碳四抽提丁二烯.pdf
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1、毕 业 设 计(论 文)设计(论文)题目:学院名称:专业:班级:姓名:指导教师:化学工程学院化学工程与工艺学号职称中文摘要中文摘要摘 要丁二烯是一种具有广泛用途的化工产品,其生产、制备的研究进行了数十年。目前仍然未停止对其工艺的调整与改进。工业生产中常用在碳四馏分中加入一种溶剂进行萃取的特殊精馏来实现对 C4 馏分的分离。本设计以从碳四中抽提丁二烯为目的,依据经济、节约、环保、科学的理念,制定出抽提段的工艺。目前世界上大规模工业化生产丁二烯-1,3的方法主要有三种:乙腈法(ACN) 、二甲基甲酰胺法(DMF)和 N-甲基砒硌烷酮法(BASF) 。工艺采用 DMF 法,从碳四混合物中抽提出符合工
2、艺要求的丁二烯。设计中对 DMF 法抽提丁二烯的原理、工艺、操作规范、物料衡算、废物处理等发面进行了阐述。DMF 抽提丁二烯装置可分为两个部分:萃取部分和精馏部分。萃取部分包括第一萃取精馏系统和第二萃取精馏系统,碳四原料中的丁烷、丁烯等在第一萃取精馏系统中脱除,乙烯基乙炔、一部分乙基乙炔等组分在第二萃取精馏系统中脱除;精馏部分包括丁二烯净化和溶剂精制两系统,除去其中的二甲胺、甲基乙炔、水、顺丁烯-2等杂质,得到丁二烯成品;而溶剂精制系统是将循环溶剂中的水分,二聚物等轻组分及焦油等重组分除去,保持循环溶剂的质量。设计结果科学、合理,实用、经济,比较好的完成了当初所设定的目标任务。关键词:碳四;丁
3、二烯;抽提;DMF英文摘要英文摘要ABSTRACTButadiene is a widely used chemical products, its production, research on thepreparation for decades. At present, still did not stop the process of adjustment andimprovement. Special rectification commonly used in industrial production in fourfractions of carbon with a solve
4、nt extraction toachieve separation of C4 fractions. Thedesign for the purpose of butadiene extraction from carbon 4, on the basis of theeconomic, environmental protection, conservation, scientific ideas, develop processextraction section. The large-scale industrial production of butadiene with -1, t
5、here arethree main methods: acetonitrile (ACN), two methyl formamide (DMF) and N- methylpyrrole azululanone method (BASF). Process using DMF method, is proposed to meet theprocess requirements of the butadiene extraction from carbon four mixture. The design ofDMF butadiene extraction principle, proc
6、ess, operation, material balance, waste disposaland other aspects are discussed. DMF Extraction Butadiene device can be divided intotwo parts: the extraction and distillation. The extraction part includes the first extractivedistillation system and the second system of extractive distillation, carbo
