第二节 丁二烯装置.docx
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第二节丁二烯装置
第二部分
工艺装置
第二节丁二烯装置
1.0概述1
2.0物料和动力的技术规格11
3.0产品产量、原材料消耗定额及消耗量17
4.0界区接点条件19
5.0仪表控制23
6.0设备32
7.0建筑、结构及HVAC38
8.0供配电及电信43
9.0装置技术经济指标53
附图56
1.0概述
1.1装置概况
本装置采用壳牌公司（SIC）乙腈法丁二烯萃取精馏工艺，从乙烯装置提供的粗C4原料中分离出纯度为99.5%wt的1，3-丁二烯产品，产品回收率为98%。
主要副产品有混合丁烷-丁烯（BB）、轻组分（丙炔）和重组分（C4炔烃、1，2-丁二烯和C5）。
装置设计能力为年产1，3-丁二烯15.5万吨，年操作时间为8000小时，三班制。
根据乙烯装置所提供C4原料的不同，本装置1，3-丁二烯的实际年产量介于13.3万吨到14.3万吨之间。
本装置操作弹性下限为设计能力的60%。
萃取精馏是一种广泛应用的高纯度1，3-丁二烯的生产技术，其原理是在原料中加入一种特殊的溶剂，可以大大提高待分离组分的相对挥发度，通过精馏使原本难以分离的组分得到彻底分离。
各种专利技术所选择的溶剂不同。
在壳牌公司的萃取精馏工艺中，选择乙腈水溶液为溶剂，由于极性的乙腈溶液的存在，粗C4原料中所含的丁烷、丁烯与丁二烯的相对挥发度大大提高，因此可以通过萃取精馏将丁二烯与丁烷、丁烯彻底分离。
本装置设备、结构和管廊的布置是基于良好的工程实践并遵循一般性规定，对施工、操作和维修都做了考虑。
装置内所有工艺和公用工程管线均走地上。
一条管廊将整个装置划分为两块，管廊下是贯穿装置的主要通路，为一些临时使用的设备及泵、电机等进出装置提供了方便。
所有工艺和公用工程管线均从管廊的一端进出装置，因此必要时可以在同一地点切断整个装置。
设备布置以尽量减少管线长度为原则。
主要塔器均布置在装置的一侧，以方便施工时组织和计划起吊设施。
沿装置内小路可到达所有设备，方便了操作和维修。
丁二烯装置与乙烯装置联系密切，故布置在乙烯装置的界区内。
本装置的辅助设施布置如下。
变配电室：
与裂解汽油加氢/苯抽提装置以及乙烯装置共用SS-250变配电室。
控制室：
装置的控制室集中在控制中心CC1。
化验：
分析频率较高的分析项目在CC1的化验室内进行。
原料、产品以及分析频率较低的项目在中央化验室进行。
维修：
装置的维修工作由全厂的维修中心负责，装置内不设维修设施。
值班室：
当班人员的值班室设在控制中心。
更衣室：
操作人员的更衣室集中在厂前区的更衣室。
1.2装置组成
该装置分为八个主要单元和四个辅助系统，参见表1-1。
表1-1装置单元表
序号
单元名称
1
原料准备单元
2
萃取精馏单元
3
压缩单元
4
溶剂汽提单元
5
重组分汽提及水洗单元
6
丁二烯精馏单元
7
丁烷-丁烯（BB）水洗单元
8
溶剂回收单元
9
蒸汽/凝液系统
10
产品处理系统
11
化学品配制和输送系统
12
溶剂收集系统
1.3工艺叙述
1.3.1工艺流程简述
以下按装置单元表中的顺序介绍工艺流程。
●原料准备单元
原料准备的目的是除去C4原料中携带的羰基、溶解氧、过氧化物以及其它含氧化合物，满足1，3-丁二烯产品纯度的要求，尤其是为了尽量避免聚合物的形成以及保证装置的长期运转。
C4原料经两步洗涤操作实现上述分离要求。
首先经过羰基水洗塔，C4原料与水逆流接触，可洗去原料中所含羰基。
然后经过亚硝酸盐洗涤塔，利用亚硝酸钠（或亚硫酸钠）溶液除去原料中的溶解氧、过氧化物以及其它含氧化合物。
洗涤水和废硝酸盐溶液经脱气罐脱气后被送往废水处理。
●萃取精馏单元
萃取精馏的目的是在乙腈溶剂存在的条件下通过精馏将C4烷烃和C4烯烃从二烯烃（1，3-丁二烯）中分离。
