乙苯生产工艺路线选择 PPT
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【精选文档】乙苯催化脱氢制苯乙烯PPT
表面，碱性位恢复； Fe2+被重新氧化成Fe3+ ，酸 性位恢复。
4 乙苯催化脱氢反应
研究新进展
KFeO2活性相(大多数学者支持)
主要副产物是苯和甲苯；
1973西班牙建成第一套工业装置；
Fe2+被重新氧化成Fe3+ ，酸性位恢复。
1960年：Fe-K-Cr
Fe2+被重新氧化成Fe3+ ，酸性位恢复。
– 将反应产物氢气选择性移出使平衡移动； – 将反应产物氢气选择性移出抑制氢解副反
应，提高苯乙烯选择性； – 促进催化剂失活或改变催化剂失活机理。
典型的膜反应器中 乙苯脱氢反应结果
4.1 钯膜反应器的应用
• 难题：
– 催化剂低温活性低，致使低温下膜反应器 的优势不明显；
– 膜通量低； – 膜稳定性差； – 膜反应器中的催化剂的失活研究。
-氧化铁系催化剂 2 乙苯催化脱氢催化剂
-氧化铁系催化剂 强吸热可逆反应，需高温；
• 1960年：Fe-K-Cr 分散性膜反应器：将反应物（之一）通过膜引入反应区，常用于选择性氧化反应。
1960年：Fe-K-Cr 活性相结构不稳定，呈多相动态体系：K2Fe2O4, K2Fe22O34, Fe3O4
• 1970年代中期：Fe-K-Ce-Mo 减弱的酸性位促使苯乙烯逸出；
3.2 乙苯催化脱氢催化剂 -氧化铁系催化剂
• 钾的助剂作用（电子型）：
– 作为半导体催化剂的杂质，促进催化脱氢活性； – 作（为碱C金-属H2助O剂反可应抑助制催积化炭剂，使并催促化进剂积具炭有与自大再量生水能蒸力
气反应除碳）；
– 作为选择性助剂抑制苯的生成（碱金属助剂可部分 中和催化剂酸中心，减少酸中心上的烷基苯按正碳 离子机理脱烷基）。
4 乙苯催化脱氢反应
研究新进展
KFeO2活性相(大多数学者支持)
主要副产物是苯和甲苯；
1973西班牙建成第一套工业装置；
Fe2+被重新氧化成Fe3+ ，酸性位恢复。
1960年：Fe-K-Cr
Fe2+被重新氧化成Fe3+ ，酸性位恢复。
– 将反应产物氢气选择性移出使平衡移动； – 将反应产物氢气选择性移出抑制氢解副反
应，提高苯乙烯选择性； – 促进催化剂失活或改变催化剂失活机理。
典型的膜反应器中 乙苯脱氢反应结果
4.1 钯膜反应器的应用
• 难题：
– 催化剂低温活性低，致使低温下膜反应器 的优势不明显；
– 膜通量低； – 膜稳定性差； – 膜反应器中的催化剂的失活研究。
-氧化铁系催化剂 2 乙苯催化脱氢催化剂
-氧化铁系催化剂 强吸热可逆反应，需高温；
• 1960年：Fe-K-Cr 分散性膜反应器：将反应物（之一）通过膜引入反应区，常用于选择性氧化反应。
1960年：Fe-K-Cr 活性相结构不稳定，呈多相动态体系：K2Fe2O4, K2Fe22O34, Fe3O4
• 1970年代中期：Fe-K-Ce-Mo 减弱的酸性位促使苯乙烯逸出；
3.2 乙苯催化脱氢催化剂 -氧化铁系催化剂
• 钾的助剂作用（电子型）：
– 作为半导体催化剂的杂质，促进催化脱氢活性； – 作（为碱C金-属H2助O剂反可应抑助制催积化炭剂，使并催促化进剂积具炭有与自大再量生水能蒸力
气反应除碳）；
– 作为选择性助剂抑制苯的生成（碱金属助剂可部分 中和催化剂酸中心，减少酸中心上的烷基苯按正碳 离子机理脱烷基）。
干气制乙苯工艺
第一章乙苯装置工艺流程及生产原理第一节催化干气预处理部分生产原理：乙苯烃化催化剂最怕碱性物质，会造成催化剂失活。
而催化干气多采用乙醇胺等碱性物质脱硫技术脱除硫化氢，因此为了防止碱性物质进入烃化反应系统，催化干气首先要经过水洗。
干气中的丙烯会与苯生成丙苯，同时会增加甲苯的生成量，造成苯耗上升增加产品成本，所以需要通过吸收的办法尽可能降低干气中丙烯的含量。
工艺流程叙述：催化干气进装置后进入催化干气水洗罐（D-101）。
该罐具有两个作用，其一是将催化干气进装置时携带的液体除去，另一作用是用水将携带的MEA除去。
罐内设填料一段，罐底设水洗循环泵（P-101A/B），水洗用水循环使用。
从催化干气水洗罐（D-101）顶部出来的气体依次进入催化干气换热器（E-101）、催化干气过冷器（E-102）与丙烯吸收塔（C-101）塔顶出来的低温催化干气、冷冻水换热，温度降至15℃，从底部进入丙烯吸收塔（C-101）。
吸收剂从丙烯吸收塔顶部进入与催化干气逆向接触，将催化干气中的丙烯绝大部分除去，从丙烯吸收塔顶部出来的催化干气进入催化干气换热器（E-101）与进塔的催化干气换热回收部分冷量后去反应部分。
吸收了丙烯的吸收剂从塔底出来进入贫液－富液换热器（E-103）与贫液换热后进入解吸塔（C-102）。
