7万吨丁二烯装置建设可行性研究报告书.doc

第一章 总 论
第一节 设计依据及原则
一、设计依据
（一）淄博齐翔腾达化工股份有限公司 《编制7万吨/年丁二烯装置可行性研究报告的委托书》。
（二）淄博齐翔腾达化工股份有限公司提供的厂区气象、公用工程条件及原料组成等。
二、设计原则
（一）《石油化工项目可行性研究报告编制规定》（2005年版）。
（二）贯彻执行工厂布置一体化和生产装置露天化的建设方针，减少占地面积和建设投资。

（三）按照一体化设计思路，装置各单元紧凑布局、风格一致。
（四）本项目公用工程等辅助设施均需新建。
1．新建火炬系统。新建火炬系统既能满足新建 7万吨/年丁二烯装置尾气及火炬气排放要求，又能满足后期项目的火炬气排放要求；
2．新建消防水设施。新建消防水设施应满足全厂装置消防的要求。
3．新建空压站。为全厂装置提供压缩风、仪表风。
4．新建空分站。为全厂装置提供氮气。
5. 新建污水处理设施。污水处理设施既能处理 7 万吨/年丁二烯装置生产污水及初期污染雨水，又要为今后全厂性其它装置的污水处理留有余量。
6. 新建循环水设施。本装置循环水计算量为 3728m3/h，按照工艺要求暂时新建一座8000 m3/h循环水设施；
7. 新建本装置的冷冻站。本装置冷冻站设置于丁二烯装置生产区附近，冷冻盐计算量为 559t/h，按照要求新建200Kcal/h 的冷冻机组，其容量既满足丁二烯装置用冷量，又应满足办公楼空调用冷量；
8. 新建总变电所。本装置用电负荷 7000KW,按照工艺要求及考虑以后新建装置，工程总变电站容量按 20000kVA 的容量设计；
9. 新建蒸汽锅炉。本装置 73t/h 的蒸汽来自新建的2X240t/h 的锅炉。
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10. 新建液化烃罐区。新建液化烃罐区满足装置原料，产品储存要求。
（五）充分考虑环境保护和职业安全卫生要求，环保和安全卫生设施与装置同期建设，符合国家的有关法规和标准。
（六）丁二烯装置伴热均采用丁二烯生产装置的回收蒸汽凝液；
（七）新建全厂分析化验中心设置于综合办公楼内，本项目需提供新建装置所需要的分析化验仪器及设备。
（八）新建装置废渣主要为废催化剂，由催化剂厂商回收。
（九）本项目界区内的设备位号全部采用 3 位数字编号，举例说明：循环酸水冷却器E-107-1、R-101A-1一段轴向反应器（一线）。
第二节 项目背景、经营体制及投资意义
一、企业现有概况
淄博齐翔腾达化工股份有限公司 （以下称“腾达”）是淄博齐翔石油化工集团有限公司（以下称“齐翔公司”）的子公司，依托母公司的技术、人员、市场等资源在原有MTBE 装置基础上进行技术改造。齐翔公司是集科、工、贸于一体的自主经营、自负盈亏、具有独立法人资格的淄博市股份制企业，其前身为齐鲁石化公司直属集体企业，主营化工产品、化工助剂、橡胶制品、工程承揽等业务，现有从业人员 700余人，其中工程技术人员 218人，公司总资产 20亿元。
二、项目提出的背景、投资的必要性和经济意义
丁二烯是合成橡胶、合成树脂的重要单体，主要用于合成顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶及ABS 树脂等。丁二烯也是多种涂料和有机化工原料。
目前生产方式：有碳四馏分分离和合成法（包括丁烷脱氢、丁烯脱氢、丁烯氧化脱氢等）两种。目前除美国外，世界各国丁二烯几乎全部直接来自烃类裂解制乙烯时的副产碳四馏分 （又可写为C4 馏分）。美国丁二烯的来源，大约一半来自丁烷、丁烯脱氢，一半直接来自裂解 C4 馏分。
