乙苯脱氢制苯乙烯反应工段毕业设计.docx

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乙苯脱氢制苯乙烯反应工段毕业设计

乙苯脱氢制苯乙烯-反应工段--毕业设计

摘要

苯乙烯是最重要的基本有机化工原料之一。

本文介绍了国内外苯乙烯的现状及发展概况，苯乙烯反应的工艺条件，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30万吨乙苯为生产目标，采用乙苯二段绝热氧化脱氢制苯乙烯的工艺方法，对整个工段进行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行了物料衡算和热量衡算，并利用流程设计模拟软件AspenPlus对整个工艺流程进行了全流程模拟计算，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行了简化计算，利用计算机模拟计算结果对整个工艺流程进行了模拟，并确定了整套装置的主要工艺尺寸,车间的平立面布置。

由于本设计方案使用计算机过程模拟软件AspenPlus进行仿真设计，减少了实际设计中的大量费用，对现有工艺进行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；AspenPlus；模拟优化

Abstract

StyreneMonomer（SM）isoneofthemostimportantorganicchemicals.Thisarticledescribesthepresentsituationanddevelopmentofstyreneathomeandabroad,styrenereactionconditions,catalystforethylbenzenedehydrogenationtostyrene,styreneproductionmethodsandproductionprocesses.

Thisdesignisbasedontheannualhandlingcapacityof300,000tonsofethylbenzeneproductiontargets,ethylbenzenetwo-stageadiabaticoxidativedehydrogenationusingstyreneintheprocess,theentiresectionintheprocessdesignandequipmentselection.Accordingtotherequirementsofthedesignofthemissionstatementoftheentireprocessthematerialbalanceandheatbalance,processdesignsimulationsoftwareAspenPlussimulationofthewholeprocessoftheentireprocess,choosetheappropriateoperatingunitmoduleandthermodynamicmethods,anddrawtheP&IDdiagram.Theentireprocessinthedesignprocess,simplifythecalculation,thewholeprocessincludeonereactionparts,theuseofcomputersimulationresultsontheentireprocessflowsimulation,determinethesizeofthemainprocessoftheentiredevice,workshoplevelandelevationlayout.

ThisdesignusingcomputersimulationsoftwareAspenPlussimulationdesignedtoreducethesubstantialcostsoftheactualdesign,toimprovetheexistingprocessandoptimalsynthesishasimportantpracticalsignificance.

Keywords：

Ethylbenzene；Styrene；Dehydrogenation；AspenPlus；Simulationand

Optimization

第1章总论

1.1概述

1.1.1意义与作用

苯乙烯作为化工生产的基本原料,在国民经济中起到了越来越大的作用。

苯乙烯是生产丁苯橡胶（SBR）、丁苯乳胶（包括SBR乳胶和S/B共聚物胶乳）的主要原料之一。

苯乙烯（SM）是合成高分子工业的重要单体，它不但能自聚为聚苯乙烯树脂，也易与丙烯腈共聚为AS塑料，与丁二烯共聚为丁苯橡胶，与丁二烯、丙烯腈共聚为ABS塑料，还能与顺丁烯二酸酐、乙二醇、邻苯二甲酸酐等共聚成聚酯树脂等。

目前全世界苯乙烯产能约为2150～2250万吨。

经过不断地增长和扩能，我国已经成为世界最大的SBR生产国，2011年国内生产总能约170万吨/年，产量约120万吨/年。

随着乙烯经济的发展,2000年以后国内苯乙烯进入快速发展阶段,市场需求不断扩大,规模化生产己成为市场竞争力水平的主要表现,苯乙烯技术环节的竞争也日益激烈，尤其是国外苯乙烯技术,从原料、能耗、稳定性、安全性、可操作性等多个方面较上世纪都有了很大提高和创新,作为技术使用方,只有深入了解当前的发展变化,才能真正在未来技术发展、应用及创新中建立优势。

1.1.2国内外的现状及发展前景

目前国内发展现状及进展，乙苯负压脱氢制苯乙烯的技术核心是乙苯减压脱氢制苯乙烯反应器。

目前国内以华东理工大学开发的乙苯减压脱氢反应器[1]，它采用轴径式反应器技术和气气快速混合两大关键技术，突破了国外技术的垄断，形成自主知识产权。

此外，兰州石化公司研究开发成功乙苯脱氢LH365型催化剂[2]，并实现工业化。

茂名石化于2003年7月完成了10万吨/年苯乙烯装置扩能改造工程，应用了国内最新开发的TJH型脉冲规整填料及高效塔内部件技术。

我国中科院大连化学物理研究所开发的以FCC装置干气中稀乙烯为原料制乙苯的催化剂及工艺己处于国内领先水平,该所先后开发出五代催化剂工艺技术,其中前三代已工业应用,并于1994年授于LummuS公司全球代理许可权。

2006年，世界苯乙烯产能约为3243万吨/年，主要分布在东北亚、北美及西欧地区，由于PS和ABS树脂等苯乙烯下游产品消费的强劲增长。

我国苯乙烯生产始于五十年代末期，其中2003--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[3]。

