16版DOC2-项目概述

年产5000吨叔丁胺项目 项目概述湘潭大学 3+2= 队 - 1 - 目录一、项目简介- 1 -1.1项目背景- 1 -1.2项目信息- 2 -二、工艺设计- 2 -三、工艺创新- 4 -3.1工艺方案及设备创新- 4 -3.1.1膜分离器的使用- 4 -3.1.2隔壁精馏塔的使用- 5 -3.2工艺路线的改进和创新- 5 -3.2.1叔丁胺精馏工段流程优化- 5 -3.2.2双效精馏技术的使用- 6 -3.2.3增设残液循环回收处理工段- 7 -四、节能设计- 8 -五、设备设计- 8 -六、控制系统- 9 -七、安全设计- 9 -八、厂址选择和厂区布置- 10 -九、经济分析- 12 -项目概述一、项目简介1.1项目背景近年来，随着全球环保意识的增强，不断有新的绿色化工产品及化工工艺过程出现，以取代影响生态平衡，污染空气、水源的有害化学品及传统工艺路线。未来的叔丁胺后续产品的开发应运而生，使叔丁胺的应用有了更进一步的发展。如由叔丁胺合成性能优良的脱硫脱碳剂位阻胺及N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺(橡胶促进剂NS)与N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺(TBSI)。目前，国外叔丁胺用作合成橡胶硫化促进剂NS的主要原料，而因内生产的叔丁胺主要用作药物利福平的合成原料。“十一五”期间，我国橡胶助剂行业发展战略是进一步调整产品结构并降低成本。产品结构调整首先把高毒、低效、重污染的萘胺类防老剂和噻唑类促进剂的生产比例降下来，将次磺酰胺类促进剂比例提高。对叔丁胺的需求量会大幅度增加。据文献统计，1995年我国橡胶促进剂比例为:噻唑类促进剂占促进剂总量的55%，次磺酰胺类占25%，其它占20%。据“十一五”规划要求，今年我国次磺酰胺类促进剂的生产比例要达到50%。目前国内次磺酰胺类促进剂的主要品种是NOBSN-氧二亚乙基苯并噻唑-2-亚磺酰胺)，由于NOBS分子中含有仲胺基结构基团，它在硫化过程中易形成可致癌的N-亚硝胺结构。国外发达国家如西德、日本、美国己明令禁止在生产橡胶轮胎时使用NOBS,正在用NS代替NOBS。促进剂NS是一种后效性促进剂,在硫化过程中不产生可致癌的N-亚硝胺，又具有一般次磺酰胺类促进剂的优点，在操作温度下非常安全，可用于天然橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、丁苯胶和天然再生胶等。因此NS在目前“绿色轮胎”的概念中成为备受重视的品种。在这样的市场需求下，本项目旨以齐鲁石化公司为基础改建一座生产5000万吨/年叔丁胺项目的工厂，厂区选址于山东省淄博市齐鲁工业园区。该公司始建于1966年，经过50年的建设，现已发展成为一家集石油加工、石油化工、煤化工、天然气化工、盐化工为一体，配套齐全的大型炼油、化工、化纤联合企业。预期总投资为1.8亿元，预计2年内完工并投入生产。1.2 项目信息（一）项目名称：年产5000吨叔丁胺项目（二）主办单位名称及性质：齐鲁石化公司（国有企业）（三）项目建设内容、地点、规模、目标：本项目是一个对于齐鲁石化公司的改扩建项目，预计做出年产5000吨的叔丁胺的项目，该厂位于山东省淄博市临淄齐鲁化学工业园区，预期总投资约为1.8亿元，预计2年内完工并投入生产。（四）投资项目性质：改建二、工艺设计（1）MTBE合成工段来自乙烯生产工序的裂解副产物经过丁二烯抽提后的抽余碳四从界区外罐区经计量后进入本装置的碳四原料罐V0101。来自界区外自备罐区的甲醇经计量后进入本装置的甲醇原料罐V0102。抽余液原料与甲醇原料分别由原料进料泵P0101A/B、P0102A/B加压，加压后的甲醇按一定比例与加压后的抽余液混合进入MTBE合成原料混合器M0101。混合物料经原料预热器E0101预热，原料预热器由低压蒸汽加热，由温度控制仪将温度控制在80以内再进入反应器。最后从反应器底部排出反应后的物料，经预热器E0102送往粗MTBE缓冲罐V0103。（2）MTBE提纯工段来自粗MTBE缓冲罐V0103的物料由反应塔进料泵P0201A/B加压后，进入反应精馏塔T0201精馏，得到的产品从塔釜排出，送到粗MTBE产品罐V0201。