年產(chǎn)25萬噸丁醇生產(chǎn)工藝

1、/、八1. 刖言丁醇是重要的有機(jī)化工原料，廣泛用于醫(yī)藥、印染、塑料、有機(jī)等領(lǐng)域。丁醇是 生產(chǎn)丁酸、丁胺、醋酸丁酯和丙烯酸丁酯等多種有機(jī)化合物的原料。丁醇分為兩 類：正丁醇和異丁醇。正丁醇主要用來生產(chǎn)鄰苯二甲酸二丁酯、丙烯酸丁酯等。 可直接作為合成塑料、涂料、助劑等的原料，也是良好的溶劑之一，大部分正丁 醇是用來合成酯類，產(chǎn)品有丙烯酸丁酯、醋酸丁酯、乙醇醚、增塑劑DBP等。丁醇在許多化工領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，在 2000年之前，全球丁醇生產(chǎn)主要集中 在美國、歐洲、日本等地，這些地區(qū)丁醇市場趨于成熟，生產(chǎn)能力過剩，需求增 長趨緩，而亞洲等其他地區(qū)，由于缺口較大，需求增長較快。在中國，特別是改 革開放

2、以來，隨著石化工業(yè)的快速發(fā)展，對丁醇的需求越來越大，因而引進(jìn)了國 外先進(jìn)技術(shù)，相繼建成了一批大型乙烯生產(chǎn)裝置， 其中有的配套了代表國際先進(jìn) 水平的羰基合成丁醇生產(chǎn)裝置，如齊魯石化公司、吉林化纖工業(yè)公司及大慶石油 化工總廠、北京化工四廠、揚(yáng)子巴斯夫公司，總產(chǎn)能為145kt/年，由于下游需求的快速增長，盡管這幾套裝置都在加大負(fù)荷生產(chǎn)， 丁醇的產(chǎn)量有很大提高，但 一直不能滿足下游實(shí)際生產(chǎn)的需求，因而對這幾套裝置進(jìn)行擴(kuò)能改造、或新建生 產(chǎn)裝置勢在必行。2. 設(shè)計基礎(chǔ)條件原料簡介丙烯（propylene,CH2=CHCH3常溫下為無色、稍帶有甜味的氣體。分子量，密 度cm3（20/4 C），冰點(diǎn)C,沸點(diǎn)

3、C。易燃，爆炸極限為 2%-11%不溶于水，溶 于有機(jī)溶劑，是一種屬低毒類物質(zhì)。丙烯是三大合成材料的基本原料，主要用于 生產(chǎn)丙烯腈、異丙烯、丙酮和環(huán)氧丙烷等。產(chǎn)品簡介本項目產(chǎn)品為正丁醇和異丁醇，均為重要的有機(jī)化工原料，在醫(yī)藥工業(yè)、塑 料工業(yè)、有機(jī)工業(yè)、印染等方面具有廣泛用途。正丁醇正丁醇是優(yōu)良的有機(jī)溶劑，也可轉(zhuǎn)化為丁醇衍生物作特種溶劑； 可用于生產(chǎn) 多種增塑劑，如鄰苯二甲酸二丁酯（DBP、鄰苯二甲酸丁芐酯（BBP、鄰苯二甲 酸丁辛酯、己二酸二丁酯等；也可用于生產(chǎn)乙酸丁酯、丙烯丁酯、甲基丙烯酸丁 酯等化工產(chǎn)品，其主要衍生物系及用途見圖1-1。K疑i平 涂 料 這 莎J灑7R1I1 AV紅#蠱”：

4、洛JHJT1 U . 徐彳: 汕:洪8蘋喪造紙助利甘冊舟！和制型液、牛:収倒牌:化 Hr 小: 五、I Y： r 97原料Xt/t 產(chǎn)丙烯單耗品100% 合成Nr3 /t719690715計氣產(chǎn)品溶劑正異構(gòu)丁醛無鐵丁醛三苯基膦羰基銠三苯基膦羰催化劑銠基催化劑催化劑基銠催化劑蒸發(fā)分離、蒸發(fā)分離、蒸發(fā)分離、液相循環(huán)氣相循環(huán)液相循環(huán)溫度10012590110壓力MPa225主要技正/術(shù)參數(shù)異比89/1310/1425/1轉(zhuǎn)化率%96919193反應(yīng)器形式塔式內(nèi)裝若干個降膜 蒸發(fā)器的攪拌器帶攪拌槳釜式反應(yīng)器技術(shù)先進(jìn)性、應(yīng)用的廣泛原料來源廣泛；原料來源廣泛；原料來源廣泛；性和可靠性催化劑活性好；催化劑活

