50万吨MTBE生产技术毕业论文.doc

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1、 毕 业 论 文题目 50万吨MTBE年生产技术 姓 名 学 号201005120125 系（院）_化工系_ 班 级 P10应化一班指导教师_ 职 称_ 讲 师_2013 年 4月 1日 目录 1 摘要 1 1.1 设计原则 21.2 装置规模和开工时数11.3工艺技术路线12 .1贫异丁烯生产MTBE系统22.1.1 预反应部分22.1.2 产品分离部分32.1.3 萃取部分42.2富异丁烯生产MTBE系统42.2.1 预反应部分42.2.2 产品分离部分52.2.3 甲醇回收部分73.1主要操作条件83.2消耗指标及能耗83.3 催化剂和化学药剂消耗83.4 能耗93.5装置节能措施94.

2、1 主要设备选择104.2 选材原则104.3主要设备结构特点104.4 主要设备汇总105.1装置平面布置115.2 装置布置115.3装置安全措施125.4环境保护措施12 6 .1 生产过程危险有害因素分析156.2 主要安全设施和措施156.3危险、危害因素分析196.4安全措施19 致谢10参考文献与附录：11 摘要 本装置设计加工能力为50万吨/年，原料为C4，甲醇，年开工时数8000小时。 本装置部分由二个系统组成：贫异丁烯生产MTBE系统。此系统由预反应部分、产品分离部分和萃取部分三部分组成。富异丁烯生产MTBE系统。此系统由预反应部分、产品分离部分和甲醇回收部分三部分组成。其

3、中，贫异丁烯系统和富异丁烯系统共用一个甲醇塔。 本设计是50万吨年MTBE车间生产设计。根据中国石化集团洛阳石油化工工程公司的现有技术及其存在着的问题，如C4转化效率低，C4、甲醇回收不达标等，在比较了几种传统工艺流程和国内外先进技术的基础上，提出了合理的萃取蒸馏工艺技术路线，设计出了一套适合大型液化气厂的萃取蒸馏工艺。设计中采用生产MBE工艺流程，对C4、甲醇处理的主要构筑物及设备等进行了选型和计算，绘制了煤气净化回收工艺流程图、平面布置图、主要设备单件图等。使C4回收率达到99.8%以上,生产的MTBE质量达到国际质量标准，同时产生了良好的经济效益.关键词：C4；甲醇，贫富异丁烯，MTBE

4、 1. 1设计原则1）遵照国家发展石油化工总体思想：资源综合利用、节约能源、提高社会效益和经济效益。2）采用先进可靠的工艺技术，选用先进可靠的工艺设备、仪器仪表和工程材料，确保装置在技术上的先进性、经济上的合理性和操作上的可靠性。3）装置平面布置，以流程顺畅、紧凑布局为原则。4）采取先进成熟的节能措施，降低装置能耗。5）采用集散控制系统（DCS），实现集中监视和先进过程控制、协调操作参数、提高工艺装置和辅助设施的自动化水平和综合管理水平，提高经济效益。6）高度重视环境保护，严格控制环境污染，严格遵守国家及当地的有关环境保护、劳动安全卫生等方面的法规，采取坚实有力的措施减少污染物的排放。设计中要

5、体现环保清洁的主题，执行清洁生产标准，全部做到密闭排放，实现零泄漏，做到三废治理和安全卫生保障措施与工程建设同时进行。1.2 装置规模和开工时数设计规模 45万吨/年 操作弹性 60110年开工时数 8000小时 贫异丁烯生产MTBE系统，为系统，此系统由预反应部分、产品分离部分和萃取部分三部分组成。富异丁烯生产MTBE系统，为系统，此系统由预反应部分、产品分离部分和甲醇回收部分三部分组成。其中，贫异丁烯系统和富异丁烯系统共用一个甲醇塔。 贫异丁烯生产MTBE系统采用混相膨胀床反应+催化蒸馏技术生产MTBE。富异丁烯生产MTBE系统采用外循环取热膨胀床反应+催化蒸馏技术生产MTBE。产品流向（

