年產(chǎn)60萬噸對二甲苯項目創(chuàng)新點概述

XX石化60萬噸/年對二甲苯項目·創(chuàng)新點概述1XX石化年產(chǎn)60萬噸對二甲苯項目·創(chuàng)新點概述創(chuàng)新點概述一、創(chuàng)新部分創(chuàng)新一“甲苯擇形歧化、苯和重芳烴烷基轉(zhuǎn)移+二甲苯異構(gòu)化”組合新工藝將苯與重芳烴工段得到的熱力學(xué)平衡的PX送至異構(gòu)化工段，得到高純度的PX再與擇形工段高純度PX混合，濃度達(dá)90%以上，分離能耗大大降低。圖1-1傳統(tǒng)組合工藝傳統(tǒng)的“甲苯擇形歧化與苯和重芳烴烷基轉(zhuǎn)移組合工藝”原則框圖如圖1-1所示，甲苯在SSTDP反應(yīng)區(qū)發(fā)生擇形歧化反應(yīng)生成苯和富含PX的二甲苯；在SATP反應(yīng)區(qū)，苯和C9+A烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成甲苯和熱力學(xué)平衡的C8A。其中，SSTDP生成的苯去SATP單元，轉(zhuǎn)化為甲苯和碳八芳烴；SATP單元生成的甲苯送往SSTDP單元。兩反應(yīng)區(qū)生成的碳八芳烴可以混合得到PX濃度為50%-60%的碳八芳烴，用于生產(chǎn)高純度的PX。從傳統(tǒng)組合工藝中可發(fā)現(xiàn)，在苯與重芳烴工段，由于受熱力學(xué)平衡的控制，產(chǎn)物中對二甲苯含量僅約24%。當(dāng)擇形工段生產(chǎn)的純度達(dá)90%的PX與其混合后，濃度只有50%-60%，大大抑制了甲苯擇形歧化生產(chǎn)的高純度的PX的優(yōu)勢。圖1-2改進(jìn)組合工藝本項目從以下兩個方面進(jìn)行改進(jìn)。首先，原料上，傳統(tǒng)組合工藝中苯與重芳烴烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)重芳烴原料主要為C9芳烴。本項目利用新型催化劑，增加了C10芳烴含量，利用低價值的C10A。其次，流程上，在烷基轉(zhuǎn)移工段后面增加異構(gòu)化工段，如圖1-2所示。將烷基轉(zhuǎn)移工段得到的熱力學(xué)平衡組成的C8A經(jīng)過異構(gòu)化工段，濃度達(dá)90%以上，再與甲苯擇形歧化工段的高濃度PX混合。之后只需一級結(jié)晶便可得到濃度為99.9%的PX產(chǎn)品。創(chuàng)新二膜催化混合二甲苯異構(gòu)化異構(gòu)化反應(yīng)器選用管式分子篩膜反應(yīng)器，利用膜分離與催化耦合技術(shù)，節(jié)能減耗。異構(gòu)化工段，利用南京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)的膜分離與催化耦合技術(shù)，利用膜催化混合二甲苯異構(gòu)化，并能選擇性地透過對二甲苯。如圖1-3，分子篩膜管由HZSM-5催化劑層，silicalite分子篩層及支撐體三層結(jié)構(gòu)組成?；旌隙妆浇?jīng)過膜管表面，在催化劑作用下完成異構(gòu)化反應(yīng)，動力學(xué)直徑小的PX順利通過MFI分子篩膜層，最終高濃度的對二甲苯從管中流出，再與擇形工段高濃度對二甲苯混合后進(jìn)入熔融結(jié)晶工段。同時，由于及時移走反應(yīng)產(chǎn)物對二甲苯，促使混合二甲苯向?qū)Χ妆睫D(zhuǎn)化，提高了反應(yīng)的選擇性和轉(zhuǎn)化率。Silicalite-1分子篩α-Al2O3支撐體Silicalite-1分子篩α-Al2O3支撐體催化劑層圖1-3分子篩膜管結(jié)構(gòu)圖1-4管式分子篩膜反應(yīng)器創(chuàng)新三化三塔為一塔簡化流程烷基轉(zhuǎn)移工段，將輕烴塔，苯塔和甲苯塔用C7塔代替，選擇性地共用甲苯擇形歧化分離塔，簡化流程。