7、n four of rawmaterials, such as butane butene in the first extraction distillation system removal, vinylacetylene, a part of ethyl acetylene and other components removal in second extractiondistillation system; distillation part includes the butadiene purification and solventrefining two system, rem
8、ove the two -, methyl acetylene, water, CIS butene -2 impurities,butadiene get finished products; and solvent refining system is the circulation of water inthe solvent, two dimers and other light components and tar and other restructuringremoved, maintain the quality of circulating soluble agent. Th
9、e design result is scientificand reasonable, practical, economic, better to complete the target mission set.Key WordsKey Words: Butadiene;C4 Fractions;Extraction;DMF目录目录目 录1引 言.11.1 丁二烯来源 .11.2 丁二烯性质与用途 .12 工艺路线.22.1 生产的基本原理 .22.2 工艺路线的对比与选择 .22.3 DMF 法碳四抽提丁二烯装置的特点 .32.4 物料衡算 .42.5 装置工艺流程图 .42.6 工艺流
10、程说明 .52.6.1 第一萃取精馏部分 . 52.6.2 第二萃取精馏部分 . 62.6.3 丁二烯净化部分 . 72.6.4 溶剂净化部分 . 82.7 各项参数控制、检测 .92.7.1 主要原材料性质和控制指标 . 92.7.2 产品、副产品的性质和质量监控 . 92.7.3 辅助原材料物化性质和控制指标 . 102.7.4 辅助材料作用和使用量 . 122.8 工艺控制 .122.8.1 原料质量变化对产品的影响及调节方法 . 132.8.2 主要工艺条件的变化对产品质量的影响 . 14致 谢. 18参考文献. 19附 录. 201. 主要原料、辅助原材料单耗及公用工程单耗(/T产品
11、,年) .202. 三废治理、综合利用表 .213. 工业用丁二烯(GB/T13291-2008)生产指标 .21宁波工程学院毕业设计(论文)宁波工程学院毕业设计(论文)1引 言1.1 丁二烯来源从油田气、炼厂气和烃类裂解制乙烯的副产品中都可获得碳四馏分。碳四系列的基本有机化工产品主要有丁二烯、顺丁烯二酸酐、聚丁烯、二异丁烯、仲丁醇、甲乙酮等,它们是有机化学工业的重要原料。无论是裂解气深冷分离得到的碳四馏分,还是经丁烯氧化脱氢得到的粗丁二烯,均是以碳四各组分为主的烃类混合物,主要含有丁烷、正丁烯、异丁烯、丁二烯,它们都是重要的有机化工原料1,2。C4 的分离与 C2、 C3 馏分相比, 其最大
12、的特点是各组分之间的相对挥发度很小,使分离变得更加困难,采用普通精馏方法在通常条件下将其分离是不可能的。为此工业生产中常用在碳四馏分中加入一种溶剂进行萃取的特殊精馏来实现对 C4 馏分的分离3-5。1.2 丁二烯性质与用途物理性质丁二烯在常温常压下为无色而略带大蒜味的气体。在常压下低于-4.4时为无色透明液体。液体丁二烯极易挥发,闪点低,易燃易爆,其爆炸极限为211.5%(体积)。丁二烯微溶于水和醇,易溶于苯、甲苯、乙醚、氯仿、四氯化碳、汽油、无水乙腈、二甲基甲酰胺、N甲基吡咯烷酮、糠醛、二甲基亚砜等有机溶液。丁二烯有毒,低浓度下能刺激粘膜和呼吸道,高浓度能引起麻醉作用。化学性质丁二烯分子结构