5、性好；催化劑活性高；消耗定額低，操作 溫度、壓力較咼；1 1 J /| 3 J R7、1 作溫度、壓力較高；消耗定額較高；流程短；流程短；操作溫度、壓力低；正/異比較設(shè)備較少；設(shè)備較少；高；操作維修量較??；操作維修量較不需要特殊少；材質(zhì)；本項目建議采用低壓羰基合成工藝，現(xiàn)在國內(nèi)引進(jìn)的主要為Davy-UCC技術(shù)。 該工藝特點(diǎn)： 投資少； 工藝簡單，反應(yīng)溫度較低，單程操作； 操作費(fèi)用低； 丙烯和合成氣幾乎全部轉(zhuǎn)化，損失少，醛重組分產(chǎn)率低； 銠用量少。工藝流程設(shè)計 丁醇工藝方塊流程圖丙烯制丁醇流程首先是將丙烯和合成氣在攪拌式反應(yīng)釜中生成混合丁醛，然后送至固定床反應(yīng)器氣相加氫生產(chǎn)正（異）丁醇，最后在精

6、餾塔中將正丁醇和異 丁醇分離。丙烯制丁醇流程如下圖所示。工藝流程簡述1、丁醛生產(chǎn)由總廠提供的原料合成氣經(jīng)多級凈化脫除氧、硫、氯等雜質(zhì)，以防止銠催化 劑中毒。丙烯經(jīng)多級凈化系統(tǒng)將其中的硫化物、 氯化物、氧等雜質(zhì)脫除后與凈化 合成氣一并送入羰基合成反應(yīng)器。該反應(yīng)器是帶攪拌的釜式反應(yīng)器，內(nèi)有冷卻盤管和進(jìn)料氣體分配器。在銠催 化劑，氣體分配器以及攪拌器的作用下，原料氣體以小氣泡的形式擴(kuò)散在催化劑溶液中，并于105C、條件下，通過低壓羰基合成反應(yīng)生產(chǎn)出混合丁醛。OXO反正丁聲1議短合成遙各丁醛 1肚氧t你成氣應(yīng)是放熱 反應(yīng)，反應(yīng) 熱通過產(chǎn) 品丁醛的蒸發(fā)脫除一部分，通過調(diào)溫水換熱脫除一部分?；煊谢旌蠚怏w和

7、丙烯、丙烷的混 合丁醛液體在V-111緩沖罐中穩(wěn)定，氣體通過壓縮機(jī)循環(huán)至反應(yīng)器反應(yīng)， 混有丙 烯丙烷的混合丁醛液體通過離心泵運(yùn)送至T-106氣提塔中脫除其中的丙烯、丙烷。2、丁醇生產(chǎn)脫除重組分后的混合丁醛進(jìn)入蒸發(fā)器汽化后，進(jìn)入加氫反應(yīng)器中，在催化劑的作用下。在和130C條件下。生產(chǎn)粗混合丁醇。粗品經(jīng)預(yù)精餾塔和精餾塔脫除 輕、重組分后，進(jìn)入異構(gòu)物塔分離，在塔頂?shù)玫郊兌鹊漠惗〈籍a(chǎn)品，塔底得 到純度的正丁醇產(chǎn)品。物料衡算本項目涉及的化工單元操作較多，如合成、加熱、冷卻、換熱、吸收和精餾。 因此將整個流程分為羰基合成反應(yīng)和丁醛加氫反應(yīng)兩個工段進(jìn)行物料衡算。1）羰基合成反應(yīng)工段物料衡算下圖是由Aspen

8、 Plus軟件模擬得出的羰基合成反應(yīng)工段物料衡算圖，見圖3-1 申予邙1-0防曲正”弗丁醉加氫反翩正異丁醪分雷塔丁醛加氫反應(yīng)工段流股焓變計算見表3-7表3-7丁醛加氫反應(yīng)工段流股焓變計算表QUAN HHOUT QING ZHONG YDCGHwOTemperature/ C400099Pressure/bar426331Vapor Frac01100001Mole Flow/kmol hr5001Mass Flow/kg hr10246Volume Flow/cum hr1En thalpy/Gcal hr藝 H in/Gcal hr-1-1藝 H out/Gcal hr藝 Hout-藝 H

