6万t／a苯乙烯装置精馏工艺设计与优化

中国石油抚顺石化分公司6万吨/年苯乙烯装置HAZOP分析报告中国石油大学环境与安全技术中心青岛欧赛斯环境与安全技术有限责任公司中国石油抚顺石化分公司6万吨/年苯乙烯装置HAZOP分析报告HAZOP委托单位：中国石油抚顺石化分公司HAZOP组织单位：青岛欧赛斯环境与安全技术有限责任公司项目设计单位：山东齐鲁石化工程有限公司职责姓名签名分析项目组长：孙乐朋分析报告编写：王建伟分析报告审核：路帅分析报告定稿：孙乐朋编制单位：青岛欧赛斯环境与安全技术有限责任公司报告出版日期：年月日目录1 前言 (1)2 总则 (2)2.1 HAZOP分析目的 (2)2.2 HAZOP 分析依据的图纸 (2)2.3 HAZOP分析依据的资料 (2)2.4 HAZOP分析的基本流程 (3)3 工程概况介绍 (4)3.1线路工程 (4)3.2 站场工程 (4)3.3 辅助工程 (9)4 HAZOP分析工作介绍 (22)4.1 HAZOP分析方法介绍 (26)4.2 HAZOP小组的组成 (27)4.3 HAZOP的范围 (27)4.4 HAZOP 分析时间和地点 (36)5 HAZOP分析成果 (37)5.1 HAZOP分析成果 (37)5.2 HAZOP建议措施说明 (37)5.3 HAZOP分析记录表 (41)青岛欧赛斯环境与安全技术有限责任公司1 前言中国石油抚顺石化分公司根据中国石油天然气集团公司《危险与可操作性分析工作管理规定》的要求，同时也为了实现本工程的本质安全，减少在生产过程中可能存在的危害因素，合理分配安全资金投入等目的，聘请青岛欧赛斯环境与安全技术有限责任公司对于本工程开展HAZOP（危险和可操作性）分析工作。

本次HAZOP小组由青岛欧赛斯环境与安全技术有限责任公司的分析师、中国石油抚顺石化分公司现场技术人员组成，HAZOP小组主持和秘书由青岛欧赛斯环境与安全技术有限责任公司技术人员承担。

HAZOP分析与研究主要针对研究范围内各参数偏差产生的原因、可能导致的后果及已采用的安全措施，对偏差产生的风险进行了分析，并对部分引起较大风险并且控制措施不足的偏差提出了进一步削减风险的措施。

沈阳化工大学本科毕业论文题目：6万吨/年丙烯分离工段设计院系：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：学生姓名：指导教师：论文提交日期：2011年6月24日论文答辩日期：2011年6月28日毕业设计（论文）任务书化学工程学院院（系）化学工程与工艺专业2007—08班学生：XXX内容摘要丙烯是石油化工的基本原料之一，在原油加工中具有重要作用。

由裂解气净化与分离工段的丙烯精馏塔分离出的丙烯除了用于生产聚丙烯外，还大量地作为生产丙烯腈，丁醇，辛醇，环氧丙烷，异丙醇等产品的主要原料。

为了更好的提高生产能力，本着投资少，能耗低，效益高的想法，本文对年产6万吨丙烯精馏塔进行了设计。

本设计首先采用简捷法初步算出了理论塔板数，利用恩特伍德公式确定最小回流比，然后以简捷法的计算结果作为初值，应用Aspen Plus软件对丙烯精馏塔操作进行了稳态模拟，并以经济指标为目标函数，对操作条件进行了优化，得出了塔顶丙烯收率为99.6%的最佳塔板数、回流比以及进料位置（murphree板效率为60%）。

接着进行全塔模拟，依然以塔顶丙烯收率为99.6%为标准，确定了各塔（乙烯塔、乙烷塔、丙烯塔、丙烷塔、甲烷塔）的塔板数、回流比及进料位置（murphree板效率为60%）等设计参数。