13、中具有共轭双键,化学性质活泼,能与氢、卤素、卤化氢等起加成反应。丁二烯容易发生自身聚合作用,也容易与其它单体进行共聚作用,它是生产合成橡胶和各种树脂的重要原料。实际用途6-8如丁二烯和苯乙烯共聚可生产丁苯橡胶;丁二烯在催化剂作用下可发生定向聚合反应生成顺丁橡胶;丁二烯与丙烯腈共聚生成丁腈橡胶;若丁二烯、苯乙烯和丙烯腈三元共聚可生成 ABS 树脂。另外,世界上某些国家发展的丁二烯氯化得到氯丁二烯之后进行聚合生产氯丁橡胶;以及用丁二烯合成己二腈和己二酸,进一步合成尼龙6 和尼龙66 等化学纤维。1宁波工程学院毕业设计(论文)宁波工程学院毕业设计(论文)2 工艺路线2.1 生产的基本原理9,109,
14、10由于碳四原料中大部分组分与丁二烯-1,3之间的沸点较为接近, 而且相互之间有共沸物产生, 这样采用一般的精馏方法很难进行分离开, 所以为了得到目标产品 (丁二烯)就必须采用特殊分离方法萃取精馏。萃取精馏的原理就是:向被分离物料碳四原料中加入一种新的组分萃取溶剂二甲基甲酰胺( DMF) ,它的加入使得原来物料中各组分之间的相对挥发度发生明显变化,从而使物料中难以用普通精馏方法分离的组分如:顺丁烯-2和反丁烯-2等组分在第一萃取精馏塔分离出来,乙基乙炔和乙烯基乙炔等组分在第二萃取精馏塔分离出来。经过两段萃取精馏得到的粗丁二烯再经过两段普通精馏即得到产品丁二烯。普通精馏的原理是利用混合物中各组分
15、在相同压力下相对挥发度不同的特点,使混合物处于气液两相共存时各组分在液相和气相中的分配量不同从而将各组分分离开。甲基乙炔和水等轻组分在第一精馏塔顶脱除,第二精馏塔则用于脱除在萃取精馏部分未能完全脱除的顺丁烯-2、丁二烯-1,2、乙基乙炔、碳五等重组分,塔顶得到产品丁二烯。2.2 工艺路线的对比与选择11-1411-14目前世界上大规模工业化生产丁二烯-1,3的方法主要有三种:乙腈法(ACN) 、二甲基甲酰胺法(DMF)和 N-甲基砒硌烷酮法(BASF) 。ACN 法是由美国壳牌公司开发的。萃取溶剂乙腈具有微弱的毒性,在操作条件下对碳钢腐蚀性也很小,同时乙腈粘度小,塔板效率较高,是一种较好的溶剂
16、。乙腈比较稳定,沸点低,能以与水的混合物的形式利用,使萃取精溜塔的操作温度较低,便于防止丁二烯热聚,且汽提塔可在较高压力下操作,将粗丁二烯直接送往第二萃取精馏塔,从而去掉了丁二烯气体压缩机,节省电力。 ACN 法的缺点是乙腈能分别与正丁烷和丁二烯二聚物形成共沸物,使溶剂精制过程较为复杂,操作费用较高。DMF 法是日本瑞翁公司于一九六五年开发出来的,萃取剂 DMF 在溶解性能方面优于其它溶剂,尤其对丁烷、丁烯、丁二烯具有高溶解度,溶剂选择性高,分离效果好;DMF 的蒸汽压较低,热稳定性和化学稳定性好,腐蚀性小,且不与碳四烃任何组分形成共沸物。GPB 法流程的特点是两段萃取精馏和两段普通精溜相结合
17、,流程设计比较经济,具有基本投资少、分离效果好、能耗较低、产品收率高、产品纯度高、溶剂易精制等特点,是一种较为先进的方法。其缺点是电耗较高,且工艺过程中使用的 DMF、糠醛和其它常用溶剂相比,具有中等程度的毒性,对人体有一2宁波工程学院毕业设计(论文)宁波工程学院毕业设计(论文)定的危害。BASF 法的突出特点,是萃取剂 N-甲基砒硌烷酮的水解稳定性和热稳定性高,不会对装置的任何部位产生腐蚀,所有设备均可用普通碳钢制造,从而大大降低设备投资;N-甲基砒硌烷酮有较好的选择性和溶解性,分离效果好;在常温下其蒸汽压较低可以很容易地回收、精制溶剂。BASF 法的最显著的特点是 N-甲基砒硌烷酮无毒无害
18、并能很容易地进行生物处理,其环保优势比较突出。综合考虑各方因素,本设计选择 DMF 法抽提丁二烯。2.3 DMF 法碳四抽提丁二烯装置的特点1)装置的地位与作用DMF 抽提丁二烯装置是合成橡胶事业部的重要生产装置之一, 主要担负着原料净化的任务。它以裂解副产碳四为原料,以二甲基甲酰胺(DMF)为萃取剂,经过两段萃取精馏、两段普通精馏后,脱去碳四原料中的丁烷、丁烯、炔烃及其它杂质,制备出适合生产顺丁橡胶、SBS 等产品的高纯度聚合级丁二烯-1,3。2)装置的技术来源及改进DMF 抽提丁二烯装置是采用日本瑞翁公司(ZEON)的 GPB 工艺,设计能力年产 4.5 万吨聚合级丁二烯-1,3。抽提工艺
19、具有分离效果好、能耗低、产品纯度高、溶剂易精制等特点。为了满足顺丁橡胶生产的技术要求,1979 年,增设洗胺塔,使产品丁二烯中胺值稳定地小于 1PPm。1987 年, 为提高装置生产能力, 解决扩容过程中出现的压缩机能力不足的矛盾,增设了预汽提塔系统; 1996 年, 又将预汽提系统的冷凝、 回流再汽化部分去掉, 1999年再次将塔内的塔板全部拆掉,将预汽提塔改为预汽提罐。预汽提系统的设立,使装置生产能力提高了 30%以上,同时也降低了产品能耗。1996 年,为进一步降低产品能耗,为第一萃取塔增设一台溶剂加热器,提高了溶剂热量回收利用率,产品能耗降低了 10%左右。2001 年,为了回收尾气系
