[15]。綜上所述，輕烴芳構(gòu)化法具有流程簡(jiǎn)單；安全性能高，具有可控性；設(shè)備投資少，能量消耗低，本質(zhì)環(huán)保；轉(zhuǎn)化率高，選擇性高，能得到理想的產(chǎn)物分布。因此，本設(shè)計(jì)選擇輕烴芳構(gòu)化法作為二甲苯的生產(chǎn)方法。1.3原料的組成在輕烴芳構(gòu)化生產(chǎn)二甲苯合工藝中，以C5餾分中5.68萬(wàn)噸以及C5餾分加氫后的1.75萬(wàn)噸，共計(jì)74325噸的粗正戊烷為原料。粗正戊烷組成見表1。表1粗正戊烷組成組分含量（wt.%）C40.29正戊烷37.88異戊烷24.511-戊烯8.211，4-戊二烯3.86順-2-戊烯2.58反-2-戊烯5.232-甲基-1-丁烯14.532-甲基-2-丁烯2.911.4產(chǎn)品的性質(zhì)二甲苯,分子式為C10H8，是苯環(huán)上兩個(gè)氫被甲基取代的產(chǎn)物，存在鄰、間、對(duì)三種異構(gòu)體，無(wú)色且透明的液體，具有刺激性氣味，密度小于水，易燃、易流動(dòng)，可與有機(jī)溶劑互溶。二甲苯在涂料，樹脂，染料和油墨等行業(yè)中廣泛用作溶劑REF_Ref74256272\r\h[16]。二甲苯化學(xué)性質(zhì)與苯相似，易取代，難加成，可被高錳酸鉀氧化。2生產(chǎn)工藝流程本設(shè)計(jì)選用輕烴芳構(gòu)化生產(chǎn)二甲苯的工藝流程，對(duì)Nano-forming低碳烴芳構(gòu)化工藝進(jìn)行改進(jìn)，最后得到總工藝流程為C5餾分中的粗正戊烷在催化劑Ni-Mo/Al2O3作用下加氫得到輕烴，再和甲醇芳構(gòu)化（放熱）耦合制取芳烴，最后從芳烴中分離出二甲苯。整個(gè)工藝流程分C5餾分加氫工段，芳構(gòu)化反應(yīng)工段、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)工段、芳烴分離工段四個(gè)工段。二甲苯工藝流程圖見圖1。圖1二甲苯工藝流程圖2.1C5餾分加氫工段C5餾分加氫工段的主要任務(wù)C5餾分中的粗正戊烷進(jìn)行預(yù)處理為后續(xù)反應(yīng)做準(zhǔn)備。正戊烷提純工段主要包括二段加氫單元，高純正戊烷精制單元。二段加氫單元：來(lái)自C5餾分經(jīng)加壓后進(jìn)入反應(yīng)器在催化劑間進(jìn)行二段催化加氫，二段加氫反應(yīng)器均為絕熱反應(yīng)器，輸入流股溫度為150℃，壓力位3100kPa，產(chǎn)出主要為正丁烷、正戊烷、異戊烷和氫氣的混合氣。高純正戊烷精制單元：由反應(yīng)器（R0101）和反應(yīng)器（R0102）來(lái)的反應(yīng)產(chǎn)物粗正戊烷先經(jīng)過(guò)氣液分離器（V0101）利用氫氣與碳四碳五烷烴的沸點(diǎn)差異將多余的氫氣通過(guò)循環(huán)流股返回氫氣輸入流股進(jìn)行循環(huán)使用，其余分離出來(lái)的正丁烷、正戊烷、異戊烷則進(jìn)入氣液分離器（V0102）進(jìn)一步進(jìn)行分離。分離出的正戊烷與異戊烷混合物進(jìn)入脫正丁烷精餾塔（T0101）分離出殘余的正丁烷，隨后流股進(jìn)入脫異戊烷精餾塔（T0102）得到較純的正戊烷流股進(jìn)入下一工段。C5餾分加氫工段流程圖見圖2。圖2抽余C5加氫工段2.2芳構(gòu)化反應(yīng)工段芳構(gòu)化反應(yīng)工段的主要任務(wù)是利用來(lái)自C5餾分加氫工段的粗正戊烷和提供的甲醇在反應(yīng)器中進(jìn)行耦合芳構(gòu)化反應(yīng)生成二甲苯。來(lái)自上一工段的粗正戊烷首先通過(guò)換熱器（E0201），換熱后進(jìn)入儲(chǔ)罐（V0201）與從儲(chǔ)罐（V0202）出來(lái)的甲醇分別加壓后通過(guò)混合器（B0201）混合經(jīng)過(guò)一系列換熱進(jìn)入平推流芳構(gòu)化反應(yīng)器（R0201）與化學(xué)計(jì)量芳構(gòu)化反應(yīng)器（R0202），反應(yīng)所的流股經(jīng)過(guò)一系列換熱循環(huán)及壓力處理進(jìn)入下一工段進(jìn)行進(jìn)一步的提純。芳構(gòu)化反應(yīng)工段流程圖見圖3。