精馏后的塔顶碳四馏分进入脱轻塔T0202精馏，得到可以进行销售的醚后碳四，其中1-丁烯的含量在40%（质量分数）以上。粗MTBE产品罐V0201的物料进入精馏塔T0203继续精馏，在塔釜得到纯度在98%以上的MTBE产品；塔顶得到含部分MTBE的甲醇液，送入膜分离器S0201进行膜分离，分离得到高纯甲醇回收作为循环使用，高纯MTBE与之前的纯MTBE物料混合，最终得到纯度在99%以上的MTBE产品。（3）MTBE裂解工段从MTBE精馏塔侧线采出的甲基叔丁基醚进入预热器E0301管程与来自裂解反应器R0301的反应产气换热，预热后的甲基叔丁基醚气体进入过热器E0302的管程由高温导热油进一步加热，使之达到反应温度后从上部进料口进入裂解反应器R0301的管程。在裂解反应器R0301中，甲基叔丁基醚在固体酸催化剂的催化作用下裂解生成异丁烯和甲醇，同时发生相应的副反应，获得粗异丁烯产品。（4）异丁烯提纯工段来自粗异丁烯缓冲罐V0401的物料由减压阀减压后，通过调节阀控制采出量，进入异丁烯脱重塔T0402，经精馏后，在塔顶得到纯度在99.9%以上的异丁烯；异丁烯脱重塔塔釜废料主要是未转化的甲基叔丁基醚、异丁烯和少量低聚物等。粗异丁烯经过精馏塔T0401后，在塔釜得到低纯甲醇，经过甲醇回收塔T0403后得到高纯甲醇回收作为循环使用。工艺流程图如图4-1所示。（5）叔丁胺合成工段首先原料液氨和异丁烯分别通过泵P0501和P0502和输送至预热器E0501，混合加热，再与反应生成物经换热器E0502进行换热，之后经加热器E0503加热至反应设定温度后进反应器R0501反应，反应完毕后，反应生成物与反应进料混合物在换热器E0502进行一次热交换，冷却至设定温度，准备分离。（6）叔丁胺双效精馏工段将混合物进料至塔T0601中部位置，塔顶分离未反应的氨，分离的氨经预热器E0601输送至下次进料反应，塔签混合物料利用压力差压至塔T0502中部位置进料，塔顶分离出未反应的异丁烯，分离的异丁烯经压缩机C0501输送至下次进料反应，塔釜分离出产品叔丁胺，塔釜为反应体系可能存在的少量水分或极少量烯烃聚合物。工艺流程图如图2-1所示：图2-1 工艺流程图三、工艺创新3.1工艺方案及设备创新3.1.1膜分离器的使用采用先进的膜分离技术，对于能耗比较大、甲醇含量较低的碳四组分，采用代替传统的精馏工艺和设备，分离了进料中带甲醇的流股和产品MTBE，使一股出料中的MTBE产品纯度能达到99.99%，所以利用膜分离的方法提纯MTBE能收到很好的经济回报；另一股甲醇出料进行循环，大大减少了新鲜甲醇的补充量，每年可节省生产成本约145万元，具有显著经济效益。由于Aspen Plus没有膜分离模拟单元，因此采用Aspen用户模型模拟该分离过程，模拟示意图如下图2-2。图2-2 膜分离单元示意图3.1.2隔壁精馏塔的使用采用隔壁精馏塔对废液废气进行提纯精制，得到较高纯度含有1-丁烯的醚后碳四做为副产售出。隔壁塔由两个塔体（一个主塔和一个副塔）以及一个全凝器、一个再沸器组成。另外，由于使用隔壁塔代替双塔，还可节省设备投资。隔壁精馏塔模拟流程图见图2-3。图2-3 隔壁精馏塔模拟流程图3.2工艺路线的改进和创新3.2.1叔丁胺精馏工段流程优化对于第六工段叔丁胺精馏工段，工业上一般采用三塔流程分离氨、异丁烯和叔丁胺，即氨精馏塔、异丁烯精馏和叔丁胺精馏塔。常规流程中由于反应后得到的叔丁胺中含有部分氨和异丁烯，前两个精馏塔的主要作用是脱除氨和异丁烯，从而进一步将叔丁胺纯化。而在本设计中，我们通过在第六工段中加入双效精馏的设计，在第二个塔中即将异丁烯和叔丁胺同时分离出来，使异丁烯在第二个塔即脱除干净，故省去了一座精馏塔。通过优化将叔丁胺精馏工段由三塔改为两塔，简化了流程，节省了设备投资。改进后的叔丁胺精馏工段流程如下图2-4所示。图2-4 叔丁胺精馏工段流程图3.2.2双效精馏技术的使用在叔丁胺精制单元中，为了充分降低精馏塔的能耗，本项目对叔丁胺精馏塔采用双效精馏技术，该工段模拟流程图见图2-5。双效精馏技术利用高压塔顶的蒸汽潜热向低压的再沸器提供能量，通过设计双效精馏法改变传统常规精馏方法，把普通蒸汽的冷凝热合理的利用，实现精馏塔塔内和塔尖的热集成，大幅度的降低能量的消耗；同时也减少了一个冷凝器和一个再沸器的设备投入。分别对单塔精馏和双效精馏进行比较，双效精馏的热能利用率比单效高，双效精馏比单效要节能。双效精馏与传统工艺上的单塔精馏相比节能达15%-35%。