年产30万吨mtbe气分装置中碳四碳五分离过程模拟研究毕业设计(编辑修改稿)

年产30万吨mtbe气分装置中碳四碳五分离过程模拟研究毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

溶解度 (20176。 C) g/100g 折射率 (20176。 C) 研究法辛烷值 117 表面张力 N/m2 马达法辛烷值 101 MTBE 用途 （ 1） MTBE（甲基叔丁基醚）作为汽油添加剂已经在世界范围内普遍应用。 它不仅能有效提高汽油 辛烷值，而且还能改善汽车性能，降低排气中 CO 含量，同时降低汽油生产成本。 本装置生产的 MTBE 将全部用于汽油调和。 （ 2） MTBE 另一个主要用途是通过将 MTBE 裂解生产纯度较高的异丁烯。 而高纯度的异丁烯的用途也越加广泛，用量增加迅速。 1） 异丁烯聚合。 低分子量聚异丁烯（ LPIB）由于热稳定性好、裂解无残炭、耐化学品及耐候等特点，因而被广泛用于润滑油添加剂、电绝缘材料、粘合剂、腻子胶以及其它高聚聚物共混改质等领域。 特别是近年来，随着润滑油产业的快速发展和进步，中分子量聚异丁烯（ MPIB）的需求日趋减少，中、高 档二行程内燃机油及其它领域对 LPIB 的需求量越来越大。 2） 以异丁烯为原料生产丁基橡胶。 3） 异丁烯水合可以合成叔丁醇；异丁烯氧化可以生成甲基丙烯醛，甲基丙烯醛氧化生成甲基丙烯酸，再和甲醇酯化生成甲基丙烯酸甲酯；异丁烯和甲醛反应生成异戊橡胶的单体异戊二烯等。 MTBE 市场供需分析 我国 MTBE 处于快速增长状态，特别是我国近期推广使用高辛烷值无铅汽油，所用的辛烷值改进剂主要是 MTBE。 因此，我国 MTBE 的需求量还将有所增加。 随着一些新建炼油厂的 MTBE 生产装置投产，我国现有 MTBE 生产装置增加到 38套，总能力达 234 万吨／年。 我国 MTBE 的规模生产起始于 20 世纪 80 年代。 随着我国政府对环境保护的日益重视，汽油无铅化的呼声不断高涨， MTBE 作为无铅汽油添加剂日益受到重视， MTBE 生产能力迅速增长。 从我国 MTBE 装置的情况看，一般均采用以抽余碳四或催化裂化的碳四与甲醇为原料，经催化反应、精馏分离等工序生产。 从现有装置情况看，国内的 MTBE齐鲁工业大学 20xx 届本科毕 业设计 5 装置绝大部分设在炼油企业中，只有茂名、燕山、扬巴等少数企业将 MTBE 装置设在化工企业中。 国内 MTBE 产品主要用于提高汽油的辛烷值。 20xx 年我国 MTBE 总消费量为170． 2 万吨，主要应用于汽油添加剂、生产高纯度的异丁烯，继而生产丁基橡胶等，另外国内也有一些企业利用 MTBE 来生产 MMA。 从全球 MTBE 供需状况看，虽然世界新增 MTBE 新增装置不多，但由于美国近年来 MTBE 消费大幅减少，使得美国 MTBE 过剩严重，未来亚洲市场将是美国消化其 MTBE 的主要市场，将对中国市场的 MTBE 供需产生影响。 表 12 我国 MTBE 供需预测 MTBE 发展预测 由于政府的不断努力， 20xx 年我国已基本实现汽油的无铅化，北京、上海等几大城市已经先后出现地方性法规，限制低标号汽油的使用，因此在汽油配方中使用 MTBE 作为抗爆剂已是大势所趋。 今后几年 MTBE 需求量将有较大幅度的成长。 从目前掌握的情况看，相当多的企业都在需求扩建或新建 MTBE 装置。 格尔木炼油厂 1万吨 /年、新疆独 山子天利高新技术股份有限公司 3 万吨 /年、西安石油化工厂 万吨 /年的 MTBE 装置正在兴建。 四川炼油厂一期工程中将新建 5万吨 /年 MTBE 装置，新疆吐鲁番地区利用轻烃分离项目可生产异丁烷，目前正在进行 6万吨 /年 MTBE装置兴建招标。 在华东地区常州化工区有意新建 30 万吨 MTBE装置、苏州市也打算新建一套 5 万吨 /年的 MTBE 装置，宁波大榭开发区将新建 5万吨 /年的 MTBE 装置。 近年来， MTBE 产品的发展很快，产品价格也不断在攀升。 因需求猛增及清洁燃料标准的推动，要求汽油中芳烃含量由 42％降至 40％，使 MTBE 需求 大幅增加，加上高辛烷值汽油需求不断增加。 