XX油田XX炼油厂2万吨年甲基叔丁基醚（MTBE）项目可行性研究报告.doc

1 1 中国石油 XX 油田 XX 炼油厂 2 万吨/年甲基叔丁基醚（MTBE）项目 可行性研究报告 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 1 目 录 1 总论4 1.11.1 项目及建设单位基本情况项目及建设单位基本情况4 1.21.2 编制依据及原则编制依据及原则5 1.31.3 研究范围研究范围6 1.41.4 项目背景及建设理由项目背景及建设理由6 1.51.5 主要研究结论主要研究结论8 2 市场分析和价格预测10 2.12.1 原料分析原料分析10 2.22.2 产品市场分析产品市场分析10 2.32.3 MTBEMTBE 风险分析风险分析10 3 建设规模、产品方案13 3.13.1 建设规模建设规模13 3.23.2 产品方案产品方案13 4 MTBE 装置14 4.14.1 工艺技术选择工艺技术选择14 4.24.2 工艺原理及工艺流程工艺原理及工艺流程15 5 原料、辅助材料及燃料供应 20 5.15.1 原料原料20 5.25.2 辅助材料辅助材料21 6 自动控制 22 6.16.1 概述概述22 6.26.2 自动化水平自动化水平22 6.36.3 仪表选型仪表选型22 6.46.4 控制系统控制系统24 6.56.5 控制方案控制方案25 6.66.6 仪表正常工作保证措施仪表正常工作保证措施 25 6.76.7 主要仪表设备一览表主要仪表设备一览表26 6.86.8 仪表消耗指标仪表消耗指标26 6.96.9 设计采用的标准和规范设计采用的标准和规范 27 7 厂址选择 27 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 2 7.17.1 概述概述27 7.27.2 建厂条件建厂条件27 7.37.3 厂址选择厂址选择30 8 总图运输、储运、外管网及土建 30 8.18.1 总图运输总图运输30 8.28.2 油品储运油品储运32 8.38.3 外管网外管网34 8.48.4 土建土建34 9 公用工程及辅助生产设施38 9.19.1 给排水给排水38 9.29.2 供电供电40 9.39.3 电信电信44 9.49.4 供热、供风供热、供风44 9.59.5 采暖、通风采暖、通风46 9.69.6 空压站及氮气站空压站及氮气站47 9.79.7 分析化验分析化验51 10 节能与节水52 10.110.1 节能节能52 10.210.2 节水节水53 11 消防54 11.111.1 概述概述54 11.211.2 火灾、爆炸危险性分析火灾、爆炸危险性分析54 11.311.3 消防设计原则消防设计原则54 11.411.4 装置内消防检测火灾报警系统装置内消防检测火灾报警系统55 11.511.5 装置内消防设施的启动控制及通讯联系装置内消防设施的启动控制及通讯联系55 11.611.6 可依托的消防条件可依托的消防条件55 11.711.7 水消防系统水消防系统 56 11.811.8 蒸汽消防系统蒸汽消防系统56 11.911.9 小型灭火器系统小型灭火器系统 56 11.1011.10 设计采用的主要标准规范设计采用的主要标准规范 57 12 环境保护57 12.112.1 设计原则设计原则57 12.212.2 设计依据及采用的环境标准设计依据及采用的环境标准57 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 3 12.312.3 建设地区环境质量现状建设地区环境质量现状58 12.412.4 项目主要污染源及环境保护措施项目主要污染源及环境保护措施60 12.512.5 环境管理及监测环境管理及监测 61 12.612.6 环保投资环保投资63 12.712.7 环境影响分析环境影响分析64 13 职业安全卫生64 13.113.1 设计原则设计原则64 13.213.2 安全卫生设计执行的标准、规范安全卫生设计执行的标准、规范65 13.313.3 工程危害因素分析工程危害因素分析66 13.413.4 主要防范措施主要防范措施69 13.513.5 安全卫生机构及人员配置安全卫生机构及人员配置73 13.613.6 安全卫生制度安全卫生制度73 13.713.7 安全卫生投资估算安全卫生投资估算73 14 项目实施计划74 15 投资估算及资金筹措74 15.115.1 工程概况工程概况74 15.215.2 投资估算范围及构成投资估算范围及构成74 15.315.3 投资估算依据投资估算依据75 15.415.4 投资估算说明投资估算说明76 15.515.5 流动资金估算流动资金估算77 15.615.6 资金筹措资金筹措77 16 财务评价77 16.116.1 财务评价的依据及主要数据、参数财务评价的依据及主要数据、参数77 16.216.2 效益及财务评价指标计算效益及财务评价指标计算78 16.316.3 不确定性分析不确定性分析81 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 4 1 总论总论 1.1 项目及建设单位基本情况项目及建设单位基本情况 1) 建设单位概况 XX 炼油厂（简称 XX 炼油厂）隶属中国石油 XX 油田分公司，厂区位于 XX 市东南 角，占地面积 100 多公顷，海拔 2850 米，是青藏两省唯一的炼油厂，被誉为“昆仑 托起的明珠” ，党和国家领导人等曾多次到 XX 炼油厂视察，1993 年，江泽民同志视 察 XX 炼油厂并题词：“办好 XX 炼油厂，支援国防建设，造福青藏人民” ，对 XX 炼 油厂在国防和经济建设中所起的重要作用给予了充分的肯定。 