以石脑油或柴油为裂解原料生产乙烯时,副产的 C4 馏分一般为原料量的 8％～
10％（质量），其中丁二烯含量高达 40％～50％（质量），所以，从裂解 C4 馏分中分离丁二烯是经济的生产方法。工业上均采用萃取精馏的方法，即由馏分中加入乙腈、甲基甲酰胺等溶剂增大丁二烯与其他 C4 烃的相对挥发度，通过精馏分离
（见碳四馏分分离）得到丁二烯。
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近几年随着我国橡胶产业的发展，丁二烯的产量已不能满足国内橡胶生产的需求。随着我国化学工业的发展，国民经济对丁二烯的需求矛盾将日益突出。
因此，齐翔腾达化工股份有限公司，依托齐鲁石化的碳四建设 7 万吨/年的丁二烯系统装置，对于延伸齐鲁石化工程产业链、优化和提高齐鲁石化工艺流程、提高原料利用率、提高齐鲁石化工程整体经济效益具有十分重要的意义。
第三节 设计范围及设计内容
拟建 7万吨/年丁二烯装置设计范围及单项工程见表 1-1。
表 1-1 7万吨/年丁二烯装置主要单项工程一览表
序号 主项名称 规模 备注
一 生产装置
1 7万吨/年丁二烯装置 7万吨/年丁二烯装置 新建
二 辅助设施
1 厂区管廊 新建
2 冷冻站 新建
3 消防系统及地下管网 包括排污水管网 新建
4 循环水系统 新建
5 空压站、空分站 新建
6 污水处理场 新建
7 锅炉 新建
8 火炬 新建
9 分析化验中心 新建
10 现场机柜间 新建
11 变配电室 新建
12 总变电所 新建
13 控制室 新建
14 液化烃罐区 新建
15 全厂检、维修设施 新建
包括厂区地平、道路、绿化、雨排、
16 总图 新建
大门、围墙、公路运输设施
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第四节 研究结果
一、项目概况
丁烯是可用于生产丁二烯等重要的化工原料，根据实际需要本装置采用丁烯氧
化脱氢制丁二烯的加工方案。
二、主要技术经济指标
新建 7万吨/年丁二烯装置的主要技术经济指标见表 1-2。
表 1-2 7万吨/年丁二烯装置主要技术经济指标汇总表
序号 项目名称 规 格 单位 数量 备注
4
1 生产规模 10 吨/年 7
2 产品方案
4
2.1 丁二烯 纯度质量>99.0% wt％ 10 吨/年 7 全部为商品
3 主要原材料用量
4
3.1 丁烯 丁烯 ≥99.9 wt％ 10 吨/年 15
3.2 乙腈 乙腈 ≥98 wt％ 吨/年 740
4 主要公用工程用量
t=33℃ Δ＝10℃
4.1.1 循环冷却水 吨/小时 3728
新鲜水 30
4.1.2 吨/小时
4.1.3 生活用水 吨/小时 5
4.1.4 消防水 吨/小时 1260
4
4.2 年耗电量 10 千瓦小时/年 5600
4.3 供汽
4.3.1 低压蒸汽 0.3MPaG 吨/小时 74
中压蒸汽 1.1 MPaG 吨/小时 5.5
低低压蒸汽 0.04 MPaG 1.57
4.3.2 回收蒸汽凝液 0.2 MPaG 吨/小时 81
5 三废排放量
4 96 连续
5.1 废水 10 吨/年
4 0.1830 连续
5.2 废气（去火炬或燃料气系统） 10 吨/年
4 17.592 连续
5.3 烟道废气（排大气） 10 吨/年
6 运输量
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6.1 运入量 化学品、催化剂 吨/年 743
6.2 运出量 产品、副产品 吨/年 26000
总定员 200
7 人
总占地面积 4 2.664
7.1 10 平方米
建筑面积 4 0.65
7.2 10 平方米
