化学工艺学学习总结
摘要 本文主要是关于芳烃转化过程的综述还有学习心得。主要从芳烃的来源与生产方法，芳烃的转化，C8芳烃的分离三个方面进行总结。了解这个课程的研究目的，研究范畴还有研究作用。了解到关于化工生产原料资源的加工开发，生产工艺流程，反应条件的影响等化学工艺基础。
关键词 芳烃转化 芳烃生产 芳烃分离
芳烃的主要来源于焦煤和石油。由于各国的资源不同，裂解汽油生产的芳烃在石油芳烃中比重也不同。芳烃裂解的主要目的是为了得到三苯（苯、甲苯、二甲苯），乙苯、异丙苯、十二烷基苯和萘。这些产品广泛应用于合成树脂、合成纤维、合成橡胶、合成洗涤剂、增塑剂、染料、医药、农药、炸药、香料、专用化学品工业。化工行业会根据市场需求的变化，选择生产不同的产物，来适应市场需求。
芳烃的生产可分为焦化芳烃生产和石脑油芳烃生产。前者是在高温作用下，煤在焦炉碳化室内进行干流是，煤质发生一系列的物理化学变化，生成大量焦炭外，还副产粗煤气，粗苯，煤焦油。粗煤气经初冷、脱氨、脱萘、终冷后，进行初苯回收，再对初苯进行分馏，从而获得有用的芳烃。
石脑油芳烃生产可分为三种方法，催化重整生产芳烃、裂解汽油生产芳烃、轻烃芳构化和重芳烃轻质化。催化重整芳烃包括环烷脱氢、五元环异构脱氢、烷烃异构加氢裂解等反应需要用热稳性好的贵金属元素做成的催化剂，在425℃~525℃进行。裂解汽油生产芳烃需要对裂解油进行预处理除去C5馏分，再对其进行加氢。一段加氢将使易生胶的二烯烃加氢转化为单烯烃以及烯基芳烃转化为芳烃。二段加氢在较高温条件使单烯烃饱和，并脱除硫氧氮等有机化合物。轻烃芳构化是利用世界过剩的低价液化石油气（丙烷、丁烷）为原料，经催化脱氢、齐聚、环化和芳构化生产芳烃。重芳烃轻质化主要利用重整生成油、裂解汽油和焦化器由中的C9重芳烃来生成增塑剂、树脂等产品。
由催化重整和加氢精制的裂解汽油得到的都是芳烃与非芳烃的混合物，由于他们的碳数相近，容易形成共沸物，一般的蒸馏方法难以将其分离。在工业上主要运用溶剂萃取法从宽馏分中分离苯、甲苯、二甲苯；用萃取蒸馏法从芳烃含量高的窄馏分中分离纯度高的单一芳烃。
芳烃转化是为了解决生产中原料供需不平衡的状况，通过异构化、歧化与烷基转移、烷基化合脱烷基化等反应，获得生产需要的原材料。使用的催化剂主要为酸性卤化物和固体酸。
芳烃的脱烷基化反应将烷基芳烃分子中与苯环直接相连的烷基在一定条件下脱去。在热力学上分析可以知道，当温度不太高，氢分压较高时可以进行得比较完全。但是时间足够长，会深度加氢裂解成甲烷，所以无法在热力学上抑制副反应。从动力学上，温度不宜太低不宜太高，氢分压和氢气对甲苯的摩尔比较大，能防止结焦、对加氢脱烷基反应都比较有利，但对抑制加氢副反应的发生是不利的。脱烷基化在工业上生产有两种方法，分别是催化脱烷基制苯和甲苯热脱烷基制苯。工业上采用较多的是hydeal法催化脱氢制苯。新鲜原料、循环物料、新鲜氢气和循环氢气经加热炉加热到所需温度后进入反应器反应，气体产物经冷却器冷却后对液气混合物进行闪蒸分离，部分氢气直接返回反应器。一部分作原料，其余送到纯化装置除去轻质烃。液体芳烃经稳定塔除轻质烃和白土塔除去烯烃后送至苯精馏塔，塔顶分的产品苯，重馏分送再循环塔循环使用。
另外pyrotol法催化脱氢制苯的特点是能将裂解汽油中的芳烃全部转化为苯。甲苯热脱烷基制苯主要有HAD法，这种方法与催化加氢脱甲基流程相似，但是他在柱塞流式反应期的六个不同位置加入分馏塔闪蒸出来的氢，从而控制反应温度，因此副产物较少，重芳烃产率较低。不过反应温度较高，需要合理利用热量。
芳烃歧化是指两个相同芳烃分子在酸性催化剂作用下，一个芳烃分子上的侧链烷基转移到另一个芳烃分子上去的反应。烷基转移反应是指两个不同芳烃分子之间发生烷基转移的过程。副反应主要是二甲苯二次歧化，产物与原料或副产物的烷基转移，甲苯的脱烷基和生成稠环芳烃。生产中必须借助催化剂，原料的杂质含量、C9芳烃的含量，氢烃比、液体空速对反应也有较大影响。工业上主要有二甲苯增产法（Xylene-Plus法）、Tatoray法，既可用于歧化，又可用于烷基转移；低温歧化法（LTD法）专门用于歧化。
