030kta碳四馏分的分离初步设计说明书-学位论文.doc

重庆大学化学化工学院化工03班300kta碳四馏分的分离初步设计说明书1 总 论81 总 论71.1 项目概况71.2 设计依据81.3 工艺设计81.4 产品方案81.5 主要物料规格及消耗91.6 厂址概况91.7主要危险品防护91.8 全厂综合技术经济指标101.9 辅助设计软件的应用101.10 本项目总体评价102 原料采购112.1 原料的市场概况112.1.1 C4馏分112.1.2乙腈112.1.3甲醇122.2产品标准121，3-丁二烯的标准123 工艺设计方案133.1 概述133.2系统设计143.2.1概述14采用ACN 法抽提丁二烯的主要原因143.2.2工段说明15ACN 法抽提丁二烯的工艺流程17工艺流程说明173.3设计思路183.3.1设计流程183.4碳四分离系统设计193.4.1分离流程设计原则和目标193.4.2 过程设计、模拟与优化193.5总结263.5.1 流程特点263.5.2 创新点264塔设备的设计274.1 1，3-丁二烯精馏塔详细设计及选型274.1.1工艺要求274.1.2填料塔和吸收塔的比较274.1.3 Aspen plus 模拟气液负荷计算294.1.4 塔板数和操作参数294.1.5 物料能量恒算304.1.4 板式塔的工艺结构计算305.1.4塔盘结构设计315 其他设备的设计345.1 储罐的设计345.1.1 各类储罐的性能参数及比较345.1.2 储罐选型355.1.3 罐区防护要求355.2 换热器的设计365.2.1换热器选型说明365.2.3换热器的安装385.3 泵选型395.3.1化工装置对泵的要求395.3.2 各类泵的性能参数396 自动控制416.1 自动控制概述416.1.1自动控制的目的416.1.2 自动控制系统416.1.3 自动控制设计的范围426.1.4 自动控制设计的思路426.2 设备控制426.2.3 换热器的控制437 物料及热量衡算457.1 物料衡算457.1.1 1，3-丁二烯的分离457.1.1.1 一级萃取工段45表7.1一级萃取工段物料衡算表457.1.1.2 二级萃取工段467.1.1.3 1,3-丁二烯的精馏48表7.3丁二烯精馏工段物料衡算表487.1.2顺反丁烯的分离497.1.2.1分离49表7.4顺反丁烯分离物料衡算表497.1.2.2 水洗50表7.5顺反丁烯水洗物料衡算表507.1.3 1-丁烯的分离51表7.6 1-丁烯的的分离物料衡算表517.1.2异丁烯的水洗52表7.7 1-丁烯的水洗物料衡算表527.2能量衡算537.2.1 基本原理537.2.2 能量衡算任务547.2.3 系统物料及能量衡算548 节能与热量集成608.1节能点608.1.1 1，3-丁二烯烯精馏塔608.1.2脱正丁烷塔618.2热量集成618.2.1提取流股数据618.2.2 最小传热温差的Tmin选择628.2.3 系统夹点确定638.2.4 公用工程的确定648.2.5 换热网络的设计648.2.6换热网络设计概述658.2.7换热效果669 原料及公用工程消耗669.1原料消耗669.2公用工程消耗6610 总图运输6910.1 编制依据6910.2 编制原则6910.3 厂址概况7010.3.1 厂址地理位置、自然条件7110.3.2 交通运输条件7210.3.3 基础设施建设7210.4 总厂平面布置7310.4.1设计依据7310.4.2工厂布局的一般原则7310.4.3工厂平面布置设计理念7410.4.4 总厂布局方案7411 车间布置与配管7711.1概述7711.2设计依据7711.2.1标准、规范和规定7711.2.2基础资料7811.3设计原则7811.4 