精馏集成技术在石化资源综合利用过程中的应用0528全国精细化工精馏会议顾正桂说课材料.ppt
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1、精馏集成技术在石化资源综合利用过程中的应用20120528全国精细化工精馏会议顾正桂江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心苯胺合成和分离过程中合成气与分离装置之间的苯胺合成和分离过程中合成气与分离装置之间的热集成方法和工艺热集成方法和工艺 江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心一、技术背景一、技术背景1 1、苯胺重要性、苯胺重要性 苯胺作为一种有机中间体广泛应用于合成材料、橡胶助剂、染料、颜料、医苯胺作为一种有机中间体广泛应用于合成材料、橡胶助剂、染料、颜料、医药
2、、农药及精细化工中间体的生产。尤其是作为药、农药及精细化工中间体的生产。尤其是作为MDIMDI的生产原料的生产原料,具有很大的市场具有很大的市场潜力潜力,由其制得的化工产品和中间体有由其制得的化工产品和中间体有300300多种多种,开发利用前景十分广阔。开发利用前景十分广阔。2 2、目前生产方法、目前生产方法 目前研发的苯胺制备方法有硝基苯液相催化加氢工艺、固定床气相催化加氢目前研发的苯胺制备方法有硝基苯液相催化加氢工艺、固定床气相催化加氢及流化床气相催化加氢工艺,工业化生产普遍采用流化床气相催化加氢工艺,生及流化床气相催化加氢工艺,工业化生产普遍采用流化床气相催化加氢工艺,生产过程为:硝基苯
3、和过量产过程为:硝基苯和过量H2H2在流化床内反应,反应后的混合气体经旋风分离器从在流化床内反应,反应后的混合气体经旋风分离器从床顶逸出,温度为床顶逸出,温度为220220左右,经过两次冷却至左右,经过两次冷却至9595左右,通过气液分离器脱氢;左右,通过气液分离器脱氢;脱氢后液体再经三次冷却至脱氢后液体再经三次冷却至5050左右,在苯胺水分离器中进行分离,得到粗苯胺左右,在苯胺水分离器中进行分离,得到粗苯胺和苯胺废水;苯胺废水去回收苯胺汽提塔回收苯胺,苯胺废水经汽提塔回收苯胺和苯胺废水;苯胺废水去回收苯胺汽提塔回收苯胺,苯胺废水经汽提塔回收苯胺后,底部废水去生化处理;粗苯胺进入初馏塔除去低沸
4、点杂质后,底部废水去生化处理;粗苯胺进入初馏塔除去低沸点杂质,顶部去苯胺水分离顶部去苯胺水分离器,底部送至精馏塔进行精馏,塔顶出苯胺成品,塔底为焦油。器,底部送至精馏塔进行精馏,塔顶出苯胺成品,塔底为焦油。江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心3 3、存在问题、存在问题 采用上述工艺可以得到采用上述工艺可以得到99.9%99.9%苯胺,但存在严重浪费能源和产生大苯胺,但存在严重浪费能源和产生大量副产物问题,合成气需要经过两步冷凝,实现氢与其它组分的分离,量副产物问题,合成气需要经过两步冷凝,实现氢与其它组分的分离,脱氢后液体再经
5、三次冷却至脱氢后液体再经三次冷却至5050左右,在苯胺水分离器中进行液液分左右,在苯胺水分离器中进行液液分离,得到粗苯胺和苯胺废水,冷凝和冷却过程不仅浪费大量的热量,离,得到粗苯胺和苯胺废水,冷凝和冷却过程不仅浪费大量的热量,同时需要大量冷却水;粗苯胺再经过初馏和精馏精制提纯,这个过程同时需要大量冷却水;粗苯胺再经过初馏和精馏精制提纯,这个过程消耗大量的热能,并需要大量冷却水,能量利用不合理,同时在初馏消耗大量的热能,并需要大量冷却水,能量利用不合理,同时在初馏和精馏过程中,苯胺收率仅为和精馏过程中,苯胺收率仅为86%86%,将产生大量副产物,增加废水处理,将产生大量副产物,增加废水处理难度,
6、原工艺如图难度,原工艺如图1 1所示。所示。江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心 由初馏塔、精馏塔及回收塔构成,消耗能量见表由初馏塔、精馏塔及回收塔构成,消耗能量见表1 1所示,处所示,处理理1 1吨氢吨氢-水水-苯胺苯胺-焦油合成气的能耗为焦油合成气的能耗为1.53106KJ/t1.53106KJ/t,冷却水,冷却水用量用量44.544.5吨吨/t/t。表表1 1 原工艺能量消耗情况原工艺能量消耗情况江苏沿江化工资源开发研