XX 炼油厂于 1986 年 11 月经国家计委批准立项，1991 年 8 月 1 日开工建设，分 三期建设。 XX 炼油厂现阶段主要生产汽油、柴油、液化气、甲醇和聚丙烯等石油化工产品。 XX 炼油厂主要生产 90#/93#汽油、5#/0#/-10#/-20#/-35#柴油等油品及液化气、 甲醇、聚丙烯、编织袋、氧气等石油化工产品。其中油品主要销往青、藏两省区；甲 醇以销往西北、华北、XX 地区为主；聚丙烯则主要在西北地区销售，部分销往东南和 西南地区。同时，XX 炼油厂还承担 XX 油田原油装车外运的任务。 2) 主要生产装置 XX 炼油厂现在有主要生产装置七套：100 万吨/年常压蒸馏装置、60 万吨/年催化 裂化装置(含产品精制装置)、15 万吨/年催化重整装置、15 万吨/年柴油加氢精制装置 (2003 年改造为加氢精制-临氢降凝装置)、10 万吨/年甲醇装置、10 万吨/年气体分 馏装置和 2 万吨/年聚丙烯装置。 1993 年 9 月一期工程建成投产，二期工程于 1996 年 4 月开工建设，1997 年 9 月 竣工投产；三期工程中甲醇装置于 1997 年 10 月开工建设，1999 年 6 月建成投产， 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 5 气体分馏装置和聚丙烯装置于 1998 年 4 月开工，同年 11 月 15 日建成投产。甲醇、 聚丙烯等装置的相继建成投产，标志着 XX 炼油厂由炼油燃料型到炼油-化工型的转变。 XX 炼油厂装置构成情况见表 1-1。 表 1-1 2003 年 XX 炼油厂装置构成情况 序 号 装置名称 装置能力 （104t/a） 投产时 间 备 注 1 常压蒸馏装 置 100 1993 年 2 重油催化裂 化 60 1993 年 含产品精制 3 催化重整 15 1995 年 4 柴油加氢精 制 15 1995 年 2003 年改造为加 氢精制-临氢降凝装置 5 甲醇 10 1999 年 6 气体分馏 10 1999 年 7 聚丙烯 2 1999 年 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 6 1.2 编制依据及原则编制依据及原则 1.2.1 编制依据 1) XX 炼油厂基本情况介绍及发展问题探讨 （XX 油田 XX 炼油厂，2004 年 6 月） 。 2) XX 炼油厂 150 万吨/年质量升级及扩能改造可行性研究报告 （中国石油集 团 XX 设计院，2004 年 11 月） 。 1.2.2 编制原则 1) 符合中国石油整体发展战略，提高 XX 炼油厂的赢利能力。 2) 结合 XX 炼油厂实际情况，合理选用国内外普遍采用的催化蒸馏工艺路线,使各 种产品质量达到国家最新标准或行业标准的要求。 3) 充分利用全厂现有的公用工程设施及辅助设施，以降低投资、加快工程建设进 度，为企业创造最大的经济效益。 4) 三废治理和安全设施严格执行国家、地方及主管部门制定的环保、职业安全卫 生、消防和节能设计规定、规程和标准。采取各种切实可靠、行之有效的事故防范 及处理措施，确保装置安全运行。 1.3 研究范围研究范围 根据 XX 炼油厂的意见，本可研包括原料进界区至产品 MTBE 出装置整个工艺生产 过程及罐区等部分。单元划分如下： 表 1-2 单元划分表 序 号 单元 号 单 元 名 称规模备注 一总图运输部分 101 工厂总平面布置 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 7 102 厂区(单元)竖向及雨水排除 103 厂区绿化 二工艺装置部分 1201 2104t/a MTBE 装置 2104t/a 新建 三油品储运 1301 MTBE 罐区 21000m3 新建 六热工 1601 工艺及热力管网改造 1.4 项目背景及建设理由项目背景及建设理由 1.4.1 项目背景 甲基叔丁基醚（Methyl tert-butyl ether，以下简称 MTBE）是一种高辛烷值的 汽油组分，其马达法辛烷值为 101，研究法辛烷值为 117，在汽油组分中有良好的调 和效应，稳定性好，而且可与烃燃料以任意比互溶，是一种良好的提高汽油辛烷值的 油品添加剂。车用汽油加入 MTBE 后，汽油在气缸中燃烧得更彻底，汽车尾气不含铅， CO 排放量减少 30。正是由于上述特点，到 20 世纪末，全世界 MTBE 总产量曾达 2300 万吨，成为石化产品中发展最快的品种之一。我国至 2003 年 5 月份，全国有 近 40 套生产装置，年产量达 150 万吨。 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 8 据统计，我国生产的车用汽油中催化裂化汽油占到了 80左右，大部分炼油厂的汽 油辛烷值不足。通过添加 MTBE 提高辛烷值是提高我国汽油标准的最经济的手段。近 两年来，东部地区的许多炼油企业纷纷扩大或新上 MTBE 生产规模，一方面是解决当 前车用汽油辛烷值不足不能上市的燃眉之急，同时也可为日后的碳四副产品解决出路。 