毕业论文：年产20万吨混合C4芳构化车间合成工段工艺初步设计.doc

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）齐 齐 哈 尔 大 学毕业设计(论文)题 目 年产20万吨混合C4芳构化车间合成工段工艺初步设计 学 院 化学与化学工程学院 专业班级 化学工程与工艺 化工091  学生姓名  宋化忠 指导教师 贾丽华 教授 成 绩 2013 年 6 月 17 日摘 要本设计为年产200 000吨混合C4芳构化车间合成工段工艺初步设计根据工艺要求，对国内外芳构化合成工艺的查找比较，最终确定了最优合成方案对工艺流程通过Aspen Plus进行模拟，对整个流程装置进行了物料衡算和热量衡算，对主要设备进行了详细设计与选型，对其它设备做了概略设计和选型，并制作了相应的设备一览表。

根据工艺的需要对本设计的车间进行平立面布置和自动控制,同时对本设计涉及的环境保护和公用工程做了相关的讨论最后根据设计的内容编写了设计说明书，完成了5000字英文文献翻译，用A1图纸手工绘制了带控制点的工艺流程图，采用Auto CAD绘制了车间平立面布置图和主要设备设计图关键词：芳构化；物料衡算；工艺流程图；车间布置；初步设计AbstractThe article is about the preliminarily design of the synthesis process of mixed C4 aromatization workshop of 200 000 tons annual. Firstly, the significance, the function of aromatization, the development of research on aromatization was stated. The nature of aromatization and synthetic methods were described briefly. Secondly, the design background, plant location and materials and product specification were introduced. Comparison of the productive process in the domestic and aboard, the design process was determined. Meanwhile the material balance, heat balance, and the simulation of process by Aspen Plus were finished. The reactor equipment and other major equipment were calculated and selected. And the layout of the equipment for the workshop, safety, environmental protection and public works were outlined. Third, the equipments’ arrangement diagram of the workshop and the reactor assembly diagram were drawn with Auto CAD, the process flow diagram with control points were drawn by hand. Finally, the design instruction of 20 thousand words was finished.Key words：Aromatization; Material balance; Flow chart; Plant layout; Preliminarily designII目 录摘 要 IABSTRACT II第1章 总论 11.1 概述 11.1.1 选题的意义 11.1.2 本课题在国内外研究现状 11.2 设计依据 21.3 厂址选择 21.4 生产规模与生产制度 31.4.1 生产规模 31.4.2 生产制度 31.5 原料与产品规格 41.5.1 原料规格 41.5.2 产品规格 4第2章 工艺设计与计算 52.1 工艺原理 52.1.1 反应机理 52.1.2 主要反应方程式 52.2 工艺路线的选择 52.2.1 工艺流程简介 52.2.2 反应工艺方案的比较及选择 72.3 工艺流程简述 82.4 物料衡算 92.4.1 基础数据 92.4.2 反应器的物料衡算 102.4.3 气液分离罐物料衡算 142.4.4 精馏塔物料衡算 152.5热量衡算 162.5.1 换热器E 101 162.5.2 换热器E 102 172.5.3 加热炉 202.5.4 反应器 212.5.5 气液分离罐 252.5.6 精馏塔 272.6 Aspen Plus全流程模拟 30第3章 设备选型 313.1关键设备的设计 323.1.1 催化剂物性 323.1.2 设计数据及工作参数 323.1.3 床层高度的计算 333.1.4 管束的数目与排列 333.1.5 换热介质的选择与换热温度的计算 343.1.6 机械强度强度和校核 363.1.7 管口设计 383.2其它设备计算 403.2.1 压缩机 403.2.2 换热器E 101 403.2.3 换热器E 102 423.2.4 再沸器E 103 433.2.5 换热器E 104 443.2.6 储罐V 101 453.2.7 泵 463.2.8 精馏塔 46第4章 设备一览表 49第5章 车间设备布置 515.1 车间布置 515.2 设备布置 515.2.1 一层布置 515.2.2 二层布置 525.2.3 立面布置 52第6章 自动控制 526.1 泵的控制 536.2 压缩机的控制 536.3 换热设备的控制 546.4 回流灌的控制 546.5 固定床反应器的控制 55第7章 安全与环境保护 557.1 废气 567.2 废水 567.3 废渣 56第8章 公用工程 578.1 供排水 578.1.1 供水 578.1.2 排水 578.2 供电 578.3 供汽 57结束语 58参考文献 59致 谢 61V第1章 总 论1.1 概述1.1.1 选题的意义随着我国原油、 煤加工能力的迅速提高，其副产品C4资源也在不断扩大，但就目前而言，我国C4烃在化工方面的利用率只有10%左右，大多数都是以燃料被烧掉，而西欧、美国、日本等工业发达国家利用率已达到60%-90%，因此提高C4的转化应用具有广泛的意义。