9、in /Gcal -hr-1丁醛加氫反應(yīng)工段輸入功和熱負(fù)荷見表3-8。熱量衡算見表3-9表3-8 丁醛加氫反應(yīng)工段輸入功和熱負(fù)荷計算表項目數(shù)據(jù)E-3熱負(fù)荷/Gcal hr-13R-2熱負(fù)荷/Gcal hr-1E-4熱負(fù)荷/Gcal hr-1T-2熱負(fù)荷/Gcal hr-1T-2熱負(fù)荷/Gcal hr13E-5熱負(fù)荷/Gcal hr-1T-3熱負(fù)荷/Gcal hr-1T-3熱負(fù)荷/Gcal hr-17E-6熱負(fù)荷/Gcal hr-1T-4熱負(fù)荷/Gcal hr1T-4熱負(fù)荷/Gcal hr-1藝Q表3-9丁醛加氫反應(yīng)工段熱量衡算計算表項目數(shù)據(jù)藝 H out-藝 H in/Gcal hr-11藝

10、Q/Gcal hrerror 圖3-8羰基合成工段帶控制點(diǎn)工藝流程圖i | :-CK3圖3-9丁醇合成工段帶控制點(diǎn)工藝流程圖設(shè)備選型及典型設(shè)備設(shè)計主要設(shè)備的設(shè)計及選型正異丁醇分離精餾塔的設(shè)計塔板的選擇：正異丁醇分離過程生產(chǎn)較為穩(wěn)定，負(fù)荷變化不大，對操作彈性的要 求不高。綜合考慮塔板的效率、分離效果和設(shè)備的成本、維修等，我們初步選擇 篩板。由aspen模擬得到的數(shù)據(jù)計算得1、氣相平均流量和液相平均流量VS 9.413m3/sLS 0.0309m3 / s2、氣相平均密度和液相平均密度0.0178N/mL 787.184kg/m3、液相平均表面張力和粘度0.0178N /m塔體的工藝尺寸計算最大空

11、塔氣速依據(jù)式（4-1 ）計算0.548mpas（ 4-1）式中負(fù)荷因子C可由史密斯關(guān)聯(lián)圖（見圖4-1）查出。其橫坐標(biāo)數(shù)值為無因次 比值，稱為氣液動能參數(shù)。橫坐標(biāo)數(shù)值為U max =CL SVs)1/20.03099.41(737.184(1.2121/2)=0.0810).io(9 ma osft 04o.m(j.0* 一 k1 上 F丄Q02 acn Q0411w f) IDPvO 2D取板間距HT=,對于常壓塔hL的取值范圍是,取hL=,則HT-h l=圖4-1史密斯關(guān)聯(lián)圖查圖可知C則 Umax 二C一 =0.109則 C=C20l)0.2 =0.112 (竺).2=0.10920=2.6

12、96 (m/s)7.184-1.21221.212D=4 9.413 =3.123.14 1.887取安全系數(shù)為（安全系數(shù)范圍為）。u=.7umax=.7 2.696=1.887 (m/s)按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后取D=橫截面積 At =.785 D2=0.785 3.22=8.4 m2 空塔氣速：u= Vs = 9.413 =1.171 m/sAt8.041、塔徑的初步核算降液管主要有弓形、圓形和矩形三種。目前多采用弓形，因其結(jié)構(gòu)簡單，特 別適合于塔徑較大的場合，所以我們選擇弓形降液管。液體在塔板上的流動路徑是由降液管的布置方式?jīng)Q定的。常用的布置方式有以下幾種形式：U型流、單溢流、雙溢流、多溢流。溢

13、流類型、塔徑、液體負(fù)荷之間的經(jīng)驗數(shù)據(jù)見表 4-1。表4-1液體負(fù)荷與溢流類型的關(guān)系塔徑(mm)液體流量（cum/h）單溢流雙溢流四溢流20009090-160-3000110110-200200-3004000110110-230230-3505000110110-250250-4006000 0.06注 0.050,04284? E ? Lh10000.01-j17/上/7/Z嚴(yán)厶/1/L1/0.40,50.6 0-70.80.932.8410002111.28332.24=0.0384(m)取上層清液層高度h l =60mm故 hw=hL-hOw =0.06-0.0384=0.0216（

14、m）3）弓形降液管面積由查弓形降液管參數(shù)圖（見左W (0.7圖）D得，hr=hL0.60 0.06 0.0036 m液柱則A0.098.04=0.723( m2)Wd=0.163.2=0.512( m)驗算液體在降液管中停留時間,人屮丁 0.723 0.60-14.05 8s故降Ls0.309流體力學(xué)計算與校核塔板壓降 干板阻力計算：由d。/見+? C 氣體通過液層的阻力Vs9.413 d c”/ /、= 1.287（ m/ s）.1/2kg液管設(shè)計是合理的。3、1)12/3 4 ,2查得C0=，所以 丄？也 0.051 ? 1.212737.184232.5620.70.181(m 液柱)2

