年产3万吨丁醇丙烯净化及羰基合成车间的初步设计

1第一章总论1.1概述1.1.1意义与作用丁醇是重要的基本有机化工原料。它有三个重要的品种：正丁醇、异丁醇。正丁醇主要用于生产丙烯酸丁酯、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、联二酸二丁酯等酯类产品。前者用于涂料和粘合剂，后者为PVC的增塑剂。用丁醇生产的邻苯二甲酸二丁酯和脂肪族二元酸酯类增塑剂，广泛用于各种塑料和橡胶制品的生产。丁醇是生产丁醛、丁酸、丁胺和醋酸丁酯等有机化合物的原料，可用做树脂、油漆、粘接剂的溶剂及选矿用的消泡剂，也可用做油脂、药物和香料的萃取剂及醇酸树脂涂料的添加剂。1.1.2国内外现状及发展前景1.国外发展概况丁醇是随着石油化工、聚乙烯塑料工业的发展和羰基合成工业技术的发展迅速发展起来的。羰基合成反应技术是1938年在德国最先开发成功的，随着在英、美、法、意等国家获得发展。自低压铑法问世以来，该法在丁辛醇工业领域独领风骚，先后转让给9个国家，共建设了23套装置，采用该法生产的丁醛产量超过3.5mt/a，占丁醛总产量的70%。所有新建装置全部采用低压铑法，该法以其技术优势正在逐步淘汰高压铑法。近10年来，随着各国对环境保护认识的提高，烟气脱硫的关键技术有了飞速的发展，尤其是一些经济发达的国家，投入大量人力、财力进行开发并取得显著成效。据有关资料统计，到1998年止，美国投产了相当于装机容量150GW的电厂烟气脱硫装置；德国投产了相当于装机容量30GW的电厂烟气脱硫装置；日本已建成投产大型脱硫装置1400台（套），相当于装机容量39GW。2.国内发展概况我国的丁醇生产技术在1980年以前主要采用粮食发酵法制丁醇，采用乙醛缩合法制丁烯醛，丁烯醛缩合、加氢制丁醇。由于工艺技术落后，这类的丁醇生产装置已经停产。1976年，吉化公司从德国BASF公司引进50kt/a的高压铹法丁辛醇装置。1982年建成投产。随后，大庆石化总厂，齐鲁石化公司从英国DAVY公司成套引进丁辛醇生产技术，并在1986年，1987年相继投产。（1）1992年北京化工四厂从日本三菱化学公司引进丁醇生产的专利技术及关键设备，于1996年投产。2（2）1996年齐鲁石化公司在原有装置的基础上，将原来低压羰基合成气相循环法改为液相循环法。在反应器不变的情况下，将产量扩大为原来的1.9倍。1998年吉化公司对原有的BASF高压羰基合成装置进行改造。引进了UCC/DAVY第四代低压液相循环羰基合成技术，在保留了原装置的异构物分离、丁醛缩合、辛烯醛液相加氢、醇的精馏分离等几部分的基础上，另外扩建了一套气相加氢、丁醛缩合、液相加氢、醇精馏分离系统，改造后的装置于2000年8月投产。1.1.3产品的性质与特点本装置产品为丁醇。1.丁醇（Butylalcohol）分子式C4H9OH，有四种同分异构体——正丁醇CH3CH2CH2CH2OH，异丁醇（CH3）2CHCH2OH，仲丁醇CH3CH（OH）CH2CH3和叔丁醇（CH3）3COH。均为无色有毒的易燃液体，能溶于多种有机溶剂中。2.正丁醇（n-Butylalcohol）英文名称1-Butanol。产品理化性质：分子式C4H10；系统命名为1-丁醇。分子量：74.12，熔点-90.2℃，相对密度为0.810g/mol。无色透明液体，沸点117.5℃，凝固点-89.5℃，闪点36-38℃，自然点365℃，微溶于水，能与乙醇和乙醚混溶。3.异丁醇（i-Butylalcohol）产品理化性质：分子式C4H10；系统命名为2-甲基-1-丙醇。分子量：74.12，熔点-108℃，相对密度为0.805g/mol。无色透明液体，沸点108.0℃，凝固点37.7℃，闪点28℃，自燃点426.6℃，易溶于水，乙醇和乙醚。折光率（n20）：1.395-1.397。1.1.4产品的生产方法概述丁醇的生产工艺有两种路线。一种是以乙醛为原料，巴豆醛缩合加氢法；另一种是以丙烯为原料的羰基合成法。