烷基化工艺说明.docx

1、烷基化工艺说明1概述32 工艺设计技术方案4 3 原料及产品性质54 装置物料平衡75 工艺流程简述86 主要设备选型说明147 消耗指标及能耗148 装置定员219 环境保护2210 职业安全卫生2311 装置对外协作关系2912 设计执行的标准目录311 概述该烷基化装置采用硫酸烷基化工艺，公称规模为16万吨/年。1.1 设计依据1.1.2 DUPONT 公司提供的硫酸烷基化工艺包；1.2 装置概况装置原料：本装置原料为上游MTBE装置提供的未反应碳四馏分、加氢裂化液化气，前处理所需的少量氢气由制氢装置提供。装置建设规模： 根据MTBE装置所提供的液化气量及液化气中的烯烃含量，实际可生产烷

2、基化油约万吨/年，本装置设计规模为16万吨/年烷基化油。装置建设性质：在酸催化剂的作用下，液化气中的异丁烷与烯烃反应生成高辛烷值汽油调合组分-烷基化油。1.3设计原则：1选用成熟可靠的工艺技术和控制方案，使设计的装置到达安、稳、长、满、优操作。2优化工艺流程并推广应用新工艺、新技术、新设备、新材料，降低生产成本同时降低装置能耗，提高产品质量档次。3在保证技术先进、装置生产安全可靠的前提下，降低能耗并尽量降低工程造价，节省投资。4为了降低工程投资，按照“实事求是、稳妥可靠”的原则，提高国产化程度，所需设备立足国内解决，只引进在技术、质量等方面国内难以解决的关键设备、仪器、仪表。5采用DCS 集中

3、控制，优化操作，以提高装置的运转可靠性，提高产品收率和质量。6严格执行国家、地方及主管部门制定的环保和职业安全卫生设计规定、规程和标准，减少“三废”排放，维护周边生态环境，实行同步治理，满足清洁生产的要求。1.4 装置组成： 本装置由原料精制、反应、流出物精制和产品分馏、化学处理等几部分组成。装置运行时数和操作班次： 装置年开工时间按8400小时计，操作班次按四班三倒。1.5 设计范围本设计范围为本装置所涉及的设备、管道、仪表、配电等，装置有关分析化验项目由中心化验室承担。2 工艺设计技术方案烷基化装置是以液化气中的烯烃及异丁烷为原料，在催化剂的作用下烯烃与异丁烷反应，生成烷基化油的气体加工装

4、置。本装置包括原料加氢精制和烷基化两部分。原料加氢精制的目的是通过加氢脱除原料中的丁二烯。因为丁二烯是烷基化反应中主要的有害杂质，在烷基化反应过程中，丁二烯会生成多支链的聚合物，使烷基化油干点升高，酸耗加大。脱除原料中的丁二烯采用选择性加氢技术，该技术已在国内多套烷基化装置上应用，为国内成熟技术。由于MTBE装置所提供的未反应碳四馏分中烷烯比不足，需补充部分异丁烷，因此引入部分加氢裂化液化气，与加氢后的碳四馏分混合进入脱轻烃塔，别离出满足烷烯比要求的碳四馏分。以液体酸为催化剂的烷基化工艺可分为硫酸烷基化和氢氟酸烷基化，两种工艺都为成熟的技术，在国内外都有广泛应用。本设计采用的是DUPONT公司

5、的硫酸烷基化工艺，该技术具有如下特点：1采用反应流出物致冷工艺：利用反应流出物中的液相丙烷和丁烷在反应器冷却管束中减压闪蒸，吸收烷基化反应放出的热量。反应流出物经过气液别离后，气相重新经压缩机压缩、冷凝，抽出部分丙烷后，再循环回反应器。与闭路冷冻剂循环致冷或自冷式工艺相比，流出物致冷工艺可使得反应器内保持高的异丁烷浓度，而从脱异丁烷塔来的循环异丁烷量最低。此外，在这种致冷流程中采用了节能罐，使部分富丙烷物流在中间压力下闪蒸汽化后进入压缩机第二段，从而节约能量。2STRATCO公司反应部分循环异丁烷与烯烃预混合后再经喷嘴进入反应器，酸烃经叶轮搅拌，在管束间循环，机械搅拌使酸烃形成具有很大界面的乳

