10万吨年苯与丙烯泡点法烷基化生产异丙苯工艺计算机辅助设计(附件)
本文用软件Aspen Plus辅助设计了10万吨/年苯与丙烯泡点法烷基化生产异丙苯工艺。本工艺的催化剂选择我国已经国产化并成功投入应用的YSBH-3型分子筛催化剂，相对适宜的泡点烷基化工艺条件范围为：压力2MPa，苯与丙烯摩尔比为8—10之间（对应的泡点温度为176-184℃），液相空速8-11h-1。在此条件下，丙烯转化率保持在99%以上，异丙苯和二异丙苯选择性分别保持在86%和13%之间。产品分离部分采用精馏方法，分为苯塔和异丙苯塔两个塔。用Aspen Plus软件对苯塔和异丙苯塔进行了工艺计算和主要设备尺寸计算，并对两塔进行了详细的设备设计计算。关键词：异丙苯， Aspen Plus， YSBH-3型分子筛催化剂 ，泡点法目 录
1 引言 1
1.1 项目叙述 1
1.2 异丙苯的作用及生产现状 1
1.3 设计依据 1
1.4 技术分析 2
1.5 模拟软件 5
1.6 设计规模和设计要求 6
2 技术分析 7
2.1 反应器发生的反应 7
2.2 分离工艺 8
3 流程叙述 9
4 流程模拟和计算 9
4.1 流程模拟计算 9
5 精馏塔设备计算 25
5.1 苯塔尺寸计算 25
5.2 异丙苯塔的尺寸计算 33
结 论 35
致 谢 36
参考文献 37
1 引言
1.1 项目叙述
异丙苯是生产丙酮和苯酚及其他有机化学品的重要中间体，近十年国内外对丙酮和苯酚以及衍生物双酚A和下游聚碳酸酯的需求量日益增大，因此异丙苯的需求量也急剧增加，异丙苯产商纷纷致力于异丙苯扩能工程以求能够满足市场的巨大需求。在这种大环境下，开发和研究更简单高效的异丙苯生产工艺就成为当前新的重要课题。
本项目是设计10万吨/年苯与丙烯泡点法烷基化生产异丙苯，并用计算机软件Aspen Plus辅助设计。利用苯与工业级丙烯，产物中除了需要的异丙苯，还含有副产物二异丙苯和三异丙苯，除此之外，未发生反应的苯与丙烯也进入到产物中。因 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
苯的需求量也急剧增加，异丙苯产商纷纷致力于异丙苯扩能工程以求能够满足市场的巨大需求。在这种大环境下，开发和研究更简单高效的异丙苯生产工艺就成为当前新的重要课题。
本项目是设计10万吨/年苯与丙烯泡点法烷基化生产异丙苯，并用计算机软件Aspen Plus辅助设计。利用苯与工业级丙烯，产物中除了需要的异丙苯，还含有副产物二异丙苯和三异丙苯，除此之外，未发生反应的苯与丙烯也进入到产物中。因此需要进行闪蒸和精馏除去其他杂质以提高异丙苯的纯度。
1.2 异丙苯的作用及生产现状
异丙苯主要用于生产苯酚和丙酮，同时在苯乙酮，石油溶液，燃料油，油漆稀释剂的生产领域也有消费需求，异丙苯具有广泛的工业用途[1]。工业使用异丙苯的主要目的为用在生产塑料、复合材料、医药、印染等行业领域，同时在合成树脂，医药行业具有重要用途的丙酮也是由异丙苯生产的。随着国内外石油石化行业的扩大和发展，全球对苯酚和丙酮的需求量增加带动了社会对异丙苯的需求量[2]。
全世界异丙苯的总生产量已经达到1228.0万t/a，北美的异丙苯的产量达到383.9万t/a，占世界总产量31.26%。各地区异丙苯生产量排序为亚太国家和地区，西欧地区，中东欧地区和中南美地区，比例分别为：33.09%，27.65%，5.90%，1.86%。目前美国sunoco公司，美国壳牌化学公司，意大利Polimeri Europa公司，荷兰Dow Benelux公司等是世界上异丙苯生产能力较大的几家生产厂家。
而我国中石化集团，蓝星集团，建涛集团，河北沧州化工，新疆有机化工等多个企业都配套建设了苯酚/丙酮生产装置，生产异丙苯产量不仅能满足我国异丙苯消耗需求，同时也作为重要的工业品销到国外。
1.3 设计依据
本项目通过研读大量的关于异丙苯的性质、用途、生产技术及市场情况分析的文献，对生产异丙苯的过程进行设计。
1.4 技术分析
生产异丙苯的方法有苯与丙烯的烷基化制异丙苯；α-甲基苯乙烯（AMS）加氢制异丙苯[3]；苯与异丙醇烷基化制异丙苯[4]；苯与氯丙烷烷基化制异丙苯、二异丙苯、三异丙苯。
而本项目是以苯与丙烯为原料，经烷基化合成异丙苯。烷基化法的工艺又分为传统工艺和沸石分子筛催化剂新型工艺，其主要区别如下：
