一直依賴進口產品來滿足國內市場需求。據調查， 20xx 年之前，國內新建或者擬建的苯乙烯項目大約有 10 個，有約 250 萬噸的產能于 20xx 年建成。預計到 20xx 年，國內將新增309 萬噸苯乙烯產能，比 20xx 年的 291 萬噸的產能翻一番還多。 20xx 年國內苯乙烯的總生產能力達到約 ，以 88%的開工率 計算，產量將達到 ， 20xx 年生產能力達 8 到約 [8]。我國苯乙烯主要用于生產 PS、 ABS 樹脂、 SAN 樹脂、不飽和聚酯樹脂、丁苯橡膠、丁苯膠乳以及苯乙烯系熱塑性彈性體等，其中 PS是苯乙烯最重要的消費領域。 隨著我國建材、家電和汽車工業的快速發展，對 PS、 ABS 樹脂以及苯乙烯系列橡膠SBR、 SBS 等需求將繼續保持較快增速，尤其是未來幾年我國 PS 市場需求將以年均 %的速度增長，相對應苯乙烯的需求量也將不斷增加。預計 20xx年我國對苯乙烯的需求量將達到 780 萬 t，而屆時我國苯乙烯產能為 550 萬 t/a 左右，市場缺口為 230萬 國經濟保持高速發展和世界經濟走出低谷逐漸提速，以及世界經濟一體化趨勢的不斷進展和中國加入 WTO 后市場的日益開放，中國經濟作為世界經濟的一個組成部分正日益融入全球經濟大循環，中國日漸成為一個理想的全球商品供應基地，這為苯乙烯需求提供了廣闊的市 。 根據我國各消費領域對苯乙烯的需求預測合計，預計到 20xx 年，我國苯乙烯的消費量將達到約 4Mt， 20xx年達到 5Mt。苯乙烯在我國目前仍處于 產不足需 的狀態 ， 我國 每年仍需 從國外 大量進口，因此，苯乙烯工業在我國發展前景仍十分樂 觀。 目前國內所采用的苯乙烯生產工藝多為乙苯催化脫氫工藝，單套裝置的年產量較小，未來關于苯乙烯生產裝置的設計方向主要集中在提高單套裝置的年生產能力。本設計用現行的乙苯催化脫氫制取苯乙烯的方法為設計基礎，對現有的設備進行再設計，提高單套裝置的年生產能力，緩解我國苯乙烯供不足需的狀況，進一步提高我國苯乙稀在國內外的競爭力 .本設計選取的是粗苯乙烯精餾工段，通過對該工段進行物料衡算、熱量衡算，以及對粗苯乙烯精餾塔的設備的計算與選型，基本上完成了粗苯乙烯精餾工段的課程設計。 9 第 3章 生產工藝的反應歷程 藝的反應歷程 反應方程式 催化劑 C2H5 CH=CH2 + H2 500～ 600℃ 除脫氫反應外，同時發生一系列副反應，副產物甲苯、苯、焦油等； 42665256 HCHCHCHC ?? 425625256 CHCHHCHHCHC ??? 626625256 HCHCHHCHC ??? 25256 58 HCHCHC ?? 2225256 21816 HCOOHHCHC ??? 為了減少在催化劑上的結炭，需要在反應器中進料中加入 高溫水蒸氣，從而發生下述反應： 222 2 HCOOHC ??? 脫氫 反應式 1mol 乙苯生成 2mol 產品（苯乙烯和氫氣），因此加入蒸汽也可使苯乙烯在系統中的分壓降低，有利于提高乙苯的轉化率 [9]。催化劑以三氧化二鐵為主，加上氧化鉻、氧化銅、氧化鉀等助催化劑涂于氧化鐵或碳酸鉀等載體上，投料比為水蒸氣 :乙苯 =2～3:1（質量比） [10]，反應所得的氣體混合物經冷凝 、油水分離、多塔分離和精制，制得苯乙烯 . 生產過程 油水分離的有機相進入粗餾塔，并加入阻聚劑防止苯 乙烯聚合，還要進入乙苯塔、苯乙烯精餾塔、苯∕甲苯塔，將依次它們分離出來，把分離出來的乙苯送回脫氫反應器，使其循環。而本設計主要針對的是粗苯乙烯精餾工段，即苯乙烯和焦油的分離過程的設計。 精餾原理及目的 精餾塔是進行精餾的一種塔式汽液接觸裝置 [11]，又稱為蒸餾塔。有板式塔與填料塔兩種主要類型。根據操作方式又可分為連續精餾塔與間歇精餾塔。 10 蒸汽 由塔底進入，與下降液進行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發 (低沸點 )組分不斷地向蒸氣中轉移，蒸氣中的難揮發 (高沸點 )組分不斷地向下降液中轉移 ，蒸氣愈接近塔頂，其易揮發組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發組分則愈富集，達到組分分離的目的。由塔頂上升的 蒸汽 進入冷凝器，冷凝的液體的一部分作為回流液返回塔頂進入精餾塔中，其余的部分則作為餾出液取出。塔底流出的液體，其中的一部分送入再沸器，熱蒸發后， 蒸汽 返回塔中，另一部分液體作為釜殘液取出。 