甲苯加氢生产甲基环己烷中试工艺设计

湖南理工学院南湖学院毕业论文第1页共53页第一章引言1.1概述1.1.1甲基环己烷物理性质及用途甲基环已烷（Methylcyclohexane）CH3C6H11，98.2g/mol，含量≥99.5%，熔点(℃)：-126.4，密度（水=1）：0.79，沸点(℃)：100.3，对蒸气密度（空气=1）：3.39，饱和蒸汽压（kPa）5.33(22℃),燃烧热(kJ/mol)：4563.7，临界温度(℃)：299.1，临界压力(MPa)：3.48，闪点(℃)：-3.8，爆炸上限%(V/V)：6.7，引燃温度(℃)：250，爆炸下限%(V/V)：1.2，溶解性：不溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮、苯、石油醚、四氯化碳等。本品为无色液体，有特殊香味。甲基环己烷对酸、碱比较稳定。在三氯化铝作用下异构化为乙基环戊烷和二甲基环戊烷。在紫外光或过氧化物存在下能发生氧化反应。在催化剂存在条件下发生脱氢反应生成甲苯。不溶于水，能与丙酮、苯、乙醚、四氯化碳、乙醇、高级醇相混溶。在室内装修中，不为国家限制级有机溶剂，环保效果较苯要好。甲基环己烷是重要的有机溶剂和萃取剂，可用作橡胶、涂料、清漆用溶剂，用作油脂萃取剂等。甲基环己烷可用于有机合成，作溶剂及分析试剂。除此之外甲基环己烷也可用作校正温度计的标准物。涂改液一般也是以甲基环己烷做为主要成分。1.1.2生产方法在150℃、约11MPa压力下加氢反应5h，加得到较纯的甲基环已烷。精制时可用浓硫酸、水、5%氢氧化钠溶液和水依次洗涤，用脱水剂干燥，最后进行蒸馏而得成品。○1Antonie方程：)(lgtCBAP(200.0kpa以下适用)相法，而西欧和日本主要采用液相法。生产工艺：由甲苯加氢制得，反应式如下：Ni/Al2O33H2上述反应温度为150℃，压力约1.3MPa，经加氢5h，可得到较纯的甲基环已烷；再经浓硫酸、水和5%氢氧化钠溶液和水，依次洗涤，脱水剂干燥最后进行蒸馏而得成品。1.1.3烷毒性及防护毒性：属低毒类。急性毒性：LD502250mg/kg(小鼠经口)；LC5041500mg/m3，2小时(小鼠吸入)亚急性和慢性毒性：兔暴露于40g/m3，6小时/天，每周5天，湖南理工学院南湖学院毕业论文第2页共53页2周后全部死亡；13.3g/m3，10周共300小时，出现肝肾轻微损害。危险特性：其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。与氧化剂能发生强烈反应，引起燃烧或爆炸。在火场中，受热的容器有爆炸危险。高速冲击、流动、激荡后可因产生静电火花放电引起燃烧爆炸。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃。燃烧(分解)产物：一氧化碳、二氧化碳。皮肤接触能引起红肿、皲裂、溃疡等。兔经口致死量为4.0~4.5g/Kg。当吸入甲基环己烷浓度达60g/m3时出现抽搐、呼吸困难、流涎及结膜充血，70min死亡。工作场所最高容许浓度为500ppm（美国）。生产车间有良好的通风，设备应密闭。操作人员应穿戴防护用具。急救措施：皮肤接触：立即脱去污染的衣着，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤。就医。眼睛接触：提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。就医。吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。食入：饮足量温水，催吐。就医。1.1.4储运包装标志：易燃液体；包装方法：（Ⅱ）类，玻璃瓶外要用木箱或钨塑箱加固或桶装；操作注意事项：密闭操作，全面通风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴过滤式防毒面具（半面罩），穿防静电工作服，戴橡胶耐油手套。远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。