年产18万吨PX项目初步设计说明书.doc

目 V目 录第一章 总论11.1 项目概况11.2 项目设计依据11.3 项目编制原则11.4 项目意义21.5 项目可行性分析21.6 项目审核31.7 产品及原料方案3第二章 总图运输42.1 设计依据42.2 设计范围42.3 厂址概况42.4 总平面布置52.4.1总平面布置要求62.4.2厂区布置理念72.4.3 厂区总体布局概述9第三章 工艺技术方案143.1 概述143.2 工艺选择153.3 工艺介绍213.3.1工艺特点213.3.2工艺优势233.4 工艺流程ASPEN仿真模拟设计233.4.1 原料混合工段243.4.2 对二甲苯提纯工段253.4.3 二甲苯精制分离工段253.4.2 混合二甲苯吸附分离工段263.6 工艺条件选择263.6.1 反应温度和压力263.7 催化剂273.8 工艺创新点27第四章 设备的设计与选型284.1 设计依据284.2 设备选型的一般原则294.3 换热器选型304.3.1 选型依据304.3.2 选型原则304.3.3 换热器的分类314.3.4 换热器的类型与运用324.3.5 换热器的选型标准344.3.6 换热管364.3.7 热器命名方法384.3.8换热器计算举例394.3.8 换热器的机械设计434.3.9 换热器的选型结果474.4 泵的选型474.4.1 泵的选型原则474.4.2 工业装置对泵的要求484.4.3 泵的计算举例504.4.4 选型结果524.5反应器的设计534.5.1 反应器地的计算544.5.2 反应器工艺及强度计算结果634.6 精馏塔的设计与选型654.6.1 塔设备的选型654.6.2 塔型的选择654.6.3 塔盘的类型与选择674.6.4 塔的计算（T0401）684.6.5 塔设备选型结果76第五章 自动控制设计855.1 设计依据855.2 自动控制系统概述855.3 控制与仪表装置865.3.1 仪表865.3.2 仪表装置和控制指标865.3.3 自动控制方案875.4 控制室布置875.5 设备控制方案875.5.1 泵的控制方案875.5.2 鼓风机的控制方案895.5.3 压缩机的控制895.5.4 传热设备的控制方案905.5.5 气液分离器的控制915.6 反应器的控制935.7 精馏塔的自动控制945.7.1 工艺要求945.7.2 自动控制设计总结95第六章 供电与通信966.1 设计依据966.2 供电电源966.3 变电所976.3.1 高压供电系统设计976.3.2 总降压变电所设计976.3.3 继电保护986.3.4 车间变电所设计986.4 动力和照明986.5 防爆和防火996.6 防雷和接地1006.6.1 厂区建筑物防雷措施1006.6.2 露天储罐、气罐及户外架空管道防雷措施1016.6.3 防静电与接地保护1016.6.4 厂区高压配电系统设计102第七章 土建1037.1 设计依据1037.2 厂区自然条件1047.2.1 气候特征1047.2.2 地形条件1057.3 建筑、结构设计1057.3.1 建筑设计范围105第八章 给水排水1078.1 编制依据1078.2 给排水系统设计1078.2.1 给水系统设计1078.2.2排水系统109第九章 环境保护1109.1 设计依据1109.2 厂址与环境现状1109.3 主污染物、污染源分析1109.3.1 废气1109.3.2 废液1119.3.3 废渣1119.3.4 噪声1119.3.5 生态1119.4 主要防治措施1119.4.1废气污染防治措施1119.4.2废液污染防治措施1129.4.3废渣污染防治措施1129.4.4噪声污染防治措施1129.5 厂内绿化113第十章 采暖通风与空气调节11410.1 设计标准与依据11410.2 设计范围11410.3 设计目标11410.4 采暖系统114第十一章 管路布置11611.1 设计依据11611.2 管道选型11611.2.1 管径的要求11611.2.2 管径的计算依据11711.2.3 经济管径的选定11711.2.4 管壁厚度11711.3 管道编号11811.3.1 管道号组成11811.3.2 管道号各部分含义说明11911.4 工艺管道编号及选型结果12111.5 管道布置12311.5.1 铺设原则12311.5.2 泵的管道布置12411.5.3 换热器的管道布置12411.5.4 塔的管道布置12511.5.5 管廊上的管道布置12511.5.6 其他管道布置126第十二章 维修12712.1 设计原则12712.2 设备维护12712.2.1 检查12712.2.2 同步检修与协同检修12712.2.3 