6、1）MTBE产品送往罐区，作为产品外销。（2）富异丁烷产品大部分循环至CATOFIN装置，根据市场需求，可能会有少量富异丁烷产品排至罐区。3.1 工艺技术路线贫异丁烯生产MTBE系统采用混相膨胀床反应+催化蒸馏技术生产MTBE。富异丁烯生产MTBE系统采用外循环取热膨胀床反应+催化蒸馏技术生产MTBE。 3.2.1贫异丁烯生产MTBE系统3.2.1.1 预反应部分自CD-DeIB单元来贫异丁烯碳四馏分进入碳四罐，原料甲醇自富异丁烯系统甲醇泵来，碳四馏分经碳四泵与甲醇混合，按甲醇/异丁烯=1.5（分子比）配比后进入静态混合器，经充分混合后进入反应进料预热器，然后进入膨胀床反应器底部。反应进料自下

7、而上流经树脂催化剂床层，发生醚化反应。3.2.1.2 产品分离部分反应产物从膨胀床顶部出来，与MTBE产品经催化蒸馏塔进料换热器换热后气液混相进入催化蒸馏塔。催化蒸馏塔精馏段分为两个部分，上部为精馏段；下部为反应蒸馏段。未反应的异丁烯在反应蒸馏段继续发生醚化反应，最终转化率达到98%以上。甲醇与未反应C4以共沸物形式从塔顶馏出，馏出物经催化蒸馏塔冷凝器冷凝后进入催化蒸馏塔回流罐。用催化蒸馏塔回流泵从催化蒸馏塔回流罐抽出的冷凝共沸物，一部分作为催化蒸馏塔的回流返回催化蒸馏塔塔顶，另一部分作为萃取塔的进料。催化蒸馏塔底部MTBE产品与反应物料换热再经MTBE冷却器冷却后，自压到装置外MTBE产品罐

8、贮存。催化蒸馏塔底部设有催化蒸馏塔重沸器，由1.0MPa蒸汽供热。 3.2.1.3 萃取部分从催化蒸馏塔塔顶来的甲醇C4共沸物经萃取塔进料冷却器冷却至40后，由萃取塔底部经进料入口分布器，呈分散相进入塔内。塔顶进入从富异丁烯系统甲醇塔塔底送来的循环萃取水，经逆流萃取后，甲醇几乎全部溶于水中。萃余相未反应碳四馏分为富异丁烷产品，其中异丁烯含量小于2%，此产品由塔顶送至富异丁烯系统，与富异丁烯系统生产的富异丁烷产品合并后送至未反应碳四罐。含甲醇的萃取水由塔底出来，送至富异丁烯系统，与富异丁烯系统的含甲醇萃取水合并。3.2.2富异丁烯生产MTBE系统3.2.2.1 预反应部分预反应部分由一级外循环取

9、热反应器、二级外循环取热反应器和三级固定床反应器组成。从系统罐区来的原料甲醇进入甲醇罐，经甲醇泵增压后，分成两股物流，分别送至富异丁烯系统和贫异丁烯系统。自CATOFIN单元来富异丁烯碳四馏分进入碳四罐，经碳四泵增压后与甲醇混合，按甲醇/异丁烯=1.04（分子比）配比后进入静态混合器，经充分混合后进入反应进料预热器，然后进入一级外循环取热反应器底部。反应进料自下而上流经树脂催化剂床层，发生醚化反应，在此异丁烯转化率达到40%以上。此反应为放热反应，通过外循环取热方式取热，反应器出口物料的一部分经外循环取热器冷却至40，再经外循环泵增压循环回反应器入口。自一级外循环取热反应器顶部出来的反应进料，

10、进入二级外循环取热反应器底部。反应进料自下而上流经树脂催化剂床层，发生醚化反应，在此异丁烯转化率达到80%以上。此反应为放热反应，也设置外循环取热方式取热系统。自二级外循环取热反应器顶部出来的反应进料，进入三级反应器顶部，三级反应器为固定床反应器。反应进料自上而下流经树脂催化剂床层，发生醚化反应，在此异丁烯转化率达到90%以上。3.2.2.2 产品分离部分反应产物从三级反应器底部出来，与MTBE产品经催化蒸馏塔进料换热器换热后气液混相进入催化蒸馏塔。催化蒸馏塔精馏段分为两个部分，上部为精馏段；下部为反应蒸馏段。未反应的异丁烯在反应蒸馏段继续发生醚化反应，最终转化率达到98%以上。甲醇与未反应C

