气相烷基化法制乙苯的工艺设计摘要乙苯是一种重要的化工原料。
随着我国国民经济的快速发展，乙苯的需求量也随之而逐年递增。
本文主要对气相烷基化法制乙苯进行工艺设计。
该工艺以催化裂化干气和苯为原料，采用催化裂化干气制乙苯第三代技术。
在现有资料的基础上设计了整个工艺流程，用Auto CAD软件进行绘制、Aspen 11.1软件进行模拟，并对整个流程的物料衡算和能量衡算进行了计算，以换热器的设计为例，进行了设备选型。
关键词：乙苯；催化裂化干气；工艺设计英文摘要ABSTRACTEthylbenzene is an important chemical raw material. With the rapid development of national economy, the demand for ethylbenzene increases year by year. This paper mainly designs the process of ethylbenzene prepared by gas phase alkylation method. The Fluid Catalytic Cracking (FCC) dry gas and benzene are used as raw materials in this process, in which the third generation technology of ethylbenzene prepared by FCC dry gas are used.The entire flow diagram is designed, which are drawn by Auto CAD software and simulated by Aspen 11.1 software. The material and energy balance of the entire process flow are calculated and the selection of equipment such as heat exchanger also is determined.Key Words：Fluid Catalytic Cracking dry gas；Ethylbenzene；Process design目录1概述 (1)1.1引言 (1)1.2 乙苯的性质 (1)1.3 乙苯的用途 (1)1.4 课题研究的目的及意义 (2)2原料及生产工艺的选择 (3)2.1 原料的选择 (3)2.2 生产工艺的选择 (3)2.2.1 生产工艺介绍 (3)2.2.2 生产工艺的选择 (5)3 生产工艺流程设计 (6)3.1 催化裂化干气的预处理 (6)3.1.1 生产原理 (6)3.1.2 脱丙烯技术的选择 (6)3.1.3 工艺流程 (6)3.2 烃化及反烃化 (7)3.2.1 生产原理 (7)3.2.2 反应器及催化剂 (8)3.2.3 工艺流程 (9)3.3 产物的分离 (10)3.3.1 生产原理 (10)3.3.2 工艺流程 (10)4 物料及能量衡算 (12)4.1 物料衡算 (12)4.1.1 物料衡算原理 (12)4.1.2 Aspen物料衡算结果 (12)4.2 能量衡算 (15)4.2.1 能量衡算原理 (15)4.2.2 热量衡算的目的和意义 (15)4.2.3 Aspen能量衡算结果 (16)5 换热器设计 (19)5.1 换热器的概述及简介 (19)5.2 工艺计算 (19)5.3 工艺结构尺寸 (21)5.4 换热器的核算 (24)5.5 辅助设计 (27)5.6 换热器主要结构尺寸计算结果 (27)结论 (29)致谢 (30)参考文献 (31)附录 (33)1概述1.1 引言乙苯是一种重要的化工原料，主要用于生产苯乙烯。
随着我国国民经济的快速发展，对乙苯/苯乙烯的需求量逐年递增，而纯乙烯资源短缺限制了我国乙苯/苯乙烯的生产，故我国乙苯/苯乙烯一直供不应求，供需矛盾日益突出。
解决这一问题的关键是寻找到丰富的合成乙苯的原料[1]。
催化裂化（FCC）干气是石油加工过程产生的废尾气，在我国每年产生的量很大，其中含有宝贵的乙烯资源。
因此，利用好催化裂化干气既可以提高石油资源的有效利用率，又能提高我国乙苯/苯乙烯的生产能力，缓解供不应求的局面。
乙烯制取乙苯是一种烷基化过程，烷基化过程可以在均相和非均相、液相或气相中进行。
如今，液体均相烷基化覆盖了超过24%的乙苯（EB）生产，全球约有40%的乙苯生产是在气体非均匀介质中进行的，其余的乙苯是在液体非均相中生产的[2]。
可见，气相烷基化法在生产乙苯方面占有重要地位。
由中国科学院大连化学物理研究所（DICP）、抚顺石化公司石油二厂和洛阳石化工程公司联合开发的催化裂化干气制乙苯第三代成套技术是催化裂化干气制乙苯系列技术发展历程中的又一次重大飞跃，由于其先进性、实用性、经济性及优异的节能减排降耗效果，开发成功后迅速推广到国内石化行业多家单位，取得了显著的经济效益和社会效益。
1.2 乙苯的性质乙苯属芳烃，是一种无色液体，有芳香气味。
其熔点为-94.9℃，沸点136.2℃，相对密度（水为1）低于水，为0.87，不溶于水，可混溶于乙醇、醚等多数有机溶剂；闪点为15℃，爆炸上限为6.7%（V/V），爆炸下限为1.0%（V/V）。