圖3芳構(gòu)化反應(yīng)工段2.3吸收穩(wěn)定工段吸收穩(wěn)定系統(tǒng)工段的主要任務(wù)是為了二甲苯集中在穩(wěn)定塔的塔底采出。來(lái)自芳構(gòu)化反應(yīng)工段的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入吸收穩(wěn)定工段，依次進(jìn)入吸收塔（T0301）、解析塔（T0302）、穩(wěn)定塔（T0303），提純反應(yīng)工段的產(chǎn)物，提高產(chǎn)品質(zhì)量，隨后進(jìn)入產(chǎn)品分離工段。吸收穩(wěn)定工段流程圖見圖4。圖4吸收穩(wěn)定工段2.4芳烴分離工段通過(guò)吸收穩(wěn)定工段的產(chǎn)品流股從穩(wěn)定塔（T0303）塔底流出進(jìn)入分離工段的甲苯精餾塔（T0401），通過(guò)甲苯與二甲苯的沸點(diǎn)不同進(jìn)行分離，由塔頂分離出符合產(chǎn)品要求的甲苯，剩余的流股進(jìn)入分離工段的二甲苯精餾塔（T0402）分離出符合產(chǎn)品要求的二甲苯。芳烴分離工段流程圖見圖5。圖5芳烴分離工段3物料衡算及熱量衡算3.1物料衡算工藝設(shè)計(jì)中，物料衡算根據(jù)原料與產(chǎn)品之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，計(jì)算原料的消耗量，各種中間產(chǎn)品、產(chǎn)品和副產(chǎn)品的產(chǎn)量，生產(chǎn)過(guò)程中各階段的消耗量以及組成。系統(tǒng)的物料衡算以質(zhì)量守恒為理論基礎(chǔ)，研究某一系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)出物料量及組成的變化。穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)程時(shí)，可以簡(jiǎn)化為：輸入=輸出-生成+消耗對(duì)不穩(wěn)定過(guò)程，又可表示為：輸入=輸出3.1.1二甲苯精餾塔在Aspen內(nèi)，輸入進(jìn)料組成后運(yùn)行流程模擬，二甲苯精餾塔（T0402）進(jìn)口物料組成見圖6。圖6二甲苯精餾塔（T0402）進(jìn)口物料組成流程模擬運(yùn)行通過(guò)后，二甲苯精餾塔（T0402）的物料衡算結(jié)果見表2。表2二甲苯精餾塔（T0402）的物料衡算表項(xiàng)目進(jìn)料塔頂出口塔底出口相態(tài)液相液相液相溫度（℃）160.92150.42205.00壓力（kpa）600131.325191.325體積流量（cum/hr）11.3710.450.80質(zhì)量流量（kg/hr）8346.467767.431579.02N-C4H100001-C5H10000C-C5H10000T-C5H100002-M-1-B0002-M-2-B000I-C5H12000N-C5H120001,4-C5H8000H2000C1000H2O000C2H4000C2H6000C3H6000C3H8000C4H8000I-C4H10000C6H6000C6H12000C6H14000C7H80.040.040C7H16000C8H107046.617045.960.65C8H18000CO000CO2000CH3OH000C9H121070.30720.66349.63C10H14229.510.76228.75TOTAL11209.9411209.943.1.2C5餾分加氫反應(yīng)器在Aspen內(nèi)，輸入進(jìn)料組成后運(yùn)行流程模擬，芳構(gòu)化反應(yīng)器（R0101）進(jìn)口物料組成見圖7。圖7C5餾分加氫反應(yīng)器（R0101）進(jìn)口物料組成流程模擬運(yùn)行通過(guò)后，C5餾分加氫反應(yīng)器（R0101）的物料衡算結(jié)果見表3。