单位综合能耗 48181.6
8 兆焦/吨
总投资 29315
9 万元
10 筹资额 29315
万元
11 铺底流动资金额 2179
万元
12 销售收入（含税）
万元 90280
13 销售税金及附加
万元 4107
14 税后利润
万元 6839
15 所得税后内部收益率 28.82
％
16 所得税前内部收益率 35.41
％
17 投资利润率 28.0
％
所得税后财务净现值
18 25103
(i=13％) 万元
所得税前财务净现值
19 37224
i=13％) 万元
投资回收期
20 4.55
（含2 年建设期） 年
三、结论
（一）淄博齐翔腾达化工股份有限公司的碳四资源，发展适销对路的化工产
品，符合国家的产业政策。
（二）新建的7 万吨/年丁二烯装置采用氧化脱氢制丁二烯的工艺路线，其工
艺技术成熟、生产规模和产品方案是切合实际的。
（三）新建的7 万吨/年丁二烯装置主要产品丁二烯全部作为产品出售。从近
几年丁二烯的需求情况、结合市场调研情况以及我国国民经济的发展速度来看，丁
二烯市场空间较大，无销售方面的问题。市场空间可行。
（四）本装置原料供应渠道稳定、可靠。
新建 7 万吨/年丁二烯装置需要主要原料丁烯，由淄博齐翔腾达化工股份有限
公司甲乙酮厂丁烯分离装置提供。原料供货渠道稳定、可靠、便捷。
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（五）环境保护
新建 7 万吨/年丁二烯装置采用氧化脱氢的技术，物料利用率较高，整个装置全密闭操作，废水排入新建污水处理设施，少量废渣（废催化剂）由催化剂生产厂商回收，少量排放的废气排入新建火炬系统，确保装置对环境不会造成污染。
（六）财务评价
1、本项目投入总资金 29315 万元，其中建设投资 27136 万元，流动资金 1393
万元；年均销售收入 90280 万元，年总成本费用 77054 万元，年利润总额 9119 万元，年税后利润 6839万元，具有良好的投资效益。
2、从盈利指标看，项目税后财务内部收益率为 28.82％，资本金利润率为
103.69％，项目税后财务净现值为 25103 万元，静态投资回收期 4.55 年 （含建设期 1年），投资利润率28％，具有良好的盈利能力。
3、从敏感性分析表（图）、盈亏平衡图可知，本项目具有较强的抗风险能力。
因此，本项目实施后，能够为企业带来较好的经济收益，获取良好的投资回报。
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第二章 市场预测
第一节 产品供需预测
一、产品概况
（一）丁二烯（butadiene）
丁二烯是重要的聚合物单体，能与多种化合物共聚制造各种合成橡胶和合成树脂。其每年消耗量中，大约有 90％以上用于合成丁苯橡胶、顺丁橡胶丁腈橡胶、氯丁橡胶及ABS 树脂等;少量用于生产环丁砜、1,4-丁二醇（见丁二醇）、己二腈、己二胺、丁二烯低聚物及农药克菌丹等。
工业上主要是 1，3-丁二烯,CH2＝CH—CH＝CH2。是易燃、易爆的气体，加压冷却易液化。沸点-4.41℃,临界温度 152℃，临界压力 4.32MPa。是丁苯橡胶的重要单体。
二、供需分析预测
（一）丁二烯
由于近几年橡胶行业发展迅速，丁二烯作为不可缺少的原料已经不能满足生产需要，所以新建 7万吨/年丁二烯装置生产丁二烯，不存在市场销售问题。
第二节 原料供需预测
本装置的原料来自甲乙酮厂丁烯分离装置，来源十分可靠。
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第三章 生产规模、产品方案及总物料平衡
第一节 生产规模及产品方案