XX 炼油厂现有一套气体分馏装置，利用气体分馏装置生产的 C4 组分生产 MTBE， 并通过在催化汽油中添加 MTBE 是提高 XX 炼油厂汽油品质和辛烷值的重要手段。 1.4.2 项目的必要性 1）合理利用资源、优化产品结构的需要 根据重油深加工改造的总加工流程，全厂加工原油 150 万吨/年，重油催化裂化装 置规模为 80 万吨/年，气体分馏装置的规模为 10 万吨/年。届时，气体分馏装置将副 产 6.83 万吨/年的混合碳四组分，其中的异丁烯（含量 18.01%）是生产高辛烷汽油 组分 MTBE 的原料。 MTBE 是一种良好的高辛烷值汽油调合组分，在汽油组分中有良好的调合效应，稳 定性好，能以任何比例与汽油组分混合而不发生相分离。因此，为了适应我国汽油改 质的要求，以 MTBE 为调合组分生产高辛烷值汽油已经是国内外普遍采用的措施之一。 本项目实施后，XX 炼油厂 93#汽油的比例进一步增加（达到 16.62 万吨/年） ，产品 结构可得到进一步的优化。 2)是提高企业经济效益的需要 按照目前国内汽油价格政策，93#汽油比 90#汽油的销售价高 287 元/吨。随着高 档汽车数量的不断增加，高标号汽油的需求量也在迅速上升，因此 XX 炼油厂有必要 生产高牌号汽油，进一步提高公司的整体经济效益。 气体分馏装置副产的碳四馏分作为石油液化气销售，价格较低，利用碳四馏分中的 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 9 异丁烯和甲醇为原料生产 MTBE，与现有汽油组分调合，可增加高标号汽油的品种和 产量，有利于高标号汽油市场的占领和提高 XX 炼油厂的整体经济效益。 综上所述，从资源的合理利用、优化产品结构、适应市场的需求和提高企业的经济 效益等诸多方面考虑，利用气体分馏装置副产异丁烯为原料生产 MTBE 是十分必要的。 1.5 主要研究结论主要研究结论 1)本项目采用的新型混相膨胀床-反应蒸馏技术，是目前国内生产 MTBE 最先进的 工艺技术，也是成熟的、可靠的。 2)所有原料和辅助原料来源均有保证。生产 MTBE 的主要原料混合碳四组分和甲 醇均来自于本厂，净化剂和催化剂等辅助原材料国内均有生产且市场供应充足。 3）本装置技术经济指标合理，所得税后内部收益率 12.31%，大于行业基准收益率， 投资回收期为税后 7.60 年，小于石化行业基准投资回收期 10 年。 综上所述，本项目无论是在技术上还是在经济上都是可行的。 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 10 表 1-3主要经济指标汇总表 序号项 目单 位 数额数额备注 (人民币)(外汇) 一基本数据 1 报批总投资万元 2792 1.1 建设投资万元 2743 1.2 建设期借款利息万元 25 1.3 铺底流动资金万元 24 2 销售收入万元 3004 生产期平均 3 总成本费用万元 1775 生产期平均 其中:折旧万元 188 生产期平均 4 流转税金及附加万元 895 生产期平均 5 利润总额万元 334 生产期平均 6 所得税万元 110 生产期平均 7 所得税后利润万元 224 生产期平均 二经济评价指标 1 税后财务指标 其中：财务内部收益率 %12.31 财务净现值万元 44ic=12% 投资回收期年 7.60 含建设期 2 税前财务指标 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 11 其中：财务内部收益 率 %17.02 财务净现值万元 762ic=12% 投资回收期年 6.28 含建设期 3 自有资金 其中：财务内部收益率 %13.07 财务净现值万元 135ic=12% 4 投资利润率 %11.75 5 投资利税率 %43.17 6 资本金利润率 %18.22 7 借款偿还期年 3.68 含建设期 8 盈亏平衡点 其中：生产能力利用率 %46.54% 生产期平均 9 单位加工费元/吨 218.49 不含期间费用 10 单位现金加工费元/吨 143.92 含期间费用 11 吨油净利润元/吨 112.01 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 12 2 市场分析和价格预测市场分析和价格预测 2.1 原料分析原料分析 1) 异丁烯原料资源分析 根据全厂总流程的安排，全厂加工原油 150 万吨/年，重油催化裂化装置规模为 80 万吨/年，气体分馏装置的规模为 10 万吨/年。届时，气体分馏装置将副产 6.83 万吨/ 年的混合碳四组分，其中的异丁烯（含量 18.01%） 。 2) 甲醇资源分析 XX 炼油厂现有一套 10 万吨/年甲醇装置，而 2 万吨/年 MTBE 装置耗甲醇约 0.70 万吨/年，甲醇原料的供应是有保障的。 2.2 产品市场分析产品市场分析 我国生产的车用汽油中催化裂化汽油占到了 80左右，我国大部分炼油厂的汽油辛 烷值不足，通过添加 MTBE 提高辛烷值是提高我国汽油辛烷值的最经济的手段。 MTBE 还可增加汽油含氧量,促进清洁燃烧，减少汽车有害物排放的污染。 我国 MTBE 生产也处于快速增长状态。据不完全统计，我国现有 MTBE 装置已经 达到 27 套，总年产能力 62 万吨。MTBE 缺口较大，一些企业正对装置进行扩建改造 或新建装置。专家预测我国 MTBE 在近十年还会有大的增长，但其增量与车用汽油的 增量相比是微不足道的。 XX 炼油厂所生产的 2 万吨/年 MTBE 全部用于调和本厂生产的汽油，不存在销售问 题。 