异丁烷脱氢项目可行性研究报告.docx
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异丁烷脱氢项目可行性研究报告
异丁烷脱氢项目
可行性研究报告
附图：
1、装置工艺流程示意图（23121F0256/30-01～05）
2、装置布置图（23121F0256/40-01）
第一章总论
第一节编制依据和原则
一、编制依据
1、关于咸阳石油化工有限公司20万吨/年异丁烷脱氢项目可行性研究报告编制委托书。
2、关于咸阳石油化工有限公司20万吨/年异丁烷脱氢项目可行性研究报告技术咨询合同。
3、咸阳石油化工有限公司提供的有关基础资料。
二、编制原则
1、技术方案选择，要做到先进可靠、经济合理，以提高企业的竞争能力和经济效益。
2、系统配套工程的规划，除满足本项目要求外，在平面布置中尽可能为企业今后向上下游生产发展预留位置。
3、认真贯彻工厂设计模式改革，简化体制、减少定员；在平面布置上合理地集中布置，节省占地，以降低项目投资。
4、设备材料的选择，在稳妥可靠的前提下，尽量考虑国产化，以节省建设投资。
5、采用集散控制系统（DCS），实现集中监视和先进过程控制、协调操作参数，提高工艺装置和辅助设施的自动化水平和综合管理水平，提高经济效益。
6、采取先进成熟的节能措施，降低装置能耗。
7、严格执行国家和地方关于环境保护、消防和职业安全卫生等有关法律、法规，做到“三废”治理、安全卫生等保障措施与工程建设同时进行。
8、生产装置及公用工程设施的设计操作弹性为60%-120%。
第二节项目背景及项目建设意义
一、建设单位基本情况
咸阳石油化工有限公司是由咸阳科技产业投资有限公司和长庆石化公司的职工股公司咸阳可望得科贸有限公司等单位共同出资组建的有限责任公司。
公司目前主要装置为10万吨甲醇，10万吨二甲醚，5万吨MTBE和20万吨/年连续芳构化装置。
主要股东情况如下：
咸阳科技产业投资有限公司是于2005年成立的主要从事城市天然气输配工程、化工以及科技项目的投资和经营管理，公司现有咸阳新科能源有限公司、江苏省昆山利通天然气有限公司和咸阳石油化工有限公司等三个控股或参股子公司。
咸阳可望得科贸有限公司于2000年10月成立，公司注册资本叁仟伍佰柒拾玖万玖仟元。
经营范围：
石油化工助剂（不含易燃易爆物品）的研究与开发；低温余热的开发利用、技术服务；纯净水生产与销售；防腐保温维修；印刷、商贸、餐饮服务、住宿；汽油柴油零售；汽车运输、装卸、租赁服务；劳务中介服务、游泳、健身等。
近年来，公司全体员工团结一致，开拓创新，积极开展工作，圆满地完成了各项生产经营任务，企业呈现出发展速度快，内部管理日益强化的特点，取得了较好的经济效益。
二、项目建设的必要性
1、本项目建设符合咸阳石油化工有限公司生存与发展的需要
咸阳石油化工有限公司高度重视咸阳化工产业的科学发展，要抢抓机遇，按照咸阳市市委市政府化工产业发展规划，发挥本企业在咸阳当地的化工产业基础、资源及人才优势，在咸阳建设新型C4原料综合利用项目，提高整体抗风险能力。
2、本项目符合国家“石化产业调整振兴规划”的政策要求。
本项目对C4原料进行综合加工生产利用，从而生产出价值更高的MTBE、粗丁烷产品，装置采用了国内先进碳四深加工生产技术，对C4原料进行深加工具有示范作用，作精、作细、作大，符合国家“石化产业调整振兴规划”的政策要求。
三、项目实施的有利条件
1、咸阳交通便捷，空港—西安咸阳国际机场距市区仅14公里，铁路、公路纵横交错、四通八达，邮电通讯发达，能源水电供应充足，公用基础设施完善，商业、贸易、金融等服务机构俱全，为我们企业的经营发展创造了重要前提条件。
