粗苯加氢精制课程设计--10万吨年粗苯加氢精制工艺设计

毕业设计 [论文] 题目：10万吨/年粗苯加氢精制工艺设计

系别：化学化工系

专业：

姓名：

学号：

指导教师：

2009年05 月25 日

毕业设计（论文）

任务书

题目10万吨/年粗苯加氢精制工艺设计

系别化学化工系专业

班级学号

学生姓名指导教师

发放日期2009年03月16号

毕业设计（论文）任务书

注：任务书必须由指导教师和学生互相交流后，由指导老师下达并交教研室主任审核后发给学生，最后同学生毕业论文等其它材料一起存档。

毕业设计（论文）成绩评定

答辩小组评定意见

一、评语（根据学生答辩情况及其论文质量综合评定）。

二、评分（按下表要求评定）

答辩小组成员签字

年月日

毕业答辩说明

1、答辩前，答辩小组成员应详细审阅每个答辩学生的毕业设计（论文），为答辩做好准备，

并根据毕业设计（论文）质量标准给出实际得分。

2、严肃认真组织答辩，公平、公正地给出答辩成绩。

3、指导教师应参加所指导学生的答辩，但在评定其成绩时宜回避。

4、答辩中要有专人作好答辩记录。

指导教师评定意见

一、对毕业设计（论文）的学术评语（应具体、准确、实事求是）：

签字：

年月日二、对毕业设计（论文）评分[按下表要求综合评定]。

（1）理工科评分表

（2）文科评分表

指导教师签字：年月日

毕业论文(设计)正文及装祯基本要求：

1、论文装祯顺序及要求

（1）封面

（2）封二

（3）封三（封面、封二、封三利用前面已设计版面）

（4）目录

（5）内容摘要（其中英语摘要单词数量不少于500个）

（6）正文

（7）参考文献

（8）封底

（9）全部内容采取软包装形式进行装祯

2、论文打印要求

（1）统一A4纸打印

（2）论文主标题3#字黑体，居中

（3）副标题4#字黑体，居中

（4）论文内各标题4#黑体

（5）正文宋体小4#字

（6）参考文献楷体4#字

（7）注释一律采用脚注，宋体5#

目录

目录 (12)

10万吨/年粗苯加氢精制工艺设计 (14)

一、总论 (16)

1.1 、设计指导思想和原则 (16)

1.2、设计的意义 (16)

1.2.1、纯苯 (16)

1.2.2、甲苯 (16)

1.2.3、二甲苯 (16)

1.3、国内外发展状况 (17)

1.4、设计依据 (18)

二、生产方法和工艺流程的确定 (18)

2.1、工艺技术的比较与选择 (18)

2.1.1、主要生产工艺技术简介 (18)

2.1.2、工艺技术的比较 (20)

2.1.3、本设计采用的方法 (20)

2.2、工艺加氢催化剂及萃取剂的选择 (21)

三、生产流程叙述 (22)

3.1、技术路线 (22)

3.2、流程叙述 (22)

四、工艺计算与设备选型 (23)

4.1、系统物料衡算 (23)

4.1.1、操作条件 (23)

4.1.2、原料粗苯处理量 (24)

4.1.3、两苯塔进出料 (24)

4.1.4、预精馏塔进出料 (24)

4.2、纯苯塔的设计计算 (24)

4.2.1、纯苯塔的作用 (24)

4.2.2、操作条件 (25)

4.2.3、物料衡算 (25)

4.2.4、塔径 (29)

4.2.5、理论塔板数计算 (31)

4.2.6、塔内件设计 (32)

4.2.7、塔板流体力学验算 (36)

4.2.8、塔板负荷性能图 (37)

4.2.9、纯苯塔热量衡算 (42)

4.2.10、常压塔主要尺寸确定 (43)

4.3、辅助设备设计和选型 (45)

4.3.1、再沸器 (45)

4.3.3、储罐的选择 (46)

五、设备一览表及公用工程 (47)

5.1、设备一览表（附图） (47)

5.2、公用工程规格 (47)

六、原料及动力消耗量 (48)

6.1、设计原料消耗量 (48)

七、存在的问题及建议 (48)

7.1、萃取溶剂的选择 (48)

7.2、三废治理和综合利用 (48)

7.2.1、废气的处理技术 (48)

7.2.2、废水 (48)

7.2.3、固体废弃物 (49)

7.3、粗苯中的氯含量 (50)

7.4、总结 (50)

八、设计的体会和收获 (50)

8.1、结论 (50)

8.2、谢辞 (51)

九、附图及附表 (52)

9.1、工艺图纸 (52)

9.2、附表 (52)

参考资料 (54)