设计范围7811.5典型设备布置7811.5.1塔设备7811.5.2换热器7911.5.3泵7911.6厂区车间布置8011.6.1 1，3丁二烯烯精馏车间8011.6.2 车间特色总结8011.7管道设计概述8111.8管道选型8111.8.1 设计依据8111.8.2 管材的确定8111.8.3管径的一般要求8211.8.4管径的计算依据8211.8.5最经济管径的选定8211.8.6 管壁厚度8311.8.7 管件的选取8411.9 管道等级表8411.10管道编号8411.10.1 管道号组成8411.10.2管道号各部分含义说明8512 给水排水8812.1设计依据8812.2 设计范围8812.3设计原则8912.4 给水系统8912.4.1 水源8912.4.2 循环冷却水8912.5 排水系统9012.5.1 生产排水子系统9012.5.2 生活排水子系统9012.5.3 雨水排水子系统9013 土建9213.1设计范围9213.2 建筑工程9213.2.1 设计原则9213.2.2 设计标准9313.2.3 设计方案9313.3 机构工程9513.3.1 设计原则9513.3.2 设计标准9513.3.3 设计方案9514 环境保护9814.1 厂址环境现状9814.2 设计依据和标准9814.2.1 法律法规9814.2.2 参考标准9914.3 主要污染源及主要污染物10014.3.1废水10014.3.2噪声10014.4 环保治理措施10014.4.1 废水10014.4.2噪声10014.5 绿化设计10115 设备管理和开停车10215.1 设备管理10215.1.1 使用设备管理规定10215.1.2 设备事故分析处理办法10215.1.3 设备日常维修管理办法10215.1.4 设备运行动态管理制度10215.2 开停车10315.2.1 开车前安全检查及准备工作10315.2.2 特殊工况检修之后开车10316 采暖通风及空气调节10416.1 厂址所在地气候条件10416.2 设计参数10416.3 设计标准10416.4 设计范围10516.5设计方案10516.5.1 采暖标准10516.5.2 采暖介质10616.5.3 通风10617 消防工程10717.1 消防现状10717.2 设计标准10717.3 消防建设10717.3.1 厂房防火防爆10717.3.2 防罐区防火防爆10817.3.3 事故发生可能性及危险性10817.4 消防措施10917.4.1 基础消防措施10917.4.2 厂区消防布置10919 供电配电工程11019.1说明11019.1.1 概述11019.1.2 原则11019.2 国家标准11019.3 供电方案11119.3.1 全厂用电负荷及负荷等级11119.3.2 全厂供电方案11119.4 配电设计11119.4.1 装置环境特征11119.4.2 选型和敷设方式要求11219.4.3 电动机11219.4.4 大型电动机的启动方式11219.5 照明系统11220 维护与维修11420.1概述11420.2 设计原则11420.3 设备维护与维修管理11420.3.1 设备维护、维修的基本途径11420.3.2 设备维修、维护的基本内容11520.4 维修人员的管理11520.4.1 维修人员的主要任务11520.4.2 维修人员的能力要求11520.4.3 维修人员的管理要求11621 劳动保护和卫生安全11721.1 编制依据及设计采用的标准规范11721.1.1 安全生产和工业卫生防护的原则与要求11721.1.2 国家即行业的规范和规定11721.2 生产过程中职业危害因素分析11821.2.1 自然条件11821.2.2 总体布置11821.2.3 生产过程中的危害因素11821.2.4 