【正文】 第一章 引言 述甲基環(huán)已烷（Methyl cyclohexane）CH3C6H11，含量≥%，熔點(℃)：，密度（水=1）：，沸點(℃)：，對蒸氣密度（空氣=1）：，飽和蒸汽壓（kPa）(22℃),燃燒熱(kJ/mol)：，臨界溫度(℃)：，臨界壓力(MPa)：，閃點(℃)：，爆炸上限%(V/V)：，引燃溫度(℃)：250，爆炸下限%(V/V)：，溶解性：不溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮、苯、石油醚、四氯化碳等。本品為無色液體，有特殊香味。甲基環(huán)己烷對酸、堿比較穩(wěn)定。在三氯化鋁作用下異構化為乙基環(huán)戊烷和二甲基環(huán)戊烷。在紫外光或過氧化物存在下能發(fā)生氧化反應。在催化劑存在條件下發(fā)生脫氫反應生成甲苯。不溶于水，能與丙酮、苯、乙醚、四氯化碳、乙醇、高級醇相混溶。在室內裝修中，不為國家限制級有機溶劑，環(huán)保效果較苯要好。甲基環(huán)己烷是重要的有機溶劑和萃取劑，可用作橡膠、涂料、清漆用溶劑，用作油脂萃取劑等。甲基環(huán)己烷可用于有機合成，作溶劑及分析試劑。除此之外甲基環(huán)己烷也可用作校正溫度計的標準物。涂改液一般也是以甲基環(huán)己烷做為主要成分。 生產(chǎn)方法在150℃、約11MPa壓力下加氫反應5h，加得到較純的甲基環(huán)已烷。精制時可用濃硫酸、水、5%氫氧化鈉溶液和水依次洗滌，用脫水劑干燥，最后進行蒸餾而得成品。 Antonie 方程： ()相法，而西歐和日本主要采用液相法。生產(chǎn)工藝：由甲苯加氫制得，反應式如下：上述反應溫度為150℃，經(jīng)加氫5h，可得到較純的甲基環(huán)已烷；再經(jīng)濃硫酸、水和5%氫氧化鈉溶液和水，依次洗滌，脫水劑干燥最后進行蒸餾而得成品。 烷毒性及防護毒性：屬低毒類。 急性毒性：LD502250mg/kg(小鼠經(jīng)口)；LC5041500mg/m3，2小時(小鼠吸入) 亞急性和慢性毒性：兔暴露于40g/m3，6小時/天，每周5天，2周后全部死亡；，10周共300小時，出現(xiàn)肝腎輕微損害。 危險特性：其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇熱源和明火有燃燒爆炸的危險。與氧化劑能發(fā)生強烈反應，引起燃燒或爆炸。在火場中，受熱的容器有爆炸危險。高速沖擊、流動、激蕩后可因產(chǎn)生靜電火花放電引起燃燒爆炸。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇明火會引著回燃。 燃燒(分解)產(chǎn)物：一氧化碳、二氧化碳。皮膚接觸能引起紅腫、皸裂、潰瘍等。~。當吸入甲基環(huán)己烷濃度達60g/m3時出現(xiàn)抽搐、呼吸困難、流涎及結膜充血，70min死亡。工作場所最高容許濃度為500ppm（美國）。生產(chǎn)車間有良好的通風，設備應密閉。操作人員應穿戴防護用具。急救措施：皮膚接觸：立即脫去污染的衣著，用肥皂水和清水徹底沖洗皮膚。就醫(yī)。眼睛接觸：提起眼瞼，用流動清水或生理鹽水沖洗。就醫(yī)。吸入：迅速脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立即進行人工呼吸。就醫(yī)。食入：飲足量溫水，催吐。就醫(yī)。包裝標志： 易燃液體； 包裝方法： （Ⅱ）類，玻璃瓶外要用木箱或鎢塑箱加固或桶裝； 操作注意事項：密閉操作，全面通風。操作人員必須經(jīng)過專門培訓，嚴格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴過濾式防毒面具（半面罩），穿防靜電工作服，戴橡膠耐油手套。