10万吨/年粗苯加氢精制工艺设计

（河南城建学院化学化工系河南平顶山李燕飞）

指导老师：李翔

【摘要】粗苯为中间体产品，本身用途极为有限，仅作为溶剂使用，但是精制后的焦化苯、焦化甲苯、焦化二甲苯等产品，是有机化工、医药和农药等的重要原料，在国内、国际上都有很好的市场，目前精苯产品价格持续上涨，市场潜力巨大。业内专家认为，粗苯加氢精制技术代表了粗苯加工精制的发展方向，这一技术在我国的推广使用，不仅可使宝贵的苯资源得到充分利用，还可有效改善粗苯精制的面貌，提高清洁生产的水平。在本设计加氢工艺中，低温加氢工艺的加氢温度、压力较低，产品质量好，低温加氢工艺包括萃取蒸馏低温加氢工艺和溶剂萃取低温加氢工艺，这两种工艺在国内外是比较成熟的工艺，已被广泛用于石油重整油、高温裂解汽油、焦化粗苯为原料的加氢生产中，因此本粗苯精制采用低温加氢精制工艺。纯苯精度可达99.9%以上，甲苯也在99%以上，产品纯度均优于其他方法。

本设计的产品有纯苯、甲苯、二甲苯、非芳烃、重苯，其中最主要的产品是纯苯、甲苯和二甲苯。

【关键词】粗苯加氢苯甲苯

The Techenology Design for annual yield of 100 thousands

ton crude benzene

(Henan Institute of Urban Construction Department of Chemistry and Chemical Engineering, Pingdingshan Henan Yanfei Li)

Teacher: Xiang Li

【Abstract】Crude Benzol for intermediate products, their uses are extremely limited, only use as a solvent, but after refining coking benzene, coke toluene, xylene and other coking products, organic chemicals, pharmaceuticals and pesticides, such as the important raw materials, in the domestic and

international markets have a very good, the current prices of refined benzene product continued to rise, the market has great potential. Industry experts believe that crude benzene hydrogenation technology for refining crude benzene represents the direction of development of this technology in China to promote the use of benzene is not only valuable resources can be fully utilized, can effectively improve the appearance of refined crude benzene, improve hygieneThe middle level. During the design process of hydrogenation, the hydrogenation of low-temperature hydrogenation process temperature, low pressure, product quality, low-temperature hydrogenation process, including low-temperature hydrogenation of extractive distillation and solvent extraction process low-temperature hydrogenation process, these two processes in the domestic outside is a relatively mature technology, has been widely used in the oil re-oil, high temperature pyrolysis gasoline, coking crude benzene hydrogenation for the production of raw materials, so the use of low-temperature crude benzene hydrogenation refining process. Accuracy of 99.9% pure benzene than toluene are more than 99% purity of product are better than other methods.

The design of the products are pure benzene, toluene, xylene, non-aromatics, heavy benzene, the most important products are pure benzene, toluene and xylene.

【Key words】Crude Benzene hydrogenation benzene Toluene

一、总论

1.1 、设计指导思想和原则

本设计本着充分运用国家资源，产出高纯度有价值产品的原则，力求符合国家的经济政策和技术政策，达到工艺上可靠，经济上合理；要尽可能吸收最新科技成果，力求技术先进，经济效益更大，不造成环境污染；符合国家工业安全与卫生要求，达到国家生产技术标准并达到环保要求。

既要考虑到技术可靠，经济合理，又要最大限度地保护环境不受污染，且利于国民经济的全面发展。

1.2、设计的意义

本设计的产品有纯苯、甲苯、二甲苯、非芳烃、重苯，其中最主要的产品是纯苯、甲苯和二甲苯。现将各种主要产品的重要作用介绍如下：

1.2.1、纯苯

纯苯是重要的化工原料，广泛用作合成树脂、合成纤维、合成橡胶、染料、医药、农药的原料，也是重要的有机溶剂。我国纯苯的消费领域主要在化学工业，以苯为原料的化工产品主要有苯乙烯、苯酚、己内酰胺、尼龙66盐、氯化苯、硝基苯、烷基苯和顺酐等。在炼油行业中用作提高汽油辛烷值的掺和剂。

1.2.2、甲苯

甲苯是一种无色有芳香味的液体，广泛应用于农药、树脂等与大众息息相关的行业中，国际上其主要用途是提高汽油辛烷值或用于生产苯以及二甲苯，而在我国其主要用途是化工合成和溶剂，其下游主要产品是硝基甲苯、苯甲酸、氯化苄、间甲酚、甲苯二异氰酸酯等，还可生产很多农药和医药中间体。另外，甲苯具有优异的有机物溶解性能，是一种有广泛用途的有机溶剂。