有害物质对人体的危害11821.3 职业危害因素的防范与管理11821.3.1 建（构）筑物的设计11921.3.2 装置布置11921.3.3 消防11921.3.4防爆11921.3.5 静电与雷击的预防12021.3.6绿化12021.3.7 应急处理12021.3.8 设备安全12021.3.9 防护措施12121.3.10 工艺和自控12121.3.11 电气及电信12121.3.12 其他12222 工厂组织与劳动定员12322.1 概述12322.2部门职能概述12322.3 生产班制12422.4 员工培训12522.4.1 人员来源12522.4.2 人员培训规划12522.5 管理机制12522.5.1 公司管理策略12522.5.2 公司激励策略12622.6 企业文化12723 项目实施规划12823.1 规划依据12823.2 规划实施12823.2.1 管网改造12823.2.2 加强能源的动态管理12823.3 建设周期12923.3.1 建设周期划分12923.3.2 项目实施进度优化12924 社会及经济效益分析13024.1 投资估算及投资明细表13024.1.1 编制说明13024.1.2 投资估算13024.2 项目总投资估算13224.2.1 固定资产投资总额13224.2.2 总投资估算13524.2.3 资金来源13524.2.4还贷方式1351 总 论1.1 项目概况本项目名称为“300kt/a 碳四馏分的分离”。项目所采用的是以含水5%10%的ACN为溶剂, 用萃取精馏的方法分离丁二烯，（简称乙腈法）。该方法最早由美国SHELL公司开发成功, 并于1956年实现工业化生产。后又经公司、意大利SIR公司、日本JSR公司对其多次改进, 水平不断提高。20 世纪60年代兰州石化公司自行研究开发出ACN 抽提技术。我国目前共有7 套采用ACN工艺的丁二烯抽提装置, 全部采用我国自主研究开发的工艺。综合分析，本项目不仅符合国家能源政策和环保政策，而且技术先进、经济效益好，在技术、经济等各方面都是可行的。1.2 设计依据 (1) 重庆市有关供水、供电、项目征用土地意见和建设项目环境保护意见的批文级资料；(2)中国人民共和国环境保护法和中华人民共和国劳动安全阀等相关的国家法律、法规；(3) 化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定。1.3 工艺设计本项目以石油烃类裂解的裂解气为主要原料分离1，3-丁二烯、1-丁烯、异丁烯、顺反丁烯等产品。原料裂解气从石油裂解工厂通过管道直接供应。由于C4组分中各组分的沸点比较接近，需采用萃取精馏方可将丁二烯分离出来。工艺采用ACN工艺，ACN 法以含水5%10%的ACN为溶剂, 用萃取精馏的方法分离丁二烯；再用甲醇将原料转化进行分离、水洗，得到1-丁烯、异丁烯、顺反丁烯等。其中丁二烯、1-丁烯、异丁烯、顺丁烯的分离率分别为88.137%、78.569%、95.164%、99.298%。充分考虑反应气组成特点，本项目采用前ACN萃取精馏工艺流程，可以做到长期运行，低维护费用，高丁二烯回收率，低能耗及低投资。1.4 产品方案本工艺利用乙腈萃取得产物1，3-丁二烯，并副产顺反丁烯、异丁烯，见表1.1所示。表 1.1 产品一览表产品名称国家规定产量，kt/a单价，元/吨1，3-丁二烯工业级 143.682 17000异丁烯聚合级65.43312400顺丁烯聚合级23.4814800反丁烯聚合级 9.905 48001，3-丁二烯，顺反丁烯、异丁烯是有机化工基础原料，其中，1，3-丁二烯主要用于顺丁橡胶的生产，也用于合成树脂和合成其它有机化工产品。丁二烯是生产多种合成橡胶的单体，其用量约占全部合成橡胶原料消耗的60，和碳二、碳三一样，碳四的加工利用水平，特别是丁二烯的加工利用水平，也是整个石油化工发展水平的一个重要标志。