11、4以共沸物形式从塔顶馏出，馏出物经催化蒸馏塔冷凝器冷凝后进入催化蒸馏塔回流罐。用催化蒸馏塔回流泵从催化蒸馏塔回流罐抽出的冷凝共沸物，一部分作为催化蒸馏塔的回流返回塔催化蒸馏塔塔顶，另一部分作为萃取塔的进料。催化蒸馏塔底部MTBE产品与反应物料换热再经MTBE冷却器冷却后，自压到装置外MTBE产品罐贮存。催化蒸馏塔底部设有催化蒸馏塔重沸器，由1.0MPa蒸汽供热。 3.2.2.3 甲醇回收部分从催化蒸馏塔塔顶来的甲醇C4共沸物经萃取塔进料冷却器冷却至40后，由萃取塔底部经进料入口分布器，呈分散相进入塔内。塔顶进入从甲醇塔送来的循环萃取水，经逆流萃取后，甲醇几乎全部溶于水中。萃余相未反应C4馏分由

12、塔顶送出，与贫异丁烯系统未反应碳四馏分合并，进入未反应C4罐切除水分，切水后未反应C4即富异丁烷产品由未反应C4泵送往CATOFIN单元，根据市场需求，可能会有少量未反应C4产品排至罐区。含甲醇的萃取水由塔底出来，和贫异丁烯系统来的含甲醇萃取水合并，一起经甲醇塔进料换热器与甲醇塔底萃取水换热后进入甲醇塔。 甲醇塔顶部馏出物经甲醇塔冷凝器冷凝后进入甲醇塔顶回流罐，冷凝物流经甲醇塔回流泵抽出后，一部分送回甲醇塔顶回流，另一部分即为回收甲醇，送回甲醇罐。甲醇塔底部物料为循环用萃取水，由萃取水泵送至甲醇塔进料换热器换热，并经萃取水冷却器冷却至40后分别送至富异丁烯系统和贫异丁烯系统萃取塔顶部用作萃取剂

13、。甲醇塔底部设有甲醇塔重沸器，由1.0MPa蒸汽供热。装置工艺流程简图见附图1。3.3 主要操作条件表3-01 贫异丁烯系统反应器操作条件项 目混相膨胀床反应器温度进料3545出料6070压力MPa(绝)入口0.95出口0.90表3-02 富异丁烯系统反应器操作条件项 目一级膨胀床反应器二级膨胀床反应器三级固定床反应器温度进料354535453545出料607060706070压力MPa(绝)入口1.41.31.2MPa(A)出口1.31.21.1表3-03 分离及甲醇回收系统操作条件项目催化蒸馏塔萃取塔甲醇塔温度塔顶5060406365塔底12514040105110压力MPa(绝)塔顶0.

14、50.80.50.60.100.12塔底0. 50.80.60.70.130.164 消耗指标及能耗4.2 催化剂和化学药剂消耗表4-02 催化剂及化学药剂消耗序号名称型号或规格待添加的隐藏文字内容3年用量t一次装入量t预期寿命年备注1甲醇净化器催化剂D006420.52预反应器催化剂D0061101.53催化蒸馏塔催化剂D0065834.3 能耗表4-03 综合能耗序号项 目小时耗量折算当量系数总能耗单位能耗单位数量单位数量Kg标煤/hKg标煤/t产品1循环水t/h2500Kg标煤/t0.143357.56.132电力kWh800Kg标煤/kWh0.122998.31.6931.0MPa蒸汽

15、t/h45Kg标煤/t108.64887.083.824净化压缩空气Nm3/h180Kg标煤/m3n0.0549.70.175蒸汽凝结水t/h-45Kg标煤/t10.9-490.5-8.41合计83.404.4 装置节能措施1) 贫异丁烯系统预反应器采用混相膨胀床反应技术，节能降耗；2) 采用催化蒸馏技术，提高异丁烯的转化率，同时降低装置消耗；3) 萃取系统采用较大的料水比，降低萃取水循环所带来的能量消耗；4) 优化各塔操作，在保证分离要求的前提下尽量减少塔的回流比，减少蒸汽消耗； 5) 选用高效率机泵，以降低电耗；6) 设备及管道布置尽量紧凑合理，从而减少散热损失和动力损失；7) 加强设备及

