1、本科毕业论文（20 届）年产 5 万吨芳烃抽提车间粗苯加氢精制工艺设计所在学院 专业班级 化学工程与工艺 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I【摘要】粗苯为中间体产品，本身用途极为有限，仅作为溶剂使用，但是精制后的焦化苯、焦化甲苯、焦化二甲苯等产品，是有机化工、医药和农药等的重要原料，在国内、国际上都有很好的市场，目前精苯产品价格持续上涨，市场潜力巨大。业内专家认为，粗苯加氢精制技术代表了粗苯加工精制的发展方向，这一技术在我国的推广使用，不仅可使宝贵的苯资源得到充分利用，还可有效改善粗苯精制的面貌，提高清洁生产的水平。在本设计加氢工艺中，低温加氢工艺的加氢温度、压力较低，产品质
2、量好，低温加氢工艺包括萃取蒸馏低温加氢工艺和溶剂萃取低温加氢工艺，这两种工艺在国内外是比较成熟的工艺，已被广泛用于石油重整油、高温裂解汽油、焦化粗苯为原料的加氢生产中，因此本粗苯精制采用低温加氢精制工艺。纯苯精度可达 99.9%以上，甲苯也在 99%以上，产品纯度均优于其他方法。本设计的产品有纯苯、甲苯、二甲苯、非芳烃、重苯，其中最主要的产品是纯苯、甲苯和二甲苯。关键词： 粗苯； 加氢； 苯； 甲苯；IIThe Techenology Design for annual yield of 100 thousands ton crude benzene【Abstract】 Crude Benzo
3、l for intermediate products, their uses are extremely limited, only use as a solvent, but after refining coking benzene, coke toluene, xylene and other coking products, organic chemicals, pharmaceuticals and pesticides, such as the important raw materials, in the domestic and international markets h
4、ave a very good, the current prices of refined benzene product continued to rise, the market has great potential. Industry experts believe that crude benzene hydrogenation technology for refining crude benzene represents the direction of development of this technology in China to promote the use of
5、benzene is not only valuable resources can be fully utilized, can effectively improve the appearance of refined crude benzene, improve hygieneThe middle level. During the design process of hydrogenation, the hydrogenation of low-temperature hydrogenation process temperature, low pressure, product qu
6、ality, low-temperature hydrogenation process, including low-temperature hydrogenation of extractive distillation and solvent extraction process low-temperature hydrogenation process, these two processes in the domestic outside is a relatively mature technology, has been widely used in the oil re-oil
7、, high temperature pyrolysis gasoline, coking crude benzene hydrogenation for the production of raw materials, so the use of low-temperature crude benzene hydrogenation refining process. Accuracy of 99.9% pure benzene than toluene are more than 99% purity of product are better than other methods.The
8、 design of the products are pure benzene, toluene, xylene, non-aromatics, heavy benzene, the most important products are pure benzene, toluene and xylene.【Key words】 Crude Benzene; hydrogenation; benzene; Toluene;I目 录前言 .1第 1 章 生产方法和工艺流程的确定 .31.1 工艺技术的比较与选择 .31.1.1 主要生产工艺技术简介 .31.1.2 工艺技术的比较 .41.1.3
9、 本设计采用的方法 .41.2 工艺加氢催化剂及萃取剂的选择 .5第 2 章 生产流程叙述 .62.1 技术 路线 .62.2 流程叙述 .6第 3 章 工艺计算与设备选型 .73.1 系统物料衡算 .73.1.1 操作条件 .73.1.2 原料粗苯处理量 .73.1.3 两苯塔进出料 .73.1.4 预精馏塔进出料 .73.2 纯苯塔的设计计算 .73.2.1 纯苯塔的作用 .83.2.2 操作条件 .83.2.3 物料衡算 .83.2.4 塔径 .113.2.5 理论塔板数计算 .133.2.6 塔内件设计 .143.2.7 塔板流体力学验算 .173.2.8 塔板负荷性能图 .183.2
10、.9 纯苯塔热量衡算 .213.2.10 常压塔主要尺寸确定 .223.3 辅助设备设计和选型 .24II3.3.1 再沸器 .243.3.3 储罐的选择 .24第 4 章 设备一览表及公用工程 .264.1 设备一览表（附图） .264.2 公用工程规格 .26第 5 章 原料及动力消耗量 .265.1 设计原料消耗量 .26第 6 章 存在的问题及建议 .276.1 萃取溶剂的选择 .276.2 三废治理和综合利用 .276.2.1 废气的处理技术 .276.2.2 废水 .276.2.3 固体废弃物 .276.3 粗苯中的氯含量 .286.4 总结 .28第 7 章 设计的体会和收获 .