从原料准备单元来的C4原料首先在进料蒸发器中部分气化，然后进入萃取精馏设备。
由于所需塔高的限制，该萃取精馏设备实际上包括两个塔（上萃取精馏塔和下萃取精馏塔），两个塔联合操作来完成整个萃取精馏过程。
如果使用常规精馏操作来实现C4烷烃、C4烯烃与二烯烃的分离，由于所需理论板数很大，工业上不易实现。
但在乙腈溶剂存在的条件下，由于C4烷烃、大部分C4烯烃与C4二烯烃的相对挥发度大大提高，C4烷烃和C4烯烃可以从上萃取精馏塔塔顶分离出来，去往丁烷-丁烯（BB）水洗单元。
从下萃取精馏塔塔底出来的物流中主要成分为1，3-丁二烯、残留C4炔烃和乙腈。
该塔底物流一部分经萃取精馏塔再沸器为下萃取精馏塔产生上升蒸气，其余经过滤后去压缩单元。
●压缩单元
压缩单元的目的是将下萃取精馏塔塔底物料的闪蒸气加压，分别作为下萃取精馏塔的上升蒸气和高压溶剂汽提塔的进料。
从下萃取精馏塔塔底来的物料（富溶剂）与溶剂汽提单元来的不含碳氢化合物的热溶剂（贫溶剂）在萃取精馏塔底换热器中进行换热，被加热后的富溶剂进入闪蒸罐。
在闪蒸罐中，富含C4的气相（丁二烯相）与富含溶剂的液相（溶剂相）分离开来。
丁二烯相与低压溶剂汽提塔塔顶气相一起经丁二烯压缩机压缩后去往下萃取精馏塔和高压溶剂汽提塔。
溶剂相被送至低压溶剂汽提塔回收残留的碳氢化合物。
●溶剂汽提单元
溶剂汽提单元的目的是去除闪蒸后残留在溶剂相中的C4炔烃和其它碳氢化合物，此外也提纯丁二烯相。
一部分经压缩后的气相被送往高压溶剂汽提塔塔底，而被冷却后的再生贫溶剂从塔的上部进入。
该塔的作用是使闪蒸气相中的C4炔烃和1，2-丁二烯彻底与1，3-丁二烯分离。
由于C4炔烃和1，2-丁二烯在乙腈溶剂中的溶解度大于1，3-丁二烯，因此前二者可以被分离开来并存在于塔底的富溶剂相中。
该塔底出来的富溶剂被送往低压溶剂汽提塔上部。
从高压溶剂汽提塔塔顶出来的气相经冷凝后被送往丁二烯精馏单元。
从闪蒸罐来的溶剂相也被送往低压溶剂汽提塔的上部，塔底则通过再沸器产生上升气相。
该塔的主要作用是去除溶剂中携带的碳氢化合物，再生后的贫溶剂从塔底送出供萃取精馏塔和高压溶剂汽提塔使用。
该塔的另一个作用是通过抽出液相侧线来去除较重的组分，如炔烃、1，2-丁二烯、C5和二聚物。
该侧线去往重组分汽提及水洗单元。
塔顶出来的碳氢化合物气相去往压缩单元的闪蒸罐。
●重组分汽提及水洗单元
重组分汽提及水洗单元的目的是进一步浓缩低压溶剂汽提塔液相侧线中所含的重组分，同时回收溶剂。
从低压溶剂汽提塔侧线抽出的液相进入侧线汽提塔的上部，而从低压溶剂汽提塔塔釜引出的贫溶剂气相作为侧线汽提塔内的上升气相。
脱除重组分后的热溶剂从侧线汽提塔塔底排出，与低压溶剂汽提塔塔底排出的热溶剂一起去冷却并循环使用。
浓缩后的重组分气相从侧线汽提塔的顶部排出，经部分冷凝后去往重组分洗涤塔，通过水洗回收乙腈溶剂。
洗涤后的重组分气相被冷凝并送往界区外做燃料。
为了维持乙烯基乙炔及总炔的安全浓度，特从萃取精馏单元引出一股丁烷-丁烯物流，作为稀释剂加入侧线汽提塔的液相进料。
●丁二烯精馏单元
丁二烯精馏单元的目的是除去高压溶剂汽提塔塔顶出料中的杂质并最终得到1，3-丁二烯产品。
轻组分塔的作用是将轻组分（丙炔）从1，3-丁二烯中分离。
轻组分从塔顶出来，部分冷凝后排往界区外（乙烯装置裂解气压缩机入口）。
塔底物料去往后分馏塔。
该塔的作用是进一步分离产品中尚存的重组分杂质。
塔底物料返回下萃取精馏塔回收丁二烯，而塔顶物料则被送往产品处理系统，经水洗、冷冻脱水后送入界区外的丁二烯临时储罐，经进一步干燥和添加剂处理后进入丁二烯产品储罐。
●丁烷-丁烯（BB）水洗单元
丁烷-丁烯（BB）水洗单元的主要目的是从萃取精馏单元产生的丁烷-丁烯物流中回收乙腈，同时脱除回收溶剂中残留的碳氢化合物。
丁烷-丁烯进料在丁烷-丁烯水洗塔中与洗涤水逆流接触，洗掉进料中残留的乙腈。
洗涤后的丁烷-丁烯产品从塔顶排出并去界区外储存。
塔底出来的洗涤后水进入回收溶剂槽。