一、生产规模
新建的丁二烯装置额定设计规模为 70000 吨/年丁二烯。
装置年操作时数为：8000 小时，连续生产。装置操作弹性：30％～110％。
二、产品方案
按照目前碳四原料组成，新建装置产品方案如下：
1、产品：
丁二烯：70000 吨/年，全部送罐区作为商品销售。
第二节 总工艺流程及物料平衡
新建7万吨/年丁二烯装置由脱氢反应系统、压缩机系统、油吸收解吸系统和丁二烯抽提系统四个单元构成。
一、脱氢及水冷系统
丁烯、空气、水蒸气按一定比例混合后去一段反应器反应，然后再配入丁烯、空气去二段反应器反应。经二段反应后的生成气经过前换热，废热锅炉回收热量，再经淬冷后去后换热器进一步回收热量，然后去水冷洗酸塔洗去有机酸并进一步降温后去生成气压缩机。
后换热器副产95℃→70℃循环热水可送锅炉利用或用空冷器降温后循环使用。
二、生成器压缩机系统
该系统将生成气 由 0.12Mpa （绝）经离心式压缩机提至1.0～1.5Mpa
（绝）。加压后的生成气去油吸收解吸系统处理。
三、油吸收解吸系统
加压后的生成气在吸收塔中被塔顶加入的贫油吸收，尾气送往锅炉焚烧。塔底富油送往解吸塔解吸，解析塔侧线采出粗丁二烯经冷凝后送罐区，塔顶全回流塔底贫油部分循环使用，部分送往再生塔再生。
四、丁二烯抽提系统
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油吸收解吸后的粗丁二烯及新鲜乙腈经过萃取精馏经水洗脱水塔后，除去组丁二烯的碳四及炔烃，生产出合格的丁二烯产品。乙腈经过乙腈回收塔后循环使用。新建 7万吨/年丁二烯装置总物料平衡见图 3-1。
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第三节 产品规格及数量
产品、副产品规格及数量见表 3-1。
表 3-1 产品及副产品规格及数量
序 产品 产量 参考
主要规格
号 名称 （t/a） 用途
一 产品
纯度 ≥99.7 wt％
水份 ≤0.1 wt％
比重 0.805～0.807
沸程 79.6±0.5℃ 作为商品出售
1 丁二烯 70000
非挥发物 ≤2 mg/100ml 或自用
酸度 ≤0.001 ％(wt)
（以无CO 醋酸为基准)
2
色度 ≤10
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第四章 工艺装置
第一节 工艺技术路线的选择
一、丁二烯生产工艺选择
1、沿革
丁二烯的生产与合成橡胶工业的发展密切相关。20世纪 20年代，德国开始用乙炔生产丁二烯，进而生产了合成橡胶。第二次世界大战期间，对天然橡胶的大量需求，促使人们寻求合成橡胶的单体──丁二烯的生产途径。当时，除德国采用乙炔法外，美国、苏联等采用乙醇法生产丁二烯。稍后，美国又发展了从石油出发生产丁二烯。到战争结束，美国年产丁二烯 550kt,其中约 60％来自石油化工。战后，石油化工的发展促进了丁二烯的生产。
2、生产方法
有碳四馏分分离和合成法（包括丁烷脱氢、丁烯脱氢、丁烯氧化脱氢等）两种。目前除美国外，世界各国丁二烯几乎全部直接来自烃类裂解制乙烯时的副产碳四馏分 （又可写为C4 馏分）。美国丁二烯的来源，大约一半来自丁烷、丁烯脱氢，一半直接来自裂解C4 馏分。
（1）由C4 馏分分离
以石脑油或柴油为裂解原料生产乙烯时,副产的C4 馏分一般为原料量的 8％～
10％（质量），其中丁二烯含量高达40％～50％（质量），所以，从裂解C4 馏分中分离丁二烯是经济的生产方法。工业上均采用萃取精馏的方法，即由馏分中加入乙腈、甲基甲酰胺等溶剂增大丁二烯与其他C4 烃的相对挥发度，通过精馏分离