6、化液，烃在酸中分布均匀，减小温度梯度，减少副反应发生。3反应流出物采用浓酸洗、碱水洗工艺：反应流出物中所带的酯类如不加以脱除，将在下游异丁烷塔的高温条件下分解放出SO2，遇到水份，则会造成塔顶系统的严重腐蚀。因此，必须予以脱除，本装置采用浓酸洗及碱洗的方法进行脱除，与传统的碱洗相比，能有效脱除硫酸酯，即用99.2%的硫酸洗后再用12%的NaOH 脱除微量酸。3 原料与产品性质3.1 原料3 MTBE 装置所提供的液化气组成如下：名称wt组分C3H6C3H8IC4H10IC4H8C4H8-1NC4H10TC4H8CC4H8C5H1030ppmH2OCH3OH50ppmMTBE50ppmTBA10

7、ppmDME合计100 加氢裂化液化气组成如下：名称mol%组分C2H6C3H8IC4H10NC4H10C5H12H2O合计1003.2 产品3 烷基化油：雷氏蒸气压RVP 0.030MPa比重 辛烷值 RON(C) MON(C) 3 丁烷馏分：组分 wt%nC4H10 iC4H10 C5H12 合计 3 循环异丁烷：组分 wt%C3H8 iC4H10 nC4H10 C5H12 合计 3.3 催化剂及化学药剂3 加氢催化剂型号 LST-02外观 灰褐色条状尺寸 mm 2.5)510堆比重 g/ml 090005破碎强度 N/cm 200比外表 m2/g 100150比孔容 ml/g 0.300

8、.023 硫酸H2SO4 99.2%3.3.3活性炭4 装置物料平衡MTBE 装置及加氢裂化装置所提供的液化气组成，本装置的物料平衡如下按设计规模：物料名称公斤/时吨/天万吨/年进料MTBE未反应碳四19600加氢裂化碳四4902氢气5合计24507出料烷基化油19135正丁烷3422液化气1460燃料气490合计245074.2按实际规模物料平衡如下：物料名称公斤/时吨/天万吨/年进料MTBE未反应碳四16014加氢裂化碳四4005氢气5合计20024出料烷基化油15634正丁烷2796液化气11941燃料气400合计200245 工艺流程说明5.1 工艺流程简述本装置由原料加氢精制、反应、

9、致冷压缩、流出物精制和产品分馏及化学处理等几部分组成，现分别简述如下： 原料加氢精制自MTBE 装置来的未反应碳四馏分经凝聚脱水器104-D-105脱除游离水后进入碳四原料缓冲罐104-D-101，碳四馏分由加氢反应器进料泵104-P-101抽出经碳四-反应器进料换热器104-E-104换热后，再经反应器进料加热器104-E-101加热到反应温度后与来自系统的氢气在静态混合器104-M-101中混合，混合后的碳四馏分从加氢反应器104-R-101底部进入反应器床层。加氢反应是放热反应。随混合碳四带入的硫化物是使催化剂失活的有害杂质。催化剂失活后可用热氢气吹扫使其活化。反应后的碳四馏分从加氢反应

10、器顶部出来与加氢裂化液化气混合。自液化气双脱装置过来的加氢裂化液化气进入加氢液化气缓冲罐104-D-102，液化气由脱轻烃塔进料泵104-P-102抽出与反应器顶部出来的碳四馏分混合后进入脱轻烃塔104-C-101。脱轻烃塔104-C-101的任务是脱去碳四馏分中的碳三以下的轻组分，同时将二甲醚脱除。脱轻烃塔是精密分馏的板式塔，塔顶压力控制在1.7MPa(g)。塔顶排出的轻组分经脱轻烃塔顶冷凝器104-E-103冷凝冷却后，进入脱轻烃塔回流罐104-D-103。不凝气经罐顶压控阀后进入全厂燃料气管网。冷凝液由脱轻烃塔回流泵104-P-103抽出，一部分做为脱轻烃塔104-C-101顶回流，另一

11、部分作为液化气送出装置。塔底抽出的碳四馏分经碳四进料换热器104-E-104与原料换热后再经碳四馏分冷却器104-E-105冷至40进入烷基化部分。塔底重沸器104-E-102采用0.45MPa 蒸汽加热，反应器进料加热器使用蒸汽加热，凝结水都送至凝结水回收罐104-D-304回收。碳四馏分经加氢精制后，丁二烯含量100ppm，二甲醚100ppm。 反应部分碳四馏分中的烯烃与异丁烷的烷基化反应，主要是在硫酸催化剂的存在下，二者通过某些中间反应生成汽油馏份过程。从原料加氢精制部分过来的碳四馏分与脱异丁烷塔104-C-201过来的循环异丁烷混合后，与反应器净流出物在原料-流出物换热器104-E-2

