工艺流程设计.doc

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2012“中国石化-三井化学杯”ICan队

目录

第1章绪论 1

1.1项目建设意义 1

1.1.1MTBE生产背景以及前景 1

1.2工艺简介 1

1.2.1原材料组成 1

1.2.2副产品组成 2

1.2.3安全标准 2

1.2.4产品物理、化学性质 4

1.2.5生产工序及工艺流程 5

1.2.6生产控制一览表 8

1.2.7三废及处理 9

第2章计算部分 9

2.1物料衡算 9

2.1.1全车间物料衡算 9

2.1.2反应器物料衡算 10

2.1.3精馏塔物料衡算 17

2.1.4萃取塔物料衡算 18

2.1.5回收塔物料衡算 20

2.2热量衡算 22

2.2.1冷却器E101热量衡算 22

2.2.2反应段热量衡算 23

2.2.3换热器E104的热量衡算 24

2.2.4T101进料换热器热量衡算 25

2.2.5T101热量衡算 26

2.2.6E108热量衡算 27

2.3反应器的计算 30

2.3.1R101各段出口温度的计算 30

2.3.2R101各段密度的计算 32

2.3.3催化剂用量和床层高度的计算 34

2.3.4反应器直径的计算 34

2.4精馏塔衡算 37

2.4.1精馏塔物料平衡 37

2.4.2精馏塔各部分温度的计算 37

2.4.3回流比和理论塔板数的确定 42

2.4.4进料位置的计算 43

2.4.5精馏塔全塔热平衡 44

2.4.6精馏塔塔高塔径的计算 45

2.5萃取塔计算 47

2.5.1萃取塔理论级数的确定 47

2.5.2萃取塔塔径的计算 48

2.5.3萃取塔塔高的计算 54

2.6换热器的计算 57

2.7泵的计算 57

2.7.1进口阻力 58

2.7.2出口阻力 59

2.8工艺流程图 60

第1章绪论

1.1项目建设意义

甲基叔丁基醚（MTBE）是一种高辛烷值汽油添加剂，用MTBE取代四乙基铅可减少环境污染。

MTBE也是一种不腐蚀、低污染、成本低的碳四分离新手段。

裂解得到的聚合级异丁烯，供丁烯橡胶使用。

含异丁烯0.5％以下的直链丁烯用作丁烯氧化脱氨制丁二烯的原料。

将MTBE进行分解，所得的异丁烯只需要进行经过简单蒸馏及洗涤，即可得到99.5％的高纯度异丁烯。

MTBE作为新兴的重要的化工产品，已广泛应用在法国、意大利、加拿大等国家。

在我国也有着广泛的开发前景。

1.1.1MTBE生产背景以及前景

生产情况自20世纪70年代MTBE工业化生产以来，在美国和西欧掀起了建设MTBE装置的热潮，MTBE由此一跃而成新兴的大吨位石化产品，产年均增长率为2．1％，增长最快的地区是亚洲和拉美。

