【正文】 項(xiàng)目總論 項(xiàng)目背景 20xx 年我國的 C4 餾分總產(chǎn)量超過 6106 噸，催化裂化 C4 餾分產(chǎn)量為 5107噸，預(yù)計(jì)到 20xx 年 C4 餾分總產(chǎn)量將達(dá)到 107 噸。美國從 20xx 年開 始禁止使用 MTBE，歐洲國家使用 MTBE 的趨勢(shì)也是下降的，不少 MTBE 裝置改建為 ETBE 裝置。 年產(chǎn) 5萬 ETBE 項(xiàng)目 ─ 初步設(shè)計(jì)說明書 團(tuán)結(jié)之隊(duì)─雁行 2 項(xiàng)目概述 本項(xiàng)目是為中國石油寧夏石化公司設(shè)計(jì)一座年產(chǎn) 5 萬噸混合 C4 制 ETBE 子系統(tǒng)，廠址選建于寧夏回族自治區(qū)銀川市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)。 廠址概況 銀川經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)發(fā)展概況 銀川經(jīng)濟(jì)技術(shù) 開發(fā)區(qū) 是寧夏 唯 一的國家級(jí) 開發(fā)區(qū) 經(jīng)過多年發(fā)展，已形成了能源、化工、機(jī)電、建材四大支柱產(chǎn)業(yè)。截至 20xx年底累計(jì)投入資金 ，清理、征購?fù)恋亟?12平方公里，近萬名被拆遷戶全部得到妥善安置，為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)掃清了障礙、創(chuàng)造了條件。開發(fā)區(qū)位于銀川市西夏區(qū)內(nèi)，已形成了能源、化工、機(jī)電、建材四大支柱產(chǎn)業(yè)。美國最近已通過一項(xiàng) “ 清潔燃料法案 ” ，將在今后 4 年內(nèi)禁用 MTBE。 ETBE 不僅使汽油的辛烷值得以提高，而且使汽油的經(jīng)濟(jì)性及安全性都比添加 MTBE 的汽油要好，因此它具有很大的市場(chǎng)潛力。 表 21 固定床技術(shù)與催化蒸餾技術(shù)的比較 項(xiàng)目 工藝 優(yōu)缺點(diǎn) 固定床 合成 設(shè)備投資少，操作費(fèi)用低，但是異丁烯轉(zhuǎn)化率受熱力學(xué)平衡限制，轉(zhuǎn)化率最高只有 92%，且后續(xù)分離復(fù)雜困難 催化蒸餾 合成和初步分離 打破了反應(yīng)的熱力學(xué)平衡，轉(zhuǎn)化率能達(dá)99%以上，反應(yīng)熱用于分離，降低能耗，裝置價(jià)格較高，后續(xù)分離簡單 所以現(xiàn)在 ETBE 的生產(chǎn)工藝都為催化蒸餾技術(shù)的開發(fā)利用。從催化蒸餾塔的側(cè)線采出含有醇、醚、烴的混 合物送人乙醇蒸餾塔，采出位置位于進(jìn)料口以下。吸附劑選擇性很高，分離出的乙醇純度很高，返回醚化反應(yīng)區(qū)，不會(huì)因含有叔 丁醇而降低醚化反應(yīng)效率。工藝包含了兩個(gè)主要工段即“反應(yīng)工段”和“分離工段”。由于催化 蒸餾塔的特殊結(jié)構(gòu)，能使異丁烯的轉(zhuǎn)化率達(dá) 99%以上。 g 1 交換容量 /mol因此，在此工藝流程中選用了吸附床，吸附床內(nèi)裝有吸附劑（選用硅膠），然后用原料 C4 作為脫附劑進(jìn)行分離乙醇和產(chǎn)品。 （ 2）催化蒸餾塔的物料平衡參數(shù) 表 29 催化蒸餾塔的進(jìn)料組成及參數(shù) 溫度 ℃ 壓力 atm 摩爾流量 kmol/h 質(zhì)量流量 kg/h Vapor Frac 1 組分 摩爾流量 kmol/h 異丁烷 正丁烷 正丁烯 順 2丁烯 反 2丁 烯 異丁烯 乙醇 ETBE 水 雙異丁烯 年產(chǎn) 5萬 ETBE 項(xiàng)目 ─ 初步設(shè)計(jì)說明書 團(tuán)結(jié)之隊(duì)─雁行 19 乙基正丁基醚 103 乙醚 103 表 210 催化蒸餾塔補(bǔ)加乙醇的進(jìn)料組成及參數(shù) 溫度 ℃ 45 壓力 atm 11 摩爾流量 kmol/h 10 質(zhì)量流量 kg/h 460 Vapor Frac 0 組分 摩爾流量 kmol/h 乙醇 10 表 211 催化蒸餾塔上塔出料組成 及參數(shù) 溫度 K 壓力 atm 摩爾流量 kmol/h 質(zhì)量流量 kg/h Vapor Frac 0 組分 摩爾流量 kmol/h 異丁烷 正丁烷 正丁烯 順 2丁烯 反 2丁烯 異丁烯 0 乙醇 ETBE 水 104 年產(chǎn) 5萬 ETBE 項(xiàng)目 ─ 初步設(shè)計(jì)說明書 團(tuán)結(jié)之隊(duì)─雁行 20 雙異丁烯 109 乙基正丁基醚 105 乙醚 105 表 212 催化蒸餾塔下塔出料組成及參數(shù) 溫度 K 壓力 atm 摩爾流量 kmol/h 質(zhì)量流量 kg/h Vapor Frac 0 組分 摩爾流量 kmol/h 異丁烷 0 正丁烷 0 正丁烯 0 順 2丁烯 0 反 2丁烯 0 異丁烯 0 乙醇 ETBE 水 0 雙異丁烯 0 乙基正丁基醚 0 乙醚 0 物料進(jìn)入催化蒸餾塔，異丁烯和乙醇進(jìn)一步反應(yīng)，為保證反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，在催化蒸餾塔的中間開孔補(bǔ)加一部分乙醇，通過改變醇烯比來增加異丁烯的轉(zhuǎn)化率。 催化蒸餾塔是本項(xiàng)目最核心的設(shè)備，在此設(shè)備中異丁烯的轉(zhuǎn)化率達(dá) 99﹪以 年產(chǎn) 5萬 ETBE 項(xiàng)目 ─ 初步設(shè)計(jì)說明書 團(tuán)結(jié)之隊(duì)─雁行 21 上，使原料充分得到了應(yīng)用。 年產(chǎn) 5萬 ETBE 項(xiàng)目 ─ 初步設(shè)計(jì)說明書 團(tuán)結(jié)之隊(duì)─雁行 14 P R OD U C T 3C 2H 603B O T T O MUPP R OD U C T 1C 41P R OD U C T 4C 44C 43W A T ER8C 42P R OD U C T 2T 1 02T 1 01T 1 03E 1 03E 1 02E 1 01 圖 24 ETBE 分離工段 Aspen 模擬工藝流程圖 工藝流程介紹 工藝流程的概述 原料乙醇和煉油廠的烴類 C4 餾分醇烯比為 的比例進(jìn)料，在壓力為、溫度為 60℃時(shí)進(jìn)入固定床反應(yīng)器進(jìn)行預(yù)反應(yīng)，在固定床反應(yīng)器中，由于受到動(dòng)力學(xué)的影響，異丁烯的的轉(zhuǎn)化率不是很高，能達(dá)到 91%左右；接著物料進(jìn)入催化蒸餾塔，進(jìn)一步的合成和粗分離，由于其打破了反應(yīng)的熱力學(xué)平衡，異丁烯的轉(zhuǎn)化率達(dá)到 %以上；下一步在吸附床中進(jìn)行再分離，經(jīng)由原料 C4 的高選擇性，產(chǎn)品 ETBE 從吸附床出來乙醇含量很低，質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá) 104以下。經(jīng) 1 000h 實(shí)驗(yàn)后， 卸出催化劑， 對(duì)其孔結(jié)構(gòu)和交換容量進(jìn)行測(cè)試， 并與運(yùn)行前催化劑的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行比較， 結(jié)果表明， 運(yùn)行前后催化劑的孔結(jié)構(gòu)基本不變， 且卸出的催化劑無自然破碎現(xiàn)象， 說明其物性比較穩(wěn)定， 強(qiáng)度也可滿足醚化工藝的要求。由于該催化劑具有較高的交換容量（ 5. 0 mol/ g 以上），因而在醚化反應(yīng)中表現(xiàn)出了較高的活性和長周期運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，是一種綜合性能優(yōu)良的催化劑。 ETBE反應(yīng)工段的工藝確定 工藝優(yōu)選 對(duì)于反應(yīng)器，分為固定床技術(shù)和催化蒸 餾技術(shù)，固定床設(shè)備簡單，操作方便，但是異丁烯轉(zhuǎn)化率最高只有 92%，隨著技術(shù)的發(fā)展，催化蒸餾技術(shù)使異丁烯轉(zhuǎn)化率可達(dá) %以上，其反應(yīng)熱用于產(chǎn)品的分離，降低能耗。從反應(yīng)蒸餾塔塔頂出來的物料含有未反應(yīng) C4 和少量共沸乙醇，經(jīng)水洗塔除去乙醇，得到的 C4中乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于 5 104。蒸餾塔塔底乙醇中含有少量反應(yīng)副產(chǎn)物叔丁醇， ETBE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 1%以下，返回膨脹床反應(yīng)器和催化蒸餾塔，繼續(xù)參加醚化反應(yīng) 。 IFP 公司開發(fā)的 ETBE工藝 工藝流程如圖 21所示： 年產(chǎn) 5萬 ETBE 項(xiàng)目 ─ 初步設(shè)計(jì)說明書 團(tuán)結(jié)之隊(duì)─雁行 8 1—— 膨脹床反應(yīng)器 ?？