化工初步设计说明书

第二章原料、产品、催化剂规格§2.1原料§2.1.1原料规格原料异丁烷为工业级，质量百分含量为28.7%。异丁烷的分子式为C4H10，分子量为58.12(按2001年国际相对原子质量)。常温常压下，异丁烷是无色可燃液体，稍有气味，与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限为1.9%～8.4%（体积）。其一般性质见下表：表2-1异丁烷的一般性质分子式C4H10蒸气压(20℃)3650Pa摩尔质量58.12气体燃烧热-2868.2kJ/mol熔点-159.6℃蒸发热(64.7℃)-2848.9kJ/mol沸点-11.8℃自燃温度460℃(空气中)临界温度135℃爆炸极限、空气1.9%～8.4%(VOL)液体温度810.0kg/m3(0℃)闪点-82.8℃(开口容器)§2.1.2技术要求工业异丁烷为无色透明液体，无浑浊，无异臭。表1-2异丁烷技术要求项目指标Ⅰ型Ⅱ型异丁烷的质量分数%≥99.595.0总不饱和烃的质量分数%—由供需双方决定水的质量分数%≤0.0020.005酸（以HCl计）的质量分数%≤0.0001—蒸发残留物的质量分数%≤0.01—高沸点残留物（38℃）／﹙mol／100ml﹚≤—0.05硫含量／﹙µg／ml﹚≤13气相中不凝性气体的体积分数（25℃）／％≤1.5—蒸汽压（21.1℃）／MPa—0.21~0.23§2.1.3试验方法除非另有说明，在分析中仅使用确认为分析纯的试剂和符合GB/T6682的三级水。分析中所用的标准溶液、制剂和制品，在没有注明其他要求时，均按GB/T601、GB/T603制备。1、性状取不沸腾的冷却试样10ml于内径15mm的试管内，用干燥的布擦干试管外壁附着的霜或湿气，横向透视观察试样颜色及有无浑浊。然后将试样稍稍加温，使其稍有沸腾，检查蒸汽有无异臭。2、异丁烷含量和总不饱和烃含量的测定用气相色谱法，在选定的色谱条件下，试样经气化通过色谱柱，使其中的各组分分离，用火焰离子化检测，面积归一法计算异丁烷含量和总不饱和烃含量。3、酸度测定按GB∕T7373-1987中2.3的规定进行。取两次平行测定结果的算术平均值为测定结果，两次平行测定结果的绝对差值不大于0.0003%。4、蒸发残留物的测定按GB∕T7373-1987中2.4的规定进行，称取试样250g,精确至0.1g。取两次平行测定结果的算术平均值为测定结果，两次平行测定结果的绝对差值不大于0.0002%。5、硫含量的测定以GB∕T11141规定的方法进行。以丁基硫为标准物质配置有机硫标准溶液，硫含量约为0.25mg/ml。6、气相中不凝性气体含量的测定用气相色谱法，在选定的工作条件下，使样品气相中的气体通过填充色谱柱，分离不凝性气体（简称NCG）与其它组分，用热导检测计（TCD）检测，外标法计算不凝性气体含量。7、高沸点残留物的测定按SY/T7509的规定进行测定。量取试样100ml,在38℃的水浴温度下试验。8、蒸汽压的测定按GB/T6602的规定进行。原料正丁烯为工业级，质量百分含量为15.3%。正丁烯的分子式为C4H8，分子量为56.11(按2001年国际相对原子质量)。常温常压下，正丁烯是无色可燃液体，有微弱芳香气味，毒性很强，空气允许浓度100mg/m3。其一般性质见下表：表2-1正丁烯的一般性质分子式C4H8蒸气压(10℃)189480Pa摩尔质量56.11气体燃烧热-2716.8kJ/mol熔点-185.3℃蒸发热(64.7℃)-2737.4kJ/mol沸点-6.3℃自燃温度385℃(空气中)临界温度146.4℃爆炸极限、空气1.6-10.0%(VOL)液体温度810.0kg/m3(0℃)闪点-80℃(开口容器)§2.1.2技术要求工业正丁烯为无色液体，无可见杂质。