混合碳四综合利用工程方案比较

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由于美国检测到 MTBE 造成水污染, 美国加 利福尼亚州已决定在 2002 年 12 月 31 日后禁止使 用 MTBE, 如果美国环保局( EPA) 证实 MTBE 对人 体健康确 实有危害, 2002 年美国 国会将就 2003 年以后在全美禁用 MT BE 的议案进行审议表决。 但欧洲与我国对 MTBE 一直未采取限制措施。国 内 MT BE 的需求, 主要受国内外高标号汽油需求 的影响, 2003 年 1 月 1 日起在全国范围内实施新 标准清洁汽油, 就需要大量生产新标准清洁汽油 的添加剂, 所以近几年内 MTBE 的需求量还会有 所增加。MTBE 裂解生产高纯度异丁烯, 拓展了 MTBE 的市场空间。MTBE 价格趋势图如图 4。
来自乙腈萃取单元的粗丁二烯首先进入第一 精馏塔脱除轻组分, 然后在第二精馏塔脱除重组 分。第二精 馏塔塔 顶得 到的 产品丁 二烯, 经冷 凝、冷却后送往界外罐区。第一精馏塔顶排出的 轻组分送入燃料气管网, 第二精馏塔底脱除的重 组分经 TBC 回收加热器回收 TBC, 回收的 TBC 循 环使用, 回收 TBC 后的残液送至罐区。
直接氧化生 产甲 基丙烯 酸甲酯 ( MMA) 、聚 异丁 烯、叔丁基苯酚及农药。此外, 异丁烯还可氧化 生成异丁烯醛; 与乙酸反应生成乙酸丁酯; 与甲 醛反应生成戊二烯; 与硫酸水合制取叔丁醇。异 丁烯氧化还可以制得 B- 环氧氯丙烷。MT BE 的 合成达到了从 混合碳 四中分离 利用异丁 烯的目 的, 若使 MT BE 合成技术与裂解技术相结合, 将 合成的 MTBE 重新裂解而获得异丁烯和甲醇, 不 仅达到了从碳四中分离制备异丁烯的目的, 而且 还可以 根据市场 情况安排 生产, 调 节异丁 烯和 MTBE 产 品 比 例, 既 经 济 又 合 理。 采 用 生 产 MTBE 以分离混合碳四中异丁烯组分的工艺是目 前综合利用碳四资 源生产丁烯- 1 的最 佳方案。 近几年内, MTBE 的国内市场需求还会有所增加, 从长远考虑, 可在混合碳四利用装置建成后, 根 据市场情况, 考虑是否依托混合碳四综合利用装 置进行技术改造, 再建一套 3 kt/ a MTBE 裂解生 产异丁烯装置。 214 丁二烯市场分析[2]
文献标识码: BBiblioteka Baidu
C 公司全年生产乙烯 18163 万 t、丙烯 7146 万 t 、聚乙烯 19111 万 t、聚丙烯 6188 万 t 和副产 品混合碳四 4177 万 t。混合碳四经分离后可生产 丁二烯、丁烯- 1、甲基叔丁基醚( MTBE) 或异丁烯 及丁烷等重要的化工原料及产品。但 C 公司长期 以来, 一直外销混合碳四, 造成企业经济效益流 失。因此选择合适的生产工艺, 综合利用混合碳 四对于优化资源利用、调整产品结构、降低产品 成本、创造企业新的效益增长点、改善企业经营 现状具有重要意义。
2003 年 第 21 卷
会继续发展。我国新出台的汽油新标准要求汽油 含氧量 Z 217% 。没有直接强调 MTBE 必须加入, 但从装置结构调整和降低汽油烯烃含量等要求来 讲, 目前还没有比 MTBE 更好的含氧化合物。因 此/ 十五0期间我国 MTBE 装置开工率和能力会在 现有基础上有所增加。C 公司聚乙烯生产中所需 共聚单体需要外购, 因此考虑 MTBE/ 丁烯- 1 方 案要充分利用公司现有资源和优化配置。
加氢除炔与乙腈萃取工艺相结合的生产装置 由加氢、萃取精馏、丁二烯精制、溶剂再生 4 个 生产单元组成。其主要产品为丁二烯, 副产品有 抽余碳四、燃料油和尾气等。
加氢单 元采用 法国 IFP 的 选择加 氢或 美国 UOP 的 KLP 技术。将混合碳四加压并与循环液和 一定比例的氢气汇合, 然后送入筒式反应器中。 混合碳四与氢气在装有贵金属催化剂的筒式反应 器中进行乙烯基乙炔、丁炔与氢气生成丁二 烯1, 3、丁烯的选择加氢反应。反应后的物料进入分 离罐以分离气体, 由分离罐排出的气体经冷凝回 收液体后排往燃料气管网。来自分离罐的反应后 液体分两部分, 一部分作为循环液加压、冷却后 与进装置的混合碳四混合并返回反应器, 反应器 的进料温度由绕过冷却器的三通阀控制。另一部 分反应后液体经原料预处理塔除去剩余氢气和部 分轻组分后, 去乙腈萃取精馏单元。加氢后碳四 物料中乙烯基乙炔含量 [ 5 ppm。
