【正文】 問(wèn)題。 7 第三章 生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品方案及總物料平衡 第一節(jié) 生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品方案 一、生產(chǎn)規(guī)模 新建的丁二烯裝置額定設(shè)計(jì)規(guī)模為 70000 噸/年丁二烯。裝置操作彈性：30％～110％。 第二節(jié) 總工藝流程及物料平衡 新建7萬(wàn)噸/年丁二烯裝置由脫氫反應(yīng)系統(tǒng)、壓縮機(jī)系統(tǒng)、油吸收解吸系統(tǒng)和丁二烯抽提系統(tǒng)四個(gè)單元構(gòu)成。經(jīng)二段反應(yīng)后的生成氣經(jīng)過(guò)前換熱，廢熱鍋爐回收熱量，再經(jīng)淬冷后去后換熱器進(jìn)一步回收熱量，然后去水冷洗酸塔洗去有機(jī)酸并進(jìn)一步降溫后去生成氣壓縮機(jī)。 二、生成器壓縮機(jī)系統(tǒng) 該系統(tǒng)將生成氣 由 （絕）～ （絕）。 三、油吸收解吸系統(tǒng) 加壓后的生成氣在吸收塔中被塔頂加入的貧油吸收，尾氣送往鍋爐焚燒。 四、丁二烯抽提系統(tǒng) 8 油吸收解吸后的粗丁二烯及新鮮乙腈經(jīng)過(guò)萃取精餾經(jīng)水洗脫水塔后，除去組丁二烯的碳四及炔烴，生產(chǎn)出合格的丁二烯產(chǎn)品。新建 7萬(wàn)噸/年丁二烯裝置總物料平衡見(jiàn)圖 31。 表 31 產(chǎn)品及副產(chǎn)品規(guī)格及數(shù)量 序 產(chǎn)品 產(chǎn)量 參考 主要規(guī)格 號(hào) 名稱 （t/a） 用途 一 產(chǎn)品 純度 ≥ wt％ 水份 ≤ wt％ 比重 ～ 沸程 177。20世紀(jì) 20年代，德國(guó)開(kāi)始用乙炔生產(chǎn)丁二烯，進(jìn)而生產(chǎn)了合成橡膠。當(dāng)時(shí)，除德國(guó)采用乙炔法外，美國(guó)、蘇聯(lián)等采用乙醇法生產(chǎn)丁二烯。到戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束，美國(guó)年產(chǎn)丁二烯 550kt,其中約 60％來(lái)自石油化工。 生產(chǎn)方法 有碳四餾分分離和合成法（包括丁烷脫氫、丁烯脫氫、丁烯氧化脫氫等）兩種。美國(guó)丁二烯的來(lái)源，大約一半來(lái)自丁烷、丁烯脫氫，一半直接來(lái)自裂解C4 餾分。工業(yè)上均采用萃取精餾的方法，即由餾分中加入乙腈、甲基甲酰胺等溶劑增大丁二烯與其他C4 烴的相對(duì)揮發(fā)度，通過(guò)精餾分離 （見(jiàn)碳四餾分分離）得到丁二烯。丁烷脫氫是強(qiáng)吸熱過(guò)程，需要輸入大量的熱量才能獲得有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的轉(zhuǎn)化率，但同時(shí)裂解和產(chǎn)物二次反應(yīng)也顯得突出。有兩種工藝方法已在工業(yè)上得到應(yīng)用： ① 菲利浦法 即二步法,第一步反應(yīng)使用鉻鋁(氧化鉻載在氧化鋁上)催化劑，溫度 600℃，將丁烷脫氫為丁烯，轉(zhuǎn)化率30％，選擇性80％；第二步反應(yīng)使用 11 類似催化劑，溫度 650℃，將丁烯脫氫為丁二烯,轉(zhuǎn)化率 27％，選擇性76％。 ② 胡德利法 該法在600℃、15kPa和絕熱條件下使丁烷一步脫氫成丁二烯。因系減壓操作,催化劑再生十分麻煩,設(shè)備條件苛刻，要求配有大口徑耐高溫快速啟閉的閥門(mén)及大容量真空設(shè)備。