甲苯甲醇烷基化法年产30万吨对二甲苯车间设计分析.docx

甲苯甲醇烷基化法年产30万吨对二甲苯车间设计分析.docx

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甲苯甲醇烷基化法年产30万吨对二甲苯车间设计分析

毕业设计说明书

作者:

学号：

学院:

化工学院

专业（方向）:

化学工程与工艺

题目:

甲苯甲醇烷基化法年产30万吨对二甲

苯车间设计

指导者：

讲师

（姓名）（专业技术职务）

（姓名）（专业技术职务）

评阅者：

讲师

（姓名）（专业技术职务）

2015年5月

声明

我声明，本毕业设计说明书及其研究工作和所取得的成果是本人在导师的指导下独立完成的。

研究过程中利用的所有资料均已在参考文献中列出，其他人员或机构对本毕业设计工作做出的贡献也已在致谢部分说明。

本毕业设计说明书不涉及任何秘密，南京理工大学有权保存其电子和纸质文档，可以借阅或网上公布其部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权保存、借阅或网上公布其部分或全部内容。

学生签名：

年月日

指导教师签名：

年月日

毕业设计说明书中文摘要

此次工艺设计目的为年产30万吨对二甲苯，采用的方法为甲苯甲醇烷基化法。

所采用的方法相比于其他方法具有“产率高、污染小、成本低”的优点。

设计是采用通过AspenPlus、CUP-TOWER、Sw6等专业化工软件，对生产工艺进行模拟、设计，最终获得甲苯甲醇烷基化法年产30万吨PX生产车间设计资料。

设计资料主要包括：

设备材料的选取、设备选型、设备成本估算以及部分设备的设计图纸。

除单个设备的设计外，还进行了热集成网络的简单说明。

在完成设备设计后，还对车间布置作了简单说明。

关键词对二甲苯甲苯甲醇AspenPlus烷基化

毕业设计说明书外文摘要

TitleTheworkshopdesignofanannualoutputof300000

tonsofparaxylenewithalkylationoftoluenewith

methanolmethod

Abstract

Theprocessisdesignedtoproduce300000tonsofparaxylenewithAlkylationoftoluenewithmethanolmethod.Comparedwithothermethods,theadoptedmethodhastheadvantagesofhigherproductionrate,lesspollutionandlowercost.DesignisusedbyprofessionalchemicalsoftwareAspenPlus,CUP-TOWER,Sw6etc.,ontheproductionprocessofsimulation,design,andultimatelywonthealkylationoftoluenewithmethanolmethodofannualproductioncapacityof3milliontonsofPXproductionworkshopdesign.Thedesignmaterialmainlyincludes:

equipmentmaterialselection,equipmentselection,equipmentcostestimationanddesigndrawingsofsomeequipment.Inadditiontothedesignofasingledevice,abriefdescriptionofthethermalintegrationnetworkisalsocarriedout.Afterthedesignoftheequipment,theworkshoplayoutissimplyexplained.

KeywordxylenetoluenemethanolAspenPlusalkylation

1概况

1.1课题简介

对二甲苯（p-xylene，对二甲苯）在化工行业内是合成纤维、树脂、制备农药、合成塑料的重要原料。

随着国内化工行业的快速发展，对二甲苯的需求量也是不断增加的。

然而国内的PX产量不能满足国内对PX的需求，且国内PX的生产工艺未能跟上世界一线，因此本课题的重要性不言而喻。

目前国内工业上制备PX的方式主为采用甲苯、C9芳烃及混合二甲苯的歧化或异构化。

而本次设计是使用改性ZSM-5分子筛催化剂催化，在400℃下平推流固定床反应器中使甲苯与甲醇进行烷基化反应从而生成PX的工艺。

此工艺的优点有：

（1）产物PX选择性高，副产物少，目标产物浓度高；

（2）原料的转化率高，未反应原料大部分可以回收重新利用，减少了物料浪费，降低了生产成本；

（3）副产物主要为H2O，邻、间位二甲苯污染小，属于环境友好型生产工艺，满足绿色生产的要求。

1.2课题要求

本设计拟采用AspenPlus、CUP-TOWER、Sw6等专业化工软件以及AutoCAD制图软件对采用甲苯甲醇烷基化法年产30万吨PX的生产车间进行模拟、分析，并进行设备选型和设计，对生产过程进行工程优化，最后获得整套的车间设计说明书。

在此基础上对生产过程的经济、环保等性能进行计算分析。

1.3设计依据

（1）《化工工艺设计手册（第5版）》；

（2）化工设计设备、材质相关国家标准；

（3）《化工原理（第2版）》，钟秦等编著；

（4）《化工流程模拟实训-AspenPlus教程》，孙兰义主编；

（5）《化工设备机械设备基础》，董大勤主编；

（6）《化学反应工程（第三版）》，陈甘棠主编；

（7）国家经济、建筑、环保等相关政策。

（8）《化工工厂初步设计文件内容深度规定》（2001年6月1日国家石油和化学工业局发布）。

1.4设计原则

（1）设计从实际出发，保证质量过关的同时尽量减少经济支出；

（2）设备设计应服从国家标准，做到设备能够国产化；

（3）主张主体工程与环境保护，消防措施齐全，安全设备配套完整，提供一个良好的人文环境。

（4）充分依托现有社会公共设施，以降低投资，加快项目建设进度，采取切实可行的措施节约用水；

（5）贯彻主体工程与环境保护、劳动安全和工业卫生、消防同时设计、同时建设、同时投产；

（6）消防、卫生及安全设施的设置必须贯彻国家关于环境保护、劳动安全的法规和要求，符合石油化工行业的相关标准；

（7）所选择的产品方案和技术方案应是优化的方案，以最大程度减少投资，提高项目经济效益和抗风险能力。

科学论证项目的技术可靠性、项目的经济性，实事求是地做出研究结论。

2生产工艺

2.1工艺简介

2.1.1课题背景

PX中文名称对二甲苯，又称1，4-二甲苯，分子式：

C8H10或C6H4（CH3），分子量106.17，属于易燃类液体，其蒸汽与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸，与氧化剂能发生强烈反应。