轻质芳烃BTX（苯、甲苯、二甲苯）是化工行业的基本有机化工原料[1]，也是高辛烷值汽油的重要调合组份（约占汽油组成的21%）[1]据有关专家估计，2013年我国芳烃进口量约为220万吨，这将严重影响我国石化工业的发展目前，我国乃至世界范围芳烃的主要来源是催化重整[1]，但我国原油是以较重的石蜡基为主，这使重整原料严重不足，难以提高芳烃的产量，因此，开发混合C4生产芳烃工艺具有十分重要的意义1.1.2 本课题在国内外研究现状国外对低碳烃芳构化工艺的研究与探索开始于40年代1970年时Csicsery[2]研究低碳烃芳的构化，并将该反应称为Dehydrocyclodimerization过程，即脱氢齐聚环化[3]，他认为产物是通过脱氢环二聚反应获得并且这个转化过程需要在高温（550℃）下进行，同时反应过程中产生大量的甲烷和乙烷，并且结焦率较大，以及芳烃选择性较低（约30%），事实表明此工艺的效益低Mobil公司[4]在70年代成功开发了中孔沸石分子筛，尤其是MFI-型沸石（即：ZSM-5）具有良好的择形催化性能，同时具备较高的抗酸性、热稳定性等特点并且催化剂使用寿命长，这也使低碳烃芳构化这一工艺才得已实现。

Mobil公司的Chen和Cattanach等人，首次报道了ZSM-5沸石用于C5～C7液态脂肪烃的芳构化过程中，Zn2+离子的引入产生了高选择性的转化，随后Zn/HZSM-5催化剂[5]成功用在C3～C4低碳烃芳构化中1984年BP公司与美国UOP公司联合开发了Cyclar工艺[6]，该工艺是以C3～C4烃或液化石油气为原料，该工艺采用了BP公司发明的改性ZSM-5分子筛催化剂和UOP公司开发的模拟移动床再生技术，芳烃收率达55%～66%1989年底 BP公司在Grangemouth Scotland炼厂建成一套规模为1.5×104t/a的工业示范装置，该装置采用CCR技术（催化剂连续再生）实现了将液化石油气转化为芳烃日本Sanyo公司开发了使用串联交替反应器，以C3～C8烯烃为原料，采用镓金属氧化物改性的ZSM-5催化剂，该工艺操作温度在450℃，反应压力为 500KPa，空速为1.8h- 1，采用固定床反应工艺，芳烃收率在45%～50%美国Mobil公司开发了M2-forming技术，该工艺是以丙烯，正戊烷以及一些工业物料为原料，如石脑油和轻质流化催化裂化（FCC）汽油，采用纯酸性HZSM-5分子筛催化剂，在538℃和液时空速1.0h-1的条件下进行该工艺采用固定床反应器串联排列，反应压力0.3～0.7MPa，液态空速0.5～2.0h芳烃收率55%。

法国IFP公司和澳大利亚的Salutec公司近年来开发的Aroforming工艺[7]，该工艺适用于LPG（液化石油气）和轻质烃等，采用添加金属氧化物的择形沸石催化剂，反应产物分布接近于Cyclar工艺国内对低碳烃芳构化工艺的研究始于80年代，最早研究的是华东化工学院的吴指南等人，在1983年其发表了相关文章，之后山西煤炭化学研究所根据工艺要求筛选出了性能良好的镓改性ZSM-5催化剂[8]；抚顺石油学院之后以富含丁烯的C4馏份进行试验得到了与其它单位的结果相似，并申请自己的发明专利[9,10]1.2 设计依据（1）《齐齐哈尔大学毕业设计（论文）工作手册》（2）齐齐哈尔大学化学工程与工艺专业下达的《毕业设计任务书》（3）GB/T17450-1998：《技术制图图线》 （4）GB/T17451-1998：《视图》（5）GB/T17452-1999：《剖视图和断面图》（6）GB/T16675-1996：《技术制图简化表示方法》（7）国家建筑、化工建设等相关标准1.3 厂址选择根据工艺原料等要求本设计厂址选在陕西省神木县榆神化学工业园区，该厂区具有以下优势（1） 原料动力和市场优势原料与市场是我们首先考虑的因素，而。