图2-5 双效精馏流程图3.2.3增设残液循环回收处理工段增设了残液回收处理工段，有效回收了甲醇、液氨和异丁烯，减少了原料的使用和消耗，增加了产品产量，节省了原料的投资。一般的生产工艺并没有对残液中的有用组分进一步回收处理，最简单的做法是将分离产生的重组分用做燃料油，尾气送燃气总管作为燃料气，或将残液送至公用工程使用。这样的做法既浪费了原料和产品，又没有回收残液中的有用组分，增加了处理成本，尤其对成本较贵的组分，更加缺乏经济性。因此本设计将含有原料流股的残液进行循环回流处理，如下图2-6所示：图2-6残液循环回收流程图四、节能设计随着能源价格的增长，传统的高能耗企业逐渐向节能型企业发展。在这种趋势下，节能技术应运而生，从单个设备的改进到全局的热量集成，节能技术不断的完善发展。在本设计中，我们根据实际生产情况，利用高压塔顶的蒸汽潜热向低压的再沸器提供能量，通过设计双效精馏法改变传统常规精馏方法，不仅减少了一个冷凝器和一个再沸器的设备投入，而且节能效果显著。在本设计中，精馏阶段产生的残液中含有可用的原料物质，我们对其进行进一步精馏纯化从而回收利用，将其循环使用既节约了残液的处理费用，同时减少了原料的投入使用。五、设备设计根据Aspen plus的模拟结果，我们对工艺流程中的产品反应精馏塔T0201、换热器E0102、MTBE合成反应器R0101进行了详细设计，包括基本的设备设计参数和特殊内构件的设计。利用SW6-2011及Cup-Tower软件对流程中的塔设备进行了工艺设计、基本参数设计和机械强度校核。利用SW6-2011和Aspen Exchanger Design and Rating对换热器进行了工艺设计、选型、基本参数设计和机械强度校核。利用SW6-2011对反应器进行了机械强度校核。此外还对泵、储罐等设备进行了选型与设计，使用智能选泵软件对泵进行了选型，使用SW6-2011对分离器、储罐进行设备的强度校核。具体详见设备设计选型第一章六、控制系统本项目设计中，我们首先考虑了正常生产时的稳态控制策略。我们设计的控制系统主要由 DCS 集散型控制系统组成，主要用信息反馈来控制阀门流量以及显示各压力容器和管路的压力、温度、液位等，用到的复杂控制系统有进料量的比值控制。（1）对于液体离心泵的控制，通过改变泵的出口阀门开度，从而改变管路特性曲线，以达到控制的目的。（2）对于换热器的控制，对于工艺物流与公用工程换热器来说，此类换热器主要作用是将工艺物流加热或冷却到目标值。本项目采用将载热体的流量作为操作变量的控制方案。对于工艺物流间换热器来说，此类换热器以节约能量和将物料加热或冷却到目标值为目的，使两股物流进行充分换热。本项目采用将载热体的流量作为操作变量的控制方案。（3）对于反应器的控制，釜式反应器的控制包括温度控制，液位控制，以及压力温度指示；列管式反应器的控制包括温度控制，液位控制，以及压力温度指示。（4）对于精馏塔的控制，本项目精馏塔的控制方案包括塔体的控制、塔顶冷凝器的控制、塔釜再沸器的控制以及回流罐的控制。七、安全设计在安全设计方面，主要满足以下几点：（1）工艺装置，在满足生产、操作安全和环保的要求许可时应联合集中布置，集控制其建筑物宜合并；（2）合理划分街区和确定厂通道宽度，及建筑物、构的布置宜规整；（3）各类仓库，宜按储存货物的性质和要求，宜合并设计为天体量或多层仓库，并提高机械化装卸作业程度有效地利用空间；（4）生产管理及活服务设施，宜按使用功能合组计为多综合性建筑；（5）铁路线、装卸及仓储设施的布置，应根据其性质使用功能相对集中，避免或减少铁路进线在厂区内形成的扇地带；（6）厂区应合理地划分为面积较大的街。针对本项目，主要从工业毒物、燃烧与爆炸、腐蚀三方面进行分析：（1）工业毒物毒性是指某种读物引起机体损伤的能力。毒性大小，一般以毒物引起试验中某种毒性反应所需剂量表示，所需的剂量越小，表示毒性越大。本项目所涉及物质毒性如表7-1所示：表7-1本项目涉及物质毒性一览表物质甲醇异丁烯MTBE1-丁烯液氨叔丁胺毒性级别低毒低毒-低毒低毒高毒入侵途径吸入、食入、经皮吸收呼吸呼吸、皮肤呼吸吸入、皮肤和眼睛吸入、食入、经皮肤吸收健康危害对中枢神经系统有麻醉作用窒息、弱麻醉和弱刺激引起化学性肺炎窒息、昏迷产生神经毒、组织溶解坏死刺激眼睛、皮肤、粘膜和呼吸道（2）燃烧与爆炸本厂涉及的物质大部分均具有易爆易燃的特点，所以本厂的防火防