（见碳四馏分分离）得到丁二烯。
（2）丁烷脱氢
由天然气或C4 馏分中分离所得的丁烷，可脱氢制取丁二烯。丁烷脱氢是强吸热过程，需要输入大量的热量才能获得有经济价值的转化率，但同时裂解和产物二次反应也显得突出。因此，过程的关键是选择一种高活性的催化剂，并要求尽可能降低温度。有两种工艺方法已在工业上得到应用：
① 菲利浦法 即二步法,第一步反应使用铬铝(氧化铬载在氧化铝上)催化剂，温度 600℃，将丁烷脱氢为丁烯，转化率30％，选择性80％；第二步反应使用
- 11 -类似催化剂，温度 650℃，将丁烯脱氢为丁二烯,转化率 27％，选择性76％。此法生产步骤多，操作麻烦，工业应用不广。
② 胡德利法 该法在600℃、15kPa和绝热条件下使丁烷一步脱氢成丁二烯。催化剂为浸渍了 18％～20％氧化铬的活性氧化铝，每反应4～10min进行一次催化剂再生。因系减压操作,催化剂再生十分麻烦,设备条件苛刻，要求配有大口径耐高温快速启闭的阀门及大容量真空设备。反应过程实际上是丁烷与丁烯的混合脱氢。反应气体分出丁二烯后进行循环，并与新鲜的丁烷混合进入脱氢反应器。以原料丁烷计，单程转化率 28％，选择性55％～60％，此法只在美国采用，近年产量日趋减少。
（3）丁烯脱氢 美国在40 年代末开发的方法，其工艺过程的基本原理与菲利浦法的第二步反应相似，但反应过程作了很多改进，主要是在丁烯原料中加入大量蒸汽以降低烃分压，在有利于脱氢平衡条件下进行反应。此法所用催化剂（氧化铬和稳定的钙－镍磷酸盐）寿命较长，丁二烯选择性较高（约 90％），但蒸汽用量大，60年代后被丁烯氧化脱氢法取代。
（4）丁烯氧化脱氢 丁烯催化脱氢反应是可逆反应，转化率因受化学平衡限制而不高，氧化脱氢法是在脱氢时通入氧气（空气），改脱氢反应为氧化反应，从而大幅度提高丁烯的转化率及丁二烯的选择性，其反应式为：
CH +1/2O─→CH +HO
4 8 2 4 6 2
丁烯氧化脱氢(见图)是 1965年在美国石油－得克萨斯化学公司工业化，过程采用铁尖晶石催化剂（见金属氧化物催化剂），反应器温度入口约350℃、出口约
580℃，丁烯转化率可达78％～80％，丁二烯选择性92％～95％。氧化脱氢法的丁烯转化率及选择性较其他脱氢法高得多，因此，此法问世后被广泛使用。在美国，
70年代末有 70％厂家采用此法生产丁二烯。中国丁烯制丁二烯装置也均采用此法。
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☆ （5）其他还有乙醇法和乙炔法。前者为苏联人С.Β.列别捷夫发明，于40 年代工业化，过程采用氧化镁－氧化硅催化剂使乙醇一步转化为丁二烯。因丁二烯的选择性仅 60％左右,生产成本高,目前仅少数国家尚采用此法。后者是德国在第二次世界大战期间生产丁二烯的主要方法。即先将乙炔制成乙醛，再缩合成丁醇醛进而加氢得 1，3-丁二醇,最后将 1，3-丁二醇脱水即得丁二烯。此法生产流程长，原料及能量消耗大，战后未得到推广。
本设计中采用的工艺方法为丁烯氧化脱氢制丁二烯。
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第二节 工艺流程说明一、工艺原理及特点
（一）工艺原理
丁烯和氧气先后通过一段、二段反应器，在B-02催化剂作用下反应生成丁二烯，冷凝后的汽液两相分离后，液相进入水冷洗酸塔与其釜液混合，气相进入水冷洗酸塔底部。生成气在塔中充分冷却除去大量水分并洗去酸酮和部分醛类后，从塔顶出来去压缩工段。提压后的生成气进入油吸收塔底部，生成气经吸收油吸收后，排放至火炬。塔底出来的富油，进入解吸塔进行解吸。从解吸塔第八块板上抽侧线得到粗丁二烯产品，冷却后送到丁二烯抽提单元。粗丁二烯经过乙腈法萃取，水洗、精制后得到较纯的丁二烯送往成品罐区。
