MTBE丁烯-1装置工艺技术规程.docx
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1、目 录1 装置简要说明11.1 概况11.2 术语、符号、代号21.3 主要工艺技术特点41.4 主要设计指标62 工艺过程简述及工艺原则流程图82.1 MTBE单元工艺描述82.2 丁烯-1单元工艺描述123 主要工艺指标(以现行工艺卡片为准)144 主要动力指标154.1 公用工程设计消耗一览表154.2 公用工程介质规格155 产品、中间产品185.1 MTBE产品性质185.2 丁烯-1产品性质185.3 产品、中间产品设计组成及指标195.4 副产品206 主要原料及化工原材料质量指标216.1 主要原料216.2 化工原材料227 装置开、停工方案237.1 装置开工方案237.2
2、 装置停工方案238 事故处理508.1 事故处理的原则508.2 紧急停工508.3 事故处理519 仪表控制方案及主要仪表性能579.1 仪表控制方案579.2 装置联锁599.3 控制阀一览表6010 主要设备一览表及主要设计参数6310.1 塔器类6310.2 反应器类6410.3 容器类6510.4 换热设备类6710.5 泵类7010.6 其他设备类71771 装置简要说明1.1 概况中国石化股份有限公司武汉分公司8/3万吨/年MTBE/丁烯-1装置是80万吨/年乙烯及其配套工程中的一部分,本装置采用来自乙烯裂解装置的裂解液化气经丁二烯抽提后作为原料,生产MTBE和丁烯-1产品。甲
3、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。随着乙烯产量的不断增长,对丁烯-1的需求量也越来越大。MTBE/丁烯-1装置采用中国石化科技开发公司(ST)的专有技术。MTBE采用催化蒸馏技术,丁烯-1采用超精密蒸馏技术。装置预计2012年10月30日中交,2013年2月20日引C4试运行,2013年4月10日引合格丁二烯抽余油投料。1.1.1 规模本装置的公称设计能力为8万吨/年MTBE,3万吨/年丁烯-1,操作弹性为设计能力的50%-110%,年运转时间按8000小时计。物料平衡情况见下表。物料平衡表项目名称kg/
4、h104t/a原料C414012.511.21甲醇3841.23.07合计17853.714.28产品MTBE10580.78.46丁烯-13941.43.15剩余C43216.92.57燃料气及损失114.70.1合计17853.714.281.1.2 装置组成本装置由MTBE单元和丁烯-1单元两部分组成。装置的工艺界区由以下几部分组成:原料配制和反应部分,催化蒸馏和产品分离部分,甲醇萃取和甲醇回收部分,丁烯-1分馏部分及界区内与之相配套的公用工程部分。1.1.3 装置平面布置图1.2 术语、符号、代号1.2.1 术语甲基叔丁基醚:(methyl tertiary butyl ether),
5、简称MTBE,又称2-甲氧基-2-甲基丙烷(2-methoxy-2-methyl-propane),结构式CH3OC(CH3)3,分子式C5H12O,分子量88.15。公用工程:一般指为生产装置配套服务的水、电、蒸汽、空气、氮气、燃料等系统的统称。冷凝:指物质经过放热从气态变成液态的过程。冷却:物质温度降低,但不发生物态变化的过程。导淋阀:位于设备或管道的低点,用于排凝或排净其中物料的阀门。放空阀:位于设备或管道的高点,用于排气或放空其中气体的阀门。1.2.2 术语符号代号(1)工艺部分序号代号名称1MTBE甲基叔丁基醚2ML甲醇3AV常压放空4RV压力放空5SV安全阀放空6NFL低压火炬7L
6、FL低压尾气8LD液体排放9OD含油污水10PD生产污水11SD生活污水12RD雨水排放13FW消防水14PW生产给水15DW生活给水16TW除盐水17BFW锅炉给水18CWR循环冷水回水19CWS循环冷水给水20LLS低低压蒸汽21LS低压蒸汽22MS中压蒸汽23LC低压蒸汽冷凝液24MC中压蒸汽冷凝液25NG氮气26IA仪表风27PA工厂风28PPm百万分之一(10-6)29PPb十亿分之一(10-9)30RON辛烷值(研究法)31MON辛烷值(马达法)(2)设备部分序号代号设备名称1C塔2D容器3E换热器4M混合器5P泵6PSV安全阀7R反应器8S疏水器9SC取样器10SR过滤器、聚结器