16、管道保温，从而减少散热损失。6 主要设备选择6.1 选材原则1）压力容器用钢的选用考虑了容器的使用条件、设计温度、设计压力、介质特性和操作特点及材料的焊接性能、容器的制造工艺和经济合理性。2）选用国产钢材制造的压力容器，材料的质量和规格必须符合压力容器安全技术监察规程、GB150、JB/T4732的规定，且应是上述标准中列出的材料牌号和标准。3）临氢设备按API RP941炼油厂和石油化工厂高温和高压下临氢用钢材中抗氢腐蚀曲线(Nelson曲线)的要求选用材料（最新标准）。4）介质为高温乙醇的设备壳体一般选用奥氏体不锈钢或奥氏体不锈钢复合钢板，换热管选用奥氏体不锈钢管。5）与设备相焊的内外构件

17、用材与主体材料相匹配，并符合相应的材料标准。6）对于管程介质为循环水的碳钢换热管，换热管采用涂刷防腐蚀性涂料复合TH901或SY-99的措施进行防腐。6.2 主要设备结构特点6.2.1 反应器本装置共有4台反应器，其中低浓度部分有1台预反应器，主体材料选S32168+Q245R，内件结构由专利商提供；高浓度部分有3台反应器，主体材料选S32168+Q245R，内件结构由专利商提供。6.2.2 换热器换热器为浮头式换热器。6.2.3 塔器 所有塔器均为板式塔或填料塔。6.3 主要设备汇总本装置共有主要设备约59台。其中：1）反应器4台2）塔器5台3）容器10台4）换热器22台5）泵18台7 装置

18、平面布置7.1 装置布置1 遵守的主要标准与规范石油化工企业设计防火规范 GB50160爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 GB50058建筑设计防火规范 GB50016石油化工企业职业安全卫生设计规范 SH30472 布置原则1）满足工艺要求前提下，采用流程式布置，兼顾同类设备相对集中。2）尽量减少装置占地，以节省投资。3）保证装置的安全可靠性及必要的操作、检修空间。3 布置概况1）装置占地面积为：100X60=6000平方米 。2）装置的所有管桥及构架均采用钢结构。3）装置的所有进出管道均从装置的北侧与系统管网连接。4）该装置布置在烯烃歧化装置的南侧，与异丁烯、烯烃歧化装置等按联合装置考虑

19、。装置内不设机柜间和变配电室。装置的所有动力、控制电缆均架空敷设，并从装置的西端进入装置。5）装置的循环水管道采用埋地敷设与架空相结合的布置方案。6）所有设备与建、构筑物均沿管桥两侧布置；管桥下面布置双排泵，双排泵间的净距不小于3米。7）装置的东侧为高浓度部分，装置西侧为低浓度部分，便于生产管理。装置四周设有环形消防检修通道，方便安装、检修与催化剂装卸。8）主管桥采用单跨9米跨距，柱距6米。7.2 装置安全措施装置的安全措施除遵守前述各规范外，还采取如下安全措施：1 装置四周设置有足够数量的消火栓和高压消防水炮(主要服务于重要设备与构架)，服务半径约40米，可完全覆盖装置内40米以下的全部设备

20、与工艺设施。2 对于装置内40米以上的设备与设施，将采用高压消防水喷雾喷淋设施予以覆盖。3 根据装置布置及工艺特点，在装置内设置有足够数量的高压消防水喉管，以杜绝由于密集型布置可能导致的消防炮服务死区/角，消灭初期火灾，提高自救能力，确保装置的安全与可靠性。4 为提高装置的自救能力，在装置操作区内设置有足够数量的手提式灭火器（包括干粉和二氧化碳两种）、推车式灭火器，可就地应急，方便使用。5 装置内设置足够数量软管站，使可能出现的泄漏点均在灭火蒸汽软管的覆盖范围内。同时，在软管站的配置上，根据其服务场所，还设置有各种介质，以随时处理可能出现的各种情况，确保装置的安全生产。6 装置内设置火灾报警信