2.3 MTBEMTBE 风险分析风险分析 MTBE 作为一种优质汽油组分的生产工艺和作为清洁汽油调合组分有很多优点： （1）可以改善汽油的燃烧值和调合辛烷值，蒸汽压不高，有较高的含氧量。因此， 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 13 MTBE 仍然是目前炼厂汽油质量升级必不可少的优质高辛烷值调合组分。 （2）生产 MTBE 可以优化利用炼厂催化裂化和乙烯厂的 C4 资源以及直接或间接 降低催化汽油烯烃含量和硫含量，该工艺过程比较简单，操作条件比较缓和，对设备 无特殊要求，生产过程对环境也不产生污染。 （3）MTBE 装置将来可以比较容易的改造为间接烷基化工艺生产烷基汽油。 MTBE 作为清洁汽油组分也有缺点： MTBE 具有恶臭（只要有 2ppb 就可以闻出）和致癌性。易溶于水。可生物降解性 差。容易随水游动而迁移，管理不善对人体健康会构成威胁。 美国：美国是世界上 MTBE 用量最大的国家，2000 年用量达 1320 万吨，占世界 总消费量的 42%。自美国加州在饮用水中检测到 MTBE 以来，对人体健康的影响引 起世界的关注，限制和禁用的争论持续升温。截止到 2003 年初，美国共有 18 个州已 宣布 2006 年前限制或禁用 MTBE 已成定局，但实施时间可能会推迟到 2010 年前后 完成。 日本：日本已经声称考虑不久也将禁用 MTBE，打算进口乙醇替代 MTBE。 欧盟：虽重视美国有关禁用 MTBE 的动向，但尚未出台禁用的具体计划，原因是欧 洲用量较少，油品储运系统比较健全，饮用水供应相对比较集中，小型和私人水厂、 水井较少，潜在的泄露危险较小，控制对水源的污染相对较易。到目前为止，只有丹 麦禁用，全欧追随美国禁用 MTBE 的可能性较小。据报道，欧洲经系统研究后已确定 继续生产使用 MTBE。 亚洲：亚洲和欧洲类似，应用 MTBE 时间较晚，用量较少，目前限制和禁用的意向 不明显。 我国：尚未提出限制和禁用的法规。 迄今为止，仍有许多科学家和业内人士认为醚产品实为清洁汽油优质调和原料， 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 14 MTBE 争论主因为政治及集团利益，寡于科技依据。德国科学论断：“醚类优于芳烃” ； 美联邦能源部盛赞醚产品，美国联邦能源部能源信息管理局于 2003 年 3 月 5 日在德 克萨斯州圣安东尼市美国炼油化工协会年会上的专题报告“取消 MTBE 不仅会导致汽 油供给严重短缺（从而使零售价格飞涨） ，（汽油中的）MTBE 及其它醚类所独具 的卓越尾气排放和引擎表现等物化特性和关键指标亦是其它碳氢化物或醇类物所无与 伦比的。 ” 据国外 De-Witt 公司和化学系统公司的预测，由于美国限制或禁用 MTBE，世界 MTBE 的需求量将从 2002 年的 2000 万吨左右下降到 2005 年的 1700 万吨和 2010 年的 1300 万吨左右。加上很多国家汽油标准基本上追随美国，可以预计，禁用 MTBE 的行动迟早会扩散到世界其他地区，估计时间会比美国推迟 10-15 年。我国也 已开始实施酒精替代计划，由于实施酒精替代计划政府要投入巨额财政补贴，估计我 国 MTBE 仍将有十几年的发展期，以便尽快解决催化汽油烯烃含量高和辛烷值短缺的 问题。另外开发其他清洁的替代车用燃料也在预料和情理之中。 当然利用炼厂的 C4 资源也可以通过直接和间接烷基化工艺生产烷基汽油，但是， 我国液体酸烷基化工艺比较落后，不是环境友好工艺，而固体酸烷基化又没有工业化， 仍处于试验阶段，间接烷基化工艺也没有推开，随着技术不断成熟，将来可以通过改 造 MTBE 装置实现间接烷基化工艺的操作。例如，据称加拿大艾德蒙顿的艾尔伯塔环 保燃料公司（AEF）于 2002 年 10 月首次成功将 MTBE 装置改产成工业规模的异辛 烷装置（0.52Mt/a） ，供应美国调和新配方汽油。 因此，现阶段为改善汽油质量，充分利用 FCC 碳四资源生产 MTBE 支持汽油的质 量升级并提高 XX 炼油厂整体经济效益，同时间接降低汽油烯烃含量和硫含量是必要 的。 通过对 MTBE 作为车用汽油含氧高辛烷值添加剂发展前景的分析，认为中国目前和 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 15 将来一段时间 MTBE 作为汽油组分仍然具有一定的发展空间。 3 建设规模、产品方案建设规模、产品方案 3.1 建设规模建设规模 1) 原料来源 本装置原料为气体分馏装置生产的 C4 馏分及本厂生产的甲醇。 2) 生产规模 2104t/a MTBE 装置(实际 MTBE 产量 1.93104t/a)； 3) 年开工时间 年开工时间为 8000 小时。 3.2 产品方案产品方案 本装置产品为 MTBE,副产品为未反应的 C4 馏分，均去罐区储存。 本装置物料平衡见表 3-1。 本装置主要产品规格见表 3-2、表 3-3。 