本科毕业设计说明书
2 生产工艺
2.1 工艺简介
2.1.1 课题背景
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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。
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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相继见诸报道，改性ZSM-5的相关文献也很多。
综合分析发现，ZSM-5是甲苯甲醇烷基化反应合成对二甲苯较合适的择形催化材料。目前，国内外甲苯甲醇烷基化催化剂研究都是围绕ZSM-5沸石展开。
甲苯甲醇烷基化合成PX(简称MTX)是一条新工艺路线。与传统的甲苯歧化工艺相比，该工艺技术的最大优势是以甲苯和低成本的甲醇作为原料，生产出高浓度的PX，而仅有很少量的副产物苯和C9。新工艺中，甲醇的引入提高了甲苯利用率，理论上每生产1吨PX只需要耗用1吨的甲苯，而传统的甲苯歧化工艺，每生产1吨PX需要耗用约25吨的甲苯，且副产物较多。因此新工艺收率高，成本低。
2000年以前，发展比较缓慢，但供需关系相对平衡，2000年国内自给率为88%；2000年到2010年，中国PX项目迅速发展，生产能力一跃成为世界第一；2010年至2013年，国内市场需求持续走高，而PX建设却步伐放缓，产能开始无法满足需求[3]。资料显示，2012年，中国对PX的实际需求为1385万吨，已经成为全球最大的PX消费国，占全球消费量的32%，但中国PX总产能仅为880万吨，自给率只有63%。这是由于近年来产业链发展不均衡，才会导致出现了原料PX发展速度相对缓慢。然而下游PTA产业发展仍然呈迅猛的态势，导致产业链上下游产品布局不同步。目前我国PTA企业大多依赖进口解决PX的供应 ，我国现有和未来新增的PTA装置仍主要集中在华东、华南沿海地区，该地区的PX供需缺口将进一步扩大，尤其是浙江、江苏和福建地区。国内新建 PX装置，要从有利于促进下游 PTA产业发展的角度考虑，在解决原料供应的前提下，应优先考虑在贴近下游 PTA市场布局的 PX项目，如沿江、沿海等省市，发挥项目的区域优势，在局部地区形成上下游一体化的产业链，增加 PX-PTA-聚酯产业链的整体竞争力。由于国内煤资源丰富，煤制甲醇产能过剩。而且目前市场上甲醇价格约2800元/吨，而甲苯则高达l万元/吨。因此，甲苯甲醇烷基化合成PX技术的开发和应用，实现了煤化工与石油化工的有机结合，将有效缓解国内甲醇产能过剩的问题。
一个国家的化工水平有几个指标可以大致概括一下，一个是它的炼油能力，还有一个是乙烯的产量，PX即二甲苯的产量也是一个国家化工化学水平的重要指标。PX即二甲苯的产量也是反映一个国家化工水平的标志性产品，这就说明PX是一个非常重要的战略物品。2012年l2月27日，国内首套甲苯甲醇烷基化工业装置在扬子石化完成工业运行试验。运行结果表明，装置满负荷运行平稳，各项技术指标优于设计值，工艺技术方案可行。这标志着中国
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石化成为拥有甲苯甲醇烷基化专有技术的公司，而且为今后芳烃装置的增产扩能和芳烃生产过程中原料和产品结构调整，实现芳烃生产原料的多元化，提供了强有力的技术支撑，具有较好的经济效益和重要的战略意义。
而本设计拟采用Aspen Plus等专业化工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。在此基础上对生产过程的经济、环保等性能进行计算分析。在拥有更高的转化率的同时更加的经济环保。因此，对甲苯甲醇烷基化法年产30万吨对二甲苯车间的设计具有非常重大的意义。 2.1.2 原料选取以及产物标准
本项目的产品方案以国家的行业政策和行业的发展规划为依据进行确定，并充分考虑国内国际的市场前景和市场容量[4]。因此，本项目一期工程产品方案为联产高纯度对二甲苯（PX）、乙烯和苯。在生产过程中副产的其他产品可以继续利用，仍然具有经济价值，从而提高企业的经济效益，促进企业产品结构的提升。
本项目的主要产品为PX，年产量30万吨，含量99.7%，属于优等品。 石油化工行业标准如表2.1所示。
表2.1 中华人民共和国石油化工行业标准（SH/T 1486.1-2008工业对二甲苯）