反應(yīng)氣體分出丁二烯后進(jìn)行循環(huán)，并與新鮮的丁烷混合進(jìn)入脫氫反應(yīng)器。 （3）丁烯脫氫 美國(guó)在40 年代末開(kāi)發(fā)的方法，其工藝過(guò)程的基本原理與菲利浦法的第二步反應(yīng)相似，但反應(yīng)過(guò)程作了很多改進(jìn)，主要是在丁烯原料中加入大量蒸汽以降低烴分壓，在有利于脫氫平衡條件下進(jìn)行反應(yīng)。 （4）丁烯氧化脫氫 丁烯催化脫氫反應(yīng)是可逆反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率因受化學(xué)平衡限制而不高，氧化脫氫法是在脫氫時(shí)通入氧氣（空氣），改脫氫反應(yīng)為氧化反應(yīng)，從而大幅度提高丁烯的轉(zhuǎn)化率及丁二烯的選擇性，其反應(yīng)式為： CH +1/2O─→CH +HO 4 8 2 4 6 2 丁烯氧化脫氫(見(jiàn)圖)是 1965年在美國(guó)石油－得克薩斯化學(xué)公司工業(yè)化，過(guò)程采用鐵尖晶石催化劑（見(jiàn)金屬氧化物催化劑），反應(yīng)器溫度入口約350℃、出口約 580℃，丁烯轉(zhuǎn)化率可達(dá)78％～80％，丁二烯選擇性92％～95％。在美國(guó)， 70年代末有 70％廠家采用此法生產(chǎn)丁二烯。 12 ☆ （5）其他還有乙醇法和乙炔法。因丁二烯的選擇性僅 60％左右,生產(chǎn)成本高,目前僅少數(shù)國(guó)家尚采用此法。即先將乙炔制成乙醛，再縮合成丁醇醛，進(jìn)而加氫得 1，3丁二醇,最后將 1，3丁二醇脫水即得丁二烯。 本設(shè)計(jì)中采用的工藝方法為丁烯氧化脫氫制丁二烯。生成氣在塔中充分冷卻除去大量水分并洗去酸、酮和部分醛類后，從塔頂出來(lái)去壓縮工段。塔底出來(lái)的富油，進(jìn)入解吸塔進(jìn)行解吸。粗丁二烯經(jīng)過(guò)乙腈法萃取，水洗、精制后得到較純的丁二烯送往成品罐區(qū)。 由丁烯進(jìn)料泵（P101）進(jìn)來(lái)的丁烯餾分按比例計(jì)量后進(jìn)入丁烯蒸發(fā)器（V 102）,使丁烯蒸發(fā)并過(guò)熱到80℃后與計(jì)量的配料空氣一同進(jìn)入一段進(jìn)料混合器。為了使反應(yīng)更加充分，高溫生成氣與計(jì)量后的液態(tài)丁烯和脫氧水一同進(jìn)入二段進(jìn)料混合器（一級(jí)）（X 102）,三股物料混合后與計(jì)量后的配料空氣一起進(jìn)入二段進(jìn)料混合器（X103）,與計(jì)量后的空氣混合后進(jìn)入二段軸向反應(yīng)器。 由二段軸向反應(yīng)器出來(lái)的高溫生成氣先進(jìn)入前換熱器與配料蒸汽換熱，溫度降到418℃，再進(jìn)入一級(jí)廢熱鍋爐（E103）， ａ（G）的低壓蒸汽進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)管網(wǎng)，同時(shí)生成氣的溫度降到 156℃，降溫后的生成氣再進(jìn)入二級(jí) 14 廢熱鍋爐（E104）， ａ（G）的低低壓蒸汽進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)管網(wǎng)，這時(shí)生成氣的溫度降到115℃，再進(jìn)入后換熱器（E105）,進(jìn)行部分冷凝，并利用循環(huán)軟水回收其冷凝熱。先后與塔中部進(jìn)入的循環(huán)酸水，以及塔頂部加入的 5℃冷凍水進(jìn)行換熱，使生成氣在塔中充分冷卻除去大量水分并洗去酸、酮和部分醛類后，從塔頂出來(lái)去壓縮工段。 