压力容器、管道的定期检修12812.2.4 泵的检查与处理12812.2.5 安全检修要求12912.3 维修管理129第十三章 安全技术规程13113.1 设计规范13113.2 安全设施简介13113.2.1 接地系统13113.2.2 联锁系统13213.2.3 各类可燃（易燃）、有毒（有害）气体及火灾监测、报警系统13313.2.4 安全防爆、排压系统13613.2.5 重点设备安全保护设施13713.2.6 消防灭火系统13913.3 主要物品的安全技术数据14213.3.1 危险有害因素的分析143第一章 总论1.1 项目概况本项目的目标是以甲苯/甲醇/为原料的采用甲苯烷基化法合成对二甲苯，其副产物有少量的苯、C9、邻二甲苯和间二甲苯。原料甲苯与甲醇由炼化提供直接供应，原料来源稳定、充足。项目引进最新甲苯甲醇烷基化工艺，目前只有扬子石化一家企业在运用该技术，另外大连石化研究所和陕西化工正在联合研发此项工艺，至今已实现工业化。与传统的工艺相比，该工艺的最大优点是甲苯与地廉价的甲醇为原料生产出高纯度的对二甲苯，并且只有少量的副产物。1.2 项目设计依据（1）年化工设计竞赛指导书（2）“十三五”国家政策（3）中华人民共和国环境保护法和中华人民共和国劳动安全法等相关的国家法律、法规。（4）化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定（2005年版）及有关专业国家标准。（4）国家经济、建筑、环保等相关政策（5）市区工业园区有关供水、供电、项目征用土地意见和建设项目环境保护意见的批文及资料。1.3 项目编制原则对于整体工艺要满足许多条件，具体如下：（1）结合厂区建设条件，以节省投资，保证工程质量，提高经济效益为原则，贯彻执行国家的一系列基本建设的方针政策和有关法规，做到切合实际、技术先进、经济合理、安全适用。（2）本项目拟采用目前世界上先进的正丁烷氧化法制顺丁烯二酸酐，改造并由国外引进关键设备，国内配套部分首先考虑应用国内已有成熟技术和生产经验的装置和设备。（3）充分贯彻节省和循环经济的原则，实施化工与热电相结合。（4）整个工程规模应考虑近期生产需要和远期的发展需要。同时装置的设计原则应尽可能达到布置一体化，生产装置露天化，建筑结构新型化，应用材料轻型化，公用设施社会化，设备材料国产化。（5）认真总结国内外同类石油化工装置的建设经验和教训，做到设计技术先进、可靠、保证长周期稳定运转和安全生产。（6）产品品种方案要结合国内市场的需求，可灵活调整产品牌号。（7）遵守环境保护法，生产中的“三废”需予以处理，以符合规定的排放标准。（8）贯彻“安全第一，预防为主”的方针，遵循现行防火、安全卫生和劳动保护等有关规范，确保本项目投产后能安全稳定生产，符合职工安全卫生的要求，保障劳动者在劳动过程中的安全和健康。（9）充分利用项目所在地的自然资源。采取切实可行的技术措施，节约用水，减少一次水用量，使当地宝贵的水资源得到充分利用。1.4 项目意义充足的原料提供、优越的运输环境和建厂条件、良好的投资回报率、与国际步伐接轨的工艺水平和国家完善的建设机构、鼓励措施的条件下，采用的工艺技术先进，原料落实，会给企业带来较好的经济效益和良好的社会效益。1.5 项目可行性分析通过可行性研究论证后，从经济利益角度上，本项目内部收益率为33.6%，但是，其前提是能够保证国家相关优惠政策及时到位、充足的原料供应、产品的销售价格和足够的市场（包括出口）以及相关工业项目能够得到共同开发。其中，原料供应充足、国家各项优惠政策及时到位是盈利的主要控制因素。1.6 项目审核经过可行性分析本项目从产业规划、产业布局、发展重点、原料来源、水资源平衡、运输安全、环境保护、项目管理和风险防范等方面，基本符合国家跟化工行业相关的规范和要求。1.7 产品及原料方案本项目为年产18万吨PX项目，主要原材料高纯度的甲苯由炼化直接供应，原料来源稳定、充足。另外还需购置催化剂、冷却水、吸附剂等必备工艺用品。表1-1 产品方案产品方案本厂规格(wt)国家规定等级单价(元/吨)对二甲苯（PX）98.5%一级9200苯99.6%一级邻二甲苯（OX）间二甲苯（MX）C9芳烃表1-2 原料方案原料名称规格需求量/吨单价（元/吨）总价/万元甲苯一级品1500008350125250甲醇90%2460催化剂第二章 总图运输2.1 设计依据化工企业总图运输设计规范 GB50489-2009 工业企业总平面设计规范 GB50187-2012石油化工企业厂区总平面布置设计规范 SH/T3053-2002 建筑设计防火规范 GB50016-2010 厂矿道路设计规范 GBJ2287 公路水泥混凝土路面设计规范 JTGD40-2002压缩机厂房建筑设计规定 HG/T20673-2005 化工管道设计规范 HG/T20695-87 化工设备管道外防腐设计规定 HG/T20679-90 化工工厂总图运输施工图设计文件编制深度规定 HG/T20561-94 本项目厂区位于市工业园区。