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。

据预测，2010年可达到3920kt/a。

新增生产能力主要是新疆独山子、上海赛科、南海壳牌、镇海炼化、惠州壳牌和广州石化等数套规模达300至600kt/a的大型苯乙烯装置。

1.1.3产品的性质和特点

苯乙烯，简称SM。

是石化行业的重要基础原料，其主要性质用途如下：

（1）苯乙烯是用苯取代乙烯的一个氢原子形成的有机化合物，乙烯基的电子与苯环共轭，不溶于水，溶于乙醇、乙醚中，暴露于空气中逐渐发生聚合及氧化。

苯乙烯是芳烃的一种。

分子式为C8H8，存在于苏合香脂（一种天然香料）中。

无色、有特殊香气的油状液体。

熔点－30.6℃，沸点145.2℃，相对密度0.9060（20/4℃），黏度0.762cP，不溶于水（<1%），能与乙醇、乙醚等有机溶剂混溶。

苯乙烯在室温下即能缓慢聚合，要加阻聚剂对苯二酚或叔丁基邻苯二酚（0．0002%～0．002%）作稳定剂，以延缓其聚合才能贮存[4]。

（2）苯乙烯主要用于生产苯乙烯系列树脂及丁苯橡胶，也是生产离子交换树脂及医药品的原料之一。

（3）苯乙烯系列树脂的产量在世界合成树脂中仅次于PE、PVC。

（4）苯乙烯的均聚物――聚苯乙烯（PS）是五大通用热塑性合成树脂之一，近年来需求发展增长旺盛。

（5）苯乙烯、丁二烯和丙烯腈共聚而成的ABS树脂是用量最大的大宗热塑性工程塑料，中国已经成为世界ABS最大的产地和消费市场之一。

由于苯乙烯还可以生产的丙烯腈-苯乙烯二元共聚物（SAN）、不饱和树脂（UPR）、

丁苯橡胶（SBR）、丁苯胶乳（SBL）、热塑性丁苯橡胶（SBS）等产品，可以说苯乙烯是化学工业中最重要的单体之一。

1.1.4产品的生产方法概述

苯乙烯是重要的有机化工产品之一，其工业生产的主要方法为乙苯催化脱氢法和苯乙烯-环氧丙烷联产法，乙苯催化脱氢法处于主导地位，约占苯乙烯生产的90%以上。

（1）环球化学∕鲁姆斯法

以乙苯为原料，采用脱氢反应器，由开始的单级轴向反应器，中间经历开发了双级轴向反应器到双径向反应器再到双级径向反应器的各种组合优化的多种反应器；反应器的操作压力有开始的正压发展到今天的负压；汽油比有开始的2.5:

1发展到今天1.3：

1；蒸汽消耗由开始的10kg∕kgSM发展到今天的4kg∕kgSM。

乙苯脱氢的工艺操作条件为550～650℃，常压或减压，蒸汽∕乙苯质量比为1.0～2.5。

UOP∕Lummus的“SMART”SM工艺是在ClassicSM工艺基础上发展的一项新工艺，即在工艺ClassicSM工艺的脱氢反应中引入了部分氧化技术。

可提高乙苯单程转化率达80%以上[5]。

（2）Fina∕Badger法

Badger工艺采用绝热脱氢，蒸汽提供脱氢需要的热量并降低进料中乙苯的分压和抑制结焦。

蒸汽过热至800～900℃，与预热的乙苯混合再通过催化剂，反应温度为650℃，压力为负压，蒸汽∕乙苯比为1.5%～2.2%。

（3）巴斯夫法

巴斯夫法工艺特点是用烟道气加热的方法提供反应热，这是与绝热反应的最大不同。

（4）Halcon法

Halcon法又称PO－SM联产法，由西班牙Halcon法公司开发[6]。

（5）裂解汽油萃取分离法

日本东丽公司开发了Stex法裂解汽油萃取分离苯乙烯技术。

（6）环氧丙烷联产法

环氧烷联产法是先将乙苯氧化成乙苯氢过氧化物，再使之在Mo、W催化剂存在下与丙烯反应生成环氧丙烷和－苯乙醇，后者脱水可得到苯乙烯。

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

（8）齐齐哈尔的地理、人文、经济等因素

1.3厂址选择

1.3.1建厂地址

本苯乙烯生产厂厂址选择在齐齐哈尔市，齐齐哈尔市毗邻全国第一大油田大庆油田，经科学预测，其至少蕴藏着100－150亿吨石油储量，可供开采的石油储量为80－100亿吨。

大庆石油比重中等，粘度高，含蜡量高，凝固点高，含硫量极少，一般称为"三高一少"，属低硫石蜡基型，是理想的石油化工原料。

1.3.2土地资源

2010年底，齐齐哈尔市拥有耕地面积2602万亩，荒地195万亩完全可以满足建立本厂的土地需求。

1.3.3水利资源

齐齐哈尔市主要江河有嫩江、诺敏河等，齐齐哈尔市江河天然水质好，有15个地下