丁烯- 1 精制单元采用超细精馏技术, 来自 醚化单元的醚后碳四在此通过超细精馏脱除轻重 杂质得到丁烯- 1 产品。 2 市场分析 211 丁烯- 1 市场分析
丁烯- 1 主 要用途为 PE ( 聚乙烯) 的 共聚单 体。我 国 PE 市 场 发 展 较 快, 年 平 均 增 长 率 1414% , 预计到 2005 年 PE 的生 产能 力 将达 到 51719 万 t / a, 需 求量将达 到 72011 万 t/ a。随着 PE 市场需求的增长, 对丁烯- 1 的需求也将稳步 增长。目前国内丁烯- 1 的产量较小, 大多数公 司的生产能力仅满足本公司的需要, 少量外销。 丁烯- 1 价格趋势图如图 3。
美国 CMDI 公司 预测, 全 球丁 二烯 1997 ~ 2002 年年均需求增长率为 412% , 即到 2001 年丁 二烯需求量达到 880 万 t / a, 亚洲消费 320 万 t / a, 占全球消费量的 36% 。近年来国内一些石化公司 在进行乙烯装 置改扩 建的同时 增加丁二 烯的产 能。上海石化公司由 40 万 t/ a 乙烯扩建至 70 万 t/ a 后, 增产丁二烯 419 万 t/ a; 扬子石化乙烯装 置扩建工程完成后, 乙烯产量 将达到 65 万 t / a, 丁二烯产量将达到 20 万 t/ a。另外 3 套大型中外 合资项目的建设也将缓解丁二烯供应的短缺, 将 于 2005 年建成的南京- 扬巴一体化 60 万 t/ a 乙 烯石化联合装置和 BP 与中石化、上海石化合资 的赛科石化公司 90 万 t / a 乙烯联合装置可分别增 加丁二烯产能 9 万 t/ a 及 12 万 t/ a; 将于 2006 年 建成的壳牌和中海油在南海合资的 80 万 t / a 乙烯 联合装置可增加丁二烯产能 12 万 t / a。预计 2010 年我国乙烯装置总规模将达到 1 000 万 t/ a, 相应 的丁二烯生产总能力将达到 140 万t/ a。
醚化单元采用筒式外循环醚化技术和反应精 馏技术。来自加氢单元的加氢后碳四通过醚化单
图 2 MTBE/ 丁烯- 1 工艺流程示意
元的筒式反应器, 使其碳四中大部分的异丁烯和 甲醇反应生成 MTBE, 然后送入反应精馏塔。在 反应精馏塔中, 残余的异丁烯继续与甲醇进行深 度转化反应。脱除异丁烯的醚后碳四( 异丁烯 [ 0125% ) 在甲醇回收单 元除去过剩的 甲醇后送 入丁烯- 1 精制单元。
MTBE 作为一种改善汽油质量, 提高汽油辛 烷值和含氧量, 降低 汽车尾气中 CO、NOx 以及 HC 含量等有重要作用, 因此各国对汽油的含氧 量有明确要求。由于 MTBE 相对于其它含氧化合 物, 与汽油的调合性质较好, 且比较经济, 因而
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化工技术经济 CHEMICAL TECHNO- ECONOMICS
生产装置主要由加氢、醚化、丁烯- 1 精制 3 个生产单元构成, 工艺示意图 见图 2。加氢单 元采用法国 IFP 或美国 UOP/ Huels 的选择加氢技 术。混合碳四与氢气按一定比例混合后在装有贵 金属催化剂的筒式反应器中进行丁二烯与氢气生 成丁烯- 1 的选择加氢反应。加氢后碳四物料中 丁二烯含量 [ 10 ppm。经原料预处理塔除去剩余 氢气和部分轻组分, 然后去醚化单元。
图 3 丁烯- 1 价格趋势
C 公司的聚乙烯装置年消耗丁烯- 1 量为 1156 万 ~ 1161 万 t/ a。 如 果 采 用 选 择 加 氢、 MTBE/ 丁烯- 1 技术建 设 MTBE/ 丁烯 - 1 装 置, 其丁烯- 1的产量为 11611 万 t/ a( 按处理混合碳四 5 万 t/ a 计) , 除满足下游聚乙烯装置的需要外还 可外销部分剩余丁烯- 1 产品。若建设丁二烯抽 提装置, C 公司还需要另外采购 0148 万 t/ a 丁烯 - 1, 以满足其聚乙烯装置的需要。 212 MTBE 市场分析