项 目 20xx 年 20xx 年 20xx 年 2020 年 能力，万吨 /年 233 产量，万吨 170 表观需求量，万吨 表面供需平衡，万吨 齐鲁工业大学 20xx 届本科毕 业设计 6 图 11 中捷石化 MTBE 出厂价格走势 图 12 近期国内 MTBE 出厂价格走势 国内 MTBE 价格也一度攀升到 9800 元／吨以上，目前国内 MTBE 的销售价格约超过 9100 元 /吨，随着国内、国际油价的上涨，作为汽油调和必需品的 MTBE也有上涨的空间。 齐鲁工业大学 20xx 届本科毕 业设计 7 副产品综合分析 正丁烷的用途 正丁烷除直接用作燃料外，还用作溶剂、致冷剂和有机合成原料，在化工利用方面，正丁烷主要用于如下几个方面： (1) 异构化制异丁烷 (2) 裂解制乙烯 (3) 催化 脱氢 制 丁烯 或丁二烯 (4) 氧化 制 醋酸 、 丙酸 、 顺丁烯二酸酐 等 正丁烷的利用是在美国 等公司正丁烷氧化制顺酐的工艺实现工业化以后得到了较为迅猛的发展，与传统的苯法合成酸酐相比，此法的优点是原料廉价、污染相对轻微、能耗较低等。 在大多数国家都重视环保的环境下，正丁烷法比苯法合成酸酐更具有发展潜力。 异丁烷的用途 异丁烷的主要作用如下： (1) 经裂解可制备异丁烯与 丙烯 (2) 与异丁烯、丙烯进行烷基化可制烷基化汽油 (3) 制备 甲基丙烯酸 、 丙酮 和 甲醇 等 异丁烷不活泼，加工起来比较困难。 根据报道，美国已率先运用异丁烷与丙烯共氧化法合成环氧丙烷并 联产叔丁醇。 以这种共氧化法生产的叔丁醇在全球产量中占有相当的比重，共氧化法生产 1,4丁二醇是目前生产成本相对较低的一种可靠方法。 目前，异丁烷应用市场潜力较大，生产该产品原料充足。 在精细化工产业方面上的应用包括： （ 1）用作汽溶胶促进剂 （ 2）作为聚乙烯聚合用剂 （ 3）用于聚乙烯发泡剂 （ 4）高纯异丁烷用作配制特种标准混合气，用于温度表和液位表等一些控制显示仪表的校正 （ 5）作为冷冻剂。 异丁烷作为一种新型制冷剂，几乎不会使气候变暖，而且有较高的冷却效率，所以近来被开发作为冰箱 制冷剂原有冷却剂的替代品 齐鲁工业大学 20xx 届本科毕 业设计 8 丁烷性质 (1) 正丁烷性质 结构式（ CH3） 2C=CH2，分子量。 无色气体，熔点（℃）： ，沸点（℃）： ，相对密度（水 =1）： （ 49℃），饱和蒸气压（ KPa）： （ 0℃），临界温度（℃）： ，临界压力（ MPa）：。 不溶于水，易溶于多数有机溶剂。 (2) 异丁烷性质 相对密度： （ 20℃）、 （气体），熔点 159 ℃，沸点 ℃，蒸气压 KPa （ 0℃）、 （ 10 ℃）、 KPa （ 20℃）、 KPa （ 30℃）、 KPa （ 40℃）、 KPa （ 50℃），闪点 83 ℃，爆炸极限 ~% （体积），自燃点 462℃。 无色气体，有轻微气味。 与金属无反应。 溶于水，与水不起反应。 微溶于乙醇，溶于乙醚。 丁烷的发展趋势 随着我国石油化工行业的发展和产业的拓宽，在技术不断革新的年代，大量的丙烷、丁烷掺入炼厂裂解装置，大大提高了裂解三烯收率，作为优质裂解气的丙烷和正丁烷是近年销售量大、发展 较快的化学品。 所以，近几年，我国丙烷、正丁烷、异丁烷一直处于供销两旺的状态。 丁烷经济分析 原料价格上涨会导致项目效益降低。 如果丁烷价格的上涨幅度低于原料的价格上涨幅度，将可能导致项目亏损。 原料全部外购，通过汽车罐车运入各消费市场和单位，对外界市场依赖性大，容易受市场价格波动影响。 在这个时间分析段中，受国际政治形势和原油供求关系影响，原油价格波动剧烈，从而带液化气等上游产品价格上涨，其价格利润空间基本是稳中有升。 未来碳四自然高度综合利用的时代，虽然成本推动造成原料价格上升，但下游用户对丙烷、正丁烷 、异丁烷等需求上升，也将造成产品价格的上涨。 正因如此，预计仍将会出现一定的价格空间。 说明本项目对于价格的变化还是有一定抗风险能力。 