15、)3)UaAt 蟲f 8.04-0.723F0 Ua., v 1.287,1.212=1.417查圖得 =0.60故m= hL 0.60 0.06 0.0036液體表面張力的阻力4 L4 17.8 10 3hLgdo 737.184 9.81 0.012氣體通過每層塔板的液柱高度hp hc h1 h 0.181 0.00360.00080.1854（m 液柱）所以氣體通過每層塔板的壓降為Pp hp Lg 0.1854 737.184.39 9.81 1.341kPa 50kPa（設(shè)計允許值）霧沫夾帶故在本設(shè)計中霧沫夾帶量6v在允許范圍內(nèi)漏液對篩板塔，漏液點(diǎn)氣速m液柱s m1/20.0008(m

16、)0,min 4.4C。、，0.0056 0.13hL h l/ v4.4 0.7 0.0056 0.13 0.06 0.0008 737.184/1.2128.527(m/s)實(shí)際孔速 032.562 m/s6 65.710 ( 蟲)3.2 5.7 103 (1.287 )3.2 0.0092kg液/kg氣)0.1 kg液/kg氣)lHt 2.5l17.8100.6 2.5 0.06穩(wěn)定系數(shù)為K L 32.5623.81.5故在本設(shè)計中無明顯漏液。.液泛H dH Thw為防止降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度取=0.7，貝UHt hw =0.7 0.6+0.0216 =0.435降液管

17、中清液層高度依式(4-4)而hd0.153Hd0.185Ht4、1)2)Hd塔高的確定塔板數(shù)由aspen模擬得塔板數(shù)塔頂空間高度塔頂空間高度計算見式Hdhp hlhd2 200.153 0.200.00612(m 液柱)0.060.006120.2515( m 液柱)hw，故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。Nt 904-5。3)Hd取 H d 1.5Ht =1.5 0.6=0.9塔底空間高度假定塔底空間依儲存液量停留那么塔底液高,VLs 3 60 0.0309h1.52.0 Ht3分鐘,40.69 m4)AtAt8.04取塔底液面距最下面一層板留1米,故塔底空間Hb 0.69 11.69 m裙座高

18、度(4-5)(4-4)=+2=封頭高度根據(jù)精餾塔直徑D=，查表得 封頭高度H 1 =開人孔處增加的高度對于D 1000mm勺板式塔，為安裝、檢修的需要，人孔直徑一般為450mm600mm本設(shè)計的精餾塔直徑D=3200m,每隔7塊板設(shè)一人孔，則開13個人孔。人孔直徑450mm5)6)般每隔68塊板設(shè)一人7）塔高塔高按式（4-6）計算。H （nnFnp1）HtnfHfnpH pHdHbH1 H 2（4-6）式中 H 塔高，m;n 實(shí)際塔板數(shù)； nf進(jìn)料板數(shù)；hf進(jìn)料板處板間距，mnp人孔數(shù)；Hb 塔底空間高度，mHp 設(shè)人孔出的板間距，Hd 塔頂空間高度，mH 1封頭高度，mH 2 -裙座咼度，m

19、H (90 1 13 1) 0.6 1 0.6 13 0.45 0.9 1.69 0.8 4.4 =5、正異丁醇分離精餾塔工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總的正異丁醇分離精餾塔計算結(jié)果見表4-2 o表4-2 正異丁醇分離精餾塔T-201C的設(shè)計結(jié)果項目名稱數(shù)值氣相負(fù)荷Vs液相負(fù)荷Ls已知條件氣相密度vcum液相密度丨cum液相表面張力(Tm液體粘度卩 s塔型篩板塔塔徑D塔板間距Ht溢流型式雙溢流型空塔速度s堰型平直堰設(shè)計結(jié)果堰長lw溢流堰咼度hw板上清液層咼度hL穩(wěn)定系數(shù)K塔板壓降hc液柱液體在降液管中停留時間 塔截面積Atm2霧沫夾帶ekg氣降液管截面積Afm2降液管寬度Wd 篩板厚度3mm編制設(shè)備一覽表