（二）工艺特点
1、洗酸及水冷系统
来自管网的配料蒸汽（0.3MP ａ（G）,144.8℃）经三通调节阀分成两股，一股经前换热器(E-102)与二段反应器（R-102）出来的高温生成气换热，使温度由
144.8℃上升到480℃，另一股作为旁路，用来调节一段反应器（R-101）的入口温度，使之为 320℃左右，两股物料在管道上重新混合后进入一段进料混合器（X-
101）。
由丁烯进料泵（P-101）进来的丁烯馏分按比例计量后进入丁烯蒸发器（V-
102）,使丁烯蒸发并过热到80℃后与计量的配料空气一同进入一段进料混合器。丁烯、空气、水蒸汽三种气体充分混合后进入装有B-02催化剂的一段轴向反应器，由于丁烯脱氢为放热反应，生成气出口温度达560℃左右。为了使反应更加充分，高温生成气与计量后的液态丁烯和脱氧水一同进入二段进料混合器（一级）（X-
102）,三股物料混合后与计量后的配料空气一起进入二段进料混合器（X-103）,与计量后的空气混合后进入二段轴向反应器。通过调节脱氧水的喷入量，使二段轴向反应器的入口温度控制在400℃左右，经二段反应后，二段反应器的出口温度高达
560℃左右。
由二段轴向反应器出来的高温生成气先进入前换热器与配料蒸汽换热，温度降到418℃，再进入一级废热锅炉（E-103），在其中产生的0.3MP ａ（G）的低压蒸汽进入蒸汽系统管网，同时生成气的温度降到 156℃，降温后的生成气再进入二级
- 14 -废热锅炉（E-104），在其中产生的0.03MP ａ（G）的低低压蒸汽进入蒸汽系统管网，这时生成气的温度降到115℃，再进入后换热器E-105）,进行部分冷凝，并利用循环软水回收其冷凝热。
冷凝后的汽液两相经分离罐（V-103）分离后，液相进入水冷洗酸塔（C-101）与其釜液混合，气相进入水冷洗酸塔底部。先后与塔中部进入的循环酸水，以及塔顶部加入的 5℃冷冻水进行换热，使生成气在塔中充分冷却除去大量水分并洗去酸、酮和部分醛类后，从塔顶出来去压缩工段。水冷洗酸塔的 59℃的塔釜液由循环酸水泵（P-102）加压后，经循环酸水冷却器（E-107）冷却后大部分再进入水冷洗酸塔进行循环利用，多余部分送往污水处理系统。
2、生成气压缩系统
由水冷洗酸塔（C-101）顶来的生成气0.3MPa （G经一、二级压缩机压缩至
1.2MPa （G）,进入油吸收塔。
3、油吸收解吸系统
经生压机压缩后的生成气进入油吸收塔（C-301）底部，来自罐区的吸收油经吸收油冷却器（E-301）冷却后打入油吸收塔顶部。生成气经吸收油吸收后，塔底得到含有丁烯、丁二烯的富油，温度为 54℃。塔顶出来的吸收尾气进入尾气冷却器
（E-302）,冷却到 0℃后经尾气分液罐（V-301）分离，不凝气去尾气回收单元，冷凝液与塔底出来的富油混合后，通过贫富油换热器（E-307）,与解吸塔底贫油换热，温度升到91℃，进入解吸塔（C-302）进行解吸。塔釜有再沸器（E-308）,用
蒸汽加热， , 及一些轻组分从塔顶馏出，经塔顶冷却器（E-303）冷却到
37℃，再经塔顶冷凝器（E-304）冷却到21℃，不凝气去生成气压缩机系统，冷凝液由回流泵（P-302）全部打回塔顶，作为回流液。回流罐水袋内的冷凝水定时排放。从解吸塔第八块板上抽侧线得到粗丁二烯产品，用侧线冷却器（E-305）冷却到35℃，由粗丁二烯泵送到丁二烯抽提单元。塔釜出来的 136℃的贫油，约 10％去再生塔再生，90％经过贫富油换热器，温度降到86℃后，与从再生塔来的吸收油混合，再用贫油冷却器（E-306）冷却到40℃，回到吸收油罐（V-302）循环使用。
二、主要操作条件
（