产5万ETBE项目初步说明00001.doc

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1、 年产5万ETBE项目初步设计说明书 目录第一章 项目总论11.1 项目背景11.2 项目概述21.3 设计依据和原则21.3.1 设计依据21.3.2 设计原则21.4 原料及产品方案31.5 厂址概况31.5.1 银川经济开发区发展概况31.5.2 银川经济开发区条件4第二章 工艺模拟设计62.1 设计目标62.2 乙醇和异丁烯制ETBE工艺对比72.2.1 固定床技术和催化蒸馏技术的比较72.2.2 IFP公司开发的ETBE工艺72.2.3 UOP公司开发的ETBE工艺82.2.4 两个工艺的比较92.3 工艺流程的确定102.3.1 ETBE反应工段的工艺确定102.3.2 ETBE分

2、离工段的工艺确定132.4 工艺流程介绍142.4.1 工艺流程的概述142.4.2 工艺创新点152.5 工艺的Aspen模拟152.5.1 模拟模块的选择152.5.2 模拟流程的化学反应162.5.3 模拟物料衡算162.6 催化蒸馏塔的Aspen模拟262.6.1 催化蒸馏塔的DSTWU模块模拟262.6.2 催化蒸馏塔的Radfrac模块模拟272.7 模拟能量衡算292.7.1 能量衡算的依据及原理292.7.2 各工段换热器的热量衡算292.7.3 各工段设备的热量衡算312.8 热量集成342.8.1 概述342.8.2 主要物流分析342.8.3 夹点温度的确定352.8.4

3、 夹点提取及公用工程的选择362.8.5 换热网络设计与优化37第三章 控制系统设计433.1 ETBE工艺控制系统设计433.1.1 对固定床反应器的控制443.1.2 催化蒸馏塔的控制453.1.3 吸附床和乙醇水洗塔的控制463.1.4 离心泵流程控制设计473.1.5 换热器设备的自控流程设计473.2 DCS/ECS控制方案48 3.3 组态王对工艺过程的控制方案48第四章 典型设备的工艺及设备设计514.1 固定床反应器设计514.1.1 固定床反应器工艺设计514.1.2 固定床反应器的设备设计554.2 催化蒸馏塔设计684.2.1 催化蒸馏塔设备684.3 换热器设计834.

4、3.1 换热器的工艺设计834.3.2 换热器的设备设计91第五章 总图运输设计1205.1 设计依据1205.2 设计范围1215.3 总平面布置1215.3.1 总平面布置要求1215.3.2 厂区总体布局概述1225.3.3 厂区面积计算1235.3.4 总平面布置各项技术指标1235.3.5 工艺装置的布置1245.3.6 辅助生产及公用工程设施1245.3.7 储存设施的布置1265.3.8 运输设施的布置1265.3.9 生产管理及生活服务设施1275.4 厂内运输设计1285.4.1 厂内运输设计要求1285.4.2 本厂运输设计128第六章 管路布置设计1296.1 设计依据1

5、296.2 管道选型1306.2.1 管径的一般要求1306.2.2 管径的计算依据1306.2.3 最经济管径的选定1316.2.4 管壁厚度1326.3 管道编号1326.3.1 管道号组成1326.3.2 管道号各部分含义说明1336.4 管道布置1356.4.1 管道铺设原则1356.4.2 泵的管道布置1366.4.3 换热器的管道布置1376.4.4 塔的管道布置1376.4.5 管廊上的管道布置1386.4.6 其他管道布置138第七章 土建设计1397.1 设计依据1397.2 厂区自然条件1407.2.1 气侯条件1407.2.2 地质条件1417.3 建筑和结构设计1417

6、.3.1 建筑设计范围1417.3.2 厂区布置总结141第八章 给水排水设计1438.1 概述1438.2 编制依据1438.3 给排水系统设计1438.3.1 给水系统设计1438.3.2 排水系统设计144第九章 储运设计1469.1 设计依据1469.2 储存系统1469.3 运输系统1469.4 运输线路布置147第十章 维修设计14810.1 设计依据14810.2 设备维护14810.2.1 同步检修和协同检修15010.2.2 压力容器、管道的定期检修15010.2.3 泵的检查和处理15010.2.4 安全检修要求15110.3 维修人员管理151第十一章 采暖通风和空气调节