11、297.1 结论 .297.2 谢辞 .29第 8 章 附图及附表 .308.1 工艺图纸 .308.2 附表 .30参考资料 .311前言本设计以产出高纯度有价值产品的原则，力求符合国家的经济政策和技术政策，达到工艺上可靠，经济上合理；要尽可能吸收最新科技成果，力求技术先进，经济效益更大，不造成环境污染；符合国家工业安全与卫生要求，达到国家生产技术标准并达到环保要求。既要考虑到技术可靠，经济合理，又要最大限度地保护环境不受污染，且利于国民经济的全面发展。 本设计的产品有纯苯、甲苯、二甲苯、非芳烃、重苯，其中最主要的产品是纯苯、甲苯和二甲苯。纯苯是重要的化工原料，广泛用作合成树脂、合成纤维、合
12、成橡胶、染料、医药、农药的原料，也是重要的有机溶剂。我国纯苯的消费领域主要在化学工业，以苯为原料的化工产品主要有苯乙烯、苯酚、己内酰胺、尼龙 66 盐、氯化苯、硝基苯、烷基苯和顺酐等。在炼油行业中用作提高汽油辛烷值的掺和剂。甲苯是一种无色有芳香味的液体，广泛应用于农药、树脂等行业中，国际上其主要用途是提高汽油辛烷值或用于生产苯以及二甲苯，而在我国其主要用途是作为化工合成或溶剂，其下游主要产品是硝基甲苯、苯甲酸、氯化苄、间甲酚、甲苯二异氰酸酯等，还可生产很多农药和医药中间体。另外，甲苯具有优异的有机物溶解性能，是一种有广泛用途的有机溶剂。用于涂料、树脂、染料、油墨等行业做溶剂；用于医药、炸药、农
13、药等行业做合成单体或溶剂；也可作为高辛烷值汽油组分，是有机化工的重要原料。还可以用于去除车身的沥青。对二甲苯主要生产 PTA 以及聚酯等。邻二甲苯主要用于生产苯酐等。生产芳香烃-苯、甲苯、石油裂化的高温裂解汽油和焦化粗苯。它们之间的比例依次是：70%、27%、3%。采用加氢精制工艺生产以石油为原料生产芳香烃，而焦化粗苯来生产芳香烃的工艺为酸洗精制法和加氢精制法。酸洗法工艺落后、产品质量低、无法与石油苯竞争，虽然在发展中国家被大量采用，但收率低、污染严重，产生的废液很难处理。加氢精制法制取优级苯早在 60 年代就取代了酸洗法。国内有很多企业开始建设或已经使用粗苯加氢精制装置。20 世纪 80 年
14、代宝钢引进了Litol 法高温加氢工艺，石家庄焦化厂从德国引进了 K.K 法低温加氢工艺，1998 年宝钢引进了第二套 K.K 法加氢工艺。目前我国宝钢、石家庄焦化厂共有 4 套粗苯加氢装置，产能约 21万吨/年。目前有实力的焦化企业或化工企业都在争取建设大型精苯装置。石家庄循环经济化工示范基地建设实施方案中规划的石家庄焦化集团粗苯精制项目将采用具有国际先进水平的以 N-甲酰吗啉为溶剂的粗苯加氢工艺技术，总投资 1.7 亿元，年生产粗苯精制 10 万吨。山西省“十一五”期间，粗苯加工利用项目计划投资就达 78 亿元，并且禁止新建并逐步淘汰现有酸洗法苯精制装置和工艺，鼓励发展先进的粗苯加氢精制工
15、艺。日前，山西太化股份公司与上海宝钢化工有限公司、山西太兴煤焦集团有限公司合资建设的全国最大的 30 万吨/年焦化粗苯加氢精制项目一期工程 8 万吨/年焦化粗苯加氢精制项目已成功试车。太化采用的低温法反应温度在 320以下，温度压力低，与酸洗法相比三苯收率增加 8%-10，产品硫含量小于 110-6，资源利用率高，产品质量好，达到石油级纯苯产品标准。2业内专家认为，粗苯加氢精制技术代表了粗苯加工精制的发展方向，这一技术在我国的推广使用，不仅可使宝贵的苯资源得到充分利用，还可有效改善粗苯精制的面貌，提高清洁生产的水平。焦化粗苯精制是煤化工的基础技术之一，粗苯通过进一步加工精制后，可以获得如纯苯、
