年产7万吨丁二烯工艺设计

专 业 学 位 硕 士 学 位 论 文年产 7 万吨丁二烯工艺设计The Process Design of 70,000 Tons of Butadiene Production作 者 姓 名 ： 黄 春 超工 程 领 域 ： 化学工程学 号： 41107029指 导 教 师 ： 张 述 伟 教 授张 全 和 高 工完 成 日 期 ： 2014. 5. 7太 逢 理 工 太 營Dalian University of Technology大连理工大学学位论文独创性声明作 者 郑 重 声 明 .所 呈 交 的 学 位 论 文 ， 是 本 人 在 导 师 的 指 导 下 进 行 研 究 工 作所 取 得 的 成 果 。 尽 我 所 知 ， 除 文 中 已 经 注 明 引 用 内 容 和 致 谢 的 地 方 外 ， 本论 文 不 包 含 其 他 个 人 或 集 体 已 经 发 表 的 研 究 成 果 ， 也 不 包 含 其 他 已 申 请 学位 或 其 他 用 途 使 用 过 的 成 果 。 与 我 一 同 工 作 的 同 志 对 本 研 究 所 做 的 贡 献 均已 在 论 文 中 做 了 明 确 的 说 明 并 表 示 了 谢 意 。若 有 不 实 之 处 ， 本 人 愿 意 承 担 相 关 法 律 责 任 。学 位 论 文 题 目 ： 年 产 7 万 吨 丁 二 烯 工 艺 设 计 _作 者 签 名 ： 4 扭 _日 期 ： 必 年 6 _日大连理工大学专业学位硕士学位论文摘 要丁二烯是一种重要的石油化工基础有机原料和合成橡胶单体，在石油化工烯烃原料 中的地位仅次于乙烯和丙烯，可用于生产己二腈、尼龙 66、1，4-丁二醇、己二胺等有 机化工产品以及用作汽油添加剂、粘接剂等，用途十分广泛。随着全球化工行业的发展， 国内丁二烯生产技术不断得到优化，长期短缺的局面将得到彻底解决，目前国内工厂生 产丁二烯的方法主要有三种：乙腈法、二甲基甲酰胺法和 NMP 法。本次毕业设计结合 某化工公司有机合成厂采用乙腈法年产 5 万吨丁二烯工艺，通过已给基础数据进行物料 衡算，热量衡算，设备计算和换热器等计算完成年产 7 万吨的丁二烯生产工艺设计。采 用通用设计计算方法对装置筛板塔精馏工段建立计算模型，并且进行了工艺流程图，设 备数据表等的设计与绘制，将所学知识与实际紧密的结合起来，以期对同类装置具有参 考价.值。在力争经济合理、生产可靠的基础上，力求技术进步，从而有效的利用国家资 金资源。关 键 词 ： 乙 腈 法 ； 丁 二 烯 ； 萃 取 精 馏 ； 抽 提 工 艺年产 7 万吨丁：烯工艺设计70,000 Tons of Butadiene Production Process DesignAbstractButadiene is an important organic raw materials based on petrochemicals and synthetic rubber monomer, olefin petrochemical raw materials in the position second only to ethylene and propylene, can be used to produce adiponitrile, nylon 66,1, 4 - butanediol,hexamethylene diamine, etc.，and organic chemical products used for adhesives，gasoline additives, a wide range of uses. With the world the development of the global chemical industry, the domestic butadiene production technology has been optimized, long-term shortage situation will be completely resolved, the current domestic production of butadiene plant there are three main methods: acetonitrile method, dimethyl carbamoyl amine and NMP method. This graduation design