解吸塔进料进入解吸塔后，塔顶汽相进入解吸塔顶蒸汽发生器（E-106）冷凝冷却，然后进入解吸塔回流罐（D-102），冷凝下来的液体用解吸塔回流泵（P-103A/B）送至解吸塔顶部，未冷凝的气体从解吸塔回流罐顶部出来后依次进入解吸塔顶冷却器（E-107）解吸塔顶气过冷器（E-108）进一步冷凝冷却，然后进入解吸塔顶分液罐（D-103）进行气液分离，冷凝下来的液体用解吸塔顶凝液泵（P-104A/B）送入解吸塔回流罐（D-102），未冷凝的气体出装置。
解吸塔塔底物料用吸收剂循环泵（P-102A/B/C）加压后依次通过贫液－富液换热器（E-103）、贫液过冷器（E-104）冷却，返回丙烯吸收塔塔顶循环使用。
苯烷基化生产乙苯
（2） 苯和乙烯液相烷基化生产乙苯技术问世。“国内 苯和乙烯液相烷基化生产乙苯工业应用成套技术开发”项目 2001年底已通过技术鉴定，各项指标均达到了攻关目标和当 代世界先进水平。工业应用结果表明，AEB-2、AEB-1型催化 剂分别具有良好的烷基化和烷基转移活性、选择性和稳定性； 同时，液相循环烷基化工艺流程合理，装置运行平稳，操作 方便，易于控制，属清洁生产工艺；设备材质为碳钢，国内 可设计、制造，易于工业生产实施。
2、原料配比 原料配比是指乙烯对苯的摩尔比。由于在 反应体系中所有生成催化剂配合物的反应都处于 动态平衡状态，配合物周围介质中乙烯浓度越大， 三氯化铝配合物中所含烷基越多，生成的烷基苯 也越多。因此，随着所吸收乙烯对苯的比率的增 加，反应将向生成多烷基苯的方向进行。由此可 见，乙烯对苯的比例对烷基化产品的组成有很大 影响。用A1C13作催化剂，在368K时，乙烯对苯 的摩尔比对平衡收率的影响如图6-1所示。
原料乙烯中所含的硫化氢、乙炔、一氧化碳及含氧化物(如 乙醚、乙醛)等必须清除，因为它们能破坏催化剂络合物或使 催化剂钝化，引起催化剂中毒或失活。另外，乙烯中所含丙烯、 丁烯等高级烯烃也应除去，因为它们比乙烯更易进行烷基化反 应，使烷基化产物复杂化，造成分离困难，且增加原料的消耗 量。 原料苯中的硫化物同样是烷基化反应催化剂的毒物，因此 要求苯中硫的总质量含量应小于0.1％。苯中若含有甲苯，在 三氯化铝作用下容易生成甲乙苯，这给乙苯的分离带来了困难， 且增加原料乙烯的消耗，故应严格控制其含量。苯中若含有过 量水，可将三氯化铝水解产生氯化氢，对设备有腐蚀作用；产 生的氢氧化铝沉淀会造成管道和设备堵塞。如果起助催化作用 的氯化氢是由苯中所带水分使AlCl3进行适量水解产生，则苯中 含水量一定要精确计算，不可过量太多，一般含水量应小于 500～700mg／kg。
乙苯生产技术
3 乙烯浓度旳影响
由表2可知,乙烯浓度对催化精馏过程有 影响。干气中乙烯浓度提升,乙烯旳转化 率提升,乙苯选择性降低。这是因为在反 应压力一定旳情况下,干气中乙烯浓度增 长,乙烯分压增大,有利于乙烯在液相中 旳溶解吸收,提升了乙烯旳转化率。又因 为乙烯在液相中旳溶解度增长,继续烷基 化反应速率增大,生成更多旳二乙苯和多 烷基苯等,降低了乙苯旳选择性
4 催化剂
该工艺采用ZSM-5沸石催化剂,完全防止了 AlCl3催化剂带来旳一系列问题。但因为 ZSM-5催化剂旳活性温度较高,所以反应要 在较高温度下进行。在较高温度下,烷基化 反应速率较快,该催化剂对苯和乙烯旳烃化 反应及多乙苯与苯旳反烃化反应均具有较 强旳催化剂活性和良好旳选择性,可达 99.5%。此工艺催化剂用量少,轻易结焦而 失活,但轻易再生,使用寿命长,生产中不存 在环境污染和设备腐蚀问题。
任务点05 经典设备旳选择
乙苯单元由烷基化反应、烷基转移反应和乙苯精馏部分 构成。烷基化反应部分旳任务是在分子筛催化剂旳作用 下使乙烯和苯烷基化生成乙苯、多乙苯等物质。烷基转 移反应部分旳任务则是在分子筛催化剂旳作用下使苯、 多乙苯发生烷基转移反应，生成乙苯。烷基化反应和烷 基转移反应部分旳出料中具有乙苯、多乙苯、重质物及 未反应旳原料苯，都被送到乙苯精馏预分馏塔。由预分 馏塔、苯塔、乙苯塔、多乙苯塔、脱非芳塔将反应产物 分离成苯、乙苯、多乙苯和重质物。其中回收旳苯返回 到烷基化反应器和烷基转移反应器，多乙苯返回到烷基 转移反应器。脱非芳塔则用于脱除进料和反应过程中生 成旳轻组分和轻非芳烃
• 用旳比较多旳是磁力泵和屏蔽泵 另外还有大功率离心泵 反烃化反 应进料泵是高速齿轮泵。
任务点06 乙苯生产中安全、环境保护、节能 措施
1.1应严格监视反应器旳温度、压力，进料苯和多乙苯 中旳水含量应不大于10ppm。反应器开停车应严格 控制开、降温速度；反应器系统旳联锁必须正常投 入使用，定时校验联锁并有统计。
苯烷基化生产乙苯教学课件
定期对设备进行维护和检查，确保其 处于良好状态，防止因设备故障导致 安全事故。
生产现场应配备相应的安全设施，如 紧急停车系统、安全阀、压力表、温 度计等，并确保其正常运行。
严格控制工艺参数，如温度、压力、 流量等，避免因超温、超压、超流量 等导致安全事故。
环保要求与处理措施
苯烷基化生产乙苯过程中产生 的废气、废水和固废应严格按 照国家和地方环保法规进行处