20、表1塔設(shè)備選型結(jié)果一覽表位號名稱類型塔徑板間距塔板數(shù)塔高材料封頭型式T-101丙烯水解脫硫凈化塔填料/Q-235-A標(biāo)準(zhǔn)橢圓T-102丙烯脫硫凈化塔填料/Q-235-A標(biāo)準(zhǔn)橢圓T-103丙烯脫氯凈化塔填料/Q-235-A標(biāo)準(zhǔn)橢圓T-104合成氣脫鐵鎳凈化塔填料/Q-235-A標(biāo)準(zhǔn)橢圓T-105合成氣脫氧凈化塔填料/Q-235-A標(biāo)準(zhǔn)橢圓T-106穩(wěn)定塔篩板38Q-235-A標(biāo)準(zhǔn)橢圓T-201脫輕組分預(yù)精餾塔篩板10Q-235-A標(biāo)準(zhǔn)橢圓T-202脫重組分精餾塔篩板50Q-235-A標(biāo)準(zhǔn)橢圓T-203正異丁醇分離塔篩板90Q-235-A標(biāo)準(zhǔn)橢圓表2換熱器選型結(jié)果一覽表位號名稱類型型號規(guī)格mm材料

21、數(shù)2 8966BEM72582.91HE-101原料混合氣預(yù)熱器固定管板式0.89619725-6000碳鋼1丙烯羰基合成產(chǎn)物冷凝BEM8600.34538061HE-102器固定管板式1.79319860-6000碳鋼10.4832.5BEM6852301nE-103二級閃蒸冷凝器固定管板式0.89619450-2500碳鋼10.3454BEM450461nE-104穩(wěn)定塔塔頂冷凝器固定管板式0.48319450-2500碳鋼14.4132BEM6304.31HE-105穩(wěn)定塔塔底再沸器固定管板式0.48319710-2500碳鋼1氣相加氫產(chǎn)物一級冷凝BEM10000.345229.32.5

22、1nE-201固定管板式19250-1500碳鋼1器E-202氣相加氫產(chǎn)物二級冷凝器固定管板式BEM 3000.3457.21.7931.519in300-1500不銹鋼E-203脫輕組分塔塔底再沸器固定管板式BEM 7100.345117.41.519in630-2000碳鋼E-204脫輕組分塔塔頂冷凝器固定管板式BEM 10000.345229.32.5191n1000-2500碳鋼BEM 7100.345117.4E-205脫重組分塔塔底再沸器固定管板式1.5791n710-1500碳鋼0.3452.5BEM 584 1051nE-206脫重組分塔塔頂冷凝器固定管板式0.89619580

23、-2500 碳鋼 1E-207正異丁醇分離精餾塔塔底再沸器固定管板式BEM 5840.3450.55246006.5191n2000-6500 碳鋼E-208正異丁醇分離精餾塔塔頂冷凝器BEM固定管板式6100.3450.8961842.5791n610-2500 碳鋼表3泵選型結(jié)果一覽表流里揚(yáng)程功率、 數(shù)連接方位號名稱型號效率曰L/sm(Kvy量式P-101號攪拌式反應(yīng)釜塔底出IS80-65-11單泵1A料泵25P-101號攪拌式反應(yīng)釜塔底出IS80-65-11單泵1B料備用泵25P-102號攪拌式反應(yīng)釜塔底出IS80-65-11單泵2A料泵251 單泵P-10 2號攪拌式反應(yīng)釜塔底出IS8

24、0-65-12B料備用泵25車間設(shè)備布置設(shè)計車間布置設(shè)計1. 車間布置符合生產(chǎn)工藝的要求2. 車間布置符合生產(chǎn)操作的要求（1）考慮設(shè)備占位要求（2）同類設(shè)備盡可能集中布置（3）設(shè)備盡量對稱、緊湊；3. 車間布置符合設(shè)備安裝、檢修的要求（1）根據(jù)設(shè)備大小及結(jié)構(gòu)，考慮設(shè)備安裝、檢修及拆卸所需的空間和面積；（2）滿足設(shè)備順利進(jìn)出車間的要求。（3）通過樓層的設(shè)備，樓面上要設(shè)置吊裝孔。（4）必須考慮設(shè)備的檢修和拆卸以及運(yùn)送物料所需要的起重設(shè)備；4. 車間布置應(yīng)符合廠房建筑的要求（1） 凡是笨重設(shè)備或運(yùn)轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生很大振動的設(shè)備，如壓縮機(jī)、粉碎機(jī)、大型 通風(fēng)機(jī)、離心機(jī)等，應(yīng)該盡量布置在廠房的底層，以減少廠房樓面的荷載和振動。（2） 有劇烈振動的設(shè)備，其操作臺和基礎(chǔ)不得與建筑物連在一起，以免影響建 筑物的安全。（3）設(shè)備布置時，要避開建筑的柱子及主梁；（4）設(shè)備不應(yīng)該布置在建筑物的沉降縫或伸