防止蒸气泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂接触。灌装时应控制流速，且有接地装置，防止静电积聚。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。储存注意事项：储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30℃。保持容器密封。应与氧化剂分开存放，切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。泄露处理：首先切断一切火源，戴好防毒面具与手套，用不燃性分散剂制成乳液刷洗，如无分散剂可用砂土吸收，倒到空旷地掩埋，受污染的地方用肥皂或洗涤剂刷洗，经稀释后，污水放入废水系统，大面积泄露周围应设雾状水幕抑爆。1.1.5主要技术指针表1-1甲基环己烷的技术指针主要技术指针参考测量值合格测量仪器或方法含量(%，≥)9899.9Y气相色谱仪湖南理工学院南湖学院毕业论文第3页共53页相对密度(20℃)0.769370.77Y密度计折射率(20℃/25℃)1.423121.4231Y阿贝折射仪沸点(101.3kPa,℃)100.934101Y毛细管测定法馏程(%,≥)98-10499-102Y蒸馏法酸度(以乙酸计≤)0.0030.001YGB97361.2文献综述设计过程中主要以高等学校毕业设计(论文)指导手册为主，结合指导老师提出的毕业设计的要求（掌握化工生产过程设计的基本要求及主要内容；掌握设计原则，了解工厂与车间布置内容，厂址选择的方法和应遵循的原则;论证设计方案，确定设计流程及方法，掌握化工过程物料衡算，能量衡算，以及主要工艺设备（反应器、分离设备、换热设备等）计算原理和方法；基本掌握过程和设备的物料参数（如温度、压力、流量等）控制指标的确定方法和控制方案；掌握绘制物料流程图，带控制点的流程图和主要设备图的要求和标准；初步掌握撰写设计说明书的基本内容和要求。），我们翻阅了大量国内外期刊和有关图书，进而了解到氢能极有可能成为21世纪的主要能源。有关氢能技术的研究的近年来取得了可喜的进展，但仍有不少技术问题需要研究，储氢技术便是其中的一个难点课题。氢能的储存比汽油、柴油、煤炭等常规能源困难得多。有机液体氢化物储氢作为一种新型储氢技术，具有储氢量大、储存设施简便、维护保养安全而方便等优点，国内外都非常重视这项技术的研究。有机液体氢化物储氢是借助不饱和液体有机物与氢的一对可逆反应（即加氢反应和脱氢反应）实现的，加氢反应实现氢的储存，脱氢反应实现氢的释放。不饱和有机液体化合物作储氢剂，可循环使用，烯烃、炔烃、芳烃等不饱和液体有机化合物均可作储氢材料，但从储氢过程的能耗、储氢量、储氢剂物性等方面考虑，以芳烃特别是单环芳烃作储氢剂最佳其中甲苯是比较理想的储氢材料。甲苯加氢的机理及动力学研究已有报道。另外，甲基环已烷是重要的有机溶剂及萃取剂，广泛用于橡胶、涂料、清漆、油脂等行业，也用于色谱淋洗剂、标准物等。随着职业安全和环保要求的日趋严格，各种芳烃、非芳烃纯溶剂和窄镏程、用途专一的镏份溶剂油将是溶剂市场的发展方向。以甲苯为原料生产甲基环已烷纯溶剂，或将甲基环已烷与现有的溶剂油产品调合，生产窄镏程、用途专一的溶剂油将会提升现有产品的附加值，满足溶剂市场的需要。1.3设计任务的依据或项目来源中国石化长岭分公司研究院对自制的甲苯加氢催化剂时行了试验和评价，摸湖南理工学院南湖学院毕业论文第4页共53页索出在绝热环境的反应条件。由于实验室研究的条件局限性，该催化剂应用至工业生产之前，仍需对于催化剂的耐热性，反应器的形式，生产工艺及其操作条件进行中试规模的实验。因此提出建设3000t/a甲苯加氢生产甲基环已烷中试装置。既为工业规模生产装置摸索生产条件，积累生产经验，也是市场提供附加值较高的甲基环已烷纯溶剂产品。1.4原材料及公用物料规格1.4.1原材料1.4.1.1甲苯A．物性及用途甲基苯C6H5CH3别名甲苯，为无色透明易燃液体。有苯样气味。有强折光性。能与乙醇、乙醚、丙酮、氯仿、二硫化碳和冰乙酸混溶，极微溶于水。相对密度0.866。凝固点-95℃。沸点110.6℃。折光率1.4967。闪点（闭杯）4.4℃。易燃。