C8芳烃的异构化是以不含或少含对二甲苯的C8芳烃为原料，通过催化剂的作用，转化成浓度接近平衡浓度的C8芳烃，从而达到增产对二甲苯的目的。C8芳烃异构化反应的热效应很小，因此温度对平衡常数的影响不大。动力学上，曾在SiO2- Al2O3催化剂上对异构化过程的动力学进行研究，与连串式异构反应历程相符，即邻二甲苯可逆生成间二甲苯可逆生成对二甲苯。乙苯异构化反应中以Pt/Al2O3为催化剂，研究乙苯的气相临氢异构化，得知其异构化速度比二甲苯慢，而且温度影响显著。整个异构化过程包括加氢、异构和脱氢等反应。低温有利于加氢，高温有利于异构和脱氢，故只有协调好各种关系才能使乙苯异构化取得较好的效果。二甲苯异构化的工业方法分为临氢和非临氢两种。临氢异构广泛采用贵金属作催化剂，因为能使乙苯转化成二甲苯，对原料适应性强，原料不需进行乙苯分离。非临氢异构采用的催化剂一般为无定性的SiO2- Al2O3，但选择性较差，高温反应下积碳快，不能使乙苯转化为二甲苯。C8芳烃异构化的新技术（MHAI工艺）据称是当今最经济的二甲苯异构工艺。特点是产物中对二甲苯浓度超过热力学平衡值，减少了二甲苯回路的循环量。
芳烃的烷基化是芳烃分子中苯环上的一个或几个氢被烷基所取代而生成烷基芳烃的反应。工业上主要用于生产乙苯、异丙苯和十二烷基苯等。较宽的温度范围中苯烷基化反应在热力学上都是有利的。当温度过高才有明显的逆反应。工业上，最佳操作点是乙苯收率尽量大，苯的循环量和多乙苯的生成量尽可能少，而且要用酸性催化剂进行催化。乙苯的生产可用液相烷基化法和气相烷基化法不论工艺流程上有何差异，反应机理基本是一致的。苯和乙烯在催化剂存在下反应生成乙苯。异丙苯生产工艺有固体磷酸法、非均相三氯化铝法、均相三氯化铝法。
C8芳烃（主要为三种二甲苯和乙苯的混合物）的分离技术难点在于间二甲苯和对二甲苯的分离。邻二甲苯沸点最高，可用精馏法分离。乙苯沸点最低，但与关键组分对二甲苯的沸点仅差2.2℃，精馏分离较困难，但也可选用络合萃取法或者吸附法。对二甲苯和间二甲苯沸点只差0.75℃，难于用精馏方法分离。工业上可用深冷结晶分离法、络合分离法和模拟移动床吸附分离法。深冷结晶法需要深冷至-60~-75℃，熔点最高的对二甲苯首先被结晶出来，但是不可避免包含一部分C8芳烃混合物所以工业上多采用二段结晶。络合萃取法利用一些化合物与二甲苯异构体形成配位化合物的特性达到分离效果。其中最成功的是日本的MGCC法，用BF3作为配位剂，溶液上层为烃层，下层为HF层，是分离过程大为简化，是有效分离间二甲苯的唯一工业化方法。但缺点是HF有毒，且有强腐蚀性。吸附分离法利用固体吸附剂吸附二甲苯异构体的能力不同而进行分离。吸附剂要求价格低廉易得，性质稳定，与C8芳烃沸点有较大差别。模拟移动床法的工作原理是模拟移动床中固体吸附剂不动，液体对其做相对运动，并反复进行吸附和脱附的传质过程，要求被分离物质对吸附剂的吸附能力要有一定差异。主要有Parex法，Aromax法和MX-Sorbex工艺。
芳烃在化工原料中占有重要地位，其生产技术发展受到广泛重视。芳烃生产技术主要发展趋势为扩大芳烃原料来源，工艺革新提高技术水平，就适用性和新用途对产品进行结构调整，对新技术发挥更大作用，开发新技术和改进老技术。
关于工艺学的学习，不仅仅是在于课堂上老师所教授的，还有与组员共同合作制作学习内容的PPT，加深了对书本知识的印象与理解，将上课所忽略掉的细微知识也在制作PPT的过程中通过网络，相关书本了解到了。这次这个关于学习内容的总结，又重新再回忆查找书本，补全了在做PPT时没有认真细看的而忽略的课本知识。此时，我能深刻体会到，知识不是看一遍就可以牢记的东西，需要反复看，反复记忆，还要归纳总结，才能真正变成自己的。 参考文献
[1]米镇涛，化学工艺学（第二版），化学工业出版社，2004 [2]孙宗海，瞿国华，张溱芳.石油芳烃生产工艺与技术.北京：化学工业出版社，1986 [3]高荣增，顾兴章.化工百科全书.第四卷，135~149，北京：化学工业出版社，1993 [4]周立芝，王 杰.化工百科全书.第三卷，881~899，北京：化学工业出版社，1993 [5]柴国梁.中国化工信息.1998.45：6 [6]库咸熙等.炼焦化工产品回收与加工.北京：冶金工业出版社，1985 [7]王兆熊等.炼焦产品的精制和利用.北京：化学工业出版社，1989 [8]华东化工学院等.基本有机化工工艺学（修订版）.北京：化学工业出版社，1990