物质的浓度，促进反应的进行。但过高的压力可能导致设备成本增加和
安全性问题。
03
催化剂
催化剂是影响苯烷基化生产乙苯的重要因素之一。不同类型的催化剂对
反应速率和乙苯的产率有不同的影响。选择合适的催化剂可以提高乙苯
的产率和纯度，降低副产物的生成。
03
苯烷基化生产乙苯的工艺流程
原料准备与预处理
原料选择
选择纯度较高的苯作为原料，确 保生产出的乙苯质量稳定。
定期检查
定期对设备进行检查，发现并 解决潜在问题。
清洗与清理
定期清洗设备，去除积聚的杂 质和副产物。
更换磨损件
及时更换磨损的设备和零件， 确保设备的正常运行。
记录与报告
对设备的维护和保养情况进行 记录和报告，为设备的长期运
行提供保障。
05
苯烷基化生产乙苯的安全与环保
安全注意事项
操作人员需经过专业培训，熟悉苯烷 基化生产乙苯的工艺流程和安全操作 规程。
技术进步推动市场拓展
02
苯烷基化生产乙苯技术的不断进步，将进一步拓展市场应用领
域和规模。
国际市场竞争加剧
03
随着全球经济一体化的深入发展，国际市场竞争将更加激烈，
对苯烷基化生产乙苯技术的要求也将越来越高。
政策法规影响
生产现场应配备相应的安全设施，如 紧急停车系统、安全阀、压力表、温 度计等，并确保其正常运行。
严格控制工艺参数，如温度、压力、 流量等，避免因超温、超压、超流量 等导致安全事故。
环保要求与处理措施
苯烷基化生产乙苯过程中产生 的废气、废水和固废应严格按 照国家和地方环保法规进行处
物质的浓度，促进反应的进行。但过高的压力可能导致设备成本增加和
安全性问题。
03
催化剂
催化剂是影响苯烷基化生产乙苯的重要因素之一。不同类型的催化剂对
反应速率和乙苯的产率有不同的影响。选择合适的催化剂可以提高乙苯
的产率和纯度，降低副产物的生成。
03
苯烷基化生产乙苯的工艺流程
原料准备与预处理
原料选择
选择纯度较高的苯作为原料，确 保生产出的乙苯质量稳定。
定期检查
定期对设备进行检查，发现并 解决潜在问题。
清洗与清理
定期清洗设备，去除积聚的杂 质和副产物。
更换磨损件
及时更换磨损的设备和零件， 确保设备的正常运行。
记录与报告
对设备的维护和保养情况进行 记录和报告，为设备的长期运
行提供保障。
05
苯烷基化生产乙苯的安全与环保
安全注意事项
操作人员需经过专业培训，熟悉苯烷 基化生产乙苯的工艺流程和安全操作 规程。
技术进步推动市场拓展
02
苯烷基化生产乙苯技术的不断进步，将进一步拓展市场应用领
域和规模。
国际市场竞争加剧
03
随着全球经济一体化的深入发展，国际市场竞争将更加激烈，
对苯烷基化生产乙苯技术的要求也将越来越高。
政策法规影响
乙苯生产方法
乙苯生产方法1前言乙苯是重要的化工原料，主要用于脱氢生产苯乙烯，少量的乙苯也用于溶剂、稀释剂以及生产二乙基苯等。
当前，全世界乙苯产量已达约2000万吨，其中99%的乙苯用于生产苯乙烯。
中石化安庆分公司原油加工能力500万吨/年，拥有常减压蒸馏、催化裂化、催化裂解、延迟焦化、催化重整等主要生产装置。
其中催化(裂解)干气中含有大量的乙烯，目前都作为燃料消耗，没有进行经济有效的利用。
利用催化(裂解)干气中乙烯制备乙苯，进而生产苯乙烯，充分利用炼厂干气中的乙烯资源，是提高资源利用率，增加企业经济效益的一条有效途径。
本文对安庆分公司催化干气中的乙烯资源，以及由稀乙烯制备乙苯的工艺技术路线进行了专门讨论。
2干气中乙烯资源及利用炼厂干气主要来源于石油的二次加工过程，如催化裂化、催化裂解、延迟焦化、加氢裂化等，其主要成份为氢气、甲烷、乙烯、乙烷以及少量C3/C4烃类。
安庆分公司的炼油装置结构中，拥有具有先进工艺的140万吨/年催化裂化装置和70万吨/年催化裂解装置。
其中，140万吨/年催化裂化装置采用中国石油化工科学研究院开发的多产丙烯和清洁汽油的MIP-CGP新技术；催化裂解装置具有气体产率大、烯烃含量高的特点，其干气产率超过相同规模催化裂化装置的两倍，乙烯浓度也明显高于常规催化裂化。
两套催化装置副产大量富含乙烯的干气。
在炼油500万吨/年加工负荷情况下，催化裂化和催化裂解装置所产干气中乙烯量约3万吨/年。
干气中乙烯资源的回收利用，国内外都十分重视，已经开发的回收炼厂干气中乙烯的技术主要有深冷分离法、双金属盐络合吸收法、溶剂抽提法、膨胀机法、吸附法，此外还有干气直接制乙苯技术。
从目前国内外对干气中稀乙烯利用的技术开发情况来看，由于将乙烯通过分离提纯再行利用的方法投资较大，经济性差，因此稀乙烯的利用倾向于将稀乙烯直接加工，这方面的技术开发则集中于乙苯/苯乙烯的生产。
国外在上世纪70年代就开发了利用稀乙烯直接烃化制乙苯的工艺技术。
乙苯主要工业生产方法及其危险性分析
2危险性分析
2.1物料危险性
2.1.1乙烯
健康危害： 具有较强的麻醉作用。
急性中毒：吸入高浓度乙烯可立即引起意识丧失，无明显的兴奋期，但吸入新鲜空气后，可很快苏醒。对眼及呼吸道粘膜有轻微刺激性。液态乙烯可致皮肤冻伤。
