（四） 项目来源及其意义

本项目以2014年“三井化学杯”大学生化工设计大赛任务书为指导，目标是为一大型化工企业建造一个对二甲苯（PX）分厂。

能源是经济和社会发展的基础，能源的生产与供应一直受到各国政府的高度重视，而石油更是能源中各国关注的焦点，为争夺石油资源的战争时有发生。在传统工艺生产中，PX项目工程建设难度大、生产技术门槛高、投资大、回收周期长，而且受原料石脑油资源限制较多。

本项目采用的甲苯甲醇烷基化制PX工艺与传统工艺形成鲜明对比。其最大优势是以甲苯和低成本的甲醇为原料，生产出高浓度的PX，而仅有少量的副产物苯和C9，同时提高了甲苯利用率。理论上生产1t PX仅需要用1t甲苯，而传统的甲苯歧化工艺需要2.5t甲苯，降低了成本。同时副产物中的苯、C9芳烃可以作为歧化装置的优质原料，进一步优化芳烃原料，降低生产成本，实现利益最大化。

2甲苯甲醇烷基化分离工艺的设计

2.1 反应阶段概述

在反应阶段，原料为甲苯、甲醇，水和氢气为载气，甲苯、甲醇摩尔比为7:1，水与混合原料摩尔比8:1，氢与混合原料摩尔比8:1，四者混合后经加热器加热至反应温度430℃进入反应器。在绝热固定床反应器中通过三层催化剂床层进行反应，反应压力为0.5MPa，WHSV为2h-1，并在反应中采用段间冷甲醇进料冷激的方式，降低反应器的温升。通过反应器后，反应产物为气相，经过换热降温至30℃。其反应的操作条件及经由Aspen plus模拟之后所得产物组分分别如表达式1、表2:

表1 反应操作条件

项目 参数

Temperature， ℃ 437.8

Pressure， bar 5.5

Vapor， Frac 1

Mass Flow， kg/hr 699671.4

Volume Flow， cum/hr 506824.4

Density， lb/cuft 0.086

表2 反应产物组分的质量流量

组分 质量流量 kg/h

C7H8 158229.4

CH4O 221.392

P-XYLENE 76465.04

H2O 410533.8

M-XYLENE 895.88

O-XYLENE 1562.581

BENZENE 2963.76

C9H12-5 1276.481

C9H12-01 249.575

H2 43997.7

CH4 94.557

C8H10-01 64.07

C10H14-01 142.877

C2H4 2463.221

C3H6 425.265

C4H8-01 4.694

C5H10 12.427

C6H12-01 45.564

C2H6 2.812

C3H8 20.256

图1  精馏分离工段流程图

2.2 分离工段设计

由表2可知，在反应器产物中轻组分为氢气和一部分低碳烯烃，水蒸气等载气；有机物为苯、甲苯二甲苯和一些重芳烃。氢气和水含量较大，可以考虑分离出来循环利用，以降低成本。故采用闪蒸和倾析的操作分离氢气和水。倾析操作后有机相中苯、甲苯、二甲苯和重质芳烃可通过后续分离手段得到纯对二甲苯。若得到较为纯净的二甲苯和能够作为原料循环使用的甲苯，以及副产物苯，则需要对油相进行进一步的分离。常温常压下，苯的沸点为80.10℃，甲苯的沸点为110.63℃，对二甲苯的沸点138.5℃，间二甲苯的沸点139℃，邻二甲苯的沸点144.4℃，可见苯沸点与二甲苯的沸点相差较大，故可以采用精馏操作实现分离的目的。