年產(chǎn)5萬(wàn)噸芳烴抽提車(chē)間甲苯塔的工藝設(shè)計(jì)【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　化學(xué)工程與工藝</b></p><p>　　年產(chǎn)5萬(wàn)噸芳烴抽提車(chē)間甲苯塔的工藝設(shè)計(jì)</p><p><b>　　[前言] </b></p><p>　　甲苯（分子式：C7H8），是一種無(wú)色，帶特

2、殊芳香味的易揮發(fā)液體。甲苯是芳香族碳?xì)浠衔锏囊粏T，它的很多性質(zhì)與苯很相像，在現(xiàn)今實(shí)際應(yīng)用中常常替代有相當(dāng)毒性的苯作為有機(jī)溶劑使用，還是一種常用的化工原料，可用于制造炸藥、農(nóng)藥、苯甲酸、染料、合成樹(shù)脂及滌綸等。同時(shí)它也是汽油的一個(gè)組成成分。又因?yàn)樗鼞?yīng)用廣泛，所以現(xiàn)在對(duì)甲苯的需求的也日益增長(zhǎng)[1]。 </p><p>　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，2008年世界石油甲苯生產(chǎn)能力約為2846.0萬(wàn)t/a，平均開(kāi)工率為74%。從產(chǎn)能分布

3、看，亞洲甲苯生產(chǎn)能力位居世界第一，占世界甲苯總產(chǎn)能的47.6%；其次是北美，25.6%；西歐、中東歐、中東所占比例較少，各占11.2%、5.9%、6.0%。從2002—2008年世界各地區(qū)甲苯產(chǎn)能的增長(zhǎng)率來(lái)看，亞洲地區(qū)甲苯產(chǎn)能年均增長(zhǎng)率最快，為6.1%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于世界年均增長(zhǎng)率（世界年均增長(zhǎng)率為2.9%）；其他地區(qū)的增長(zhǎng)率都低于世界平均增長(zhǎng)率， 東歐為1.7%，中東為1.5%， 南美、西歐各為0.7%和0.4%，北美、非洲、大洋洲均未增長(zhǎng)

4、。</p><p>　　由上述可以看出，我們對(duì)加甲苯的需求還在日益增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)對(duì)甲苯的需求還需要依賴(lài)部分進(jìn)口來(lái)緩解國(guó)內(nèi)的不足。甲苯的生產(chǎn)一般采用溶劑抽提工藝從烴類(lèi)混合物中提取。20世紀(jì)70年代以來(lái), 國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)、應(yīng)用最多的芳烴抽提技術(shù)是環(huán)丁礬液液抽提工藝（S）和（N）-甲酞基嗎琳（NFM）抽提蒸餾工藝（ED）。[2]</p><p><b>　　[主題] </b>&l

5、t;/p><p>　　本論文主要目的是根據(jù)現(xiàn)有的芳烴抽取技術(shù)，找到一種更加有效的芳烴抽取技術(shù)，以最小的投入生產(chǎn)最多的甲苯等化工產(chǎn)品。通過(guò)這次設(shè)計(jì)研究甲苯抽取的過(guò)程和機(jī)理。</p><p>　　1、國(guó)內(nèi)外芳烴抽提的工藝</p><p>　　石油化工是能源的主要供應(yīng)者和材料工業(yè)的支柱之一。石油化工，主要指石油煉制生產(chǎn)的汽油、煤油、柴油、重油以及天然氣是當(dāng)前主要能源的主要供應(yīng)

6、者,我國(guó)1995年生產(chǎn)了燃料油為8千萬(wàn)噸。目前，全世界石油和天然氣消費(fèi)量約占總能耗量60%；我國(guó)因煤炭使用量大，石油的消費(fèi)量不到20%。石油化工提供的能源主要作汽車(chē)、拖拉機(jī)、飛機(jī)、輪船、鍋爐的燃料，少量用作民用燃料。能源是制約我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)因素，石油化工約消耗總能源的8.5%，應(yīng)不斷降低能源消費(fèi)量。金屬、無(wú)機(jī)非金屬材料和高分子合成材料，被稱(chēng)為三大材料。全世界石油化工提供的高分子合成材料目前產(chǎn)量約1.45億噸，1996年，我國(guó)已超