7、(3)仪表部分序号字母第一位字母后继字母被测变量或初始变量修饰词功能1A分析报警2B喷嘴火焰(供选用)3C电导率控制(调节),关位置,DCS连锁4D密度与比重差5E电压(电动势)检测元件6F流量比(分数)7G(供选用)现场温度计、压力计、液位计、流量等8H手动(人工触发)高报警,手动9I电流指示10J功率11K时间或时间程序操作器12L液位低报警13M水份或温度,电动14N(供选用)(供选用)15O(供选用)孔板,开位置16P压力或真空试验、标定点(接头)17Q(供选用)积分,累计18R放射性记录或打印19S速度或频率安全,电磁阀开关、按钮,SIS联锁20T温度变送器21U多变量多功能,计算2
8、2V振动阀门、风门、百叶窗23W重量或力套管24X开关阀轴(供选用)25Y(供选用)轴转换器26Z(供选用)轴,位置驱动、执行或未分类的执行器1.3 主要工艺技术特点1.3.1 醚化反应部分C4馏分中的异丁烯和工业甲醇,以大孔强酸性阳离子交换树脂为催化剂,在温度35-75、压力0.7-1.25MPa操作条件下合成甲基叔丁基醚(简称MTBE)。反应方程如下:CH3 CH3CH3- CCH2+CH3-OH CH3- C-O-CH3CH3上述反应发生于液相中,反应为可逆放热反应。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(DI
9、B);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。醚化反应是可逆放热反应,根据化学平衡原理,为使反应向生成MTBE方向进行,一是增加反应物浓度,二是减少生成物浓度。在反应精馏过程中,MTBE不断地生成并被分离出来,生成的MTBE总是处于低浓度状态,反应总是朝着生成MTBE的方向进行。1.3.2 催化蒸馏部分催化蒸馏是将催化反
10、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。在催化蒸馏中合成MTBE的反应热,被用于使反应物料汽化,因而可节省能量。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。所选用的催化蒸馏技术可使催化剂不用任何特殊的包装,
11、直接散装入反应段的催化剂床层中,从而使催化剂的装卸操作大为简化,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%。1.3.3 甲醇萃取与回收部分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。甲醇水洗是根据液-液萃取原理,萃
12、取剂水作为连续相从塔顶加入,醚后C4(抽余C4经醚化反应去除异丁烯后剩余的组份)作为分散相由塔底部加入,使醚后C4和水在塔板上逆流接触,利用甲醇与C4在水中溶解度的差异,使甲醇溶解于水中,而C4和甲醇水由于比重差异而沉降分离,从而将醚后C4中的甲醇除去。甲醇水进入回收塔,利用甲醇和水沸点的差异,用普通精馏的方法,使甲醇和水分离,从而达到回收甲醇的目的。1.3.4 丁烯-1精馏部分丁烯-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。即醚后C4在脱异丁烷塔和丁烯-1精馏塔
13、中经多次的部分汽化、部分冷凝,脱除其中的碳三、异丁烷等轻组份,并共沸脱出微量水份;脱除丁烯-1中的顺-2-丁烯、反-2-丁烯、正丁烷等重组份,最后得到聚合级丁烯-1。1.4 主要设计指标1.4.1 装置生产能力项目单位数值备注MTBE产量t/h10.581性能考核时,抽余C4中的异丁烯含量不得低于48.21%(wt)。丁烯-1产量t/h3.941性能考核时,抽余C4中的丁烯-1含量不得低于29.24%(wt)。操作弹性%50-110装置运转正常,产品质量满足指标要求。1.4.2 主要性能指标序号项目单位设计值1MTBE产品纯度(含MSBE,扣除C5后)%(wt)982丁烯-1产品纯度%(wt)
14、993丁烯-1产品中水含量mg/kg254丁烯-1产品中丁二烯含量mg/kg1205丁烯-1回收率%(wt)906异丁烯总转化率%(wt)99.67综合能耗MJ/h655701.4.3 装置界区条件序号介质介质流向设计工艺条件流量(t/h)压力(MPa)温度()最大最小正常1燃料气装置罐区0.0400.02250.5246.42高压火炬气装置罐区3凝液装置界区25.14610.47820.95511354除盐水界区装置10001.14050.4MPa蒸汽界区装置19.4428.09316.1850.520061.6MPa蒸汽界区装置5.7242.3854.771.72957中压氮界区装置600
15、Nm3/h002.6408低压氮气界区装置1000Nm3/h000.7409工厂风界区装置480Nm3/h000.74010仪表风界区装置180Nm3/h0120Nm3/h0.84011开工甲醇自MTBE至原料罐区装置罐区12甲醇自原料罐区至MTBE罐区装置4.6092.3053.8410.54013剩余C4自MTBE至产品罐区装置罐区5.7771.933.2170.954014MTBE自MTBE至产品罐区装置罐区12.6975.29110.5810.64015丁烯-1自MTBE至产品罐区装置罐区18.9199.4615.7660.94016抽余C4自中间罐区至MTBE罐区装置17抽余C4自M