紤]到 ETBE 技術(shù)的復(fù)雜性和裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性，本項(xiàng)目最終選擇其中較先進(jìn)成熟的美國 UOP 公司的 Ethermax 技術(shù)，然后對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，并用專業(yè)軟件對(duì)其工藝進(jìn)行了模擬和優(yōu)化，以達(dá)到工藝最優(yōu)化，成本最低化。 因此，大的趨勢(shì)已經(jīng)證明，MTBE 已經(jīng)不能跟上主流化工的趨勢(shì)了。同時(shí)擁有國家西部大開的戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)，國家和當(dāng)?shù)卣疄榛靥峁┝硕愘M(fèi)減免、資金支 持、融資擔(dān)保、人才引進(jìn)優(yōu)惠、通關(guān)便利等諸多扶持政策。大力實(shí)施綠化、美化、亮化工程。工業(yè)經(jīng)濟(jì)行業(yè)增速快，推動(dòng)工業(yè)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)增長。通過本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，可以得到年產(chǎn) 5 萬噸的 ETBE， 副產(chǎn) 萬噸液化石油氣 ，總量為 萬噸 。 與 MTBE 屬同一類，但其辛烷值較高、雷氏蒸汽壓較低，且水溶性較 MTBE 小，因此更適合作為汽油的含氧添加劑 。而國外的化工利用率很高，如美國為80% ~90%，日本為 64 % ，西歐為 60%。 過去十年來，甲基叔丁基醚 (MTBE)一直作為美國新配方汽油（ RFG）及許多國家和地區(qū)汽油的主要添加劑，用以提高汽油辛烷值及降低汽車排放污染。 20xx 年我國總煉油能力達(dá)到 億噸 /年，催化裂化能力將增長到 億噸/年，其每年副產(chǎn)的混合 C4 烴總量將達(dá)到 1 千萬噸。 設(shè)計(jì)依據(jù)和原則 設(shè)計(jì)依據(jù) ? 本項(xiàng)目所編制的《 雁行 可行性分析報(bào)告》 ? 化工行業(yè)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定 ? 《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》和《中華人民共和國勞動(dòng)保護(hù)法》的相關(guān)法律、法規(guī) ? 寧夏自治區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)、建筑、環(huán)保等相關(guān)政策和法規(guī) 設(shè)計(jì)原則 1）項(xiàng)目建設(shè)遵守國家的各項(xiàng)政策、法令和法規(guī)，符合國家的產(chǎn)業(yè)政策、投資方向及行業(yè)和地區(qū)的規(guī)劃，貫徹有關(guān)部門的頒發(fā)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī) 范合理安排建設(shè)周 年產(chǎn) 5萬 ETBE 項(xiàng)目 ─ 初步設(shè)計(jì)說明書 團(tuán)結(jié)之隊(duì)─雁行 3 期，嚴(yán)格控制工程建設(shè)項(xiàng)目的生產(chǎn)規(guī)模和投資； 2) 采用成熟而先進(jìn)的工藝生產(chǎn)技術(shù)，確保操作運(yùn)行穩(wěn)定、能耗低、三廢排放少、產(chǎn)品質(zhì)量好； 3) 在保證工藝生產(chǎn)安全、可靠的前提下，盡可能利用國產(chǎn)化的設(shè)備、材料，并控制投資在合理范圍內(nèi)； 4) 嚴(yán)格遵守現(xiàn)行消防、安全、衛(wèi)生、勞動(dòng)保護(hù)等有關(guān)規(guī)定、規(guī)范，保障生產(chǎn)安全順利進(jìn)行和操作人員的人身、衛(wèi)生安全； 5) 注重環(huán)境保護(hù)，生產(chǎn)過程中減少 “三廢 ”排放，同時(shí)采用行之有效的 “三廢 ”治理措施，貫徹執(zhí)行 “三廢 ”治理、 “三同時(shí) ”的原則； 6）堅(jiān)持 “社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效 益和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益并重 ”的原則，按照國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的長遠(yuǎn)規(guī)劃，行業(yè)、地區(qū)的發(fā)展規(guī)劃，在項(xiàng)目調(diào)查、選擇中對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行詳細(xì)全面的論證。 