7、過(guò)800萬(wàn)噸。除合成材料外，石油化工還提供了絕大多數(shù)的有機(jī)化工原料，在屬于化工領(lǐng)域的范疇內(nèi)，除化學(xué)礦物提供的化工產(chǎn)品外，石油化工生產(chǎn)的原料，在各個(gè)部門(mén)大顯身手。國(guó)際上常用乙烯和幾種重要產(chǎn)品的產(chǎn)量來(lái)衡量石油化工發(fā)展水平。[3]</p><p>　　在世界各地簡(jiǎn)稱(chēng)投產(chǎn)的乙烯裝置和煉油重整裝置的同時(shí)，幾乎都要建設(shè)芳烴抽取裝置。因?yàn)閺沫h(huán)保的要求出發(fā)，對(duì)汽油中的芳烴含量，各國(guó)都有嚴(yán)格的要求；另外就是作為裂解的原料，苯和甲苯

8、的存在也是不利與人的身體健康；再說(shuō)甲苯本身也是很有市場(chǎng)的是有化工產(chǎn)品。所以在建設(shè)煉油重整裝置的同時(shí)，芳烴抽取裝置也是不可缺少的一部分。[4]</p><p><b>　　2.芳烴抽提原理</b></p><p>　　要將這些經(jīng)過(guò)重整之后的原料油（脫戊烷油）中的各組分精確的分離開(kāi)來(lái)，不得不用到芳烴抽提技術(shù)。芳烴抽提目前主要有兩種工藝, 即液- 液抽提工藝和萃取蒸餾工藝。

9、液- 液抽提工藝多應(yīng)用于同時(shí)收回苯、甲苯和二甲苯工況; 萃取蒸餾工藝則適合于從高芳烴含量的原料生產(chǎn)高純度的單一芳烴, 或同時(shí)生產(chǎn)苯與甲苯。液液抽取工藝主要是利用溶劑對(duì)烴類(lèi)各組分的溶解度不同和對(duì)相對(duì)揮發(fā)度影響的不同從烴類(lèi)混合物中分離出純芳烴。[5當(dāng)溶劑和原料油在抽提塔接觸時(shí)，溶劑對(duì)芳烴和非芳烴進(jìn)行選擇性溶解形成組分不同和密度不同的兩個(gè)相。由于密度不同，使兩相能在抽提塔內(nèi)進(jìn)行連續(xù)逆流接觸。兩相組分不同，一相是溶解芳烴的溶劑相（分散相），另一

10、相是非芳烴為主的抽余油相（連續(xù)相）。所得溶劑相進(jìn)入抽提蒸餾塔（或汽提塔），在該塔中將芳烴與非芳烴徹底分離，抽提蒸餾塔頂?shù)追謩e得到回流芳烴和高純度芳烴的第二富溶劑;回流芳烴返回抽提塔底，第二富溶劑則進(jìn)入回收塔內(nèi)（或汽提塔下段）進(jìn)行汽提蒸餾后所得到高純度的混合芳烴和貧溶劑；抽余油相則進(jìn)入抽余油水洗塔內(nèi)進(jìn)行水洗后得到非芳烴產(chǎn)品。[6]</p><p>　　2.1 GTC 抽提蒸餾工藝</p><p&

11、gt;　　美國(guó)福斯特惠勒GTC 公司新近開(kāi)發(fā)了一種抽提蒸餾工藝，利用一種復(fù)合溶劑改變各種烴類(lèi)的相對(duì)揮發(fā)度來(lái)實(shí)現(xiàn)芳烴與非芳烴的分離，可以應(yīng)用于全餾分重整油的芳烴回收， 而不需要預(yù)分離。利用此技術(shù)可從催化重整油或裂解汽油有效地回收苯、甲苯和二甲苯。其主要工藝過(guò)程： 進(jìn)料和熱的循環(huán)溶劑預(yù)熱后從塔器中部進(jìn)入抽提蒸餾塔，貧溶劑從塔上部進(jìn)入進(jìn)行選擇性抽提芳烴； 非芳烴從塔頂分出； 塔底含芳烴的富溶劑進(jìn)入溶劑回收塔（在減壓下操作） 分離溶劑和芳烴。G

12、TC 采用環(huán)丁砜加添加劑，適用于芳烴含量在任何范圍的原料， 而采用單一環(huán)丁砜的傳統(tǒng)抽提僅適用于芳烴與烯烴含量較低的原料（原料中芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò)85%）；投資和操作費(fèi)用都要減少許多。GTC工藝的特點(diǎn)：（1）復(fù)合溶劑的熱穩(wěn)定性好，溶劑循環(huán)量低，可用于當(dāng)前環(huán)丁砜抽提裝置改擴(kuò)建工程；（2）對(duì)二甲苯的適用性好， 苯及甲苯回收率在98%以上；（3）工藝調(diào)整快速靈活。[8] </p><p>　　2.2 UOP 技術(shù)的改