慢性影响：长期接触，可引起头昏、全身不适、乏力、思维不集中。个别人有胃肠道功能紊乱。
2.2.2Mobil - Badger气相法
由于ZSM - 5催化剂的活性温度较高,因此反应要在较高温度下进行。防止在反应时应防止被烫伤，并且需要对设备管道进行保温措施。设备的密封性要做好，防止物料泄漏。
2.2.3Unocal/Lummus/ UOP液相法
因物料具有毒性，设备的密封性一定要好，并经常检查。
传统的 液相法使用 - HCl催化剂, 溶解于苯、乙苯和多乙苯的混合物中,生成络和物。该络和物在烷基化反应器中与液态苯形成两相反应体系,同时通入乙烯气体,在温度130℃以下,常压至0.15MPa下发生烷基化反应,生成乙苯和多乙苯,同时,多乙苯和乙苯发生烷基转移反应。反应器中乙烯与苯摩尔比为0.30～0.35 ,乙烯转化率接近100%,烷基化反应收率为97.5%。催化剂、苯、多乙苯循环使用,每吨乙苯副产焦油1.8～2.7kg。此反应中苯的烷基化反应和多乙苯的烷基转移反应在一台反应器中完成。为限制多乙苯的生成,必须控制乙烯与苯的比例。工业生产装置控制乙烯与苯的分子比为0.3～0.4左右。反应产物的平衡组成只与反应混合物中烷基和苯核有关。工艺流程见图1。
参考文献：
[1]王兰海,韩金玉,王小为,甘肃科技,第22卷 第2期2006年2月乙苯合成生产工艺及技术研究进展
[2]杨立英,王志良,张吉瑞,陈 曙,化学世界,第十期乙苯合成生产工艺与技术研究进展
2.1物料危险性
2.1.1乙烯
健康危害： 具有较强的麻醉作用。
急性中毒：吸入高浓度乙烯可立即引起意识丧失，无明显的兴奋期，但吸入新鲜空气后，可很快苏醒。对眼及呼吸道粘膜有轻微刺激性。液态乙烯可致皮肤冻伤。
慢性影响：长期接触，可引起头昏、全身不适、乏力、思维不集中。个别人有胃肠道功能紊乱。
2.2.2Mobil - Badger气相法
由于ZSM - 5催化剂的活性温度较高,因此反应要在较高温度下进行。防止在反应时应防止被烫伤，并且需要对设备管道进行保温措施。设备的密封性要做好，防止物料泄漏。
2.2.3Unocal/Lummus/ UOP液相法
因物料具有毒性，设备的密封性一定要好，并经常检查。
传统的 液相法使用 - HCl催化剂, 溶解于苯、乙苯和多乙苯的混合物中,生成络和物。该络和物在烷基化反应器中与液态苯形成两相反应体系,同时通入乙烯气体,在温度130℃以下,常压至0.15MPa下发生烷基化反应,生成乙苯和多乙苯,同时,多乙苯和乙苯发生烷基转移反应。反应器中乙烯与苯摩尔比为0.30～0.35 ,乙烯转化率接近100%,烷基化反应收率为97.5%。催化剂、苯、多乙苯循环使用,每吨乙苯副产焦油1.8～2.7kg。此反应中苯的烷基化反应和多乙苯的烷基转移反应在一台反应器中完成。为限制多乙苯的生成,必须控制乙烯与苯的比例。工业生产装置控制乙烯与苯的分子比为0.3～0.4左右。反应产物的平衡组成只与反应混合物中烷基和苯核有关。工艺流程见图1。
参考文献：
[1]王兰海,韩金玉,王小为,甘肃科技,第22卷 第2期2006年2月乙苯合成生产工艺及技术研究进展
[2]杨立英,王志良,张吉瑞,陈 曙,化学世界,第十期乙苯合成生产工艺与技术研究进展
工艺流程设计教材(PPT 121页)
• 三废：废气、废液、废渣;
• 所含有害物质在排放前应该达到排放标准；
• 尽量综合利《工用业，三变废废处为理宝新工；艺污新染技问术题与不检测解控决制，标 不允许投准产规范及环境影响评价实用手册》
《工业三废（废水、废气、废物）相关法律
• 相关政策法法规规条文释义与违法处理程序、标准及案例
分析实务全书》 《化学工业职业标准·化工三废处理工》 《工厂与环境--三废的弊害与治理》 《国外石油化工三废 》
19
化工设计 Design of Chemical Engineering
20
化工设计 Design of Chemical Engineering
(4) 确定控制方案
a 离心泵的流量控制
21
化工设计 Design of Chemical Engineering
b 液位控制
22
化工设计 Design of Chemical Engineering
设项目，必须保证在其服务期限内有足够的、稳 定的原料来源。
7
化工设计 Design of Chemical Engineering
3．合理性
①中国人民的消费水平及各种化工产品的消费趋势；
②中国化工机械设备及电气仪表的制造能力；
③中国化工生产所用的化工原材料及设备用金属 材料的供应情况；
④中国环境保护的有关规定和化工生产中三废排 放情况；
⑤劳动就业与化工生产自动化水平的关系； ⑥资金筹措和外汇贮备情况。
8
化工设计 Design of Chemical Engineering
2.1.2 生产方法和工艺流程设计的步骤 3 • (1) 搜集资料，调查研究