1.2.3、二甲苯

二甲苯的主要衍生物为对二甲苯，邻二甲苯等。混合二甲苯主要用作油漆涂料的溶剂和航空汽油添加剂，此外还用于燃料、农药等生产。对二甲苯主要生产PTA（精对苯二甲酸）（Pure terephthalic acid）以及聚酯等。邻二甲苯主要用于生产

苯酐等。

1.3、国内外发展状况

生产芳香烃-苯、甲苯、二甲苯的主要原料是石油催化重整的重整油、石油裂化的高温裂解汽油和焦化粗苯。这3种原料占总原料量的比例依次为：70%、27%、3%。以石油为原料生产芳香烃的工艺都采用加氢工艺，以焦化粗苯为原料生产芳香烃的工艺有酸洗精制法和加氢精制法。

酸洗法仍在发展中国家被大量采用，其工艺落后、产品质量低、无法与石油苯竞争，而且收率低、污染严重，产生的废液很难处理。早在上世纪60年代发达国家已经淘汰了酸洗精制法，用加氢精制取代，产品可达到石油苯的质量标准。

国内有很多企业已建成投产或正在建设粗苯加氢装置。20世纪80年代上海宝钢从国外引进了第一套Litol（莱托）法高温加氢工艺，90年代石家庄焦化厂从德国引进了第一套K.K法低温加氢工艺，1998年宝钢引进了第二套K.K法加氢工艺，还有很多企业正在筹建加氢装置。随着对产品质量和环保的要求越来越高，粗苯加氢工艺的应用是大势所趋。目前我国宝钢、石家庄焦化厂共有4套粗苯加氢装置，产能约21万吨/年。

目前有实力的焦化企业或化工企业都在争取建设大型精苯装置。《石家庄循环经济化工示范基地建设实施方案》中规划的石家庄焦化集团粗苯精制项目将采用具有国际先进水平的以N-甲酰吗啉为溶剂的粗苯加氢工艺技术，总投资1.7亿元，年生产粗苯精制10万吨。山西省“十一五”期间，粗苯加工利用项目计划投资就达78亿元，并且禁止新建并逐步淘汰现有酸洗法苯精制装置和工艺，鼓励发展先进的粗苯加氢精制工艺。日前，山西太化股份公司与上海宝钢化工有限公司、山西太兴煤焦集团有限公司合资建设的全国最大的30万吨/年焦化粗苯加氢精制项目一期工程8万吨/年焦化粗苯加氢精制项目已成功试车。太化采用的低温法反应温度在320℃以下，温度压力低，与酸洗法相比三苯收率增加

8%-10％，产品硫含量小于1×10-6，资源利用率高，产品质量好，达到石油级纯苯产品标准。

业内专家认为，粗苯加氢精制技术代表了粗苯加工精制的发展方向，这一技术在我国的推广使用，不仅可使宝贵的苯资源得到充分利用，还可有效改善粗苯精制的面貌，提高清洁生产的水平。

1.4、设计依据

焦化粗苯精制是煤化工的基础技术之一，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。

根据设计任务，粗苯的年生产能力为100,000吨/年（折算为100%Q）。全年生产时间为8000小时，剩余时间为大修、中修时间，则每小时的生产能力为：100000÷8000=12,500kg/h

工艺设计原料粗苯要求：

甲苯含量：小于14.2%

苯含量：大于70%

二甲苯：小于4.0%

三苯含量：大于88%

萘：小于3.0%

密度：小于 0.885

纯苯塔塔顶温度 80℃

塔釜温度 120℃

二、生产方法和工艺流程的确定

2.1、工艺技术的比较与选择

2.1.1、主要生产工艺技术简介

目前已工业化的粗苯加氢工艺有莱托(Litol)法、萃取蒸馏低温加氢(K.K)法和溶剂萃取低温加氢法，第一种为高温加氢，后两种为低温加氢。

(1)、Litol法粗苯加氢

高温催化加氢的典型工艺是Litol工艺，在温度为600-650℃，压力6.0MPa 条件下进行催化加氢反应。主要进行加氢脱除不饱和烃，加氢裂解把高分子烷烃和环烷烃转化为低分子烷烃，以气态分离出去；加氢脱烷基，把苯的同系物最终转化为苯和低分子烷烃。故高温加氢的产品只有苯，没有甲苯和二甲苯，另外还

