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丙烷芳构化工艺及模拟研究 摘要：芳烃是重要的有机化工基础原料，其中以BTX即苯（Benzene）、甲苯（Toluene）、二甲苯（Xylene）作为用途较为广泛的轻质芳烃。我国富煤、缺油、少气的资源特征使芳烃市场处于供不应求的局势，丙烷作为石油炼制副产中占比较大的轻烃，其芳构化技术的开发可有效弥补芳烃市场的缺口，具有一定的经济效益。本文基于实验室结果对丙烷芳构化技术进行过程模拟研究，以反应温度作为变量，研究其对丙烷芳构化反应的转化率以及产品选择性的影响，进而分析对放大过程后的分离流程，循环物流以及能耗的影响，模拟结果为丙烷芳构化工艺提供了操作条件的参考价值和指导意义，使工艺的能耗降低，提高芳烃的收率，产生更好的经济效益。（主要是分别建立在5个反应温度下的aspen全流程模拟，以反应温度作为变量，研究不同产物分布下的分离流程及循环物流的能耗占比和经济性评价。） 关键词： 丙烷；芳构化；Aspen plus模拟； 1.引言 1.1丙烷芳构化的工艺现状 苯、二甲苯、甲苯等芳烃化合物都是重要有机化工的原料。这些芳烃化合物又可以合成很多其他的高附加值的产品，芳烃化合物的生产量的多少标志着国家工业化的程度[1]。目前，国内的芳烃产能建设已经正在不断的提高和推进，对国外进口的需求量和依赖程度也在逐渐降低，国内芳烃的市场竞争力也在逐渐的增强。中国大型化工企业中石油、中石化根据自身产业结构的特点，不断的对工艺进行改进和提高，导致中国市场竞争的产品更加的多元化，芳烃产业的盈利能力和供需格局已经重新洗牌，使得芳烃市场的弹性和抗风险的能力更具优势[2]。 芳烃指的是含有苯环结构的碳氢化合物的总称[3]。芳烃根据结构数量的不同，可以分成单环、多环、稠环芳烃[4]。其中单环芳烃中，苯、甲苯、二甲苯这三种芳烃化合物是重要的化工原料，由于目前“三苯”的应用规模较大，逐渐成为芳烃产业的代表产品。“三苯”可以用于合成橡胶、洗涤剂、炸药、农药、增塑剂、燃料等重要的高赋值产品，可以在化工、航天、制药、纺织和交通等多个行业的[5-7]。 目前国内外的芳烃的生产技术主要包括催化重整、轻烃的芳烃构化等制备生产芳烃产品[8]。催化重整的主要是利用铂催化剂催重整汽油、煤油等油品类原料。但是由于收到催化剂寿命的限制，重整制备芳烃工艺的操作条件相对比较苛刻，催化剂的积碳量较大[9]。并且随着石油资源的逐渐减少，重置制备芳烃工艺也开始逐渐被抛弃。 轻烃芳构化制备芳烃工艺能够将资源比较丰富、廉价的轻烃，经过芳构化转变为附加值角高的苯、甲苯、二甲苯等芳烃化合物。目前轻烃芳构化生产芳烃工艺已经逐渐成为一种新兴的芳烃制造工艺。该工艺主要是利用HZSM-5分子筛作为催化剂，将液化石油气、C5馏分、焦化汽油、等轻烃经过芳构化生产成芳烃或者高辛烷值的汽油调和组分[10-14]。 本项目将从轻烃芳构化制备芳烃的工艺作为主要的研究对象，利用丙烷作为原料来生产芳烃，然后对芳烃产品进行精馏和提纯。本工艺利用Aspen plus模拟软件对整个工艺进行模拟计算，并利用模拟软件对该工艺进行设计、分析和优化。 1.1轻烃（丙烷）资源背景 1.1.1丙烷资源的全球背景 液化石油气属于清洁能源，能够在有效提高人们生活水平的同时，降低对环境的污染。主要是因为液化石油气中的主要成分是轻烃混合物，这些混合能够充分的进行燃烧，生成二氧化碳和水。另一方面，液化石油气中含有大量的轻烃，这些轻烃通过芳构化能够转变成为附加值较高的芳烃产品[15]。从2005年开始，全球对液化石油气的需求量呈现逐年递增的趋势，并且增长的速度非常快。从全球范围来看液化石油气的需求主要集中在亚太地区，该地区的需求量占比达到了56%，尤其是中国、日本、韩国的需求量最大。而全球液化石油气的供应主要集中在北美和中东地区。其中北美地区的液化石油气占比29%，中东地区占比22%[16]。2000年以来世界上的液化石油气的贸易量以每年4%的速度进行增长，液化石油气贸易量的不断增长，也带动了运输能力的增长。 1.1.2我国丙烷资源背景 目前，国内对环保政策的执行力度在不断的加强，国内的液化石油气的需求量在不断增加，但是我国的液化石油气的产量较少，主要依赖于进口。并且我国烷烃深加工（烷基化、芳构化、异构化、MTBE等）的产能在不断的增加，我国对进口以丙烷、丁烷为主要成分的液化石油气的需求量依旧很大。不同来源的液化石油气由于其产地不同，液化石油气中的组分和比例也是各不相同[17]。按照我国制定的ASTMD-1835-2005《液化石油气（LPG）规格》中规定，液化石油气根据挥发性的不同要求分为三类：商品丙烷、商品丁烷和商品丙烷和丁烷的混合物。丙烷的密度比丁烷的密度低，从热值方面来看，液态的炳万的热值是要高于丁烷的，因此我国使用的液化石油气也主要以丙烷为主[9]。 1.