16、TBE至中间罐区装置罐区18抽余C4自丁二烯至MTBE丁二烯装置16.8158.40814.0130.734019生产给水界区装置1000.620生活给水界区装置1000.621循环水界区装置2274.257947.61895.20.553322污水装置界区900450.5402 工艺过程简述及工艺原则流程图本装置由MTBE单元和丁烯-1单元两部分组成:本装置工艺流程简图见后面MTBE/丁烯-1装置工艺原则流程图。2.1 MTBE单元工艺描述MTBE单元分为:原料配制和反应部分,催化蒸馏和产品分离部分,甲醇萃取和甲醇回收部分。(1)原料配制和反应部分从丁二烯装置或罐区来的抽余C4,经流量控制阀
17、FV40125至C4过滤器(F-401)及C4聚结器(F-402)后,进入C4原料罐(D-401)。C4原料经过联锁控制阀MV40103至C4原料泵(P-401A/B),经泵升压后,通过在线气相色谱AT40101分析C4原料中异丁烯含量,该信号与流量计FT40102测得的C4原料流量结合,对甲醇的流量进行调节,以满足醇烯比的要求。C4原料经过流量计FT40102及流量控制阀FV40102,送至C4-甲醇混合器(M-401)及静态混合器(M-402),与甲醇进行充分混合。从罐区来的甲醇,经流量计FE40204和液位控制阀LV40205,进入甲醇原料罐(D-402)。甲醇原料经甲醇原料泵(P-40
18、2A/B)升压后,进入甲醇离子过滤器(R-404A/B)。过滤后的甲醇-路经过流量计FT40206及流量控制阀FV40206,送至C4-甲醇混合器(M-401)及静态混合器(M-402),进行充分混合。另-路作为补充甲醇分为两股,并分别经流量控制阀FV40810、FV40811,进入催化蒸馏塔II(C-402)。C4原料和甲醇在混合器中进行充分混合后,经反应进料加热器(E-401),然后与第-外循环泵(P-403A/B)出口的反应物料混合,进入第-外循环混合器(M-403),最后进入第-反应器(R-401)顶部进行醚化反应。在所选择的反应进料温度下,C4馏分中异丁烯与甲醇反应生成MTBE。新鲜
19、原料与循环物料混合,使异丁烯得到稀释,这保证了反应过程平稳。反应物料从第-反应器(R-401)底部流出后,经过第-外循环冷却器(E-411)冷却到40,然后分为两路,-路经联锁控制阀MV40401进入第-外循环泵(P-403A/B)升压,再经过流量控制阀FV40427后返回第-反应器(R-401)。另-路与第二外循环泵(P-404A/B)出口的循环物料混合后,进入第二外循环混合器(M-404)。第-外循环冷却器(E-411)利用物料侧出口温度,调节循环水管线上的温度控制阀TV40318。混合物料从第二外循环混合器(M-404)出来后,进入第二反应器(R-402)顶部继续进行醚化反应,进-步转化
20、后从反应器底部流出。反应物料分为两路,-路进入第二外循环冷却器(E-412)冷却到40,然后经联锁控制阀MV40402,进入第二外循环泵(P-404A/B)升压,再经过流量控制阀FV40426后返回第二反应器(R-402) ,稀释进料中的异丁烯的浓度,吸收反应放出的热量。另-路直接进入第三反应器(R-403)顶部,在第三反应器(R-403)中深度转化。第二外循环冷却器(E-412)利用物料侧出口温度,调节循环水管线上的温度控制阀TV40481。反应物料从第三反应器(R-403)底部流出后,经过压力控制阀PV40528进入催化蒸馏和产品分离部分。第-反应器(R-401)和第二反应器(R-402)
21、是固定床外循环反应器,第三反应器(R-403)是绝热反应器。每个反应器中装有离子交换树脂,该树脂既可用作净化剂,又可用作反应催化剂。在所选择的反应进料温度下,C4馏分中异丁烯与甲醇反应生成MTBE,该反应为可逆放热反应,选择性很高,两个外循环反应器的反应热通过反应器出口的冷却器取出,第三反应器内的反应量较少,主要目的是提高反应转化率。经过三个反应器后,异丁烯转化率90。在反应条件下尚有少量副反应:异丁烯水合生成叔丁醇(TBA),异丁烯自聚生成二聚物(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)。反应条件选择适当可使副反应控制在有限范围内。三台反应器为串联操作
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