12、01中换冷至约11，进入原料脱水器104-D-201。换冷后的碳四馏分中的游离水在此被别离出去，从而使原料中的游离水含量降至10ppm重。脱除游离水的混合碳四馏分与来自闪蒸罐104-D-203的循环冷剂直接混合并使温度降低至约后分两路分别进入烷基化反应器104-R-201A/B。烷基化反应器是装有内循环夹套、取热管束和搅拌叶轮的压力容器，为STRATCO 公司的专利产品。在反应器操作条件下，进料中的烯烃和异丁烷在硫酸催化剂存在下，生成烷基化油。反应完全的酸烃乳化液经一上升管直接进入酸沉降器104-D-202A/B，并在此进行酸和烃类的沉降别离，分出的酸液从下降管返回反应器重新使用。反应沉降系统

13、中酸的循环是借助在上升管和下降管中物料的比重差自然循环的，90浓度的废酸自酸沉降器排放至废酸脱烃罐。本装置设有2 台反应器，为并联操作，即混合碳四分两路分别进入104-R-201A和104-R-201B。而做为催化剂的硫酸为串联操作，即补充的新酸进入104-D-202A，从104-D-202A 出来的中间酸进入104-D-202B，90%的废酸从104-D-202B 排出。两组反应-沉降系统也可单独操作。从酸沉降器分出的烃相经压力控制阀降压后，流经反应器内的取热管束部分汽化，吸收热量脱除反应热。汽液混合物进入闪蒸罐104-D-203。闪蒸罐是一台带有中间隔板并有共同别离空间的卧式容器。隔板一侧

14、供反应流出物进行气液别离，另一侧供循环冷剂进行汽液别离。净反应流出物用流出物泵104-P-201抽出在104-E-201 与原料碳四换冷，加热至约31去流出物精制和产品分馏部分继续处理。循环冷剂则以循环冷剂泵104-P-202A/B抽出送至反应器进料管线与原料碳四直接混合。从闪蒸罐气相空间出来的烃类气体至致冷压缩机104-K-201。闪蒸罐有一个分酸罐104-D-208置于该容器下方，可借助分酸罐上的液面计观察酸烃界面。正常情况下，分酸罐的酸位很低。当反应器内的取热管束发生泄漏时，酸罐内将会发现大量硫酸。的新鲜浓硫酸先连续进入流出物精制和产品分馏部分的流出物酸洗罐洗涤反应流出物，然后再补入反应

15、器。随浓硫酸进入反应器的酸酯，在反应器中参加反应，增加烷基化油的产率。 致冷压缩部分反应器的进料温度要求为3，这一温度是由在反应器进料中混入低温循环冷剂来实现的。为此，需有一套相应的致冷系统来满足这一要求。此外，为到达烷基化装置内的丙烷和异丁烷进出量平衡，特别是防止丙烷在装置内设备中的积聚，还需要从致冷部分引出一股抽出丙烷物流送出装置。闪蒸罐气相空间的平衡蒸汽，由挡板两侧聚集至出口管，再进入压缩机。致冷压缩机为中间加气式两级离心压缩机，由电机驱动。从104-D-203 来的烃类气体进入压缩机一级入口，补充进入二级入口的气体来自节能罐104-D-207顶部。上述气体经压缩机压缩至0.82MPaa

16、后经冷剂空冷器104-A-201冷凝，冷凝的烃类液体进入冷剂罐104-D-204。该液体的绝大部分冷却后进入节能罐104-D-207，并在节能罐的压力下闪蒸，富含丙烷的气体返回压缩机二级入口，节能罐流出的液体去闪蒸罐，经降压闪蒸使冷剂温度降低至-10左右，用循环冷剂泵抽出送至反应器入口循环。冷剂罐一小部分烃类液体作为抽出丙烷经抽出丙烷泵104-P-203升压送至抽出丙烷碱洗罐104-D-205进行碱洗，以中和可能残留的微量酸，从抽出丙烷碱洗罐流出的丙烷经丙烷脱水器(104-D-206)脱水后送出装置。 流出物精制和产品分馏部分从反应部分来的反应流出物中含有少量的夹带酸和烯烃与硫酸反应所生成的中