表3C5餾分加氫反應(yīng)器（R0101）物料衡算表項(xiàng)目進(jìn)料出料相態(tài)汽相汽相溫度（℃）150186.68壓力（kpa）31003100體積流量（cum/hr）4452.064783.98質(zhì)量流量（kg/hr）26828.6326828.67N-C4H1066.54366.541-C5H101539.5320.10C-C5H10483.80483.80T-C5H10980.72980.722-M-1-B2724.652724.652-M-2-B543.80543.80I-C5H125029.545029.54N-C5H127478.209808.011,4-C5H8723.820H27258.017171.49C100H2O00C2H400C2H600C3H600C3H800C4H800I-C4H1000C6H600C6H1200C6H1400C7H800C7H1600C8H1000C8H1800CO00CO200CH3OH00C9H1200C10H14003.1.3吸收穩(wěn)定工段出料降溫?fù)Q熱器在Aspen內(nèi)，輸入進(jìn)料組成后運(yùn)行流程模擬，吸收穩(wěn)定工段出料降溫?fù)Q熱器（E0304）進(jìn)口物料組成見圖8。圖8吸收穩(wěn)定工段出料降溫?fù)Q熱器（E0304）進(jìn)口物料組成流程模擬運(yùn)行通過(guò)后，吸收穩(wěn)定工段出料降溫?fù)Q熱器（E0304）的物料衡算結(jié)果見表4。表4吸收穩(wěn)定工段出料降溫?fù)Q熱器（E0304）的物料衡算表項(xiàng)目進(jìn)料出料相態(tài)溫度（℃）49.9640壓力（kpa）2831.322831.32體積流量（cum/hr）613.45590.31質(zhì)量流量（kg/hr）19858.3619858.36N-C4H10001-C5H100.890.89C-C5H1000T-C5H10002-M-1-B002-M-2-B00I-C5H1200N-C5H12212.95212.951,4-C5H800H2973.45973.45C1634.22634.22H2O301.99301.99C2H400C2H62537.512537.51C3H600C3H8770.10770.10C4H800I-C4H10966.83966.83C6H6704.83704.83C6H1200C6H1400C7H84557.164557.16C7H1600C8H106830.146830.14C8H1800CO27.8927.89CO251.3351.33CH3OH00C9H121060.201060.20C10H14228.83228.833.2能量衡算在全工藝段中隨著物料從一個(gè)體系或單元進(jìn)入另一個(gè)體系或單元，在發(fā)生質(zhì)量傳遞的同時(shí)也伴隨著能量的消耗、釋放和轉(zhuǎn)化。其中的能量的變換數(shù)量關(guān)系可以從能量衡算求得。其中能量衡算一個(gè)主要依據(jù)是熱量平衡方程：其中，——表示輸入設(shè)備熱量的總和；——表示輸出設(shè)備熱量的總和；——表示損失熱量的總和。對(duì)于連續(xù)系統(tǒng)：其中，——設(shè)備的熱負(fù)荷；——輸入系統(tǒng)的機(jī)械能；——離開設(shè)備的各物料焓之和；——進(jìn)入設(shè)備的各物料焓之和。3.2.1二甲苯精餾塔在Aspen內(nèi)，輸入圖6所示參數(shù)并運(yùn)行，流程模擬運(yùn)行通過(guò)后，二甲苯精餾塔（T0402）的能量衡算結(jié)果見表5。表5二甲苯精餾塔（T0402）焓變計(jì)算表項(xiàng)目進(jìn)出流股041104190421相態(tài)液相液相液相溫度（℃）160.921150.425205.001壓力（kpa）60013131913焓流量（kw）-35.7525-32.042-36.9434摩爾流量（kmol/hr）76.987872.36854.61927質(zhì)量流量（kg/hr）8346.467767.43579.03體積流量（cum/hr）11.374910.45190.809433.2.2C5餾分加氫反應(yīng)器在Aspen內(nèi)，輸入圖7所示參數(shù)并運(yùn)行，流程模擬運(yùn)行通過(guò)后，C5餾分加氫反應(yīng)器（R0101）的能量衡算結(jié)果見表6。表6C5餾分加氫反應(yīng)器（R0101）焓變計(jì)算表項(xiàng)目進(jìn)出流股01050106相態(tài)汽相汽相溫度（℃）150186.683壓力（kpa）3131焓流量（kw）-2786.78-2786.78摩爾流量（kmol/hr）3874.983832.06質(zhì)量流量（kg/hr）26828.626828.7體積流量（cum/hr）4452.074783.983.2.3吸收穩(wěn)定工段出口降溫?fù)Q熱器在Aspen內(nèi)，輸入圖8所示參數(shù)并運(yùn)行，流程模擬運(yùn)行通過(guò)后，吸收穩(wěn)定工段出口降溫?fù)Q熱器（E0304）的能量衡算結(jié)果見表7。