乙苯脱氢制苯乙烯装置工艺设计.doc

20万吨/年乙苯脱氢制苯乙烯装置工艺设计摘 要苯乙烯是最重要的根本有机化工原料之一本文介绍了国外苯乙烯的现状及开展概况，苯乙烯反响的工艺条件，乙苯脱氢制苯乙烯催化剂，苯乙烯的生产方法和生产工艺本设计以年处理量20万吨乙苯为生产目标，采用乙苯三段催化脱氢制苯乙烯的工艺方法，对整个工段进展工艺设计和设备选型根据设计任务书的要求对整个工艺流程进展了物料衡算，并利用流程设计模拟软件Aspen Plus对整个工艺流程进展了全流程模拟计算，选用适宜的操作单元模块和热力学方法，建立过程模型进展稳态模拟计算并绘制了带控制点的工艺流程图在设计过程中对整个工艺流程进展了简化计算，将整个流程分为了反响和精馏别离两个局部，利用计算机模拟计算结果对整个工艺流程进展了模拟优化，并确定了整套装置的主要工艺尺寸 由于本设计方案使用计算机过程模拟软件Aspen Plus进展仿真设计，减少了实际设计中的大量费用，对现有工艺进展改进及最优综合具有重要的实际意义关键词：乙苯，苯乙烯，脱氢，Aspen Plus，模拟优化AbstractStyrene Monomer〔SM〕is one of the most important organic chemicals. This article describesthe present situation and development of styrene at home and abroad, styrene reaction conditions, catalyst for ethylbenzene dehydrogenation to styrene, styrene production methods and production processes.This design is based on the annual handling capacity of 200,000 tons of ethylbenzene production targets, ethylbenzene three-stage dehydrogenation using styrene in the process, the entire section in the process design and equipment selection. According to the requirements of the design of the mission statement of the entire process the material balance, process design simulation software Aspen Plus simulation of the whole process of the entire process, choose the appropriate operating unit module and thermodynamic methods, process model for steady-state simulation and draw the P&ID diagram. The entire process in the design process, simplify the calculation, the whole process is divided into reaction and distillation to separate the two parts, the use of puter simulation results on the entire process flow simulation and optimization, and determine the size of the main process of the entire device .This design using puter simulation software Aspen Plus simulation designed to reduce the substantial costs of the actual design, to improve the e*isting process and optimal synthesis has important practical significance.Keywords：Ethylbenzene，Styrene，dehydrogenation，Aspen Plus，Simulation and optimization1.目 录1前言11.1苯乙烯现状及开展概况21.2乙苯脱氢制取苯乙烯反响工艺条件研究2温度2进料比31.2.4压力31.3乙苯脱氢制苯乙烯催化剂研究3国外苯乙烯催化剂研究现状4国催化剂研发的建议51.4苯乙烯生产方法概述7乙苯脱氢法7乙苯共氧化法7甲苯为原料合成苯乙烯8乙烯和苯直接合成苯乙烯8乙苯氧化脱氢81.5乙苯脱氢制苯乙烯工艺方法概述9／UOP乙苯脱氢工艺9／Badger乙苯脱氢工艺9乙苯脱氢选择性氧化工艺〔Smart工艺〕101.6Aspen Plus软件及功能简介101.7本设计方案主要容及意义122设计局部132.3设计任务书13乙苯催化脱氢主、副反响13乙苯脱氢催化剂13乙苯脱氢反响条件13乙苯脱氢工艺流程142.4物料衡算14脱氢绝热反响器15油水别离器17乙苯—苯乙烯精馏塔20甲苯—乙苯精馏塔21苯—甲苯精馏塔21苯乙烯精馏塔222.5Aspen Plus模拟工艺流程设计22状态方程及模块的选择22动力学方程选择23反响局部操作参数和关键控制24精馏局部操作参数343设计结果与讨论423.1苯乙烯工艺流程图及流程概述423.2Aspen Plus软件模拟流程及其简述43反响局部概述43别离局部模拟443.3主要设备工艺参数汇总44换热器组44反响器44精馏别离局部453.4公用工程一览45加热蒸汽45生产用电45冷却用水463.5讨论46符号说明48致49参考文献501.1 前言苯乙烯是一种重要的石油化工根本原料，是除聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、环氧乙烷(EO)以外的第四大乙烯衍生产品。