（技术路线特点、工艺参数、原材料和公用工 程单耗、产品质量、三废治理以及各种技术 路线的发展情况与动向等）
• 所含有害物质在排放前应该达到排放标准；
• 尽量综合利《工用业，三变废废处为理宝新工；艺污新染技问术题与不检测解控决制，标 不允许投准产规范及环境影响评价实用手册》
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分析实务全书》 《化学工业职业标准·化工三废处理工》 《工厂与环境--三废的弊害与治理》 《国外石油化工三废 》
19
化工设计 Design of Chemical Engineering
20
化工设计 Design of Chemical Engineering
(4) 确定控制方案
a 离心泵的流量控制
21
化工设计 Design of Chemical Engineering
b 液位控制
22
化工设计 Design of Chemical Engineering
设项目，必须保证在其服务期限内有足够的、稳 定的原料来源。
7
化工设计 Design of Chemical Engineering
3．合理性
①中国人民的消费水平及各种化工产品的消费趋势；
②中国化工机械设备及电气仪表的制造能力；
③中国化工生产所用的化工原材料及设备用金属 材料的供应情况；
④中国环境保护的有关规定和化工生产中三废排 放情况；
⑤劳动就业与化工生产自动化水平的关系； ⑥资金筹措和外汇贮备情况。
8
化工设计 Design of Chemical Engineering
2.1.2 生产方法和工艺流程设计的步骤 3 • (1) 搜集资料，调查研究
（技术路线特点、工艺参数、原材料和公用工 程单耗、产品质量、三废治理以及各种技术 路线的发展情况与动向等）
乙苯生产工艺ppt课件
生产方法比较分析
乙苯是生产苯乙烯的中间产品,少量的乙苯也用于溶剂、稀释剂以及 生产二乙基苯等。目前在工业生产中,90%以上是在适当催化剂存在 下由苯与乙烯烷基化反应来制取乙苯。 苯和乙烯烷基化是在酸性催化剂存在下进行，若以所用催化剂分类， 可分为三氯化铝（AlCl3）法、BF3—Al2O3法和固体酸法等。液相 三氯化铝法又可分为传统的两相烷基化工艺和单相高温烷基工艺。 AICI3催化剂液相反应法 传统的AlCl3法反应器内反应物和催化剂形成三相,液态芳烃、气态 乙烯和液态的催化剂配合物。催化剂配合物呈红色,与液态芳烃不互 溶,反应时乙烯鼓泡进入含有两个液相的的反应器内,使它们分散混合。 乙烯与苯的摩尔比为0.3~0.35,反应在低于130°C以下及常压进行。
A0201 生产工艺路线选择
乙苯性质：
1、理化特性 外观与性状： 无色液体，有芳香气味。 熔点(℃)： -94.9 沸点(℃)： 136.2 相对密度(水=1)： 0.87 相对蒸气密度(空气=1)： 3.66 饱和蒸气压(kPa)： 1.33(25.9℃) 闪点(℃)： 15 引燃温度(℃)： 432 爆炸上限%(V/V)： 6.7 爆炸下限%(V/V)： 1.0 溶解性： 不溶于水，可混溶于乙醇、醚等多数有 机溶剂。
优点：乙烯的转化率接近100%,乙苯的收率较高,循环苯和乙苯 的量较小;苯与乙烯的烷基化反应和多乙苯的烷基转移反应可在 同一台反应器中完成。 缺点：反应介质的腐蚀性强,设备造价与维修费用高以及反应产 物有机相经水洗、碱洗后产生大量含有氢氧化铝淤浆的废水,加 上废催化剂,造成了严重的环境污染。 由于传统的A1Cl3法存在着污染腐蚀严重及反应器内两个液相 等问题,l由于该法在降低成本上有较明显的效果,不少传统的 AlCl3法的装置进行了改造和扩建。 该工艺特点是,烷基化和烷基转移反应在两个反应器中进行,乙 苯收率高,副产焦油少,Alcl3用量少(仅为传统法的1/3)。 但这种方法也只是使设备腐蚀及环境污染问题有所缓解,并未从 根本上得到解决。
气相烷基化法制乙苯的工艺设计
气相烷基化法制乙苯的工艺设计摘要乙苯是一种重要的化工原料。
随着我国国民经济的快速发展，乙苯的需求量也随之而逐年递增。
本文主要对气相烷基化法制乙苯进行工艺设计。
该工艺以催化裂化干气和苯为原料，采用催化裂化干气制乙苯第三代技术。
在现有资料的基础上设计了整个工艺流程，用Auto CAD软件进行绘制、Aspen 11.1软件进行模拟，并对整个流程的物料衡算和能量衡算进行了计算，以换热器的设计为例，进行了设备选型。