按照自治區(qū)和銀川市黨委、政府的要求，堅(jiān)持積極穩(wěn)妥、敢于創(chuàng)新的原則，確定新的發(fā)展思路，提出 “一年一個(gè)新變化、三年上個(gè)新臺(tái)階、五年有個(gè)大發(fā)展 ”的要求，對(duì)資產(chǎn)、債權(quán)、債務(wù)、土地利用和基礎(chǔ)設(shè)施在建項(xiàng)目等進(jìn)行了全面清理 。區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)保持了又好又快的發(fā)展勢(shì)頭，已成為寧夏對(duì)外開放的窗口和新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，最適宜創(chuàng)業(yè)、最適宜發(fā)展的工業(yè)新區(qū)。比如原料資源優(yōu)勢(shì)、交通運(yùn)輸物流優(yōu)勢(shì)、經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)公用設(shè)施條件優(yōu)越等等優(yōu)勢(shì)。 ETBE 的沸點(diǎn)較高，與烴類相混不生成共沸化合物。采用固定床技術(shù)時(shí)異丁 烯轉(zhuǎn)化率受熱力學(xué)平衡限制其轉(zhuǎn)化率不高。 4—— 乙醇蒸餾塔 圖 21 IFP ETBE 工藝 C4 原料和乙醇先從底部進(jìn)人一個(gè)膨脹床絕熱反應(yīng)器，再進(jìn)人一個(gè)下流式固定床反應(yīng)器，在催化劑作用下進(jìn)行醚化反應(yīng)。 UOP 公司開發(fā)的 ETBE工藝 工藝流程如圖 22所示： 年產(chǎn) 5萬 ETBE 項(xiàng)目 ─ 初步設(shè)計(jì)說明書 團(tuán)結(jié)之隊(duì)─雁行 9 圖 22 工藝流程簡圖 美國 UOP 公司、德國 Duels 公司和美國 KOCH 公司將固定床工藝技術(shù)與 KOCH開發(fā)的反應(yīng)蒸餾技術(shù) (RVUD)相結(jié)合，共同開發(fā)出商品名為 Ethermax 的醚化技術(shù)，可生產(chǎn) MTBE， ETBE， TAME 等多種產(chǎn)品。所以， IFP 公司開發(fā)的工藝流程，對(duì)催化蒸餾塔的要求就很高，且造價(jià)也不菲。 本項(xiàng)目采用美國 UOP公司 Ethermax 工藝 ， 并作適當(dāng)?shù)馗倪M(jìn)創(chuàng)新，將固定床反應(yīng)器與催化蒸餾塔連用， C4 原料和乙醇先在原料混合器中混合，再從固定床反應(yīng)器頂部加人，部分乙醇從催化蒸餾塔反應(yīng)段下部加人，以增加催 年產(chǎn) 5萬 ETBE 項(xiàng)目 ─ 初步設(shè)計(jì)說明書 團(tuán)結(jié)之隊(duì)─雁行 11 C41 C42 C2H6O1 C2H6O2 C43 C2H6O3 HEATERIN PRODUCT1 PRODUCT2 FEED PRODUCT3 C2H6O4 BOTTOM UP V101 V102 MIXER P101 P102 P103 E103 R101 E102 T101 化蒸餾塔的醇烯比。 年產(chǎn) 5萬 ETBE 項(xiàng)目 ─ 初步設(shè)計(jì)說明書 團(tuán)結(jié)之隊(duì)─雁行 12 表 23 QRE— 01 型樹脂催化劑的主要物性指標(biāo) 項(xiàng)目 指標(biāo) 粒度 /mm ~ 堆密度 /g ETBE分離工段的工藝確定 ETBE 分離工段采用以吸附床和水洗塔為主要設(shè)備的分離工藝。 （ 3）本項(xiàng)目在催化蒸餾塔的進(jìn)料方面也進(jìn)行了優(yōu)化，為了達(dá)到一個(gè)比較理想的醇烯比，在經(jīng)過固定床反應(yīng)之后進(jìn)入催化蒸餾塔中時(shí)，本項(xiàng)目在催化蒸餾塔上加了一個(gè)乙醇進(jìn)料孔，并通過控制方案來嚴(yán)格控制醇烯比，以達(dá)到轉(zhuǎn)