research is accomplished based on the process of technology provided by a organic chemical plant, which used acetonitrile-based method to produce butadiene on a scale of 50,000 tons yearly. Necessary calculation, such as material balance, heat balance, the specification of equipments including heat exchangers and related data was done at a capacity of 70,000 tons a year. In addition, a calculation model of sieve-plate column of distillation unit was built based on general design calculation method. Meanwhile, the working of Process Flow Diagram and equipment data sheet was finished in an effort to provide valuable reference to similar plants. Under the condition of profitable economical analysis and solid feasible theoretical foundation, this research will help to promote technological advance and make foil use of resources and funds.Key Words： acetonitrile method; butadiene; extractive distillation; extraction process-ii -大连理工大学专业学位硕士学位论文目 录M .IAbstract .II弓 丨 .11 胃 ife.21.1 丁 二 烯 的 用 途 .21.2 国 内 外 工 业 生 产 状 况 .21.2.1 丁 二 烯 制 取 方 法 .21.2.2 国 外 丁 二 烯 生 产 技 术 .41.2.3 国 内 丁 二 烯 生 产 技 术 .71.3 本 设 计 的 指 导 思 想 .82 化 工 生 产 原 料 情 况 .92.1 原 料 状 况 .92.2 原 料 、 辅 助 物 料 、 成 品 的 主 要 技 术 特 性 .92.2.1 原 料 规 格 .92.2.2 工 艺 条 件 .92.2.3 丁 二 烯 的 性 质 .102.3 产 品 质 量 .102.3.1 产 品 主 要 质 量 指 标 及 执 行 的 标 准 、 分 析 方 法 .102.3.2 副 产 品 主 要 质 量 指 标 及 执 行 的 标 准 、 分 析 方 法 .112.4 生 产 工 艺 .112.4.1 萃 取 精 馏 系 统 .112.4.2 水 洗 回 收 工 序 .122.5 三 废 处 理 及 防 火 防 爆 .132.5.1 三 废 处 理 .132.5.2 防 火 防 爆 .142.6 分 析 项 一 览 表 .143 生 产 工 艺 原 理 及 流 程 .153.1 设 计 原 理 .153.2 流 程 简 述 .154 物 料 衡 算 .184.1 设 计 基 础 数 据 .18-III-年产 7 万吨丁二烯工艺设计4.1.1 进料组成 .184.1.2 工艺条件 .184.1.3 产品规格 .184.2 脱重组分塔塔顶、塔爸温度及组成的计算 .194.2.1 用试差法求塔顶、塔釜温度及组成 .194.2.2 校准所设塔顶、塔釜温度是否准确 .214.2.3 脱重组分塔的塔顶、塔釜组成 .224.3 脱轻组分塔塔顶、塔釜组成及温度的计算 .234.3.1 用试差法求塔顶、塔釜温度及组成 .234.3.2 校准所设塔顶、塔爸温度是否准确 .254.4 计算操作回流比 .254.4.1 求泡点温度 .254.4.2 计算回流比 R、最小回流比 Rm、理论板数 N、Nn .:.265 热 量 衡 算 .305.1 操作条件 .:.305.1.1 