【導(dǎo)讀】重要原料，在國(guó)內(nèi)、國(guó)際上都有很好的市場(chǎng)。本設(shè)計(jì)總結(jié)了國(guó)內(nèi)外的苯精制。設(shè)計(jì)中對(duì)主要設(shè)備純苯塔做了詳細(xì)計(jì)算，對(duì)其他以。程圖等附圖，最后進(jìn)行了簡(jiǎn)略的經(jīng)濟(jì)計(jì)算。苯、甲苯和二甲苯。

　　

【正文】 制原理 粗苯加氫根據(jù)其催化加氫反應(yīng)溫度不同可分為高溫加氫和低溫加氫。在低溫加氫中 ,由于加氫油中非芳烴與芳烴分離方法的不同 ,又分為萃取蒸餾法和溶劑萃 取法。 高溫催化加氫的典型工藝是 Litol 工藝 ,在溫度為 600～ 650℃ ,壓力 條件下進(jìn)行催化加氫反應(yīng)。主要進(jìn)行加氫脫除不飽和烴 ,加氫裂解把高分子烷烴和環(huán)烷烴轉(zhuǎn)化為低分子烷烴 ,以氣態(tài)分離出去；加氫脫烷基 , 把苯的同系物最終轉(zhuǎn)化為苯和低分子烷烴。故高溫加氫的產(chǎn)品只有苯 ,沒有甲苯和二甲苯 ,另外還要進(jìn)行脫硫、脫氮、脫氧的反應(yīng) ,脫除原料有機(jī)物中的 S、 N、O,轉(zhuǎn)化成 H2S、 NH H2O 的形式除去 ,對(duì)加氫油的處理可采用一般精餾方法 ,最終得到苯產(chǎn)品。 低溫催化加氫的典型工藝是萃取蒸餾加氫 ( 法 )和 溶劑萃取加氫。在溫度為 300～ 370℃ ,壓力 ～ 條件下進(jìn)行催化加氫反應(yīng)。主要進(jìn)行加氫脫除不飽和烴 , 使之轉(zhuǎn)化為飽和烴；另外還要進(jìn)行脫硫、脫氮、脫氧反應(yīng) ,與高溫加氫類似 ,轉(zhuǎn)化成 H2S、 NH H2O 的形式。但由于加氫溫度低 ,故一般不發(fā)生加氫裂解和脫烷基的深度加氫反應(yīng)。因此低溫加氫的產(chǎn)品有苯、甲苯、二甲苯。對(duì)于加氫油的處理 , 萃取蒸餾低溫加氫工藝采用萃取精餾方法 , 把非芳烴與芳烴分離開。而溶劑萃取低溫加氫工藝是采用溶劑液液萃取方法 ,把非芳烴與芳烴分離開 ,芳烴之間的分離可用一般精餾方法實(shí)現(xiàn) ,最終得 到苯、甲苯、二甲苯。 粗苯加氫精制工藝 目前已工業(yè)化的粗苯加氫工藝有萊托 (Litol)法、萃取蒸餾低溫加氫 () 7 法和溶劑萃取低溫加氫法 ,第一種為高溫加氫 ,后兩種為低溫加氫。 （ Litol）法 萊托法是上海寶鋼于上世紀(jì) 80 年代由國(guó)外引進(jìn)的第一套高溫粗苯加氫工藝 ,也是目前國(guó)內(nèi)唯一的焦化粗苯高溫加氫工藝。 （ 1）工藝原理 Litol 工藝是由美國(guó)胡德利公司開發(fā)，日本旭化成公司改進(jìn)的粗苯催化加氫精制工藝，它的主要原理如下： ①脫硫反應(yīng) +4H2→C 4H10+H2S 可使噻 吩脫到 177。 ②脫烷基反應(yīng) C6H5R＋ H2→C 6H6＋ RH ③飽和烴加氫裂解 烷烴與環(huán)烷烴幾乎全部裂解成低分子烷烴 C6H12＋ 3H2→3C 2H6 C7H16＋ 2H2→2C 2H6＋ C3H8 ④環(huán)烷烴脫氫 C4H10→C 4H6＋ 2H2 ⑤不飽和烴加氫 C2H4+H2→C 2H6 ⑥脫氮 C5H5N＋ 5H2→C 5H12＋ NH3 （ 2）工藝流程 粗苯預(yù)蒸餾是將粗苯分離成輕苯和重苯。