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年产3万吨丁醇丙烯净化及羰基合成车间的初步设计
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。
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
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。
催化剂
年用量
70 kg
氯化物:≤0.1×10-2wt
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≤2.5×10-6wt
3.异丁醇(i-Butyl alcohol)
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。
1.6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质消耗生产出更多符合社会需求的合格产品,取得最大的使用价值,从而实现最大经济效益。
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+CO2
15×10-6mol
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。
液相循环改性铑法:
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。
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150 GW的电厂烟气脱硫装置;德国投产了相当于装机容量30 GW的电厂烟气脱硫装置;日本已建成投产大型脱硫装置1 400台(套),相当于装机容量39 GW。
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。
1.1.3产品的性质与特点
本装置产品为丁醇。
1.丁醇(Butyl alcohol)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。
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。
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
氢
5×10-6mol
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-02-009
3mm直径挤压成型
脱除
合成气
中的氧
1121
(第一层)
5.5 m3
Pt≥0.08×10-2wt
活性碳
进口:207A
国产:JB-1
5-10目颗粒状
脱除合成气
中的羰基铁
和羰基镍
1120
8.5 m
CTC值55-60×10-2
(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)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。
第一章总论
1.1
1.1.1
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。
1.4设计规模与生产制度
1.4.1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
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。