焦化粗苯精制催化反应部分

1目录第一章设计说明..................................11.1反应工段描述...................................1第二章设计方法说明..............................22.1加氢方法选择...................................22.2加氢工艺说明....................................52.3反应器设计结果..................................62.4强度校核计算说明...............................7第三章设备说明..................................93.1标准设备.......................................93.2非标设备.......................................9第四章过程控制.................................104.1控制方案描述..................................104.2设备管道仪表流程..............................114.3开停工方案...................................11第五章设备条件图...............................13第六章安全环保因素.............................146.1敏感性技术分析................................146.2安全技术规程..................................176.3安全卫生技术规程..............................186.4物料的爆炸危险性分析...........................19参考文献.........................................2221.1附录一......................................241.1.1催化剂用量尺寸计算...........................241.1.2反应器催化剂层相关数据计算...................271.2附录二.........................................311.2.1反应器R0201.................................311.2.2反应器R0202.................................371.3附录三......................................44附件1反应工段PFD...............................45附件2反应工段流股组成...........................46附件3反应工段PID...............................47附件4反应工段工艺设备表.........................48附件5反应工段通用工艺条件表.....................49附件6反应工段流量计工艺条件表...................50附件7反应工段设备图............................51外文资料中文译文致谢天津大学2010届本科生毕业设计（论文）1第一章设计说明1.1反应工段描述本工段是将分离出重苯的焦化粗苯先进行加氢反应，然后进行脱硫脱氮反应最后得到加氢油的一个工段，由两个反应器（加氢反应器和脱硫脱氮反应器）、一个加热炉、换热网络及控制系统组成。本工段中的R0201加氢反应器的进料由三部分组成：由工段1来的经加压换热后的轻苯、工段3经加压换热的循环氢气和新鲜氢气。其中轻苯和循环氢气均以达到加氢反应器的反应条件：2.9MPa、210℃，而新鲜氢气达不到反应条件，需要多级压缩系统加压，从而达到反应的温度和压力。加氢反应器的出料（2.8Mpa、230℃）先经过换热器与脱硫脱氮反应器的出料（加氢油2.5MPa/370℃）预热达到2.8Mpa、255℃，再经加热炉加热达到2.8Mpa、340℃，其中加热炉所用的燃料是焦炉煤气，加热炉的废热交给废热锅炉处理。物料再经过一个减压阀达到脱硫脱氮反应器的反应条件（2.7Mpa、340℃）进行反应，出料（3.7Mpa、370℃）跟加氢反应器的出料换热后（2.5Mpa、347℃）交由工段1的换热网络进行换热处理。天津大学2010届本科生毕业设计（论文）2第二章设计方法说明[14]2.1加氢方法选择焦化粗苯精制的方法主要有酸洗精制工艺和加氢精制工艺,酸洗精制工艺是一种较陈旧的工艺方法,由于其具有工艺流程简单、操作灵活、设备简单、材料易得和在常温常压下运行等优点,目前国内中小型焦化厂应用广泛,但在先进国家已基本淘汰,主要问题是酸性聚合物不易处理、环境保护差、产品得率低、产品质量差等。加氢精制工艺是50年代发展起来的一种净化工艺,它的采用解决了传统酸洗精制工艺所难以解决的初馏分、酸焦油问题,同时苯损失最少,产品质量有了突破性的提高,满足了各种用户的需求,所以该工艺得到了广泛的运用。目前适合粗苯加氢的工艺主要有高温加氢法(Litol法)和低温加氢溶剂法。低温加氢溶剂法有以N-甲酰吗啉为溶剂的加氢工艺(简称K.K法)和以环丁砜为溶剂的加氢工艺(简称环丁砜法)。2.1.1两种常见的加氢方法——高温加氢法和低温加氢溶剂法2.1.1.1高温加氢法(Lito法)高温加氢精制法(Litol法)是将原料粗苯先经预分馏塔分出轻、重组分C9+。重组分C9+作为副产品外销,轻苯去进一步加氢处理。