丁烯-1装置教材课件.ppt
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1、中天合创鄂尔多斯煤炭深加工示范项目1/3 万吨/年 MTBE/丁烯-1 装置培训课件2013.11主要内容装置概况工艺方案及物料平衡原料、产品、催化剂规格公用工程、催化剂、三废排放指标工艺流程及主要操作条件设备概况装置概况 1/3 万吨/年 MTBE/丁烯-1 装置为中天合创鄂尔多斯煤化工项目烯烃区的一部分。本装置的建设,以满足生产聚烯烃产品的需要。本装置采用的是中国石油化工科技开发有限公司(ST)的专利技术。根据全厂加工总流程安排,本装置原料为 MTO 装置来的混合碳四,先经过选择性加氢去除原料中的二烯烃和炔烃组分;然后通过醚化反应催化蒸馏组合工 艺,利用 C4 中的异丁烯和甲醇反应生产 M
2、TBE 产品,从而去除异丁烯组分;最后,通过精密分馏从未反应 C4 组分中分离出丁烯-1 产品。装置概况 装置生产的甲基叔丁基醚(MTBE)产品由于其辛烷值很高,所以是生产无铅、含氧和高辛烷值汽油的理想组分。丁烯-1 产品是乙烯重要的共聚单体,可满足中天合创鄂尔多斯煤化工项目聚乙烯装置的要求。剩余 C4 组分送往 OCC 装置。装置处理能力按年开工时数 8000 小时计算。MTBE/丁烯-1 装置公称规模为1万吨/年 MTBE/3 万吨/年丁烯-1,装置实际进料量为混合碳四 16.04 万吨/年。原料、产品、副产品用(产)量及储运条件装置概况装置概况 原料、原料、产品产品界区条件界区条件 1)
3、原料 C4 由上游 MTO 装置通过管道送至本装置内;或由罐区经另一条管线 压力送入。2)原料甲醇用罐车送入 MTBE/丁烯-1 装置甲醇缓冲罐,然后用甲醇输送泵 送至甲醇原料罐使用。甲醇输送泵出口另有两条支线分别送往 MTO 装置和中间罐 区。3)MTBE 产品正常操作时利用催化蒸馏塔压力或停工时用泵加压经同一管线 送出装置。4)丁烯-1 产品正常操作时利用丁烯-1 精馏塔回流泵加压后送出装置。5)剩余 C4 用泵加压送至下游 OCC 装置,或送至中间罐区。6)选择性加氢单元闪蒸罐顶闪蒸气和脱异丁烷塔顶回流罐顶不凝气利用自 身压力送入燃料气管网。7)甲醇回收塔顶回流罐不凝气送至低压火炬管网。
4、8)装置设一台火炬分液罐,装置安全放空先送至火炬分液罐,然后送出装 置与高压火炬管网相连。装置概况公用公用工程工程界区条件界区条件 1)装置生产及照明用电由变电站供给。2)装置内循环冷水、循环热水、低压锅炉给水 II、生产给水、除盐水、生 活给水、消防水均有压力送入装置或排出装置。3)装置用中压和低压氮气由系统供应。4)工厂空气由全厂系统管网供给,供服务点及开停工及检修用。5)仪表空气由全厂系统管网供给。6)装置用 0.45MPaG 蒸汽、1.3MPaG 蒸汽由全厂系统管网供给。7)装置收集的凝结水自压进入凝结水回收罐,凝结水用泵送出装置,闪蒸的 乏汽经空冷器冷却回收。8)装置内废水(包括水包
5、排水、机泵排放水、地面冲洗水、开工废水等)自流排至地下污水罐,升压后送至污水处理场。工艺方案 根据中天合创鄂尔多斯煤炭深加工示范项目提出的原料组成和对产品规格、产量的要求,碳四选择性加氢部分采用两段加氢反应器。MTBE 合成部分选用绝热反应器+催化蒸馏工艺路线。丁烯-1 部分主要由脱异丁烷塔和丁烯-1 精馏塔两个塔系组成。由于理论板数 多,实际塔很高,因此每个塔系又分为两座塔串联操作,主要通过超精密分馏方法得到满足纯度要求的丁烯-1 产品。工艺方案 混合 C4 原料先经过选择性加氢去除原料中的二烯烃和炔烃组分;然后通过 MTBE 单元去除 C4 中的异丁烯组分;最后,通过精密分馏从未反应 C4
6、 组分中分离 出丁烯-1 产品。(1)选择性加氢部分 由于来自 MTO 装置的 C4 原料中含有一定量的二烯烃和炔烃组分,会影响到丁 烯-1 产品的指标,因此需要先通过选择性加氢过程去除。由于选择性加氢部分工 艺包专利商未定,选择性加氢部分丁烯-1 收率暂按 80%考虑。在国内,齐鲁研究院的选择性加氢技术较成熟,其优势是加氢反应器内催化剂不必再生,操作温度和压力相对较低。该方案选用两段加氢反应器,选择性加氢后的丁烯-1 收率80%,C4 中丁二烯含量10wppm,总烯烃收率100%,采用该技术的投资较低。国外,有 BASF、Axens 等公司的选择性加氢技术,其丁烯-1收率较高(95%),但对