遠離火種、熱源，工作場所嚴禁吸煙。使用防爆型的通風系統(tǒng)和設備。防止蒸氣泄漏到工作場所空氣中。避免與氧化劑接觸。灌裝時應控制流速，且有接地裝置，防止靜電積聚。配備相應品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應急處理設備。倒空的容器可能殘留有害物。儲存注意事項：儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不宜超過30℃。保持容器密封。應與氧化劑分開存放，切忌混儲。采用防爆型照明、通風設施。禁止使用易產(chǎn)生火花的機械設備和工具。儲區(qū)應備有泄漏應急處理設備和合適的收容材料。泄露處理： 首先切斷一切火源，戴好防毒面具與手套，用不燃性分散劑制成乳液刷洗，如無分散劑可用砂土吸收，倒到空曠地掩埋，受污染的地方用肥皂或洗滌劑刷洗，經(jīng)稀釋后，污水放入廢水系統(tǒng)，大面積泄露周圍應設霧狀水幕抑爆。表11 甲基環(huán)己烷的技術指針主要技術指針參 考測 量 值合格測量儀器或方法含量( %，≥)98Y氣相色譜儀相對密度(20℃)Y密度計折射率(20℃/25℃)Y阿貝折射儀沸點(,℃)101Y毛細管測定法餾程( %, ≥)9810499102Y蒸餾法酸度(以乙酸計≤)YGB9736 設計過程中主要以高等學校畢業(yè)設計(論文)指導手冊為主，結合指導老師提出的畢業(yè)設計的要求（掌握化工生產(chǎn)過程設計的基本要求及主要內容；掌握設計原則，了解工廠與車間布置內容，廠址選擇的方法和應遵循的原則。 論證設計方案，確定設計流程及方法，掌握化工過程物料衡算，能量衡算，以及主要工藝設備（反應器、分離設備、換熱設備等）計算原理和方法；基本掌握過程和設備的物料參數(shù)（如溫度、壓力、流量等）控制指標的確定方法和控制方案；掌握繪制物料流程圖，帶控制點的流程圖和主要設備圖的要求和標準；初步掌握撰寫設計說明書的基本內容和要求。），我們翻閱了大量國內外期刊和有關圖書，進而了解到氫能極有可能成為21世紀的主要能源。有關氫能技術的研究的近年來取得了可喜的進展，但仍有不少技術問題需要研究，儲氫技術便是其中的一個難點課題。氫能的儲存比汽油、柴油、煤炭等常規(guī)能源困難得多。有機液體氫化物儲氫作為一種新型儲氫技術，具有儲氫量大、儲存設施簡便、維護保養(yǎng)安全而方便等優(yōu)點，國內外都非常重視這項技術的研究。有機液體氫化物儲氫是借助不飽和液體有機物與氫的一對可逆反應（即加氫反應和脫氫反應）實現(xiàn)的，加氫反應實現(xiàn)氫的儲存，脫氫反應實現(xiàn)氫的釋放。不飽和有機液體化合物作儲氫劑，可循環(huán)使用，烯烴、炔烴、芳烴等不飽和液體有機化合物均可作儲氫材料，但從儲氫過程的能耗、儲氫量、儲氫劑物性等方面考慮，以芳烴特別是單環(huán)芳烴作儲氫劑最佳其中甲苯是比較理想的儲氫材料。甲苯加氫的機理及動力學研究已有報道。另外，甲基環(huán)已烷是重要的有機溶劑及萃取劑，廣泛用于橡膠、涂料、清漆、油脂等行業(yè)，也用于色譜淋洗劑、標準物等。隨著職業(yè)安全和環(huán)保要求的日趨嚴格，各種芳烴、非芳烴純溶劑和窄鎦程、用途專一的鎦份溶劑油將是溶劑市場的發(fā)展方向。以甲苯為原料生產(chǎn)甲基環(huán)已烷純溶劑，或將甲基環(huán)已烷與現(xiàn)有的溶劑油產(chǎn)品調合，生產(chǎn)窄鎦程、用途專一的溶劑油將會提升現(xiàn)有產(chǎn)品的附加值，滿足溶劑市場的需要。 設計任務的依據(jù)或項目來源中國石化長嶺分公司研究院對自制的甲苯加氫催化劑時行了試驗和評價，摸索出在絕熱環(huán)境的反應條件。