之后改变整体模拟过程的进料组成（裂解气来源与模拟过程不同），即对进料组成进行微调后，可以测算整体装置弹性区间。

用Aspen Plus软件进行模拟，结果发现本组整体装置模型结果的模拟结果与上一种进料组成相差不大。

经软件模拟，当丙烯含量处于14-14.8%之间，乙烯含量处于28.3-28.7%之间的时候（油质介于轻柴油和抽余油之间）丙烯收率仍可以达到99.5%的水平，此为整体装置的操作弹性区间。

由于对丙烯纯度要求极高，本文设计的精馏塔塔板数较多，丙烯塔较高，因此设计为两个塔。

最后以优化后的精馏塔结果为基础，确定了该塔的设备参数，塔径，浮阀塔盘，塔高，热负荷，从而设计了塔底再沸器，塔顶冷凝器以及塔体主要设备。

年产6万吨乙苯脱氢制苯乙烯工艺设计苯乙烯是不饱和芳烃最简单、最重要的成员，广泛用作生产塑料和合成橡胶的原料。

如结晶型苯乙烯、橡胶改性抗冲聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三聚体（ABS）、苯乙烯-丙烯腈共聚体（SAN）、苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚体（SMA）和丁苯橡胶(SBR)。

苯乙烯（SM）是含有饱和侧链的一种简单芳烃，是基本有机化工的重要产品之一。

苯乙烯为无色透明液体，常温下具有辛辣香味，易燃。

苯乙烯难溶于水，25℃时其溶解度为0.066%。

苯乙烯溶于甲醇、乙醇、乙醚等溶剂中。

8061苯乙烯在空气中允许浓度为0.1ml/L。

浓度过高、接触时间过长则对人体有一定的危害。

苯乙烯在高温下容易裂解和燃烧。

苯乙烯蒸汽与空气混合能形成爆炸性混合物，其爆炸范围为1.1～6.01%（体积分数）。

苯乙烯（SM）具有乙烯基烯烃的性质，反应性能极强，苯乙烯暴露于空气中，易被氧化而成为醛及酮类。

苯乙烯从结构上看是不对称取代物，乙烯基因带有极性而易于聚合。

在高于100℃时即进行聚合，甚至在室温下也可产生缓慢的聚合。

因此，苯乙烯单体在贮存和运输中都必须加入阻聚剂，并注意用惰性气体密封，不使其与空气接触。

苯乙烯（SM）是合成高分子工业的重要单体，它不但能自聚为聚苯乙烯树脂，也易与丙烯腈共聚为AS塑料，与丁二烯共聚为丁苯橡胶，与丁二烯、丙烯腈共聚为ABS塑料，还能与顺丁烯二酸酐、乙二醇、邻苯二甲酸酐等共聚成聚酯树脂等。

由苯乙烯共聚的塑料可加工成为各种日常生活用品和工程塑料，用途极为广泛。

目前，其生产总量的三分之二用于生产聚苯乙烯，三分之一用于生产各种塑料和橡胶。

1 任务的来源本设计为年产6万吨乙苯脱氢制苯乙烯工艺设计的初步工艺设计，以专业基础课的学习为基础，设计合理的工艺流程，选择相应的工艺设备等。

简单介绍了苯乙烯的性能、主要用途、生产现状和发展趋势，确定以乙苯脱氢法作为本设计的工艺生产方法。

在设计过程中，根据设计任务书的要求，通过物料衡算和热量衡算，以确定设备工艺参数和消耗工艺指标，同时对苯乙烯生产过程中的安全注意事项及“三废”治理作了相关说明。

421 生产装置及技术路线某公司在苯乙烯生产上，32万t/a苯乙烯装置采用的是鲁姆斯工艺和Classic SM工艺，主体部分引入了专利技术对蒸汽锅热炉本体和低压火炬进行改造，要求操作弹性达到60%~110%，年操作时间达8000h。

装置投产后，生产出了合格苯乙烯产品。

从工艺技术路线上来讲，主要沿用鲁姆斯工艺，使用的装置包含烷基化反应器DC-101和DC-102、脱氢反应器DC-301和DC-302、蒸汽过热炉BA-301、乙烯/苯乙烯分离塔DA-401、蒸汽换热器EA-302等。