7、究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心二、侧线精馏热集成技术二、侧线精馏热集成技术 针对现有技术的上述不足,本发明的目的是提供一种苯胺合成针对现有技术的上述不足,本发明的目的是提供一种苯胺合成和分离过程中合成气与分离装置之间的热集成方法和工艺,通过塔和分离过程中合成气与分离装置之间的热集成方法和工艺,通过塔釜换热器和进出换热器实现合成气与分离装置进出料之间换热,不釜换热器和进出换热器实现合成气与分离装置进出料之间换热,不仅实现热量回收,同时达到脱氢、脱水及苯胺精制的目的。本发明仅实现热量回收,同时达到脱氢、脱水及苯胺精制的目的。本发明采用五次热交换和
8、一次冷却代替原有工艺两次冷凝和三次冷却,减采用五次热交换和一次冷却代替原有工艺两次冷凝和三次冷却,减少两次冷凝和三次冷却过程中热量损失和冷却水的用量,显著降低少两次冷凝和三次冷却过程中热量损失和冷却水的用量,显著降低生产所需能耗和冷却水用量,处理生产所需能耗和冷却水用量,处理1 1吨氢吨氢-水水-苯胺苯胺-焦油合成气的能焦油合成气的能耗由原有工艺耗由原有工艺1.53106KJ/t1.53106KJ/t降为降为0.34106KJ/t 0.34106KJ/t,能耗可降低,能耗可降低77%77%以上。以上。江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工
9、程研究中心 图图1 1 连续侧线出料精馏与回收塔热集成分离氢连续侧线出料精馏与回收塔热集成分离氢-水水-苯胺苯胺-焦油的工艺焦油的工艺江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心 图2 集脱焦油、颗粒和加热功能于一体的再沸器 江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心表表2 2 分离过程工艺条件分离过程工艺条件江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取
10、分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心表3 不同部位换热器和冷凝器温度变化情况 萃取精馏集成技术萃取精馏集成技术在石化资源综合利用过程中应用(二)在石化资源综合利用过程中应用(二)顾正桂顾正桂2012-06-082012-06-08 江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心 前前 言言 目前,我国芳烃产量为目前,我国芳烃产量为33.061033.06106 6t/at/a以上,以上,20102010年将达到年将达到41.11041.1106 6t/at/a以上。加强芳烃开发,尤其加强重芳烃具有巨大的经以上。加强芳烃开发,尤其加
11、强重芳烃具有巨大的经济效益和社会效益。济效益和社会效益。重芳烃开发关键在技术,深加工关键是设备。重芳烃开发关键在技术,深加工关键是设备。江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心 1 1、C C9 9芳烃开发利用现状芳烃开发利用现状 2 2、C C9 9芳烃开发研究方案芳烃开发研究方案 3 3、C C1010芳烃开发利用现状芳烃开发利用现状 4 4、C C1010芳烃开发研究方案芳烃开发研究方案 5 5、深加工关键设备、深加工关键设备 江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研
12、究中心 1.C1.C9 9芳烃开发利用现状芳烃开发利用现状 1.1 C 1.1 C9 9芳烃主要物性及用途芳烃主要物性及用途 1.2 C 1.2 C9 9芳烃市场供求芳烃市场供求 1.3 C 1.3 C9 9芳烃开发利用现状芳烃开发利用现状 江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心 组组分分 含量含量(wt)/%(wt)/%沸点沸点/熔点熔点/密度(密度(g/cmg/cm3 3)轻组轻组分分0.4360.436C9正丙苯正丙苯2.1732.173159.2159.2-99.5-99.50.8620.862间间甲乙苯甲乙苯4.892