7、设备要求较高,催化剂需要进行再生,流程复杂且投资较高。工艺方案(2)MTBE 部分 C4 馏分中的异丁烯和工业甲醇,以大孔强酸性离子交换树脂为催化剂,在温 度 3575,压力 0.71.25MPaG 操作条件下合成甲基叔丁基醚(简称 MTBE)。反 应方程如下:上述反应发生于液相中,反应为可逆放热反应。CH3CH3CCH2+CH3OHCH3COCH3CH3CH3工艺方案 除上述主反应外,在反应条 件下尚存在下述副反应:原料中所含水分与异丁烯反应,生成叔丁醇(TBA);异丁烯自聚生成低聚物(DIB);甲醇缩合生成二甲醚(DME),正丁烯与甲醇生成甲基仲丁基醚(MSBE)。反应条件选择适当及限制原
8、料中的含水量,可有效控制副反应物的生成。叔丁醇、MSBE 及异丁烯的低聚物也有较高的辛烷值,可随同 MTBE 调入汽油。合成甲基叔丁 基醚的主反应选择性很高,副反应生成物有限。C4 馏分中除异丁烯之外的组分在反应条件下视为惰性物质。工艺方案 催化蒸馏是将醚化反应与蒸馏过程在同设备中同时进行的工艺技术。在醚 化反应后,残余的异丁烯在催化蒸馏塔的反应段继续反应,生成的 MTBE 随时不断 被分离,从而使合成 MTBE 的反应持续向深度进行。因此,催化蒸馏可以实现异丁 烯的深度转化。此外在催化蒸馏塔中的反应段所进行的合成 MTBE 的反应是在物料沸点温度下进行的,只要该塔的压力控制稳定,反应温度则基
9、本恒定,不会造成催化剂的过热。催化蒸馏的另一功能是蒸馏,即起产品分离的作用。甲醇和剩余 C4 所形成的 低沸点共沸物从催化蒸馏塔顶馏出,MTBE 产品则从塔底分出。工艺方案 催化蒸馏塔顶馏出物中的甲醇采用萃取及蒸馏的方法加以分离回收。由于甲 醇在 C4 馏分和水中溶解度差别很大,故可将 C4 和甲醇的共沸物先经水洗,使其 中所含甲醇为水所萃取。萃取甲醇后的萃取液是含有微量烃类的甲醇水溶液,该 水溶液借助蒸馏可实现甲醇和水的分离。塔顶得到的甲醇可循环使用,塔底基本 不含甲醇的水则用作萃取甲醇的溶剂。所选用的催化蒸馏技术可使催化剂不用任何特殊的包装,直接散装入反应段 的催化剂床层中,从而使催化剂的
10、装卸操作大为简化,有利于反应,节省投资。采用催化蒸馏技术具有工艺流程短、投资省、能耗低及催化剂使用寿命长的特点。它能保证异丁烯转化率达 99.6以上,产品 MTBE 纯度大于 98。工艺方案(3)丁烯-1 部分 丁烯-1 部分主要由脱异丁烷塔和丁烯-1 精馏塔两个塔系组成。由于理论板数 多,实际塔很高,因此每个塔系又分为两座塔串联操作,本部分主要通过超精密 分馏方法得到满足纯度要求的丁烯-1 产品。物料平衡原料规格混合C4混合混合 C4C4单位位数量数量TemperatureTemperature4040Pressure MPagPressure MPagMpaMpaMass FlowMass
11、 Flowkg/hrkg/hr2005020050Mass FracMass Frac%C2H6C2H6%0.00010.0001C2H4C2H4%0.0010.001C3H6C3H6%0.05660.0566C3H8C3H8%0.02050.0205I-C4H10I-C4H10%0.40180.4018I-C4H8I-C4H8%4.42634.4263N-C4H8N-C4H8%26.388826.3888N-C4H10N-C4H10%4.12034.1203T-C4H8T-C4H8%35.47735.477C-C4H8C-C4H8%26.599526.5995I-C5H12I-C5H12%0
12、.01660.0166C5H10 C5H10%0.28340.2834(2-Methyl-1-Butene)(2-Methyl-1-Butene)%1,3-Butadiene1,3-Butadiene%2.18422.1842含氧化合物含氧化合物 Oxygenates Oxygenates(主要主要为 DMEDME)%0.02380.0238H2OH2O%0.00010.0001TotalTotal100100原料规格甲醇项目优等品 一等品 合格品 色度,Hazen 单位(铂-钴色号)510密度,20/(g/cm3)0.7910.7920.7910.793沸程*(0,101.3kPa)/0.8