2、咸阳石油化工有限公司有一个善于思考，团结奋进，凝聚力强的领导班子和吃苦耐劳勇于拼搏的广大员工，这是我们企业取得好效益的关键保证，在领导班子的布署带动下，全体职工一心一意搞事业，不计时间，不计报酬，圆满地完成了各自的生产经营任务，企业的经济效益逐年上升，固定资产投资逐年扩大。
3、咸阳石油化工有限公司位于长庆石化公司厂区附近，其原料来源稳定、公用工程系统可以依托长庆石化公司，其产品也可以作为汽油调和组分定点消售至长庆石化公司。
总之，咸阳石油化工有限公司建设本项目有独特的优势。
第三节项目范围
本项目工程内容包括新建20万吨/年异丁烷脱氢装置；以及配套控制室、化验室、变配电室、循环水场及相关储运设施；
主要单项工程一览表表1-3-1。
表1-3-1本项目单元划分表
序号
装置（子项）名称
规模
备注
1
生产装置
1.1
异丁烷脱氢装置
20万吨/年
新建
2
辅助设施
2.1
配套储运系统
新建
2.1
配套循环水场
新建
2.3
总变电所
新建
2.4
系统管网
新建
2.5
中控室及化验楼
新建
第四节研究结果
一、项目概况
本项目包括新建20万吨/年异丁烷脱氢装置，本装置以异丁烷为原料生产异丁烯，采用类似超低压连续重整的移动床工艺，配备催化剂连续再生系统。
生成的异丁烯与甲醇醚化反应生成MTBE，从而实现异丁烷与异丁烯分离的目的。
本项目采用洛阳瑞泽石化与石油科学研究院联合开发的移动床异丁烷脱氢技术，与引进专利技术相比，可以省去了庞大的技术引进费用，可以缩短设计周期4个月，可以提供优质的现场技术服务，是完全可行的。
二、主要技术经济指标
主要技术经济指标汇总见表1-4-1
主要经济评价指标汇总见表1-4-2
表1-4-1主要技术经济指标汇总
序号
名称
单位
数量
备注
1
原料
1.1
清洁液化气
万吨/年
33.34
1.2
甲醇
万吨/年
10.514
2
主要化学药剂
2.1
预加氢催化剂
吨/年（一次装填量）
8
2.2
脱氢催化剂
吨/年（一次装填量）
45
2.3
双烯饱和催化剂
吨/年（一次装填量）
20
2.4
MTBE催化剂
吨/年（一次装填量）
40
2.5
干燥剂
吨/年（一次装填量）
20
2.6
脱氯剂
吨/年（一次装填量）
40
2.6
脱硫燥
吨/年（一次装填量）
40
3
工艺装置规模
万吨/年
20
4
年操作时数
小时
8000
5
产品产量
5.1
氢气
万吨/年
0.72
5.2
燃料气
万吨/年
0.88
5.3
MTBE
万吨/年
28.914
5.4
正构烷烃
万吨/年
13.333
6
公用工程净增消耗
6.1
标准燃料气
kg/h
2300
6.2
循环水
t/h
2000
6.3
电
10kV/380V/220V
kW
7060/1260kW
6.4
3.5MPa蒸汽
t/h
15
6.5
0.4MPa蒸汽
t/h
25
6.6
凝结水
t/h
-40
6.7
净化风
Nm3/h
800
6.8
非净化风
Nm3/h
100
6.9
氮气
Nm3/h
100
6.10
新鲜水
t/h
2
7
新增定员
人
80
表1-4-2主要经济评价指标汇总
序号
项目
单位
指标
备注
一
基本数据
1
总投资
万元
79403
1.1
建设投资
万元
69301
1.2
建设期利息
万元
3385
1.3
流动资金
万元
6717
2
报批总投资
万元
74701
3
项目资本金
万元
29735
4
营运期年均营业收入
万元
288646
5
营运期年均总成本费用
万元