7、设计15311.1 设计依据15311.2 设计目标15311.3 通风系统15411.3.1 车间空气有害物质标准15411.3.2 通风系统设计154第十二章 消防设计15612.1 设计依据15612.2 主要危险物15612.3 事故发生危险可能性及危险性分析15812.3.1 危险特性15812.3.2 燃烧爆炸的原因16112.4 消防安全措施16312.4.1 基础消防措施16312.4.2 厂区消防布置16512.4.3 生产过程的防火防爆16612.5 消防系统16712.5.1 稳高压消防给水系统16712.5.2 泡沫灭火系统16812.5.3 其他灭火系统169第十三章

8、 职业安全及工业卫生设计17313.1 设计规范17313.2 职业安全17413.2.1 工业有毒物17413.2.2 噪声17513.2.3 腐蚀17613.3 工业卫生17713.3.1 车间的卫生特征等级17713.3.2 工作场所17813.3.3 辅助用室178第十四章 环境保护设计17914.1 设计依据17914.2 主要污染源及污染物18014.3 环保治理措施18214.3.1 废气18214.3.2 废水18214.3.3 噪声18214.3.4 绿化183185团结之队雁行第一章 项目总论1.1 项目背景2005年我国的C4馏分总产量超过6106吨，催化裂化C4馏分产量

9、为5107吨，预计到2010年C4馏分总产量将达到9.7107吨。目前，我国对C4馏分的利用率偏低（约41 %），尚处于初期阶段。而国外的化工利用率很高，如美国为80% 90%，日本为64 % ，西欧为60%。同发达国家比，生产技术、产品种类及下游产品的开发利用还远远不够。因此，合理利用C4馏分已是我国亟待解决的问题。过去十年来，甲基叔丁基醚(MTBE)一直作为美国新配方汽油（RFG）及许多国家和地区汽油的主要添加剂，用以提高汽油辛烷值及降低汽车排放污染。甲醇与C4馏分MTBE。但是，有科学研究发现了MTBE的缺点：它不易分解，对地下水有一定污染；引起恶心，使驾驶者出现疱疹等反应；甚至可能是致

10、癌物质。美国从2004年开始禁止使用MTBE，欧洲国家使用MTBE的趋势也是下降的，不少MTBE装置改建为ETBE装置。乙基叔丁基醚（ETBE）替代甲基叔丁基醚（MTBE）作为有效的汽油辛烷值促进剂，在汽油中的最大添加量为17Vol%。与MTBE属同一类，但其辛烷值较高、雷氏蒸汽压较低，且水溶性较MTBE小，因此更适合作为汽油的含氧添加剂。ETBE不但在提高汽油辛烷值的效果方面比MTBE好，还可以作为共溶剂使用ETBE的沸点较高，与烃类相混不生成共沸化合物。这样既可以减少发动机内气阻，又可降低蒸发损失，因此其具有很大的市场潜力。2010年我国总炼油能力达到4.05亿吨/年，催化裂化能力将增长到

11、1.32亿吨/年，其每年副产的混合C4烃总量将达到1千万吨。2010 年，我国汽油达到7000万吨以上，如果ETBE 平均搀兑比例为4%，ETBE 的总需求量已达到280万吨。本项目的投产不仅缓解我国ETBE的市场缺口，并且缓解了原料供应不足问题，顺应产业的发展趋势，有很好的市场前景。1.2 项目概述 本项目是为中国石油宁夏石化公司设计一座年产5万吨混合C4制ETBE子系统，厂址选建于宁夏回族自治区银川市经济技术开发区。项目采用技术先进UOP公司与其他公司共同开发的Ethermax工艺，并对其工艺进行了改进，在满足其生产任务要求的前提下，使其能耗进一步降低，成本降低。通过本项目的设计，可以得到