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 16 表 3-1物料平衡 序 号 物料名 称 数 值备注 w%kg/h104t/a 一原料 1 C4馏分 90.7 8131 6.83 2 甲醇 9.3 833 0.7 合计 100.0 8964 7.53 二产品 1MTBE25.6 2298 1.93 2 未反应 C4 74.4 6667 5.6 合计 100.0 8964 7.53 表 3-2MTBE 产品性质 组 分含量，wt%分析方法 MTBE 98.0（扣除碳五）色谱法 甲醇 0.2 色谱法 碳四 0.2 色谱法 表 3-3剩余碳四规格 组 分含量，wt%分析方法 异丁烯0.2色谱法 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 17 水 0.06 甲醇 50ppm 色谱法 MTBE50ppm 色谱法 剩余碳四应同时满足作为甲乙酮原料的要求。 4 MTBEMTBE装置装置 4.1 工艺技术选择工艺技术选择 自 1973 年意大利斯纳姆公司利用自己的专利技术，建成世界上第一套 10 万吨/年 MTBE 工业化装置以来，MTBE 的生产受到世界各国的高度重视，开发成功了适应化 工型和炼油型企业要求的多种工艺技术，并得到广泛的工业应用。我国在这一领域也 进行了桌有成效的研究开发工作，1983 年在齐鲁石化公司建成投产了国内第一套 5500 吨/年工业实验装置，之后经过近二十年的不懈努力，国内自行研究开发的 MTBE 工艺技术已成熟，改进了传统工艺并在工业上得到广泛推广应用。 到目前为止，国内外已开发成功了多种工艺技术，具有代表性的工艺主要有两类。 1) 床层反应合成 MTBE 生产工艺 该工艺反应器采用固定床或膨胀床型式，分“一段反应，一次分馏”工艺和“两段 反应，两次分馏”工艺两种，后者异丁烯转化率高于前者。床层反应合成 MTBE 的工 艺，异丁烯的转化率可达到 9096。 由于合成 MTBE 是平衡放热反应，温度过高会影响催化剂的寿命和异丁烯的转化率。 为控制反应的温度，反应器需有冷却取热或外循环取热设施，反应热不仅得不到有效 利用，而且增加了设备投资与水、电、汽消耗。 2) 混相床催化蒸馏合成 MTBE 生产工艺 该工艺是混相床反应与催化蒸馏反应的组合。混相床可分为固定床或膨胀床，由于 混相床反应器的压力较低，通过反应物料的部分汽化吸收反应热，省去了床层反应器 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 18 的冷却取热或外循环取热设施。特别是在膨胀床反应器内，催化剂床层处于膨胀状态， 有利于反应热的扩散。 为进一步提高异丁烯转化率，在混相床反应器之后，串连了一个催化蒸馏反应器。 催化蒸馏工艺是将反应器和反应产物的分离合二为一，在催化蒸馏塔中，将反应产物 不断地移出反应区，使反应向着生产 MTBE 产物的方向进行，因此异丁烯转化率较高； 同时反应放出的热量又被蒸馏所利用，有利于节能。混相床催化蒸馏合成 MTBE 生 产工艺，异丁烯转化率提高到 99%以上。 催化蒸馏技术则是在一个设备内同时完成残余异丁烯的深度转化和产品分离，由于 反应和分离同时进行，不但实现了深度转化，而且还充分利用了反应热，减少了能耗。 综合考虑，拟推荐混相膨胀床催化蒸馏合成 MTBE 生产工艺。 4.2 工艺原理及工艺流程工艺原理及工艺流程 4.2.1 工艺原理 在专用强酸性树脂催化剂的作用下，原料碳四中的异丁烯和甲醇通过氢离子迁移合 成甲基叔丁基醚（MTBE） ，该反应是平衡反应，反应的选择性较高，混合 C4 中正丁 烯几乎不与甲醇反应。因此，采用适当的工艺流程，可使异丁烯的转化率达到 99.5% 以上，即将异丁烯从 C4 中脱除，再经分离可得高纯度正丁烯。醚化的产品 MTBE 在 适当的条件下可分解得到纯的异丁烯。由此可得两种宝贵的 C4 烯烃，大大提高了 C4 烯烃的综合利用价值。 在合成 MTBE 反应过程中，同时还发生少量的副反应，生成异辛烯、叔丁醇、二甲 基醚等，这些副产品的辛烷值都比较高，对汽油的产品质量没有不利影响。 异丁烯和甲醇合成甲基叔丁基醚的反应为放热反应，低温有利于提高转化率，但温 度过低影响反应速度。在反应初期，由于催化剂的活性较高，反应温度一般控制比较 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 19 低，在 40-50。在反应后期，由于催化剂的活性下降，反应温度一般控制比较高， 在 60-75。由于受催化剂所能承受的温度限制，反应温度必须控制在 90以下。 4.2.2 工艺流程简述 从上游气体分馏装置来的 C4 馏分进入 C4 原料缓冲罐，在此沉降分离掉可能携带的 游离水，经 C4 原料泵升压后送至管道混合器。从罐区来的甲醇经甲醇泵升压后一路送 至催化蒸馏塔反应段的中部；另一路送至管道混合器在此与 C4 充分混合后，醇烯比保 持在 1.1:1 左右，进入原料预热器加热后进入原料净化-醚化反应器（两台并联） ，每 台原料净化-醚化反应器中装有与醚化催化剂性能基本相同的催化剂树脂，如果某台原 料净化-醚化反应器催化剂树脂失活，可及时切换至另一台，这样就不会影响到装置长 周期连续操作。 反应器中装有大孔径磺酸阳离子交换树脂，原料中的异丁烯和甲醇在此反应生成 MTBE。由于此反应为放热反应，温度由上而下逐步升高，物料部分气化，以气液混 相从反应器顶部流出进入催化蒸馏塔进料-产品换热器，与 MTBE 产品换热至 70后 进入催化蒸馏塔。液相 MTBE 从塔底流出，经 MTBE 产品冷却器冷却至 40后，送 至罐区储存。未反应的甲醇和 C4 馏份以共沸物从塔顶馏出，经催化蒸馏塔冷凝器冷凝 后进入催化蒸馏塔回流罐，由催化蒸馏塔回流泵抽出，冷凝液一部分送往塔顶作为回 流，另一部分经萃取塔进料冷却器冷却后，送至甲醇萃取塔的下部作为进料。 