229598
6
营运期年均增值税
万元
19560
7
营运期年均营业税金及附加
万元
2347
8
营运期年均利润总额
万元
56700
9
营运期年均息税前利润（EBIT）
万元
57270
10
营运期年均所得税
万元
14175
11
营运期年均净利润
万元
42525
二
经济评价指标
1
税前项目投资财务内部收益率
%
76.00
基准值13%
2
税后项目投资财务内部收益率
%
59.22
3
税前项目投资财务净现值
万元
269166
4
税后项目投资财务净现值
万元
192475
5
税前项目投资回收期
年
2.23
6
税后项目投资回收期
年
2.61
7
项目资本金财务内部收益率
%
80.77
基准值13%
8
总投资收益率（ROI）
%
72.13
9
资本金净利润率（ROE）
%
143.01
10
利息备付率（ICR）
20.43
还款期内平均
11
偿债备付率（DSCR）
1.45
还款期内平均
三、结论
1、咸阳石油化工有限公司建设本项目，增加了高附加值产品的数量，对企业的发展起到积极的推动作用；同时也对下一步的化工装置建设打下了很好的基础。
2、本项目采用先进可靠的工艺技术，不仅产品质量好、能耗低。
项目完成后，可增强企业的经济效益和市场竞争力。
3、本项目总投资79403万元，报批总投资74701万元，其中建设投资69301万元，建设期借款利息3385万元，铺底流动资金6717万元。
年均净利润42525万元，所得税后项目投资财务内部收益率为59.22％，税后投资回收期为2.61年（含建设期）。
本项目各项经济指标均好于行业基准值，有较好的经济效益，在经济上是可行的。
第二章市场分析
本项目涉及到的原料主要有异丁烷和甲醇，产品有MTBE.
一、异丁烷。
炼油厂生产的液化石油气，一般先经气分装置分出高附加值的丙烷和丙烯，混和C4再经MTBE装置将其中的异丁烯与甲醇反应生成高辛烷值汽油调和组分（MTBE），未反C4经芳构化装置将其中的正丁烯转化为芳烃，最后剩余的全是烷烃，并以异丁烷为主。
随着我国西气东输项目的实施，民用燃料市场主要由天然气占领，民用液化气市场一步步萎缩，特别是低饱和蒸汽压的异丁烷组分更不受欢迎。
另外异丁烷不是好乙烯裂解原料，因此销售市场很差。
异丁烷脱氢技术的开发有效地开辟了一条将低附加值的异丁烷增值为高附加值的异丁烯的路线，有利于将液化石油气深度开发利用，真正做到将液化石油气吃干榨尽，实现循环经济。
二、甲醇
我国现有甲醇主要来煤化工和天然气化工，生产装置近200套，规模20万吨/年的有一套，10万吨/年有几十多套。
目前的生产能力800万吨/年。
表观需求量约为700万吨/年，生产能力略有过剩。
随着大型甲醇装置和现有装置改扩建工程的陆续投产，预计“十二五”期间将新增生产能力约200万吨/年左右。
甲醇价格比较稳定，一般在2500-3200元/吨波动。
从供求分析，甲醇供应能满足本项目的需要。
咸阳石油化工有限公司有一套10万吨甲醇装置，能满足本项目的需求。
三、产品MTBE
MTBE作为高辛烷值汽油调合组份，一般不直接作为最终产品出厂，而是作为中间产品与汽油馏分调合为最终的高标号汽油产品。
其市场主要表现在汽油产品的市场。
近十年来，随着我国国民经济的迅速增长，汽柴油的生产和消费均呈现快速增长的态势。
综上所述，本项目原料可靠，产品销售市场稳定，有很好的市场前景。
第三章生产规模及产品方案
第一节装置规模
1、装置组成
本装置包括原料精制、反应、再生、分馏和MTBE五部分，
2、年开工时数
本装置年开工时数为8000小时.