1.4.1 传统工艺
传统异丙苯生产工艺主要有三氧化铝法[5]、固体磷酸法。三氯化铝法有SD和Monsanto两种工艺。SD法由美国科学技术公司开发，主催化剂AlCl，助催化剂HC1、氯乙烷等。Monsanto法是SD法的改进工艺。Monsanto工艺采用的催化剂三氯化铝络合物能溶于苯中形成均相体系，在均相体系中进行烷基化反应有利于异丙苯的生成。三氯化铝法的优点是反应条件温和，进料苯烯比低，且催化剂既可催化苯与丙烯烷基化合成异丙苯，又可催化二异丙苯、三异丙苯烷基转移生成异丙苯，异丙苯收率高，产物质量好，因而早期被广泛应用在异丙苯工业化生产中。三氯化铝法同时存在流程长，腐蚀性强，污染严重，物耗能耗高等缺点，在高效清洁的沸石分子筛工艺问世以来，三氯化铝法几乎已经被淘汰。
固体磷酸法简称SPA法，起初由UOP公司开发，后经Kellog工程公司改进。SPA法将固体酸加载在硅藻土上作为催化剂，采用固定床反应器，丙烯分段进料，催化剂分层装填。工艺条件为：反应压力3.0-4.1MPa，反应温度180-230℃，苯烯摩尔比5-7，质量空速l-2 h，反应过程中需要连续注入少量水以保持催化活性，产物含4-5%的多异丙苯。该工艺较三氯化铝法流程相对简单,腐蚀性和污染性小，但催化剂无催化烷基转移功能，产品质量较差，异丙苯收率仅为94.7-96.0%，满足不了工业需求。
1.4.2 沸石分子筛催化剂新型工艺
因固体磷酸法和三氯化铝法都存在难以根治的设备腐蚀和环境污染等问题，寻求简单、高效、清洁的新型工艺迫在眉睫。自20世纪90年代以来，世界各大厂商开始积极开发无腐蚀、无污染的新型分子筛催化生产异丙苯的新技术。目前,采用沸石分子筛催化剂的工艺技术主要有:Dow /Ke-llog 工艺、Polimeri 工艺、UOP工艺[6]、EniChem工艺、Mobil/ Badger工艺以及CD Tech 工艺等。
1.4.2.1 UOP工艺
UOP公司于20世纪80年代开发合成了第一代催化异丙苯的新型催化剂超稳Y沸石 (USY)，90年代初期UOP公司又成功开发了“Q-MAX”工艺[8]，该工艺于1996年实现工业化之后得到广泛应用。1996年Dow公司采用“Q-MAX”工艺对荷兰Temeuzen的异丙苯生产装置进行了改造。上海高桥分公司于1999年采用“Q-MAX”工艺对公司一套年产量为120kt/a的异丙苯装置进行了改造,经改造后装置的产能大大增加,且产品质量提高,副产物含量较低。
“Q-MAX”工艺采用苯和
1 引言 1
1.1 项目叙述 1
1.2 异丙苯的作用及生产现状 1
1.3 设计依据 1
1.4 技术分析 2
1.5 模拟软件 5
1.6 设计规模和设计要求 6
2 技术分析 7
2.1 反应器发生的反应 7
2.2 分离工艺 8
3 流程叙述 9
4 流程模拟和计算 9
4.1 流程模拟计算 9
5 精馏塔设备计算 25
5.1 苯塔尺寸计算 25
5.2 异丙苯塔的尺寸计算 33
结 论 35
致 谢 36
参考文献 37
1 引言
1.1 项目叙述
异丙苯是生产丙酮和苯酚及其他有机化学品的重要中间体，近十年国内外对丙酮和苯酚以及衍生物双酚A和下游聚碳酸酯的需求量日益增大，因此异丙苯的需求量也急剧增加，异丙苯产商纷纷致力于异丙苯扩能工程以求能够满足市场的巨大需求。在这种大环境下，开发和研究更简单高效的异丙苯生产工艺就成为当前新的重要课题。
本项目是设计10万吨/年苯与丙烯泡点法烷基化生产异丙苯，并用计算机软件Aspen Plus辅助设计。利用苯与工业级丙烯，产物中除了需要的异丙苯，还含有副产物二异丙苯和三异丙苯，除此之外，未发生反应的苯与丙烯也进入到产物中。因 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
苯的需求量也急剧增加，异丙苯产商纷纷致力于异丙苯扩能工程以求能够满足市场的巨大需求。在这种大环境下，开发和研究更简单高效的异丙苯生产工艺就成为当前新的重要课题。
本项目是设计10万吨/年苯与丙烯泡点法烷基化生产异丙苯，并用计算机软件Aspen Plus辅助设计。利用苯与工业级丙烯，产物中除了需要的异丙苯，还含有副产物二异丙苯和三异丙苯，除此之外，未发生反应的苯与丙烯也进入到产物中。因此需要进行闪蒸和精馏除去其他杂质以提高异丙苯的纯度。
