【正文】 1）項(xiàng)目名稱：以丙烯為原料年產(chǎn) 8 萬噸丁辛醇的生產(chǎn)項(xiàng)目； （ 2）項(xiàng)目性質(zhì)：為某一石化 /煤化總廠設(shè)計(jì)一座丙烯制基本有機(jī)化工原料的合成分廠。 設(shè)計(jì)依據(jù) （ 1）化工工程設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定； （ 2）國家經(jīng)濟(jì)、建筑等相關(guān)政策； 丁辛醇作用及意義 意義及作用 丁辛醇是重要的基本有機(jī)化工原料。它有三個重要的品種：正丁醇、異丁醇、辛醇。正丁醇主要用于生產(chǎn)丙烯酸丁酯、鄰苯二甲酸二丁酯 (DBP)、聯(lián)二酸二丁酯等酯類產(chǎn)品。前者用于涂料和粘合劑，后者為 PVC 的增塑劑。用丁醇生產(chǎn)的鄰苯二甲酸二丁酯和脂肪族二元酸酯類增塑劑，廣泛用于各種塑料和橡膠制品的生產(chǎn)。丁醇是生產(chǎn)丁醛、丁酸、丁胺和醋酸丁酯等有機(jī)化合物的原料，可用做樹脂、油漆、粘接劑的溶劑及選礦用的消泡劑，也可用做油脂、藥物和香料的萃取劑及醇酸樹脂涂料的添加劑。 發(fā)展概況 丁辛醇是隨著石油化工、聚 乙烯塑料工業(yè)的發(fā)展和羰基合成工業(yè)技術(shù)的發(fā)展迅速發(fā)展起來的。羰基合成反應(yīng)技術(shù)是 1938 年在德國最先開發(fā)成功的，隨著在英、美、法、意等國家獲得發(fā)展。自低壓銠法問世以來，該法在丁辛醇工業(yè)領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，先后轉(zhuǎn)讓給 9 個國家，共建設(shè)了 23 套裝置，采用該法生產(chǎn)的丁醛產(chǎn)量超過 ，占丁醛總產(chǎn)量的 70%。所有新建裝置全部采用低壓銠法，該法以其技術(shù)優(yōu)勢正在逐步淘汰高壓 銠法。 近 10 年來，隨著各國對環(huán)境保護(hù)認(rèn)識的提高，煙氣脫硫的關(guān)鍵技術(shù)有了飛速的發(fā)展，尤其是一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家，投入大量人力、財(cái)力進(jìn)行開發(fā)并取得顯著成效。 據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，到 1998 年止，美國投產(chǎn)了相當(dāng)于裝機(jī)容量 150 GW的電廠煙氣脫硫裝置；德國投產(chǎn)了相當(dāng)于裝機(jī)容量 30 GW 的電廠煙氣脫硫裝置；日本已建成投產(chǎn)大型脫硫裝置 1 400 臺（套），相當(dāng)于裝機(jī)容量 39 GW。 我國的丁醇生產(chǎn)技術(shù)在 1980 年以前主要采用糧食發(fā)酵法制丁醇，采用乙醛縮合法制丁烯醛，丁烯醛縮合、加氫制丁醇。由于工藝技術(shù)落后，這類的丁辛醇生產(chǎn)裝置已經(jīng)停產(chǎn)。 1976 年，吉化公司從德國 BASF 公司引進(jìn) 50kt/a 的高壓鐒法丁辛醇裝置。1982 年建成投產(chǎn)。隨后，大慶石化總廠，齊魯石化公司從英國 DAVY 公司成套引進(jìn)丁辛醇生產(chǎn)技術(shù)，并在 1986 年， 1987 年相繼投產(chǎn)。 （ 1） 1992 年北京化工四廠從日本三菱化學(xué)公司引進(jìn)丁辛醇生產(chǎn)的專利技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備，于 1996 年投產(chǎn)。 （ 2） 1996 年齊魯石化公司在原有裝置的基礎(chǔ)上，將原來低壓羰基合成氣相循環(huán)法改為液相循環(huán)法。在反應(yīng)器不變的情況下，將產(chǎn)量擴(kuò)大為原來的 倍。1998年吉化公司對原有的 BASF高壓羰基合成裝置進(jìn)行改造。