甲苯甲醇烷基化法年产30万吨对二甲苯车间设计分析

毕业设计说明书

作者:

学号：

学

院:化工学院

专业(方

向):化学工程与工艺

题目:甲苯甲醇烷基化法年产30万吨对二甲

苯车间设计

指导者：讲师

()

(姓名) (专业技术职务)评阅者：讲师

(姓名) (专业技术职务)

2015 年 5 月

声明

我声明，本毕业设计说明书及其研究工作和所取得的成果是本人在导师的指导下独立完成的。研究过程中利用的所有资料均已在参考文献中列出，其他人员或机构对本毕业设计工作做出的贡献也已在致谢部分说明。

本毕业设计说明书不涉及任何秘密，南京理工大学有权保存其电子和纸质文档，可以借阅或网上公布其部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权保存、借阅或网上公布其部分或全部内容。

学生签名：

年月日

指导教师签名：

年月日

目录

1概况

1.1课题简介

对二甲苯（p-xylene，对二甲苯）在化工行业内是合成纤维、树脂、制备农药、合成塑料的重要原料。随着国内化工行业的快速发展，对二甲苯的需求量也是不断增加的。然而国内的PX产量不能满足国内对PX的需求，且国内PX的生产工艺未能跟上世界一线，因此本课题的重要性不言而喻。目前国内工业上制备PX的方式主为采用甲苯、C9芳烃及混合二甲苯的歧化或异构化。而本次设计是使用改性ZSM-5分子筛催化剂催化，在400℃下平推流固定床反应器中使甲苯与甲醇进行烷基化反应从而生成PX的工艺。此工艺的优点有：（1）产物PX选择性高，副产物少，目标产物浓度高；

（2）原料的转化率高，未反应原料大部分可以回收重新利用，减少了物料浪费，降低了生产成本；

（3）副产物主要为H2O，邻、间位二甲苯污染小，属于环境友好型生产工艺，满足绿色生产的要求。

1.2 课题要求

本设计拟采用Aspen Plus、CUP-TOWER、Sw6等专业化工软件以及AutoCAD制图软件对采用甲苯甲醇烷基化法年产30万吨PX的生产车间进行模拟、分析，并进行设备选型和设计，对生产过程进行工程优化，最后获得整套的车间设计说明书。在此基础上对生产过程的经济、环保等性能进行计算分析。

1.3 设计依据

（1）《化工工艺设计手册（第5版）》；

（2）化工设计设备、材质相关国家标准；

（3）《化工原理（第2版）》，钟秦等编著；

（4）《化工流程模拟实训-Aspen Plus教程》，孙兰义主编；

（5）《化工设备机械设备基础》，董大勤主编；

（6）《化学反应工程（第三版）》，陈甘棠主编；

（7）国家经济、建筑、环保等相关政策。

（8）《化工工厂初步设计文件内容深度规定》（2001年6月1日国家石油和化学工业局

发布）。

1.4 设计原则

（1）设计从实际出发，保证质量过关的同时尽量减少经济支出；

（2）设备设计应服从国家标准，做到设备能够国产化；

（3）主张主体工程与环境保护，消防措施齐全，安全设备配套完整，提供一个良好的人文环境。

（4）充分依托现有社会公共设施，以降低投资，加快项目建设进度，采取切实可行的措施节约用水；

（5）贯彻主体工程与环境保护、劳动安全和工业卫生、消防同时设计、同时建设、同时投产；

（6）消防、卫生及安全设施的设置必须贯彻国家关于环境保护、劳动安全的法规和要求，符合石油化工行业的相关标准；

（7）所选择的产品方案和技术方案应是优化的方案，以最大程度减少投资，提高项目经济效益和抗风险能力。科学论证项目的技术可靠性、项目的经济性，实事求是地做出研究结论。

2 生产工艺

2.1 工艺简介

2.1.1 课题背景

PX中文名称对二甲苯，又称1，4-二甲苯，分子式：C8H10或C6 H4 (CH3)，分子量106.17，属于易燃类液体，其蒸汽与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸，与氧化剂能发生强烈反应。流速过快，容易产生和积聚静电。其蒸汽比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。常温常压下为无色透明液体，有类似甲苯的气味。因此贮运时既要远离火种、热源，避免阳光直晒，又要有保温设施，并防止泄漏。

目前PX在中国主要用于生产PTA、DMT以及制药领域。并且对二甲苯是石化工业的基础有机原料，在化纤、合成树脂、农药、塑料、医药等众多化工生产领域有着广泛的用途。它主要用于生产对苯二甲酸二甲脂和纯的对苯二甲酸[1]。PX还可用作溶剂以及作为香料、油墨等生产原料，用途十分广泛。并且其作为最重要的化工原料之一，在过去几年内的需求有着强烈增长的趋势。通过对PX的产能、产量、需求量以及近年来市场情况进行分析，得出由于产能增长不及需求增长，预计到2020年国内对二甲苯(PX)仍存在供应缺口，发展对二甲苯(PX)具有良好的前景和盈利空间。

根据统计数据显示，每年用于生产DMT的PX仅为几万吨，制药领域所消耗的PX也仅为PX总消费量的5％左右，它们对PX需求的影响微乎其微；而PTA每年消耗的PX约占PX总消费量的90％，因此PTA的消费增长是拉动PX需求增加的直接因素。

对二甲苯(PX)是用于生产精对苯二甲酸(PTA)的基本原材料。目前芳烃主要来自石油化工工业中的催化重整、石脑油裂解、低碳烃类芳构化和芳烃类转化工艺，仅有少部分来自煤化工中的煤焦油。利用替代原料，如甲醇、液化气(LPG)和生物质，生产包括PX在内的芳烃新技术正在脱颖而出[2]。

上世纪70年代，Yashima等首先注意到各种阳离子交换的Y沸石催化剂上甲苯与甲醇的烷基化反应，可得到45%~50%相对高含量的对位异构体，突破了该温度下的热力学平衡值，呈现出一定的对位选择性。

目前，Mobil公司的Chen等以ZSM-5为催化剂，进行了甲苯甲醇选择性烷基化的系统研究，发现采用大晶粒HZSM-5催化剂得到的液体产物中，对二甲苯的含量比以往要高很多。自此以后，一系列使ZSM-5分子筛催化剂在甲苯烷基化反应中产生高对位选择性的处理技术