截至1999年国共有MTBE生产装置48套，合计生产能力为1091万吨／年。

其中生产能力最大的前5家公司分别是：

Lyondell、Huntsman、Valero、Texas、ExxonMobil，合计生产能力为538万吨／年，占国内总生产能力的49．3％。

截至2003年，西欧共有38套MTBE生产装置，合计生产能412万吨／年。

最大的MTBE生产商为Lyondell公司。

截至2001年，亚洲（不包括中东）共有MTBE生产装置46套，合计生产能力为328万吨／年，总产量达260万吨。

中东MTBE生产能力增长迅速，已由1995年的259万吨／年增长到2000年的412万吨／年，年均增长率约为10％。

需求情况美国是世界上MTBE的第一生产和使用大户。

1999年，由于发现地下水受到了汽油储罐等设施泄漏的微量MTBE的污染，美国加利尼亚州率先宣布禁用MTBE作汽油添加剂。

随后，由于掺混了MTBE的汽油储罐泄漏而造成地下水污染的事件也在美国其他一些州出现，这些州也开始追究和责备MTBE的使用。

也可以得出结论：

今后美国MTBE生产和使用的缩减是确定无疑的。

1.1.2车间组成及结构

本厂包括生产车间和辅助车间。

辅助车间包括：

办公室、工艺组、设备组、化工班、机修。

本车间为连续自动化生产，共分四个班，四班三倒的作息制度，全年生产24*300小时。

1.1.3设备布置

由于生产易燃易爆，所以主要设备露天布置，反应器及塔并排安装，冷凝器及换热器安装在二楼和三楼上控，调节仪表安装在控制室。

1.2工艺简介

1.2.1原材料组成

本装置以吉化炼油厂液化气分离车间催化裂解碳四（含异丁烯18％）和本厂丁二烯抽提车间抽余碳四（含异丁烯34.1％）两者以51.326：

1（重量比）混合为碳四原料。

表1原材料组成

序号

原料名称

控制项目名称和指标

备注

1

混合碳四原料

异丁烯含量18～42％

﹤0.8％、﹤0.5％

ACN﹤20ppm、阳离子﹤4ppm

水﹤0.03％、其他碳四：

平衡

以计

2

甲醇

外观：

无色透明液体、比重：

0.791～0.792

初馏点;64～65.5℃、蒸馏量≥99.2％

游离酸：

≤0.002％、游离碱≤0.005％

水≤0.05％、酸值（koHmg/g）≤0.035

蒸馏残渣≤0.002％

以HAC计

以计

3

碱液

NaoH含量≥6％

4

盐酸溶液

HCL含量≥12％

5

触媒

外观：

灰白球状、孔容：

0.25～0.29ml/g

交换当量:

4.2～4.8mg当量/g干树脂

膨胀比：

1.3～1.75、强度：

99％

比表面;13～15、粒度：

10～60目

1.2.2副产品组成

表2副产品组成

序号

名称

规格

单位

设计定额

1

丁烯-1

丁烯-1～41％、～18.4％

异丁烯≤0.4％、甲醇≤0.15％

MTBE≤0.5％

T

19.07

2

残液馏分

MTBE≥98.7％

Kg

10

1.2.3安全标准

1.2.3.1安全与卫生标准

根据生产所用原料，中间产品和成品的性质，对生产各部分的防火防爆标准规定如下：

表3防爆等级和卫生标准

序号

地点

防火等级

防爆等级

避雷等级

1

装置区

甲级

级

二类

2

泵房

甲级

级

二类

3

中间罐区

甲级

级

二类

1.2.3.2物料爆炸范围及卫生标准

表4物料爆炸范围及卫生标准

序

号

名称

闪点℃

自燃点℃

爆炸极限％

上限

爆炸极限％

下限

空气中允许浓度mg/L

1

碳三组分

—66.7

455～510

11

2

0.5

2

碳四组分

—40～—80

455

12

2

0.1

3

碳五组分

—40

6.9

1.25

4

甲醇

12

433

36.5

5.5

0.05

5

MTBE

—26.7

8.4

1.6

0.35

1.2.3.3安全措施

本装置安全特点：

原料碳四、甲醇、副产品丁烯-1馏分以及成品MTBE等都是易燃易爆介质。

闪点低于环境温度，其蒸气与空气在不正常操作情况下。

如误操作，设备拆卸检修等均有可能形成爆炸性混合物。

甲醇、MTBE有一定毒性，辅助材料和盐酸等的水溶液则有一定的腐蚀性，且系统操作压力也较高。

详细举措：

（1）控制可燃物质，文明生产，消除跑、冒、滴、漏，防可燃物质外流。

（2）格局空气和氧化剂，设备要密闭，采用氮封，水封等是可燃物与氧气隔绝。

（3）消除着火源。

（4）防火势和爆炸波的扩展和蔓延，不形成新的燃烧条件。

（5）提高安全技术，加强安全管理。

1.2.4产品物理、化学性质

1.2.4.1MTBE物理性质

表5MTBE物理性质

常数名称

单位

数据

沸点

℃

55.2

冰点

℃

—108.6

闪点

℃

26.7

生成自由能

（Gf298）

液相

KJ/mol

—119.90

气相

535.30

自燃点

℃

460

爆炸范围

空气vol％

1.6～8.4

液体比重（d15.56℃）

0.746

临界压力

amt

33.85

溶解度

20℃在100g水中溶醚

g

4.89

20℃在100g醚中溶水

1.5

燃烧热

KJ/㎏

35.1079

蒸发潜热

KJ/㎏

321.1776

液体热容

KJ/㎏K

2.1328

折光指数（20℃）

1.3689

绝对熵

液相

KJ/mol

265.1806

气相

357.6446

生成热

液相

KJ/mol

—313.3991

气相

1.2.4.2MTBE化学性质

MTBE化学性质如下：

（1）MTBE与氧气或空气接触时，不能形成爆炸性过氧化物。

（2）MTBE与强无机酸相接触，则会发生分解反应，生成异丁烯、甲醇及烃类。

（3）MTBE在酸性三氧化二铝存在下，于20℃和压力条件下，生成异丁烯、甲醇，由此性质可生成高纯度异丁烯。

（4）MTBE与甲醛在阳离子树脂上于140℃反应生成异戊二烯、甲醇。

（5）MTBE在230～280℃，在有催化剂存在下与空气氧化可以生成异戊二烯。

1.2.4.3反应原理

MTBE是由混合碳四中的异丁烯和甲醇在强酸性苯乙烯大孔阳离子交换树脂催化剂上进行合成。

主反应方程式:

副反应方程式:

1.2.5生产工序及工艺流程

本车间分为反应、精馏、回收三个工序。

来自1#罐区的混合碳四原料经FRQ101进行流量记录与累积后进入碳四原料储罐V101，V101液面通过LICA101液面调节器保持稳定，来自2#罐区的工业甲醇经FRQ102进行流量记录与累积后进入甲醇储罐V102，其液面由LICA101进行液面指示与报警，当槽内压力过2389.03Pa后开启水喷淋降温。

由P108A/B泵来的回收甲醇，也进入V102槽，V101罐中的碳四经原料泵P101A抽出，由FRC101控制流量8.922T/Hr与P102A/B甲醇泵来的甲醇接触，醇烯比1.05～1.2：

1进入X101混合器混合。

碳四原料进入P101泵签经在线色谱AR101分析原料中异丁烯含量，V102中的甲醇经甲醇原料泵P102A/B抽出，经FI101计量后与P101来的碳四混合。

碳四原料、甲醇经X101混合后进入原料冷却器E102，以—12℃的冷冻盐冷却，出口温度由TIC101控制在25±5℃，冷却后的物料进入保护反应器R102A/B，以脱除原料的金属阳离子。

R102内装有树脂3.85立方米，物料经过床层后，氧离子浓度即可由4ppm降至1ppm以下。

脱除阳离子的新鲜物料由R102出来后，与第一醚化反应器R101A/B一段循环物料混合一起进入原料换热器E101，在E101中由TRC101表调节蒸汽加热或循环水冷却，控制出口温度为55℃，然后进入R101A/B的一段，原料中的异丁烯与甲醇在接触媒床层进行反应。

一段一器操作条件：

压力：

1570537.5Pa，入口温度：

55℃，出口温度76.43℃，充分利用热能和控制碳四转化率74％，一段一器反应终了后，由一段一器循环泵P103A/B抽出部分物料，循环到原料换热器E101，循环量由FRC101控制循环比为0.8，其余部分进入一器二段继续反应。

由二段流出的物料，温度为71.7℃，压力为1530007.5