关键词：乙苯；催化裂化干气；工艺设计英文摘要ABSTRACTEthylbenzene is an important chemical raw material. With the rapid development of national economy, the demand for ethylbenzene increases year by year. This paper mainly designs the process of ethylbenzene prepared by gas phase alkylation method. The Fluid Catalytic Cracking (FCC) dry gas and benzene are used as raw materials in this process, in which the third generation technology of ethylbenzene prepared by FCC dry gas are used.The entire flow diagram is designed, which are drawn by Auto CAD software and simulated by Aspen 11.1 software. The material and energy balance of the entire process flow are calculated and the selection of equipment such as heat exchanger also is determined.Key Words：Fluid Catalytic Cracking dry gas；Ethylbenzene；Process design目录1概述 (1)1.1引言 (1)1.2 乙苯的性质 (1)1.3 乙苯的用途 (1)1.4 课题研究的目的及意义 (2)2原料及生产工艺的选择 (3)2.1 原料的选择 (3)2.2 生产工艺的选择 (3)2.2.1 生产工艺介绍 (3)2.2.2 生产工艺的选择 (5)3 生产工艺流程设计 (6)3.1 催化裂化干气的预处理 (6)3.1.1 生产原理 (6)3.1.2 脱丙烯技术的选择 (6)3.1.3 工艺流程 (6)3.2 烃化及反烃化 (7)3.2.1 生产原理 (7)3.2.2 反应器及催化剂 (8)3.2.3 工艺流程 (9)3.3 产物的分离 (10)3.3.1 生产原理 (10)3.3.2 工艺流程 (10)4 物料及能量衡算 (12)4.1 物料衡算 (12)4.1.1 物料衡算原理 (12)4.1.2 Aspen物料衡算结果 (12)4.2 能量衡算 (15)4.2.1 能量衡算原理 (15)4.2.2 热量衡算的目的和意义 (15)4.2.3 Aspen能量衡算结果 (16)5 换热器设计 (19)5.1 换热器的概述及简介 (19)5.2 工艺计算 (19)5.3 工艺结构尺寸 (21)5.4 换热器的核算 (24)5.5 辅助设计 (27)5.6 换热器主要结构尺寸计算结果 (27)结论 (29)致谢 (30)参考文献 (31)附录 (33)1概述1.1 引言乙苯是一种重要的化工原料，主要用于生产苯乙烯。
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• 苯在温度为400 ℃左右,压力为1、2～1、6MPa下,以 气相进入顶部床层,进行苯与乙烯的气相烷基化反应, 同时也进行二乙苯与苯的烷基转移反应。苯与乙烯的 重量综合比为18、5 ,乙烯转化率达99、8 %。苯循环, 回收后的多乙苯进入烷基转移反应器进行烷基转移反 应。其操作条件为:压力0、6～0、7MPa ,温度440～ 445℃,苯与多乙苯分子比为(1～1、 52) :1 ,苯单程转 化率为15%(Wt ) ,乙苯收率为98%。
• 优点: 该工艺能够用浓乙烯为原料,也可用稀乙烯混合气体为 原料,该工艺采纳ZSM-5沸石催化剂,完全幸免了AlCl3催化剂 带来的一系列问题。该催化剂对苯与乙烯的烃化反应及多乙 苯与苯的反烃化反应均具有较强的催化剂活性与良好的选择 性,可达99、5%。
• 此工艺催化剂用量少,容易结焦而失活,但容易再生,使用寿命 长,生产中不存在环境污染与设备腐蚀问题。此外,系统排放 的废气与残液均可为装置提供25%的燃料,输入系统的热量与 反应生成的热量中95%可回收。因此,物耗、能耗低。
2、主要用途:
• 用于有机合成与用作溶剂。 • 在医药上用作合霉素与氯霉素的中间体。 • 也用于香料。 • 此外,还可作溶剂使用。
生产工艺路线选择
• 生产现状 • 到目前为止,工业上乙苯主要由苯与乙烯的烷基化反
应来生产的。 • 由烷基化制乙苯的工艺至今经历了三个时期 ,即由以
三氯化铝为催化剂的烷基化反应路线,以ZSM-5沸石分 子筛为催化剂的气相烷基化法以及由Y-沸石为催化剂 的液相法制乙苯工艺路线。 • 近几年来,国内也开展了以沸石为催化剂生产乙苯的 研究,并显示了良好的工业前景。同时,催化蒸馏技术 制乙苯的研究也取得了进展。
• 3、Unocal/Lummus/ UOP液相法
• 20 世纪80 年代以来, 美国三个公司联 合开发了固体酸催化剂催化苯与乙烯 液相法制乙苯的新技术。