在过热达到800℃时，蒸汽将与乙苯一同进入反应器，在负压、550~650℃、蒸汽/乙苯比为1.0~1.5条件下发生反应[2]。

最后，经过脱氢、冷凝、分馏，则能得到高纯度苯乙烯。

按照这一技术路线，装置主要原料为乙烯和苯，采用的催化剂包含烷基化催化剂、脱氢催化剂等，吸附剂包含PSA吸附剂、苯粘土处理器吸附剂等，阻聚剂包含TBC阻聚剂、高效阻聚剂等。

2 苯乙烯生产工艺流程从苯乙烯生产工艺流程上来看，反应原料苯和乙烯首先需要得到净化，然后在沸石催化剂的作用下反应生成乙苯。

而在烷基化反应器DC-101中，同时还会发生乙烯的偶合反应，得到二乙苯等副产物。

经过精馏，苯和多乙苯会在DC-102中反应生成乙苯。

得到的乙苯进入4个串联蒸馏塔，与苯等物料分离开来，并进入中间储罐。

在脱氢单元中，受催化剂作用，乙苯会在催化绝热反应器中脱氢，生产苯乙烯及其它副产物。

经过4个蒸馏塔和乙苯/苯乙烯分离器，则能将苯乙烯分离出来，并将剩余乙苯返回循环使用。

3 苯乙烯生产工艺问题在装置投产30个月后，发现装置运行出现乙苯/苯乙烯分离效率过低的问题。

通过对装置运行数据展开调查分析，发现导致装置运行效率低的原因可能有4种，分别为塔分布器堵塞、部分填料塌陷、分布器或收集器脱落或漏液、填料块间间歇过大。

4 苯乙烯生产流程优化针对苯乙烯生产存在的问题，还要对工艺生产流程中的塔分离效果进行优化，提出相应的方案实现分离塔的改造。

苯乙烯的初步设计方案苯乙烯（styrene）是一种重要的有机化合物，具有多种工业应用价值。

以下是苯乙烯的初步设计方案：一、概述苯乙烯是一种无色、透明、易燃的有机液体，具有强烈的气味。

它是一种重要的工业原料，可用于生产聚苯乙烯、ABS树脂、尼龙纤维等。

此外，苯乙烯还可用于制药、农药、香料等行业中。

二、生产工艺苯乙烯的生产工艺主要包括以下步骤：1.苯酚和丙烯的烷基化反应苯酚和丙烯在催化剂的作用下发生烷基化反应，生成苯乙烷。

该反应在固定床反应器中进行，催化剂为酸性离子交换树脂。

反应温度为40-60℃，反应压力为0.1-0.3MPa。

2.苯乙烷的脱氢反应苯乙烷在催化剂的作用下进行脱氢反应，生成苯乙烯。

该反应在流化床反应器中进行，催化剂为金属氧化物。

反应温度为500-600℃，反应压力为1-3MPa。

3.产品分离和精制苯乙烯从反应液中分离出来，同时去除杂质，得到精制的苯乙烯产品。

该过程主要采用蒸馏和萃取技术。

三、技术指标1.产品纯度：苯乙烯产品的纯度应达到99.5%以上。

2.颜色：苯乙烯产品的颜色应小于100mg/L。

3.水份：苯乙烯产品的水份应小于0.05%。

4.杂质：苯乙烯产品中应严格控制杂质含量，如乙苯、苯甲醚等。

四、安全措施1.操作人员必须经过严格培训，掌握安全生产知识。

2.生产过程中应保持通风良好，防止苯乙烯蒸气积聚。

3.设备必须密封良好，防止泄漏。

4.在有可能发生有害物质泄漏的区域，必须配备应急处理设备。

5.对于可能产生有害气体的操作，应尽量在密闭系统中进行。

如果必须在开放环境中进行操作，应使用局部排风系统来减少有害气体对操作人员的影响。

6.在生产过程中，应注意火源和高温设备的控制。

任何火源都必须远离生产设备，高温设备表面温度也应限制在可控制范围内，防止引发火险。

7.由于苯乙烯产品的蒸汽在空气中可燃，因此在运输和储存过程中必须小心谨慎，避免产生静电和火花。

如果发生泄漏，应迅速清理干净并及时通知有关单位。

苯乙烯是十分重要的有机化工原料，它是塑料工业和合成橡胶的重要原料，广泛应用于汽车、电子、化工、包装、建筑等轻工领域。

当今世界上苯乙烯生产技术主要有：乙苯负压绝热脱氢、SMART共氧化法、SM/PO联产法等技术。

其中乙苯负压绝热脱氢技术约占85％。

1 装置简介东方石化苯乙烯装置采用中石化上海石油化工研究院、华东理工大学、中石化上海工程有限公司联合开发的两级负压绝热乙苯脱氢制苯乙烯技术，设计规模12万t/a，年运行时间8000h[1]。