因此丁二烯的生产和化工利用技术的发展不仅对一个国家合成橡胶工业生产的发展，而且对整个石油化工的发展均会产生重要影响；异丁烯主要用于作为生产聚丁烯、聚异丁烯的原料，作为丁基橡胶原料；顺反丁烯主要用于制造聚酯树脂、醇酸树脂、农药、富马酸、纸张处理剂等；产品市场需求量大，具有广阔的市场前景。 1.5 主要物料规格及消耗表 1.2 主要物料规格及消耗序号项目规格用量（kt/a）1C4组分工业级300.0012乙腈工业级1980.0043工艺软水工业级540.0014工业级甲醇99%甲醇37.8001.6 厂址概况重庆（长寿）化工园区是2001年12月重庆市人民政府批准成立的省（市）级工业园区，是重庆市资源加工业的重要平台、三峡库区产业发展基地、国家循环经济试点园区。园区分为天然气化工片区、石油化工片区、精细化工片区及化工材料片区，是重庆市集天然气化工、石油化工、生物质化工、精细化工和新材料产业于一体的综合性化工园区。园区具有优越的地理位置、便捷的交通网络、丰富的自然资源、雄厚的产业基础、完善的配套设施，规划合理，布局科学。1.7主要危险品防护生产过程中涉及的化学品为：甲醇、1-丁烯、异丁烯、丁二烯、顺反丁烯等五项。表 1.3 主要危险品一览表品名自燃点闪点沸点爆炸极限v%毒性气态密度g/mL上限下限乙腈5242.081.116.03.0有甲醇38511.164.836.06.7有1-丁烯385-80-6.310.01.6有2.49异丁烯465-77-6.98.81.8有2.58丁二烯415-4.516.31.4有2.37反丁烯3250.889.71.7有2.41顺丁烯3253.7 9.71.7有2.411.8 全厂综合技术经济指标表1.4 综合技术经济指标序号指标名称单位数量1设计规模kt/a3002年操作日小时/年72003原料及辅助原料消耗万元/年3161.4工厂用地总面积平方米100005总投资万元263233.26全厂总产值万元/年341421.67产品年总成本万元/年304908投资回收期年59投资利润率%28.8710投资利税率%701.9 辅助设计软件的应用在本设计中，应用了以下辅助设计工具软件：用Aspen Plus进行流程模拟和工艺优化；用Auto-CAD进行制图。1.10 本项目总体评价 本项目从经济上评价，主产品丁二烯是现代化学工业的基本有机原料，项目有很好的经济效益。同时从社会效益角度看待，我国煤多油少的自然资源条件，减少了烃原料化工对石油资源的过度依赖，是我国经济和社会可持续发展所面临的一项重要任务，具有良好的社会效益，综上本项目具有良好的示范作用值得大力推广。942 原料采购2.1 原料的市场概况2.1.1 C4馏分 碳四馏分主要来自石油化工生产中烃类裂解的裂解气，炼油厂C4主要来自催化裂化装置(FCC)，减粘裂化、热裂化和焦化等虽然也副产C4，但是数量较少。催化裂化装置副产C4又因裂化深度和催化剂而异，通常为新鲜进料的9%-12%，其馏分组成的特点是丁烷(尤其是异丁烷)含量高，不含丁二烯(或者含量甚微)，其中的丁烯质量分数为50%左右。 烯烃厂油品裂解制乙烯的副产C4的特点是：主要以烯烃(丁二烯、异丁烯、正丁烯)为主，尤其是丁二烯含量高，烷烃含量很低。裂解C4收率除了与苛刻度有关外，还与裂解原料有密切关系，若以石脑油为裂解原料时，C4的产量约为乙烯产量的40%-50%。2.1.2乙腈乙腈是一直重要的有机化工原料，今年来的综合利用率得到了大幅度的提高，目前世界范围内的乙腈绝大多数是从丙烯氨氧化生产丙烯腈的粗副产品回收的。乙腈所具有的官能团腈基，作为溶剂除了有乙醇、等溶剂所具有的特性外，还具有更好的分配比和解析能力。2008年乙腈的总消费量为7075Kt,随着国内化工行业的发展，乙腈的需求量迅速增加。 