輕苯作為加氫原料 ,預(yù)反應(yīng)器是在較低溫度下 (200～ 250℃ )把高溫狀態(tài)下易聚合的苯乙 烯等同系物進(jìn)行加氫反應(yīng) , 防止其在主反應(yīng)器內(nèi)聚合 ,使催化劑活性降低 ,在 2 個(gè)主反應(yīng)器內(nèi)完成加氫裂解、脫烷基、脫硫等反應(yīng)。由主反應(yīng)器排出的油氣經(jīng)冷凝冷卻系統(tǒng) ,分離出的液體為加氫油 ,分離出的氫氣和低分子烴類脫除 H2S 后 ,一部分送往加氫系統(tǒng) ,一部分送往轉(zhuǎn)化制氫系統(tǒng)制取氫氣。預(yù)反應(yīng)器使用 CoMo 催化劑 ,主反應(yīng)器使用 Cr 系催化劑。穩(wěn)定塔對(duì)加氫油進(jìn)行加壓蒸餾 ,除去非芳烴和硫化氫。白土塔利用 SiO2Al2O3 為主要成分的活性白土 ,吸附除去少量不飽和烴。經(jīng)過(guò)白土塔凈化后的加氫油 ,在苯塔內(nèi)精餾分離出純苯和苯殘油 ,苯殘油返回 輕苯貯槽 ,重新進(jìn)行加氫處理。 8 （ 3） 工藝參數(shù) 具體工藝參數(shù)如下： 表 21 萊托法生產(chǎn)的純苯的質(zhì)量 項(xiàng)目 指標(biāo) 顏色 (鉑 鈷 ) 不大于 20 密度 (20℃ ) /gcm3 ~ 結(jié)晶點(diǎn) /℃ 不小于 酸洗比色 K2Cr2O7/gL1 不深于 苯 /% 不小于 甲苯 /% 不大于 非芳烴 /% 不大于 全硫 /mgkg1 不大于 1 噻吩 /mgkg1 不大于 1 中性試驗(yàn) 中性 水分 (20℃ ) (目測(cè) ) 無(wú) （ 4） 小結(jié) 工藝優(yōu)點(diǎn)：萊托法屬于高溫加氫法，產(chǎn)品只有純苯，但由于原料中的甲苯二甲苯脫烷基反應(yīng)，所以其苯的收率可達(dá)到 110%以上。 工藝缺點(diǎn)：萊托法高溫加氫法溫度高，壓力高，還有氫腐蝕，對(duì)設(shè)備和管道的材質(zhì)要求很高。目前我國(guó)不銹鋼的品種、規(guī)格，尤其是耐高溫、耐高壓、抗氫腐蝕的不銹鋼品種、規(guī)格不全。一些特殊管道、管件、法蘭、閥門的用量少，品種規(guī)格多，只能成套引進(jìn)。 適用對(duì)象：屬于工業(yè)化階段，投資大，設(shè)備需要進(jìn)口，適合外企，或者合資企業(yè)，由于自身供氫，適合在沒有氫源的地方建廠。 低溫加氫法（ ）法 （ 1） 工藝原理 在萃取蒸餾中，當(dāng)原溶液中添加萃取劑后，萃取劑并不與任何組分形成恒沸物，但能改變?cè)芤焊鹘M分間的相對(duì)揮發(fā)度，且添加劑的沸點(diǎn)均比溶液中各組分的沸點(diǎn)高。加氫精制后所得的加氫油中，主要含芳烴和非芳烴，采 9 用常規(guī)蒸餾不可能將非芳烴從芳烴中分離出來(lái)。只有在萃取蒸餾塔中加入萃取劑 N甲酰嗎啉后，可明顯改變各組分的蒸汽壓從而達(dá)到芳烴與非芳烴分離的目的。也就是說(shuō)，加入萃取劑后，可使非芳烴的沸點(diǎn)降低，從萃取蒸餾塔頂部分離出來(lái)，塔底即為芳烴與萃取劑的混合液體，再經(jīng)蒸餾可將芳烴和萃取劑分離，萃 取劑循環(huán)使用。 （ 2）工藝流程 粗苯原料經(jīng)連續(xù)蒸發(fā)后進(jìn)入蒸發(fā)塔脫重組分，輕苯加氫反應(yīng)為連續(xù)固定床氣相加氫反應(yīng)。加氫過(guò)程產(chǎn)生的 H2S 及其他氣體從穩(wěn)定塔頂排出。