核心流程：在脱氢反应器中，利用科莱恩公司Styromax 9型乙苯脱氢催化剂，在水蒸气存在和负压条件下，乙苯发生选择性脱氢反应，生成苯乙烯和脱氢尾气，反应方程式为：C6H5C2H5→C6H5C2H3 + H2（强吸热可逆增分子反应）在反应器乙苯中除了发生上述主反应，还发生副反应生成苯、甲苯。

反应方程式为：C6H5C2H5→C6H6 + C2H4C6H5CH2CH3 + H2→C6H5CH3 + CH42 装置心脏——尾气压缩机尾气压缩机C3001为苯乙烯装置核心设备，其作用是不断抽吸系统产生的脱氢尾气，为脱氢反应单元提供负压，确保整个脱氢系统不断朝有利于苯乙烯方向进行，有力提高脱氢催化剂的转化率和选择性。

尾气压缩机由汽轮机、螺杆机、同步齿轮、独立油站、调节系统、盘车装置等组成。

3 尾气压缩机运行能力下降2015年3月装置首次开工以来，经过长时间的运行，压缩机平稳运行能力不断下降，具体表现为：3.1 尾气压缩机集液包清理频繁随着装置运行，压缩机出口集液包逐渐出现排水不畅、出口调节阀阀位不断上涨至100%、集液包液位无法控制的情况，集液包清理频率增加，清理出的聚合数量逐渐增多。

表1 尾气压缩机集液包清理情况运行周期时间清理次数平均清理次数第一年上半年2015年3月至2015年8月6次1次/月第一年下半年2015年9月至2016年2月33次约5次/月第二年上半年2016年3月至2016年8月363次约2次/天注：制表依据公司OA在线办公平台开具的集液包清理静设备作业票数量。

年产6万吨苯乙烯车间乙苯精馏工段的工艺设计摘要本设计是以年产6万吨苯乙烯为生产目标，采用乙苯脱氢制得苯乙烯的工艺方法，对整个工段进行工艺设计和设备选型。

本文针对设计要求对整个工艺流程进行物料衡算，热量衡算，然后根据物料平衡分别对循环苯塔、乙苯塔的进料量，塔顶、塔底出料量进行物料衡算。

根据热力学定律，对乙苯塔进行热量衡算，求得泡点、露点，理论塔板数、实际塔板数以及最小回流比。

并根据设计要求，对乙苯塔的塔径，塔高、塔顶冷凝器、塔底再沸器，理论上进行了尺寸计算及选择。

并且分别对精馏段、提馏段进行了校核。

满足设计要求，达到所需要的工艺条件。

本着理论联系实际的精神。

本文对整个工艺流程及车间生产进行了经济技术分析，其中包括各部件的材质、用料量的选择的经济评价、设备投机及投资回收期的计算。

关键词：乙苯塔，物料衡算，热量衡算，精馏第一章文献综述苯乙烯(SM>是一种重要的基本有机化工原料，主要用于生产聚苯乙烯(PS>树脂、丙烯腈．丁二烯．苯乙烯(ABS>树脂、苯乙烯．丙烯腈共聚物树脂(sAN>、丁苯橡胶(SBR>和丁苯胶SL(SBR胶乳>、离子交换树脂、不饱和聚酯以及苯乙烯系热塑性弹性体(如sBs>等。