项目 纯度% 非芳烃含量% 甲苯含量% EB含量% MX含量% OX含量% 总硫含量%
颜色（铂一钴色号） 酸洗比色
溴指数（mgBr/100g）
项目 ＞99.7 ＜0.10 ＜0.10 ＜0.20 ＜0.20 ＜0.10 ＜0.10 ＜10
一等品 ＞99.5 ＜0.10 ＜0.10 ＜0.30 ＜0.30 ＜0.10 ＜2.0 ＜10
酸层颜色应不深于重铬酸钾含量为0.10g/L标准比色液的颜色 ＜200
＜200
本厂选用进口的甲苯和厂家直销的甲醇及工艺软水为原料，甲苯的价格为8000元/吨。甲苯规格见下表2.2。通过下表我们知道进料甲苯浓度在95%左右。
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优级品
表2.2 甲苯规格（符合GB3406-1990 ?石油甲苯?优级品指标）
项目 外观
颜色（Hazen单位铂—钴色号）不深于 密度（20℃）kg/m3 苯含量%（m/m）≤ C8含量%（m/m）≤ 非芳烃含量%（m/m）≤ 总硫含量mg/kg ≤ 蒸发残余物mg/kg ≤
实验方法
目测 GB/T 3143 GB/T 2013 GB/T 3144 GB/T 3144 GB/T 3144 SH/T 0253 GB/T 3209
透明液体，无不溶水机械杂质 20 865~868 0.05 0.05 0.20 2 5
本厂选择国内厂家直销的甲醇为原料。甲醇的价格为2500元/吨。详细数据见表2.3所示。通过下表我们知道甲醇的浓度在99%左右。
表2.3 甲醇规格（符合GB3406-1990 ?工业用甲醇?优级品指标）
项目
色度（铂—钴色号）≤ 密度（20℃）kg/m3 沸程
高锰酸钾试验/min≥ 水溶性试验 水的质量分数%≤ 酸的质量分数≤
羰基化合物的质量分数（以HCHO计）%≤ 蒸发残渣的质量分数%≤
硫酸洗涤试验/Hazen单位（铂—钴色号）≤
优等品
5 791~792 0.8 50 通过试验 0.10 0.0015 0.002 0.001 50
2.1.3 制备工艺的选取
PX是发展化纤的主要原料来源，其主要用途是作为PTA或DMT（对酚酞二甲酯）的原料，二者是聚酯纤维和各种塑料产品的重要原料。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
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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。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）[5]。
Y沸石通过阳离子交换的方式催化甲醇和甲苯发生烷基化反应的原理是在上个世纪七八十年代被Yashima等人最先发现的。通过Y沸石的这种催化方式可以得到对二甲苯含量高达45%-50%的混合二甲苯，比之前其他的反应方式的热力学平衡值都要高出很多，表现出了相对较高的对位选择性。
最近，利用ZSM-5作为催化剂对甲苯甲醇发生烷基化反应的选择性进行系统化研究的人员是以来自美国Mobil的Chen等人为首的。研究人员发现利用较大晶粒化的HZSM-5作为催化剂得到的最终产物混合二甲苯中，PX的选择性明显提高，且转化率也有明显提升[6]。在此次研究之后，利用ZSM-5催化甲苯甲醇烷基化法来制备PX的处理技术不断被研究，其相关资料报道也日渐增多。
综合目前的研究发现，甲醇甲苯烷基化反应合成PX选择性较高的催化剂就是ZSM-5。就目前而言，国内化工行业甲苯甲醇烷基化反应所使用的催化剂都是在ZSM-5催化剂基础上展开的。
本次课题采用的制备方法和美国Mobil公司提出的是一致的。这是一条新兴的生产工艺。其与国内传统的通过甲苯歧化或者混合二甲苯异构化来制备PX的方法相比，最大优点是以低价的甲苯和甲醇通过较高的转化率生产出高浓度的PX，而且只含有极少量的污染低的副产物[7]。从理论上分析，每生产1份的PX所需要的甲苯量也只要1份，其效率要远远高于国内传统的制备方式。 2.1.4 厂址选择原则
（1）厂址位置必须符合国家工业布局，城市或地区的规划要求，尽可能靠近城市或城镇原有企业，以便于生产上的协作，公用工程的供应，生活上的方便。厂址宜选在原料、公用工程供应和产品销售便利的地区，并在储运、机修、公用工程和生活设施等方面有良好基础和协作条件的地区。
（2）厂址应靠近水量充足的水质良好的水源地，当有城市供水，地下水和地面水三种供