加氫油經(jīng) END 萃取蒸餾將非芳烴分離出去，再經(jīng)連續(xù)精餾可以得到產(chǎn)品苯、甲苯及混合二甲苯。二甲苯中非芳烴的含量小于 %。由于裝置對(duì)組成變化大的原料適應(yīng)性不強(qiáng)，連續(xù)蒸發(fā)器易堵，采用的 END 兩苯萃取精餾不易操作，產(chǎn)品苯、甲苯中全氮指標(biāo)高，中性試驗(yàn)呈堿性 。 （ 3） 工藝參數(shù) 表 22 KK 法生產(chǎn)的純苯的質(zhì)量 （ 4）小結(jié) 工藝優(yōu)點(diǎn)：操作壓力低，溫度低，設(shè)備要求低，三苯收率高 工藝缺點(diǎn)：由于裝置對(duì)組成變化大的原料適應(yīng)性不強(qiáng)，連續(xù)蒸發(fā)器易堵，采用的 END 兩苯萃取精餾不易操作，產(chǎn)品苯、甲苯中全氮指標(biāo)高。 適用對(duì)象：工業(yè)化階段，國(guó)內(nèi)外廣泛采用。 溶 劑萃取低溫加氫法在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用 ,大量被應(yīng)用于以 石油高溫項(xiàng)目 指標(biāo) 顏色 無(wú)色透明 環(huán)戊烷含量 /mgkg1 不大于 50 結(jié)晶點(diǎn) /℃ 不小于 甲基環(huán)戊烷含量 /mgkg1 不大于 50 正己烷含量 /mgkg1 不大于 50 全硫 /mgkg1 不大于 10 裂解汽油為原料的加氫過(guò)程 ,目前在焦化粗苯加氫過(guò)程中也得到應(yīng)用。 （ 1）工藝流程 在苯加氫反應(yīng)工藝上 ,與萃取蒸餾低溫加氫法相近 ,而在加氫油的處理上則不同 ,是以環(huán)丁砜為萃取劑采用液液萃取工藝 ,把芳烴與非芳烴分離開來(lái)。 粗苯經(jīng)預(yù)蒸餾塔分離成輕苯和重苯 ,然后對(duì)輕苯進(jìn)行加氫 ,除去重苯的目的是防止 C9 以上重組分使催化劑老化。 （ 2） 工藝參數(shù) 相關(guān)工藝參數(shù)如下： 表 23 溶劑萃取低溫加氫法工藝參數(shù) 預(yù)反應(yīng)器 主反應(yīng)器 操作溫度 200℃ 330℃ 操作壓力 3MPa 催化劑 NiMo CoMo （ 3）小結(jié) 由于設(shè)置了脫重組分塔，對(duì)組成變化大的原料適應(yīng)性強(qiáng)，苯、甲苯、二甲苯產(chǎn)品質(zhì)量高，操作方便。 粗苯加氫精制工藝特點(diǎn) 產(chǎn)品質(zhì)量。高溫加氫和低溫加氫 2 種方法所得純苯的質(zhì)量都很高。 產(chǎn)品品種。 Litol 高溫加氫法只生產(chǎn)純苯。低溫加氫法生產(chǎn)高純苯、高純甲苯、混合二甲苯和非芳烴。 產(chǎn)品收率。 Litol 高溫加氫法將甲苯、二甲苯以及三甲苯都轉(zhuǎn)化為苯。對(duì)原料含苯而言，苯產(chǎn)率高達(dá) 114%。低溫加氫法三苯的收率高，對(duì)原料中的含量而言，幾乎沒有變化。苯的收率 98%，甲苯的收率 98%，二甲苯的收率98%。 材料的選擇。 Litol 高溫加氫法溫度高，壓力高，還有氫腐蝕，對(duì)設(shè)備和管道的材質(zhì)要求很高。目前我國(guó)不銹鋼的品種、規(guī)格，尤其是耐高溫、 11 耐高壓、抗氫腐蝕的不銹鋼品種、規(guī)格不全。一些特殊管道、管件、法蘭、閥門的用量少，品種規(guī)格多，只能成套引進(jìn)。