3、装置规模
按新鲜进料计，装置公称规模为20万吨/年，考虑单程转化率较低和循环物流的存在，各部分公称规模如下：
原料预处理：
50万吨/年（按异丁烷产品计）。
反应部分：
50万吨/年（按进料计）。
再生部分：
600Kg/h（按催化剂循环量计）。
分馏部分：
40000Nm3/h，按气体压缩规模计。
MTBE部分：
30万吨/年（按MTBE产品计）。
第二节原料来源及性质
本装置原料为清洁液化石油气和甲醇，主要生产精制MTBE，并副产氢气。
1原料
1.1清洁液化气
清洁液化石油气一般来自芳构化装置，其硫含量很低，主要由烷烃组成，详见下表：
表3-1清洁液化石油气（m%）
项目
组成
范围
丙烷及其组分
20
40-20
异丁烷
60
40-60
正丁烷及其组分
20
20
硫含量
<5ppm
合计
100
1.2甲醇
甲醇为工业一级品纯度≥99.7%（wt）
第三节产品方案
本装置主要产品MTBE和PSA氢气
1.1产品MTBE
表3-2MTBE规格
项目
WT%
MTBE
98.5
C4组分
≤0.10
C5组分
≤0.10
DIB（异丁烯二聚物）
≤0.6
MSBE（甲基仲丁基醚）
≤0.6
TBA叔丁醇
≤0.10
合计
100
1.2PSA氢气
PSA氢气纯度不少于99.9V%
第四章工艺说明
第一节工艺技术选择
由于异丁烷与异丁烯的价值差距较大，异丁烷脱氢制异丁烯技术有迫切的需求，异丁烷是一个很稳定的分子，其脱氢过程活化能较高，需要比较高的反应温度，异丁烷脱氢是很强吸热过程，同时伴有焦碳生成，工程上主要是围绕着如何供热、如何烧焦再生催化剂来进行工程技术开发的，本技术一般包括原料精制、反应再生、产品分离三个部分。
目前有两类技术可供选择，其原料精制和产品分离部分基本相同，差别主要在于反应再生系统，下面就反应再生部分加以对比说明：
第一类，LUMMUS的固定床技术，采用卧式反应器，每台反应器中装有大量的催化剂，先用燃料燃烧将催化剂升温至反应温度以上，再喷入异丁烷，利用催化剂所蓄热量提供反应热，当催化剂温度下降到一定程度以后，重新开始燃烧升温，一个催化剂反应周期时间较短，一般为几分钟，其催化剂为含有镉的条形催化剂。
本类技术对于单台反应器而言是切换式的，为了满足装置的连续操作，通常采用4台甚至更多的反应器，并列进行反应，不同的反应器同一时间内可能处于不同的催化剂周期，即同一时刻可能有的反应器在反应，有的反应器在再生。
其优点是工程实施难度小，但其投资较高、切换频繁、存在安全隐患，并且其催化剂中含有重金属镉，存在环保问题。
另一类是UOP的移动床技术，采用类似连续重整的多台串联的立式径向反应器，反应器之间设置中间加热炉，以提供反应热，反应过程设有循环氢压缩机，以作为热载体和保护催化剂，降低生焦率，其催化剂为含有铂等贵金属的小球催化剂，具有很好的流动性，催化剂被不断地从最后一个反应器中移出，并被送至再生系统再生，再生好了的催化剂提升至第一个反应器，同时第一反应器的催化剂也被提升至第二个反应器，直至最后一个反应器。
其优点是反应过程连续、无需要切换、操作平稳、消除了安全隐患。
但其工程实施难度大，其催化剂为含有贵金属铂。
国内有多家研究机构从事异丁烷脱氢技术研究，其中国石化股份石油化工科学研究院（简称石科院）是其中的佼佼者，已进行了多年的异丁烷脱氢催化剂开发，采用贵金属催化剂路线，目前已完成催化剂的制备、小试、中试和再生性能测试，已具备工业应用条件。
洛阳瑞泽石化工程有限公司（简称洛阳瑞泽）是一家石化行业甲级工程公司，在移动床工程技术研究的方面有自己独特的见解，处于国内领先地位，其自主开发移动床技术为国内首创，并于2007年成功应用于中国石油华北石化公司的60万吨/年超低压连续重整装置和2010年成功应用于山东东方华龙工贸集团20万吨/年混和C4连续芳构化装置上。