厂区的工程地质与水文地质资料、地震烈度参考本初步设计说明书的“第七章 土建”。有关气象资料等参考本项目可行性论证“第五章 厂址选择”。2.2 设计范围 本章主要介绍厂内总平面布置、场内交通运输设计规范及特点。2.3 厂址概况 本项目厂区位于市区工业园区京通州工业开发区。 化学工业园区成立于1998年8月，是市唯一的化学工业专业园区。在市区两级党委、政府的关心支持下，2003年2月，化工区管理委员会正式开始运作。2006年3月份，经浙江省人民政府批准，正式成为省级开发区。该园区位于杭州湾南岸，区西北侧辽阔的海涂上，规划面积56.22平方公里。目前化工区已开发面积为6.5平方公里，现有炼化，韩国LG甬兴、中金石化有限公司、杭州湾腈纶、中化进出口公司等70多家企业落户园区。按照化工区总体规划（2002-2020），园区重点发展以炼油及乙烯为龙头的石化源头产业、合成材料产业、高分子产品产业和精细化工产业。即将建设的80万吨（一期）乙烯项目，可为整个化工区的发展提供丰富的石油化工原料，园区将发展成为华东乃至全国的重要石油化工基地。化工区将本着外向型、高起点、跨世纪和持续、快速、安全、健康的发展理念，按照建设现代化工园区的要求和化工行业的特点，努力营造一个高科技产业和支柱产业相对集聚、以大炼油和大乙烯项目为支撑、生产与生态均衡协调、可持续发展的世界一流的国家级石化产业基地。开发区具有完备的基础设施，实现基础设施统一配套。区内网状分布道路较长；建有的变电站丰富；给水厂日供水能力 强大；集中供热中心可以满足入区企业生活取暖和工业用气的需要；排水系统实行雨污分流。详见可行性论证“第五章 厂址选择”。2.4 总平面布置本厂的总平面布置，是在总体规划的基础上，根据企业的性质、规模、生产流程、交通运输、环境保护以及防火、安全、卫生、施工及检修等要求，结合场地自然条件，通过技术经济比较后，设计多种方案择优确定。厂区平面布置如图2-1所示。图2-1 厂区平面布置图2.4.1总平面布置要求本项目的厂区总平面布置是严格2.1节中所列设计规范的要求进行设计的。并且在进行化工厂总平面布置之前，分析了全厂生产流程顺序、各部分的生产特点和火灾危险性，同时考虑了厂区地形和风向，选择了合理的朝向，使人员集中的建筑物有良好的采光及自然通风条件。 根据设计规范的要求，为了节约土地，提高土地利用率，需要按照功能分区集中布置。其中工艺装置，在满足生产、操作、安全和环保的要求许可时，应联合集中布置，集中控制，建筑物宜合并布置。街区需要合理划分，厂区通道宽度需要确定，街区及建筑物、构筑物的布置宜规整。 各类仓库，宜按储存货物的性质和要求，宜合并设计为大体量或多层仓库，并提高机械化装卸作业程度，有效地利用空间。 生产管理及生活服务设施，宜按使用功能合理组合，设计为多功能综合性建筑。 设计规范还规定总平面布置应当防止和减少有害气体、烟、雾、粉尘、振动、噪音对周围环境的污染，污染大的设施应远离对污染敏感的设施，并避免环境重复污染。产生噪音污染的设施，宜相对集中布置，并应远离生产管理设施和有安静要求的场所。 在进行总平面布置设计时需要预留发展用地，一方面可以使前期建设的项目集中、紧凑、布置合理，并与后期工程合理衔接；另一方面可以满足辅助生产设施、公用工程设施、仓储和管线铺设等相应后期配套建设。2.4.2厂区布置理念1、车间的布置 设计规范 石油化工工艺装置布置设计通则 SH 3011-2000 石油化工管道布置设计通则 SH 3012-2000石油化工设备和管道涂料防腐蚀技术规范 SH 3022-2011 石油化工企业设计防火规范 GB 5016092 车间的布置应充分考虑以上规则，设备和管道的布置严格按照相关规范并考虑实际生产情况，在满足生产任务、防火要求、安全要求的同时尽可能做到整齐、紧凑、美观。同类设备尽可能的集中放置，加热用换热器直接放置在需要加热的位置。整个生产车间以管廊的形式布置，相同类的设备放置在同一管廊中，管道进出管廊，完成物流和热流的输送。泵放置在地面上，塔釜泵和回流泵分开放置。为了节约地面资源，换热器分别放在三层支架上，层与层之间的距离控制好。具体的车间布置情况见设计图册里的车间布置平面图。以下为生产车间和辅助车间的布置情况和相关依据：关于生产车间的布置生产车间的位置应按工艺过程的顺序进行布置，生产线路尽可能做到直线而无返回流动，但并不要求所有车间在一条直线上，应考虑辅助车间的配置距离及管理上的方便。一般功能、工艺相似的车间、工段尽可能布置在一起（便于集中管理），车间之间的管道尽可能沿道路的铺设。