圖1-5增加C7塔流程圖甲苯擇形歧化最大的優(yōu)點便是能得到高濃度的PX。如果采用傳統(tǒng)的組合工藝，分設(shè)兩個反應(yīng)區(qū)，共用分離塔，由于苯與重芳烴烷基轉(zhuǎn)移生產(chǎn)的PX濃度較低，如果兩個反應(yīng)產(chǎn)物直接混合，勢必影響甲苯擇形歧化得到的高純度PX。故本項目有選擇性地將兩種反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行混合。在苯與重芳烴烷基轉(zhuǎn)移工段，將輕烴塔，苯塔和甲苯塔用C7塔代替，塔頂分離的C1-C7組分送到甲苯擇形歧化工段共用分離塔，塔釜的C8與C9+A再單獨(dú)進(jìn)行分離，經(jīng)過C10和C9塔切去重芳烴（分離出的C9+A循環(huán)回去作原料），得到的C8A經(jīng)過異構(gòu)化裝置，得到高濃度的PX再與甲苯擇形歧化工段高濃度的PX混合。之后只需一級結(jié)晶便可得到純度達(dá)99.9%的產(chǎn)品。創(chuàng)新四熔融結(jié)晶分離二甲苯高濃度的（達(dá)91%）PX選用懸浮熔融結(jié)晶分離，使用晶體洗滌塔，能耗低，產(chǎn)品純度可達(dá)99.9%。在分離高濃度的PX原料時，現(xiàn)有吸附分離法將難以適應(yīng)，而結(jié)晶法因其能耗低、產(chǎn)品純度高、生產(chǎn)設(shè)備簡單且不使用溶劑和分離劑等優(yōu)點，在分離高含量的進(jìn)料時有獨(dú)特的優(yōu)勢。針對我們工藝特點，在本項目進(jìn)入分離提純工段的原料中PX含量已達(dá)90%，故我們選擇熔融結(jié)晶分離產(chǎn)品。本項目采用PXPlusXP工藝中的結(jié)晶工藝，該工藝使用立式刮刀結(jié)晶器，其特點是使用了Badger/Niro螺桿式洗滌塔(與離心操作相反)。相比于傳統(tǒng)的離心分離使用洗滌塔實現(xiàn)產(chǎn)品的提純分離過程能耗更低。本工藝雖然也屬于懸浮熔融結(jié)晶，但是由于使用了晶體洗滌塔，因而無需晶體和液體分離，基本不循環(huán)對二甲苯，因而能效較高工藝。使用該工藝可得到純度為99.9%的對二甲苯，回收率可達(dá)93%。相比于吸附分離法，本工藝無論從投資費(fèi)用還是操作費(fèi)用上都大大減小。圖1-6結(jié)晶分離流程圖二、特色部分特色一膜分離技術(shù)回收氫氣采用新進(jìn)的氣體膜分離技術(shù)回收了80%的加氫尾氣中氫氣，純度達(dá)到99.9%，節(jié)能減排，經(jīng)濟(jì)效益可觀。氣體膜分離技術(shù)是一種新型的化工分離技術(shù)。由于它具有能耗低、投資省、占地面積小和使用方便等特點，現(xiàn)已在石化和化工工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。在氣體膜分離技術(shù)中，氫氣分離膜占有很大的比重。到目前為止，氫氣膜分離技術(shù)是開發(fā)應(yīng)用得最早，技術(shù)上最成熟，取得的經(jīng)濟(jì)效益十分顯著的氣體膜分離技術(shù)。本項目設(shè)置氫氣膜分離單元主要是考慮回收大部分用于排放的氫氣，排放的含氫氣尾氣送入氫氣膜分離裝置，回收了80%純度達(dá)99.9%的氫氣循環(huán)送回氫儲罐，非滲透氣送燃?xì)饪偣茏魅細(xì)?，回收了大量的氫氣，且降低了能耗。本項目采用Aspen用戶模型外接Fortran編程模擬膜分離過程。（詳見設(shè)計說明書2.1.2.3氫氣膜分離單元的設(shè)計）圖2-1氫氣膜分離器