洛阳瑞泽与石科院的强强联合经过了两年多的联合开发，已完成异丁烷脱氢技术的前期开发工作，目前完全具备工程实施条件。
具有自主知识产权的异丁烷脱氢技术的开发能有效地降低装置投资、提高装置盈利能力。
由于异丁烷脱氢反应单程转化率约为40%，因此20万吨/年的处理能力其装置规模相当于50万吨/年连续重整，并且反应系统的材料需要升级。
从投资效益和工程实施的方便性考虑，要本项目按国产技术考虑。
三、主要操作条件
表4-1-1预加氢氢反应条件
项目
型号
RS-1或相当
操作压力/MPa
0.65
催化剂体重时空速/h-1
8
反应器入口温度/℃
400
氢烃分子比
0.4
表4-1-2脱氢反应器操作条件
项目
操作压力/MPa
0.25
催化剂体重时空速/h-1
3.5
脱氢催化剂装量/t
45（反再系统）
反应器入口温度/℃
620
总温降/℃
140
平均温度/℃
580
生焦量/kg·h-1
21
表4-1-3再生器操作条件
项目
操作压力/MPa
0.50
催化剂循环量/kg·h-1
500
二段烧焦区入口温度/℃
480
一段烧焦区出口温度/℃
520
正常操作温度/℃
550
最高操作温度/℃
580
表4-1-4原料预处理部分各塔操作条件
脱丙烷塔
脱异丁烷塔
压力MPa（g）
16
0.7
塔顶温度℃
45
60
塔底温度℃
103
79
回流比（对进料重量）
4
5.5
表4-1-5混相膨胀床反应器操作条件
项目
混相膨胀床反应器
温度℃
进料
35～45
出料
60～70
压力MPa（绝）
入口
0.75
出口
0.8
表4-1-6分离及甲醇回收系统操作条件
项目
催化蒸馏塔（A.B）
萃取塔
甲醇塔
温度℃
塔顶
50～60
40
63～65
塔底
125～140
40
105～110
压力MPa（绝）
塔顶
0.5～0.8
0.5～0.6
0.11～0.12
塔底
0.5～0.8
0.5～0.6
0.15～0.18
第二节 工艺流程简述
1、原料精制部分
原料精制部分为脱丙烷、脱异丁烷，异丁烷脱氧，预制出精制异丁烷。
其中脱异丁烷塔采用开式热泵流程，塔顶异丁烷蒸汽用压缩机增压后作为塔底重沸器的热源，多余的异丁烷蒸。
压缩机采用3.5MPa背压蒸汽透平驱动，背压为0.3MPa，背压蒸汽作为脱丙烷塔的热源，脱丙烷塔顶采用循环水冷却。
经脱丙烷和脱重后的异丁烷经分子筛罐吸附，以脱除其中的水和少量的二甲醚，精制后的异丁烷作为反应部分的进料。
分子筛罐共设两台，一台吸附，一台再生，再生介质为产品异丁烷气，含水的再生异丁烷被送往MTBE部分回收。
2、反应部分
反应部分包括原料加氢反应和异丁烷脱氢反应，这是串联布置的反应系统。
在加氢部分，来自原精制部分的异丁烷与循环氢混和，经换热后进行加氢反应，将其中的有机硫、氮等杂质加氢脱除，并饱和烯烃，以减少其在加热炉中结焦的可能性。
加氢反应器为固定床反应器。
加氢产物经换热、加热升原子，生成异丁烯，由于本反应是强吸热反应，因此反应分多步进行，并设有中间加热炉。
本部分设置3台反应器、一台三合一加热炉，产品原料换热器和循环氢压缩机，循环氢与异丁烷的摩尔比为0.4：
1.。
脱氢反应器按移动床设计，它与再生系统构成催化剂闭路循环。
3、再生部分
再生部分将待生脱氢催化剂进行再生，恢复其活性，然后再送回反应器，完成催化剂的连续再生过程，从而使重整反应始终在高苛刻度下进行。
本部分共包括催化剂循环系统、再生气循环系统、氮气循环系统。
3.1催化剂循环