生产有害气体或粉尘车间要放置在下风或平行风侧。关于辅助车间的布置辅助车间包括：锅炉房、配电房、水泵站、机修车间、中心试验室、仪表修理车间及仓库等。锅炉房尽可能布置在用蒸汽较多的地方（可成减少热损失，缩短管路），其附近不得有易燃、易爆的车间或仓库，应放置在下风位置；配电间应配置在用电大户附近，并置于上风位置；机修车间应放在与各生产车间联系方便而安全的位置上；中心试验室和仪表修理间应置于清洁卫生、噪音少、灰尘少的上风位置；仓库设在与生产车间联系方便，并靠近运输干线的位置上。2、关于行政管理部门及住宅区的位置行政管理部门包括：工厂各部门的管理机构、会议室、饭厅、礼堂、托儿所、医务所等，应建在工厂外，最好位于工厂的上风位置。居民住宅应在厂区外面，并在上风位置。3、关于建筑物之间的距离工业建筑物之间的距离不仅要符合消防安全的要求，同时也要满足工业卫生、采光、通风等方面的要求。（1）防火 建筑物的耐火等级分为4级，一级的耐火能力最好。一级：钢筋混凝土结构二级：混合结构（钢尾架、柱和砖墙）三级：砖木结构（木屋顶，砖墙）四级：可燃结构 工业企业的火灾危险性（根据生成物质的特性分类）共分为五类（部标）。甲类：闪点 28 的易燃液体；爆炸下限10%的可燃气体；极易燃炸的强氧化剂；常温下自行分解或在空气中氧化，导致迅速自燃或爆炸的物质；压力容器中，物质本身温度超过自燃点等。乙类：28 闪点 60 的易燃、可燃液体；爆炸下限 10% 的可燃气体；助燃气体或不属于甲类的氧化剂。丙类：闪点 60的可燃液体；可燃固体。丁类：对非燃烧物进行加工，经常产生火花成火焰；用气体、液体、固体为燃料或将其燃烧作其他用途。戊类：常温下使用或加工非燃物质的生产均属此类，建厂时根据火灾危险性类别，对建筑物提出不同的耐火等级，要对于甲、乙类应用一、二级耐火等级的建筑物(尽可能为单层厂房)，对于丙类应用一、二、三级耐火等级的建筑物（可能为单层厂房）。4、关于厂内道路厂内人行道，一般为1.82.0米宽（上、下班通过人数而定）；厂内公路宽度不应小于5米，能允许两辆大卡车面对面通过，同时应考虑输送路线的循环性，避免交通阻塞。总图的布置，还应考虑美化环境，改善劳动条件等，如植树、种草以净化空气。2.4.3 厂区总体布局概述1.总平面布置工厂总平面布置为长方形，东西长为441.02m，南北宽为275.64m。工厂划分为主要生产区、储罐区、辅助生产区（包括消防站、中心控制室、检修车间、仓库、公用工程、变电站）等，公共活动中心（医疗站、活动中心、食堂、行政楼、停车场）等。综合和考虑后，总平面布置整体情况如图2-2所示。图2-2 厂区平面布置图2.主要经济技术指标厂区总面积：121564.20m2厂区内建构筑物总面积：54266.26m2绿化面积：25528.48m2表2-1 各区域占地面积序号指标名称单位数量备注1厂区总面积m2121564.20其中预留地为1802.522厂区内建筑物总面积m254266.263绿化面积m225528.484绿化系数%21.005建筑系数%44.643、全厂总平面布置 （1）主要生产区：主要生产区位于全厂的西北角，原料的储罐区也位于主要生产区内，有利于减少运输成本，减少管道铺设，使生产更加的方便。主要生产区包括了反应车间、精制车间、分离车间，有利于集中铺设公用工程管线以及集中控制管理，而且工艺生产流程顺畅、衔接短捷，紧凑合理，与相邻设施也协调得很好。除了有利于生产管理和安全防护等优点外，集中布置工艺装置还便于施工、安装和检修。（2）辅助生产区：1）仓储设施的布置原料、燃料、材料、成品及半成品的仓库、堆场及储罐，应按其储存物料的性质、数量、包装及运输方式等条件，相对集中布置，并靠近运输线路，且应符合防火、防爆、安全、卫生的规定，为管理创造有利条件。其中储罐区位于西门与北号门附近，且装卸台面向主干道，有利于原料与产品的储存与运输。2）变电站的布置设计规范规定总变电所应便于电线路的进出、不妨碍工厂的扩建和发展的独立地段。当采用架空输电线时，应布置在厂区边缘地带。总变电站应该布置在易泄漏、散发液化烃及较重的可燃气体、腐蚀性气体及粉尘的生产、储存和装卸设施全年最小频率风向的下风侧和有水雾场所冬季盛行风向的上风侧。 本布置方案中，变电站位于全厂东边缘地带，正位于可燃气体散发区域、储存和装卸设施的东侧，而全年西风频率都较低。同时，变电站设计远离强振源。3）中制室、检修车间、研发室的布置 按照设计规范的要求，中心控制室、机修车间布置在辅助生产区内，不应布置在散发毒性、腐蚀性及其它有害气体、粉尘以及循环水冷却塔等产生大量水雾设施的全年最大频率风向的下风侧。 设计规范还要求化验室、检修车间远离振源，要有良好的朝向，避免夕晒。