年产5万吨焦化粗苯精馏工艺设计

毕业设计（届）题目:10万吨/年粗苯精馏的工艺设计学院专业年级学生学号学生姓名指导教师I10万吨/年粗苯精馏的工艺设计宁夏大学化学化工学院（化学工程与工艺）专业届摘要:苯、甲苯和二甲苯(BTX)是基本的有机化工原料，广泛用于合成橡胶、塑料、纤维、燃料、医药、农药和炸药的生产，是一种重要的化工材料。由于粗苯是一种初级化工品，成份混合而复杂，不能直接用于化工生产，也不能直接被用户最终消费，就产生了粗苯精制。粗苯的精制方法有酸洗法和加氢精制法。本文依据国外先进的环丁砜低温加氢精制的工艺生产路线，对年生产能力为10万吨的粗苯精馏工艺设计的全过程进行了物料和能量的衡算；对纯苯精馏塔进行了工艺设计。关键词:设计；粗苯；精馏塔II100,000tons/yearbenzenedistillationprocessdesignAbstract：Benzene,tolueneandxylene(BTX)arebasicorganicchemicalrawmaterials,whichareusedwidelyinsyntheticrubber,plastic,fiber,fuel,medicine,pesticideanddynamite.Theyareimportantchemicalmaterials.Becausebenzeneisaprimarychemical,theingredientismixedandcomplex,soitcannotbedirectlyusedforchemicalproductionandtheultimateconsumer.Itneedtoproducethecrudebenzolrefining.Themethodsofcrudebenzenerefiningarepicklingmethodandhydrogenationmethod.Thisarticleisbasedontheadvancedlow-temperaturehydrogenationsulfolaneprocessproductionline.Tothewholeprocessofdistillationprocessdesignforannualoutputof100,000tonscrudebenzene,Ihavethematerialandheatbalancecalculationandtheprocessdesignforbenzenedistillationcolumn.Keywords:design,Benzene,DistillationIII目录第一章概述..............................................................................................................11.1前言.................................................................................................................11.2粗苯总概述.....................................................................................................11.3生产路线的确定及生产流程图.....................................................................41.4环丁砜法粗苯加氢精制工艺简介.................................................................5第二章系统物料和热量衡算.............................................................................82.1系统物料衡算.................................................................................................82.2热量衡算.......................................................................................................12第三章纯苯精馏塔的工艺设计.......................................................................163.1设计计算.......................................................................................................163.2流体力学验算...............................................................................................193.3塔板负荷性能图...........................................................................................213.4精馏塔塔板数计算.......................................................................................24第四章结论............................................................................................................28参考文献...................................................................................................................29致谢..........................................................................................................................30宁夏大学本科毕业设计第一章概述1第一章概述1.1前言化工设计是科学与技术相结合的一项工程，是将实验的研究成果转化为工业生产的一项具有创造性的劳动。