【正文】 20 萬噸 /年 PX 項目 18 如果將甲苯甲醇烷基化工藝作為一個單元，在芳烴聯(lián)合裝置中與歧化單元并聯(lián)使用，可以實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減少低附加值苯的產(chǎn)量，同時增加高附加值對二甲苯的產(chǎn)量，而且可以副產(chǎn) C1～ C5 輕烴，特別是乙烯和丙烯，提高企業(yè)效益。 相關(guān)反應(yīng) 甲苯、甲醇烷基化生產(chǎn)對二甲苯的體系復(fù)雜 ,副反應(yīng)多。本文只對甲苯、甲醇自身轉(zhuǎn)化體系以及甲苯、甲醇烷基化生成二甲苯的體系進行熱力學(xué)分析與計算。 (1)甲苯自身轉(zhuǎn)化反應(yīng) 2Tol=B+oX 2Tol=B+mX 2Tol=B+pX Tol=7C+4H2 式中 :Tol 為甲苯 ,B為苯 ， X為二甲苯。 (2)甲醇自身轉(zhuǎn)化反應(yīng) 2CH3OH=CH3OCH3+H2O 2CH3OH=C2H4+2H2O 3CH3OH=C3H6+3H2O 4CH3OH=C4H8+4H2O CH3OH=CO+2H2 CH3OH=C+H2O+H2 2CH3OH=CO2+2H2+C (3)甲苯和甲醇烷基化生成二甲苯的反應(yīng) Tol+CH3OH=pX+H2O? Tol+CH3OH=oX+H2O? Tol+CH3OH=mX+H2O 項目技術(shù)特色 同等規(guī)模的反應(yīng)器其生產(chǎn)能力增加 項目可行性分析報告 20 萬噸 /年 PX 項目 19 液相循環(huán)工藝的化學(xué)反應(yīng)和產(chǎn)物分離過程獨立進行，反應(yīng)器容積利用率大。同等規(guī)模的反應(yīng)器，氣相循環(huán)時的催化劑溶液量為 100m3，改為液相循環(huán)后催化劑溶液可增加到 150m3，反應(yīng)器容積利用率是氣相循環(huán)時的 150%。同時由于反應(yīng)器中催化劑溶液量增多，即液位增高，反應(yīng)物在反應(yīng)器中的停留時間增長，因而使反應(yīng)速率增加。綜合上述兩項，同等規(guī)模的反應(yīng)器，改進后其生產(chǎn)能力可比改進前增加。 降低操作溫度，延長催化劑壽命 產(chǎn)物獨立分離過程，可使反應(yīng)器操作溫度比原工藝降低 5~10℃，由于催化劑的失活速率隨著操作溫度的升高而加快，因此溫度降低后，催化劑的使用壽命延長。此外，較低的操作溫度還可減少副產(chǎn)物的生成量。 提高原料利用率，減少副產(chǎn)物生產(chǎn) 液相循環(huán)及反應(yīng)器的串聯(lián)操作使原料利用率提高，減少了副產(chǎn)物的生成量，降低了弛放氣中的 甲醇 含量，可使原料 甲醇 利用率提高 4%~5%。 工藝流程 Aspen 仿真模擬設(shè)計 原料 甲苯精餾 工段 原料 甲苯精餾 模擬圖 項目可行性分析報告 20 萬噸 /年 PX 項目 20 反應(yīng)與精制 工段 反應(yīng)與精制 工段模擬草圖 計算說明 提取 Aspen plus 上的物性參數(shù)， 對精餾段 進行手工計算和校核，然后再用KGTOWER 進行軟件 計算，通過比較來檢查計算的正確性。物性參數(shù)如下表： 表 1 精餾段物理 參數(shù) 體流量Vs(m3/s) 液 體流量Ls(m3/s) 氣體密度 ρv (kg/m3) 液體密度 ρL (kg/m3) 物系表面張力σ(mN/m) 5 精餾段 塔板間距 HT的選定很重要，它與塔高、塔徑、物系性質(zhì)、分離效率、塔 的操作彈性，以及塔的安裝、檢修等都有關(guān)。可參照下表所示經(jīng)驗關(guān)系選取。 