此外，与强振源区域保持较远的距离，并设有树林作为隔音屏障。（3）活动中心的布置公共活动中心人员较多，位于全厂的东面。远离主要生产区，位于厂区全年最小频率风向的下风侧，并且环境洁净的地段；建筑群体的组合及空间景观应与周围的环境相协调；设置相应的绿化、美化。1）行政楼的布置行政楼位于厂区前，在厂区前布置有喷泉，美化了厂区的环境。2）食堂的布置食堂布置在厂前区。本工厂食堂完全满足了工人用餐的需求量。3）自行车棚、停车场的布置 自行车棚应布置在职工存取车方便的地方，自行车棚面积的大小应根据工厂最大班职工人数及当地交通运输条件确定。同时厂前区宜设置必要的汽车停车场，满足工人及职工用车停放的需要。 同时车库正对于活动中心，使工人们出入更加的方便，体现了更加人性化的设计。4）厂区出入口的布置厂区的出入口有4个，人流和货流出入口应该分开布置；主要人流出入口应设在工厂主干道通往居住区和城镇的一侧，主要货流入口应位于主要货流方向，靠近运输繁忙的仓储区，并与厂外运输线路连接方便；主要出入口设置门卫室。 本设计方案中共设置了四个厂区出入口，其中东门与南号门主要走人流，西门号门与北门主要走物流，实现了人车分流。5）围墙的设置：建筑与围墙的间距应大于5米，道路与围墙的距离大于1米（围墙自墙轴线算起，建筑物、构筑物自最外边轴线算起，道路为城市型时自路面边缘算起）。本设计中建构筑物与围墙的最小间距为8米，道路与围墙的最小间距为2米，符合规范。4. 厂内运输设计（1）厂内运输设计要求 满足生产、运输、安装、检修、消防及环境卫生的要求，线路短捷，人流、货流组织合理； 划分功能分区，并与区内主要建筑物轴线平行或垂直，厂区内、外部运输、装卸、贮存形成一个完整的、连续的运输系统； 有利于场地及道路的雨水排除； 与厂外道路连接方便、短捷； 建设工程施工道路应与永久性道路相结合。2、本厂运输设计 本设计中，厂区内道路总体呈网格状布置易于识记和辨认；主干道设计宽度为16米（双向四车道），次干道设计宽度为9米（双向两车道）。道路宽度均大于3.5米，满足消防车道宽度的要求。 本设计方案中共设置了四个出入口，其中南门与东门主要服务人流，西门与北门主要服务物流，实现了人物分流。 本设计中，装卸区设置在厂区紧邻西门和南门（主要货流运输出入口），同时远离人流较多的道路，通极为便利。这样的设计有利于人流与货流的分离。 厂内所有的道路最窄处不小于3.5m，可允许检修车辆的通行及确保消防车能够迅速地抵达失火地点。本厂地面全部达到无土化，地面以水泥和柏油两种组成，可以承受最大载重汽车引起的压力，同时利于清洁，同时交通极为便捷。11第三章 工艺技术方案3.1 概述涤纶是解决我国13亿多人穿衣、家纺需求和产业用纤维的主要合成纤维品种。涤纶的原料就是PX，2010年我国涤纶产量占化学纤维产量的81.4%。中国纺织工业设计院教授级高工罗文德说。PX的下游产品叫PET，是最重要的合成纤维品种。在人口众多、土地紧张的中国，合成纤维不可或缺。PET还用于容器、包装材料、薄膜、胶片、工程塑料等领域，正在越来越多地取代铝、玻璃、陶瓷、纸张等材料。要正确认识PX项目！多位专家强调，PX以及石化产业是解决人们衣食住行需求的重要保障。2010年，我国成为世界最大的PX生产和消费国，产能占全球24%左右，消费量占全球32%。科学布局有序发展，当前，石油和化学工业既面临不断增长的经济社会需求，也面临公众希望进一步提高安全环保水平的要求。如何顺应这一形势。顾宗勤认为，从大的方面讲，石油和化学工业要与安全生产、环境保护协调发展，安全生产和环境保护是当前我国石油和化学工业发展的重要保障。石油化工行业的环境风险是客观存在的，不容忽视。周学双说，盲目无序的布局与发展必然后患无穷；科学布局、有序发展，环境风险是可防可控的，无需恐惧。对二甲苯（PX）是重要的芳烃产品,其主要用途是制备对苯二甲酸（PTA）和对苯二甲酸二甲酯（DMT），以二者为原料又可以得到聚对苯二甲酸乙二醇酯，从而生产聚酯纤维和聚酯塑料，是重要的石化有机原料之一。此外对二甲苯还可以作为生产医药、香料、油墨等的原料，用途广泛。2002年外商投资产业指导目录中将对苯二甲酸（PTA）由限制类改为鼓励类,国内需求迅速爆发，直接拉动了PX的需求。近年来随着相关产业的飞速发展，也造成了对二甲苯需求量的急速增长，逐渐形成供不应求的局面。针对这种情况，我国发改委于2005年颁布了相关政策，鼓励发展对二甲苯生产。对二甲苯通常混合于各种芳烃原料中，形成芳烃混合物。最早是以石油经过催化重整和催化裂解得到的重整油和裂解汽油，及煤液化气和煤气化法制得的芳烃混合物为原料，经过抽提和分离得到。但是该方法过程繁琐，得到的对二甲苯产量有限，无法满足实际生产的高速发展需求，故芳烃研究人员开始寻找制备对二甲苯的新工艺。