甲醇萃取塔的用于分离未反应甲醇和 C4 馏份，用水作萃取剂。水进入萃取塔上部， 向下流动，与自下而上的甲醇和 C4 馏份共沸物逆流接触，甲醇进入水相。萃余液从塔 顶排至未反应 C4 罐，然后用未反应 C4 泵送至液化气罐区储存。萃取液为甲醇水溶液， 从塔底用甲醇回收塔进料泵抽出，送至甲醇回收塔进料-萃取水换热器换热后进入甲醇 回收塔。 在甲醇回收塔中甲醇从水溶液中解析出来从塔顶馏出，经甲醇回收塔冷凝器冷凝后 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 20 进入甲醇回收塔回流罐，由甲醇回收塔回流泵抽出，一部分送往塔顶作为回流，另一 部分在装置内循环使用或送至甲醇罐区。塔底流出的是含微量甲醇的水，由萃取水泵 加压后先和甲醇回收塔进料换热，再经萃取水冷却器冷却后送入甲醇萃取塔顶部循环 使用。 工艺流程图见附图 4-1附图 4-2。 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 21 4.2.3 主要操作条件 主要操作条件见表 4-1: 表 4-1 主要操作条件 压力 MPa(A)温 度 回流 比 备 注 设备名称 塔顶塔底进料 回 流 塔 顶 塔底 原料净化-醚化 反应器 1.045.065.0 催化蒸馏塔 0.7570.0 40. 0 55. 8 130. 0 1.0 甲醇萃取塔 0.840.0 40. 0 40.0 甲醇回收塔 0.1580.040 71. 8 11010.0 4.2.4 装置占地、建筑面积及定员 1) 占地、建筑面积 装置包括反应部分和甲醇回收部分。装置平面布置按其功能划分为塔区、框架区、 管廊区、检修场地及消防通道等。 装置占地面积：4223=966m2。建筑面积 426=252m2 装置平面布置见附图 4-3。 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 22 2）定员 本装置定员按照四班三倒编制，每班内操 2 人、外操 4 人、班长 1 人，共 28 人。 本装置人员由公司内部调配，如果将 MTBE 与气分装置设置为一个装置，人员根据情 况适当减少。 4.2.5 设备选型 原料净化-醚化反应器中装有 S 型大孔径磺酸阳离子交换树脂，该树脂具有强酸性， 故反应器壳体材质选用 20R+0Cr18Ni10Ti 复合钢板，内件选用 0Cr18Ni10Ti。催 化蒸馏塔接触催化剂部分衬不锈钢，材质为 0Cr18Ni10Ti，甲醇萃取塔的筛孔塔板， 塔板材料选用 1Cr13,以防止萃取塔塔盘筛孔因腐蚀扩大而影响萃取效果。 本装置中复合钢板设备的封头厚度较小，可以用复合钢板压制成型，且比堆焊复层 质量好，成本低。 本装置中的主要设备见表 4-2。 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 18 表 4-2主要工艺设备表 操作条件 序 号 设备编号设备名称 型号或规格 （直径高壁厚） 结构 特征介质 温度 压 力 Mpa （表） 数 量 台 重 量 t 主体材 质 备 注 一反应器类 1R- 101/1，2 原料净化-醚化 反应器 12002500 0（10+3） 三段 催化剂 床层 C4=、甲醇、 MTBE 650.921 82 复合钢 板 20R+0Cr 18 Ni10Ti 每 台 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 19 序 号 设备编号设备名称 型号或规格 （直径高壁厚） 结构 特征 操作条件 数 量 台 重 量 t 主体材 质 备 注介质 温度 压 力 Mpa （表） 二塔 类 1C-101 催化蒸馏塔 14005445 0（12+3） 十段 催化剂 床层 C4=、甲醇、 MTBE 55/1 30 0.7 5 16 0 20R+0 Cr18 Ni10Ti 2C-102 甲醇萃取塔 1400/100 02000/23000 （14+3） 37 层筛孔 塔板 C4 组分、 水、 甲醇 400.813 5 16MnR 3C-103 甲醇回收塔 10002600 内装水、甲醇 1200.11216MnR 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 20 序 号 设备编号设备名称 型号或规格 （直径高壁厚） 结构 特征 操作条件 数 量 台 重 量 t 主体材 质 备 注介质 温度 压 力 Mpa （表） 012 10m 高 填料 52 三容器类 1D-101 C4 原料罐 22006000 12 卧式C4 组分 400.4 5 1716MnR 2D-102 催化蒸馏塔回流 罐 18006000 10 卧式C4 组分、 甲醇 400.51516MnR 3D-103 甲醇回收塔进料 12002800 卧式甲醇、水 400.111.16MnR 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 21 序 号 设备编号设备名称 型号或规格 （直径高壁厚） 结构 特征 操作条件 数 量 台 重 量 t 主体材 质 备 注介质 温度 压 力 Mpa （表） 闪蒸罐 852 4D-104 甲醇回收塔回流 罐 12006000 10 卧式甲醇 40 常 压 14. 0 16MnR 5D-105 未反 C4 罐 18005800 12 卧式 带分水 包 C4 组分、 水 400.414. 