21、号系统，火灾按钮报警若干点，可燃气体报警若干点，分散布置于装置内，一旦火灾或危险情况可直接向控制室报警。同时，还配置有专用对讲通讯系统，便于外操人员与控制室及时联系。7 装置内所有构架、管桥的立柱，塔类、立式容器的裙座均按有关要求设置耐火层，其耐火极限不低于1.5h。8 所有构架、平台均设置不少于两个通向地面的通道，以确保操作人员安全疏散。9 含油污水井内设置水封措施，防止火灾蔓延。7.3 环境保护措施1 所有的构架及可能因检修、维护、冲洗等导致有污染物排放的地方，均设置围堰；在围堰内设置地漏，回收至含油污水系统，做到清污分流。2 所有的管道及设备排放/凝，以及采样点排放，均设置回收漏斗。其中

22、，轻、重及含油污水（冲洗水）分别回收，方便分类处理。3 泵前设置污水明沟，沟底设置地漏，排至含油污水系统。10.1 生产过程危险有害因素分析该项目的生产操作介质为含烃气体，含烃气体属于爆炸性气体，根据爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范（GB50058-92）的规定，该装置属爆炸和火灾危险环境区。 10.2.1 工艺设计及控制a）采用先进可靠的工艺技术和合理的工艺流程，设计考虑必要的裕度及操作弹性，以适应加工负荷上下波动的需要。b）为防止设备超压而造成事故，带压设备均设置安全阀。安全阀排出的液体去污油系统，气体去火炬系统。c）为防止液位过高或过低而影响装置的正常生产或危及其它设备的安全，重要设备

23、均设置液位高限或低限报警。关键设备的温度、压力、流量等主要参数设置超限报警信号和仪表联锁系统，在生产过程中一旦出现不正常状态时，可使装置局部或全部自动停车，以防事故发生，保证人身和设备的安全。d）为防止停电、停水、误操作及火灾事故引发设备超压，所有压力容器和压力系统均按规范设置安全阀。e）物料倒流会产生危险的设备、管道，应根据具体情况设置自动切断阀，止回阀等。10.2.2 平面布置a）平面布置在满足有关防火、防爆及安全卫生标准和规范要求的前提下，尽量采用露天化、集中化和按流程布置，并考虑同类设备相对集中，以达到减少占地、节约投资、降低能耗、便于安全生产操作和检修管理。b）装置布置充分考虑有防火

24、、防爆安全间距要求的设备、建筑物间的安全距离，以及与界区外相邻装置（单元）有安全距离要求的设备或建筑物间的安全距离。装置与周围设施防火间距满足现行石油化工企业设计防火规范要求。c）装置四周设置环形消防道路，并与装置内消防道路相通，满足消防作业、检修作业及实施抢救的需要。10.2.3 防火防爆措施a）为保证装置开停工及检修的需要，在有关设备和管道上设置了固定式或半固定式吹扫接头；在进出装置边界的主要工艺管道上设置三阀组。b）公用工程管道与易燃易爆介质管道相接时，设置三阀组或止回阀和盲板，以防止工艺介质倒串。c）对于含油污水系统设置水封措施，防止火灾蔓延。d）装置四周设置环形消防车道，装置内设有贯

25、通式消防通道，并按规范设有消火栓、水炮、消防蒸汽管线、软管站及灭火器等消防设施用于火灾扑救。e）建（构）筑防火建筑物的耐火等级为二级，现场机柜间设计钢筋混凝土抗爆结构、抗爆防护门，其它建筑为钢筋混凝土结构、防火墙、防火门，装置内变配电所及仪表机柜间室内外地面设置高差。装置内设备钢框架、钢管架的梁（柱）、立式容器支座（裙座）按规范要求设置无机厚涂型耐火层，耐火极限不低于1.5h。f）装置爆炸危区域的划分和电力设备的选型及安装，遵循爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范（GB50058-92），在爆炸危险场所的电器设备均选用相应等级的防爆电器，如防爆电钮、防爆照明灯、防爆电机等。g）为防止停水、停电、