此外，还可用于制药、染料、农药以及选矿等行业，用途十分广泛。

1．1 苯乙烯的生产方法目前，世界上苯乙烯的生产方法主要有乙苯脱氢法、环氧丙烷一苯乙烯联产法、热解汽油抽提蒸馏回收法以及丁二烯合成法等【1捌。

1．1．1 乙苯脱氢法乙苯脱氢法是目前国内外生产苯乙烯的主要方法，其生产能力约占世界苯乙烯总生产能力的90％。

它又包括乙苯催化脱氢和乙苯氧化脱氢两种生产工艺【1埘。

a>乙苯催化脱氢工艺乙苯催化脱氢是工业上生产苯乙烯的传统工艺，由美国Dow化学公司首次开发成功。

目前典型的生产工艺主要有Fina／Badger-V艺、ABBLummusAJOP工艺以及BASF工艺等。

b>ABB Lummus／UOP-V艺用超加热器将蒸汽过热至800℃，与原料乙苯一起进入绝热反应器。

包括技术参数，技术流程等
一、苯乙烯装置技术参数
1.本装置设计产能：单位：年6万吨
2.技术流程：原料，准备，乙烯氧化，乙烯塔，分离，塔热回收，净化，分离，净化，物料回流，蒸馏，乙烯精炼
3.进料分级：原料经过过滤，用热空气干燥，然后通过过滤器分级，分为三类：精细类、中等粒度类和粗粒度类。

4.乙烯氧化：使用着火点低的N-乙烯氧化催化剂，用蒸汽氧化氢处理器的热气和N-乙烯并进入气化炉，在适宜温度和压力下对N-乙烯进行还原，生成混合气体。

5.乙烯塔：混合气体经过塔内冷却后，乙烯、乙烯二氧化物和乙烯二氧化碳都成为液态，分别沉淀，然后被抽出。

6.分离：乙烯塔下部分出的乙烯液体由设备的离心泵抽出，蒸发器蒸发出乙烯蒸汽和乙烯二氧化物气体。

7.塔热回收：塔热回收采用了蒸汽发生炉，将塔内的热量回收，将氢气和乙烯气体起发器蒸发出后，冷凝蒸馏回流、精炼、净化等过程也充分回收热量。

2.1.2 乙苯/苯乙烯分离塔（DA—401）操作指南乙苯/苯乙烯分离塔（DA—401）是在真空下操作的六段床层填料精馏塔。

其作用是分离乙苯和苯乙烯，生成的塔釜物流中含有苯乙烯、a—甲基苯乙烯、聚合物、高沸物和少量的乙苯，它们适合于精致成合格苯乙烯；生成的顶部物流产品主要含有乙苯、苯和甲苯及大约1.9wt%苯乙烯。

2.1.2.1 乙苯/苯乙烯分离塔（DA—401）温度控制范围：乙苯/苯乙烯分离塔第三层填料温度TI—4012：96~102℃控制目标：TI-4012：99±0.5℃相关参数：TI—4015：102±0.5℃控制方式：由DA-401底再沸器加热量控制。

温度低，轻组份汽化不出去；温度高，重组份汽化率增加。

为维持塔底、塔顶产品质量，必须适当控制塔的中温，从而减少不必要的消耗。

正常调整：2.1.2.2 乙苯/苯乙烯分离塔（DA—401）加热量控制范围：再沸器蒸汽流量FC—4009：10～18t/h控制目标：FC—4009：16.5±0.5t/h控制方式：再沸器通过控制蒸汽凝液液位来达到加热塔釜物流的目的。

正常调整：正常时再沸器液位LC—4002与再沸器蒸汽流量FC—4009串级进行控制，当出现波动时，通过手动控制LC—4002阀位来调节EA—402再沸器液位。

异常处理：控制范围：DA-401底液面：20~90%控制目标：LC-4001：50±5%控制方式：由塔底液外送流量FC—4002与DA-401底液面LC—4001串级控制。

液面过高将会造成携带甚至冲塔现象，液面过低易造成塔底泵抽空，以致损坏设备。

正常调整：正常时通过调整LC—4001液位的设定值来保证塔釜液位的稳定，在出现异常时通过手动调整FC—4002流量来控制塔釜液位。

2.1.2.4乙苯/苯乙烯分离塔（DA—401）塔压控制范围：0.0233~0.035MpaA控制目标：0.0247 MpaA控制方式：塔的压力由压力调节器PC—4004自动按目标值进行控制，抽真空的动力由液环真空泵GB—401提供。