其主要内容是在确保技术，经济，环境和安全可靠的前提下，设计最佳的原料和工艺路线，通过工艺软件的模拟分析，确定优化的工艺流程、工艺条件、设备选型等。本文在化工设计的基本原理、标准、规范、技巧和经验的指导下对10万吨/年的粗苯精馏装置工序进行了设计。粗苯是焦炭生产过程中的主要副产品之一，其主要成份是：苯、甲苯、二甲苯以及一些重质苯的混合物，其中苯、甲苯和二甲苯(BTX)是基本的有机化工原料，广泛用于合成橡胶、塑料、纤维、燃料、医药、农药和炸药的生产。随着钢铁以及炼焦工业的迅速发展，我国粗苯产量呈现稳定增加的趋势，其副产品如粗苯、煤焦油等加工利用也日益受到重视。由于粗苯是一种初级化工品，成份混合而复杂，不能直接用于化工生产，也不能直接被用户最终消费，就产生了把粗苯精制的生产行业，经过精制把粗苯分离出苯、甲苯、二甲苯以及重质苯后，再消费到客户手中。本文主要介绍了粗苯国内外的生产现状，并以国外先进的工艺合成路线即环丁砜溶剂加氢工艺低压合成粗苯为依据对年生产能力为10万吨粗苯合成工艺的全过程进行了物料和能量的衡算，并对纯苯精馏塔进行了设计。通过本文可以了解到10万吨/年粗苯精馏装置各单元设备的物料流量、组分、全凝器和再沸器的热量负荷及精馏塔设备的工艺指标和型号等内容。1.2粗苯总概述1.2.1粗苯的性质和用途粗苯是煤热解生成的粗煤气中的产物之一，经脱氨后的焦炉煤气中含有苯系化合物，其中以苯含量为主，称之为粗苯。粗苯为淡黄色透明液体，比重0.871～0.9，比水轻，不溶于水。粗苯极易燃烧，并产生浓黑色的火焰，当粗苯的蒸汽在空气中达1.4～7.5%(体积）时将形成爆炸性的混合物。粗苯中苯、甲苯、二甲苯含量占90%以上，是粗苯精制提取的主要产品。粗苯中不饱和化合物含量为5%～10%，此含量主要取决于炼焦炭化验温。炭化温度越高，不饱和化合物的含量就越低，不饱和化合物在粗苯馏分中的分布很不平均，主要集中在140℃以上的高沸点馏分和79℃以前的低沸点馏分中。79℃以前的初馏分中主要有环戊二烯脂肪烃，140℃以上的重苯中主要含有古马隆、茚、苯乙烯。此外还含有甲基氧茚和二甲茚等。这些不饱和化合物主要是带有一个或两个双键的环烯烃，极易发生聚合、树脂化作用，易和空气中的氧形成褐宁夏大学本科毕业设计第一章概述2色的树脂状物质，溶解于苯类产品中，使之变成褐色。所以在生产苯、甲苯和二甲苯时，需将不饱和化合物除去。粗苯中的硫化物含量约为0.6%～2%，主要是二硫化碳、噻吩及其同系物。在刚生产出来的粗苯中尚含有约0.2%的硫化氢，但在粗苯的储存过程中，逐渐被氧化成单体硫。粗苯中的硫化物还有硫醇，含量甚微，一般不超过总硫化物的0.1%。粗苯中尚含有吡啶及其同系物和酚类，因含量甚少，不作为产品提取。粗苯中还含有少量的饱和烃，总含量一般在0.6%～1.5%，并多集中于高沸点馏分中。粗苯精制的主要产品为苯、甲苯、二甲苯、三甲苯（轻溶剂油）。苯是粗苯最主要的组分，含量占55%～80%。苯为无色易挥发和易燃液体，油芳香气味，不溶于水，而溶于乙醇。苯是有机合成工业的基础原料，用途极其广法。中国目前主要用于合成纤维、塑料、合成橡胶、制取农药及国防工业方面。甲苯的产率仅次于苯，可由氯化、硝化、磺化、氧化及还原等方法制取染料、医药、香料等中间体及糖精，此外还可制取已内酰胺供生产尼龙用。甲苯的冰点很低（-95℃），可用作航天染料及内燃机燃料的添加剂。粗苯精制所得的工业二甲苯是对-二甲苯（21%）、邻-二甲苯（16%）、间-二甲苯（50%）和乙基苯（7%）的混合物。工业二甲苯可用作橡胶和油漆工业的溶剂，航天和动力燃料的添加剂。从工业二甲苯中得到的邻、间、对-二甲苯可用于制取邻、间、对-苯二甲酸、其中邻、对-苯二甲酸是生产增塑剂、聚酯纤维的重要原料。1.2.2粗苯的应用市场随着我国钢铁工业的快速发展，我国焦炭产量出现了突飞猛进的快速发展。焦炭行业的快速发展为粗苯产量的稳定提高奠定了基础。近几年，国家加强了炼焦过程中的环保治理工作，强制焦化生产企业必须配套技改或建设化工产品回收装置，不能只焦不化，生产中必须实现环保达标排放，在限期内不达标的予以关停。在政策的强制，2006年焦炉气回收普及率由2005年的平均60%上涨到65%～70%，2007年焦炉气回收普及率已达到80%左右，今后几年回收普及率将以五个以上百分点的速度增加，预计2010年回收普及率将达到95%[1]（平均）。伴随我国经济的发展，三苯及其下游产品的需求量及出口量越来越大，尽管我国目前在建的和计划建设的芳烃项目越来越多，但仍然不能满足国内的需求。粗苯通过进一步加工精制后，可以获得如纯苯、甲苯、二甲苯和重苯等多种产品。由于近年来油价大幅上涨，与以石油为原料生产的石油苯相比，焦化苯有着很大的利润空间，因此粗苯精制产业引起了业界的广泛关注。焦化粗苯精制工艺的不断完善，为焦化加氢工艺提供了有利的发展空间。焦化粗苯加氢精制的大型化、集约化将是未来芳烃发展的趋势之一[2]。1.2.3粗苯的生产现状目前国内粗苯精制工艺主要有酸洗法和加氢法。酸洗法投资少、见效快，生产装置易建设，国内大多数精苯生产装置采用该生产工