8 16MnR 6D-106 开停工罐 24006000 10 卧式甲醇、 C4、MTBE 500.511 1.1 16MnR 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 22 序 号 设备编号设备名称 型号或规格 （直径高壁厚） 结构 特征 操作条件 数 量 台 重 量 t 主体材 质 备 注介质 温度 压 力 Mpa （表） 、N2 7D-107 甲醇净化器 5001500 8 立式甲醇 401.210. 4 16MnR 8D-108 凝结水罐 8002390 8 立式水 1600.610. 6 16MnR 9D-109 蒸气分水器 8002000 10 立式蒸汽 1791.010. 6 16MnR 1D-110 净化空气罐 8002800 立式空气 400.710.16MnR 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 23 序 号 设备编号设备名称 型号或规格 （直径高壁厚） 结构 特征 操作条件 数 量 台 重 量 t 主体材 质 备 注介质 温度 压 力 Mpa （表） 088 1 1 D-111 净化空气脱尘罐 3251322 6 立式空气 400.610. 3 16MnR 1 2 D-112 甲醇原料罐 26006000 10 卧式甲醇 40 0 15 11. 2 16MnR 三冷换设备 1 2 四泵类 2 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 24 序 号 设备编号设备名称 型号或规格 （直径高壁厚） 结构 特征 操作条件 数 量 台 重 量 t 主体材 质 备 注介质 温度 压 力 Mpa （表） 0 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 20 5 原料、辅助材料及燃料供应原料、辅助材料及燃料供应 5.1 原料原料 本装置原料来源于上游的气体分馏装置，由于原料中的碱性物质和金属阳离子可使 催化剂中毒，应限制其总量3ppm。另外，原料中所含的水会与异丁烯反应生成叔丁 醇，因此对原料中的含水量必须有所限制，C4 馏分的饱和含水量一般为 300500ppm，生成的叔丁醇对燃料型 MTBE 质量影响不大，但应脱除 C4 馏分所 含的游离水。 针对液化气精制部分可能造成的原料中胺、碱、金属阳离子、游离水等杂质含量高 的情况，可采取如下两种预防措施：1）在物料进反应器前的管路上增加两台原料净化 器，每台净化器中装有与醚化催化剂性能基本相同的保护性催化剂树脂，这样即使原 料中阳离子等杂质超标，它们只能使净化器中的树脂失活，而不影响反应器中的催化 剂，通过化验分析净化器前后的阳离子含量情况，及时切换净化器，这样可使反应器 中催化剂的使用寿命大大延长。2）在原料管路上增设脱尘脱水器，进一步除去胺、碱、 游离水。其原理为：依靠液/液两相的密度差，利用流体在旋流管内高速旋转产生的离 心力将胺、碱、游离水液滴从液化石油气中分离出来，从而达到液化石油气净化的目 的。 气体分馏装置生产的 C4 馏分的组成见表 5-1。 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 21 表 5-1C4 馏分组成 序 号 组分 (w)% 备注 1 丙烷 0.49 2 丙烯 0.45 3 异丁烷 27.27 4 正丁烷 10.23 5 反丁烯-2 15.31 6 正丁烯 12.40 7 异丁烯 18.01 8 顺丁烯-2 10.65 9 异戊烷 3.05 1 0 正戊烷 0.08 1 1 1，3-丁二烯 0.44 1 2 碳五组分 1.62 甲醇组分由于厂家不同会有所差别，但应符合国家优等品指标, 见表 5-2。 表 5-2国标（GB338-92）优等品甲醇指标 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 22 序号项 目指 标说 明 1 色度（铂-钴） ，号 5 2 密度（20）0.7910.792g/c m3 3 温度范围（101325Pa）6465.5 4 沸程（包括 64.60.1） 0.8 5 高锰酸钾试验 50min 6 水溶性试验澄清 7 水分含量 0.1% 8 乙醇含量 100ppm 9 金属铁 0.05ppm 10 酸度 0.0015% 以 HCOOH 计 11 碱度 0.0002% 以 NH3 计 12 羰基化合物 0.002% 以 CH2O 计 13 蒸发残渣含量 0.001% 5.2 辅助材料辅助材料 本装置所用催化剂为 S 型大孔径磺酸阳离子交换树脂；二乙醇胺为催化剂的中和剂。 催化剂规格见表 5-3。 表 5-3催化剂规格规格 项 目技术指标备注 外观 灰色至灰褐色球粒 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 23 含水量，% 4852 重量交换容量/mmol.g-1 5.0 湿真密度/g.mL (20OC) 1.201.30 湿视密度/g.mL 0.750.85 粒度(0.351.2mm),% 95 催化剂及辅助材料数量见表 5-4： 表 5-4 催化剂及辅助材料数量表 序 号 名 称单位数量来 源 备注 1 反应催化剂吨/ 年 8 外 购 一次装入量 16 吨 催化剂寿命按 2 年计 2 二乙醇胺吨/ 年 1 外 购 一次装入量 0.05 吨 6 自动控制自动控制 6.1 概述概述 本可行性研究报告范围包括 2104t/aMTBE 装置及配套的储运设施。 