12、年产5万吨的ETBE，副产19.8万吨液化石油气，总量为24.8万吨。其中液化石油气作为清洁的民用燃料气，将ETBE按适当的比例加入总厂所炼制的汽油，销售给银川市以及银川周边地区的加油站。本项目采用了已经投入使用的先进的Ethermax醚化工艺，工艺设计合理，运行平稳可靠，最大程度的节能和环保，社会效益突出，同时可以产出高附加值的液化石油气，不仅可以满足本厂的热能需要，富余的燃料气还可以作为城市居民燃料气使用，综合各因素分析本厂生产ETBE利润丰厚，经济效益明显，社会效益突出。1.3 设计依据和原则1.3.1 设计依据v 本项目所编制的雁行可行性分析报告v 化工行业相关设计规定v 中华人民共和

13、国环境保护法和中华人民共和国劳动保护法的相关法律、法规v 宁夏自治区内经济、建筑、环保等相关政策和法规1.3.2 设计原则1）项目建设遵守国家的各项政策、法令和法规，符合国家的产业政策、投资方向及行业和地区的规划，贯彻有关部门的颁发标准和规范合理安排建设周期，严格控制工程建设项目的生产规模和投资；2) 采用成熟而先进的工艺生产技术，确保操作运行稳定、能耗低、三废排放少、产品质量好；3) 在保证工艺生产安全、可靠的前提下，尽可能利用国产化的设备、材料，并控制投资在合理范围内；4) 严格遵守现行消防、安全、卫生、劳动保护等有关规定、规范，保障生产安全顺利进行和操作人员的人身、卫生安全；5) 注重环

14、境保护，生产过程中减少“三废”排放，同时采用行之有效的“三废”治理措施，贯彻执行“三废”治理、“三同时”的原则；6）坚持“社会经济效益、环保效益和企业经济效益并重”的原则，按照国民经济和社会发展的长远规划，行业、地区的发展规划，在项目调查、选择中对项目进行详细全面的论证。1.4 原料及产品方案本项目主要原料为烃类C4，直接从中国石油宁夏石化公司500万吨/年炼油扩建工程的260万吨/年催化裂化装置获得，另一种生产原料无水乙醇需要从市场购买。本项目设计年产5万吨ETBE，副产19.8万吨液化石油气，总量24.8万吨。1.5 厂址概况1.5.1 银川经济开发区发展概况银川经济技术开发区是宁夏唯一的

15、国家级开发区经过多年发展，已形成了能源、化工、机电、建材四大支柱产业。现有工业企业170家，外资企业23家，高新技术企业30家，占宁夏高新技术企业总数的60%以上。工业经济行业增速快，推动工业经济平稳增长。从重点企业所处的主要行业的监测数据来看，其中：石油加工、炼焦及核燃料加工业增长9.48%。在一批亿元化工项目落户银川经济开发区时，中石油宁夏石化公司投资82.5亿元年产500万吨炼油扩建项目首先在开发区“亮相”，届时将有丰富的原料C4，发展煤化工，开发石化产业副产物资源，是项目一体化的最好体现，具有得天独厚的资源优势。 按照自治区和银川市党委、政府的要求，坚持积极稳妥、敢于创新的原则，确定新

16、的发展思路，提出“一年一个新变化、三年上个新台阶、五年有个大发展”的要求，对资产、债权、债务、土地利用和基础设施在建项目等进行了全面清理;顺利完成了调整合并任务。 遵循“量力而行，适度超前”的原则，始终致力于投资环境的改善。截至2005年底累计投入资金6.56亿元，清理、征购土地近12平方公里，近万名被拆迁户全部得到妥善安置，为基础设施建设扫清了障碍、创造了条件。同时投入资金65亿多元，建设完成37条道路，总长68.9公里，并协调水、电、暖、天然气等基础配套设施同步规划、同步建设。大力实施绿化、美化、亮化工程。至2005年开发区一区已基本实现“九通一平”，园区公共绿化面积10万平方米，庭院绿化

17、面积44万平方米，绿地率30%以上。 经过近年的快速发展，银川经济开发区已发展成为基础设施健全、技术密集、资源集聚、产业集群的现代化工业区。区内经济保持了又好又快的发展势头，已成为宁夏对外开放的窗口和新的经济增长点，最适宜创业、最适宜发展的工业新区。选择银川经济开发区作为建厂厂址，有得天独厚的发展优势。1.5.2 银川经济开发区条件银川经济开发区的总规划用地面积7.5平方公里，主要由两块组成。开发区位于银川市西夏区内，已形成了能源、化工、机电、建材四大支柱产业。宁夏高等院校和科研机构为开发区的发展提供了和丰富的人才资源。同时拥有国家西部大开的战略优势，国家和当地政府为基地提供了税费减免、资金支