引進(jìn)了 UCC/DAVY第四代低壓液相循環(huán)羰基合成技術(shù)，在保留了原裝置的異構(gòu)物分離、丁 醛縮合、辛烯醛液相加氫、醇的精餾分離等幾部分的基礎(chǔ)上，另外擴(kuò)建了一套氣相加氫、丁醛縮合、液相加氫、醇精餾分離系統(tǒng)，改造后的裝置于 2021 年 8 月投產(chǎn)，目前吉化公司丁醇、辛醇合計(jì)最大生產(chǎn)能力可達(dá) 120kt/a。 產(chǎn)品與原料方案 產(chǎn)品方案 本項(xiàng)目的主要產(chǎn)品是正丁醇、異丁醇、辛醇。各種產(chǎn)品的詳細(xì)規(guī)格如下： （ 1）正丁醇產(chǎn)品方案 表 正丁醇質(zhì)量規(guī)格 項(xiàng)目 指標(biāo) 項(xiàng)目 指標(biāo) 純度 ＞ ％（ m/m） 色度 ＜ 5APHA 水分 ＜ ％（ m/m） 異丁醇 ＜ ％（ m/m） 醛類 ＜ ％（ m/m） 密度（ 20℃ ） g/cm3 ～ （ 2）異丁醇產(chǎn)品方案 表 異丁醇質(zhì)量規(guī)格 （ 3）辛醇產(chǎn)品方案 表 辛醇質(zhì)量規(guī)格 原料方案 表 丙烯原料規(guī)格及技術(shù)指標(biāo) 化學(xué)級丙烯 丙烯 95102mol 最低 丙烷、甲烷和乙烷 5102mol 最高 乙烯 20106mol 最高 甲基乙炔及丙二烯 15106mol 最高 氧 5106mol 最高 總硫 1106wt 最高 C4 及 C4 以上的烴 5106mol 最高 乙炔 1106mol 最高 酸度 ＜ ％（ m/m） 蒸發(fā)殘余物 ＜ ％（ m/m） 硫酸色度 ＜ 20APHA 項(xiàng)目 指標(biāo) 項(xiàng)目 指標(biāo) 純度 ＞ ％（ m/m） 色度 ＜ 10APHA 水分 ＜ ％（ m/m） 硫酸色度 ＜ 20APHA 醛類 ＜ ％（ m/m） 密度（ 20℃ ） g/cm3 ～ 酸度 ＜ ％（ m/m） 蒸發(fā)殘余物 ＜ ％（ m/m） 項(xiàng)目 指標(biāo) 項(xiàng)目 指標(biāo) 純度 ＞ ％（ m/m） 色度 ＜ 5APHA 水分 ＜ ％（ m/m） 硫酸色度 ＜ 15APHA 醛類 ＜ ％（ m/m） 密度（ 20℃ ） g/cm3 ～ 酸度 ＜ ％（ m/m） 不飽和物 ＜ ％（ m/m） 氫 5106mol 最高 總氯（以 HCL 計(jì)） 1106mol 最高 綠油 10106wt 最高 水份 20106wt 最高 醇（以甲醇計(jì)） 5106wt 最高 續(xù)表 CO+CO2 15106mol 最高 進(jìn)界區(qū)狀態(tài)；液態(tài) 壓力： 溫度：環(huán)境 在生產(chǎn)丁辛醇過程中，原料合成氣與丙烯中含有 H2O、 S、 O As 和炔烴等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)容易使催化劑活性降低，甚至中毒失去活性，影響裝置的正常生產(chǎn)，必須進(jìn)行精制脫出丙烯中的微量雜質(zhì)，保證裝置的正常進(jìn)行。因此工段主要為利用催化劑將微量雜質(zhì)脫出。 表 催化劑規(guī)格 名稱型號 規(guī)格 規(guī)格 一次用量 硫化鉑 進(jìn)口： C532 國產(chǎn)： BC02009 3mm 直徑擠壓成型 脫除 合成氣 中的氧 1121 （第一層） m3 Pt≥102wt 活性碳 進(jìn)口： 207A 國產(chǎn)： JB1 510 目顆粒狀 脫除合成氣 中的羰基鐵 和羰基鎳 1120 m CTC 值 5560102 水分 ≤10102wt 浸苛性鈉的 活性氧化鋁 進(jìn)口： ICI59 國產(chǎn)： T402 35mm 球 脫除合成氣中的氨 1121 （第一層） 4 m3 Na2O≥12102wt Al2O3（高表面） Al2O3（高表面） 其余松密度 ≥900kg/ m3 銠催化劑 ROPAC 國產(chǎn)： BG2007 Rh； 