13、4.892161.3161.3-95.6-95.60.8670.867对对甲乙苯甲乙苯3.1703.170161.9161.9-62.4-62.40.8610.861均三甲苯均三甲苯2.3902.390164.7164.7-44.8-44.80.8600.860邻邻甲乙苯甲乙苯0.2760.276165.2165.2-80.8-80.80.8810.881偏三甲苯偏三甲苯3.9483.948168.0168.0-43.8-43.80.8750.875连连三甲苯三甲苯3.2873.287176.1176.1-25.4-25.40.8940.894茚满茚满1.4631.463176.0176.0-
14、51.0-51.00.9650.965未知未知C C9 95.0095.009C10双双环环戊戊烷烷40.22940.229 未知未知(C10以上以上)32.73132.731 1.1 C 1.1 C9 9芳烃物性及用途芳烃物性及用途 表表1-1 1-1 加氢加氢C C9 9芳烃物性及组成芳烃物性及组成江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心图图1-1 C1-1 C9 9芳烃的用途芳烃的用途江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心 1.2 C9芳烃市场供求芳烃市场供求
15、 地区或公司地区或公司装置能力万吨装置能力万吨/年年计计划建成年份划建成年份建建设类设类型型辽辽宁省宁省454520002000中日合中日合资资山山东东省青省青岛岛市市454520102010利用外利用外资资甘甘肃肃省省505020102010自建自建天津市天津市606020052005中石化中石化总总公司与道化学公司公司与道化学公司合合资资新疆独山子石化新疆独山子石化总总厂厂454520002000自建自建扬扬子石化公司子石化公司808020022002扬扬子石化公司与巴斯夫公司子石化公司与巴斯夫公司合合资资上海金山上海金山606020002000国家与地方合国家与地方合资资协协和石化集和石
16、化集团团有限公司有限公司303020002000美国独美国独资资(宁波市)(宁波市)宁波市中宁波市中轻轻工工业业集集团团606020002000引引进进外外资资福建福建炼炼油化工有限公司油化工有限公司505020102010利用外利用外资资广广东东惠州南海石化惠州南海石化项项目目454520102010广广东东与壳牌公司合与壳牌公司合资资广广东东省珠海市省珠海市151520102010广广东东省深圳市省深圳市303020102010总计总计59559520102010表表1-2 20001-2 2000年年20102010年我国计划和已建成的乙烯装置年我国计划和已建成的乙烯装置 目前,我国裂解
17、目前,我国裂解C9的产量为的产量为1.06106t/a以上,以上,2010年将达到年将达到1.1106t/a以上。以上。2008年,世界乙烯产能为年,世界乙烯产能为1.3108t/a,裂解,裂解C9的产量已达到的产量已达到8.23106 t/a。10%10%59.559.5万吨万吨/年年江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心 1.3 C9芳烃开发利用现状芳烃开发利用现状工工 艺艺依依 据据优优 点点缺缺 点点现现 状状连续连续精精馏馏法法根据沸点差异根据沸点差异进进行分行分离离方法方法简单简单,操作方便,操作方便多塔操作,投多塔
18、操作,投资资大,大,能耗高,分离效能耗高,分离效果果较较差差工工业业化化深冷深冷结结晶法晶法根据熔点差异根据熔点差异进进行分行分离离方法方法简单简单可行,易操可行,易操作作低温操作,能耗高,低温操作,能耗高,收率低,投收率低,投资资大大不采用不采用萃取抽提、异构化萃取抽提、异构化法法根据各根据各组组分相分相对对碱度碱度的差的差别别可以得到可以得到较较高高纯纯度的度的均三甲苯均三甲苯反反应应复复杂杂,副,副产产物多,物多,收率低收率低无工无工业业化化报报道道烷烷基基转转移法移法甲乙苯甲乙苯选择选择性的性的转转化化为为甲苯或乙苯等甲苯或乙苯等轻组轻组分,分,轻组轻组分分可容易的分离可容易的分离可以
19、得到可以得到较较高高纯纯度的度的三甲苯,催化三甲苯,催化剂剂可循可循环环使用使用损损失大,收率低,高失大,收率低,高温操作,能耗高温操作,能耗高工工业业化化萃取精萃取精馏馏法法加入萃取加入萃取剂剂增大各增大各组组分分间间的相的相对挥发对挥发度度可以得到可以得到纯纯度度较较高的高的三甲苯,同三甲苯,同时时收收率率较较高高萃取萃取剂选择剂选择,能耗高,能耗高工工业业化化表表 1-3 C 1-3 C9 9芳烃深加工技术的分析对比芳烃深加工技术的分析对比江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心方方 法法生生产产公司公司优优 点点缺缺 点点