表 2 板間距與塔徑關(guān)系 塔徑 ～ ～ ～ ～ ～項目可行性分析報告 20 萬噸 /年 PX 項目 21 D， m 板間距HT， mm 200 ～300 250 ～350 300 ～450 350 ～600 400 ～600 由于VVLCu ? ?? ??m ax 其中 C由式 20 )20( LCC ??,其中 20C 由圖查取 ,圖的橫坐標(biāo)為 2/12/1 ???????????????????? VLhhVL ?? 取板間距 mHT ? ,板上液層高度 mhL ? 則 mhH LT ???? 查史密斯關(guān)聯(lián)圖得 ?20C , 2/12/1L20 ???????????????? ?CC sCu V VL / x ?????? ? ?? 取安全系數(shù) ,則空塔氣速為 ?? uu sm/ 塔徑 ： muVD s ????? ? 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 ? 塔截面積為 222 ???? ?? DA T 實際空塔氣速為 sm / 9u ?? 精餾塔有效高度為： 在進料板上下各方開一人孔，其高度為 ； 項目可行性分析報告 20 萬噸 /年 PX 項目 22 mZZZ )228( ??????? 提精總 塔附件及總高度的計算 ① 塔頂 空間 DH 為了安裝人孔及破沫網(wǎng)，取塔頂 ?DH ② 進料板高度 FH 安裝人孔及氣液相進料 ，所以 mHF ? ③ 塔底空間 WH 假定塔底空間依儲存液量停留 3 分鐘，那么塔底液高： mALth SW ?????? 取塔底液面距最下面一層板留 米，故塔底空間 Hw= ④ 封頭高度 1H mDH 41411 ???? ⑤ 裙座高度 2H 筒體高度大于 10m，塔徑 1m，所以采用圓柱形裙座： H= ⑥ 塔壁厚計算 取每年腐蝕 ，因限制用年數(shù)為 15年，年壽終了的最低 4mm?? 那么壁厚 m in ( 4 15 ) 26. 5m m m m? ? ? ? ? 故按標(biāo)準(zhǔn)，取壁厚 28mm ⑦ 塔總高度 . 41 ???????H 各附件高度和塔總高 R /D m塔 頂 高 度H /F m進 料 高 度H /W m塔 底 空 間H 1/Hm封 頭 2/Hm裙 座 /mm塔 體 壁 厚 /m塔 總 高 項目可行性分析報告 20 萬噸 /年 PX 項目 23 R m 0.81 0.8 0.55 3.65 28 2 因塔徑 D=，可選用雙溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。 （ 1）堰長： ι W=(～ )D，取ι W==； （ 2）溢流堰的高度 hW： 選用平直堰，堰上高度 how由式： how= 32 ?????????? WhlLE 由工作經(jīng)驗知 E取為 1，可滿足工程生產(chǎn)需求，則 how= 32 ??????? ???； hW=hLhow==； （ 3）弓形降液管寬度 Wd和截面積 Af： 由 ?DlW 查圖得： ?TfAA ， ?DWd ； 故 Af = AT == = ㎡； Wd = =； 由θ =hTfL HA ??3600 驗算液體在降液管中停留時間，即 θ ss ?? ； 故降液管設(shè)計合理。 （ 4）降液管底隙高度 h0： h0=39。03600 uLL Wh ?? 項目可行性分析報告 20 萬噸 /年 PX 項目 24 由經(jīng)驗，一般取 39。ou =～ ，取 39。ou =； h0= ??? ?； 故降液管底隙高度設(shè)計合理； (1)塔板的分塊 因 D≥800mm，故塔板采用分塊式。 （ 2）邊緣區(qū)寬度確定： 取 mW mWWc ss ,39。? ??； （ 3）開孔面積： 公式 22 2 12 s in180a RxA x R x R? ???? ? ????? 計算開孔區(qū)面積 Aa ? ? ? ? mWWDx sd ???????mWDr c ????????????? ??????? ? i n180 1222aA == ㎡； (4)篩孔數(shù) n 與開孔率 ? ： 取篩孔的孔徑 0d 為 mm5 ，正三角形排列，一般碳質(zhì)的板厚為 mm3 ,取?dt ，故孔中心距 mmt ??? 