一起进入回收溶剂槽的还有来自重组分洗涤塔的洗涤后水以及从再生循环溶剂中抽出的少量贫溶剂（为了脱除溶剂中残留的重组分，如二聚物）。
为了提供足够的碳氢化合物，使萃取操作更有效率，特从萃取精馏单元引出一股丁烷-丁烯物料，加入进料管线。
经过洗涤后的碳氢化合物从回收溶剂洗涤塔塔顶排出并与重组分洗涤塔塔顶的物流一起，作为重组分产品送出界区外。
●溶剂回收单元
溶剂回收单元的目的是从各工艺物流（如洗涤后水）中回收乙腈，然后送回萃取精馏单元使用，以减少乙腈的损失。
从装置各处回收来的乙腈溶液全部被送入SRC进料罐，在这里通过相连的废气洗涤塔来最终脱除残留的碳氢化合物，然后乙腈溶液被泵送至溶剂回收塔。
通过精馏操作，几乎进料中的全部乙腈均与水形成共沸物并从溶剂回收塔塔顶排出，去往萃取精馏单元循环使用。
溶剂回收塔塔釜出料为仅含2ppm（wt）乙腈的工艺洗涤水。
●蒸汽/凝液系统
该系统提供和分配整个装置内使用的蒸汽和凝液。
回收的凝液除了用于洗涤和补充循环溶剂水平衡等使用目的之外，还用于换热回收热量，并降低界区蒸汽的过热程度。
这一方面提高了蒸汽的利用效率，另一方面也防止由于温度过高导致丁二烯聚合而使再沸器结垢。
●产品处理系统
该系统的目的是除掉1，3-丁二烯产品中的阻聚剂和水，以满足产品质量要求。
首先经丁二烯产品洗涤塔用冷却后的蒸汽凝液洗掉产品中的阻聚剂，然后经丁二烯产品冷却器（依靠冷冻机组来提供冷媒）和丁二烯产品聚结器以脱除水分。
处理后的产品存放于一个临时储罐内，待化验合格后再经丁二烯产品干燥器和产品-TBC混合器去罐区。
●化学品配制和输送系统
该系统提供本装置使用的化学品，主要包括亚硝酸钠溶液、阻聚剂和TBC溶液。
●溶剂收集系统
该密闭放净系统由地下管道将各设备放净的溶剂收集到乙腈收集槽，用于回收由于泄漏、维修和停车而排出的乙腈溶剂，减少损失。
1.3.2工艺特点
（1）本工艺以乙腈为溶剂，采用两步萃取精馏（萃取精馏单元和溶剂汽提单元）后接普通精馏操作（丁二烯精馏单元等），从混合C4原料中分离出高纯度的1，3-丁二烯产品。
萃取精馏既不同于液液萃取，也不同于普通精馏，它实际上是在原料中引入新的组分（溶剂），使待分离组分的相对挥发度大大提高，再通过精馏操作分离。
在本工艺中，由于极性的乙腈水溶液存在，C4原料中丁烷/丁烯组分与丁二烯组分的相对挥发度大大提高，并在萃取精馏塔内彻底分离（如果采用普通精馏，因为所需的理论板数太大，该分离操作无法实现工业化）。
由于同样的原理，通过高压溶剂汽提塔，C4炔烃、1，2-丁二烯、C5等组分与1，3丁二烯也得以分离。
（2）壳牌公司萃取精馏的主要特点是使用乙腈作为萃取溶剂。
除了能够大幅度提高待分离组分的相对挥发度之外，溶剂乙腈还具有以下优点：
●乙腈原料来源容易保证。
●在本工艺条件下，乙腈及乙腈-水混合物很稳定，而且对碳钢没有腐蚀性。
●乙腈具有优良的分离选择性。
●乙腈对于C4有机物具有良好的溶解性。
水的加入会降低这种溶解性，而且溶解性大小取决于水的含量。
●乙腈沸点较低，由此导致较低的操作温度，进而导致设备不易结垢和较长的运行周期。
同时，乙腈的挥发性足够低，致使回收和处理成本降低。
●乙腈的分子量大约是其它可选溶剂的一半。
低分子量溶剂的优点是可采用较低的溶剂循环量（质量流量）。
●与其它可选溶剂相比，乙腈具有较低的粘度，对提高塔板效率有利。
●含有乙腈的废水易于处理（可通过常规生化处理）。
（3）由于乙腈价格较贵，本工艺设计了一套易于操作的溶剂回收系统。
该系统一方面降低了乙腈的消耗，同时也通过清除杂质来保证循环溶剂的质量，由此强化装置性能，降低操作成本，延长运行周期。
（4）本装置的蒸汽/凝液系统体现了节能设计，从低压溶剂汽提塔再沸器和溶剂回收塔再沸器回收的凝液，一方面用于产品精馏系统再沸器的供热，另一方面用以降低
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