2.1.3甲醇近年来，我国的甲醇市场可谓产销两旺。2006年我国有甲醇生产企业200家左右，总生产能力为1117万吨/年，同比增长33.8%；总产量为762.25万吨，同比增长42.3%。2006年我国甲醇消费量达855.98万吨，比2005年增长28.5%。据2009年6月统计数显示，国内部分甲醇装置情况如表2.1。表2.1 甲醇装置情况地区企业名称产能(10kt/a)装置运行情况华东上海焦化80800kt/a甲醇装置负荷逐渐提高至80%左右华东江苏恒盛40精馏停产，生产粗醇山东山东兖矿国宏50于7月22日出产品，日产700-800吨山东山东联盟56其甲醇装置负荷30%华北天津碱厂5009年9月开工，2010年投产华北山西丰喜45一套100kt/a装置于7月开车，目前产量150吨华北山西天脊306月份投产，尚未产出产品2.2产品标准1，3-丁二烯的标准表2.2 1，3-丁二烯标准序号指标名称指标试验方法优级品一级品合格品1外观无色透明无悬浮物目测2质量分数，w/% 99.599.399.0GB/T60173二聚物（以4-乙烯基环己烯计），w/(mg/kg) 1000GB/T 60154总炔，w/(mg/kg) 2050100GB/T 60175乙烯基乙炔，w/(mg/kg) 55-GB/T 60176水，w/(mg/kg) 2020300GB/T 60237羰基化合物（以乙醛计），w/(mg/kg) 101020SH/T 14948过氧化物（以过氧化氢计），w/(mg/kg) 51010GB/T178289阻聚剂TBC，w/%供需双方商定GB/T 602010气相氧含量，/% 0.20.30.3GB/T 60223 工艺设计方案3.1 概述C4原料气主要由丁烷、丁烯、丁二烯和炔烃等组份组成,其中丁二烯是生产丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、ABS树脂和尼龙的重要单体和原料。将丁二烯从C4气体混合物中有效地分离出来十分重要。但是,C4气体各组份的沸点十分接近,用普通的精馏方法不能得到聚合级丁二烯。国内外先后开发的分离C4制取丁二烯的方法主要有化学吸收法、氨共沸蒸馏法、络合分离法、二聚解聚法、萃取精馏法等1,2。前4种分离方法或者过程复杂,或者条件苛刻,一直未能工业化。近年来工业上大多采用萃取精馏法分离丁二烯,并且以乙腈(ACN)、二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)及其含水物为代表的萃取剂为主36。ACN是丙烯腈生产中的副产物,在我国来源丰富,ACN对C4气体的分离能力较强,工艺要求比DMF、NMP低,故以ACN为萃取剂从C4中分离丁二烯特别适合我国国情，在我国这类装置较多。 本项目采用ACN工艺，在原有工艺的基础上进一步优化，选定更先进的方案技术、设备等使碳四的转化率达到更高，实现以低成本制取得到更经济的产品。3.2系统设计3.2.1概述目前, 丁二烯生产方法主要有两种: 一种是从炼油厂C4馏分脱氢工艺获得, 该方法目前只在丁烷、丁烯资源丰富的少数几个国家采用； 另一种是石油烃裂解制乙烯装置副产混合C4 馏分中抽提获得, 这种方法价格低廉, 经济上占优势, 是目前丁二烯的主要生产方法。根据所采用的萃取溶剂的不同, 工业上常用丁二烯抽提生产方法主要有3 种: N- 甲基吡咯烷酮法(NMP法) 、乙腈法(ACN 法) 和二甲基甲酰胺法( DMF法) 。各种工艺方法对比工艺方法N- 甲基吡咯烷酮法( NMP 法)含水5 %10 %的NMP 为溶剂, 用萃取精馏的方法分离丁二烯乙腈法( ACN 法)含水5 %10 %的ACN 为溶剂, 用萃取精馏的方法分离丁二烯二甲基甲酰胺法( DMF 法)以DMF 为溶剂, 用萃取精馏的方法分离丁二烯采用ACN 法抽提丁二烯的主要原因(1)重庆长沣化工有限公司生产ACN, ACN来源有保证,运输方便。