13、進(jìn)</p><p>　　美國(guó)UOP 公司聲稱(chēng)其最新的Sulfolane工藝采用了萃取蒸餾和液-液抽提相結(jié)合的工藝， 可采用更廣泛的物料， 同時(shí)回收C6—C9芳烴。UOP 公司最近還開(kāi)發(fā)了Carom 芳烴抽提工藝， 采用的溶劑是在四乙二醇醚中加入一種稱(chēng)為Carom 的溶劑，用該種工藝改造現(xiàn)有的Sulfolane 和Tetra 工藝可使生產(chǎn)能力分別提高40%和50%， 且能耗有較大下降。</p><

14、;p>　　圖（1）Sulfolane工藝流程圖</p><p>　　2.3 Morphylane工藝及其分壁塔技術(shù)</p><p>　　德國(guó)伍德KruppUhde 公司采用以N-甲?；鶈徇鵀槿軇┑腗orphylane 工藝， 并將新穎的分壁塔技術(shù)引入其中，將精餾、汽提和溶劑回收過(guò)程在一個(gè)分壁塔內(nèi)完成，因而投資費(fèi)用較傳統(tǒng)抽提蒸餾工藝節(jié)省20% 。利用Morphylane 工藝既可從重整

15、油和裂解汽油中回收高純芳烴， 同樣還可適用焦化輕油的芳烴回收， 其苯和甲苯的收率分別達(dá)到99.95%和99.98%， 產(chǎn)品苯和甲苯中的非芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為8×10-5 和6×10-4 。當(dāng)以低芳烴含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%） 的重整油為原料時(shí), 產(chǎn)品苯中非芳烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為1×10-5。至2002 年11 月，全球共有45 套裝置采用Morphylane工藝，總生產(chǎn)能力超過(guò)60 Mt/a 。</p>

16、<p>　　圖（2）Morphylane 工藝流程示意圖</p><p><b>　　2.4 液-液抽提</b></p><p>　　在國(guó)內(nèi)石油化工科學(xué)研究院最先將液-液萃取技術(shù)國(guó)產(chǎn)化，1989年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，其技術(shù)成熟，具有苯、甲苯和二甲苯產(chǎn)品純度高、收率高、溶劑消耗低及能耗低的特點(diǎn)。在芳烴分離部分， 二甲苯塔操作壓力為0.25 MPa，提高了塔頂物流的

17、溫度，使之可做苯塔再沸器的熱源，既可以減少1 115 kW的能量消耗，又可節(jié)約1.6 MPa 蒸汽2.1 t/h；二甲苯塔采用空冷器代替水冷器用于開(kāi)工和調(diào)節(jié)；抽提塔獨(dú)特的塔板設(shè)計(jì)，具有塔板效率高、塔盤(pán)數(shù)目少和操作彈性大的優(yōu)點(diǎn)；回收塔采用低壓降塔板，可降低塔底溫度，減少溶劑分解損失；采用高效率的貧/富溶劑換熱器等。到目前為止，我國(guó)已有將近20 套的芳烴抽提裝置采用此國(guó)產(chǎn)技術(shù)。北京金偉暉公司2001年成立，代表技術(shù)為環(huán)丁砜液-液抽提技術(shù)。該

18、技術(shù)與傳統(tǒng)的液-液抽提技術(shù)相比，主要特點(diǎn)是：無(wú)工藝污水排放，對(duì)環(huán)保有利，同時(shí)降低了裝置能耗；獨(dú)特的非芳烴循環(huán)技術(shù)拓寬了加氫汽油的使用范圍； 改進(jìn)的能量回收技術(shù)可大幅度降低裝置運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)減少裝置投資；專(zhuān)用多級(jí)溶劑過(guò)濾-溶劑再生技術(shù)，可大幅度地提高溶劑的再生量，使循環(huán)溶劑質(zhì)量較好，溶劑的損耗及廢渣排放都大幅度減少，溶劑使用周期較長(zhǎng)；多級(jí)</p><p><b>　　2.5 抽提蒸餾.</b>