乙苯存在于煤焦油和某些柴油中，是一种易燃物质，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。
此外，乙苯对皮肤、粘膜有较强刺激性，高浓度有麻醉作用。
1.3 乙苯的用途乙苯是重要的化工原料，主要用于生产苯乙烯，进而生产聚苯乙烯树脂(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)树脂、丁苯橡胶和丁苯胶乳(SBR/SBR胶乳)、不饱和聚酯等诸多下游产物，这些产品在汽车、家电、建材、包装、医药等国民经济多个行业有着广泛的应用[3]。
乙苯少量用于有机合成工业，例如生产苯乙酮、乙基蒽醌、对硝基苯乙酮、甲基苯基甲酮等中间体。
在医药上用作合霉素和氯霉素的中间体，也用于香料。
此外，还可作溶剂使用，能溶解氯化橡胶、天然橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、乙基纤维素、环氧树脂、滴滴涕、油脂、石蜡油、蜡等。
1.4 课题研究的目的及意义随着我国炼油工业中原油深度加工的迅速发展，副产物催化裂化干气产量急剧增加，其中所含的稀乙烯是十分宝贵的化工原料。
因此，如何利用好这一资源是当务之急。
催化裂化干气制乙苯的技术开发解决了这一难题，催化裂化干气所含的稀乙烯在制备乙苯过程中得到了利用，并且可获得我国紧缺的乙苯原料。
目前，催化干气制备乙苯的工业化早已实现，国内已经建立多个设备装置投以生产。
催化裂化干气制备乙苯工艺的研制成功不仅给炼油厂所产生的催化裂化干气中的稀乙烯的利用提供了一条有效的途径，同时也为我国的稀缺资源乙苯的来源提供了一条途径。
而且，采用催化裂化干气制备乙苯，其前景广阔，生产成本相对较低，经济效益较好，具有较强的市场竞争能力。
总之，利用炼油厂的催化裂化于气制备乙苯具有其独特的经济效益和社会效益[4]。
2原料及生产工艺的选择2.1 原料的选择根据乙烯原料来源的不同，乙苯的生产工艺分为纯乙烯法工艺和稀乙烯法工艺。
虽然在能耗及产品质量方面，纯乙烯制乙苯技术比稀乙烯制乙苯技术具有优势。
但纯乙烯工艺是纯乙烯与苯在分子筛催化剂的作用下进行烷基化反应合成乙苯工艺，由于该工艺采用的原料为纯乙烯，故乙苯生产被限制在乙烯生产企业的范围内，使乙苯、苯乙烯的生产受到了行业和地域的限制，影响了后续产品的开发和利用。
最重要的是，与国外相比，国内乙烯资源较稀缺，而国内炼油厂催化裂化装置较多，催化裂化总加工能力达100 Mt/a以上，稀乙烯资源比较丰富[5]。
因此，选择催化裂化干气作为生产乙苯的原料既可以提高原油的有效利用率，又可以缓解国内乙烯资源短缺的局面，提高乙苯/苯乙烯的生产能力。
2.2 生产工艺的选择2.2.1 生产工艺介绍生产乙苯的工艺方法主要包括传统AlCl3液相法、均相AlCl3液相法、Alkar 气相法、分子筛气相法、分子筛液相法、催化精馏法及由中国科学院大连化学物理研究所（DICP）、抚顺石化公司石油二厂和洛阳石化工程公司联合开发的催化裂化干气制乙苯第一代至第五代技术等。
其中，传统AlCl3液相法、均相AlCl3液相法及Alkar气相法由于对环境污染和设备腐蚀严重，已逐步被淘汰，催化裂化干气制乙苯第四代技术和第五代技术也未见投产的报道，而催化裂化干气制乙苯第三代技术是在第一代及第二代技术基础上的改进[6]。
因此，现在制备乙苯的主要方法是分子筛气相法、分子筛液相法、催化精馏法及催化裂化干气制乙苯第三代技术。
(1)分子筛气相法Mobil和Badger公司在70年代合作开发了以ZSM-5高硅沸石为催化剂，用催化裂化干气生产乙苯的分子筛气相法，又称Mobil/Badger工艺。
烷基化反应温度为370～430℃，反应压力为1.42～2.84MPa，乙烯质量空速为3～5h-1。
该工艺特点为能耗低、污染少、设备腐蚀小、催化剂利用率高、乙苯收率高；但在处理催化裂化干气原料时，对催化裂化干气中丙烯、H2S、O2、CO2和H2O等杂质的含量要求极其严格，其质量分数均为10-6，需对原料进行严格精制，装置投资和能耗相对较高；此外，乙苯产品中副产品二甲苯含量较高，影响产品的品质[7]。
(2)分子筛液相法Lummus、Unocal、UOP三家公司于80年代后期联合开发了用固体酸催化剂进行苯/乙烯液相烷基化生产乙苯的新技术—分子筛液相法，又称Lummus/Unocal 工艺。
我国吉化、扬子、茂名乙烯先后引进了Lummus/UOP分子筛液相技术[8]。
苯和乙烯在装有两段催化剂（以USY沸石为催化剂，Al2O3为粘合剂）床层的反应器内进行烷基化反应，各床层处于绝热状态，反应温度为260～270℃，反应压力为3.5～4.0MPa，苯/乙烯摩尔比为6～8。
该工艺特点为生产工艺流程简单，反应温度易于控制，工艺操作条件缓和，设备造价低，催化剂稳定性好、寿命长，再生周期长，总寿命达4年以上，生成乙苯的选择性高，产品收率高，产品中二甲苯的含量低；不足之处在于该工艺过程中苯空速低，催化剂用量大，反应压力较高，能耗多。
此外，该法只能用于浓乙烯的烷基化反应，而不适合催化裂化干气或焦炉尾气原料。
(3)催化精馏法CDTech公司在1990年成功开发了催化精馏制乙苯技术[9]。
该工艺使用Y型分子筛催化剂，将烷基化反应器与苯汽提塔合二为一，反应器上部装填催化剂，下部进行精馏，催化反应和精馏操作同时进行，反应温度为150～170℃，反应压力为 1.0～2.0MPa。