(2)ACN沸点低(81.6C) ,操作温度低, 有利于减轻丁二烯自聚, 因此可在二萃塔的操作压力下解析,不需另设丁二烯压缩机。(3)ACN与水完全互溶，容易回收和再生，无焦油生成；而DM F和NM P法抽提丁二烯的过程中均有焦油生成,污染环境。(4)溶剂比(萃取剂与裂解C4的质量比)小。溶剂比的大小直接影响投资和操作费用，也直接影响分离效果和能耗。(5)投资省。ACN 法的所有化工设备均可在国内制造，材质为碳钢，工艺技术自行开发，一套90 kt/a的ACN法抽提丁二烯装置的投资为1.46亿元，而100 kt/a的DMF法抽提丁二烯装置的投资为2.47亿元，90kt/a的NMP法抽提丁二烯装置的投资为3亿元。(6)ACN的黏度低(60时黏度为0.549 MPas)，塔板效率高( 40%45% )，而DMF和NMP法的塔板效率低，达到同样分离精度时的实际塔板数比ACN法多1.25倍。(7)工艺成熟、可靠且有特点。乙腈法是我国自行开发的技术，经过二十多年的不断改进，主要工艺指标、能耗与DMF法、NMP法相差甚微；乙腈来自丙烯腈装置副产，国内可以供给。3.2.2工段说明1、一萃系统一萃系统的主要作用是从裂解碳四中分离出丁烷和丁烯馏分。工艺要求：(1)重组分几乎全部进入塔釜,塔顶的轻组分丁烷和丁烯(即萃余C4)；（2）重组分中丁烯的质量分数小于0. 2%(扣除ACN)。一萃塔设计的实际塔板为120块,可确保萃余C4 中丁二烯质量分数小于210- 5(实际可达310- 6)。2、二萃系统二萃系统主要作用是将组分和溶剂分离，塔顶得到丁二烯和丙炔，塔釜出来的是溶剂，侧线处斜得到乙烯基乙炔、丙炔、丁二烯的混合组分，其中乙烯基乙炔量最多。二萃塔是ACN法抽提丁二烯装置的核心,它与一萃系统和脱重系统相互制约。一萃和二萃塔溶剂比的变化会影响侧线采出量。塔顶丁二烯中残留乙烯基乙炔的含量是二萃塔的重要控制指标。影响萃取精馏塔的主要因素有溶剂比、回流比、萃取剂温度及含水量。在满足分离指标的前提下,应尽量降低溶剂比和回流比,并在较低的温度下操作,减少丁二烯和炔烃聚合物的生成,同时有利于降低能耗。3、脱轻系统ACN法抽提丁二烯装置采用脱轻的流程，脱轻系统是脱除一萃和二萃系统都无法脱除的丙炔和少量水。因为在ACN的作用下,丙炔与丁二烯的相对挥发度几乎为1而不能分离,但丙炔的沸点为- 23. 22 ,远比丁二烯的沸点( - 4. 41)低,采用普通精馏时两者的相对挥发度为2. 0, 丙炔很容易与丁二烯分离。脱轻塔塔顶馏分为丙炔和丁二烯,塔釜馏分为成品丁二烯,丁二烯中丙炔质量分数不大于110- 6,水的质量分数不大于2. 510- 5, ACN的质量分数小于110- 5,丁二烯的质量分数为99. 5%99. 7%。4、ACN水洗和回收系统ACN水洗系统设有两台水洗塔,均为高效填料塔; ACN回收系统设有一台ACN回收塔, 为浮阀塔。萃余C4水洗塔由一萃塔塔顶采出的萃余C4 中含有丁烷、异丁烯、1-丁烯和丁烯，将混合组分进行精馏，塔釜出来的丁烯经过水洗塔，塔顶得到产品丁烯。丁烷、异丁烯、1-丁烯混合组分经反应器和甲醇进行裂解反应生成甲基叔丁基醚（MTBE），再经精馏塔从塔釜得到MTBE，MTBE进行裂解得到异丁烯和甲醇，并经过水洗塔分别得到异丁烯和甲醇。ACN 法抽提丁二烯的工艺流程 丁二烯工艺流程工艺流程说明ACN法抽提丁二烯的工艺流程见上图，该流程主要包括一萃和二萃、脱轻、ACN水洗和ACN回收系统。全系统由9台塔组成:一萃系统有两台塔串联、二萃系统有3台塔、脱重和脱轻系统各一台塔、ACN水洗系统两台塔、ACN回收系统一台塔。C4馏分进入换热器E101得到温度为47.5，压力为5.50bar的气体进入一萃塔T101。