移动床脱氢的特点之一就是催料斗，提升氮气由氮气压缩机升压，通过一次和二次气量调节将催化剂提升至再生器上部缓冲罐，由r射线料位仪监测催化剂料位，当料位达一定高度时，启动特殊球阀及特殊闸阀，将催化剂放入闭锁料斗。
特殊球阀仅隔断催化剂不隔断气体，特殊闸阀隔断气体，闭锁料斗中催化剂被升压至与再生器压力一致后，在定时器的控制下连续送入再生器进行烧焦再生。
以定时器设定的时间控制再生催化剂循环量。
催化剂在再生器内依次流过一段烧焦区、二段烧焦区、氧氯化区以及焙烧区后，流入1号下部料斗，并用氮气反吹以一反应器上部的缓冲料斗，在还原器中被热氢气还原后，进入第一反应器。
在各个反应器之间由循环氢气提升，从而完成整个催化剂的循环。
在催化剂循环流程中，有两个独立的气体提升系统：
a氮气提升系统
催化剂从反应器到再生器之间的催化剂输送采用密闭的氮气提升气，这样可以有效地起到安全隔离作用。
氮气的循环使用，可降低公用工程的消耗。
b氢气提升系统
在反应器之间的催化剂利用产氢从产物分离部分引出一部分氢气进行提升，由二次氢气量调节提升量。
氢气作为提升气，使反应物一直处在氢气环境下，不影响反应系统的正常操作。
提升氢气混入反应物流，还可起到调节反应入口氢分压的作用。
3.2催化剂再生
待生催化剂从最后一台反应器引出，并靠氮气提升至再生段。
此催化剂储存在上部缓冲罐中，储存量相当于一小时的催化剂循环量，当射线料位仪检测达高料位时，催化剂靠重力输送至闭锁料斗。
闭锁料斗增压至再生器的操作压力，并整批输送入再生器的上部。
再生器的压力稍高于第一反应器的压力。
在再生器中，催化剂依次经一段烧焦区、二段烧焦区、氧氯化区以及焙烧区器中由氢气提升至第一反应器上部料斗，在流经还原室时被来自提升系统的热氢气还原。
还原过的催化剂保持了和原来几乎一样的性质进入第一反应器，从而完成催化剂的再生过程。
再生气流程：
再生气由再生气循环压缩机压出，与烧焦后的再生气换热，再经电加热器加热升温到470℃的再生温度后进入一段烧焦区，通过径向床层与催化剂接触，再生气在中心管汇集，与二段烧焦气混合。
二段烧焦空气由压缩机送出，与一段烧焦尾气一起通过径向床层，以烧去催化剂上残余的炭。
二段烧焦再生气冷却后去碱洗塔。
由压缩机出来的另一路再生气与氯化气换热，再经电加热器加热到540℃后由再生器底部进入干燥区。
干燥气体与流接触，干燥掉催化剂的水分，然后由中间细管窜入氯化区顶部，与加入的氯化剂混合，分两段轴向与催化剂接触氯化。
其尾气与烧焦尾气混合经水冷器去碱洗塔。
洗涤循环：
由碱洗循环泵连续地打洗涤水进洗涤塔，在循环碱水连续洗涤下，除去再生过程产生的酸性气体、含氯气体，保证净化的再生气的循环使用而不致对再生器产生严重腐蚀。
洗涤后的再生气少部分放空，大部分由压缩机压缩后循环使用。
新鲜空气经过空气压缩机压缩补入，碱洗塔通过塔顶的压控进行放空。
催化剂粉尘回收：
催化剂在反应再生过程的输送中，因磨损会有部分粉尘产生，粉尘的存在会导致中心管等处的堵塞，造成气流不均，影响整流反吹，把催化剂粉尘除去，在粉尘过滤器中把粉尘回收下来，催化剂粉尘可定期卸出装桶，送往贵金属回收工厂回收铂。
4、产物分离部分
产物分离部分包括产物淋洗、气体增压、干燥脱水、冷冻分离、异丁烯精制。
自最后一级反应器出来的反应物，先与气相原料换热至145℃左右，进入淋洗塔，淋洗塔是一台吸收塔，塔底液相经冷却至40℃后循环到塔顶，与反应产物逆向接触，吸收反应产物中的热量，将反应产物冷却到45℃，气相从塔底排出，送至气体增压部分，吸收了反应产物显热的液相从塔底抽出，冷却
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