MTBE 装置与现有的气体分馏装置共用一个控制室，共用一套 DCS。原 DCS 购置 于 1999，DCS 需要在原来的基础上升级扩容。 储运设施包括在罐区新建 2 个内浮顶产品罐。液位等仪表信号接入原罐区控制系统。 6.2 自动化水平自动化水平 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 24 控制系统采用分散控制系统（DCS） ，采用技术先进、质量可靠的仪表，自动化水平 达到国内同行业先进水平。 6.3 仪表选型仪表选型 根据本装置的介质特性、环境条件及防爆要求，本装置控制系统按本质安全系统设 计，相关仪表选用本质安全防爆仪表，本安级别不低于 iaCT4。个别仪表没有本质 安全型，则选用隔爆型仪表，隔爆级别不低于 dCT4，电动仪表防护等级不低于 IP65。变送器选用智能型变送器。关键仪表选用国外产品。 6.3.1 温度仪表 集中检测元件采用热电阻（RTD） 就地指示采用带外保护套管的双金属温度计。 6.3.2 压力仪表 一般介质压力采用弹簧管压力表； 集中压力检测采用智能压力变送器。 6.3.3 流量仪表 1)一般介质优先选用节流装置，采用 1法兰取压方式； 2)对流量较小、洁净介质的流量选用金属管转子流量计； 3)甲醇与汽油比值调节系统的流量测量采用质量流量计。 4)进出装置油品选用涡轮流量计，进出装置气体选用旋进旋涡流量计。 6.3.4 液位仪表 当测量范围1200mm 时，采用电动远传智能双法兰液位变送器；当测量范围 1200mm 时，采用浮筒式液（界）位计。储运罐区采用雷达液位仪表采用雷达液位 计。 6.3.5 调节阀 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 25 选用国内质量可靠的产品，以气动薄膜式执行机构为主。电-气阀门定位器随调节阀 成套配带。 6.3.6 可燃气体检测仪表 可燃气体检测器选用催化燃烧型。 6.3.7 安全栅 XX 地区气候干燥，接地电阻较大，再者多个装置共用一个控制室，存在接地等电位 的问题。使用隔离式安全栅，可以起到信号隔离作用，对接地要求低，因此本设计选 用隔离式安全栅。 6.3.8 DCS 选用先进可靠产品，要具有良好的人机界面，良好的控制性能，扩展性强，便于扩 容，系统开放，便于系统互联。 系统应具有完备的冗余技术，包括设备冗余和工作性能冗余。各级网络通讯设备和 部件必须 1:1 冗余。控制回路的 I/O 卡、控制器必须 1:1 冗余。所有电源设备和部件 必须 1:1 冗余。 6.3.9 控制室 工艺装置和现有气体分馏装置共设一个控制室。新增的两个 DCS 操作站布置于原 DCS 操作站旁。新增的两个机柜布置于原 DCS 机柜旁。 控制室新增用电负荷 4kVA，通过 UPS 供电。原 UPS 能够满足新增用电负荷的要 求。 6.4 控制系统控制系统 6.4.1 装置部分 DCS 设 2 个操作站，1 台打印机，1 台 DCS 机柜，1 台安全栅柜。 DCS 的 I/O 点数见下表。DCS 配置时予留 15%的备用量。 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 26 表 6-1本装置 DCS I/O 点数 序号信号类型用途冗余方式数量备注 1 AI，420mA控制1：1 30 2 AI，420mA检测非冗余 17 3RTD 检测非冗余 35 4AO 控制1：1 29 6.4.2 储运部分 罐区监控系统在原成品油罐区监控系统基础上扩容。由于罐区新增内容较少，不增 设操作站。罐区监控系统新增 I/O 见下表： 表 6-2 本装置 DCS I/O 点数 序号信号类型用途冗余方式数量备注 1 AI，420mA检测非冗余 2 2RTD 检测非冗余 2 3DI6 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 27 6.5 控制方案控制方案 6.5.1 装置部分 1) 醚化反应器进料 C4 原料与甲醇进料流量比值控制； 2) 催化分馏塔顶回流罐液位与萃取塔进料流量串级控制； 3) 催化蒸馏塔底部液位与催化蒸馏塔中间泵出口流量串级控制; 4) 萃取塔界位与塔底甲醇抽出量串级控制； 5) 甲醇回收塔液位与萃取水流量串级控制; 6) 甲醇回收塔温度与塔底重沸器热源(蒸汽)流量串级控制。 6.5.2 储运部分 油罐设雷达液位计、上下液位开关、热电阻温度计，信号传到储运控制室。 6.6 仪表正常工作保证措施仪表正常工作保证措施 1)选用质量和性能可靠的仪表。 2)DCS 控制回路 I/O 卡件采取冗余配置。 3)对易冻介质的引压管线保温伴热，以保证仪表引压管线的畅通和仪表正常测量。 4)现场电动仪表的防护等级不低于 IP65。变送器等有关现场仪表统一采用仪表保温 箱。 5)仪表供电采用 UPS。 中国石油 XXXX 厂 2 万吨/年 MTBE 项目 28 6.7 主要仪表设备一览表主要仪表设备一览表 表 6-3自控设备汇总表 序 号 仪表名称及规格型 号 单 位 数量备 注 一温度仪表 1 铂热电阻支 35 2 温度变送器台 8 二液位仪表 1 浮筒液位变送器台 6 2 雷达液位计台 2 三流量仪表 1 质量流量计台 2 2 金属管浮子流量计台 2 3 节流装置台 8 4 涡轮流量计 5 5 旋进