在芳烃生产中，苯、甲苯、二甲苯中甲苯产量最多，但是其应用价值远不如苯和二甲苯，从而出现甲苯相对过剩的情况，因此如何将甲苯最大限度的转化为具有高附加值的苯和二甲苯成为了石油化工领域研究的热点。3.2 工艺选择生产PX的途径，一是从重整混合二甲苯中通过吸附分离等物理过程将其中的PX组份分离出来，是一个物理过程；二是将不含PX的混合二甲苯通过二甲苯异构化反应转化成PX平衡物后再通过吸附分离技术进行分离；三是将C7A及C9A等非二甲苯组份通过歧化与烷基转移转化成含有PX的混二甲苯平衡物过程，其中途径二和三是化学过程。目前国际上还有使用甲苯进行择形催化来生产对二甲苯和苯的途径，据介绍在得到的二甲苯混合物中PX的浓度可达到9095%Wt。单程转化率可达到3035%，是一个很好的PX生产途径（目前世界上MOBIL公司有甲苯择形歧化的专利和工业装置，国内正处在研究试验阶段）。分离混二甲苯四种异构体的工业方法中，其物理过程主要有深冷结晶法、络合分离法、吸附分离法，其次还有共晶、磺化等方法，其中以吸附分离法最为先进（目前世界上主要有美国UOP的PAREX工艺和法国IFP的ELUXYL工艺）。从上可知，在生产PX的不同途径来看，都要涉及到芳烃的生产技术，即C7芳烃、C8芳烃和C9芳烃的生产。一套芳烃装置由于可利用的原料和目标产物不同有多种方式，完整的从石脑油制取苯和PX的芳烃联合装置有以下技术：石脑油加氢除去原料中的硫、氮杂质；重整利用催化剂把石脑油制成芳烃；抽提对苯、甲苯和部分二甲苯进行抽提；歧化把甲苯和重芳烃转化为苯和二甲苯；THDA甲苯脱烷基成苯；吸附分离从混合二甲苯中分离出高纯度的PX；异构化二甲苯异构化、将乙苯转化为苯或二甲苯。一、联合装置的工艺技术比较表3-1 PX联合装置工艺技术比较表工艺名称IFPUOP歧化反应采用国内固定床临氢反应工艺及国内ZA-95催化剂，操作条件及性能见下表3-2。固定床临氢反应工艺，采用国产ZA-95催化剂，适当降低空速后可满足UOP的TA-4催化剂对产率的要求，操作条件及性能见下表3-2。异构化反应采用IFP带C8环烷内循环的octafining的固定床临氢异构化工艺，采用SKI-400国产催化剂，操作条件及性能见表3-3。固定床临氢异构化工艺，采用国产SKI-400调整操作条件可满UOP的I-9催化剂的条件，操作条件及性能见表3-3。吸附分离模拟移动吸附，选用特定的分子筛吸附剂SPX-3000选择吸附对二甲苯，脱附剂为对二乙苯， 吸附剂选择性好，对二甲苯产品纯度期待值可高达99.9%，其对二甲苯回收率为96%，物流通过144套由气缸驱动的球阀，切换操作由PLC控制，罗曼光谱仪在线监测.模拟移动床选用K-Ba-Y型分子筛吸附剂ADS-27选择吸附对二甲苯脱附剂为对二乙苯。吸附剂选择好，对二甲苯的产品纯度期待值可高达99.9%，对二甲苯回收率期待值可高达97%，单位进料量吸附剂和脱附剂用量相对稍少。物流通过24通由液压控制的旋转阀由UOP专用控制系统检测和控制。144套阀操作维护方便，维修周期较短，为此吸附床分区需要增加12个区，以适应阀门维修的需要，即需56个区，塔高较高.工业装置于1996年设计与建设3套，其中1套45万吨/年， 1套50万吨/年，1套18万吨/年， 最后一套为65万吨/年。24通旋转阀根据经验，维修周期5年以上，吸附床分为4个区，对40万吨/年PX需用1台5#旋转阀而45万吨/年则需要改用2台4#旋转阀.工业装置已建和在建68套，其中40万吨/年以上5套包括2套80万吨/年单系列最大规模为40万吨/年。联合装置生产40万吨/年PX和4.5万吨/年OX所需要原料为60.8248万吨/年，其每吨（PX+OX）产品的原料消耗指标为1.367吨，若设计规模加大为45万吨/年，则原料消耗将增至66.464万吨/年；联合装置工艺的工业生产经验少。生产40万吨/年PX和4.5万吨/年OX所需原料为60.5490万吨/年， 其吨(PX+OX)产品的原料消耗为1.36吨，若设计规模加大为45万吨/年，则原料增至66.4180万吨/年. 联合装置的组合工艺的工业经验较多，技术较成熟，是比较优化的组合，已建和在建的联合装置工艺有45套。