9000吨/年甲苯甲醇烷基化法生产对二甲苯中试项目模拟与优化研究

论文总字数：14905字

摘 要

对二甲苯（PX）作为一种广泛的大宗原料，广泛运用于合成树脂、医药农药等化工领域。主要用来生产对二甲苯酸（PTA）、苯二甲酸二甲酯（DMT）。工业上一般选择甲苯择型歧化和芳烃联合装置来生产对二甲苯，但是该工艺流程复杂且甲苯利用率低，不能满足日益增长的PX的需求。相较之，新兴的甲苯甲醇烷基化技术是一种高选择性的对二甲苯生产技术，利用甲苯为原料，选择甲醇为烷基化试剂来反应生成对二甲苯。原料甲醇是煤化工的中间产物，产能低，来源广泛，又填补了C1化合物利用领域的空白。因此本研究主要针对甲苯甲醇烷基化生产PX工艺，通过Aspen Plus软件进行设计模拟，成功得到年产9000吨PX的甲苯甲醇烷基化工艺模拟结果，为甲苯甲醇烷基化生产PX的工业化生产提供理论指导。在模拟的基础上，对该工艺的精馏过程通过灵敏度分析进行优化，解决该工艺流程中存在的因反应不完全而导致甲醇、甲苯双组分分离循环的问题，优化后对二甲苯纯度由98%提高到99.05%。

关键词：过程优化，甲苯甲醇烷基化，灵敏度分析

Abstract：As a wide range of bulk raw materials, p-xylene (PX) is widely used in chemical fields such as synthetic resins, pharmaceuticals and pesticides. Mainly used to produce p-xylonic acid (PTA), dimethyl phthalate (DMT). The toluene selective disproportionation and aromatics combination plant is generally selected in the industry to produce para-xylene, but the process is complicated and the toluene utilization rate is low, which cannot meet the demand of the growing PX. In contrast, the emerging toluene methanol alkylation technology is a highly selective paraxylene production technology that uses toluene as a raw material and methanol as an alkylating agent to react to form para-xylene. The raw material methanol is an intermediate product of coal chemical industry, with low production capacity and wide source, which fills the gap in the field of C1 compound utilization. Therefore, this study is mainly aimed at the PX process of alkylation of toluene and methanol, and the design simulation by Aspen Plus software, successfully obtained the simulation result of the alkylation process of toluene methanol with an annual output of 9000 tons of PX, and the industrial production of PX for the alkylation of toluene methanol. Provide theoretical guidance. On the basis of the simulation, the rectification process of the process is optimized by sensitivity analysis to solve the problem of separation of methanol and toluene in the process flow due to incomplete reaction, and the purity of paraxylene after optimization is determined. 98% increased to 99.05%

Keywords：Process optimization, alkylation of toluene methanol, sensitivity analysis

目 录

1 绪论 5

1.1 对二甲苯的需求及工业现状 5

1.2 对二甲苯生产技术 7

1.2.1 由石油制取 8

1.2.2 煤化工制取 8

1.2.3 甲苯甲醇烷基化 9

1.2.4 工艺比较 9

1.3 课题研究目的 10

2 反应流程设计 11

2.1 物性方法选择 11

2.2 反应器选型 11

2.3 工艺全流程设计模拟 12

2.3.1 反应工段 13

2.3.2 原料回收分离工段 13

2.3.3 分离工段 15

2.4 现有工艺存在不足之处 17

3 反应流程工艺优化 18

3.1 脱苯塔的优化及灵敏度的分析 18

3.1.1 理论塔板数的优化及灵敏度分析 18

3.1.2 回流比的优化及灵敏度分析 19

3.1.3 进料板位置的优化及灵敏度分析 19

3.1.4 脱苯塔优化前后参数对比 20

3.2 脱甲苯精馏塔的优化及灵敏度分析 21

3.2.1 理论塔板数的优化及灵敏度分析 21

3.2.2 回流比的优化及灵敏度分析 21

3.2.3 进料板位置的优化及灵敏度分析 22

3.2.4 优化后的脱甲苯塔参数 22

3.3 对二甲苯塔的优化及灵敏度分析 23

3.3.1 理论板数的优化及灵敏度分析 23

3.3.2 回流比的优化及灵敏度分析 23

3.3 全流程模拟 24

3.4 小结 25

结论 26

参考文献 27

致 谢 28

1 绪论

1.1 对二甲苯的需求及工业现状

在现代化工工业生产中，对二甲苯作为一种不可或缺的有机化工原料，在合成树脂、医药、农药和塑料等生产领域被广泛应用，融入人们当今的日常生活中。目前为止，全球近65%左右的 PX 被氧化成对苯二甲酸（PTA），而90%左右的 PTA 被转化成聚酯。进而用来生产各种绝缘材料、组件，用途涉及生活的方方面面。

近年来，随着我国纺织行业的迅猛发展,国内下游聚酯和中游PTA的快速扩张，如图1-1所示，我国对二甲苯需求大幅增长， PX 生产能力虽然也在不断增长，但仍旧无法满足需求量的增长，年供需缺口在1000万吨左右。

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