石化炼油乙烯一体化副产C4综合利用项目初步设计说明书

1、 福建联合石化福建联合石化 炼油乙烯一体化炼油乙烯一体化 副产副产 c4c4 综合利用项目综合利用项目 初步设计说明书初步设计说明书 团队名称：团队名称：浙江工业大学浙江工业大学 wing 团队团队 团队成员：团队成员：黄彬、邵晨熠、柯权力、杨塬、严海波黄彬、邵晨熠、柯权力、杨塬、严海波 完成时间：完成时间：2012 年年 7 月月 目目 录录 第一章第一章 项目总论项目总论.1 1.1 项目综述.1 1.2 项目可行性分析 .3 1.3 工艺设计.3 1.4 厂区及生产概况 .3 1.5 原料以及公用工程 .3 1.5.1 原料来源.4 1.5.2 原料选择.4 1.6 产品结构.4 1.6

2、.1 产品生产方案.4 1.6.2 目标市场.4 第二章第二章 总图布置总图布置.5 2.1 总图设计指导理念 .5 2.2.1 总厂平面布置简析 .5 2.2.2 总厂总图设计的借鉴意义 .6 2.3 本系统总图布置 .6 2.3.2 总图布置要求 .7 2.3.3 本系统总图 .7 2.3.4 总图布置详细说明.8 2.3.5 各分区介绍.10 2.4 主要技术经济指标 .13 2.5 总图设计优点总结 .14 第三章第三章 车间布置车间布置.15 3.1 设计参考标准.15 3.2 车间布置要求.15 3.3 本系统车间布置 .16 3.3.1 厂房的整体布置.16 3.3.2 厂房的平

3、面布置.16 3.3.3 设备布置.17 3.4 碰撞检查.20 3.5 小结.23 第四章第四章 产品方案及生产规模产品方案及生产规模.24 4.1 产品方案的选择 .24 4.1.1 丁二烯利用方案.24 4.1.2 etbe、mtbe 利用方案.24 4.1.3 1-丁烯、异丁烷利用方案.24 4.1.4 正丁烷、2-丁烯利用方案.24 4.1.5 其余组分利用方案.25 4.2 生产规模的选择 .25 4.3 产品和副产品的品种、规格及质量指标.25 第五章第五章 工艺设计方案工艺设计方案.28 5.1 设计思路.28 5.1.1 原料设计.28 5.1.2 工艺模块设计.28 5.1

4、.3 模块集成.29 5.2 各模块的具体工艺 .31 5.2.1 原料预处理模块.31 5.2.2 etbe-mtbe 联合醚化工段.32 5.2.3 异构化工段.53 5.3 工艺条件优化.57 5.3.1 全流程各塔操作参数的优化.57 5.3.2 脱异丁烷塔操作参数的优化.57 5.3.3 etbe 精制塔操作参数的优化.68 5.3.4 乙醇水洗塔操作参数的优化.68 5.3.5 乙醇再生塔操作参数的优化.69 5.3.6 mtbe 催化精馏塔操作参数的优化.69 5.3.7 mtbe 精制塔操作参数的优化.69 5.3.8 脱轻组分塔操作参数的优化.69 5.3.9 临氢异构-催化

5、精馏塔操作参数的优化.69 5.3.10 异构化后处理塔操作参数的优化.69 5.4 全流程各塔操作参数总结 .70 5.5 全流程模拟.70 5.6 全系统热集成.72 5.7 工艺流程叙述.73 5.7.1 原料预处理工段.73 5.7.2 etbe-mtbe 联合醚化工段.73 5.7.3 异构化工段.76 第六章第六章 设备设计方案设备设计方案.79 6.1 设计原则.79 6.1.1 反应器设计原则.79 6.1.2 塔设备设计原则.79 6.2 设计标准.79 6.3 设计选型范围.80 6.4 非标设备设计.80 6.4.1 塔的设计.80 6.4.2 塔器一览表.81 6.5

6、标准设备设计.89 6.5.1 换热器设计说明.89 6.5.2 换热器设计.92 第七章第七章 自动控制系统设计自动控制系统设计.93 7.1 设计思路.93 7.2 控制方案设计.93 7.2.1 泵的控制.93 7.2.2 换热器的控制（前馈-反馈控制系统、分程控制系统） .95 7.2.3 反应器的控制.98 7.2.5 原料配制系统的控制.105 7.2.6 系统开车控制方案.109 7.2.7 其他控制方案.110 7.3 联锁保护系统.111 7.4 有害气体检测系统.112 7.5 控制系统构建.112 7.5.1 测控点统计.112 7.5.2 测控系统构建.112 第八章第