16、甲苯、二甲苯和重苯等多种产品。由于近年来油价大幅上涨，与以石油为原料生产的石油苯相比，焦化苯有着很大的利润空间，因此粗苯精制产业引起了业界的广泛关注。根据设计任务，粗苯的年生产能力为 50,000 吨/年（折算为 100%Q）。全年生产时间为8000 小时，则每小时的生产能力为：500008000=6,250kg/h 工艺设计原料粗苯要求：甲苯含量：小于 14.2% 苯含量：大于 70% 二甲苯：小于 4.0% 三苯含量：大于 88% 萘：小于 3.0% 密度：小于 0.885纯苯塔塔顶温度 80塔釜温度 1203第 1 章 生产方法和工艺流程的确定1.1 工艺技术的比较与选择1.1.1 主要
17、生产工艺技术简介目前已工业化的粗苯加氢工艺有莱托(Litol)法、萃取蒸馏低温加氢(K.K)法和溶剂萃取低温加氢法，第一种为高温加氢，后两种为低温加氢。(1)、Litol 法粗苯加氢高温催化加氢的典型工艺是 Litol 工艺，在温度为 600-650，压力 6.0MPa 条件下进行催化加氢反应。主要进行加氢脱除不饱和烃，加氢裂解把环烷烃和高分子烷烃分解为低分子烷烃，分离出去；加氢脱烷基，把苯其同系物最后转化为苯和低分子烷烃。所以高温加氢的产品只有苯，而没有甲苯和二甲苯，还要进行脱硫、脱氧、脱氮的反应，祛除原料有机物中的 S、N、O，将其转化成 的形式除去，对加氢油的处理可采用精馏方法，232H
18、SNO、 、最终得到苯产品。Litol 法发生的主要反应脱硫反应 +4H2C4H10+H2S 可使噻吩脱到 0.30.2ppm脱烷基反应 C6H5RH2C6H6RH饱和烃加氢裂解 烷烃与环烷烃几乎全部裂解成低分子烷烃C6H123H23C2H6C7H162H22C2H6C3H8环烷烃脱氢 +3H2不饱和烃加氢 +H2 +H2 +C2H6脱氧和脱氮 C5H5N5H2C5H12NH3该法的工艺过程大致为：粗苯预蒸馏、获得轻苯预加氢主加氢稳定塔白土塔精馏。可见，加氢用原料实质上是轻苯，这里的预蒸馏相当于国内的两苯塔。国内回收苯族烃广为采用生产两苯（轻苯与重苯）的工艺，因此，Litol 加氢技术在我过应
19、用，用轻苯直接用作加氢原料比较合理。Litol 加氢工艺的特点是可以将苯环上的烷基脱除，所以只能获得一种产品：纯苯，但它的产率高达 114%。加氢采用 Cr2O3Al 2O3系催化剂，反应的温度为 610630、操作压力 5.88MPa。可以将轻苯中的含硫化合物与不饱和化合物基本全部加氢脱除，获得的加氢油只要采用普通的精馏方法就可以分离，稳定塔其实质是一个精馏塔，并且采用加压操作，目的是在提高苯的沸点、来减少苯的损失；同时让不同沸点的苯与饱和烃分离。白土塔是用于起吸附作用的，能将未反应的少量不饱和烃除去，为后面精馏工序获得优质苯创造更好的条件。（2）、萃取蒸馏低温加氢(K.K)法和溶剂萃取低温
20、加氢法低温催化加氢的一般工艺是溶剂萃取加氢和萃取蒸馏加氢(K.K 法)。在温度 300-370，而4压力 2.5-3.0Mpa 的条件下进行催化加氢反应。主要进行的加氢脱除不饱和烃，使其转化为饱和烃；另外还要进行脱氮、脱硫、脱氧反应，与高温加氢相似，转化成的形式。但由于加氢温度低，所以一般情况下不会加氢裂解以及发生脱232HSNO、 、烷基深度加氢等反应。所以低温加氢后的产品为苯、甲苯、二甲苯。对于加氢油的处理方法，是采用萃取精馏方法的，把芳烃与非芳烃分离开。然而溶剂萃取低温加氢工艺却采用溶剂液液萃取方法，把芳烃与非芳烃分离开，芳烃之间的分离可以用一般精馏方法实现，最后得到苯、甲苯、二甲苯。萃
21、取蒸馏低温加氢法是石家庄焦化厂于 20 世纪 90 年代由国外引进的第一套粗苯低温加氢工艺，并在国内得到推广应用。萃取蒸馏低温加氢法可生产苯、甲苯、二甲苯，3 种苯对原料中纯组分的收率及总精制率设计值见下表：萃取蒸馏低温加氢苯、甲苯、二甲苯收率及总精制率表 1.1苯/% 甲苯/% 二甲苯/% 总粗制率/%98.5 98.0 117 99.8二甲苯收率超过 100%是由于在预反应器中，苯乙烯被加氢转化成乙苯，而二甲苯中含有乙苯，总精制率达 99.8%，比莱托法的要高。1.2 工艺技术的比较Litol 法粗苯加氢工艺的加氢反应温度、压力较高，又存在氢腐蚀，对设备的制造材质、工艺、结构要求较高，设备
