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异丙苯装置工艺流程设计及优化 3.1设计目标 3.1.1概述 本项目的目标是为中石油大庆石化建立一座以异丙苯为主要产品的分厂。要求以丙烯和苯为原料，其中丙烯由中石化生产过程催化裂化生产出来，苯由外购入，两者在优化的化工工艺中反应生成异丙苯，异丙苯作为中间产物或其他用途售予其他化工厂或单位个人。尽量采取可可行的措施减少系统对环境的不利影响，并对排出的污染物提出合理的治理方案。 3.1.2生产规模 由于各行业对异丙苯的需求，本场建设规模定为每年生产异丙苯10万吨。 3.2 合成异丙苯基本工艺流程 目前工业上合成异丙苯所用的催化剂不尽相同，但其工艺流程基本相同。原料丙烯经过预处理进入到烷基化反应器，原料苯经过预处理送到苯塔，在苯塔中进行脱水后由侧线才出送到烃化和反烃化反应器进行反应，反应液混合后送入分离系统，即依次送到苯塔，异丙苯塔，二异丙苯塔进行分离，在苯塔塔顶脱出苯，水等组分，在异丙苯塔顶得到产品异丙苯，二异丙苯塔侧线得到二异丙苯送回反烃化反应器，副产物重芳烃由二异丙苯塔釜采出。[4] 图 3-1 合成异丙苯原工艺流程简图 异丙苯合成过程中存在的问题是：二异丙苯由二异丙苯塔侧线采出返回反烃化反应器进行反应，而烃化反应生成的重芳烃三异丙苯没有经过任何处理直接有塔釜排除，既造成了重组分的排放也增加了单位产品的原料消耗和能量消耗。针对此问题，本节对异丙苯合成过程中的分离工段的二异丙苯塔进行了优化，从而对异丙苯合成工艺进行节能改造。[5] 3.3 二异丙苯的优化 3.3.1 优化流程 在二异丙苯塔中增加一个下侧线采出以回收三异丙苯。采出物进入反烃化反应器。三异丙苯和反烃化反应器中多余的苯发生反应生成二异丙苯，二异丙苯进一步反烃化生成异丙苯。因此在苯与丙烯进料不变的情况下，异丙苯产量增加，从而降低了单位产品的能耗。 图 3-2 合成异丙苯优化流程工艺 3.3.2优化流程分析 1) 二异丙苯塔下侧采出时苯塔冷凝器和再沸器能耗，图3-3说明，随下侧采出量的增加，冷凝器和再沸器的热负荷都逐渐增加，但因为总产量的增加而是单位产品上的冷凝器和再沸器负荷逐渐降低，与原流程相比，单位产品苯塔冷凝器负荷最大可降低5%，单位产品再沸器负荷最大可降低1.65%。[6]由此说明二异丙苯塔增加一个下线采出时，苯塔能够达到节能降耗的目的。[8] （a）1-冷凝器负荷；2-单位产品的冷凝负荷，采出量为零时即为原流程 （b）1-再沸器热负荷；2-单位产品的再沸器负荷 图 3-3 随二异丙苯塔新增侧线采出量变化苯塔热负荷变化曲线 2) 二异丙苯塔下侧采出量的变化对异丙苯塔冷凝器和再沸器能耗的影响 图二说明随二异丙苯塔下侧采出量的增加，异丙苯塔的冷凝器和再沸器的热负荷逐渐增加，但因为异丙苯塔顶产品总量增加从而使单位产品上的冷凝器和再沸器负荷都逐渐降低，由此说明二异丙苯塔增加一个下侧线采出时，异丙苯塔能够达到节能降耗的目的。 3) 二异丙苯塔下侧采出量的变化对二异丙苯塔冷凝器和再沸器能耗的影响图三说明，随着二异丙苯塔下侧采出量的增加，二异丙苯塔的冷凝器和再沸器的热负荷迅速下降，之后基本保持不变，单位产品的冷凝器和再沸器负荷亦是如此，由此说明二异丙苯塔增加一个下侧线采出时，二异丙苯塔本身也能够达到节能降耗的目的。[7,8] （a）1-单位产品的冷凝负荷；2-冷凝器负荷 （b）1-再沸器热负荷；2-单位产品的再沸器热负荷 图 3-4 随二异丙苯塔新增侧线采出量变化异丙苯塔热负荷变化曲线 4) 整个分离过程中所有冷凝器和再沸器总热负荷 表3-1给出了优化流程与原流程冷凝器和再沸器热负荷对比情况，二异丙苯塔新增侧线采出量不同时，整个工艺流程中的冷凝器总负荷（苯塔、异丙苯塔和二异丙苯塔中冷凝器负荷之和）及总的再沸器负荷不同，可见单位产品总冷凝器负荷最大可降低5.47%，单位产品再沸器负荷最大可降低4.25%。[8] 图 3-5 随二异丙苯塔新增侧线采出量变化二异丙苯塔热负荷变化曲线 表3-1 随侧线采出量的增加异丙苯产量和三异丙苯回收量的变化表 下线采出量/kg·h-1 产量/kmol·h-1 异丙苯塔顶中异丙苯摩尔分数/% 三异丙苯采出率/% 0 109.18 97.28 0.00 100 113.22 97.28 2.10 200 113.52 97.39 31.61 300 113.89 97.64 44.42 400 114.25 97.53 72.14 500 114.83 97.60 79.96 600 115.02 97.58 91.34 700 115.55 97.28 96.15 3.4泡点反应器合成异丙苯 苯与丙烯催化反应器主要有:固定床反应器、固定床催化精馏塔和悬浮床催化精馏塔。一般在固定床催化精馏塔中催化剂的构件的内传质问题严重，而且