二、歧化与烷基转移技术比较表3-2 歧化烷基转移装置技术比较IFP的PX联合装置UOP的PX联合装置 歧化催化剂国产ZA-95国产ZA-95UOP TA-4 操作条件：按ZA-95设计和操作采用国产ZA-95操作按TA-4设计反应温度初期370/末期470初期370/末期470初期384/末期482分离器压力，kg/cm230.030.028.1氢油分子比666重时空速，h-11.41.41.8催化剂堆比，kg/m3680680656.8催化剂周期寿命，月121212进料要求含23%R C10A含23%R C10A含23%R C10AC8A产率，wt%69.1269.1269.03C6A产率，wt%22.022.021.47C6A-C8A总产率，wt%91.1291.1290.5单程转化率，mol%46.1746.1746.16143三、二甲苯异构化技术比较表3-3 二甲苯异构化装置技术比较IFP的PX联合装置UOP的PX联合装置 异构化催化剂国产SKI-400国产SKI-400UOP I-9 操作条件采用国产SKI-400操作采用国产SKI-400操作按UOP I-9设计反应器入口温度初期370380/末期390400初期370380/末期390400初期374/末期386反应器出口氢分压（表）kg/cm2初期5.25.5/末期7.58.5初期5.25.5/末期7.58.5初期5.2/末期6.54重量空速，h-13.33.83.6氢油分子比46464催化剂堆比，kg/cm3700720700720594.3产物C8N/反应器出口C8N%C8N+P=3.45/C9N+P=7.93C8N+P=7.07.1wt%/6mol%反应器出口EB/C8Awt%10.778.908.3催化剂铂含量wt%0.330.350.330.350.3 反应性能C8A收率 wt%96.7396.8196.73单程C8A环损 wt%3.273.193.27EB转化率 wt%21.9225.2830.59PX/C8A出口 wt%19.7719.5519.13四、吸附分离技术比较表3-4 吸附分离技术比较IFPUOP一、吸附分离工艺工艺方法ELUXYLParex吸附床型式模拟移动床模拟移动床吸附剂型号SPX3000ADS-27脱附剂型号对二乙苯D-1000（对二乙苯）物流出入吸附塔方式144套气缸球阀操作（其中24套用于反洗）24通旋转阀，2台4#阀阀的控制型式由VAX、PLC、SCS、罗曼光谱仪控制UOP的逻辑控制系统监测控制。吸附床数212212吸附床分区56个4个分布板结构每床由14块59厘米矩形板的分布板组成，每一小块板有四个物流进出。每块板由6个扇形板组成，物流进出均由一根中心管分配及收集。冲洗液及位置小股抽出液在抽出液口前注入脱附剂分别在抽出液前和进料后注入阀维修周期14月5年，密封板更换只需24小时。工业化时间1995年工业示范装置投产，1997年4季度投产第一套单系列50万吨年装置。1971年工业化，1997年单系列40万吨年。工业化经验1996年签订四套装置，一套45万吨年，一套50万吨年和18万吨年，一套65万吨年。至1997年有68套，其中大于40万吨年的5套建设和设计，大型设备已有过工业经验。二、操作条件吸附塔温度175177吸附塔压力，Mpa0.80.8吸附剂/原料量（t/h）788/264.162=2.98800.15/276.84=2.89一次脱附剂量/原料量（t/h）1200/264.162=4.54973.34/276.84=3.52脱附剂循环量/原料（体积）1.61.46阀循环一次的时间（分钟）283232(设计点)三、吸附性能（期待值）PX纯度（%）99.9（设计值）99.9（设计值）PX回收率（%）96（设计值）97（设计值）脱附剂损耗量（吨年）11.4%/137吨10.6%/103吨吸附剂寿命（年）810四、吸附分离保证值PX纯度（%）99.899.8PX回收率（%）9696脱附剂损耗量110.7脱附剂寿命，年55五、吸附剂物性含水量（wt%）3.44.0装填密度（t/m3）0.890.85选择性体积（v%）1716.7无效体积（v%）2933（金山为26）压碎强度（Mpa）1.7（制造厂1.45）1.3六、吸附剂选择性参数PX/EB2.42.2（金山为2.53）PX/MX3.23.2（金山为3.73）PX/OX3.23.2（金山为3.45）性能指数8.48.1七、吸附塔塔盘死角体积（v%）24泵循环死角体积（v%）22床层高度可调整不可调搞机械阻力0.7bar0.35bar液体流速1.5cm/s1.21.3cm/s综上分析：本厂采用甲苯与甲醇烷基化反应来制取对二甲苯（PX）。其中包括固定床加氢反应、吸附分离混合二甲苯等操作过程，改工艺特点为生成PX的选择性高，生成的副产物的量较少，是在技术上可行，经济上合理的意图工艺过程。3.3 工艺介绍3.3.1工艺特点目前工业上生产对二甲苯的工艺主要是甲苯歧化与烷基转移方法，近年来，随着相关催化剂的深入研究，甲苯择型歧化工艺也越来越受到重视。但是这些工艺的副产物较多，需要多个分离设备进行分离来得到对二甲苯产品，造成高设备费用和能量浪费；同时，歧化反应在一分子甲苯生成对二甲苯的同时会有一分子甲苯转化为附加值较低的苯，导致甲苯的浪费。