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1、四川理工学院毕业论文Aspen-plus模拟甲苯脱烷基制茶过程学生.*学号：*专业：化学工程与工艺班级：*指导老师：*四川理工学院材料与化学工程学院二O一五年六月摘要本文基于甲苯加氢热解法（HDA）脱烷基制苯工艺，建立了AspenPkIS全流程模拟模型。模型包括混合器、预热器、反应器、精储塔等模块。设定操作参数后，通过灵敏度分析工具对操作参数进行优化，提高了产品质量，降低了能耗。通过对全流程模拟分析，提出了增加变压吸附（PSA）过程来回收循环气中氢气。接受该过程后，循环气中甲烷含量大大削减，循环气中氢气质量分数达95%,高于原料氢气质量分数。苯塔是分别工段能耗最大的塔，通过对苯塔进行热泵精储技
2、术的模拟应用，考察了热泵精馄的节能效果。接受以塔顶气相为换热介质的塔顶气相压缩式热泵节能效果达74%0接受以循环水为换热介质的闭式热泵节能效果达68%o结果表明热泵精僧技术是很有应用前景的节能措施。关键词：HDA；AspenPlus；优化；流程改造AbstractBasedonthepyrolysis(HDA)process,theestablishmentofAspenPlussimulationmodelofthewholeprocess.Themodelincludesamixer,apreheater,reactor,distillationandothermodules.Afters
3、ettingtheoperatingparameters,sensitivityanalysistooltooptimizetheoperatingparameters,improveproductqualityandreduceenergyconsumption.Throughthewholeprocesssimulationanalysis,theincreaseinpressureswingadsorption(PSA)processtoberecycledandthehydrogengas.Withthisprocess,thecyclegasmethanecontentsignifi
4、cantlyreducedcyclegashydrogenmassfractionof95%,higherthanthehydrogencontentofrawmaterials.Benzenetoweristhemostenergyintensiveseparationsectioncolumnbybenzenedistillationtowerheatpumptechnologyanalogapplications,investigatedheatdistillationenergysavings.Usingtheheattransfermediumtotheoverheadvaporov
5、erheadvaporcompressionheatpumpenergy-savingeffectof74%.Theuseofwaterasaheattransfermediumtocirculateinaclosedheatpumpenergy-savingeffectof68%.Theresultsshowthatenergy-savingmeasuresheatpumpdistillationtechnologyisverypromising.Keywords：HDA；AspenPlus；Optimization；Processreform书目第一章绪论OLl苯和甲苯在石油化工工业中的地
6、位O1.2甲苯和苯的来源以及利用1L3甲苯脱烷基制苯的生产方法1L3.1典型工艺过程113.1催化法脱烷基1L3.2热解法脱烷基2L3.3催化法和热解法工艺对比31.4AspenPhIS在化工生产中的运用4L5本文探讨内容5其次章HDA工艺流程模拟12.1 组分分析12.2 工艺流程12.2.1进料组成22.2.2物性方法选择22.3反应工段模型建立32.3.1预热器HX模拟32.3.2加热炉FUR模拟42.3.3反应器RX模拟42.3.4急冷器QUENCHER模拟524预分别工段模型建立52.4.1终冷器COND模拟52.4.2气液分别器SEP模拟52.4.3输送设备模拟62. 5分别工段模
7、型建立62. 5.1精储塔的模拟63. 5.2稳定塔Cl模拟74. 5.3苯塔C2模拟82.5.4甲苯塔C3模拟85. 6流程模拟结果9第三章HDA工艺过程优化03.1.1稳定塔Cl优化O3.1.2苯塔C2优化33.1.3甲苯塔C3优化63.2优化结果8第四章HDA工艺过程改造14.1 模拟结果分析14.2 改造后模拟流程14.3 变压吸附过程14.3.1变压吸附原理14.3.2预处理装置PRESEP流程24.3.3变压吸附装置PSA流程34.3.4PSA过程工艺参数34.3.5模拟结果比较44.4热泵精储技术模拟44.4.1塔顶气相压缩式热泵模拟54.4.2闭式热泵模拟64.4.3热泵精镭模
8、拟结果7第五章结论1参考文献1致谢35第一章绪论1.1 苯和甲苯在石油化工工业中的地位苯和甲苯是石油化工工业的重要基础原料。随着石油化工工业的发展，科学技术的飞速进步以及人们对生活和文化的需求日益提高,促进了化学纤维、塑料、橡胶等合成材料以及品种繁多的有机溶剂、农药、医药、染料、香料、涂料、化妆品、添加剂、有机合成中间体等生产的迅猛发展。苯的最大用途是生产苯乙烯、环己烷和苯酚，以及硝基苯、顺醉、氯苯、直链烷基苯等。甲苯大部分用作汽油组分，其次是用作脱烷基制苯和歧化制苯和二甲苯的原料。甲苯也是优良溶剂，它的化工利用主要是生产硝基甲苯、苯甲酸、异氟酸酯等。图1.1以甲苯和苯为原料生产的主要化工产品