17、性硫酸酯。这些酯类如不加以脱除，将在下游异丁烷塔的高温条件下分解放出SO2，遇到水份，则会造成塔顶系统的严重腐蚀。此外，酸酯还可能导致脱异丁烷塔重沸器的结垢。因此，必须予以脱除，本装置采用酸洗及碱洗的方法进行脱除，即用99.2%的硫酸洗后再用12%的NaOH脱除微量酸。与混合碳四换热后的反应流出物进入酸洗系统，与循环酸和补充新鲜酸在流出物酸洗混合器104-M-203内进行混合后，进入流出物酸洗罐104-D-209。的浓硫酸用新酸泵104-P-219A/B连续送入酸洗系统补充新酸量要满足反应器的需要，它可以吸收反应流出物中的绝大部分硫酸酯。流出物烃类和酸在酸冼罐中别离，可使烃类流出物中酸含量降低

18、至10ppm体积。酸则连续送至反应器作为催化剂使用。酸洗后的流出物与循环碱液在流出物碱洗混合器104-M-204中混合后，至流出物碱洗罐104-D-210将微量酸脱除，从104-D-210 出来的流出物进入流出物水洗罐104-D-211。含硫酸钠和亚硫酸盐的碱水，自流出物碱洗罐底部用碱洗循环泵104-P-206A/B抽出，经与烷基化油换热后送回混合器入口进行循环。根据碱洗系统的操作情况，以注碱泵间断向系统中补充12浓度的新鲜碱液，以维持循环碱水的PH值在810之间。从104-D-211 顶出来的流出物经烷基化油-异丁烷塔进料换热器104-E-213换热后进入脱异丁烷塔104-C-201。脱异丁

19、烷塔的目的是将异丁烷分出，内设60层塔板，塔顶压力控制在0.73Mpa(a)。塔顶馏出物经脱异丁烷塔顶空冷器104-A-202冷凝后进入塔顶回流罐104-D-212。冷凝液经脱异丁烷塔回流泵104-P-209A/B抽出，一部分返回104-C-201顶作为回流，另一部分经循环异丁烷冷却器104-E-208冷却至40后作为循环异丁烷返回反应部分，以保证反应器总进料中适当的异丁烷和烯烃比例，多余的异丁烷送出装置。从104-C-201底抽出的烃类自压送入脱正丁烷塔104-C-202。脱异丁烷塔重沸器104-E-209的热源为蒸汽，凝结水回收。脱正丁烷塔的目的是将正丁烷与烷基化油分开，内设30层塔板，塔

20、顶压力控制在0.52Mpa(a)。104-C-202 顶馏出物经正丁烷塔顶冷凝器104-E-210冷凝后进入正丁烷塔顶回流罐104-D-214，冷凝液用正丁烷塔回流泵104-P-210A/B抽出，一部分做为104-C-202顶回流，另一部分经正丁烷产品冷却器104-E-211A/B冷却至40后送出装置。塔底烷基化油用烷基化油产品泵104-P-211抽出，经104-E-205、104-E-213 换热后，再经烷基化油冷却器104-E-214冷却至40后送出装置。脱正丁烷塔重沸器104-E-212的热源为蒸汽，凝结水回收。 化学处理部分装置设有新鲜酸H2SO4贮罐、废酸罐和备用罐，用以接收装置外送

21、来的新鲜硫酸及装置产生的废酸。罐内以氮气覆盖，防止空气中的水分进入罐内造成酸的稀释和设备腐蚀。本装置设有排酸罐104-D-216，正常操作时它接收自反应部分酸沉降器送来的废酸，用作废酸缓冲及别离出所携带的烃类；事故状态时接收含酸系统容器安全阀的放空物流，并使酸和烃别离；停工时接受含酸系统容器的含酸排放物流。废酸在排酸罐中别离出烃类后，用排酸泵104-P-212将废酸送至废酸贮罐。回收的含酸烃类则用含酸废油泵104-P-213送至反应系统。从排酸罐来的含酸油气进入含酸气碱洗塔104-C-203进行碱洗中和，该塔内装6 层塔板。自排酸罐来的酸性气，流经含酸气碱洗塔时被中和后排至火炬系统。塔底碱液用