在预处理和Lito反应器中进行加氢反应,使不饱和芳烃饱和、发生脱硫、脱氮反应、芳烃脱烷基等一系列反应,使硫及氮化合物转化为H2S及NH3,以便在精制过程中进一步脱除,经过精馏得到精苯产品。该法反应温度为600～630℃,反应压力为6.0MPa。Lito法除了加氢精制功能,还能将粗苯中的甲苯和二甲苯经催化脱烷基反应转化为苯,苯的质量分数达到99.9%,苯凝固点大于5.4℃,噻吩质量分数小于0.5×10−6,苯产品质量很高。由于高温法反应温度与反应压力都很高,对设备、管道、仪表等的材质和质量要求很高,制造难度与投资也大,操作运转过程危险性相对较大。同时该过程把价值较高的甲苯和二甲苯、乙苯等转化为苯,经济上不尽合理。天津大学2010届本科生毕业设计（论文）32.1.1.2低温加氢溶剂法低温加氢溶剂法是指以N-甲酰吗啉为溶剂的加氢工艺(简称K.K法)和以环丁砜为溶剂的加氢工艺(简称环丁砜法)。2.1.1.2.aK.K法K.K法是将原料粗苯直接进入加氢系统,经蒸发器,预反应器和主反应器加氢后得到加氢油。加氢油在高压分器中分离出循环气循环使用,分离出的加氢油在稳定塔排出尾气后进入预分馏塔,塔底的C8馏分去二甲苯塔生产混合二甲苯,塔顶分离出的苯、甲苯馏分进入萃取蒸馏塔分离出非芳烃后经汽提塔和纯苯塔得到纯苯和甲苯。2.1.1.2.b环丁砜法环丁砜法是将原料粗苯首先在预分馏塔中除去重组分C9+,轻苯进入加氢反应系统,脱除硫、氮等杂质化合物,并将不饱和烯烃得到饱和,得到的加氢产物进入抽提工序,利用芳烃和非芳烃在萃取剂中的不同溶解度,使芳烃和非芳烃得到分离,非芳烃可以作为有用的化工原料外销,芳烃混合物经过精馏过程分别得到苯、甲苯和二甲苯产品。低温加氢精制法采用较低温度(小于400℃)的粗苯加氢精制法,也能得到高质量的苯、甲苯和二甲苯。低温法反应条件比较温和,反应温度约为320～380℃,压力为3.0～3.5MPa,由于反应温度和压力都较低,设备和管道的材料容易解决,因此建厂投资较低,操作过程危险性可大为降低。2.1.1.2.c粗苯加氢工艺选择从上述比较分析可以看出,低温加氢溶剂法明显优于Lito法,所以加氢工艺应优先选择低温溶剂法。目前世界上比较成熟的粗苯低温加氢精制工艺有两种,一种是由德国伍德公司开发的以N-甲酰吗啉为萃取剂的加氢工艺(简称K.K法),另一种是由美国Lyondell公司开发的以环丁砜为萃取剂的加氢工艺。两种溶剂法差别不大,都是通过对加氢油加入萃取剂进行萃取蒸馏,然后对萃取液进行分离以分离出产品。但美国Lyondell公司的加氢技术和德国伍德公司的加氢精技术相比有以下优点:(1)美国Lyondell公司的轻焦油选择性加氢精制和环丁砜芳烃抽提技术很好地解决了粗苯精制工艺中的难题,不仅使低价值的轻焦油变成高附加值产品,而且产品回收率高(BTX的产率分别达到97.5%、97.5%、115%),纯度高(BTX的纯度分别为99.95%、99.8%、98.6%),其苯、甲苯、二甲苯分别达到生产硝基苯、甲基环己烷和TDI级(甲苯二异氰酸酯)的要求,更重要的是环境无污染。德国伍德公司的选择性加氢精制和以N-甲酰吗啉为溶剂芳烃抽提技术也解决了粗苯精制工艺中的难题,生产的苯纯度高,但所得苯产品碱性氮含量不能控制天津大学2010届本科生毕业设计（论文）4在0.1×10−6以下,无法生产主要下游产品苯乙烯,只能用来生产苯胺、氯苯等,产品附加值低,产品销售受局限。(2)美国Lyondell公司的选择性加氢精制在低温、低压、低氢油比的温和反应条件下,实现了高产品质量和高收率。同时低温、低压意味着装置投资低,操作既安全,又节省操作费用,同时低温可延长催化剂使用寿命。(3)美国Lyondell公司加氢工艺因为是液相加氢,不需连续蒸发器,蒸发方式简单有效。在设备投资上省去价格昂贵的蒸发器,节省设备投资,而且更适合轻苯作为原料的情况。(4)环丁砜溶剂本身具有许多其他溶剂所不具备的优点:例如溶剂选择性高,溶解能力大,热化学稳定性好,从而使其工艺流程简单,投资费用低,水电汽消耗也低。综上所述,我们对上述两种工艺从工艺技术、设备投资、经济效益等方面进行综合评价的基础上,最终选定更有竞争优势的美国Lyondell公司加氢技术，即环丁砜法。加氢方法选择结果：低温加氢溶剂法（环丁砜萃取剂）2.1.1.3.环丁砜加氢工艺环丁砜加氢精制工艺共分2个主要工序：加氢精制和抽提、精馏工序。本报告只设计加氢精制部分，抽提、精馏工序将在后面的报告中详细介绍。2.1.1.3.a加氢精制预分馏塔塔顶产品经过泵加压并和氢气混合后经过和反应产物、高温热源换热后达到反应温度后进入预反应器,预反应器在低温(210±15℃)下进行选择性加氢,将原料中的二烯烃、苯乙烯饱合转化成乙苯,反应产物经过和主反应器产物换热、加热炉加热后达到主反应器的温度进入主反应器,使用高脱硫、脱氮的CoMo催化剂,在温和条件下气相加氢将原料中的吡啶、噻吩等杂环化合物中的硫、氮杂质除去,生成H2S、NH3和不含S、N杂质的烃类,将预反应器中未饱和的单烯烃饱和,而使芳烃的饱和度最小,以提高目的产品芳烃的产率2.1.1.3.b环丁砜法低温加氢精制法工艺特点环丁砜法经过多年的运行,具有以下工艺特点:①环丁砜法催化加氢工艺对加工的原料适应性强,灵活性大。设计装置可以加工不同原料(重整产物、裂解汽油、氢焦化油及上述混合物);②脱S、N效果好,最小芳烃饱和,芳烃损失小;③全部设备可立足国内,不需从国外进口,节省投资,备品备件易解决,建设周期短,投产快,投资收回时间短;④设计中充分利用工艺生产过程中的余热换热,以降低能耗,提高企业的经济效益;⑤溶剂无毒性,整个工艺过程几乎不产生废渣和废液,基本上消除了三废,环保效果好。装置内各排放点放出的废气经过集中收集后进入废气处理系统,对含硫成分进一步处理,工艺过程中的事故排放气排入火天津大学2010届本科生毕业设计（论文）5炬进行焚烧处理;废水量很少,并且排入集中的污水处理系统。2.2加氢工艺说明从高