异丁烷精馏系统在甲乙酮装置提浓工段的应用.pdf

工程应用石油化工设计()异丁烷精馏系统在甲乙酮装置提浓工段的应用靳南南 司希河 庞 磊(中海石油中捷石化有限公司 河北 沧州)摘要:某公司 /甲乙酮装置受上游原油加工方案影响其碳四原料中的丁烯含量偏低 为提高碳四原料中的丁烯含量首次提出将异丁烷提取技术应用在甲乙酮装置中即在提浓工段流程前端设置 套异丁烷精馏系统 该系统投用到甲乙酮装置后碳四原料的丁烯含量达到了设计指标提浓工段的丁烯品质提升效果明显新增了纯度.异丁烷产品保证了甲乙酮装置正常的安全和稳定生产关键词:异丁烷 精馏系统 提取技术 甲乙酮装置 碳四原料:./.中海石油中捷石化有限公司(以下简称中捷石化)采用东华科技股份有限公司开发的 专利技术于 年中旬建成并投产 万/的甲乙酮装置 中捷石化在碳四资源利用上有着自身的优势:利用来自上游 装置的重碳四原料经丁烯提浓、仲丁醇合成、仲丁醇精制及甲乙酮合成与精制等 个工段 得到.()纯度的甲乙酮成品 年以来受上游原油加工方案影响醚后碳四原料中的丁烯含量偏低 同时受产品价格的影响甲乙酮装置长期达不到满负荷生产经济效益持续下滑基于此为迫切解决甲乙酮装置碳四原料中的丁烯含量低的瓶颈问题根据装置生产工艺流程现况在原装置前端新建 套异丁烷精馏系统该系统装置于 年 月一次性开车成功碳四原料中的丁烯含量达到了设计指标也证明了此项技术改造适用于单一使用 后重碳四作为原料的甲乙酮装置希望能为有关单位类似的生产提供借鉴 丁烯提浓工段现状.碳四原料组成上游装置的碳四原料主要成分包括正丁烷、异丁烷、正丁烯以及顺、反丁烯等 如上述所述 年以来碳四原料中的有效成分丁烯含量持续降低其典型组成及含量列于表 由表 可看出:重碳四原料中主要以异丁烷为主平均含量()约.而丁烯平均含量()(包括正丁烯及顺、反丁烯)约.远低于丁烯平均含量设计标准()表 碳四原料典型组成项目丙烷异丁烷正丁烷反丁烯正丁烯顺丁烯异丁烯丁二烯丁烯含量.平均值.碳四原料丁烯含量低对提浓工段的影响在甲乙酮生产工艺中丁烯提浓工段是其重要环节之一对于该装置的生产质量和效率具有直接影响 这主要是来自上游装置的碳四原料首先要经丁烯提浓工段利用 甲酰吗啉与甲收稿日期:作者简介:靳南南女 年毕业于西北大学化工学院能源化学工程专业硕士工程师主要从事炼油化工技术管理工作 联系电话:.年第 期(第 卷)靳南南等.异丁烷精馏系统在甲乙酮装置提浓工段的应用 乙酮混合作为萃取剂实现丁烯与丁烷的分离 得到的高纯度正丁烯在耐高温强酸性阳离子交换树脂催化剂的作用和温度 、压力.的化学反应条件下与水直接水合生成仲丁醇 丁烯水合生成仲丁醇的反应是一种典型的离子型亲电加成可逆反应 其反应方程式如下:)(丁烯)()(仲丁醇)(丁烯)()(仲丁醇)原丁烯提浓工段的主要作用是萃取精馏 在处理重碳四原料量不变(但其丁烯含量由原设计的 降低至.)的条件下由于萃取精馏系统原塔径不变则既无法提升萃取塔气、液相处理能力也不能成比例降低萃取剂循环量和塔底重沸器负荷从而使提浓工段的丁烯浓度和产量也因此严重不足导致丁烯水合反应后产生的仲丁醇高附加值产品收率低甲乙酮装置不达产由此可知若碳四原料中的丁烯含量低于某一数值将大幅影响后续水合工段主反应的产量和质量是制约甲乙酮装置能否可以正常生产的关键所在为提高碳四原料中的丁烯含量解决制约甲乙酮装置的瓶颈问题亟需对丁烯提浓工段进行改造 而目前国内外甲乙酮装置的碳四分离技术主要有萃取分离技术 只分离丁烯和丁烷产品 中捷石化将经萃取精馏分离后的丁烷和异丁烷产品作为民用液化气出售不仅效益差还造成高附加值资源的极度浪费.