20、统的DMF、提高液化气质量,增设尾气水洗塔(DA-111) ,增加了溶剂回收利用率。3)装置的主要原料、产品与用途DMF 抽提丁二烯装置所用原料为化一裂解副产碳四,其中丁二烯 -1,3含量在45%-55%左右。产品为聚合级丁二烯,供本厂生产顺丁橡胶、 SBS、溶聚丁苯橡胶、聚丁二烯油等产品。4)DMF 抽提装置的主要构成DMF 抽提丁二烯装置可分为两个部分:萃取部分和精馏部分。萃取部分包括第一萃取精馏系统和第二萃取精馏系统,碳四原料中的丁烷、丁烯等在第一萃取精馏系统3宁波工程学院毕业设计(论文)宁波工程学院毕业设计(论文)中脱除,乙烯基乙炔、一部分乙基乙炔等组分在第二萃取精馏系统中脱除;精馏部
21、分包括丁二烯净化和溶剂精制两系统,除去其中的二甲胺、甲基乙炔、水、顺丁烯-2等杂质,得到丁二烯成品;而溶剂精制系统是将循环溶剂中的水分,二聚物等轻组分及焦油等重组分除去,保持循环溶剂的质量。2.4 物料衡算取物料入方量为 100000kg/h 计算,操作中的回收率取95%的平均水平计算,则由 于 丁 二 烯 总 共 抽 提2750*95%*95%*95%=36652.8kg/h其他杂质,总体回收率取 95%,那么丁烷丁烯的量=57432*95=54560kg/h;尾气的量=2298*95%=2183.1kg/h其他的量=270*95%=256.5kg/h入方物料量 kg/h项目设计值碳四100
22、000丁二烯项目原质量45000回收质量42750545602183.1256.5实际95%*95%*95%=85.7%95%95%95%出方物料量 kg/h总收率%3次 , 所 以 丁 二 烯 的 产 量 为丁烷丁烯57432尾气其它22982702.5 装置工艺流程图图 2-1 二甲基甲酰胺抽提丁二烯流程图1-第一萃取精馏塔;2-第一解吸塔;3-第二萃取精馏塔;4-丁二烯回收塔;5-第二解吸塔;6-脱轻组分塔;7-脱重组分塔;8-丁二烯压缩机4宁波工程学院毕业设计(论文)宁波工程学院毕业设计(论文)2.6 工艺流程说明15-1715-17工艺大致分为以下四部分:(a)第一萃取精馏部分(b)
23、第二萃取精馏部分(c)直接精馏部分(d)溶剂净化部分其中前三部分系连续进料;前两部分以DMF(二甲基甲酰胺)为萃取剂。原则上,原料中比丁二烯难溶的组分先在第一萃取精馏部分脱除,比丁二烯易溶的组分则留在第二萃取精馏部分脱除,只有沸点与丁二烯有较大差别的杂质才在直接精馏部分脱除。前两部分用的循环溶剂,采出其中小部分连续送往溶剂净化部分进行净化。2.6.1 第一萃取精馏部分(1)在 DMF 存在下,凡是与丁二烯相比其相对挥发度高于 1.0 的组分,都在这部分除去。这部分的设备有:再沸器、第一萃取精馏塔(分为两台塔,共有 181 块塔板)以及预汽提罐和 15 块塔板的第一汽提塔。(2)C4馏分储罐(R
24、-201AB)中C4原料由泵送至原料蒸发罐(FA-101) ,其蒸发热源由两台汽提塔底的热溶剂供给。未能蒸发的重组分直接送往 FA-301。(3)将汽化的C4原料送往第一萃取精馏塔(DA-101A/B)中部。用泵将DMF 溶剂送入第一萃取精馏塔 DA-101A 塔顶第八块塔板。入塔的温度为 40-51。塔顶的八块塔板系丁烷丁烯馏分中完全脱除溶剂的溶剂回收段, 其操作压约为 0.39Mpa (表压)以下,随塔顶冷凝器的水温而变化,操作温度约为 42。根据原料组成的变化,正确调节溶剂加入量和回流量,即可控制丁二烯的损失量和塔底釜液的组成。丁烷丁烯馏出物中丁二烯含量为 0.3%。由塔顶部分馏出的丁烷
25、丁烯馏分送厂外或供MTBE 合成的原料。萃取精馏的必要回流经上述塔顶的 8 块塔板下流至溶剂进料板。这块塔板系按能使回流和溶剂充分混合,而不至于分为两相的要求设计而成。顺丁烯2比丁二烯难溶,是第一萃取精馏塔中最难分离组分之一。通常 GPB 工艺,第一萃取精馏塔底的顺丁烯2含量约为总烃的 2.5%,反丁烯2约为 0.05%。塔底釜液中混杂的顺丁烯2能在第二精馏塔(DA-107)中脱除,但是反丁烯2则难于在直接精馏部分脱除。因此,此塔的分馏效果影响到丁二烯产品的纯度。DMF法提纯丁二烯的经济办法就是将反丁烯2和一部分顺丁烯2在第一萃取精馏塔中脱除,剩余的顺丁烯2再在第二精馏塔中脱除。工业气相色谱仪
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