由于實驗室研究的條件局限性，該催化劑應用至工業(yè)生產(chǎn)之前，仍需對于催化劑的耐熱性，反應器的形式，生產(chǎn)工藝及其操作條件進行中試規(guī)模的實驗。因此提出建設3000t/a甲苯加氫生產(chǎn)甲基環(huán)已烷中試裝置。既為工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)裝置摸索生產(chǎn)條件，積累生產(chǎn)經(jīng)驗，也是市場提供附加值較高的甲基環(huán)已烷純溶劑產(chǎn)品。 原材料及公用物料規(guī)格A．物性及用途甲基苯 C6H5CH3 別名甲苯，為無色透明易燃液體。有苯樣氣味。有強折光性。能與乙醇、乙醚、丙酮、氯仿、二硫化碳和冰乙酸混溶，極微溶于水。相對密度凝固點95℃?！?。折光率閃點（閉杯） ℃。易燃。蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限%～%（體積）。低毒，半數(shù)致死量（大鼠，經(jīng)口）5000mg/kg。高濃度氣體有麻醉性。有刺激性。甲苯大量用作溶劑和高辛烷值汽油添加劑，也是有機化工的重要原料，但與同時從煤和石油得到的苯和二甲苯相比，目前的產(chǎn)量相對過剩，因此相當數(shù)量的甲苯用于脫烷基制苯或岐化制二甲苯。甲苯衍生的一系列中間體，廣泛用于染料；醫(yī)藥；農(nóng)藥；火炸藥；助劑；香料等精細化學品的生產(chǎn)，也用于合成材料工業(yè)。甲苯進行側鏈氯化得到的一氯芐；二氯芐和三氯芐，包括它們的衍生物苯甲醇；苯甲醛和苯甲酰氯（一般也從苯甲酸光氣化得到），在醫(yī)藥；農(nóng)藥；染料，特別是香料合成中應用廣泛。甲苯的環(huán)氯化產(chǎn)物是農(nóng)藥；醫(yī)藥；染料的中間體。甲苯氧化得到苯甲酸，是重要的食品防腐劑（主要使用其鈉鹽），也用作有機合成的中間體。甲苯及苯衍生物經(jīng)磺化制得的中間體，包括對甲苯磺酸及其鈉鹽；CLT酸；甲苯2,4二磺酸；苯甲醛2,4二磺酸；甲苯磺酰氯等，用于洗滌劑添加劑，化肥防結塊添加劑；有機顏料；醫(yī)藥；染料的生產(chǎn)。甲苯硝化制得大量的中間體。可衍生得到很多最終產(chǎn)品，其中在聚氨酯制品；染料和有機顏料；橡膠助劑；醫(yī)藥；炸藥等方面最為重要。B．毒性及防護本品具有中等毒性，對皮膚和粘膜刺激性大，對神經(jīng)系統(tǒng)作用比苯強，但因甲苯最初被氧化生成苯甲酸，對血液有較大毒害。對小鼠致死濃度為30~35mol/L。C．包裝及貯運槽車或160kg鐵桶包裝。包裝上應有明顯的“易燃物品”和“有毒品”的標志。屬一級易燃液體。、通風的庫房中，遠離火種、熱源，最高倉溫不宜超過30℃，防止陽光直射。應與氧化劑隔離存放。搬運時輕裝輕卸，防止包裝破損。D．質量指標質量指標滿足GB340690《石油甲苯》標準的要求，主要指標見表（13）：表12原料甲苯的主要指標項目質量指標GB3406試驗方法優(yōu)級品一級品外觀透明，無不溶于水及機械雜質密度（20℃），kg/ cm3865~868 865~868GB/T2013酸洗比色 不深于24GB/T2012總硫含量，mg/kg 不大于22GB/T0253顏色（HaZen）不深于2020GB/T3143蒸發(fā)殘余物，mg/100ml55GB/T3209中性試驗中性中性GB/T1816烴類含雜質量苯含量,%(m/m) 不大于碳八芳烴含量,%(m/m) 不大于非芳烴含量,%(m/m) 不大于0. 10. 10. 