18、持、融资担保、人才引进优惠、通关便利等诸多扶持政策。 开发区属典型的中温带大陆性干旱气候区，平均海拨11001200米，年平均气温为8.38.6左右，年平均风速2.52.6米/秒，年均日照时数28983040小时，是中国太阳辐射和日照时数最多的地区之一，风能、太阳能开发潜力大。因此，选择银川经济开发区作为建厂厂址具有很大优势。比如原料资源优势、交通运输物流优势、经济区内公用设施条件优越等等优势。第二章 工艺模拟设计2.1 设计目标目前国内使用的大部分是MTBE，而且MTBE的生产难度大，主要依赖进口。但是，近年来，科学研究发现了MTBE的缺点：它不易分解，对地下水有一定污染；它有少量气味，使驾

19、驶者不舒服，可引起恶心、眼睛疼、出现疱疹等反应。美国最近已通过一项“清洁燃料法案”，将在今后4年内禁用MTBE。欧洲绝大多数的乙醇增长可望来自乙基叔丁基醚（ETBE）形式。因此，大的趋势已经证明，MTBE已经不能跟上主流化工的趋势了。近年来，研究MTBE替代品最多的属乙基叔丁基醚，同MTBE一样，把乙基叔丁基醚(ETBE)调入汽油中，相当于在汽油中调入了乙醇。ETBE不但在提高汽油辛烷值的效果方面比MTBE好，而且还可以作为共溶剂使用。ETBE的沸点较高，与烃类相混不生成共沸化合物。这样既可以减少发动机内的气阻，又可降低蒸发损失。ETBE 能被好氧性微生物分解，但MTBE 则不能。ETBE不仅

20、使汽油的辛烷值得以提高，而且使汽油的经济性及安全性都比添加MTBE的汽油要好，因此它具有很大的市场潜力。为改善MTBE对环境的危害，本项目的设计目标是为中国石油宁夏石化公司设计一座年产5万吨混合C4制ETBE子系统，由于国内对ETBE合成技术研究的不多，也没有成熟的商业化的技术。考虑到ETBE技术的复杂性和装置运行的稳定性，本项目最终选择其中较先进成熟的美国UOP公司的Ethermax技术，然后对其进行改进，并用专业软件对其工艺进行了模拟和优化，以达到工艺最优化，成本最低化。设备全部采用国产设备，可以大大降低建厂成本，另外也是对我们国家的设备和技术推广和应用。2.2 乙醇和异丁烯制ETBE工艺

21、对比2.2.1 固定床技术和催化蒸馏技术的比较ETBE一般由混合C4中异丁烯与乙醇在酸性催化剂作用下反应制得，其生产技术可分为固定床技术和催化蒸馏技术。采用固定床技术时异丁烯转化率受热力学平衡限制其转化率不高。而在催化蒸馏技术中，异丁烯转化率大大提高且能耗降低。下表为固定床反应器和催化蒸馏技术的简单概述。 表2-1 固定床技术与催化蒸馏技术的比较项目工艺优缺点固定床合成设备投资少，操作费用低，但是异丁烯转化率受热力学平衡限制，转化率最高只有92%，且后续分离复杂困难催化蒸馏合成和初步分离打破了反应的热力学平衡，转化率能达99%以上，反应热用于分离，降低能耗，装置价格较高，后续分离简单所以现在E

22、TBE的生产工艺都为催化蒸馏技术的开发利用。下述为两种催化蒸馏技术的ETBE生产工艺。2.2.2 IFP公司开发的ETBE工艺工艺流程如图2-1所示：1膨胀床反应器;2膨胀床反应器;3催化蒸馏塔;4乙醇蒸馏塔图2-1 IFP ETBE工艺C4原料和乙醇先从底部进人一个膨胀床绝热反应器，再进人一个下流式固定床反应器，在催化剂作用下进行醚化反应。从固定床反应器出来的物料送人催化蒸馏塔继续反应。催化蒸馏塔的催化剂是散装的，即把催化剂直接装填在反应段的催化剂床层中，结构简单，反应效率高。从催化蒸馏塔的侧线采出含有醇、醚、烃的混合物送人乙醇蒸馏塔，采出位置位于进料口以下。通过调节侧线采料量，控制各产品的