齐鲁工业大学 20xx 届本科毕 业设计 9 原料分析 碳四馏分来源 我国炼油工艺的主要结构特点是以催化裂化为主，催化裂化的副产物中大约有 60%是碳四馏分，它的主要组分有异丁烷、正丁烷、正丁烯、异丁烯和 2丁烯，其中异丁烷含量可高达 34%，烯烃含量可达 40%以上。 碳四馏分主要来源于 炼厂气 以及 石油化工 生产中产生的裂解气。 碳四馏分的来源不同，组成也不同。 各个国家工业用的碳四馏分来源大不不同。 美国碳四馏分（大约有 95％ ）来自炼厂气，西欧和日本所用的碳四馏分中来自炼厂气与裂解的量大致相当，中国的碳四利用情况类似于西欧和日本。 通常，碳四馏分的来源有以下三种： (1) 由天然气回收碳四馏分 从含有较大量乙烷、丙烷、丁烷等含碳以上的组分的湿性碳四馏分中回收。 这类天然气由于含有一定量 （ 1％到 8％） 易液化的碳五烷烃和碳四烷烃。 (2) 炼厂气碳四馏分 炼厂气中含有氢气、六个碳原子以内的烷烃和烯烃，是优良的化工原料 ,炼厂气经过一系列流程如：压缩、冷凝、分馏可得到碳四馏分 ,此种碳四馏分一般含有较多量的碳四烯烃，它的主要组成决定了原油的物化性质，还决定了它的加工方法。 在炼油厂中，这两种馏分气通常合起来使用。 (3) 裂解气碳四馏分 烃类裂解产生的 丙烯 、 乙烯 及副产物碳四烃类 ,通常称之为裂解碳四馏分 ,其含量（ wt%）及主要组成随裂解原料和条件不同而不同。 裂解气碳四馏分组分含量见下表 （质量分数 %） ，据有关分析，以裂解的碳四馏分来生产丁二烯最经济、最便捷的原料。 表 13 裂解气碳四馏分组分 组分 含量（ wt%） 丁二烯 ~ 异丁烯 22.~ 1丁烯 ~ 2丁烯 ~ 正、异丁烷 ~ 齐鲁工业大学 20xx 届本科毕 业设计 10 碳四馏分在国内的利用现状 目前，国内主要考虑和重视催化裂化碳四馏分中烯烃的综合利用，将催化裂化碳四馏分中的烯烃通过芳构化生产附加值更高的芳烃产品。 催化裂化碳四馏分中的第二大组分丁烷仍作为燃料烧掉。 在我国，碳四馏分被广泛用之于化工基础原料和民用燃料 ,而作燃料的碳四馏分绝大部分是碳四烷烃。 因为碳四烷烃贮运起来相对比较方便，不仅作为工业用燃料，还可供应民用。 在大多数 炼油工业 中，碳四烷烃通常用做 汽油 添加剂，以提高油品蒸气压，来适应恶劣环境和某些地区使用。 在其它方面也有一些用途，但用量不太大。 如作冷冻剂使用、重质油加工脱沥青溶剂、油田井管脱蜡剂、树 脂发泡剂等。 碳四馏分直接进烷基化来生产烷基化汽油及其叠合汽油，另外，可用于生产聚丁烯和聚 异丁烯（润滑油添加剂）、合成甲基叔丁基醚。 异丁烯可合成烷基酚，正丁烯能合成仲丁醇等。 由此可见，碳四馏分的综合利用利用在我国会有很大的开发前景。 目前，有关这方 面研究工作取得了一定成绩。 我国对碳四馏分的利用处于较为初期的阶段，对碳四的综合利用起步比美、日、欧等发达国家晚，在产品的种类、生产技术及下游产品的开发方面也比发达工业国家落后。 近几年， “西气东输 ”工程自我国的实施，还作燃料使用的碳四馏分即将不合时宜，整个石化企业将会面临着改产业变格局的冲击。 因此，加入WTO 后的中国石化企业加紧合理开发利用碳四资源，这 对增强国际竞争能力将起着举足轻重的作 用。 原料价格分析预测 20xx 年以后，受国际原油市场价格上涨，使各种原料价格大幅度攀升，液化气涨幅比较大，近几年液化气价格处于平稳状态，预计随着国内市场以及原油价格波动，主要原料碳四液化气价格已经稳定并可能下降。 齐鲁工业大学 20xx 届本科毕 业设计 11 图 13 碳四液化气价格曲线 图 14 近期液化气价格走势图 元 /吨 由图可见，液化气价格相对稳定，在 5000～ 7000 元之间波动，预计未来稳中有降，尤 其是我国西部大开发战略和西气东输工程顺利实施后，石油液化气的民用燃料市场将逐渐被相对廉价的管道天然气替代，碳四价格会有所下降。 第二章 工艺方法确定 碳四碳五分离原理 本设计中碳四碳五的分离采用精馏分离法 依据各组分现对挥发度的不同将之分离。 精馏是指 把液体混合物进行多次部分汽化，同时又把产生的蒸汽多次部齐鲁工业大学 20xx 届本科毕 业设计 12 分冷凝，使混合物分离为所要求组分的操作过程。 通过 气液两相多次逆向接触相互传质传热 ， 回流提供逆向接触的液相，提高精馏的精度，分离出理想组分。 脱重塔系。