25GB/T3144 氫 氣組分 H2N2壓力體積分數(shù)（%）≥ 93%(V)≤ %(V) ~~MPa 蒸 汽 壓力 溫度 230℃ 軟 水電阻率壓力溫度≥1105歐/cm MPa環(huán)境溫度(25℃) 新鮮水壓力溫度環(huán)境溫度(25℃)污垢系數(shù) Cl－ ≤100mg/LpH值~供水壓力回水壓力供水溫度33℃回水溫度40℃ 氣N2≥%(V)O2≤10ppm(v)油含量無CO 無壓力溫度 ≤40℃ 質量無油無塵露點40℃()壓力溫度≤40℃ 裝置空氣質量無油無塵露點25℃()壓力溫度≤40℃380V/220V+10%，50HN+1%，TNC系統(tǒng)，中性點接地與PE線合為一根。第二章 過程說明 反應方程式： 反應過程的分析 甲苯加氫已是一個成熟技術，有關反應機理及動力學研究都有了少的報道。從實驗的角度來講，其動力學不存在問題；下面就僅從熱力學上分析其可行性,由于ΔG0 ，說明反應是自發(fā)的，熱力學分析的結論也是可行的，反應溫度低時，由于受動力學控制，甲苯轉化率不高；反應溫度升高，反應速率加快。甲苯加氫是強放熱反應，高溫將降低平衡轉化率。實驗表明在130~170℃溫度下，甲苯轉化率達96%以上。從工程上來講，要求原來的甲苯加氫變?yōu)闅庀喾磻妆讲皇窃诔B(tài)下，所以溫度還要升高，并且要有一定的壓力，反應的正方向是體積縮小的，壓力加大促使反應向正方向進行，參考經(jīng)驗值，經(jīng)實際工藝校核，確定反應溫度為200~220℃，G。催化劑在此工程反應上是一個最重要的原因， ，結合物料的體積流量，得出催化劑的體積，進而核算反應器的公稱尺寸。整個過程就圍繞這個反應需要的條件而展開核算的。甲苯加氫催化劑小試是在絕熱條件下進行的。由于甲苯加氫反應的放熱量較大（約高于苯加氫反應），因此，中試裝置由于規(guī)模的擴大，反應熱的移去成為關鍵問題。為了解決反應熱的導出問題，中試裝置選擇非絕熱列管式固定床反應器，進行甲苯氣相加氫反應，并通過付產(chǎn)蒸汽移出反應熱量的工藝流程。 與絕熱固定床反應器的流程相比，中試裝置的工藝流程具有以下特點：1. 反應溫度易于調節(jié)控制；2. 反應熱付產(chǎn)蒸汽，不需要靠氫氣循環(huán)帶出熱量，因而裝置的能量消耗較代低；3. 由于反應易于平穩(wěn)控制，因而產(chǎn)品的質量比較穩(wěn)定，催化劑使用周期延長。 流程簡述從界區(qū)外來的甲苯進入T101甲苯槽，經(jīng)過P101泵送，并與氫氣流量比值調節(jié)計量后進入預熱器。在E101預熱器內，用蒸汽或付產(chǎn)蒸汽預熱甲苯，再進入E102汽化器用蒸汽加熱汽化。 從界區(qū)外送入的氫氣經(jīng)過壓力調節(jié)進入V105氫氣緩沖罐，經(jīng)氫氣緩沖罐后送出的氫氣，經(jīng)流量調節(jié)后進入E103換熱器，在換熱器內與高溫的反應氣體換熱。被加熱后的氫氣進入汽化器內，與甲苯氣體混合，并加熱至反應溫度后進入R101加氫反應器。~。 在加氫反應器內，甲苯與氫氣在催化劑作用下反應100%轉化，生成甲基環(huán)已烷，%以上。，付產(chǎn)蒸汽需要的熱水由V102熱水罐和P102熱水泵提供，熱水的加入量通過V101汽水分離器的液位調節(jié)控制。 從加氫反應器出來的反應氣體，在換熱器內與新鮮氫氣換熱，反應氣體被冷卻后，進入冷凝器E104。氣體中的甲基環(huán)已烷產(chǎn)品經(jīng)循環(huán)水冷凝冷卻進入V104烷中間槽，烷中間槽的成品靠系統(tǒng)的壓力，通過液位調節(jié)送入T101成品槽，并自流送至界外的灌裝設施，裝桶外售。 由冷凝器排出的不凝氣體含有氫氣和C1~C5烷烴，送至工廠現(xiàn)有的瓦斯氣燃料系統(tǒng)。 工藝流程詳見附圖2。 自控水平 本項目為3000t/a甲苯加氫生產(chǎn)甲基環(huán)已烷中試裝置，其控制系