20、现现 状状S-TDTS-TDT上海石油化工研究院上海石油化工研究院催化催化剂剂抗水、抗抗水、抗结结焦、焦、选择选择性及性及稳稳定性高定性高高高压压,氢氢耗高耗高工工业业化化XyleneXylene-Plus-PlusArco-IFP Arco-IFP 公司公司移移动动床反床反应应器,不器,不临氢临氢,催化催化剂剂便宜可循便宜可循环环使用使用转转化率化率较较低,催化低,催化剂剂易易结结焦,投焦,投资资大大工工业业化化TatorayTatorayUOP UOP 公司、公司、TORAYTORAY公司公司转转化率化率较较高,催化高,催化剂剂运运转转周期周期长长,投投资费资费用低用低临氢临氢操作,操作,
21、对对原料要求苛原料要求苛刻,适用范刻,适用范围围小小工工业业化化LTDLTDMobil Chem Co Mobil Chem Co 公司公司不不临氢临氢操作,液相反操作,液相反应应,催化催化剂剂不易不易结结焦焦低温,高低温,高压压,投,投资资大大工工业业化化MTDPMTDPMobil Oil Co Mobil Oil Co 公司公司ZSM-5ZSM-5沸石沸石为为催化催化剂剂,氢烃氢烃摩摩尔尔比比较较低低转转化率化率较较低,催化低,催化剂剂再生再生能力差能力差工工业业化化T T2 2BXBXCosden Cosden 公司公司转转化率化率较较高,高,氢氢耗低,耗低,催化催化剂剂寿命寿命长长高高
22、压压操作,操作,对设备对设备要要较较高高工工业业化化MSTDPMSTDPMobil Mobil 公司公司选择选择性高,性高,转转化率化率较较低低,对对原料要求原料要求苛刻,适用范苛刻,适用范围围小小工工业业化化表表1-4 1-4 国内外歧化反应技术国内外歧化反应技术江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心2.C2.C9 9芳烃开发研究方案芳烃开发研究方案2.1 2.1 多股连续侧线出料精馏实验探索多股连续侧线出料精馏实验探索2.2 2.2 萃取精馏实验探索萃取精馏实验探索 2.3 2.3 实验结果讨论实验结果讨论 江苏沿江化工资源
23、开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心2.1 多股连续侧线出料精馏实验探索多股连续侧线出料精馏实验探索图图2-2 2-2 多股连续侧线出料精馏装置多股连续侧线出料精馏装置江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心2.2 萃取精馏实验探索萃取精馏实验探索图图2-3 2-3 萃取精馏及溶剂回收实验装置萃取精馏及溶剂回收实验装置江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心 馏馏分分组组分分1.C8组组分分0.54954.0943/
24、2.79771.15721.36832.丙苯丙苯4.976316.5573/15.22939.129810.00213.间对间对甲乙苯甲乙苯13.497532.4526/49.099619.736720.83864.均三甲苯均三甲苯1.62721.7988/6.89503.56353.85425.邻邻甲乙苯甲乙苯3.618711.9264/14.81657.76398.02136.偏三甲苯偏三甲苯2.96949.9833/9.60008.97949.00347.连连三甲苯三甲苯3.01192.06623.2304/0.19526.13595.82338.茚满茚满2.49004.76041.82
25、09/1.366812.957911.37899.双双环环戊戊烷烷51.19524.362080.499661.7300/30.575829.709910.其他未知其他未知16.0643/14.449138.2700/表表2-2 2-2 分离过程各个馏分的组成及含量分离过程各个馏分的组成及含量多股连续侧线精馏粗品 萃取精馏成品 江苏沿江化工资源开发研究院江苏沿江化工资源开发研究院江苏省萃取分离工程研究中心江苏省萃取分离工程研究中心 本课题通过多股连续侧线出料精馏和萃取精馏集成的方法提取三甲苯馏分,本课题通过多股连续侧线出料精馏和萃取精馏集成的方法提取三甲苯馏分,加氢裂解加氢裂解C C9 9芳烃
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