1921102wt OXO 反應(yīng) 催化劑 年用量 70 kg 氯化物： ≤102wt 鐵： ≤102wt 鋅： ≤102wt 三苯基膦 白色晶狀小片或顆粒 OXO 反應(yīng) 年用量 TPP 熔點(diǎn)： ℃ 助催化劑 ≤34000kg 三苯基膦 ≥99102wt 鈉 ≤5106wt 灰份 ≤100106wt 干燥損失 ≤106wt 主要物料規(guī)格及消耗 本項(xiàng)目主要原料消耗情況見下表 : 表 主要原料規(guī)格及消耗 第二章工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算 工藝原理 凈化的合成氣與丙烯，在銠催化劑的作用下發(fā)生羰基合成反應(yīng)生成丁醛，反應(yīng)方程式如下： （ 1）丙烯醛化生成正丁醛： CH2 CH=CH2 +CO+H2 09 0 ~1 1 0 1 .6 5 .R h TP PC M P a g???????? ， CH3 CH2 CH2 CHO （ 2）丙烯醛化生成異丁醛： CH3 CH=CH2 +CO+H2 09 0 ~1 1 0 1 .6 5 .R h TP PC M P a g???????? ， （ CH3 ） 2 CHCHO 上述兩個反應(yīng)，正丁醛是目的產(chǎn)物，而異丁醛是副產(chǎn)物。在選擇的反應(yīng)條件下，正丁醛 /異丁醛生成的比率為 10： 1。 工藝路線的選擇 本設(shè)計(jì)是年產(chǎn) 8萬噸丁辛醇合成氣凈化及羰基合成車間工藝的初步設(shè)計(jì)。丁序號 原料 規(guī)格 用量（ 噸 /年） 1 丙烯 工業(yè)級 58864 2 合成氣 工業(yè)級 47360 3 氫氣 工業(yè)級 4 銠系催化劑 —— 20 5 銅基催化劑 —— 15 6 氫氧化鈉 —— 辛醇的生產(chǎn)工藝有兩種路線 。一種是以乙醛為原料，巴豆醛縮合加氫法；另一種是以丙烯為原料的羰基合成法。國內(nèi)外的羰基合成法又分為高壓鈷法、改性鈷法、高壓銠法和改性銠法。其中改性銠法是當(dāng)代丁辛醇合成技術(shù)的主流。改性 銠法又分為氣相循環(huán)和液相兩種。液相循環(huán)改性銠法是當(dāng)今世界最先進(jìn)，最廣泛使用的丁辛醇合成技術(shù) 。本設(shè)計(jì)以凈化后的合成氣和丙烯為原料，采用低壓氣相循環(huán)改性銠法進(jìn)行羰基合成反應(yīng)。 工藝流程簡述 流程示意圖 圖 流程示意圖 各工段工藝流程 :丙烯在 — 壓力和環(huán)境溫度下，以液態(tài)送進(jìn)界區(qū)，由PIC211控制液態(tài)丙烯系統(tǒng)的壓力，去丙烯預(yù)熱器 E1301，用 的蒸汽將丙烯預(yù)熱到 25℃ ，有 TIC201控制預(yù)熱溫度。被預(yù)熱后的丙烯進(jìn)入 1凈化槽 V1301，V1301內(nèi)裝一層活性氧化鋁催化劑。丙烯在經(jīng)過該催化劑床層時，大部分 H2S 被吸附除去，同時在過量水的存在下，將丙烯中的全部 CoS 水解為 H2S。丙烯從V1301出來后，直接進(jìn)入 2凈化槽 V1302，該槽自上而下裝有活性氧化鋁、氧化鋅和浸銅活性碳三層催化劑。第一層活性氧化鋁同 V1301催化劑所起的作用一樣，是在 V1301離線時，保護(hù)氧化鋅床層，氧化鋅將丙烯中的硫脫除到 ? 106mol以下，而浸銅活性碳將丙烯中的氯化物脫除到 ? 106mol 以下。丙烯從 V1302出來后，在 FIC202控制流量下，進(jìn)入丙烯蒸發(fā)器 E1302的蒸發(fā)段， E1302用 蒸汽再加熱使殼程中的甲醇蒸發(fā)，甲醇冷凝下來， E1302殼程里的甲醇飽和壓力由 PIC209控制，蒸發(fā)溫度由 TIC203控制。丙烯來開 502蒸發(fā)段后進(jìn)入丙烯過熱器 1503，用 蒸汽將丙烯加熱到 80℃ ，然后經(jīng)過 PIC205控制丙烯汽化段的壓力，經(jīng) V1303A/B 過濾器，進(jìn)入 OXO 系統(tǒng)。 