13、11.5高锰酸钾试验/min503020水混溶性试验通过实验(1+3)通过实验(1+9)-水,w/0.10.150.2酸(以 HCOOH 计),w/0.00150.0030.005碱(以 NH3计),w/0.00020.00080.0015羰基化合物(以 HCHO 计),w/0.0020.0050.01蒸发残渣,w/0.0010.0030.005硫酸洗涤试验,Hazen 单位(铂-钴色号)50-乙醇,w/供需双方协商-注:当需要计算甲醇的质量分数时,参见 GB 338-2011 附录 B;*包括 64.60.1。原料规格氢气项目单位规格氢气%vol95 min氮气+甲烷+乙烷%vol平衡COp
14、pm vol5 maxCO2ppm vol5 maxO2ppm vol5 max水ppm wt10 max总硫ppm wt1 max乙炔ppm vol10 max产品规格MTBE产品产品规格丁烯-1产品组 分规 格丁烯-1,wt%99.3异丁烷,wt%0.3异丁烯,wt%0.21,3-丁二烯,wt ppm120正丁烷,wt%0.05丁烯-2,wt%0.3丙炔,mole ppm5总羰基(以乙醛计),wt ppm5水,wt ppm30硫,wt ppm1甲醇,mole ppm5MTBE,mole ppm5CO,mole ppm1CO2,mole ppm5加氢催化剂规格MTBE催化剂规格序号指标名称指
15、 标1型态氢型2外观黄色或浅灰色球型颗粒3含水量%48-524交换容量 mmol/g(干)5.25湿真密度(20)g/ml1.18-1.286湿视密度 g/ml0.70-.807平均粒度 mm0.55-.608粒度范围1.2mm2.4%9耐磨率%9510比表面积 m2/g40-5011平均孔半径 A200-40012孔容 ml/g0.35-.4213最高耐热温度120装置能耗 99387MJ/h,折合 2374kg 标油/h。公用工程消耗指标序号指标名称单位数量备注1循环水t/h19012除盐水t/h(MAX 10)开停工3仪表空气Nm3/h120(MAX 180)4工厂空气Nm3/h(MAX
16、 600)开停工5低压氮气Nm3/h(MAX 600)间断6中压氮气Nm3/h(MAX 600)开停工7电 380VkW342轴功率8 220VkW4091.3MPa 中低压蒸汽t/h7.22100.45MPa 低压蒸汽t/h27.3112凝结水t/h-35.3外送13低压锅炉给水 IIt/h0.77催化剂消耗催化剂消耗三废排放序号指标名称单位数量备注1废气t/h0.069连续2事故排放t/h106去火炬3废加氢催化剂t4.53 年4废保护剂t1.053 年5废 MTBE 催化剂m35.6年均6废脱酸剂t13 年工艺流程选择性加氢部分工艺流程MTBE 部分工艺流程丁烯-1 部分工艺描述1)选择
17、性加氢部分工艺描述 来自 MTO 装置的碳四原料先进入原料缓冲罐(440-D-1001),经加氢原料泵(440-P-1001)加压后送到碳四原料预热器(440-E-1001),碳四先与经过质量流 计计量和控制的氢气汇合,再进入一段混合器(440-M-1001)混合,然后从一 段加氢反应器(440-R-1001)的底部进入反应器;在一段反应器中大部分 1,3-丁 烯与氢气反应生成丁烯,反应后的物料从反应器顶部流出进入中间冷却器(440-E-1002,将温度降至预定温度后与经过质量流量计计量和控制的第二股氢气氢气汇合,再进入二段混合器(440-M-1002)混合后,进入二段加氢反应器(440-R-
18、1002;在二段反应器中氢气与碳四原料中的 1,3-丁二烯在催化剂的作用 下几乎反应完全,生成 1-丁烯及少量的正丁烷,同时部分 1-丁烯异构化反应生成 顺、反-2-丁烯。加氢反应器为绝热固定床反应器,加氢反应为放热反应,反应床 层有一定的温升,温升的大小主要取决于原料中 1,3-丁二烯的浓度。反应器系统 压力通过调节阀控制在预定压力范围。加氢反应后的碳四物料自反应器顶部送至 产物冷却器(440-E-1003);冷却后的物料进入闪蒸罐(440-D-1002),物料中的二甲醚、反应剩余的氢气、C1C3 烃以及一部分碳四,作为不凝气从闪蒸罐顶部 排放到燃料气系统,碳四作为醚化原料用精制碳四泵(44
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