丁烯提浓工段改造方案中捷石化参考有关技术资料及相关生产单位情况考虑通过扩大碳四分离装置加工规模以满足甲乙酮产品生产需求 因此首先提出改造萃取精馏塔的塔盘期望实现碳四处理量由 /提至/但经过设计核算发现改造萃取精馏塔塔盘难度非常大不仅需整体更换萃取塔的空冷器、回流罐及回流泵等配套核心设备且最大程度改造塔盘后处理量却只提高不足 仍无法满足甲乙酮装置生产需求 为此组织了该领域专家多次技术交流和设计核算最终提出了两种可供选择的方案表 为两种方案在总投资、总能耗及操作灵活度等方面的对比表 两种方案对比项目新增萃取精馏塔(方案)新增异丁烷精馏系统(方案)塔器基准直径、高度略大投资略高塔顶)处理量 /空冷、回流罐、回流泵投资大、能耗高)无新产品)处理量 /空冷、回流罐、回流泵投资小、能耗低)异丁烷产品 /塔底)不设重沸器投资小不耗费热源)塔底泵送萃取 /投资大电耗高)设重沸器 台投资大、耗用低温热)塔底泵送 /重组分 投资小电耗低总投资和总能耗基准相当操作灵活度 个萃取塔关联难度大几乎无关联难度小.新增萃取精馏塔提高萃取精馏塔处理量(方案)原萃取精馏塔受萃取剂循环量限制无法直接提高处理量考虑在提浓工段萃取精馏 塔前面增设 台萃取精馏塔通过增加萃取精馏塔的理论塔板数来满足处理量增加的要求将进料量从 /提至 /从而使提浓工段丁烯达产.原萃取精馏塔前新增异丁烷精馏系统(方案)重组分碳四原料的主要成分为异丁烷、正丁烷、丁烯等其中异丁烷相对挥发度较大可以采用精馏的方法减少异丁烷数量使丁烯含量相对提高 在有效回收混合碳四馏分中的烯烃资源的同时还可新增产品异丁烷供销售或进一步深加工综上所述比较两种方案结合工厂有低温热供给实际情况由表 可看出:新增异丁烷精馏系统更为合理操作难度小既能生产符合萃取精馏指标(流量、丁烯含量)的重组分碳四使丁烯产量达标甲乙酮产品产量达标同时生产出异丁烷产 石 油 化 工 设 计 年第 期(第 卷)品作为装置一种新的高附加值产品或对外销售或进一步深加工提高经济效益 丁烯提浓工段改造后的工艺流程为取得整体效益的最大化实现对碳四资源的合理利用提高碳四原料中的丁烯含量最终确定对提浓工段进行工艺改造:即在原提浓工段流程的基础上新增 套异丁烷精馏系统通过利用异丁烷相对挥发度较大的优势通过精馏的方法先提取碳四原料中的异丁烷从而使丁烯相对含量提高 改造后的提浓工段流程如图 所示其中红框部分为本项目新增部分图 改造后的提浓工段工艺流程:重组分 原料 异丁烷塔底油换热器:原料罐/:异丁烷塔进料泵:异丁烷塔:湿式空冷器:异丁烷塔回流罐:异丁烷塔底油换热器/:异丁烷塔底泵:萃取塔冷却器:原料换热器/:萃取塔:萃取塔空冷器:萃取塔回流罐:萃取塔回流泵/:萃取塔中间泵:萃取塔再沸器/:萃取塔塔釜泵:汽提塔再沸器:汽提塔:异丁烷冷却器:萃取汽提塔回流罐/:汽提塔回流泵/:汽提塔塔釜泵:水洗塔 重组分碳四原料自(罐区)来进入原料缓冲罐 经异丁烷塔进料泵 加压、重组分碳四原料 异丁烷塔底油换热器 预热至 进入异丁烷塔 根据原料、异丁烷纯度要求可从中部或中下部进料 塔顶气相异丁烷经湿式空冷器 冷凝后进入异丁烷塔回流罐 通过塔顶热旁路管线调节塔顶压力 回流罐内液相异丁烷经回流泵 升压一部分返塔回流另一部分作为异丁烷产品经异丁烷冷却器 冷却至 后送在装置外罐区 塔底脱(减)异丁烷重碳四经异丁烷塔底泵 升压、换热器 换热至 后送至萃取精馏塔 进入原提浓工艺流程 新增异丁烷精馏系统运行情况原提浓工段前增加异丁烷精馏系统项目于 年 月份开始投入运行 该项目运行后重组分碳四原料脱除异丁烷后剩余碳四原料组成中丁烯含量明显提升改造后的碳四组成如表 所示 由表 可知:对比实施本项目前后碳四原料中的丁烯平均含量由改造前的.