篩孔數(shù) 22 ????? t An a，故篩孔數(shù)為 18685 個 開孔率 20 %()td? ??（在 5—15 范圍內(nèi)） 氣體通過閥孔的氣速為 smA Vu a s /* ???? ? 項目可行性分析報告 20 萬噸 /年 PX 項目 25 5 塔板的流體力學(xué)校核 （ 1）氣相通過塔板的壓強降 計算塔板壓強降公式： ?hhhh cp ??? 1 ① 干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?ch 依據(jù) ???d ，查《干篩孔的流量系數(shù)》圖，得 C0= mhc ) () ( 2 ???? ② 板上充氣液層阻力：本設(shè)備分離苯和甲苯混合物，即液相為碳?xì)浠衔铮扇〕錃庀禂?shù) ?? ，有 mhhhh OWWL 0 3 *)(1 ??????? ?? 液柱 ③ 液體表面張力所造成的阻力：此阻力很小，忽略不計。 因此，與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹? mhhh cp 0 6 5 3 0 ????? 液柱 則單板壓降 PaghP Lpp 6 5 ???????? ? （ 2）液泛 為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度 Hd應(yīng)滿足 Hd≤ψ（ HT+hW) 苯 甲苯物系屬理想物系，取ψ =，則ψ（ HT+hW)=（ +）=； 而 Hd=hp+hl+hd， 板上不設(shè)進口堰， hd=（ u0， ） 2= = 液柱； Hd=++= 液柱＜ 液柱， 即 Hd≤ψ（ HT+hw）； 故本設(shè)計不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。 霧沫夾帶 按以下兩式計算泛點率，即 項目可行性分析報告 20 萬噸 /年 PX 項目 26 公式 1： % ????bFLsvLvsAKCZLV ???泛點率 板上液體流徑長度 mWDZ dL 8 1 9 ?????? 板上液流面積 23 .4 81 5 9 mAAA fTb ?????? 主要脫掉大部分的水，為正常系統(tǒng)，取物性系數(shù) ?K ,又查圖得泛點負(fù)荷系數(shù) ? ，將以上數(shù)值代入公式 1 得 %% % S ??? ?????????bFLSVL VAKCZL?? ?泛點率 計 算 出 的 泛 點 率 在 80% 以 下 ， 故 可 知 霧 沫 夾 帶 量 能 夠 滿 足氣）液） (/( kgkgeV ? 的要求。 霧沫夾帶線 依下式做出，即 %1 0 0????bFLsvLvsAKCZLV ?? ?泛點率 取泛點率為 80%，計算結(jié)果為： ?????? ssLV 整理得 sS LV 5 6 ?? 由式知霧沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任取兩個 Ls 值，依式 (A)算出相應(yīng)的Vs 值列于本例附 表 中。據(jù)此，可做出霧沫夾帶線（ 1）。 液Ls/(m3/s) Vs/(m3/s) 項目可行性分析報告 20 萬噸 /年 PX 項目 27 泛線 由下式確定液泛線 dLocdLpWT hhhhhhhhhH ????????? 1)(? 忽略式中 0h ，則有 ???????? ?????????????????????? 3/2022 36001000 )1()( W sWoW sL ovWT l LEhhl LguhH ???? 因物系一定，塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定，則 TH ， Wh ， 0h ， Wl ， v? ， L? ， 0? 及 ? 等均為定值，而 0u 與