流速过快，容易产生和积聚静电。

其蒸汽比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。

常温常压下为无色透明液体，有类似甲苯的气味。

因此贮运时既要远离火种、热源，避免阳光直晒，又要有保温设施，并防止泄漏。

目前PX在中国主要用于生产PTA、DMT以及制药领域。

并且对二甲苯是石化工业的基础有机原料，在化纤、合成树脂、农药、塑料、医药等众多化工生产领域有着广泛的用途。

它主要用于生产对苯二甲酸二甲脂和纯的对苯二甲酸[1]。

PX还可用作溶剂以及作为香料、油墨等生产原料，用途十分广泛。

并且其作为最重要的化工原料之一，在过去几年内的需求有着强烈增长的趋势。

通过对PX的产能、产量、需求量以及近年来市场情况进行分析，得出由于产能增长不及需求增长，预计到2020年国内对二甲苯（PX）仍存在供应缺口，发展对二甲苯（PX）具有良好的前景和盈利空间。

根据统计数据显示，每年用于生产DMT的PX仅为几万吨，制药领域所消耗的PX也仅为PX总消费量的5％左右，它们对PX需求的影响微乎其微；而PTA每年消耗的PX约占PX总消费量的90％，因此PTA的消费增长是拉动PX需求增加的直接因素。

对二甲苯（PX）是用于生产精对苯二甲酸（PTA）的基本原材料。

目前芳烃主要来自石油化工工业中的催化重整、石脑油裂解、低碳烃类芳构化和芳烃类转化工艺，仅有少部分来自煤化工中的煤焦油。

利用替代原料，如甲醇、液化气（LPG）和生物质，生产包括PX在内的芳烃新技术正在脱颖而出[2]。

上世纪70年代，Yashima等首先注意到各种阳离子交换的Y沸石催化剂上甲苯与甲醇的烷基化反应，可得到45%~50%相对高含量的对位异构体，突破了该温度下的热力学平衡值，呈现出一定的对位选择性。

目前，Mobil公司的Chen等以ZSM-5为催化剂，进行了甲苯甲醇选择性烷基化的系统研究，发现采用大晶粒HZSM-5催化剂得到的液体产物中，对二甲苯的含量比以往要高很多。

自此以后，一系列使ZSM-5分子筛催化剂在甲苯烷基化反应中产生高对位选择性的处理技术相继见诸报道，改性ZSM-5的相关文献也很多。

综合分析发现，ZSM-5是甲苯甲醇烷基化反应合成对二甲苯较合适的择形催化材料。

目前，国内外甲苯甲醇烷基化催化剂研究都是围绕ZSM-5沸石展开。

甲苯甲醇烷基化合成PX（简称MTX）是一条新工艺路线。

与传统的甲苯歧化工艺相比，该工艺技术的最大优势是以甲苯和低成本的甲醇作为原料，生产出高浓度的PX，而仅有很少量的副产物苯和C9。

新工艺中，甲醇的引入提高了甲苯利用率，理论上每生产1吨PX只需要耗用1吨的甲苯，而传统的甲苯歧化工艺，每生产1吨PX需要耗用约25吨的甲苯，且副产物较多。

因此新工艺收率高，成本低。

2000年以前，发展比较缓慢，但供需关系相对平衡，2000年国内自给率为88%；2000年到2010年，中国PX项目迅速发展，生产能力一跃成为世界第一；2010年至2013年，国内市场需求持续走高，而PX建设却步伐放缓，产能开始无法满足需求[3]。

资料显示，2012年，中国对PX的实际需求为1385万吨，已经成为全球最大的PX消费国，占全球消费量的32%，但中国PX总产能仅为880万吨，自给率只有63%。

这是由于近年来产业链发展不均衡，才会导致出现了原料PX发展速度相对缓慢。

然而下游PTA产业发展仍然呈迅猛的态势，导致产业链上下游产品布局不同步。

目前我国PTA企业大多依赖进口解决PX的供应，我国现有和未来新增的PTA装置仍主要集中在华东、华南沿海地区，该地区的PX供需缺口将进一步扩大，尤其是浙江、江苏和福建地区。

国内新建PX装置，要从有利于促进下游PTA产业发展的角度考虑，在解决原料供应的前提下，应优先考虑在贴近下游PTA市场布局的PX项目，如沿江、沿海等省市，发挥项目的区域优势，在局部地区形成上下游一体化的产业链，增加PX-PTA-聚酯产业链的整体竞争力。

由于国内煤资源丰富，煤制甲醇产能过剩。

而且目前市场上甲醇价格约2800元/吨，而甲苯则高达l万元/吨。

因此，甲苯甲醇烷基化合成PX技术的开发和应用，实现了煤化工与石油化工的有机结合，将有效缓解国内甲醇产能过剩的问题。

一个国家的化工水平有几个指标可以大致概括一下，一个是它的炼油能力，还有一个是乙烯的产量，PX即二甲苯的产量也是一个国家化工化学水平的重要指标。

PX即二甲苯的产量也是反映一个国家化工水平的标志性产品，这就说明PX是一个非常重要的战略物品。

2012年l2月27日，国内首套甲苯甲醇烷基化工业装置在扬子石化完成工业运行试验。