表7吸收穩(wěn)定工段出口降溫?fù)Q熱器（E0304）焓變計(jì)算表項(xiàng)目進(jìn)出流股03110312溫度（℃）49.964740壓力（kpa）28.3128.31焓流量（kw）-5508.47-5671.32摩爾流量（kmol/hr）769.143769.143質(zhì)量流量（kg/hr）19858.419858.4體積流量（cum/hr）613.454590.3084二甲苯精餾塔的計(jì)算及選型4.1設(shè)計(jì)條件4.1.1.設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力 對(duì)于二甲苯精餾塔（T0402）而言，設(shè)計(jì)壓力為1.31bar。安全閥安裝在塔頂，安全閥的設(shè)定壓力必須為正常工作壓力的1.05至1.1倍，因此取設(shè)計(jì)壓力為P=1.1×Pw=1.44bar塔頂溫度為149℃，設(shè)計(jì)溫度為220℃，根據(jù)該操作條件，選擇S30408來(lái)作為本塔的材料。4.1.2總板數(shù)與加料板的確定Aspen模擬中理論板數(shù)優(yōu)化見圖9。圖9二甲苯精餾塔理論板數(shù)優(yōu)化結(jié)果Aspen模擬中進(jìn)料板優(yōu)化見圖10。圖10二甲苯精餾塔進(jìn)料板優(yōu)化結(jié)果由Aspen模擬結(jié)果得出理論板數(shù)為20塊，理論加料板位置在第9塊。4.1.3二甲苯精餾塔塔型與填料的選擇二甲苯精餾塔（T0402）采用規(guī)整填料的填料塔。因?yàn)橐?guī)整填料具有空塔氣速大；壓降小的特點(diǎn)REF_Ref74256340\r\h[17]。塔效率高；液氣比范圍大，耐腐蝕，但持液量較小。4.2二甲苯精餾塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.2.1塔徑的確定當(dāng)塔徑大于800mm時(shí)，增長(zhǎng)區(qū)間習(xí)慣取100mm，所以塔徑圓整為1.5mREF_Ref74256380\r\h[18]。填料尺寸不變，Aspen中二甲苯精餾塔設(shè)置參數(shù)見圖11。圖11二甲苯精餾塔設(shè)置參數(shù)4.2.2填料高度的確定如圖11所示，各段填料層的高度分別為4.05m、4.95m，故總填料高度為9.00m。4.2.3塔頂空間設(shè)計(jì)塔頂高HD：HD=1.0m4.2.4塔底空間設(shè)計(jì)塔底高HB：HB=1.0m4.2.5總高度的確定塔的總高度通過(guò)上述部件的高度確定，最后算得塔的總高度為：H=4.2.6接管設(shè)計(jì)（一）進(jìn)料接管設(shè)計(jì)根據(jù)Aspen的模擬結(jié)果，進(jìn)料的體積流量為11.37m3/h，取流體經(jīng)濟(jì)流速為0.084m/s。則管道內(nèi)徑為：d=根據(jù)GB/T8163-2008，選擇Φ219×6mm規(guī)格的無(wú)縫鋼管，且該開孔接管在兩填料段段段間。（二）塔頂蒸氣接管設(shè)計(jì)根據(jù)Aspen的模擬結(jié)果，可以得到塔頂蒸汽出口進(jìn)入冷凝器的流量為9.4m3/h，取氣體經(jīng)濟(jì)流速為0.10m/s則塔頂蒸汽接管內(nèi)徑為：d根據(jù)GB/T8163-2008,選擇Φ219×12mm規(guī)格的無(wú)縫鋼管，材料為16Mn，該開孔接管在上封頭處。（三）塔底至再沸器液體接管設(shè)計(jì)根據(jù)Aspen的模擬結(jié)果，可以得到塔底液體進(jìn)入再沸器的流量為2.47m3/h,取液體經(jīng)濟(jì)流速為0.084m/s。則塔底再沸器液體接管內(nèi)徑為：d根據(jù)GB/T8163-2008，選擇Φ108×3mm規(guī)格的無(wú)縫鋼管，材料為16Mn，該開孔接管在塔底富余空間筒體處。（四）塔頂回流接管設(shè)計(jì)根據(jù)Aspen的模擬結(jié)果，可以得到冷凝器回流進(jìn)入塔的流量為0.84m3/h，取液體經(jīng)濟(jì)流速為0.084m/s。