1.2 异丙苯的作用及生产现状
异丙苯主要用于生产苯酚和丙酮，同时在苯乙酮，石油溶液，燃料油，油漆稀释剂的生产领域也有消费需求，异丙苯具有广泛的工业用途[1]。工业使用异丙苯的主要目的为用在生产塑料、复合材料、医药、印染等行业领域，同时在合成树脂，医药行业具有重要用途的丙酮也是由异丙苯生产的。随着国内外石油石化行业的扩大和发展，全球对苯酚和丙酮的需求量增加带动了社会对异丙苯的需求量[2]。
全世界异丙苯的总生产量已经达到1228.0万t/a，北美的异丙苯的产量达到383.9万t/a，占世界总产量31.26%。各地区异丙苯生产量排序为亚太国家和地区，西欧地区，中东欧地区和中南美地区，比例分别为：33.09%，27.65%，5.90%，1.86%。目前美国sunoco公司，美国壳牌化学公司，意大利Polimeri Europa公司，荷兰Dow Benelux公司等是世界上异丙苯生产能力较大的几家生产厂家。
而我国中石化集团，蓝星集团，建涛集团，河北沧州化工，新疆有机化工等多个企业都配套建设了苯酚/丙酮生产装置，生产异丙苯产量不仅能满足我国异丙苯消耗需求，同时也作为重要的工业品销到国外。
1.3 设计依据
本项目通过研读大量的关于异丙苯的性质、用途、生产技术及市场情况分析的文献，对生产异丙苯的过程进行设计。
1.4 技术分析
生产异丙苯的方法有苯与丙烯的烷基化制异丙苯；α-甲基苯乙烯（AMS）加氢制异丙苯[3]；苯与异丙醇烷基化制异丙苯[4]；苯与氯丙烷烷基化制异丙苯、二异丙苯、三异丙苯。
而本项目是以苯与丙烯为原料，经烷基化合成异丙苯。烷基化法的工艺又分为传统工艺和沸石分子筛催化剂新型工艺，其主要区别如下：
1.4.1 传统工艺
传统异丙苯生产工艺主要有三氧化铝法[5]、固体磷酸法。三氯化铝法有SD和Monsanto两种工艺。SD法由美国科学技术公司开发，主催化剂AlCl，助催化剂HC1、氯乙烷等。Monsanto法是SD法的改进工艺。Monsanto工艺采用的催化剂三氯化铝络合物能溶于苯中形成均相体系，在均相体系中进行烷基化反应有利于异丙苯的生成。三氯化铝法的优点是反应条件温和，进料苯烯比低，且催化剂既可催化苯与丙烯烷基化合成异丙苯，又可催化二异丙苯、三异丙苯烷基转移生成异丙苯，异丙苯收率高，产物质量好，因而早期被广泛应用在异丙苯工业化生产中。三氯化铝法同时存在流程长，腐蚀性强，污染严重，物耗能耗高等缺点，在高效清洁的沸石分子筛工艺问世以来，三氯化铝法几乎已经被淘汰。
固体磷酸法简称SPA法，起初由UOP公司开发，后经Kellog工程公司改进。SPA法将固体酸加载在硅藻土上作为催化剂，采用固定床反应器，丙烯分段进料，催化剂分层装填。工艺条件为：反应压力3.0-4.1MPa，反应温度180-230℃，苯烯摩尔比5-7，质量空速l-2 h，反应过程中需要连续注入少量水以保持催化活性，产物含4-5%的多异丙苯。该工艺较三氯化铝法流程相对简单,腐蚀性和污染性小，但催化剂无催化烷基转移功能，产品质量较差，异丙苯收率仅为94.7-96.0%，满足不了工业需求。
1.4.2 沸石分子筛催化剂新型工艺
因固体磷酸法和三氯化铝法都存在难以根治的设备腐蚀和环境污染等问题，寻求简单、高效、清洁的新型工艺迫在眉睫。自20世纪90年代以来，世界各大厂商开始积极开发无腐蚀、无污染的新型分子筛催化生产异丙苯的新技术。目前,采用沸石分子筛催化剂的工艺技术主要有:Dow /Ke-llog 工艺、Polimeri 工艺、UOP工艺[6]、EniChem工艺、Mobil/ Badger工艺以及CD Tech 工艺等。
1.4.2.1 UOP工艺
UOP公司于20世纪80年代开发合成了第一代催化异丙苯的新型催化剂超稳Y沸石 (USY)，90年代初期UOP公司又成功开发了“Q-MAX”工艺[8]，该工艺于1996年实现工业化之后得到广泛应用。1996年Dow公司采用“Q-MAX”工艺对荷兰Temeuzen的异丙苯生产装置进行了改造。上海高桥分公司于1999年采用“Q-MAX”工艺对公司一套年产量为120kt/a的异丙苯装置进行了改造,经改造后装置的产能大大增加,且产品质量提高,副产物含量较低。
“Q-MAX”工艺采用苯和
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