年产2000吨C4合成对叔丁基邻苯二酚的工艺设计毕业论文

 2021-11-23 09:11

论文总字数:26268字

摘 要

河南省内有大量混合C4资源,为了实现其的深度开发利用,鼓励对C4资源尤其是其中最具价值的异丁烯进行深加工处理,以合成对叔丁基邻苯二酚。

本文以蒸汽裂解后再经过丁二烯抽提后C4烃作为原料气,以阳离子交换树脂作为催化剂,采用异丁烯逆流水合的技术,生产高纯度异丁烯。然后将高纯度异丁烯在固体酸催化剂的作用下与邻苯二酚进行烷基化反应生成高效阻聚剂,同时会产生极少量的3-叔丁基邻苯二酚和少量3,5-二叔丁基邻苯二酚。本项目不仅能部分满足河南省政府的需求,也对稳定国内对叔丁基邻苯二酚市场、国家阻聚剂产业的健康长久发展有着重要意义,经济效益、社会效益明显。

本设计确定了年产2000吨C4合成对叔丁基邻苯二酚生产工艺流程,并且利用了 Aspen Plus 软件对流程、设备进行模拟,同时也利用AutoCAD软件绘制了相关图纸。

关键词:异丁烯;催化剂;设备选型;设计

Abstract

There are a large number of mixed C4 resources in Henan province. In order to realize its in-depth development and utilization, the deep processing of C4 resources, especially the most valuable isobutylene is encouraged for the synthesis of p-tert-butyl catechol.

In this paper, C4 hydrocarbon extracted from butadiene by steam cracking was used as raw gas and cation exchange resin as catalyst to produce high-purity isobutylene by isobutylene countercurrent hydration technology. Then the high-purity isobutylene was alkylated with catechol under the action of solid acid catalyst to produce a high-efficient polymerization inhibitor, and a very small amount of 3-tert-butyl catechol and a small amount of 3, 5-tert-butyl catechol were produced at the same time. This project can not only partially meet the needs of the Henan provincial government, but also play an important role in stabilizing the domestic p-tert-butyl catechol market and the healthy and long-term development of the national polymerization inhibitor industry, with obvious economic and social benefits.

This design determines the production process of C4 synthesis of p-tert-butyl catechol with an annual output of 2000 tons, and simulates the process and equipment with Aspen Plus software, and draws relevant drawings with AutoCAD software.