表1-2工业正丁烯技术要求和试验方法项目质量指标试验方法优级品一级品1-丁烯，%（质量分数）≥99.399.0SH/T1492正、异丁烷，%（质量分数）报告报告SH/T1492异丁烯+2-丁烯，%（质量分数）≤0.40.6SH/T14921,3-丁二烯+丙二烯,mL/m3≤120200SH/T1492和SH/T1548丙炔，mL/m3≤55SH/T1548总羰基(以乙醛计)，mg/kg≤510SH/T1493和SH/T1494b水，mg/kg≤2025GB/T6023硫，mg/kg≤11GB/T11141甲醇，mL/m3≤510SH/T1547甲基叔丁基醚，mL/m3≤510SH/T1547一氧化碳，mL/m3≤11GB/T3394二氧化碳，mL/m3≤55GB/T3394§2.1.4催化剂规格由于氢氟酸溶解氧化物的能力，它在铝和铀的提纯中起着重要作用。氢氟酸也用来蚀刻玻璃，可以雕刻图案、标注刻度和文字；半导体工业使用它来除去硅表面的氧化物，在炼油厂中它可以用作异丁烷和丁烷的烷基化反应的催化剂，除去不锈钢表面的含氧杂质的“浸酸”过程中也会用到氢氟酸。氢氟酸也用于多种含氟有机物的合成，比如Teflon(聚四氟乙烯）还有氟利昂一类的致冷剂。化学试剂氢氟酸GB/T620-1993名称优级纯分析纯化学纯氢氟酸（HF）含量%≥40.040.040.0灼烧残渣（以硫酸0.0010.0020.01盐计）%≤氯化物（CL）%≤0.00050.0010.005硫酸盐和亚硫酸盐（以SO4计）%≤0.0010.0020.005磷酸盐（PO4）%≤0.00010.00020.005氟硅酸盐（SiF6)%≤0.020.040.06铁(Fe)%≤0.000050.00010.0005重金属（以Pb计）%≤0.00010.00050.001工业氢氟酸GB7744－1998项目指标优等品一等品合格品HF-40HF-55HF-40HF-55氟化氢含量%≥40.040.055.040.055.0氟硅酸含0.020.20.52.55.0量，%≤不挥发酸（以H2SO4计）含量，%≤0.020.050.081.02.0§2.2产品、副产品规格第三章化工工艺及其系统§3.1化工工艺介绍我们设计组选择：以从炼厂气中提取的异丁烷和正丁烯为原料，氢氟酸作为催化剂，使用塔式反应器，年产30万吨符合规定标准的烷基化汽油工艺方案。§3.1.1烷基化反应烷基化反应可分为热烷基化和催化烷基化两种。由于热烷基化反应温度高，易产生热解等副反应，所以工业上都采用催化烷基化法。主要的催化烷基化有：①烷烃的烷基化，如用异丁烯使异丁烷烷基化得高辛烷值汽油组分：②芳烃的烷基化，如用乙烯使苯烷基化：③酚类的烷基化，如用异丁烯使对甲酚烷基化：§3.1.2反应机理碳原子上的烷基化①羰基的碳上氢的烷基化。羰基的碳上的氢呈弱酸性，羰基的碳原子在强碱（如氨基钠、氢化钠）的作用下，能与卤代烷发生烷基化反应，生成碳烷基化产物：酮和酯的直接烷基化会发生自身缩合；也会发生多烷基化反应。要获得a-碳单烷基化产物，可用四氢吡咯、吗啉等仲胺制成烯胺，再与活泼的卤代烷(碘甲烷、卤代苄等)反应，生成取代的烯胺，经水解即得烷基化的羰基化合物：②活泼亚甲基的烷基化。处于两个活性基团之间的亚甲基比较活泼，在醇钠作用下容易烷基化。活性基团可以是硝基、羰基、酯基或氰基等。例如取代的丙二酸酯合成法和乙酰乙酸酯合成法：H2C(COOC2H5)2+C2H5O-Na+CH(COOC2H5)2-Na++C2H5OHCH(COOC2H5)2-Na+RXRCH(COOC2H5)2+NaXCH3COCH2COOC2H5+C2H5O-Na+(CH3COCHCOOC2H5)-Na++C2H5OH式中R为烷基；X为卤素。取代的丙二酸酯、乙酰乙酸酯水解后容易脱羧、分解成取代乙酸或酮，此反应广泛用于有机合成。这些烷基化反应都是在无水条件下进行的。③相转移催化的烷基化。利用相转移催化剂使处于两个互不相溶的液相系统中的反应物进行反应。无需在无水条件下操作，可以用浓氢氧化钠水溶液代替无水醇钠。反应条件温和，操作简便。常用的催化剂有四级铵盐(Q+X-)，如（n－C4H9）4N+HSO4-、四级磷盐[(C2H5)3P+CH2C6H5]Cl-或冠醚等。