塔顶、塔爸温度 .305.1.2 实际板数，实际进料板位置，板效率 .315.1.3 操作条件如下表 .315.2 热量衡算 .325.2.1 基础数据 .325.2.2 脱重组分塔热量平衡 .335.2.3 脱轻组分塔热量平衡 .346 塔及换热器的结构设计及选型 .366.1 选塔依据 .366.2 塔的设计结果 .366.3 换热器的选择依据 .396.4 换热器设计结果 .397 经 济 分 析 .417.1 流动资金的估算 .417.2 成本估算 .417.3 销售收入、税金和利润 .42雄理工大学专业学位硕士学位论文 ife .45it f.48大连理工大学学位论文版权使用授权书 .49大连理工大学专业学位硕士学位论文引 言丁 二 烯 是 一 种 重 要 的 石 油 化 工 基 础 有 机 原 料 和 合 成 橡 胶 单 体 ， 在 石 油 化 工 烯 烃 原 料 中 的 地 位 仅 次 于 乙烯 和 丙 烯 。 主 要 用 于 合 成 丁 苯 橡 胶 (SBR)、 顺 丁 橡 胶 (BR)、 苯 乙 烯 -丁 二 烯 -苯 乙 烯 弹 性 体 (SBS)、 丁腈 橡 胶 、 丙 烯 腈 -丁 二 烯 -苯 乙 烯 (ABS)树 脂 等 多 种 橡 胶 产 品 ， 此 外 还 可 用 于 生 产 己 二 胺 、 己 二 腈 、1， 4-丁 二 醇 、 尼 龙 66 等 有 机 化 工 产 品 以 及 用 作 汽 油 添 加 剂 、 粘 接 剂 等 ， 用 途 十 分 广 泛 。目 前 国 内 各 化 工 企 业 生 产 丁 二 烯 的 主 要 方 法 有 三 种 。 乙 腈 法 、 二 甲 基 甲 酰 胺 法 和 NMP 法 D 本 设 计 以某 公 司 有 机 合 成 厂 丁 二 烯 车 间 为 基 础 ， 以 乙 腈 法 理 论 为 依 据 。 采 用 通 用 设 计 计 算 方 法 对 装 置 筛 板 塔 精馏 工 段 建 立 计 算 模 型 ， 以 期 对 同 类 装 置 具 有 参 考 价 值 。 由 于 丁 烷 、 丁 烯 馏 分 用 普 通 精 馏 方 法 难 以 从 碳四 中 彻 底 分 离 。 当 加 入 溶 剂 乙 腈 后 ， 可 使 碳 四 各 组 分 间 的 相 对 挥 发 度 差 值 增 大 ， 易 挥 发 组 分 丁 烷 、 丁烯 馏 分 从 丁 二 烯 萃 取 精 馏 塔 顶 排 出 ， 对 难 挥 发 组 分 1-丁 炔 、 乙 烯 基 乙 块 、 碳 四 溶 解 在 乙 腈 中 的 1,3-丁二 烯 等 ， 一 起 从 丁 二 烯 萃 取 精 馏 塔 釜 排 往 溶 剂 解 吸 塔 内 ， 并 在 溶 剂 解 吸 塔 侧 线 随 乙 腈 一 起 排 出 ， 溶剂 乙 腈 则 经 解 吸 后 循 环 使 用 。 1,3-丁 二 烯 、 1-丁 烯 、 乙 烯 基 乙 炔 沸 点 相 近 。 用 普 通 的 方 法 即 可 将 炔 烃和 乙 腈 分 离 。 本 设 计 力 求 在 经 济 合 理 ， 生 产 可 靠 的 基 础 上 ， 力 求 技 术 进 步 ， 从 而 确 保 有 效 地 利 用 国 家资 金 资 源 。年产 7 万吨丁二稀工艺设计1 绪 论1.1 丁二烯的用途丁 二 烯 是 一 种 重 要 的 石 油 化 工 基 础 有 机 原 料 和 合 成 橡 胶 单 体 ， 在 石 油 化 工 烯 烃 原 料 中 的 地 位 仅 次 于乙 烯 和 丙 烯 。 主 要 用 于 合 成 丁 苯 橡 胶 (SBR)、 顺 丁 橡 胶 (BR)、 苯 乙 烯 -丁 二 烯 -苯 乙 烯 弹 性 体 (SBS)、丁 腈 橡 胶 、 丙 烯 腈 -丁 二 烯 -苯 乙 烯 (ABS)树 脂 等 多 种 橡 胶 产 品 ， 此 外 还 可 用 于 生 产 己 二 胺 、 己 二 腈 、尼 龙 66、 1， 4-丁 二 醇 等 有 机 化 工 产 品 以 及 用 作 汽 油 添 加 剂 、 粘 接 剂 等 ， 用 途 十 分 广 泛 。1.2 国 内 外 工 业 生 产 状 况1.2.1 丁二烯制取方法制 取 丁 二 烯 ， 历 史 上 经 历 了 酒 精 接 触 分 解 、 丁 烯 氧 化 脱 氢 和 蒸 汽 裂 解 制 乙 烯 联 产 碳 四 抽 提 分 离 等 三个 时 期 。 酒 精 法 工 艺 落 后 ， 已 于 80 年 代 初 淘 汰 ； 丁 烯 氧 化 脱 氢 法 受 原 料 制 约 ， 多 已 改 产 。 