19、</p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)具有代表性的芳烴抽提蒸餾技術(shù)是石油化工科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的芳烴抽提蒸餾SED 技術(shù)。該技術(shù)采用環(huán)丁砜-COS 復(fù)合溶劑，顯著增強(qiáng)了芳烴的溶解能力，避免了抽提精餾塔出現(xiàn)兩個(gè)液相， 使抽提精餾塔操作穩(wěn)定，易于控制；同時(shí)，由于加入了助溶劑，還有效降低了溶劑回收塔的操作苛刻度， 提高了苯的收率。助溶劑COS 是一種不含硫、氮的有機(jī)溶劑。該助溶劑本身， 以及與常用芳烴抽提溶劑配

20、伍使用具有如下特點(diǎn)：（1） 沸點(diǎn)適中， 與環(huán)丁砜或N-甲?；鶈徇湮樾院茫唬?）配伍后的復(fù)合溶劑溶解性能大大改善， 對(duì)選擇性影響不大；（3）熱穩(wěn)定性好， 在使用的溫度范圍內(nèi)不分解；（4） 價(jià)格便宜。正是由于環(huán)丁砜-COS 復(fù)合溶劑優(yōu)異的綜合性能， 奠定了SED 工藝技術(shù)的產(chǎn)品質(zhì)量好、收率高的基礎(chǔ)， 既能用于高芳烴的原料， 也可用于芳烴含量較低的原料。 </p><p>　　SED工藝的核心設(shè)備是抽提精餾塔和溶劑

21、回收塔， 二者均為汽-液傳質(zhì)設(shè)備。一般選擇操作彈性較大的浮閥塔和壓降小的篩板塔。為避免在抽提精餾塔內(nèi)形成因氣-液-液三相，對(duì)傳質(zhì)性能產(chǎn)生影響， 也可采用填料與浮閥的復(fù)合塔結(jié)構(gòu)。從建設(shè)投資方面考慮， 該工藝比傳統(tǒng)液-液抽提減少5 座塔系，設(shè)備總數(shù)減少17 臺(tái)左右，節(jié)約建設(shè)投資2 000 萬(wàn)元。從消耗指標(biāo)看，其能耗和物耗顯著降低，尤其是蒸汽消耗可減少25%。此外, 該工藝的苯收率 高達(dá)99.5%，非芳烴產(chǎn)品還可滿(mǎn)足6號(hào)溶

22、劑油的要求。賽科裝置的標(biāo)定結(jié)果表明， 在苯和甲苯的純度不低于99.96%和99.91%的情況下，回收率分別大于99.3%和98.7%， 達(dá)到了世界先進(jìn)水平。[9]</p><p>　　圖（3）SED工藝流程簡(jiǎn)圖</p><p><b>　　[文獻(xiàn)小結(jié)]</b></p><p>　　綜上所述可知，雖然芳烴抽取技術(shù)工業(yè)化已經(jīng)幾

23、十年了，并且在方法和工藝等方面取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但由于原油的重質(zhì)化以及對(duì)成品油質(zhì)量要求的提高,芳烴抽提在其中的作用愈來(lái)愈重要。截至目前,芳烴抽提已經(jīng)在改善催化裂化原料、潤(rùn)滑油精制、BTX生產(chǎn)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在這些領(lǐng)域的應(yīng)用中,對(duì)溶劑的篩選、萃取相平衡以及相平衡模擬做了大量的研究工作,選擇出了一些合適的芳烴萃取溶劑,并且對(duì)復(fù)雜混合物萃取模型的建立提出了適當(dāng)?shù)姆椒?大大提高了復(fù)雜混合物體系萃取相平衡模擬的精確度。</p>

24、<p>　　但如何提高抽取的效率和成本是可以提升的問(wèn)題。因此，在芳烴抽取的的工藝設(shè)備上，研發(fā)新的技術(shù)和設(shè)備，進(jìn)一步改善現(xiàn)有工藝技術(shù)，仍然是一個(gè)研究和發(fā)展的方向。</p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]</b></p><p>　　[1]陳鐘秀.《化工熱力學(xué)》，化學(xué)工業(yè)出版社.1993年11月第1版</p><p>　　[2]Lab

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26、p><p>　　[3]路秀林，王者相等.《塔設(shè)備》，化學(xué)工業(yè)出版社 出版2004年1月</p><p>　　[4]沈復(fù)等.《石油加工單元過(guò)程原理》，上下冊(cè).中國(guó)石化出版社.2004年8月第1版</p><p>　　[5]劉巍等.《冷換設(shè)備工藝計(jì)算手冊(cè)》，中國(guó)石化出版社.2003年9月第1版</p><p>　　[6]周志成等.《石油化工儀表自動(dòng)化