年产9.8万吨异丙醇装置丙烯精制工艺设计

年产9.8万吨异丙醇装置丙烯精制工段工艺设计

----脱乙烷塔部分

摘要

丙烯是石油化工的原料之一，在原油加工中具有重要作用。由裂解气净化与分离工段的丙烯精馏塔分离出的丙烯除了用于生产聚丙烯外，还大量地作为生产丙烯腈，丁醇，辛醇，环氧丙烷，异丙醇等产品的要紧原料。为了更好的提高生产能力，本着投资少，能耗低，效益高的方法，本设计依照设计任务书中确定的生产任务进行的，年产9.8万吨异丙醇，开工周期为8000小时/年，原料组成为乙烷、丙烯、丙烷、异丁烷，其中丙烯含量为74.1%，按其各组分的沸点和相对挥发度的不同使各组分分离。

由于对丙烯纯度要求极高，本文设计的精馏塔塔板数较多，丙烯塔较高。最后以优化后的精馏塔结果为基础，确定了该塔的设备参数，塔径，浮阀塔盘，塔高，热负荷，从而设计了塔底再沸器，塔顶冷凝器以及塔体要紧设备。流程简单，投资较少，操作较为简单，差不多能够满足丙烯优等品的工业生产。

本设计采纳多组分精馏，按挥发度递减流程方案，两塔流程设计即先通过脱乙烷塔塔顶分离出乙烷，再由丙烯塔精馏塔塔顶得到丙烯，其纯度为93.5%以上，丙烯作为产品出装置为生产异丙醇提供原料，塔底的丙烷可作为商品出售或作为烧火油。

设塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔，在各种塔型中，当前应用最

广泛的是筛板塔与浮阀塔。

设计时依次进行了物料衡算，热量衡算，塔结构的相关工艺计算，换热设备的计算及附属设备的选型，并依照设计数据分不绘制了自控流程图，设备选型方面要紧按照现场实际，并兼顾工艺操纵要求与经济的合理性。

随着先进操纵技术的兴起，关键操纵指标由定值操纵向区间操纵转变，调节变量与操纵变量的关系由单对单向多变量预估操纵转变。它是装置操纵技术进展的方向，正在逐步普及。为了为装置以后上先进操纵提供方便，我们在设计时，注意为塔顶温度，塔底温度，回流量等指标保留较大的操作弹性。

关键词：丙烯；脱乙烷塔；热量衡算；物料衡算；丙烯精馏塔。

Annual output of 98,000 tons refined isopropyl alcohol propylene Process Design Section --- Deethanizing Tower

Abstract

Propylene is one of raw materials for Petrochemical industry，it occupies an important place in the processing of crude oil. Rectifying column purified and seprated pyrolysis gas to get propylene that largely uses to product principal raw material of the acrylonitrile, butyl alcohol, octyl alcohol, propylene epoxide and isopropanol.In order to improve production capacity with low investment and power,high benifit,Title I design production capacity is 98,000 tons annual output of isopropyl alcohol, started a period of 8,000 hours / year, material composition of ethane, propylene, propane, butane, propylene is 74.1% in material, boiling point of each component and its relative volatility differences of degree of separation of each component. Due to high propylene purity requirement, this paper design the column plate number is more, the propylene tower is higher. Finally based on the results of optimized distillation, determined the equipment parameters of the tower, tower diameter, float valve tray, high tower, heat load, so as to design the bottom reboiler, the overhead condenser and tower

body of the main equipment. Simple process, less investment, the operation is relatively simple, basic can satisfy the industrial production of propylene classy article.

The design uses a multi-component distillation, the process by decreasing volatility program, process design the two towers that is, first isolated by de-ethane ethane tower, tower distillation top separated from the ethane , top of the propylene tower geit that propylene, the purity of 93.5%, and propylene as the product of a device to provide raw materials production and isopropanol, the bottom of the propane can be sold as a commodity or as fires, oil.

A tower equipment generally divided into two types: contact and continuous contact between level. Is the former representative of the plate column, the latter represents the packed tower, in all kinds of tower, currently the most widely used is the sieve plate tower and float valve tower.