反应物于界面处与碱作用，生成负碳离子。后者与四级铵盐正离子形成离子对，转移到有机相中，与卤代烷进行烷基化反应。§3.1.3原料与产物性质异丁烷异丁烷常温常压下为无色可燃性气体。分子式C4H10，分子量58.12，熔点-159.4，沸点-11.73，微溶于水，可溶于乙醇、乙醚等。与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限为1.9%～8.4%（体积）。相对密度（水=1）：0.56g/mL，相对蒸汽密度（空气=1）：2.01g/mL，燃烧热2856.6kJ/mol，闪点-82.2℃，自燃点460℃，饱和蒸气压(kPa)：160.09(0℃)主要存在于天然气、炼厂气和裂解气中，经物理从分离等获得，亦可由正丁烷经异构化制得。主要用于与异丁烯经烃化制异辛烷，作为汽油辛烷值的改进剂。也可用作冷冻剂。正丁烯正丁烯常温常压下是无色可燃液体，有微弱芳香气味。溶于醇、醚、氯仿，微溶于水，分子式为C4H8，分子量为56.11，熔点：-185.3ºC，沸点(,常压)：-6.32ºC，密度(,25℃)：0.67g/mL，相对蒸汽密度(空气=1)：1.9g/mL，闪点：-80ºC，自燃点或引燃温度:385ºC爆炸极限为1.6%-10.0%(体积)，气相标准燃烧热(焓)：-2868.2kJ·mol-1，闪点：-47℃存在于石油气、天然气和裂化气中。由石油裂化过程中产生的碳四馏分，经分离而得。第五章厂区选址本厂区位于山东省东营市东营区经济开发区。§5.1自然气候东营区地处暖温带，属季风型大陆性气候区，虽濒临渤海，但大陆气候明显。基本的气候特征是冬季干冷，夏季温热，四季分明，雨热同季。2006年，东营区气温偏高，降水偏少，日照略偏少，总的气候特点是：冬季（1～2月）气温略偏高，降水正常；春季气温略偏高，冷暖变化明显（4月份出现阶段性低温），降水丰沛且主要集中在5月；夏季气温略偏高，降水接近常年但时空分布不均，部分地区出现短时干旱；秋季气温明显偏高，降水异常偏少（达到历史最小值），并出现较大范围的干旱；12月份气温接近常年略偏高，降水明显偏少。年内主要气象灾害为干旱、冰雹、雷暴、雷雨大风、暴雨、大雾以及大风和扬沙等。总的来看，全年大部时段的降水、热量资源正常，气候条件对农业生产有利，但入秋以后降水量明显偏少，气温明显偏高造成全区秋季干旱，对农作物特别是冬小麦生长发育有不利影响。1.地理环境东营市东营区位于山东省东北部，黄河三角洲腹地。地跨东经118°12′42″～118°59′52″，北纬37°14′13″～37°31′57″。东濒渤海，西依黄河，南与广饶县、博兴县接壤，北与垦利县毗邻。东西最大横距67.5公里，南北最大纵距26.5公里，总面积1155.62平方公里。城区北距垦利县城15公里，西距利津县城20公里，南距广饶县城50公里，西南到省会济南220公里，西北到首都北京450公里。境区内地势平坦，广为第四系覆盖，地表无基岩出露。据钻井资料，区内地层自下而上发育太古界变质岩系、新生界下第三系和上第三系、第四系，其中下第三系尤为发育，沉积厚度巨大，是重要的生油层系和储油层系，蕴藏着丰富的油气资源。东营区地处黄河冲积平原的滨海地带，属黄河三角洲尾闾部分。地势总体平缓，但西高东低，比降为1/10000，最高高程海拔11.5米，最低点海拔2.5米，地面高程一般在6～8米之间。2.资源状况土地资源全区土地总面积11.56万公顷。人均耕地0.12公顷（按农业人口计算），以2005年东营区土地变动调查数据统计，土地分三大类，农用地51455.35公顷，建设用地36037.69公顷、未利用土地28068.95公顷，分别占总面积的44.53%、31.19%、24.28%。水资源历年平均降水产生的地表水径流量为0.65亿立方米，多集中在夏季，大部分排入渤海，利用率尚低。全区浅层地下淡水面积为26.67平方公里，当年平均水量为4627.28万立方米。黄河是境内主要客水水源，1950～1999年，利津水文站年径流