由于发酵法及乙醛法工艺流程长，设备腐蚀严重，极不经济，现有装置已基本淘汰。当今丁醇生产的主要方法是以丙烯为原料的羰基合成法。以丙烯为原料的羰基合成法又分为高压钴法、改性铑法、高压铑法和改性铑法。其中改性铑法是当代丁醇合成技术的主流。改性铑法又分为气相循环和液相两种。液相循环改性铑法是当今世界最先进，最广泛使用的丁醇合成技术。高压羰基合成技术是1940年由德国开发成功的，1970年发展到顶峰。该法以钴盐作为催化剂，反应压力为20-30Mpa。中压羰基合成技术是壳牌公司首先采用的。该法采用一种有机膦配位体钴做催化剂。反应温度在104—200℃，反应压力为6.5Mpa。低压羰基合成技术是在70年代中期出现的，是丁醇生产技术的一个突破。1976年低压铹法羰基合成丁醛工业装置在波多黎各投产成功。液相循环改性铑法：3国外对液相循环改性铑法技术加以发展、改进，形成有特色的专项技术，主要技术代表有四家公司，具体情况如下：DAVY/DOW联合开发的第二代丙烯铑法低压羰基合成技术—液相循环法。三菱化工开发的铑法低压羰基合成技术。鲁尔公司的羰基合成工艺。BASF的羰基合成工艺。1.2设计依据1.首选依据是老师布置的“任务书”—年产三万吨丁醇丙烯净化及羰基合成车间的初步设计。3.再者依据2010年9月在大庆石化公司毕业实习中得到的全部信息及相关知识。4.依据学苑出版社出版的《化工工程设计》。5.依据大庆石化公司编制的《丁辛醇车间—员工教育培训教材》。1.3厂址选择1.3.1厂址选择原则厂址选择对于整个设计工作来说，是十分重要的环节。在厂址的选择中，不仅要考虑自然条件还需要顾及原料和成品的供销，运输情况，燃料、水、电、气的供应，劳动后备力量的来源，施工条件，建筑材料的资源等问题。厂址选择应该遵守以下基本原则：1.根据国家城市或区域要求，坚持工业布局要大分散，小集中的原则，又要考虑到邻近企业的协作关系。2.坚持调查研究，实事求是的原则对建厂基本条件进行科学分析。贯彻以农业为基础，以工业为指导方针，节约用地，尽量不占或少占农田。3.注意环境保护，工厂与居住区要满足卫生防护标准，重视对三废处理场地的合理选择，尽量少对生态、自然风景的破坏和影响。4.地形选择要适合工厂的总面积的布置，并有发展余地，厂址的自然地形坡度要与建筑物的相对布置，运输关系和地面安排等要求相近似41.3.2本次设计的厂址选择大庆市位于黑龙江省西部、松嫩平原中部。东南距黑龙江省会哈尔滨市150公里，西北距齐齐哈尔市139公里。全市总面积21494平方公里，其中市区5107平方公里。大庆市地处北温带大陆性季风气候区，受蒙古内陆冷空气和海洋暖流季风的影响，总的特点是：冬季寒冷有雪；夏季温热多雨；春、秋季多风。全年无霜期较短。龙凤区位于黑龙江省西部、大庆市东部，是大庆中心城的“三颗星”之一，东部与大庆高新技术产业开发区隔路相望，西邻大庆石油管理局采油二厂、四厂，北靠大庆市人民政府，南与安达市接壤。龙凤区地域广阔，共分龙凤、卧里屯、兴化三个区块。下辖一镇——龙凤镇，面积410平方公里，人口16万，其中，农村人口2.3万，现有耕地面积4.5万亩，草原面积10.3万亩，荒水面积8.8万亩。有“一田三草二水五分荒”之称，极具开发前景。龙凤区交通便利，四通八达。滨洲铁路贯穿全境，与东北、华北铁路网密切相联，沟通着东北和华北腹地，301国道斜穿我区，成为我区与哈尔滨等以南地区、齐齐哈尔等以北地区相互沟通的纽带和桥梁。哈大高速公路的终端就在该区境内，从龙凤出发至省城哈尔滨的行程仅需1个多小时，长途客车可直接通达省内外40多个地市县，区内乡村通车率100％。区内距哈尔滨内河码头仅150公里，距大连港不足1000公里，那里有通往全国各大港口的客运班轮和通往香港、日本、韩国、波斯湾、南非等国家及地区的定期货运班轮；龙凤距哈尔滨、齐齐哈尔两个飞机场只有2个多小时的路程，从那里可飞往香港、东京、汉城等国家和地区，发达的交通已经使龙风成为大庆对外联络的门户卧里屯是以滨洲铁路和跃进大街为主轴，形成南地方、北铁路、东工业、西居住、中间辅以较大面积生态绿地的集中组团式结构。