23、纯度指标。蒸馏塔塔底乙醇中含有少量反应副产物叔丁醇，ETBE的质量分数在1%以下，返回膨胀床反应器和催化蒸馏塔，继续参加醚化反应;塔顶混合物返回催化蒸馏塔。催化蒸馏塔塔底出ETBE产品，其中乙醇的质量分数在1%甚至0.1%以下；塔顶产物包括未反应C4和少量乙醇，再经水洗精馏除去乙醇，得到的C4产品中乙醇的质量分数可在0.1%以下，水洗后乙醇也返回醚化反应区，再次利用。2.2.3 UOP公司开发的ETBE工艺工艺流程如图2-2所示：图2-2 工艺流程简图美国UOP公司、德国Duels公司和美国KOCH公司将固定床工艺技术与KOCH开发的反应蒸馏技术(RVUD)相结合，共同开发出商品名为Ether

24、max的醚化技术，可生产MTBE，ETBE，TAME等多种产品。该技术将催化剂装填在两层填料之间，类似于“三明治”结构。反应蒸馏塔塔底组成为ETBE和部分未反应乙醇及少量副产物叔丁醇，进人一个装有吸附剂(分子筛、硅胶等)的吸附床吸附分离乙醇，脱附剂为原料C4。吸附剂选择性很高，分离出的乙醇纯度很高，返回醚化反应区，不会因含有叔丁醇而降低醚化反应效率。从吸附床出来的ETBE产品中含有少量叔丁醇，乙醇质量分数可达10-4以下。从反应蒸馏塔塔顶出来的物料含有未反应C4和少量共沸乙醇，经水洗塔除去乙醇，得到的C4中乙醇质量分数小于510-4。2.2.4 两个工艺的比较表2-2 两个工艺的比较项目IFP

25、公司开发的工艺UOP公司开发的工艺反应器内部流态复杂，结构复杂结构简单，控制简单催化蒸馏塔分离的是ETBE，使塔高增大分离的是乙醇和ETBE，塔高小乙醇分离技术采用精馏塔，使造价较高用吸附床，吸附纯度高，造价低工艺总评设备造价高，操作复杂设备简单，易控制由于ETBE和乙醇的沸点比较接近，所以对于分离ETBE和乙醇就较为困难。用简单的精馏塔做分离会导致塔板数很高，设备造价高，且塔顶共沸乙醇的存在会使分离效果变得很差。所以，IFP公司开发的工艺流程，对催化蒸馏塔的要求就很高，且造价也不菲。所以，由上图可以简单的分析出，UOP公司开发的ETBE生产工艺是比较符合ETBE的工业生产的。2.3 工艺流程

26、的确定 本项目采用固定床预反应器与催化蒸馏塔组合的工艺流程，由于ETBE合成反应是放热反应，而且原料中的异丁烯含量较高，反应放热很大，采用一般的绝热床反应器反应温度不易控制，因此，使用固定床反应器外设换热器的方法来取走反应热，以保证温度始终保持在最佳温度附近。工艺包含了两个主要工段即“反应工段”和“分离工段”。反应后的产物经过催化蒸馏塔的进一步醚化和初步分离，再由吸附床和乙醇水洗塔深层分离精制，产品由管道送入罐区，分离后的副产物作为液化石油气产品储存，部分分离产物进行循环，以提高产品收率。2.3.1 ETBE反应工段的工艺确定2.3.1.1 工艺优选对于反应器，分为固定床技术和催化蒸馏技术，固