其主要用于生产和制备聚苯乙烯(PS)、丁苯橡胶 (SBR)、丙二烯—丁二烯—苯乙烯(ABS)树脂、苯乙烯—顺丁烯—苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯—丙烯腈(SAN)树脂和不饱和聚酯等，并广泛用在电子、汽车、建筑、包装、日用轻工等领域中在世界上，苯乙烯的主要生产方法为乙苯脱氢法、乙苯共氧化法、甲苯为原料合成苯乙烯法、乙烯和苯直接合成苯乙烯法和乙苯氧化脱氢法等其中，工业化的生产方法为乙苯催化脱氢法和乙苯共氧化法，两种方法所生产的苯乙烯分别占苯乙烯总产量的85%和15%目前，国外生产苯乙烯的主要方法是乙苯脱氢法，它又包括Lummus/UOP乙苯脱氢工艺、Fina/Badger乙苯脱氢工艺和乙苯脱氢选择性氧化工艺〔Smart工艺〕3种工艺化工流程模拟(过程模拟)技术是以工艺过程的机理模型为根底，采用数学方法来描述化工过程，通过应用计算机辅助计算手段，进展过程物料衡算、热量衡算、设备尺寸估算和能量分析并做出环境和经济评价的一门新兴技术它是化学工程、化工热力学、系统工程、计算方法以及计算机应用技术等学科相互结合的产物，在近几十年中开展迅速，并广泛应用于化工过程的设计、测试、优化和过程的整合领域Aspen Plus是一个生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统。

Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院〔MIT〕组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件该工程被命名为“过程工程的先进系统〞〔Advanced System for Process Engineering，简称ASPEN〕，并于1981年底完成1982年为了将其商品化，成立了AspenTech公司，并称之为Aspen Plus该软件经过20多年来不断地改进、扩大和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计1.1 苯乙烯现状及开展概况苯乙烯〔SM〕作为不饱和芳烃中最简单的成员，是一种广泛用于生产苯乙烯系列树脂及丁苯橡胶的重要有机化工原料在世界五大合成材料的产量中，苯乙烯系列树脂的产量仅次于聚乙烯和聚氯乙烯，名列第三位此外，苯乙烯还可用于制药、染料、农药和选矿等行业，用途十分广泛据统计，目前世界上已有4O多个国家可以生产苯乙烯，生产能力已经超过了21000kt/a我国苯乙烯生产始于五十年代末期，至2000年生产能力已达922 kt/a2003--2006年，我国苯乙烯产量由948kt增至2166kt与此同时，我国苯乙烯消费最也由3603kt增至4503kt。

长期以来，我国苯乙烯产量不能满足我国需求，2003--2006年我国苯乙烯进口量为2343～2661kt虽然我国苯乙烯产量不断增加，但是需求量也在逐年增加，苯乙烯对外依存度依然很高[1]据预测，2021年可到达3920kt/a新增生产能力主要是**独山子、**、南海壳牌、镇海炼化、壳牌和石化等数套规模达300至600kt/a的大型苯乙烯装置1.2 乙苯脱氢制取苯乙烯反响工艺条件研究乙苯脱氢的主反响为：1.2.2 温度乙苯脱氢反响是可逆吸热反响，温度升高有利于平衡转化率的提高，也有利于反响速率的提高而温度提高同时加快了乙苯的裂解和加氢裂解，即随着温度的升高，乙苯转化率增加，而苯乙烯的选择性降低假设温度降低时，副反响虽然减少，苯乙烯的选择性提高，但反响速率也相应降低，产率也不高故乙苯收率随温度变化存在一个最高点，其对应温度为最适宜温度图1- 1 G4-1催化剂下乙苯脱氢反响温度的影响[1]注：乙苯的液态空速为1h-1，乙苯/H2O,=1:31.2.3 进料比图1- 2 乙苯平衡转化率于进料比的关系由热力学原理可知，用水蒸气作为脱氢反响的稀释剂可以提高乙苯脱氢的平衡转化率，增加乙苯收率，抑制催化剂外表结焦同时有消炭作用，并提供热量，利于别离。

但是，水蒸气用量不是越多越好，超过一定比值后平衡转化率的提高就不明显了，其水蒸气用量与平衡转化率的关系如图1-2所示1.2.4 压力从热力学原理看，提高温度、降低体系压力有利于平衡，在工业生产中由于平安因素通常不采用负压，故大都参加水蒸气，作为稀释原料气参加水蒸气不仅可以降低乙苯的反响压力，促使平衡向右移动以提高苯乙烯收率；而且水蒸气经冷凝后变为水，易与苯乙烯别离，来源易得，价格相对廉价，比热容大，并且可以通过水煤气反响不断排除催化剂上的积炭，使催化剂再生[2]1.3 乙苯脱氢制苯乙烯催化剂研究对于乙苯脱氢制苯乙烯这一重要的石油化工过程，所用催化剂的研究开发及更新换代，从2O世纪3O年代以来持续开展以催化剂为中心的工艺条件的优化，反响器类型的构造设计也常有改进[3~6]乙苯脱氢反响是一个强吸热的分子数增加的反响，从热力学上看，提高温度、降低压力有利于平衡，因此目前工业上大多数采用负压工艺又因为过高的温度不仅易导致乙苯裂解而产生苯，甲苯，二氧化碳等副产物，而且增加能耗，使得经济上不合理，故使反响温度的提高受到了很大的限制因此，必须依靠催化剂研制技术的提高和工艺的改进加以解决1.3.1 国外苯乙烯催化剂研究现状国外脱氢催化剂的研究始于20世纪3O年代，至今已有7O年的历史。