图 4 MTBE 价格趋势
213 MTBE 产品前景展望 混合碳四中的主要成分为丁 二烯、异丁烯、
丁烯- 1、丁烯- 2、丁烷 等, 其中 异丁烯 与丁 烯- 1的沸点非常接近, 用通常的分离方法很难 将二者分离开来。生产实践表明, 无论 MTBE 产 品作为汽油添加剂的市场前景如何, 使用从碳四 中分离异丁烯合成 MTBE 的工艺还会继续使用下 去的。MT BE 除作为汽油的添加剂外, 经裂解可 以生产高纯度的异丁烯产品, 且合成 MT BE 采用 从混合碳四中分离异丁烯的方法是目前最经济、 最合 理的方法。随着异 丁烯应用 领域的 不断扩 大, 异丁烯的需求量不断上升, 且呈供不应求之 势。异丁烯的应用主要有以下几个方面: 异丁烯
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化工技术经济 CHEMICAL TECHNO- ECONOMICS
第 21 卷 第 3 期 2003 年 3 月
混合碳四综合利用工程方案比较
卞允庆1, 李秀冰2, 赵双霞3
( 11 齐鲁石化公司规划院, 淄博 255400; 21 齐鲁石化工程公司, 淄博 255400; 31 齐鲁石化公司研究院, 淄博 255400)
依据 C 公司提供的碳 四原料组成( 如表 1) , 其混合碳四加工利用的方法可采用抽提丁二烯产 品和 MTBE/ 丁烯- 1 产品 2 种工艺路线[1] 。
表 1 混合碳四组成
组分
丙烷、丙烯 丁二烯-1, 3 异丁烷 正丁烷 异丁烯
质量分数/ %
01 24 541 55
01 95 21 56 241 77
摘 要: 从工艺、市场、技术经济 角度对 C 公司混合碳四综合利 用工程方 案( 丁二烯抽提 方案、甲基叔丁 基醚/
丁烯- 1 方案) 进行比较, 依据分析结果 , 推荐选用甲基叔丁基醚/ 丁烯-1 方案。
关键词: 混合 碳四; 方案比较; 技术经济
文章编号: 1006- 253X( 2003) 03- 0042- 05 中图分类号:TQ22111+ 4
来自萃取单元溶剂罐的少量乙腈首先经过乙 腈再生单元的二聚物水洗塔脱除二聚物。二聚物 水洗塔顶分出的二聚物送往界外罐区, 塔底含水 乙腈与来自抽余液水洗塔和尾气水洗塔底的含水 乙腈汇合进入溶剂缓冲罐, 然后进入乙腈再生塔 进行溶剂再生。再生后的乙腈溶剂返回萃取单元 循环使用, 乙腈再生塔底的废水送往污水处理场。 112 MTBE/ 丁烯- 1 装置
组分
丁烯- 1 反丁烯- 2 顺丁烯- 2 ETAC 碳五
质量分数/ %
8124 3173 3120 1133 0143
1 工艺简介 111 丁二烯抽提装置
图 1 丁二烯抽提工艺流程示意
根据抽提溶剂不同, 丁二烯抽提工艺可分为 DMF( 二甲 基甲酰胺 ) 法、NMP ( N - 甲基 吡咯烷 酮) 法、乙腈 ( CAN) 法。依据 C 公司的混合碳四 的产量及组成, 考虑到降低生产成本、提高产品 质量等因素, 经过比较认为, C 公司混合碳四综 合利用工程采用选择加氢除炔与乙腈法相结合的 技术生产丁二烯较为合理, 工艺示意图见图 1[1] 。
来自加氢单元的加氢后碳四经蒸发器进入萃
收稿日期: 2002- 10- 16 作者简介: 卞允庆( 1967- ) , 男, 山东省人, 工程师, 从事化工技术经
济工作。
第 3期
卞允庆等: 混合碳四综合利用工程方案比较
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取塔, 与乙腈溶剂在塔内进行逆流接触, 以去掉 难溶于溶剂的丁烷、丁烯馏分。萃取塔顶抽余碳 四经冷凝器冷凝后, 凝液经抽余液水洗塔除去残 留乙腈后送入罐区, 未冷凝的塔顶气经炔烃尾气 水洗塔洗涤后, 进入燃料气管网。萃取精馏塔底 的丁二烯- 乙腈恒沸物送往汽提塔。由汽提塔顶 得到的粗丁二烯送往丁二烯精制单元, 汽提塔底 丁腈液经一系列换热器回收热量后返回萃取单元 的溶剂罐。抽余液水洗塔和尾气水洗塔底的含水 乙腈溶剂送往溶剂再生单元精制。
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