27、定床设备简单，操作方便，但是异丁烯转化率最高只有92%，随着技术的发展，催化蒸馏技术使异丁烯转化率可达99.5%以上，其反应热用于产品的分离，降低能耗。因此，催化蒸馏技术更具竞争力。在催化蒸馏技术中，催化剂的装填是其技术的关键部分。本项目采用美国UOP公司Ethermax工艺， 并作适当地改进创新，将固定床反应器与催化蒸馏塔连用，C4原料和乙醇先在原料混合器中混合，再从固定床反应器顶部加人，部分乙醇从催化蒸馏塔反应段下部加人，以增加催化蒸馏塔的醇烯比。所用催化剂为酸性离子交换树脂，装填在催化蒸馏塔反应段。催化蒸馏塔塔底为ETBE产品，塔顶为未反应C4和少量乙醇。由于催化C4-1C4-2C2H6

28、O1C2H6O2C4-3C2H6O3HEATERINPRODUCT1PRODUCT2FEEDPRODUCT3C2H6O4BOTTOMUPV-101V-102MIXERP-101P-102P-103E-103R-101E-102T-101蒸馏塔的特殊结构，能使异丁烯的转化率达99%以上。 图2-3 ETBE反应工段Aspen模拟流程图2.3.1.2 催化剂的优选齐鲁石化公司研究院开发的QRE201 树脂催化剂虽未投入工业应用， 但试验装置的评价结果表明，低温活性明显优于国内通用树脂催化剂。由于该催化剂具有较高的交换容量（5. 0 mol/ g以上），因而在醚化反应中表现出了较高的活性和长周期运转

29、稳定性，是一种综合性能优良的催化剂。QER01离子交换树脂催化剂的制备制备反应分两步完成：聚合反应和磺化反应。在致孔剂存在下，苯乙烯和二乙烯苯悬浮共聚生成具有交联结构的大孔共聚物白球；白球与磺化剂在一定温度下进行磺化反应， 生成带有磺酸基团的离子交换树脂。表2-3 QRE01型树脂催化剂的主要物性指标项目指标粒度/mm0.31.2堆密度/gmL-10.60甲醇中溶胀度/%42平均孔半径/nm19.0比孔容/ mLg -10.3060比表面积/m2g -158.08交换容量/molg -15.0耐磨率/%94取QRE-01 型树脂催化剂 20L，在小试装置上进行了1000 h 连续运行，考察树脂

30、的运行稳定性，结果见表：表2-4 QRE-01型树脂催化剂1000h运行结果累计运行时间/h床层中部温度/异丁烯转化率0-10060.895.23100-20060.895.13200-30061.095.39300-40060.695.49400-50060.695.60500-60060.695.73600-70060.695.94700-80060.596.04800-90060.595.42900-100060.595.48平均值60.695.55由上表可见， QRE- 01 型树脂在1000 h 运行过程中床层热点温度、异丁烯转化率基本不变， 说明在原料规格一定时， 树脂的活性是稳定

31、的。经1 000h 实验后， 卸出催化剂， 对其孔结构和交换容量进行测试， 并与运行前催化剂的各项指标进行比较， 结果表明， 运行前后催化剂的孔结构基本不变， 且卸出的催化剂无自然破碎现象， 说明其物性比较稳定， 强度也可满足醚化工艺的要求。同时， 运行后催化剂的交换容量为4.94 mol/g，在运行过程中交换容量的下降速率为6.010-5mmol/ g.h。本项目鉴于QRE-01树脂催化剂的高交换容量、高反应稳定性和耐高温性等各方面优越性，选择其作为ETBE合成催化剂。2.3.2 ETBE分离工段的工艺确定ETBE分离工段采用以吸附床和水洗塔为主要设备的分离工艺。产品混合物中有未反应的C4和

32、乙醇，其中C4可以用催化蒸馏塔很简单的分离出来。但是乙醇和产品ETBE的沸点很接近，不容易分离，纯粹的使用催化蒸馏塔进行分离的话，催化蒸馏塔的塔高就会很大。因此，在此工艺流程中选用了吸附床，吸附床内装有吸附剂（选用硅胶），然后用原料C4作为脱附剂进行分离乙醇和产品。其中原料C4的选择性很高，所以从吸附床出来的产品中的乙醇含量很低，而从催化蒸馏塔塔顶出来的C4和少量共沸乙醇，经过一个水洗塔洗去乙醇，剩余C4可以作为液化石油气。图2-4 ETBE分离工段Aspen模拟工艺流程图2.4 工艺流程介绍2.4.1 工艺流程的概述原料乙醇和炼油厂的烃类C4馏分醇烯比为1.2的比例进料，在压力为1.5MPa