生成氣壓縮系統(tǒng) 由水冷洗酸塔（C101） （G）經(jīng)一、二級(jí)壓縮機(jī)壓縮至 （G）,進(jìn)入油吸收塔。生成氣經(jīng)吸收油吸收后，塔底得到含有丁烯、丁二烯的富油，溫度為 54℃。塔釜有再沸器（E308）,用 蒸汽加熱， , 及一些輕組分從塔頂餾出，經(jīng)塔頂冷卻器（E303）冷卻到 37℃，再經(jīng)塔頂冷凝器（E304）冷卻到21℃，不凝氣去生成氣壓縮機(jī)系統(tǒng)，冷凝液由回流泵（P302）全部打回塔頂，作為回流液。從解吸塔第八塊板上抽側(cè)線得到粗丁二烯產(chǎn)品，用側(cè)線冷卻器（E305）冷卻到35℃，由粗丁二烯泵送到丁二烯抽提單元。 二、主要操作條件 （一）反應(yīng)器R10R102 15 R101 R102 進(jìn)料比 空氣丁烯摩爾比 ：1 ：1 入口溫度 ℃ 320 320 出口溫度 ℃ 560 560 操作壓力 MPa(G) （二）水冷洗酸塔C10油吸收塔C30吸收油解析塔C30溶劑油再生 塔C303 C101 C301 C302 C303 塔頂溫度 ℃ 塔底溫度 ℃ 59 54 塔頂壓力 MPa(G) 塔底壓力 MPa(G) 回流比 三、工藝流程說(shuō)明 （一）脫氫及水冷系統(tǒng) 來(lái)自管網(wǎng)的配料蒸汽（ ａ（G）,℃）經(jīng)三通調(diào)節(jié)閥分成兩股，一股經(jīng)前換熱器(E102)與二段反應(yīng)器（R102）出來(lái)的高溫生成氣換熱，使溫度由 ℃上升到480℃，另一股作為旁路，用來(lái)調(diào)節(jié)一段反應(yīng)器（R101）的入口溫度，使之為 320℃左右，兩股物料在管道上重新混合后進(jìn)入一段進(jìn)料混合器（X 101）。丁烯、空氣、水蒸汽三種氣體充分混合后進(jìn)入裝有B02催化劑的一段軸向反應(yīng)器，由于丁烯脫氫為放熱反應(yīng)，生成氣出口溫度達(dá)560℃左右。通過(guò)調(diào)節(jié)脫氧水的噴入量，使二段軸向反應(yīng)器的入口溫度控制在400℃左右，經(jīng)二段反應(yīng)后，二段反應(yīng)器的出口溫度高達(dá) 560℃左右。 冷凝后的汽液兩相經(jīng)分離罐（V103）分離后，液相進(jìn)入水冷洗酸塔（C101）與其釜液混合，氣相進(jìn)入水冷洗酸塔底部。水冷洗酸塔的 59℃的塔釜液由循環(huán)酸水泵（P102）加壓后，經(jīng)循環(huán)酸水冷卻器（E107）冷卻后大部分再進(jìn)入水冷洗酸塔進(jìn)行循環(huán)利用，多余部分送往污水處理系統(tǒng)。 （三）油吸收解吸系統(tǒng) 經(jīng)生壓機(jī)壓縮后的生成氣進(jìn)入油吸收塔（C301）底部，來(lái)自罐區(qū)的吸收油經(jīng)吸收油冷卻器（E301）冷卻后打入油吸收塔頂部。塔頂出來(lái)的吸收尾氣進(jìn)入尾氣冷卻器 （E302）,冷卻到 0℃后經(jīng)尾氣分液罐（V301）分離，不凝氣去尾氣回收單元，冷凝液與塔底出來(lái)的富油混合后，通過(guò)貧富油換熱器（E307）,與解吸塔底貧油換熱，溫度升到91℃，進(jìn)入解吸塔（C302）進(jìn)行解吸。回流罐水袋內(nèi)的冷凝水定時(shí)排放。塔釜出來(lái)的 136℃的貧油，約 10％去再生塔再生，90％經(jīng)過(guò)貧富油換熱器，溫度降到86℃后，與從再生塔來(lái)的吸收油混合，再用貧油冷卻器（E306）冷卻到40℃，回到吸收油罐（V302）循環(huán)使用。