• 以23Y2-～沸3石16为℃催与化2、剂7, A9～l2O63、为9粘9M合P剂a下。进在 行反应, 苯的质量空速2～10/h ,苯/乙 烯摩尔比4～10。
• (2)、均相AlCl3法 • 由于传统的AlCl3法存在着污染腐蚀严重及反应器内
两个液相等问题,1974年Monsanto/ Lummus公司提出 了均相AlCl3法。 • 该工艺通过控制乙烯的投料,使AlCl3催化剂的用量减 少到处于溶解度范围内,使反应能够在均一的液相中 进行,提高了乙苯的产率。
由于传统的A1Cl3法存在着污染腐蚀严重及反应器 内两个液相等问题,l由于该法在降低成本上有较明 显的效果,不少传统的AlCl3法的装置进行了改造与 扩建。
• 该工艺特点是,烷基化与烷基转移反应在两个反应器 中进行,乙苯收率高,副产焦油少,Alcl3用量少(仅为 传统法的1/3)。
• 但这种方法也只是使设备腐蚀及环境污染问题有所 缓解,并未从根本上得到解决。
• 缺点:在处理FCC干气或焦炉尾气原料时,为了延长催化剂单 程寿命,需对原料进行严格精制(原料气中丙烯、H2S、O2与 H2O等杂质均需净化至质量分数均为10-15以下)。且该工艺 装置投资与能耗相对较高(苯单耗0、749t/t乙苯,乙烯0、 168t/t乙苯)。产物中二甲苯含量较高(约2×10-3),影响产品的 品质。
乙苯生产工艺路线选择
乙苯性质:
1、理化特性
外观与性状: 无色液体,有芳香气味。 熔点(℃): -94、9 沸点(℃): 136、2 相对密度(水=1): 0、87 相对蒸气密度(空气=1): 3、66 饱与蒸气压(kPa): 1、33(25、9℃)
闪点(℃): 15 引燃温度(℃): 432 爆炸上限%(V/V): 6、7 爆炸下限%(V/V): 1、0 溶解性: 不溶于水,可混溶于乙醇、醚等多数有机溶剂。
• 2、Mobil - Badger气相法
• 1976 年由Mobil 与Badger公司合作开发了以高硅 ZSM - 5沸石为催化剂制乙苯的气相法。1980年在美 国Hoechst公司实现了工业化,年产47、3万吨乙苯。
• 实际生产中,反应器有两种工艺。一是回收的多乙苯进 入同一反应器。另一种是进入另外一个烷基化反应器。
• 催化剂、苯、多乙苯循环使用,每吨乙苯副产焦油1、8～2、7kg。
• 此反应中苯的烷基化反应与多乙苯的烷基转移反应在一台反应器 中完成。为限制多乙苯的生成,必须控制乙烯与苯的比例。工业生 产装置控制乙烯与苯的分子比为0、3～0、4 左右。
• 催化剂配合物呈红色,与液态芳烃不互溶,反应时乙烯鼓泡进入含 有两个液相的的反应器内,使它们分散混合。
• 优点:该法不产生污染环境的废料,反应温度低(一 般不超过300°C),乙苯中二甲苯杂质含量仅为 20~40×10-6,远远少于气相法。催化剂的运转周 期可长达一年,对原料纯度要求不高。使用后的催 化剂能够进行器外再生,再生条件缓与,使用寿命可 达3年。
• 反应温度为95 ～ 100℃,压力0、6～0、8MPa ,乙烯 与苯的摩尔比为0、6。均相AlCl3法进料乙烯浓度范 围可为15%～反应器中进行,乙 苯收率高,副产焦油少,AlCl3用量少(仅为传统法的 1/3)。
• 缺点:这种方法也只是使设备腐蚀及环境污染问题有 所缓解,并未从根本上得到解决。
• 优点:乙烯的转化率接近100%,乙苯的收率较高,循环 苯与乙苯的量较小;苯与乙烯的烷基化反应与多乙苯 的烷基转移反应可在同一台反应器中完成。
• 缺点:反应介质的腐蚀性强,设备造价与维修费用高 以及反应产物有机相经水洗、碱洗后产生大量含有 氢氧化铝淤浆的废水,加上废催化剂,造成了严重的 环境污染。
• 生产方法
• 1、 AlCl3法
• (1)、 AlCl3液相法 • 此方法为传统的AlCl3法,使用AlCl3 - HCl催化剂,溶解于苯、乙苯
与多乙苯的混合物中,生成络与物。
• 该络与物在烷基化反应器中与液态苯形成两相反应体系,同时通入 乙烯气体,在温度130℃以下,常压至0、15MPa下发生烷基化反应, 生成乙苯与多乙苯,同时,多乙苯与乙苯发生烷基转移反应。反应 器中乙烯与苯摩尔比为0、30～0、35 ,乙烯转化率接近100%,烷基 化反应收率为97、5%。
• 优点: 该工艺能够用浓乙烯为原料,也可用稀乙烯混合气体为 原料,该工艺采纳ZSM-5沸石催化剂,完全幸免了AlCl3催化剂 带来的一系列问题。该催化剂对苯与乙烯的烃化反应及多乙 苯与苯的反烃化反应均具有较强的催化剂活性与良好的选择 性,可达99、5%。
• 此工艺催化剂用量少,容易结焦而失活,但容易再生,使用寿命 长,生产中不存在环境污染与设备腐蚀问题。此外,系统排放 的废气与残液均可为装置提供25%的燃料,输入系统的热量与 反应生成的热量中95%可回收。因此,物耗、能耗低。
2、主要用途:
• 用于有机合成与用作溶剂。 • 在医药上用作合霉素与氯霉素的中间体。 • 也用于香料。 • 此外,还可作溶剂使用。