提高到.高于甲乙酮装置丁烯平均含量设计值提浓工段的丁烯品质提升效果明显从而使提浓工段丁烯产量达到设计指标表 改造后碳四原料组成项目丙烷异丁烷正丁烷反丁烯正丁烯顺丁烯异丁烯丁二烯丁烯含量.平均值.(下转第 页)石 油 化 工 设 计 年第 期(第 卷)元可以通过调整各级气缸直径及个数、作用形式和作用位置使得各级活塞力相互匹配具备更好的力学平衡性同时将各级的排气温度控制在标准规范允许的区间并逐步建立与实际热力计算相关的更大体量的数据库包含与气缸容积效率相关的压力系数、温度系数、气密系数、相对余隙容积与气体性质相关的相对湿度、进气温度下的饱和蒸汽压、膨胀指数与进排气压力相关的进排气压力损失与机型相关的机械效率等等使得热力计算的准确性更高更接近可用于生产研发的选型计算结果其次是活塞式压缩机的动力学计算单元能够精确计算综合活塞力和压缩机反向角再通过调整气缸直径、活塞及旋转部件的质量改善压缩机的受力情况增大压缩机的反向角保证压缩机可以处于更好运行状态和机身润滑条件最后是压缩机辅助系统润滑油系统和冷却水系统的公用工程消耗计算单元 结语)活塞式压缩机选型软件以.作为开发平台生成的软件界面简洁友好用户使用方便)软件包括了压缩气体的组分物性分析模块、常用单位换算模块和压缩机选型计算模块操作流程清晰涵盖了压缩机选型计算所需的所有功能功能强大)软件经过初步测试选型结果比较准确满足工程技术人员日常工作的使用需求)软件具备进行二次深度开发的基础具有更广阔的应用前景和推广价值参考文献:郁永章.容积式压缩机技术手册.北京:机械工业出版社.活塞式压缩机设计编写组.活塞式压缩机设计.北京:机械工业出版社.石油、化学和气体工业设施用往复压缩机:.中石化洛阳工程有限公司.石油化工往复压缩机工程技术规范:/.北京:中国石化出版社.姜培正.过程流体机械.北京:化学工业出版社.(上接第 页)新增异丁烷精馏系统另一个优势是还可以新增纯度.的异丁烷产品 /实现了装置对碳四资源的合理利用 而异丁烷作为一种重要的化工原料应用非常广泛是制备甲基丙烯腈或甲基丙烯酸的重要原料同时也可作为许多化工生产过程的促进剂、冷冻剂等 此外异丁烷可以与碳三、碳四、碳五烯烃进行烷基化反应生产车用汽油的调和组分还可用于异丁烷脱氢技术生产异丁烯等化工原料可解决异丁烯短缺的问题 结语在甲乙酮装置的提浓工段前端新增异丁烷精馏系统是首次采用板式精馏塔提取异丁烷 异丁烷提取技术应用于甲乙酮装置后提浓工段的丁烯含量提升效果明显解决了装置因上游原油加工方案影响造成的原料丁烯含量降低的瓶颈问题 此外新增了纯度.异丁烷产品提升了碳四原料产品的价值 证明此技术适用于单一使用 后重碳四作为原料的甲乙酮生产装置为企业提质增效提供了技术支撑参考文献:周广林周红军孔海燕等.吸附法脱除甲乙酮装置尾气中甲乙酮和仲丁醇.天然气化工():.司希河靳南南李忠义.丁烯水合进料泵在运行中效率衰减的原因分析及解决措施.天然气化(化学与化工)():.孟令群.关于甲乙酮装置丁烯提浓生产工艺改进及质量提升研究.科学与财富():.吴育爱.正丁烯水合法制甲乙酮装置运行分析.石化技术与应用():.董海军高青军.工艺循环水中 含量对丁烯水合工段的影响.化学工程与装备():.冯殿伟.甲乙酮装置丁烯提浓生产工艺改进及质量提升的研究.兰州:兰州大学.冯殿伟.甲乙酮装置丁烯提浓萃取剂再生系统的工艺改造.石化技术与应用():.胥月兵岳辉陆江银等.碳四烃综合利用研究及评述.新疆大学学报(自然科学版)():.福泰化工江苏有限公司.混合碳四分离异丁烷工艺:.:():.:():.().:(.):.:():.:().:.:():.:(.):.:():.:(.):.