33、、温度为60时进入固定床反应器进行预反应，在固定床反应器中，由于受到动力学的影响，异丁烯的的转化率不是很高，能达到91%左右；接着物料进入催化蒸馏塔，进一步的合成和粗分离，由于其打破了反应的热力学平衡，异丁烯的转化率达到99.5%以上；下一步在吸附床中进行再分离，经由原料C4的高选择性，产品ETBE从吸附床出来乙醇含量很低，质量分数可达10-4以下。图2-5 全厂工艺流程图2.4.2 工艺创新点（1）本项目对查得的工艺简图做了详细的完善和模拟，其中包括了物料的循环和热量的集成优化。（2）本项目对催化剂也进行了优化和创新，选用的QRE- 01 型树脂不仅使反应的转化率达到了最高，而且价格便宜，机

34、械强度等条件也非常好。（3）本项目在催化蒸馏塔的进料方面也进行了优化，为了达到一个比较理想的醇烯比，在经过固定床反应之后进入催化蒸馏塔中时，本项目在催化蒸馏塔上加了一个乙醇进料孔，并通过控制方案来严格控制醇烯比，以达到转化率最大。2.5 工艺的Aspen模拟2.5.1 模拟模块的选择 下面是用Aspen模拟流程时用到的各个模块，具体列表如下：、表2-5 Aspen 模拟所用的模型项目模型Module原料罐、混合器MIXMixer、TANK固定床反应器RStoicReaction催化蒸馏塔、水洗塔RadfracColumn吸附床SEPAdsorption换热器HeaterHeater泵PuMPP

35、uMP冷却器HeaterCooler2.5.2 模拟流程的化学反应我们采用的催化蒸馏技术生产ETBE与MTBE相似，根据文献资料显示，反应主要是异丁烯和乙醇的醚化反应、正丁烯和乙醇的醚化反应、乙醇自身的醚化反应以及异丁烯自身的反应。模拟为了简便和满足工业实际要求，选用RStoic模块，其中模拟的反应方程式为：表2-6 催化蒸馏过程模拟发生的反应Rxn No.Stoichiometry1ISOBU -02 + ETHAN-01- TERT-0121-BUT-01 + ETHAN - TERT-0232 ETHAN-01 - DIETH-01 + WATER42 ISOBU-02 - 2 :4:4

36、-012.5.3 模拟物料衡算（1）固定床反应器的物料平衡参数表表2-7 固定床反应器的进料参数及组成温度 60压力 MPa1.5摩尔流量kmol/h708.8593质量流量 kg/h38990.56Vapor Frac0组分摩尔流量 kmol/hr异丁烷197.1167正丁烷57.97549正丁烯75.36814顺-2-丁烯92.76079反-2-丁烯69.57059异丁烯86.96324乙醇129.1043表2-8 固定床反应器的出料参数及组成温度 60压力 MPa1.5摩尔流量 kmol/h628.4107质量流量 kg/h33890.56Vapor Frac0组分摩尔流量 kmol/h

37、异丁烷197.1167正丁烷57.97549正丁烯75.3606顺-2-丁烯92.76反-2-丁烯 69.57059异丁烯 5.217794乙醇 49.94733ETBE 79.13655双异丁烯 1.34449乙基正丁基醚 7.5410-3乙醚 6.4610-3原料C4和乙醇在固定床反应器中在催化剂的作用下发生反应，其中异丁烯和乙醇的转化率达到了71，其他副反应的转化率很低，对反应和以后的分离基本上没有影响。（2）催化蒸馏塔的物料平衡参数表2-9 催化蒸馏塔的进料组成及参数温度 109.231压力 atm8.882摩尔流量 kmol/h628.4107质量流量 kg/h33890.56Vap

38、or Frac1组分摩尔流量 kmol/h异丁烷197.1167正丁烷57.97549正丁烯75.3606顺-2-丁烯92.76反-2-丁烯 69.57059异丁烯 5.217794乙醇 49.94733ETBE 79.13655水0.006双异丁烯 1.34449乙基正丁基醚 7.5410-3乙醚 6.4610-3表2-10 催化蒸馏塔补加乙醇的进料组成及参数温度 45压力 atm11摩尔流量 kmol/h10质量流量 kg/h460Vapor Frac0组分摩尔流量kmol/h乙醇 10表2-11 催化蒸馏塔上塔出料组成及参数温度 K337.137压力 atm7.895摩尔流量 kmol/