In turn the design of the material balance, heat balance, the tower structure of the relevant process calculation, the calculation of heat transfer equipment and ancillary equipment selection, and the data were plotted according to the design automation flow, selection of equipment in accordance with terms of the main site practical, taking into account the requirements of process control and economic

rationality.

With the rise of advanced control technology, the key control target range from the control value control to change, adjust the relationship between variables and control variables by a single pair of one-way transformation of multivariable predictive control. It is the device controlling the direction of technology development, is gradually spread. In order for the device to facilitate future advanced control, we design, attention to tower top temperature, the bottom of the column temperature and flow indicators are back to keep a large operation flexibility.

Key words: propylene ,de-ethane tower, heat balance, material balance, propylene distillation column.

目录

摘要.................................................. I Abstract............................................... II 1 概述.. (1)

1.1我国化工工艺进展 (1)

1.2丙烯的性质及用途 (1)

1.3丙烯的来源及丙烯生产在化工生产中的地位 (1)

1.4 丙烯精制生产方法的确定 (2)

1.5 丙烯精制工艺流程的叙述 (2)

1.6丙烯的进展前景 (3)

1. 7 丙烯生产新技术现状及进展趋势 (3)

2 丙烯精制装置的物料衡算 (4)

2.1确定关键组分 (4)

2.2脱乙烷塔的物料衡算 (4)

2.2.1 脱乙烷塔的进料量及进料组成 (4)

2.2.2 脱乙烷塔塔顶及塔底的流量及组成 (5)

2.2.3 脱乙烷塔的物料平衡 (6)

2.3 丙烯塔的物料衡算 (6)

2.3.1 丙烯塔的进料量及进料组成 (6)

2.3.2 丙烯塔塔顶及塔底的流量及组成 (7)

2.3.3 丙烯塔的物料平衡 (8)

3 脱乙烷塔和丙烯塔精制工艺条件的确定 (9)

3.1脱乙烷工艺条件的确定 (9)

3.1.1操作压力的确定 (9)

3.1.2 回流温度的确定 (10)

3.1.3塔顶温度的计算 (10)

3.1.4 塔底温度的计算 (11)

3.1.5 进料温度的计算 (12)

3.1.6 脱乙烷塔操作条件汇总 (12)

3.2丙烯塔工艺条件的确定 (13)

3.2.1 操作压力的确定 (13)

3.2.2 塔顶温度的计算 (14)

3.2.3 塔底温度的计算 (14)

3.2.4 进料温度的计算 (14)

3.2.5 丙烯塔操作条件汇总 (15)

4 脱乙烷塔和丙烯塔塔板数的确定 (16)

4.1 脱乙烷塔塔板数的计算 (16)

4.1.1 最小回流比的计算 (16)

4.1.2 最少理论塔板数的计算 (17)

4.1.3 理论塔板数和实际回流比的确定 (18)

4.1.4 实际塔板数的确定 (18)

4.1.5 实际进料位置的确定 (19)

4.1.6 脱乙烷塔塔板数计算结果汇总 (20)

4.2 丙烯塔塔板数的计算 (20)

4.2.1 最小回流比的计算 (20)

4.2.2 最少理论塔板数的计算 (22)

4.2.3 理论塔板数和实际回流比的确定 (22)

4.2.4 实际塔板数的确定 (23)

4.2.5 进料位置的确定 (23)

4.2.6 丙烯塔塔板数计算结果汇总 (24)

5 热量衡算 (25)

5.1 脱乙烷塔热量衡算 (25)

5.1.1 脱乙烷塔再沸器热负荷的计算 (25)

5.1.2 脱乙烷塔冷凝器热负荷的计算 (27)

5.2丙烯塔的热量衡算 (28)

5.2.1再沸器热负荷的范围 (28)

5.2.2 丙烯塔冷凝器热负荷的计算 (30)

结论 (1)

参考文献 (2)

谢辞 (3)