則塔頂回流接管內(nèi)徑為：d=根據(jù)GB/T8163-2008，選擇Φ57×6mm規(guī)格的無(wú)縫鋼管，材料為16Mn，該開孔接管在第一填料段與塔頂富余空間處。（五）塔底蒸氣接管設(shè)計(jì)根據(jù)Aspen的模擬結(jié)果，可以得到再沸器氣體出口的流量6.36m3/h，取氣體經(jīng)濟(jì)流速為0.10m/s則塔底蒸氣接管內(nèi)徑為：d=根據(jù)GB/T8163-2008，選擇Φ159×4.5mm規(guī)格的無(wú)縫鋼管，材料為16Mn，該開孔接管設(shè)計(jì)在下封頭處。4.3二甲苯精餾塔的機(jī)械設(shè)計(jì)二甲苯精餾塔的機(jī)械設(shè)計(jì)由SW6軟件設(shè)計(jì)計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見圖8圖8二甲苯精餾塔SW6強(qiáng)度校核5總結(jié)本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)5.7萬(wàn)噸二甲苯的工藝設(shè)計(jì)，通過(guò)綜合比較，采用以C5餾分中的粗正戊烷為原料，輕烴芳構(gòu)化生產(chǎn)二甲苯的工藝。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，模擬工藝流程并進(jìn)行工藝計(jì)算。同時(shí)，繪制了工藝流程圖和設(shè)備裝配圖。具體總結(jié)如下：（1）通過(guò)查閱文獻(xiàn)，了解了二甲苯的用途和生產(chǎn)價(jià)值。由國(guó)內(nèi)外二甲苯發(fā)展情況可知，二甲苯具有良好的發(fā)展前景，國(guó)內(nèi)二甲苯消費(fèi)量呈上升趨勢(shì)。二甲苯的典型生產(chǎn)方法有催化重整法、輕烴芳構(gòu)化法、甲苯甲醇烷基化法、甲苯歧化及烷烴轉(zhuǎn)移。通過(guò)比較分析，該設(shè)計(jì)采用輕烴芳構(gòu)化法生產(chǎn)二甲苯。（2）確定了采用輕烴芳構(gòu)化生產(chǎn)二甲苯的工藝流程，以粗正戊烷為原料，經(jīng)過(guò)C5餾分加氫工段、芳構(gòu)化反應(yīng)工段、吸收穩(wěn)定工段、芳烴分離工段，最終生產(chǎn)出5.7萬(wàn)噸/年高純度二甲苯。（3）在此設(shè)計(jì)中，以二甲苯精餾塔、C5餾分加氫反應(yīng)器、吸收穩(wěn)定工段出料降溫?fù)Q熱器進(jìn)行了物料衡算與能量衡算。本設(shè)計(jì)共消耗了7.4萬(wàn)噸粗正戊烷、甲醇10.5萬(wàn)噸、氫氣1824噸，熱負(fù)荷為-455.71kw。（4）使用Aspen以及SW6軟件對(duì)二甲苯精餾塔進(jìn)行了計(jì)算與選型。二甲苯精餾塔為規(guī)整填料的填料塔，塔徑1.5m；塔高15.525m；總塔板數(shù)為20，進(jìn)料板為第9塊塔板。（5）最后，繪制了二甲苯合成工藝流程圖及二甲苯精餾塔的設(shè)備裝配圖。

參考文獻(xiàn)：張鴻,任寧,徐亦清.石油裂解餾分中C5烷烴的利用現(xiàn)狀分析[J].現(xiàn)代化工,2021,41(1):7-13.畢玉臣.間二甲苯的生產(chǎn)技術(shù)[J].硅谷,2012,(11):19-20崔小明.國(guó)內(nèi)外對(duì)二甲苯產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展建議[J].石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì),2019,35(1):6-11.于政錫,徐庶亮,張濤,葉茂,劉中民.對(duì)二甲苯生產(chǎn)技術(shù)研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J].化工進(jìn)展,2020,39(12):4984-4992.王小強(qiáng).輕烴芳構(gòu)化技術(shù)進(jìn)展[J].當(dāng)代化工,2018,47(9):1956-1960.張丹,楊敏波,肖峰.Aromaticsproductionfrommethanolandpentane:Conceptualprocessdesign,c