39、h501.152质量流量 kg/h28557.0478Vapor Frac0组分摩尔流量 kmol/h异丁烷197.1167正丁烷57.97549正丁烯75.3606顺-2-丁烯92.76反-2-丁烯 69.57059异丁烯 0乙醇 8.218ETBE 0.150水1.510-4双异丁烯1.510-9乙基正丁基醚 1.310-5乙醚 4.510-5表2-12 催化蒸馏塔下塔出料组成及参数温度 K426.248压力 atm8.389摩尔流量 kmol/h132.040质量流量 kg/h10894.2018Vapor Frac0组分摩尔流量 kmol/h异丁烷0正丁烷0正丁烯0顺-2-丁烯0反-2

40、-丁烯 0异丁烯 0乙醇46.511ETBE 84.205水0双异丁烯0乙基正丁基醚 0乙醚0物料进入催化蒸馏塔，异丁烯和乙醇进一步反应，为保证反应转化率，在催化蒸馏塔的中间开孔补加一部分乙醇，通过改变醇烯比来增加异丁烯的转化率。同时，催化蒸馏塔边反应边分离，因此副反应的转化率达到了最小。催化蒸馏塔是本项目最核心的设备，在此设备中异丁烯的转化率达99以上，使原料充分得到了应用。而且，催化蒸馏塔分离的只是剩余碳四，所以由Aspen模拟的数据显示，该设备只需要38块塔板，塔高很小，节省了设备投资。（3）吸附床的物料平衡参数表2-13 吸附床的进料组成及参数温度 K348.130压力 atm0.98

41、1摩尔流量 kmol/h132.040质量流量 kg/h10894.2018Vapor Frac1组分摩尔流量 kmol/h异丁烷0正丁烷0正丁烯0顺-2-丁烯0反-2-丁烯 0异丁烯 0乙醇46.511ETBE 84.205水0双异丁烯0乙基正丁基醚 0乙醚0表2-14 吸附床补加碳四进料组成及参数温度K31315压力 atm3.948摩尔流量 kmol/h1000质量流量 kg/h38990.56Vapor Frac0组分摩尔流量 kmol/h异丁烷340正丁烷100正丁烯130顺-2-丁烯160反-2-丁烯120异丁烯150乙醇0表2-15 吸附床上部出料组成及参数温度 K318.758

42、压力 atm0.987摩尔流量 kmol/h84.205质量流量 kg/h8603.73636Vapor Frac0组分摩尔流量 kmol/h异丁烷0正丁烷0正丁烯0顺-2-丁烯0反-2-丁烯 0异丁烯 0乙醇0ETBE 84.205双异丁烯0乙基正丁基醚 0乙醚0表2-16 吸附床下部出料组成及参数温度 K318.758压力 atm0.987摩尔流量 kmol/h84.205质量流量 kg/h8603.73636Vapor Frac0组分摩尔流量 kmol/h异丁烷340正丁烷100正丁烯130顺-2-丁烯160反-2-丁烯 120异丁烯 150乙醇46.511ETBE 0双异丁烯0乙基正丁

43、基醚 0乙醚0吸附床担任了ETBE分离工段的主要任务，吸附床用硅胶做吸附剂，用原料碳四做脱附剂，不仅很好的分离了产品和乙醇，而且还实现了循环。由于ETBE和乙醇的沸点很接近，所以，通过精馏塔很难从中分离出来，而且要求塔高很大。设备费用很高。所以，吸附床是分离工艺最优的选择。（4）水洗塔的物料平衡参数表2-17 水洗塔的进料组成及参数温度 K344.974压力 atm7.895摩尔流量 kmol/h501.152质量流量 kg/h28557.0478Vapor Frac0组分摩尔流量 kmol/h异丁烷197.1167正丁烷57.97549正丁烯75.3606顺-2-丁烯92.76反-2-丁烯 69.57059异丁烯 0乙醇 8.218