目 前 世 界上 广 泛 使 用 的 制 取 丁 二 烯 主 要 有 两 种 途 径 ， 一 种 是 从 炼 油 厂 C4 馏 分 脱 氢 得 到 ， 该 方 法 目 前 只 在 一些 丁 烯 、 丁 烷 资 源 丰 富 的 几 个 国 家 使 用 ； 另 一 种 方 法 是 从 乙 烯 裂 解 装 置 副 产 的 混 合 C4 馏 分 中 抽 提得 到 ， 该 方 法 价 格 低 廉 ， 是 目 前 世 界 上 丁 二 烯 的 主 要 生 产 方 法 。生 产 丁 二 烯 的 方 法 主 要 有 三 种 ， 分 别 是 乙 腈 （ ACN)法 、 二 甲 基 甲 酰 胺 （ DMF)法 和 NMP 法 。(1)乙 腈 （ ACN)法ACN 法 是 以 含 水 5%-10%的 乙 腈 为 溶 剂 ， 用 萃 取 精 馏 的 方 法 分 离 丁 二 烯 ， 其 工 艺 流 程 与 DMF 法 基本 相 同 。 该 法 由 美 国 （ SHELL)公 司 研 究 开 发 ， 于 1965 年 工 业 化 。乙 腈 是 一 种 优 良 的 溶 剂 ， 还 可 用 在 碳 五 馏 分 抽 提 异 戊 二 烯 等 工 艺 上 。 溶 剂 乙 腈 来 自 丙 烯 腈 副 产 物 ，价 廉 易 得 ， 对 人 体 毒 性 小 ， 属 于 低 毒 品 。 乙 腈 化 学 稳 定 性 好 ， 腐 蚀 性 小 ， 故 生 产 装 置 中 全 部 设 备 可用 碳 钢 制 造 。生 产 过 程 基 本 与 DMF 法 相 同 ， 采 用 第 二 级 萃 取 精 馏 来 清 除 丁 二 烯 的 炔 烃 ， 不 同 之 处 在 于 不 用 压 缩机 。 因 乙 腈 沸 点 低 ， 又 与 丁 二 烯 有 共 沸 组 成 ， 故 必 须 增 设 用 水 萃 取 回 收 并 提 浓 ACN 的 系 统 。大连理工大学专业学位硕士学位论文ACN 法 抽 提 丁 二 烯 比 高 沸 点 的 （ DMF、 NMP)溶 剂 操 作 温 度 低 ， 最 高 温 度 为 第 二 萃 取 精 馏 塔 塔 釜解 吸 段 温 度 ， 所 有 塔 顶 冷 凝 器 均 用 循 环 冷 凝 水 作 为 冷 却 剂 。 所 有 设 备 （ 塔 器 、 容 器 、 换 热 器 、 泵 ）均 采 用 碳 钢 ， 国 内 均 可 制 造 。在 生 产 过 程 中 乙 腈 少 量 水 解 成 乙 酸 和 氨 。 氨 随 碳 四 逐 渐 排 出 ， 但 在 循 环 物 料 中 积 聚 起 来 的 乙 酸 则 能引 起 催 化 水 解 作 用 并 引 起 对 设 备 的 腐 蚀 。 但 80 年 代 后 ， 各 厂 都 采 取 了 有 效 措 施 ， 严 格 控 制 乙 腈 中 水的 含 量 （ 10%)加 强 对 溶 剂 的 净 化 和 加 入 阻 聚 剂 ， 收 到 了 明 显 的 效 果 。ACN 法 的 特 点 是 ： 操 作 温 度 低 ， 不 用 压 缩 机 ； 适 应 性 强 ， 技 术 成 熟 ； 近 年 来 又 有 新 的 改 进 和 提 高 ，能 耗 降 低 ， 可 以 处 理 各 种 来 源 的 碳 四 馏 分 。 产 品 丁 二 烯 能 满 足 顺 丁 橡 胶 的 聚 合 的 要 求 。(2) 二 甲 基 甲 酰 胺 （ DMF)法用 DMF 作 萃 取 剂 从 碳 四 馏 分 中 抽 提 丁 二 烯 的 方 法 是 由 日 本 瑞 翁 公 司 开 发 的 ， 简 称 为 DMF 法 。DMF 是 一 种 优 良 的 溶 剂 ， 除 广 泛 用 于 碳 四 抽 提 丁 二 烯 外 ， 主 要 用 于 腈 纶 的 干 法 纺 丝 生 产 工 艺 之 中 ，还 可 以 用 于 从 碳 五 馏 分 抽 提 异 戊 二 烯 等 。DMF 法 以 混 合 碳 四 馏 分 为 原 料 ， 以 二 甲 基 甲 酰 胺 为 萃 取 剂 ， 从 碳 四 原 料 中 脱 除 丁 烷 、 丁 烯 、 炔 烃以 及 其 他 杂 质 组 分 ， 生 产 出 合 格 的 聚 合 级 1,3-丁 二 烯 产 品 。 丁 烷 、 丁 烯 等 比 丁 二 烯 相 对 挥 发 度 大 的组 分 在 第 一 萃 取 精 馏 系 统 中 脱 除 ， 乙 烯 基 乙 炔 、 一 部 分 乙 基 乙 炔 等 比 丁 二 烯 相 对 挥 发 度 小 的 组 分 在第 二 萃 取 精 馏 系 统 中 脱 除 ， 经 过 两 段 萃 取 精