特色二隔壁精餾塔分離技術(shù)采用隔壁精餾技術(shù)分離三組分，與兩塔流程相比，節(jié)省冷耗39.5%，節(jié)省熱耗35.8%，且減少了設(shè)備投資。圖2-3隔壁精餾模擬流程圖本工藝中，結(jié)晶工段的晶體洗滌塔（T0401）的塔底中甲苯、混合二甲苯和重芳烴的質(zhì)量含量分別為0.358、0.615和0.026，利用分隔壁精餾塔替代兩塔系統(tǒng)能夠直接分離出三種組分的濃溶液，回收了晶體洗滌塔殘余液。與兩塔流程相比，采用隔壁精餾技術(shù)，可節(jié)省冷耗39.5%，節(jié)省熱耗35.8%，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。隔壁精餾模擬流程圖見圖2-3。

特色三五大循環(huán)ASPEN流程模擬中，實現(xiàn)了五大循環(huán)，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。縱觀整個流程，實現(xiàn)了甲苯循環(huán)，重芳烴循環(huán)，混合二甲苯循環(huán)，氫氣循環(huán)和結(jié)晶母液循環(huán)共五大循環(huán)，實現(xiàn)了原料高效利用，實現(xiàn)了清潔生產(chǎn)。圖2-4五大循環(huán)流程圖

三、換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化使用AspenEnergyAnalyzer能量分析器對全流程進(jìn)行熱集成網(wǎng)絡(luò)分析，結(jié)果表明全流程能進(jìn)行比較合理的能量匹配利用，經(jīng)過對換熱網(wǎng)絡(luò)的改造，最終得到了如下圖所示的熱集成方案。圖3-1全流程熱集成示意圖對該換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計作如下說明：對于甲苯擇形歧化工段，擇形歧化反應(yīng)器（R0101）的出料冷卻由經(jīng)預(yù)熱過的苯-重芳烴進(jìn)料預(yù)熱器出料物流（PGL0202）完全提供。對于烷基轉(zhuǎn)移工段，烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)器（R0201）的出料先用于加熱C7分離塔（T0201）塔底物料，之后加熱C9芳烴精餾塔塔頂出料（PL0220），使其達(dá)到所需的溫度，而后對甲苯原料混合罐出料物流（PGL0101）進(jìn)行預(yù)熱使其達(dá)到188℃經(jīng)過此過程后對二工段進(jìn)料緩沖罐（V0201）物流（PGL0202）進(jìn)行預(yù)熱，最后和輕烴閃蒸罐出料物流（PL0120）進(jìn)行換熱可是雙方出口溫度均達(dá)到要求溫度。其他物流均使用公用工程換熱處理。進(jìn)行冷熱流股匹配后，全流程公用工程耗量下降明顯，達(dá)到了較好的節(jié)能效果，熱集成前后冷熱公用工程對比情況如表3-1所示。

表3-1熱集成前后冷熱公用工程對比表項目熱公用工程/MW冷公用工程/MW換熱單元數(shù)總換熱面積/m2匹配前360.4474.63025540匹配后204.5318.52928420節(jié)能43.2%32.8%——由此可以看出，進(jìn)行冷熱流股匹配后，全流程公用工程耗量下降明顯，能夠節(jié)省熱耗43.4%，節(jié)省冷耗32.8%，達(dá)到了較好的節(jié)能效果。

四、基于FLUENT軟件的異構(gòu)化膜反應(yīng)器進(jìn)口段模擬分析Fluent是通用的CFD軟件，用來模擬從不可壓縮到高度可壓縮范圍內(nèi)的復(fù)雜流體的流動。由于采用了多種求解方法和多重網(wǎng)格加速收斂技術(shù)，因而能達(dá)到最佳的收斂速度和求解精度。靈活的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和基于解算的自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)及成熟的物理模型，使Fluent在層流和湍流、傳熱、化學(xué)反應(yīng)、多相流、多孔介質(zhì)等方面有廣泛應(yīng)用。我們希望借助Fluent軟件來處理和解決反應(yīng)器內(nèi)流體的分布問題。1.對進(jìn)料方式的優(yōu)化反應(yīng)器的進(jìn)料方式主要有兩種，徑向進(jìn)料和切向進(jìn)料。我們借助FLUENT軟件對兩種情況下的反應(yīng)器進(jìn)口段的速度分布進(jìn)行了分析。流場分布如圖4-1~4-4所示：圖4-1徑向進(jìn)料速度矢量分布圖圖4-2徑向進(jìn)料速度分布云圖圖4-3切向進(jìn)料速度矢量分布圖圖4-4切向進(jìn)料速度分布云圖從圖4-1~4-4中可以看出切向進(jìn)口的流體分布要比徑向進(jìn)口的流體分布均勻。形成這種結(jié)果的原因是因為在徑向進(jìn)口中，流體流動的路徑只是整個反應(yīng)器管箱的直徑，沿著進(jìn)口直徑方向兩側(cè)的區(qū)域大多是靠擴(kuò)散來得到分布，而非靠壓頭來強(qiáng)迫流動。在切向進(jìn)口中，流體流動的路徑是整個反應(yīng)器管箱的周長，流動路徑比較長，沿著管箱內(nèi)壁的一些區(qū)域是流體流動的主體，但是在中心區(qū)域，效果欠佳。整體來看切向進(jìn)料的各種指標(biāo)均比徑向進(jìn)口要好，所以在本項目推薦使用切向進(jìn)料，并在基礎(chǔ)上做出進(jìn)一步的優(yōu)化。2.內(nèi)增設(shè)導(dǎo)流板導(dǎo)流板設(shè)計如圖4-