26、误操作及火灾事故引发设备超压，所有压力容器、和压力管道均按规范设置安全阀。h）为防止液位、温度、压力过高或过低影响装置的正常生产或危及设备、人员的安全，重要的设备均设有液位、温度或压力高、低限报警。12.1 危险、危害因素分析12.1.1生产介质的危害本装置属于甲类火灾危险性生产装置，原料及产品均属易燃物质，具有明显的火灾爆炸危险性，主要易燃、易爆物料的性质见表12-01。表12-01 主要易燃、易爆物料的性质表物料名称爆炸危险类别爆炸极限v%闪点自燃点火灾危险类别组别级别下限上限混合碳四T2A1.68.4460甲A(汽化后为甲类气体)甲醇T2A6.036.511464甲BMTBE（甲基叔丁基

27、醚）T2A1.658.4480甲B混合碳四：为石油类气体，属于轻度危害的毒物，对人体健康的危害性主要表现在：对肝、粘膜有刺激作用；对中枢神经系统有抑制、麻醉作用；高浓度时有单纯性窒息作用，出现麻醉状态，意识丧失；高浓度时可引起惊厥，甚至窒息死亡。甲醇：为有毒物质，主要作用于神经系统，具有明显的麻醉作用，麻醉浓度与致死浓度相差不大。对视神经和视网膜则有特殊的选择作用。在体内使乳酸和其他有机酸积聚，造成酸中毒。MTBE：具有一定的毒性，主要经呼吸道吸收，也可以经皮肤和消化道吸收，动物在高浓度中可致癌。对人体的影响主要表现在上呼吸道、眼睛粘膜的刺激反应，长期接触可使皮肤干燥。12.1.2主要生产岗位

28、因素分析装置生产中的物料绝大部分为可燃、易爆、有毒介质。主要生产岗位危害因素分析见表12-02。表12-02 主要生产岗位危害因素分析危险场所危险危害特征原料罐区火灾、爆炸、中毒反应区火灾、爆炸、中毒产品分离区火灾、爆炸、中毒机泵区火灾、爆炸、中毒12.2 安全措施 根据石油化工企业设计防火规范GB50160-2008。和爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB50058-92，本装置生产操作区防爆等级为2区，火灾危险性类别为甲A，在设计过程中严格遵循现行的国家及地方有关安全及职业卫生标准，采取的主要防范措施如下：a）对有可能造成火灾及爆炸危险的工艺设备，工艺管线设置安全阀和泄压系统；b）易燃、

29、易爆、有毒介质的排放采用密闭排放系统；c）仪表及自动控制系统设置操作参数高低限报警系统，并在操作区设置可燃气体检测报警仪；d）装置平面布置及总图竖向工程考虑必要的安全间距和消防通道；e）装置内工艺、电气等设备及建筑物、构筑物等器材选用，严格遵循现行的国家及地方有关安全及职业卫生标准、规范，考虑防火、防爆和职业卫生；f）装置设喷淋设施，配备必要的消防和劳动保护设施，以防有毒介质对人员造成伤害。 采取上述措施后，能够满足现行的国家及地方有关安全及职业卫生标准、规范有要求。致谢首先感谢我的职业指导教师于相岭老师，老师严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的平易近人的态度对我影响深远。使我掌握了基本的研究方法。本论文从选题到完成，老师给我帮助和鼓励，让我学到了许多专业知识。本文是在老师悉心指导下完成的，从实习的一开始老师就总是会在百忙之中抽出空来为我在论文的疑难问题进行解答，不管是从开始的论文方向和初步的题目形成，再到初稿的成形，和最后论文的形成，在其中老师给我做了多次审查，指出其中的不足之处，提出了宝贵的意见，在此，谨向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！ 参考文献与附录：1 罗志勇章洪恩50万吨/年MTBE装置操作规程M菏泽：山东玉皇化工集团有限公司，20122 翟滨王建文50万吨/年MTBE装置技术问答M洛阳：中石洛阳工程有限公司，2011