低溫加氫法溫度低，壓力低，設(shè)備和管道的材料容易解決， 400℃以 下 Cr5Mo 即可滿足要求。國(guó)內(nèi)石化系統(tǒng)所用材料大部分在國(guó)內(nèi)解決。 儀表選擇。 Litol 高溫加氫法溫度高，壓力高，操作全靠?jī)x表而且要求儀表必須準(zhǔn)確、靈敏，一旦出問(wèn) 題后果不堪設(shè)想，裝置所需儀表和備品備件必須全套引進(jìn)；低溫加氫法絕大部分儀表、閥門、管材、管件、備品、備件都可以在國(guó)內(nèi)供貨。 投資。 Litol 高溫加氫法設(shè)備、管道、儀表等材質(zhì)要求高，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，硬件費(fèi)用高，引進(jìn)的硬件多，增加了投資。 生產(chǎn)的危險(xiǎn)性。雖然 Litol 高溫加氫法和低溫加氫法的原料和產(chǎn)品都是易燃易爆的介質(zhì)， 2種裝置都具有危險(xiǎn)性但 Litol 法的危險(xiǎn)性比低溫法更大。 經(jīng)濟(jì)效益。 Litol 高溫加氫法的優(yōu)點(diǎn)是自產(chǎn)氫氣，不需外來(lái)氫源，適合在沒有氫源的地方建廠。但整體投資大，操作費(fèi)用高 ，且循環(huán)氫在高溫高壓下有硫化氫腐蝕的問(wèn)題，需要用單乙醇胺（ MEA）脫硫，增加了投資和操作費(fèi)用。低溫加氫法生產(chǎn)苯、甲苯、二甲苯和非芳烴，市場(chǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益好。雖然增加了甲苯和二甲苯系統(tǒng)，但都是碳鋼材料，基建費(fèi)用增加較少。循環(huán)氣體不用設(shè)獨(dú)立的脫硫裝置， H2S 氣體從穩(wěn)定塔頂排出直接進(jìn)入煤氣管道，同焦?fàn)t煤氣一起脫硫，節(jié)省了基建投資和操作費(fèi)用。 溶劑萃取低溫加氫法和萃取蒸餾低溫加氫法。以粗苯或焦油的脫酚輕油為原料，氫耗較低，加氫反應(yīng)溫度、壓力較低，設(shè)備制造難度小，很多設(shè)備可國(guó)內(nèi)制造，能耗也較少。前者工藝較復(fù)雜， 粗苯先精餾成輕苯和重苯，然后對(duì)輕苯加氫，但產(chǎn)品質(zhì)量較高；后者工藝簡(jiǎn)單， 可對(duì)粗苯直接加氫，不需要先精餾分離成輕苯和重苯，但粗苯在預(yù)蒸 發(fā)器和多級(jí)蒸發(fā)器中容易結(jié)焦堵塞。溶劑萃取低溫加氫法用溶劑環(huán)丁砜， 法用溶劑 N甲酰嗎啉。溶劑萃取低溫加氫法的加氫油先后經(jīng)液 液萃取和萃取蒸餾分離掉非芳烴，再經(jīng)連續(xù)精餾得到高純度的苯、甲苯和混合三甲苯產(chǎn)品，二甲苯中非芳烴含量低于%。萃取蒸餾低溫加氫法在精餾加氫油時(shí)，若想生產(chǎn)高純度甲苯，就必須經(jīng)二次萃取蒸餾，否則所得二甲苯中的非芳烴含量達(dá) 4%，故精餾操作較前者差。 綜上所述 ，低溫加氫法明顯優(yōu)于高溫加氫法，經(jīng)綜合比較考慮，本次設(shè)計(jì)采用 溶劑萃取 低溫加氫法。 12 主要設(shè)備論證 類型的確定 本設(shè)計(jì)采用溶劑萃取低溫加氫法，主要設(shè)備有加氫反應(yīng)器、萃取塔、精餾塔，由于反應(yīng)為氣相反應(yīng)，所以采用連續(xù)固定床反應(yīng)器。