与此同时，乙腈进入换热器E102后也进入一萃塔T101。经过萃取精馏，塔顶的产物为温度46.7，压力5.20bar的混合气体，混合气体中含1-丁烯，异丁烯，正丁烯，反丁烯，正丁烷，异丁烷，乙腈，水蒸气。塔釜的产物为温度111.6，压力为5.70bar的混合液体，混合液体中含丙炔，乙烯基乙炔，1,3-丁二烯，乙腈和水蒸气。塔釜产物进入二萃塔T102，同时进料乙腈。经过萃取精馏，塔顶产物为温度48.5，压力5.50bar的丙炔和1,3-丁二烯混合气体。塔釜产物为温度115.7，压力5.75bar，含有乙腈，水及少量乙烯基乙炔和1,3-丁二烯的混合液体。二萃塔的塔顶产物进入丁二烯分离塔T103，从塔顶得到乙炔，塔釜得到1,3-丁二烯。一萃塔塔顶产物进入烯烃分离塔T201，塔顶产物为温度42.7803，压力为5.00bar的混合液体，混合液体中含1-丁烯，异丁烯和少量的正丁烷，异丁烷。塔釜产物为温度54.2924，压力为5.10bar的混合液体，其中含正丁烯，反丁烯及少量水和乙腈。T201塔釜产物进入水洗塔T202，塔顶产物为温度60.2923，压力4.50bar的丁烯气体，塔釜产物为温度113.1849，压力4.60bar的水。T201塔顶产物进入反应器R201，同时向反应器中加入温度60.00，压力5.00bar的水和甲醇的混合液体。经反应后，得到温度50.00，压力5.00bar的1-丁烯，MTBE及少量水，正丁烷和异丁烷的混合产物。产物进入分离塔T203，塔顶产物为温度45.3024，压力5.00bar的混合液体，混合液体中含1-丁烯，正丁烷和少量异丁烷，水，MTBE。塔底产物为温度113.105，压力5.1bar的MTBE和少量水的混合液体。T203塔顶产物进入正丁烷分离塔T301，塔釜产物为温度59.822，压力5.1bar的正丁烷。塔顶产物为温度42.7556，压力5.0bar混合液体，混合液体中含1-丁烯和少量的正丁烷，异丁烷，甲烷。T301塔顶产物进入丁烯分离塔T302，塔顶产物为温度40.9862，压力5.0bar的1-丁烯液体。塔底产物为温度44.208，压力5.1bar的极少量1-丁烯，正丁烷，异丁烷，甲醇的混合液体。T203塔釜产物进入反应器R401，得到温度180，压力5.0bar的混合气体，其中包含异丁烯，甲醇和少量水。产物进入异丁烯分离塔，塔顶产物为温度60.2923，压力4.5bar的异丁烯气体。塔釜产物为温度113.1849，压力4.6bar的水和甲醇的混合液体。3.3设计思路1) 控制关键点的操作温度，尽量减少结垢的形成；2) 避免传统萃取精馏技术，采用先进的成熟技术，降低能耗及装置的投资；3) 秉着绿色化工的理念，节能减排，建设环保的、可持续的化工厂。3.3.1设计流程为了达到预期的设计目的，保证回收装置长周期运行和安全性，并尽量降低操作温度，减少能耗以及回收装置的投资，本项目采用下面的流程：流程特点：1）本项目没有采用选择性加氢或精密精馏的方法除去炔烃，雨是采用萃取精馏的方法，实际应用效果良好。2）工艺流程中合理地采用侧线出料以及再沸精馏体系，降低了能耗3.4碳四分离系统设计3.4.1分离流程设计原则和目标(1) 设计原则1) 根据碳四产物分布特点开发新分离流程；2) 结合目前烯烃主要分离技术，尽可能采用成熟技术，减少工业放大风险。(2) 设计目标1) 由于组成相对简单，重组分较少，主产品丁二烯含量高，因此设计的流程相对简单、投资少；2) 对产物分布变化具有较强适应性；3) 保证工艺流程的长周期、安全运行；4) 有效进行杂质脱出。3.4.2 过程设计、模拟与优化（） 概述本项目主要分为以下个过程，下面将分别对这些过程进行工艺参数设计、模拟和优化。