新建丁二烯裝置主要由脫氫及水冷系統(tǒng)、生成氣壓縮系統(tǒng)、油吸收解吸系統(tǒng)和丁二烯抽提系統(tǒng)幾個(gè)單元構(gòu)成。該裝置的工藝是連續(xù)的，生產(chǎn)過(guò)程由 DCS 控制，保持高度自動(dòng)化。為滿足生產(chǎn)控制要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低消耗及確保安全生產(chǎn)，本項(xiàng)目擬在控制室內(nèi)上一套集散型控制系統(tǒng) （DCS），對(duì)裝置進(jìn)行集中監(jiān)視、控制和操作。輔助操作臺(tái)用于設(shè)置硬接線開(kāi)關(guān)、按鈕及報(bào)警燈等。 （二）控制規(guī)模 丁二烯裝置有模擬量檢測(cè)回路約 520 個(gè)，控制回路約 185個(gè)，數(shù)字量回路約 200 個(gè)。 （三）隨設(shè)備成套供貨的儀表 生成氣壓縮機(jī)組、冷凍機(jī)組等成套設(shè)備，除帶有機(jī)組本身運(yùn)行所需要的一次檢測(cè)儀表和 PLC 控制儀表以外，還帶有就地盤(pán)，用于就地開(kāi)/停車和運(yùn)行/故障信號(hào)指示，而其主要操作參數(shù)依然硬接線引至控制室，隨機(jī)成套的 PLC 能實(shí)現(xiàn)與 DCS 之間的通訊。所有遠(yuǎn)傳電子式變送器、電氣閥門(mén)定位器、溫度測(cè)量元件、質(zhì)量流量計(jì)及液位開(kāi)關(guān)等均選用本安防爆，儀表的最低防爆等級(jí)為ExiaIICT4。 安裝在室外的儀表設(shè)備外殼采用的是 IP67 防護(hù)等級(jí)，接線箱等安裝材料采用的是 IP65 防護(hù)等級(jí)。對(duì)于腐蝕性介質(zhì)采用防腐蝕措施，儀表用材料不低于工藝配管材料。為保證自動(dòng)化系統(tǒng)正常可靠地工作，需要作工作接地。儀表或儀表系統(tǒng)的故障安全設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到儀表、儀表氣源和/或電源發(fā)生故障時(shí)，人身和工廠設(shè)備的安全。若有放射性儀表應(yīng)遵守有關(guān)放射性防護(hù)規(guī)范。 在易燃、易爆氣體容易泄露處，設(shè)置了可燃?xì)怏w檢測(cè)器，檢測(cè)器信號(hào)引入控制室內(nèi)的可燃?xì)怏w報(bào)警盤(pán)。其電源規(guī)格如下： （1）非關(guān)鍵負(fù)荷電源 電壓：220V AC177。1HZ 用量：10KVA （2）關(guān)鍵負(fù)荷電源 電壓：220V AC177。5％ 頻率：50HZ177。5％ 儀表氣源 壓力：正常 (G) 最低 (G) 露點(diǎn)（操作壓力下）：40℃ 含塵微粒： ≯3μm 含油量： ＜8PPm(W) 不含有毒及腐蝕性氣體。并且根據(jù)需要也考慮絕熱保溫以保護(hù)儀表、儀表導(dǎo)壓管或工藝流體免受結(jié)冰、蒸發(fā)、結(jié)晶及熱沖擊的影響，同時(shí)也考慮保護(hù)人身安全。 DCS 系統(tǒng)設(shè)有8 個(gè)操作站、4 個(gè)控制站、8 個(gè)輔助操作臺(tái)和 2 臺(tái)打印機(jī)。操作站完成裝置的集中監(jiān)視及操作，控制站完成裝置的自動(dòng)控制及數(shù)據(jù)采集，打印機(jī)完成自動(dòng)報(bào)表打印。DCS 控制器、控制器電源、通訊卡、網(wǎng)絡(luò)總線等均冗余設(shè)置。 （二）現(xiàn)場(chǎng)儀表 生產(chǎn)裝置儀表選型如下： （1）流量?jī)x表