于是近年来，研究人员开发出了一种新的对二甲苯制备工艺甲苯甲醇烷基化技术，该技术是在高温低压条件下，使一分子甲苯和一分子甲醇发生反应，择型生成二甲苯和水，大大提高了甲苯利用率；而另一个反应物甲醇是煤化工的中间产物，受国内快速增长的产能和廉价进口甲醇的竞争影响，很长一段时间内甲醇将处于低价位,从而降低甲苯甲醇烷基化工艺的原料成本，同时甲醇作为典型的C1化合物,其利用空间有限，甲苯甲醇烷基化工艺填补了 C1化合物利用领域的又一空白。由上述反应机理可知，在烷基化过程中会生成不同的二甲苯产品，而为了达到增产目标、实现经济效益，就需要在反应过程中尽可能多的得到对二甲苯产品，促进临、间二甲苯转化成对二甲苯或者组织甲苯甲醇反应生成临、间二甲苯的反应。甲苯甲醇烷基化工艺技术特点国外许多大公司都投入了大量的人力、物力进行甲苯甲醇选择性烷基化制PX技术的开发研究。这些公司包括阿莫科（现为BP）、杜邦、联合碳化物（现为陶氏化学公司）、埃克森美孚（ExxonMobil）和GTC等。国内相关研究单位也有很多，如中国科学院大连化学物理研究所（以下简称大连化物所）、大连理工大学等。由于甲苯甲醇烷基化反应的原料之一是甲醇，所以在甲醇与甲苯烷基化生成PX的同时，总会伴有甲醇脱水转化为碳氢化合物的副反应。大连化物所采用改性的沸石分子筛作为催化剂，利用沸石分子筛的择形催化作用，高选择性地制取PX，反应产物中PX在二甲苯异构体中的选择性可以达到93%98%，同时原料中的甲醇可以联产乙烯和丙烯。乙烯是生产精对苯二甲酸（PTA）的原料之一，而目前乙烯主要来源于石脑油裂解。该技术的应用无疑将增加乙烯的生产途径，同时该反应系统不需要临氢操作，可以节省相应的工艺及设备。因此，甲苯甲醇烷基化制取PX并联产低碳烯烃技术达到了在一个反应过程中、一种催化剂上高选择性地生产PX和乙烯的目的。该工艺最具吸引力的特点是PX收率要比传统的甲苯择形歧化工艺高一倍，且具有许多优点：每生产1t PX产品所需的甲苯可由甲苯择形歧化法的约218 t下降到110 t；原料甲醇价格比较便宜；苯的产量较少。因此，甲苯甲醇选择性烷基化生产PX工艺路线将是未来最经济、最为可行的PX生产技术路线。3.3.2工艺优势（1） 甲苯甲醇烷基化反应的原料之一是甲醇，在甲醇与甲苯烷基化生成PX的同时，伴有甲醇脱水转化为碳氢化合物的副反应。即得联产品，无论是联产乙烯和丙烯抑或是重芳烃，均是附加值较高的基本有机化工原料。（2）该工艺最具吸引力的特点是PX收率要比传统的甲苯择形歧化工艺高1倍，每生产1t产品所需的甲苯可由甲苯择形歧化法的2.52.8t下降到1.0t以下，原料甲醇价格低廉，副产苯的数量可以忽略。（3）该工艺既可以独立建设PX生产装置，又可以将该工艺作为1个单元，在芳烃联合装置中与歧化和烷基化单元并联使用。如果独立建设PX生产装置，根据实验结果提出的工艺流程，取消二甲苯吸附分离和异构化过程，据某研究院估算，得出甲苯烷基化法建设投资仅为现有甲苯歧化法（800kt/a甲苯歧化装置界区内投资约3亿元人民币）的40%左右。如果将该技术作为1个单元，在芳烃联合装置中与歧化和烷基化单元并联使用，以某PX生产规模940kt/a的芳烃联合装置为例，抽出200kt/a甲苯（同时购买111.3kt甲醇）进入甲苯甲醇烷基化单元进行加工时，可以达到理想效果。因此，甲苯甲醇烷基化生产PX工艺路线将是未来最经济、最为可行的PX生产技术路线，该技术的应用将给PX生产行业带来重大变革。3.4 工艺流程ASPEN仿真模拟设计根据年产量的确定，我们利用ASPEN PLUS仿真模拟软件对我厂工艺技术进行初步的模拟，得出原料的进料流量和相关参数，根据查找文献和工艺模拟条件，得出在原料甲苯与甲醇物质的量比为2:1，氢气与原料物质的量比为8:1，水蒸气与原料物质的量比也为8:1时，得出的产品量的产品纯度与其他条件相比，有很多的优势，所以，本工艺的原料比确定为甲苯：甲醇=2:1（物质的量之比），氢气：原料=8:1（物质的量之比），水蒸气：原料=8:1（物质的量之比），图3-1为本工艺的模拟全流程图。图3-1 模拟流程图3.4.1 原料混合工段图3-2为甲苯甲醇与载气的模拟混合流程图。图3-2 原料载气模拟混合流程3.4.2 对二甲苯提纯工段图3-3为甲苯甲醇与载气的反应模拟流程图。图3-3 固定床加氢反应模拟流程3.4.3 二甲苯精制分离工段图3-4为二甲苯精制模拟流程图。图3-4 二甲苯精制模拟流程3.4.4 混合二甲苯吸附分离工段图3-5为混合二甲苯吸附分离流程图。图3-5 混合二甲苯吸附分离流程3.5 工艺条件选择3.5.1 反应温度和压力根据甲苯甲基化工艺的概念设计，补充的甲苯和甲醇被蒸发，并与循环甲苯、氢结合，用反应器流出物预热，用加热炉进一步加热到400C。将这种进料送入甲基化反应器，生成二甲