22、制造难度较大，只能生产 1 种苯，制氢工艺较复杂，采用转化法，以循环气为原料制氢，总精制率较低。与 Litol 法相比，萃取蒸馏低温加氢方法和溶剂萃取低温加氢方法的优点是以粗苯或焦油蒸馏的脱酚轻油为原料，氢耗较低，加氢反应温度、压力较低，设备制造难度小，很多设备可国内制造，能耗也较少，能够生产 3 种苯一纯苯、甲苯、二甲苯，生产操作容易。制氢工艺采用变压吸附法，以甲醇为原料制氢，制氢工艺简单，产品质量好。1.3 本设计采用的方法在本设计加氢工艺中，低温加氢工艺的加氢温度、压力较低，产品质量好，低温加氢工艺包括溶剂萃取低温加氢工艺和萃取蒸馏低温加氢工艺，这两种方法在国内外都比较成熟的工艺，已经被
23、广泛用于高温裂解汽油、石油重整油、焦化粗苯为原料的加氢生产中，所以本粗苯精制使用低温加氢精制工艺。纯苯精度可以达 99.9%以上，甲苯也能在 99%以上，产品纯度均优于其他的方法。K-K 法粗苯加氢属于中温、中压、不脱烷基的加氢技术，其操作温度为 340370、压力为 2.83.0MPa。显然，该技术对加氢设备的材质要求相应较低。萃取蒸馏低温加氢方法和溶剂萃取低温加氢方法两种低温加氢方法相比较，前者工艺简单，可对粗苯直接加氢，不需先精馏分离成轻苯和重苯，但粗苯在预蒸发器和多级蒸发器中5容易结焦堵塞；后者工艺较复杂，粗苯先精馏分成轻苯和重苯，然后对轻苯加氢，但产品质量较高。经过综合比较考虑，本设
24、计采用溶剂萃取低温加氢工艺为了防止在同一个反应器里过于激烈的反映从而影响了催化剂的寿命和其活性，所以采用了两段式的反应器，分别为主反应器和预反应器。在预反应器内，以 Ni。Mo 为催化剂，反应温度 190-240，后面装置中发生聚合反应。在主反应器里面，在预反应器处理以后的物料在 CoMo 催化剂和 320-370将苯乙烯、乙烯和二硫化碳等杂物除去，烯烃加氢后生成饱和烃，硫化物、氮化物和氧化物加氢后转化为烃类。硫化物及氨。该工艺采用萃取精馏分离出芳烃和非芳烃，芳烃再经普通蒸馏分离出苯、甲苯及二甲苯。所得产品中纯苯质量分数999，结晶点5 48 ，噻吩含量O 5 x10，同时可得到高纯度的甲苯和
25、二甲苯1.4、工艺加氢催化剂及萃取剂的选择：1、加氢催化剂的选择加氢系统的核心为选择反应器中的催化剂，无论采取何种低温加氢技术，催化剂一般都采用以 为载体的 Ni-Mo、Co-Mo 系列金属催化剂。装填量主要和原料粗苯的硫含量有关，1203A由工艺计算核定。2、萃取溶剂的选择目前，国外常用催化加氢法转化苯中微量硫化物和烯烃，再用萃取精馏法除去微量烷烃。工业生产中萃取溶剂应该具有以下特性才能体现出其价值：(1) 选择性好。要使特性组分的溶解度好，加入量少。(2) 溶解性好。应该作为分离物质的良好的溶剂，在使用过程中不会相分裂也不会和分离组分生成共沸物(3) 沸点高。可以在精馏法中回收溶剂，使其循环使用。(4) 热稳定性好，无毒性和无腐蚀性，不会与分离组分反应。(5) 价廉易得。目前在萃取工艺中应用最广的溶剂有环丁砜和 N-甲酰吗啉，二者都具有相同的优点，都可以很好地改变非芳烃和芳烃之间的相对挥发度，使芳烃的分离更容易，苯纯度可以达到99.9以上，无毒、无腐蚀和化学稳定性好，对设备和环境影响较小。采用环丁砜气液相萃取蒸馏工艺时，加入少量水作为助溶剂，以提高萃取的选择性，加入单乙醇胺调节循环溶剂的 pH 值。相对而言，工艺流程较为烦琐，对自动化控制、操作维护的要求较高。综合评价，本设计选用 N-甲酰吗啉