1 概述

1.1我国化工工艺进展

我国石油工业具有一定的水平，但依旧一个进展中的国家,摆在我们石油工作者面前的任务是繁重的。炼油工业要对现有的炼油厂进行技术改造，接着坚持“自力更生，革新挖潜，全面提高，综合利用，大搞化工原料，赶超世界先进水平”的进展方针。要立足现有基础，搞好一、二次加工和系统工程的配套，扩大综合生产能力;要革新工艺，革新技术，革新设备，把老装置开出新水平;要进展加氢技术，进展新型催化剂和添加剂，全面提高产品质量，增加品种;要开展综合利用，大搞三次加工，增产有机化工原料;要充分利用热能，大力降低消耗，各项经济技术指标要创出新水平;要治理“三废”，爱护环境，为实现赶超世界先进水平而奋斗。

1.2丙烯的性质及用途

化学式C3H6，结构简式为CH3-CH=CH2，烯烃同系列中第二个成员，是重要的有机化工原料，丙烯常温下为无色、无臭、稍带有甜味的气体。易燃，爆炸极限为2%～11%。不溶于水，溶于有机溶剂。分子量42.08，密度5.139kg/m（20/4℃），冰点-185.3℃，沸点-47.4℃。液态时相对密度为0.5193；易液化，临界温度为920C，临界压力为4.56MPa；遇热源和明火有燃烧爆炸的危险，该气体比空气重，能在较低处扩散到相对远的地点，燃烧会产生一氧化塔、二氧化碳等气体，高浓度丙烯对人有麻醉作用，浓度较低时，对眼

睛和皮肤有刺激作用。

丙烯是三大合成材料的差不多原料,要紧用于生产丙烯腈、异丙烯、丙酮和环氧丙烷等。丙烯与乙烯共聚生成乙丙橡胶。丙烯与氯和水起加成反应，生产环氧丙烷，加水丙二醇。丙烯在酸性催化剂存在下与苯反应，生成异丙苯 C6H5CH（CH3 )2，丙烯在催化剂存在下与氨和空气中的氧起氨氧化反应，生成丙烯腈，丙烯在高温下氯化，生成烯丙基氯CH2=CHCH2Cl。本文利用丙烯与硫酸起加成反应，生成异丙基硫酸，后者水解生成异丙醇，但由于所用原料丙烯含量为74.1%，需精制后丙烯含量为93.5%以上才可作异丙醇生产原料。

1.3丙烯的来源及丙烯生产在化工生产中的地位

丙烯要紧通过石油加工获得，丙烯精制产品中，聚丙烯、丙烯腈需求旺盛，特不是聚丙烯需求高于总体平均水平为 6.1%。亚洲地区需求年均增长率5.6%，北美5.8%，西欧3.8%。依照新装置增设打算，中东地区从110万吨提高为240万吨，增幅为14.9%。亚洲地区新增能力将达340万吨，增幅为3.2%。中国是生产能力增幅最高的国家，同期能力将从370万能胶和增加到620万吨，年均增幅达9.2%。日本年均增长率仅为2.2%。

1.4 丙烯精制生产方法的确定

由于原料中的 3C和03C常压沸点相近，都在－40℃以下，常压下分离这两个组分需采纳深冷的方法，使用制冷剂，工艺流程复杂，

附属设备多，设备的投资费用加大，依照烃的沸点随压力增加而升高的特点，采纳高压分离的方法，用冷却水即可满足工艺要求，因此本设计采纳常温加压分离方法。

流程安排有两种，一种是相对挥发度递减顺序流程，另一种是对挥发度递增顺序流程，本设计采纳相对挥发度递减顺序流程分离出丙烯。

图1-1 工艺流程比较

1.5 丙烯精制工艺流程的叙述

丙烯含量为74.1%的饱和液体原料（86℃,4.05Mpa），定量进入脱乙烷塔、经精馏处理该塔轻关键组分乙烷通过冷却（35℃,3.9Mpa）作为塔顶产品在塔顶引出（35℃,3.9Mpa），另一部分塔顶馏分通过冷却作为回流液返回脱乙烷塔（35℃,3.9Mpa）。脱乙烷塔塔底馏分经再沸器加热（86℃,4.1Mpa）进一步脱除轻关键组分后进入脱丙烯塔（44℃,1.75Mpa），经精馏处理该塔轻关键