要进行脱硫、脱氮、脱氧的反应，脱除原料有机物中的S、N、O，转化成H2S、NH3、H2O的形式除去，对加氢油的处理可采用一般精馏方法，最终得到苯产品。

Litol法发生的主要反应

①脱硫反应 +4H2→C4H10+H2S 可使噻吩脱到0.3±0.2ppm

②脱烷基反应 C6H5R＋H2→C6H6＋RH

③饱和烃加氢裂解烷烃与环烷烃几乎全部裂解成低分子烷烃

C6H12＋3H2→3C2H6

C7H16＋2H2→2C2H6＋C3H8

④环烷烃脱氢→ +3H2

⑤不饱和烃加氢 +H2→ +H2→ +C2H6

⑥脱氧和脱氮 C5H5N＋5H2→C5H12＋NH3

该法的工艺过程大致为：粗苯→预蒸馏、获得轻苯→预加氢→主加氢→稳定塔→白土塔→精馏。可见，加氢用原料实质上是轻苯，这里的预蒸馏相当于国内的两苯塔。国内回收苯族烃广为采用生产两苯（轻苯与重苯）的工艺，因此，Litol 加氢技术应用于我国，应以轻苯直接作为加氢原料比较合理。Litol加氢工艺的特点是能够将苯环上的烷基脱除，故只能获得一种产品：纯苯，但产率高达114%。

预蒸馏采用减压操作，旨在降低温度，以避免不饱和化合物在蒸馏过程中发生聚合。预加氢采用Co-Mo系催化剂，但必须先硫化，以适当降低催化剂的活性、并提高不饱和化合物加成反应的选择性。该工序的作用是先将易发生聚合的物质除去，有利于后续主加氢的操作。

主加氢采用Cr

2O

3

－Al

2

O

3

系催化剂，反应温度为610～630℃、操作压力

5.88MPa。能将轻苯中的不饱和化合物与含硫化合物几乎全部加氢脱除，获得的加氢油只需要采用普通的精馏方法就能分离，稳定塔实质是一个精馏塔，且采用加压操作，旨在提高苯的沸点、以减少苯的损失；同时使具有不同沸点的饱和烃与苯分离。白土塔是起吸附作用的装置，能将尚未反应的微量不饱和烃除去，为后续精馏工序获得优质苯创造条件。

为了循环利用氢气，粗苯加氢后的尾气必须经过一系列处理，包括脱硫（MEA 法）、甲苯洗净、改质变换与变压吸附等工序，最终获得99.9%的氢气返回系统供加氢之用。

（2）、萃取蒸馏低温加氢(K.K)法和溶剂萃取低温加氢法

低温催化加氢的典型工艺是萃取蒸馏加氢(K.K法)和溶剂萃取加氢。在温度为300-370℃，压力2.5-3.0MPa条件下进行催化加氢反应。主要进行加氢脱除不饱和烃，使之转化为饱和烃；另外还要进行脱硫、脱氮、脱氧反应，与高温加氢类似，转化成H2S、NH3、H2O的形式。但由于加氢温度低，故一般不发生加氢裂解和脱烷基的深度加氢反应。因此低温加氢的产品有苯、甲苯、二甲苯。

对于加氢油的处理，萃取蒸馏低温加氢工艺采用萃取精馏方法，把非芳烃与芳烃分离开。而溶剂萃取低温加氢工艺是采用溶剂液液萃取方法，把非芳烃与芳烃分离开，芳烃之间的分离可用一般精馏方法实现，最终得到苯、甲苯、二甲苯。

萃取蒸馏低温加氢法是石家庄焦化厂于20世纪90年代由国外引进的第一套粗苯低温加氢工艺，并在国内得到推广应用。

萃取蒸馏低温加氢法可生产苯、甲苯、二甲苯，3种苯对原料中纯组分的收率及总精制率设计值见下表：

萃取蒸馏低温加氢苯、甲苯、二甲苯收率及总精制率

二甲苯收率超过100%是由于在预反应器中，苯乙烯被加氢转化成乙苯，而二甲苯中含有乙苯，总精制率达99.8%，比莱托法的要高。

2.1.2、工艺技术的比较

Litol法粗苯加氢工艺的加氢反应温度、压力较高，又存在氢腐蚀，对设备的制造材质、工艺、结构要求较高，设备制造难度较大，只能生产1种苯，制氢工艺较复杂，采用转化法，以循环气为原料制氢，总精制率较低。

与Litol法相比，萃取蒸馏低温加氢方法和溶剂萃取低温加氢方法的优点是以粗苯或焦油蒸馏的脱酚轻油为原料，氢耗较低，加氢反应温度、压力较低，设备制造难度小，很多设备可国内制造，能耗也较少，能够生产3种苯一纯苯、甲苯、二甲苯，生产操作容易。制氢工艺采用变压吸附法，以甲醇为原料制氢，制氢工艺简单，产品质量好。

2.1.3、本设计采用的方法

在本设计加氢工艺中，低温加氢工艺的加氢温度、压力较低，产品质量好，低温加氢工艺包括萃取蒸馏低温加氢工艺和溶剂萃取低温加氢工艺，这两种工艺