對(duì)于萃取塔的選擇，有 填料萃取塔、篩板萃取塔、脈沖篩板萃取塔、往復(fù)篩板萃取塔、轉(zhuǎn)盤萃取塔及偏心轉(zhuǎn)盤萃取塔。下面對(duì)其進(jìn)行論證。 填料萃取塔 填料塔為連續(xù)接觸式的氣、液傳質(zhì)設(shè)備。在圓形塔體的下部，設(shè)置一層支撐板，支撐板上充填一定高度的填料。液體由入口管進(jìn)入經(jīng)分布器噴淋至填料上，在填料的空隙中流過(guò)，并濕潤(rùn)填料表面形成流動(dòng)的液膜。液體流經(jīng)填料后由排出管取出。液體在填料層中有傾向于塔壁的流動(dòng)故填料層較高時(shí)，常將其分段，兩段之間設(shè)置液體再分布器，以利于液體的重新分布。氣體在支撐板下方入口管進(jìn)入塔內(nèi)，在壓強(qiáng)差的推動(dòng)下，通過(guò)填料間的空隙，由塔的頂部排出管排出。填料層內(nèi)氣液兩相呈逆流流動(dòng)，相際間的傳質(zhì)通常是在填料表面的液體與氣象間的界面上進(jìn)行，兩相的組成沿塔高連續(xù)變化。 填料萃取塔的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且具有生產(chǎn)能力大，分離效率高、持液量小、操作彈性大、壓強(qiáng)降低等。通過(guò)填料材質(zhì)的選擇，可 處理腐蝕性的物料。尤其對(duì)于壓強(qiáng)降較低真空精餾操作。但是填料塔對(duì)于含有懸浮液的料液、易聚合的物系則不能使用，而且對(duì)于有側(cè)線出料的場(chǎng)合等也不大適合。 篩板萃取塔 篩板塔內(nèi)裝有若干層篩板，篩孔直徑比氣液傳質(zhì)的孔徑要小。工業(yè)上所用的孔徑一般是 3 到 9 毫米孔距為孔徑的 3 到 4 倍，板間距為 150 到 600 毫米。如果選輕相為分散相，則其通過(guò)塔板上的篩孔而被分散成細(xì)滴，與塔板上的連續(xù)相密切接觸后便分層凝聚，并聚集于上層篩板的下面然后借助壓強(qiáng)差的推動(dòng)，再經(jīng)篩孔而分散。重液相經(jīng)降液管流至下層塔板，水平橫向流到篩板的 另一端降液管。兩相如是依次反復(fù)進(jìn)行接觸與分層。便構(gòu)成逐級(jí)接觸萃取。如果選擇重相為分散相，則應(yīng)使輕相通過(guò)升液管進(jìn)入上層塔板。 篩板萃取塔的特點(diǎn)：由于塔板的限制，減小了軸向返混，同時(shí)由分散相 13 的多次分散和聚結(jié)，液滴表面不斷更新，使篩板萃取塔的效率比填料塔有所提高，再加上篩板塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，可處理腐蝕性料液。 脈沖篩板萃取塔 脈沖篩板塔也稱液體脈沖篩板塔，是指由于外力作用使液體在塔內(nèi)產(chǎn)生脈沖運(yùn)動(dòng)的篩板塔。操作時(shí)，輕、重液體皆穿過(guò)篩板而逆向流動(dòng)，分散相在篩板之間不凝聚分層。使液體 產(chǎn)生脈沖運(yùn)動(dòng)的方法有許多種，其中，活塞型、膜片型、風(fēng)箱型脈沖發(fā)生器是常用的機(jī)械脈沖發(fā)生器。近年來(lái)?？諝饷}技術(shù)發(fā)展比較快。在脈沖篩板塔內(nèi)，脈沖振幅的范圍為 9 到 50 毫米，頻率為30 到 200 1/min。根據(jù)研究結(jié)果和生產(chǎn)實(shí)踐證明，萃取效率受脈動(dòng)頻率影響較大，