9、1.2 甲苯和苯的来源以及利用在不同来源的芳崎原料中，都含有确定数量的甲苯和苯。甲苯和苯主要来自石油储分催化重整生成油和裂解汽油，少部分来自煤焦油。在重整法生产的芳燃原料中，甲苯含量高于苯，而煤液化法或煤气化合成的芳煌原料中甲苯产率更高。然而甲苯的用途远不如苯，甲苯的干脆化工率更低，见图Llo受苯、甲苯供需不平衡的影响，工业上出现了甲苯脱烷基制苯扩大苯源网的技术，以利用相对过剩的甲苯资源，调整苯产量。1.3 甲苯脱烷基制苯的生产方法1.3.1 典型工艺过程工业上，甲苯脱烷基制苯分为两大类方法：催化加氢脱烷基法和热解非催化加氢脱烷基法。表1.1中收录了典型的甲苯加氢脱烷基工艺方法。表1.1甲苯加
10、氢脱烷基制苯工艺方法公司温度/C压力/MPa催化剂催化法HydealA&R、UOP540-6400.77.0Cr2O3ZAl2O3DetolHoudry540-6500.75.5MgOZAl2O3PyrotolHoudry550-6406.3Cr2O3Al2O3UnidakUOP6500.77.0Cr2O3ZAl2O3热解法HDAAtlanticR590-7603.5-7.0MTC三菱石化7002.0-2.5SUNSunOil7601.0-7.5THDGulfOil7601.0-7.5无论是催化法还是热解法，不同公司开发脱烷基装置在工艺和性能的微小环节上有一些变更，工艺流程都基本相同，而不同点
11、主要在产品分别的分僧塔的布置、热量回收设备和装置内的氢气提纯技术等方面，同时在反应器的大小、工艺条件和装置性能上有较大的不同。1.3.2 催化法脱烷基催化法脱烷基是在氢气和催化剂存在的条件下进行的脱烷基反应工艺过程，甲苯脱甲基生成苯的反应，其活化能较高。在催化剂存在时，由于催化剂的存在,反应活化能降至，因此在相同的反应温度下，催化法的反应速度加快，在转化率相当的条件下，催化法比热法的反应温度低。催化脱烷基工艺的主要反应有两个：烷基芳嫌脱烷基反应和非芳燃加氢裂解反应。芳环的加氢和裂化反应几乎不发生，芳环的聚合反应也很少发生，甲苯转化为苯的选择性很好。苯产率可达理论值的98%,联苯的生成量为1%L
12、5%,重播分为0.5%,氢气消耗比热法脱烷基低，苯产品的纯度可达99.9%,冰点为5.4Cl51o以氧化格-氧化铝为为催化剂的甲苯脱甲基制苯的工艺流程如图1.2所示。图1.2催化加氢脱甲基制苯工艺流程簇新原料甲苯与循环甲苯、簇新氢气与循环氢气经加热炉加热到所需温度后进入反应器，从反应器出来的气体产物经冷却、冷凝，气液混合物一起进入闪蒸分别器，分出的氢气一部分干脆返回反应器；另一部分中除一小部分解除作燃料外，其余送到纯扮装置脱去烯烧后至苯精微塔，塔顶得产品苯。塔釜重储分送再循环塔，塔顶蒸出未转化的甲苯再返回反应器，塔釜的重质芳烧解除系统。工业上，虽然催化剂可以使反应活化能下降较大，但是由于催化剂
13、积碳速度较快，催化剂失活速率大，为保持催化剂的活性必需提高反应温度，因此从某种意义上来讲，在反应中后期催化剂上积的炭起着相当的催化作用，这就是催化法脱烷基的反应温度只比热解法脱烷基仅低5090C的缘由。催化法脱烷基的催化剂完全失活后须要再生或更换，操作比较麻烦。132热解法脱烷基热解法脱烷基过程是利用较高的反应温度干脆引发有效的脱烷基反应，不须要任何催化剂。甲苯在反应温度为570C时，转化率只有2%（质量）左右，当反应温度升至6（XrC时，甲苯脱烷基反应变得比较明显，随后随反应温度的上升,脱烷基反应速率快速上升。由于脱烷基过程中所发生的一系列反应都是放热反应，所以在反应过程中会放出大量的热，尤
14、其是在原料油中含有较多的非芳燃时，反应器内的温升是很高的，乃至最终难以限制。这种状况导致热解法脱烷基的反应选择性变差，芳煌的缩聚反应增加，生碳量增多，与催化法脱烷基相比，甲苯热脱烷基的苯收率为96%97%,比催化法低1%2%,联苯产率可达3%5%,重福分为1%2%,副反应比催化法高，这就导致热解法脱烷基的氢耗量略比催化法高。虽然这两种脱烷基的方法的产品均可达到硝化级苯的要求，但热解法脱烷基生产的笨的纯的纯度要高一些，可达99.99%。热解法加氢脱甲基制苯的工艺流程如图1.3所示。排放换热器冷却器循环芳煌蒸汽加小执7S、废热锅炉器1原料甲苯新鲜氢图L3热解加氢脱甲基制苯工艺流程原料甲苯、循环芳烧
15、和氢气混合，经换热后进入加热炉，加热至接近热脱烷基所需温度后进入反应器，由于加氢及氢解副反应的发生，反应热很大，为了限制反应温度，可向反应区喷入冷氢和甲苯。反应产物经废热锅炉、换热器进行能量回收后，再经冷却、分别、稳定和白土处理，最终分储得到产品苯，纯度大于99.9%（质量），苯收率为理论值的96%100%.未转化的甲苯和其他芳煌经再循环塔分出后循环回反应器。在工业上，由于热解法脱烷基的反应温度高，因而对反应器的材质要求更苛刻些。但是热解法不须要催化剂，操作以及工艺流程上也更简便。1.3.3催化法和热解法工艺对比甲苯脱烷基制苯的工业方法对比见表1.2o表1.2脱烷基制苯工艺对比刀项目催化法热解法反应温度/C530-650700-800反应压力/Mpa2.94-7.851.96-4.90苯收率/%9