精餾原理 (Principle of Rectify)[12]蒸餾的基本原理是將液體混合物部分氣化 ,利用其中各組份揮發度不同（相對揮發度， α ）的特性，實現分離目的的單元操作。蒸餾按照其操作方法可分為：簡 單蒸餾、閃蒸、精餾和特殊精餾等。 本節以兩組分的混合物系為研究對象，在分析簡單蒸餾的基礎上，通過比較和引申，講解精餾的操作原理及其實現的方法，從而理解和掌握精餾與簡單蒸餾的區別（包括：原理、操作、結果等方面 ） 。 精餾實驗是一種汽液傳質的過程，是一種化工生產上常用的液體混合物分離達到提純或回收有用組分的方法。是基于液體混合物中各組分揮發度的差異。 生產方法 采用低活性、高選擇性催化劑，參照魯姆斯 (Lummus)公司生產苯乙烯的技術，以乙苯脫氫法生產苯乙烯。魯姆斯 (Lummus)公司經典苯乙烯單體生產工藝 技術具有深度減壓，絕熱乙苯脫氫工藝。 魯姆斯（ UOP∕ Lummus）經典苯乙烯單體生產工藝是全世界生產苯乙烯（ SM）單體中最成熟和有效的技術，自 1970 年實現工業化以來，目前大約有 55 套裝置在運轉。 乙苯 (EB)脫氫是在蒸汽存在下，利用蒸汽來使并維持催化劑處于適當的氧化狀態。蒸汽既加熱反應進料、減少吸熱反應的溫度降，同時蒸汽也降低產品的分壓使反應平衡向著苯乙烯 (SM)方向進行，且又可以連續去除積炭以維持催化劑的一定活性。 高溫、高壓蒸汽稀釋和低反應系統壓力能提供良好的反應平衡曲線，對乙苯 (EB)轉化為苯乙烯 (SM)有利，在有兩個絕熱反應器的工業生產裝置中，乙苯 (EB)的總轉化率可達到 70%～ 85%。新鮮乙苯和循環乙苯先與一部分蒸汽混合，然后在一個用火加熱的蒸汽過熱器內進行過熱，再與過熱蒸汽相混合，在一個兩段、絕熱的徑向催化反應系統內進行脫氫。熱反應產物在一個熱交換器內冷卻以回收熱量并冷凝。不凝氣（主要是氫氣）壓縮后，經回收烴類后再用作蒸汽過熱器的燃料，而冷凝液體分為冷凝水和脫水有機混合物（ DM）。 在脫水有機混合物 (DM)（苯乙烯、未反應乙苯、苯、甲苯和少量高沸物）中加入一種不含硫的阻聚劑 (NSI)以減少聚合 而損失苯乙烯（ SM）單體，然后在乙苯 /苯乙烯單體 11 （ EB/SM）分餾塔進行分離，塔頂輕組分 (EB)及輕組分 (苯 /甲苯 )（從塔頂取得 )去乙苯分離塔，從而從乙苯分離出苯和甲苯，回收的乙苯返回脫氫反應器原料中。 EB/SM 塔底物（苯乙烯單體和高沸物）在最后苯乙烯分餾塔內進行分餾，塔頂產品即為苯乙烯（ SM）單體產品，少量的塔底焦油用作蒸汽過熱器的燃料，蒸汽過熱器所需大部分燃料來自脫氫廢氣和苯乙烯焦油。 生產控制參數及具體操作 水蒸氣 :乙苯 =3:1（質量比） 轉化率：脫氫過程為 90% 、壓強和時間 脫氫溫度控制在 600℃左右，負壓； 多塔分離控制在常溫，常壓。 在脫氫反應器 600℃條件下，加入定量的水蒸氣、乙苯和氧氣混合氣體，反應完全后；通到冷凝器進行冷凝、降溫；輸送到氣體壓縮機油水分離器將有機相和無機相分離，保持恒溫 20℃左右；和阻聚劑一起加到粗餾塔中，初步分離，塔頂為乙苯、苯和甲苯，塔底為苯乙烯、焦油；將其送至乙苯塔和苯乙烯精制塔，乙苯塔分離出乙苯和甲苯、苯，把乙苯送回脫氫反應器，還將甲苯和苯送到苯∕甲苯塔分離，分離出甲苯和苯。苯乙烯精制塔中分離出純度極高的苯乙 烯和含量極少的焦油。 12 第 4章 工藝計算 生產能力的計算 化工生產的操作可分為全間歇、半間歇、連續和半連續四種；在全間歇操作中，整批物料投在一個設備單元中處理一定時間，然后整批輸送到下一個工序；半間歇操作過程是間歇操作過程的連續操作過程。全間歇與半間歇（統稱間歇式操作）的優點是設備簡單，改變生產品種容易；其缺點是原料消耗定額高，能量消耗大，勞動生產率低，產品質量不穩定。連續式操作，原料及能量消耗低，勞動生產率高，因此比較經濟；但總投資較大，占地面積較大，一般單線生產能力為 2～ 10萬噸 /年。半連續操作與連續操作相比設備費用較少，操作較簡單，改變生產品種較容易，但產品質量不如連續操作穩定，與間歇操作相比，生產規模更大，勞動生產率也更高，用與較大規模的品種生產，一般為 1～ 2萬噸 /年。由于苯乙烯用量很大，需連續化大生產。采用連續式操作比較有利。 根據設計任務，苯乙烯的年生產能力為 30 萬噸 /年。開工因子 =生產裝置開工時間 /年自然時間。為了充分利用設備，開工因子應取的較大，接近 1，但又不能等于