生产工艺路线选择
• 生产现状 • 到目前为止,工业上乙苯主要由苯与乙烯的烷基化反
应来生产的。 • 由烷基化制乙苯的工艺至今经历了三个时期 ,即由以
三氯化铝为催化剂的烷基化反应路线,以ZSM-5沸石分 子筛为催化剂的气相烷基化法以及由Y-沸石为催化剂 的液相法制乙苯工艺路线。 • 近几年来,国内也开展了以沸石为催化剂生产乙苯的 研究,并显示了良好的工业前景。同时,催化蒸馏技术 制乙苯的研究也取得了进展。
• 3、Unocal/Lummus/ UOP液相法
• 20 世纪80 年代以来, 美国三个公司联 合开发了固体酸催化剂催化苯与乙烯 液相法制乙苯的新技术。
• 以23Y2-～沸3石16为℃催与化2、剂7, A9～l2O63、为9粘9M合P剂a下。进在 行反应, 苯的质量空速2～10/h ,苯/乙 烯摩尔比4～10。
• (2)、均相AlCl3法 • 由于传统的AlCl3法存在着污染腐蚀严重及反应器内
两个液相等问题,1974年Monsanto/ Lummus公司提出 了均相AlCl3法。 • 该工艺通过控制乙烯的投料,使AlCl3催化剂的用量减 少到处于溶解度范围内,使反应能够在均一的液相中 进行,提高了乙苯的产率。
由于传统的A1Cl3法存在着污染腐蚀严重及反应器 内两个液相等问题,l由于该法在降低成本上有较明 显的效果,不少传统的AlCl3法的装置进行了改造与 扩建。
• 该工艺特点是,烷基化与烷基转移反应在两个反应器 中进行,乙苯收率高,副产焦油少,Alcl3用量少(仅为 传统法的1/3)。
• 但这种方法也只是使设备腐蚀及环境污染问题有所 缓解,并未从根本上得到解决。
• 缺点:在处理FCC干气或焦炉尾气原料时,为了延长催化剂单 程寿命,需对原料进行严格精制(原料气中丙烯、H2S、O2与 H2O等杂质均需净化至质量分数均为10-15以下)。且该工艺 装置投资与能耗相对较高(苯单耗0、749t/t乙苯,乙烯0、 168t/t乙苯)。产物中二甲苯含量较高(约2×10-3),影响产品的 品质。
乙苯生产工艺路线选择
乙苯性质:
1、理化特性
外观与性状: 无色液体,有芳香气味。 熔点(℃): -94、9 沸点(℃): 136、2 相对密度(水=1): 0、87 相对蒸气密度(空气=1): 3、66 饱与蒸气压(kPa): 1、33(25、9℃)
闪点(℃): 15 引燃温度(℃): 432 爆炸上限%(V/V): 6、7 爆炸下限%(V/V): 1、0 溶解性: 不溶于水,可混溶于乙醇、醚等多数有机溶剂。
• 2、Mobil - Badger气相法
• 1976 年由Mobil 与Badger公司合作开发了以高硅 ZSM - 5沸石为催化剂制乙苯的气相法。1980年在美 国Hoechst公司实现了工业化,年产47、3万吨乙苯。
• 实际生产中,反应器有两种工艺。一是回收的多乙苯进 入同一反应器。另一种是进入另外一个烷基化反应器。
• 催化剂、苯、多乙苯循环使用,每吨乙苯副产焦油1、8～2、7kg。
• 此反应中苯的烷基化反应与多乙苯的烷基转移反应在一台反应器 中完成。为限制多乙苯的生成,必须控制乙烯与苯的比例。工业生 产装置控制乙烯与苯的分子比为0、3～0、4 左右。
• 催化剂配合物呈红色,与液态芳烃不互溶,反应时乙烯鼓泡进入含 有两个液相的的反应器内,使它们分散混合。
• 优点:该法不产生污染环境的废料,反应温度低(一 般不超过300°C),乙苯中二甲苯杂质含量仅为 20~40×10-6,远远少于气相法。催化剂的运转周 期可长达一年,对原料纯度要求不高。使用后的催 化剂能够进行器外再生,再生条件缓与,使用寿命可 达3年。
• 反应温度为95 ～ 100℃,压力0、6～0、8MPa ,乙烯 与苯的摩尔比为0、6。均相AlCl3法进料乙烯浓度范 围可为15%～反应器中进行,乙 苯收率高,副产焦油少,AlCl3用量少(仅为传统法的 1/3)。
• 缺点:这种方法也只是使设备腐蚀及环境污染问题有 所缓解,并未从根本上得到解决。
• 优点:乙烯的转化率接近100%,乙苯的收率较高,循环 苯与乙苯的量较小;苯与乙烯的烷基化反应与多乙苯 的烷基转移反应可在同一台反应器中完成。
• 缺点:反应介质的腐蚀性强,设备造价与维修费用高 以及反应产物有机相经水洗、碱洗后产生大量含有 氢氧化铝淤浆的废水,加上废催化剂,造成了严重的 环境污染。
• 生产方法
• 1、 AlCl3法
• (1)、 AlCl3液相法 • 此方法为传统的AlCl3法,使用AlCl3 - HCl催化剂,溶解于苯、乙苯
与多乙苯的混合物中,生成络与物。
• 该络与物在烷基化反应器中与液态苯形成两相反应体系,同时通入 乙烯气体,在温度130℃以下,常压至0、15MPa下发生烷基化反应, 生成乙苯与多乙苯,同时,多乙苯与乙苯发生烷基转移反应。反应 器中乙烯与苯摩尔比为0、30～0、35 ,乙烯转化率接近100%,烷基 化反应收率为97、5%。