项目设备数量设备萃取萃取精馏塔丁二烯分离普通精馏塔碳四萃余组分的处理8普通精馏塔水洗塔反应器普通精馏脱正丁烷塔普通精馏塔反应器水洗塔（）萃取设计萃取主要包括第一萃取精馏系统和第二萃取精馏系统，碳四原料中的丁烷、丁烯等在第一萃取精馏系统中脱除，乙烯基乙炔、一部分乙基乙炔等组分在第二萃取精馏系统中脱除；1）萃取流程简介萃取的工艺流程图如下图所示,经过预处理的碳四馏分与水蒸气进入管道，并与溶剂乙腈一起进入萃取精馏塔T101，塔底出来的流股随后进入第二萃取精馏塔T102，塔釜得到溶剂乙腈，塔顶得到的丁二烯和丙炔进入丁二烯分离塔进行下一步分离。2）萃取精馏条件的选择及物料经过用ASPEN PLUS 软件模拟之后，得到最佳的萃取精馏条件如下：中间再沸器的设置在简单塔中，塔所需的全部再沸热量均从塔底再沸器输入，塔所需移去的所有冷凝热量均从塔顶冷凝器输出。但实际上，塔的总热负荷不一定非得从塔底再沸器输入，塔顶冷凝器输出。沿提馏段向上，轻组分汽化所需热量逐渐减少；沿精馏段向下，重组分冷凝所需的冷量亦逐渐减少。所以可以从表征精馏塔能量特性的塔的温-焓图着手，分析全塔的能量利用状况。(3)丁二烯分离设计1）丁二烯分离流程简介丁二烯分离大致流程如下图所示, 丁二烯与丙炔的混合汽在48.5摄氏度。压力为5.5bar条件下进入精馏塔T103，在塔顶得到少量的丙炔，塔釜得到纯度为99.27%的丁二烯。2) 精馏条件及物料本工艺在低温下进行分离丁二烯，以防止丁二烯自聚，较高压下进行，省去了压缩机，分离效率高。3） 设计要求及工艺参数萃余 C4 中丁二烯的质量分数不大于 2 10- 5,为后续 80 k t / a甲基叔丁基醚和 40 k t / a正丁烯联合装置提供了优质原料,并使后续系统省掉选择性加氢除丁二烯的工艺过程。萃余 C4 中的异丁烯和甲醇在催化剂的作用下合成甲基叔丁基醚,醚化后 C4 中异丁烯的质量分数小于 0 . 15% ,通过精密精馏可得到高纯度的正丁烯,这是从裂解 C4 中分离正丁烯的最佳工艺路线。(4）碳四萃余组分的处理本工段又可分为丁烯的分离，1-丁烯的分离及异丁烯的分离三部分。1） 流程简介 图一 图二 图三从第一萃取塔塔顶出来的碳四萃余组分随后进入T201精馏塔，这一步将丁烯从混合组分中分开，再将塔釜采出的丁烯经过T202水洗塔进行净化。T201塔顶出来的丁烷、异丁烯、1-丁烯混合气与甲醇在R201中反应生成MTBE（甲基叔丁基醚），随后送入T203塔进行分离（图一），塔釜出来的MTBE再听过裂解、水洗得到异丁烯（图三），塔顶得到的其他组分通过两次精馏从而得到1-丁烯（图二）。2）条件及物料图一为丁烯的分离和MTBE的生成工段，操作条件及进出物料情况如下：图二为MTBE的后续处理过程，包括1-丁烯的分离和脱除正丁烷，操作条件和进出物料情况如下：图三为MTBE通过裂解生成异丁烯和甲醇，经过水洗塔之后在塔顶采出异丁烯，操作条件和进出物料如下：3.5总结3.5.1 流程特点 1）与传统工艺相比，在保证低能耗的前提下，具有相当或更高的回收率；2）分离系统设备基本上采用碳钢，而且可以在国内采购，大大降低了投资；3）独特的分离技术，使得物质回收技术具有本质安全的特点。3.5.2 创新点1） 异丁烯采用MTBE方法 异丁烯与甲醇反应合成甲基叔丁基醚。由于MTBE 是一种优良的高辛烷值汽油添加剂，况且由抽余C4 生产MTBE，异丁烯的转化率高，总转化率可达99.5%以上，有利于剩余C4 进一步分离1-丁烯。MTBE 在催化剂存在下裂解可制得高纯度的异丁烯。2）1-丁烯采用共沸精馏进行分离经过前两部的分离，通过共沸精馏的方法再脱异丁烷塔将异丁烷和一些轻组分脱除，塔底的进入1-丁烯精馏塔进行精密精馏，纯度达到99%。2） 采用多种精馏塔节能技术，如设置中间再沸器、侧线出料和热泵精馏，节能降耗；4塔设备的设计4.1 1，3-丁二烯精馏塔详细设计及选型4.1.1工艺要求提取As