22、碱洗塔循环泵抽出返回塔内循环使用。本装置设有新鲜碱贮罐一台。供应各部分所需的12%NaOH溶液。停工检修而需进入含酸容器时，可利用公用碱液泵104-P-216向有关容器中注碱中和。本装置设有废水脱气罐104-D-217，装置各部分脱出的含烃废水在此罐进行脱气，烃类气体排至火炬，废水排至废水中和池。本装置设置的废水中和池用以接收装置可能排放的自流酸性污水以及碱性污水。中和池中设有PH计在线控制新鲜碱液加入量和新酸加入量。池内还设有喷射器，以保证混合均匀。中和后的污水由浸没在池中的排水泵送出装置，污油则用废油泵排出装置。5.2 主要操作条件.1 加氢反应器反应温度： 60 (初期)80 (末期)反

23、应压力： 反应空速： 5h-1H2/C4= (分子)： 加氢产物中残余丁二烯 100ppm总单烯烃收率 100%丁烯-1 异构化率 40%.2 脱轻烃塔塔顶压力， MPa(g) 塔顶温度， 塔底压力， MPa(g) 塔底温度， 回流比， 烷基化反应器反应压力， MPa(g) 反应温度， 反应器进料烷烯比体积 10.1:1空速， hr-1 反应器入口温度 脱异丁烷塔塔顶压力， MPa(g) 塔顶温度， 塔底压力， MPa(g) 塔底温度， 回流比， .5 脱正丁烷塔塔顶压力， MPa(g) 塔顶温度， 塔底压力， MPa(g) 塔底温度， 回流比， .6 致冷压缩机一级入口压力， KPa(a)

24、110一级入口温度， 二级入口压力， KPa(a) 310二级入口温度， 二级出口温度， 二级出口压力， KPa(a) 8206 主要设备选型本装置的主要设备为塔4座、加氢反应器1台、烷基化反应器2台、空冷器20片、冷换设备31台、容器36台、压缩机1套、机泵49台，计算汇总详见数据表。 引进设备：2台烷基化反应器是带有内循环夹套、取热管束和混合搅拌器的压力容器，管束面积约910m2。混合器的搅拌器用防爆电机带动，该设备为DUPONT公司的专利设备，需引进；酸沉降器内带有凝聚元件等，也为DUPONT公司的专利设备，反应器及酸沉降器的材质都为碳钢。 本装置设备除含酸气碱洗塔内衬Alloy20外，

25、其余都为碳钢材质。脱异丁烷塔和正丁烷塔塔板为0Cr13，含酸气碱洗塔塔板为Alloy20。 压缩机：带中间补气式的离心压缩机，整个机组为国内制造。7 消耗指标及能耗7.1 用水量序号使用地点或用途给水，t/h排水，t/h备注新鲜水循环冷水除盐水循环热水含油污水1脱轻烃塔顶冷凝器(104-E-103)3313312碳四馏分冷却器(104-E-105)86863冷剂冷却器(104-E-203)68684抽出丙烷冷却器(104-E-204)5凝结水蒸汽冷凝器(104-E-301)1211216循环异丁烷冷却器(104-E-208)7正丁烷塔顶冷凝器(104-E-210)8正丁烷产品冷却器(104-E

26、-211)9烷基化油冷却器(104-E-214)10冷剂后冷器(104-E-202)384384间断11异丁烷塔顶后冷器(104-E-207)566566间断12配碱用水13机泵用水32114压缩机用水6565合计17.2 电耗量序号用电地点电压(伏)设备台数(台)设备容量(KW)轴功率KW年工作时数备注操作备用操作备用1加氢反应器进料泵(104-P-101)3801175754284002脱轻烃塔进料泵104-P-1023801130303脱轻烃塔回流泵104-P-103380113737124流出物泵(104-P-201)3801113213210484005冷剂循环泵(104-P-202)38011555584006抽出丙烷泵(104-P-203)3801199684007丙烷碱洗循环泵(104-P-204)3801133184008流出物酸洗循环泵104-P-2053801184009流出物碱洗循环泵104-P-20638011840010流出物水洗循环泵104-P-207380114840011补充除盐水泵104-P-2083801113840012脱异丁烷塔回流泵104-P-20938011110110840013正丁烷塔回流泵104-P-210380113030840014烷基化油产品泵(104-P-211)3801115158400