卧里屯具有优越的区域自然地理环境。区域地处松嫩平原，气候属于大陆性气候。黑土泛金，资源极为丰富。地下蕴藏着石油、天然气、土碱、土盐、土硝等自然资源，为发展石油、石油化工提供了得天独厚的自然条件，现在龙凤地区已经成为全国最大的石油化工生产基地之一。通讯设施齐备,中国人民银行、中国银行、中国农业银行、中国建设银行等均有常设办事机构。全区大小商业网点分布广泛。卧里屯邮局、石油管理局东风电话站、石化总厂电话站三大通讯枢纽。全区现已开通6万门程控电话，百人电话拥有量38部。邮政信函、邮政特快专递快捷方便。依据厂址选择原则厂址选在黑龙江省大庆市龙凤区卧里屯镇。1.4设计规模与生产制度51.4.1设计规模丁醇装置以丙烯，合成气为原料，采用低压羰基合成方法生成正丁醇。丁醇装置设计年运行时间为7562小时，7426小时生产丁醇，剩余136小时为生产切换时间，预计每年进行5次切换，每次平均27小时1.4.2生产制度生产口号为“安全生产，一次完成”。实行“四班三倒制”人员组成如表1-1表1-1羰基缩合车间人员组成人员名称人数倒班制车间主任班长醛岗位工人技术工人临时工人1482若干八小时工作制四班三倒制四班三倒制八小时工作制八小时工作制在职工人共计15人，临时工人若干。车间主任白天在车间主持工作，每班由一个班长带领倒班人员进行倒班。1.5原料及产品规格1.5.1主要原料规格及技术指标表1-2丙烯原料规格及技术指标化学级丙烯丙烯95×10-2mol最低丙烷、甲烷和乙烷5×10-2mol最高乙烯20×10-6mol最高甲基乙炔及丙二烯15×10-6mol最高氧5×10-6mol最高总硫1×10-6wt最高C4及C4以上的烃5×10-6mol最高乙炔1×10-6mol最高6氢5×10-6mol最高总氯（以HCL计）1×10-6mol最高续表绿油10×10-6wt最高水份20×10-6wt最高醇（以甲醇计）5×10-6wt最高CO+CO215×10-6mol最高进界区状态；液态压力：2.2-2.8MPa.a温度：环境在生产丁醇过程中，原料合成气与丙烯中含有H2O、S、O2、As和炔烃等杂质，这些杂质容易使催化剂活性降低，甚至中毒失去活性，影响装置的正常生产，必须进行精制脱出丙烯中的微量杂质，保证装置的正常进行。因此工段主要为利用催化剂将微量杂质脱出。催化剂的规格见表1-3。表1-3催化剂规格名称型号规格规格一次用量硫化铂进口：C53-2国产：BC-02-0093mm直径挤压成型脱除合成气中的氧1121（第一层）5.5m3Pt≥0.08×10-2wt活性碳进口：207A国产：JB-15-10目颗粒状脱除合成气中的羰基铁和羰基镍11208.5mCTC值55-60×10-2水分≤10×10-2wt浸苛性钠的活性氧化铝进口：ICI-59国产：T4023-5mm球脱除合成气中的氨1121（第一层）4m3Na2O≥12×10-2wtAl2O3（高表面）Al2O3（高表面）其余松密度≥900kg/m3铑催化剂Rh；19-21×10-2wtOXO反应催化剂年用量70kg氯化物：≤0.1×10-2wt7ROPAC国产：BG-2-007铁：≤0.005×10-2wt锌：≤0.005×10-2wt三苯基膦TPP白色晶状小片或颗粒OXO反应助催化剂年用量≤34000kg熔点：78.5-81.5℃三苯基膦≥99×10-2wt钠≤5×10-6wt灰份≤100×10-6wt干燥损失≤2.5×10-6wt1.6综合经济技术指标技术经济是人类社会进行物质生产过程是不可以缺少的两方面，任何技术的社会实践都离不开经济；而任何技术的好坏与否，脱离了经济效益的标准都是无法判断的。技术经济是技术生产方面的经济问题，技术经济分析是对不同技术政策、技术方案、技术措施进行经济效果的评定、论证和预测，力求技术上先进和经济上合理相结合，为确定对发展最有利的技术提供科学依据和最佳方案，也是技术经济分析的基本任务。起根本目的就是是每一项工程，每一个企业都用尽量少的物