反應(yīng) :從原料凈化工序來的丙烯進(jìn)料氣體，與來自汽提塔的汽提氣和OXO 循環(huán)壓縮機(jī) P1302的循環(huán)氣匯合在一起，在 OXO 反應(yīng)器進(jìn)料壓力 PIC301控制下，分二路（并聯(lián)）有 FIC304/305控制進(jìn)料流量，進(jìn)入 OXO 反應(yīng)器 V1305A/B。V1305A/B 是帶攪拌的釜式反應(yīng)器，內(nèi)有冷卻盤管和進(jìn)料氣體分配器，并裝填有Rh/Tpp 丁醛的催化劑溶液，在氣體分配器以及 V1306A/B 攪拌器的作用下，原料氣體以小氣泡的形式擴(kuò)散在催化劑溶液中，并于 90110℃ ， 條件下，在 V1305A/B 里發(fā)生 OXO 反應(yīng)生成丁醛。 OXO 反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱通過產(chǎn)品丁醛的蒸發(fā)脫除一部分，通過調(diào)溫水換熱脫除一部分。反應(yīng)溫度由 TIC305/316通過冷卻盤管的調(diào)溫水控制。調(diào)溫水系統(tǒng)是一個閉路循環(huán)回路，由調(diào)溫 水泵P1304A/B 保持循環(huán)，輸送到 1103A/B 盤管的調(diào)溫水溫度為 55℃ ，從 V1305A/B盤管出來時溫度升到 80~900 C，然后在調(diào)溫水冷卻器 V1307中由 TIC409控制，將調(diào)溫水冷卻到 55℃ 后進(jìn)到調(diào)溫水緩沖罐 V1308。 V1308對調(diào)溫水介質(zhì)隨反應(yīng)熱的變化日產(chǎn)生的膨脹起一個緩沖作用。反應(yīng)產(chǎn)品丁醛被循環(huán)氣體從反應(yīng)器中汽提出來，經(jīng)過霧沫分離器 V1304A/B 除去循環(huán)氣體中夾帶的含有催化劑的液滴，去羰基合成循環(huán)冷卻器 V1311A/B，將產(chǎn)品丁醛冷凝下來，并將循環(huán)氣體冷卻到 40℃ ，然后進(jìn)入羰基合成產(chǎn)品收集器 V1310中， V1310中收集的液相產(chǎn)品丁醛一部分用粗環(huán)泵 P1301打會反應(yīng)器 V1305A/B 中，用 LIC301/303控制保持 V1305A/B 液位穩(wěn)定，環(huán)壓縮機(jī) P1302， P1302將氣體從 壓縮到 ，返回反應(yīng)器V1305A/B 中。在氣體進(jìn) P1302前，由 PIC305控制向燃料氣管網(wǎng)排放部分氣體，以維持反應(yīng)系統(tǒng)中惰性氣體組分的平衡和反應(yīng)器氣體循環(huán)回路壓力的正常。羰基合成循環(huán)壓縮機(jī) P1302是一臺由蒸汽透 P1303驅(qū)動的單級葉輪離心壓縮機(jī)，可獲得 的壓差，蒸汽透平 P1303用 蒸汽操作，排出蒸汽壓力為。 工藝參數(shù) 丁辛醇生產(chǎn)的工藝參數(shù)如下表： 表 工藝參數(shù)表 序號 工藝參數(shù) 位號 單位 指標(biāo) 1 界區(qū)丙烯壓力 FIC101 MPa 177。 2 丙烯壓力 PIC205 MPa 177。 3 OXO 反應(yīng)溫度 TIC305/316 0C 87120 4 OXO 反應(yīng)液位 LI306/307 % 803848 5 OXO 進(jìn)料壓力 PIC301 MPa ＜ 6 OXO 系統(tǒng)壓力 PIC305 MPa 177。 7 OXO 氣相 CO 濃度 AR301/302 102 8 1105 液位 LIC403 % 60177。5 物料衡算 物料衡算的意義和作用 物料衡算是化工計(jì)算中最基本，最重要的內(nèi)容之一，是進(jìn)行化工計(jì)算的基礎(chǔ)。在化學(xué)工程中，為了導(dǎo)出某 一過程的基本方程式和建立數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)或改