Key Words:Isobutylene; the catalyst; equipment selection; design

目 录

第一章 绪论 1

1.1课题研究的背景和意义 1

1.2异丁烯的生产路线选择 1

1.2.1叔丁醇路线 1

1.2.2 MTBE路线 2

1.3烷基化工艺方案对比与分析 2

1.4催化剂的选择 3

1.4.1非固体酸法 3

1.4.2固体酸法 4

1.5本设计采取的生产工艺 4

第二章 生产工艺设计 5

2.1设计任务 5

2.2 工艺流程简述 5

2.2.1 纯异丁烯合成工段 5

2.2.2 邻苯二酚烷基化工段 7

2.2.3总物流走向图 9

2.3主要化学方程式 10

2.3.1异丁烯催化水合反应 10

2.3.2邻苯二酚烷基化反应 11

2.4工艺计算 11

第三章 主要工艺设备设计及选型 12

3.1 反应器设计 12

3.1.1反应方程式 12

3.1.2设计数据和工作参数 12

3.1.3 反应器物料衡算及热量衡算 13

3.1.4 结构尺寸的确定 16

3.1.5水压试验应力校核 17

3.1.6 反应器封头设计 18

3.1.7 反应器支座设计 18

3.1.8 反应器法兰设计 18

3.1.9 反应器轴封设计 18

3.1.10 反应器搅拌桨设计 18

3.1.11 接管口尺寸计算 18

3.1.12 参数汇总 19

3.2 塔设备设计 20

3.2.1 概述 20

3.2.2 叔丁醇醇蒸塔的设计 20

3.2.3 塔设备的选型方法 20

3.2.4 基本数据计算 21

3.2.5 初算塔径 22

3.2.6 溢流装置 24

3.2.7 塔板布置及浮阀数目与排列 26

3.2.8 塔T0201流体力学计算结果 26

3.2.9 醇蒸塔设计结果表 28

3.2.10醇蒸塔塔高的确定 29

3.2.11 接管设计 30

3.3 泵选型 31

3.3.1 选型依据 31

3.3.2 泵选型示例—P0201醇蒸塔进料泵 33

3.3.3泵选型一览表 33

3.4 储罐选型 35

3.4.1 选型依据 35

3.4.2 选型示例——混合C4原料储罐 35

3.4.3储罐类设备选型一览表 35

3.5 压缩机选型 36

第四章 厂区及车间布置设计 38

4.1 项目概况 38

4.2总平面布置 38

4.2.1 总图布置参考的标准规范 38

4.2.2厂区结构 38

4.3车间布置 39

4.3.1设计参考标准 39

4.3.3 本系统车间布置 40

第五章 三废处理及公用工程 44

5.1三废分析 44

5.1.1三废处理方案 44

5.2公用工程 44

5.2.1给水 44

5.2.2 排水 44

5.2.3 供电 45

5.2.4 供热 45

5.2.5 储运 45

第六章 总结 46

参考文献 47

致 谢 48

第一章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

C4烃是指一种烃类混合物,这种烃类混合物含有四个碳原子,它被广泛用作燃料和化工基础原料。

目前国外C4馏分的利用率较高,而我国与之相比较低,为了提高我国的C4馏分综合利用率,人们开发了一种工艺,将C4烃中异丁烯在离子交换树脂的催化作用下,进行水合反应制叔丁醇,再将叔丁醇进行脱水反应生成异丁烯,此工艺生产出的异丁烯纯度大大提高,可用来进一步加工成化工产品,这为综合利用C4馏分开辟了一条新道路[1]

异丁烯是重要的化工原料之一,其主要来源于石脑油或重油裂解的C4馏分。异丁烯可作为烷基化剂,与邻苯二酚反应生成高效阻聚剂,异丁烯也可与异丁烷进行反应生成高辛烷值化汽油,提高汽油的品质。

对叔丁基邻苯二酚,简称TBC,是一种无色结晶状物质,它可以作为阻聚剂,用来防止活泼烯烃的自聚,因此它可以用在运输或生产烯烃、聚烯烃的及聚合物单体的过程中。此外,它也用作多种化合物的抗氧剂和稳定剂等[2]

据考察,河南省内有大量混合C4资源,为了实现其的深度开发利用,鼓励对C4资源尤其是其中最具价值的异丁烯进行深加工处理,以合成对叔丁基邻苯二酚。本项目不仅能部分满足河南省政府的需求,也对稳定国内对叔丁基邻苯二酚市场、国家阻聚剂产业的健康长久发展有着重要意义,经济效益、社会效益明显。

1.2异丁烯的生产路线选择

从生产纯异丁烯的原料来区分,纯异丁烯的生产可主要分为以下两种路线。

1.2.1叔丁醇路线

1.2.1.1C4馏分水合制叔丁醇并流水合-脱水工艺

国内兰州石化研究所在早期开发了C4馏分水合制叔丁醇并流水合-脱水工艺。该工艺是将C4烃与水在一定的配比下并向进料,通过装有离子交换树脂的固定床催化反应器进行反应,C4烃中的异丁烯水合生成叔丁醇,再将生成的叔丁醇进行脱水反应,生成纯度更高的异丁烯[2]

但经过工业模拟后发现,此工艺的异丁烯水合转化率只有50%左右,远远达不到生产要求。通过分析,得出两个可能原因,一是C4烃水合反应为非均相反应,原料之间不能达到微观混合,反应效果不佳。二是异丁烯水合制叔丁醇反应为可逆反应,根据反应工程原理,若提高反应体系中产物叔丁醇的浓度,则导致异丁烯转化率显著下降。所以,工业上采用C4并流水合工艺不可取。

1.2.1.2异丁烯逆流水合制叔丁醇

兰州石化研究院在并流工艺的基础上,考虑到异丁烯水合反应特点与原理,认识到水除了作为反应物之外,也与产物互溶,可作为产物的萃取剂。当水过量时,多余的水可将产物从反应系统中萃取出来,使反应系统中产物量减少,反应则向着生成物方向进行,这有利于提高异丁烯转化率,有效解决并流水合工艺的不足。所以研究院进行了工艺改进,将并流水合工艺中的并向进料改为逆向进料,即逆流水合工艺。

1.2.2 MTBE路线

MTBE是指甲基叔丁基醚,该路线是以混合C4馏分与甲醇一起进行醚化反应,将C4馏分中的异丁烯醚化为MTBE,反应后的物料经过后续处理,得到高纯度MTBE[3]

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