蒸气能与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限1.2%～7.0%（体积）。低毒，半数致死量（大鼠，经口）5000mg/kg。高浓度气体有麻醉性。有刺激性。甲苯大量用作溶剂和高辛烷值汽油添加剂，也是有机化工的重要原料，但与同时从煤和石油得到的苯和二甲苯相比，目前的产量相对过剩，因此相当数量的甲苯用于脱烷基制苯或岐化制二甲苯。甲苯衍生的一系列中间体，广泛用于染料；医药；农药；火炸药；助剂；香料等精细化学品的生产，也用于合成材料工业。甲苯进行侧链氯化得到的一氯苄；二氯苄和三氯苄，包括它们的衍生物苯甲醇；苯甲醛和苯甲酰氯（一般也从苯甲酸光气化得到），在医药；农药；染料，特别是香料合成中应用广泛。甲苯的环氯化产物是农药；医药；染料的中间体。甲苯氧化得到苯甲酸，是重要的食品防腐剂（主要使用其钠盐），也用作有机合成的中间体。甲苯及苯衍生物经磺化制得的中间体，包括对甲苯磺酸及其钠盐；CLT酸；甲苯-2,4-二磺酸；苯甲醛-2,4-二磺酸；甲苯磺酰氯等，用于洗涤剂添加剂，化肥防结块添加剂；有机颜料；医药；染料的生产。甲苯硝化制得大量的中间体。可衍生得到很多最终产品，其中在聚氨酯制品；染料和有机颜料；橡胶助剂；医药；炸药等方面最为重要。B．毒性及防护本品具有中等毒性，对皮肤和粘膜刺激性大，对神经系统作用比苯强，但因甲苯最初被氧化生成苯甲酸，对血液有较大毒害。对小鼠致死浓度为30~35mol/L。C．包装及贮运槽车或160kg铁桶包装。包装上应有明显的“易燃物品”和“有毒品”的标志。属一级易燃液体。危规编号61039.应贮存于阴凉、通风的库房中，远离火种、热源，最高仓温不宜超过30℃，防止阳光直射。应与氧化剂隔离存放。搬运时轻装轻卸，防止包装破损。D．质量指标质量指标满足GB3406-90《石油甲苯》标准的要求，主要指标见表（1-3）：湖南理工学院南湖学院毕业论文第5页共53页表1-2原料甲苯的主要指标项目质量指标GB3406试验方法优级品一级品外观透明，无不溶于水及机械杂质密度（20℃），kg/cm3865~868865~868GB/T2013酸洗比色不深于24GB/T2012总硫含量，mg/kg不大于22GB/T0253颜色（HaZen）不深于2020GB/T3143蒸发残余物，mg/100ml55GB/T3209中性试验中性中性GB/T1816烃类含杂质量苯含量,%(m/m)不大于碳八芳烃含量,%(m/m)不大于非芳烃含量,%(m/m)不大于0.050.050.200.10.10.25GB/T31441.4.1.2氢气组分H2N2压力体积分数（%）≥93%(V)≤3.25%(V)1.3~~MPa1.4.2公用物料1.4.2.1蒸汽压力温度1.1MPa230℃1.4.2.2软水电阻率压力温度≥1×105欧/cm0.3MPa环境温度(25℃)1.4.2.3新鲜水压力温度0.5MPa环境温度(25℃)1.4.2.4循环冷却水污垢系数0.0006m2K/WCl－≤100mg/LpH值7.5~8.5供水压力0.55MPa回水压力0.33MPa湖南理工学院南湖学院毕业论文第6页共53页供水温度33℃回水温度40℃1.4.2.5氮气N2≥98.5%(V)O2≤10ppm(v)油含量无CO无压力0.5MPa温度≤40℃1.4.2.6仪表空气质量无油无尘露点-40℃(在0.7MPa)压力0.5MPa温度≤40℃1.4.2.7装置空气质量无油无尘露点-25℃(在0.7MPa下)压力0.5MPa温度≤40℃1.4.2.8电380V/220V+10%，50HN+1%，TN-C系统，中性点接地与PE线合为一根。湖南理工学院南湖学院毕业论文第7页共53页第二章过程说明2.1反应方程式：Ni/Al2O33H22.2反应过程的分析甲苯加氢已是一个成熟技术，有关反应机理及动力学研究都有了少的报道。从实验的角度来讲，其动力学不存在问题；下面就仅从热力学上分析其可行性,由于ΔG0，说明反应是自发的，热力学分析的结论也是可行的，反应温度低时，由于受动力学控制，甲苯转化率不高；反应温度升高，反应速率加快。甲苯加氢是强放热反应，高温将降低平衡转化率。实验表明在130~170℃温度下，甲苯转化