7、八章 给排水工程给排水工程.116 8.1 设计概述.116 8.1.1 设计范围.116 8.1.2 设计原则.116 8.2 设计规定.116 8.2.1 设计专业标准规范.116 8.2.2 专业相关规定.117 8.3 给水系统.117 8.4 排水系统.118 8.4.1 生活污水排水系统.118 8.4.2 生产污水排水系统.118 8.4.3 冷却水排放.118 8.4.4 雨水排放系统.118 8.5 消防用水系统.119 8.5.1 总述.119 8.5.2 系统概述.119 8.5.3 消防水管网.119 第九章第九章 供电配电工程供电配电工程.121 9.1 说明.121

8、 9.1.1 概述.121 9.1.2 原则.121 9.2 国家标准.121 9.3 供电方案.122 9.3.1 系统用电负荷及负荷等级.122 9.3.2 全厂供电方案.122 9.4 配电设计.122 9.4.1 装置环境特征.122 9.4.2 选型和敷设方式要求.123 9.4.3 电动机.123 9.4.4 大型电动机的启动方式.123 9.5 照明系统.124 第十章第十章 防雷、防静电工程防雷、防静电工程.125 10.1 说明.125 10.2 标准.125 10.3 系统普通建筑物防雷 .125 10.4 系统户外装置的防雷 .126 10.4.1 露天储罐装设有爆炸危险

9、的金属封闭气罐和工艺装置的防雷.126 10.4.2 输送管道的防雷.127 10.5 静电装置和接地 .127 10.5.1 设备接地装置.127 10.5.2 储罐区防静电装置.128 第十一章第十一章 电信工程电信工程.129 11.1 概述.129 11.2 原则.129 11.3 电信方案.130 第十二章第十二章 土建工程土建工程.131 12.1 设计范围.131 12.2 设计依据.131 12.3 建筑工程.132 12.3.1 设计原则.132 12.3.2 设计标准.133 12.3.3 设计方案.134 12.4 结构工程.136 12.4.1 设计原则.136 12.

10、4.2 设计标准.136 12.4.3 设计方案.137 第十三章第十三章 供热工程供热工程.139 13.1 概述.139 13.2 蒸汽系统.139 13.2.1 设计原则.139 13.2.2 设计方案.140 第十四章第十四章 采暖通风及空气调节采暖通风及空气调节.142 14.1 设计说明.142 14.1.1 概述.142 14.1.2 设计目标.142 14.2 设计标准.142 14.3 采暖方案.143 14.3.1 设计概述.143 14.3.2 设计方案.143 14.4 通风方案.143 14.4.1 设计概述.143 14.4.2 设计方案.143 14.5 空气调节

11、方案.144 14.5.1 设计概述.144 14.5.2 设计方案.144 第十五章第十五章 环境保护环境保护.145 15.1 设计依据及说明 .145 15.1.1 设计依据.145 15.1.2 设计说明.146 15.2 厂址与环境现状 .146 15.3 主要污染物、污染源分析以及处理.146 15.3.1 废气处理.147 15.3.2 废液处理.149 15.3.3 废渣处理.149 15.4 噪声污染及控制措施 .150 15.5 生态.152 15.6 厂内绿化.152 15.7 创新性小结.152 第十六章第十六章 节能节能 .153 16.1 设计说明.153 16.1

12、.1 概述.153 16.1.2 设计原则.153 16.2 节水.153 16.3 节能.154 16.4 节约材料.154 16.5 采暖通风设备.154 16.6 其他.155 第十七章第十七章 储存与运输储存与运输.156 17.1 概述.156 17.2 使用标准.156 17.3 储运管理制度.156 17.4 储存.158 17.4.1 储罐.158 17.4.2 储存方案.158 17.4.3 储罐选择.158 17.4.4 储罐区安全措施.159 17.5 运输.160 17.5.1 概述.160 17.5.2 道路布置.160 17.5.3 出入口及物流布置.161 第十八

13、章第十八章 维护与维修维护与维修.162 18.1 设计说明.162 18.1.1 概述.162 18.1.2 设计原则.162 18.2 设备维护与维修管理 .162 18.2.1 设备维护、维修的基本途径.162 18.2.2 设备维修、维护的基本内容.163 18.3 维修人员的管理 .164 18.3.1 维修人员的主要任务.164 18.3.2 维修人员的能力要求.164 18.3.3 维修人员的管理要求.165 第十九章第十九章 消防消防 .166 19.1 概述.166 19.2 标准.166 19.3 消防建设.167 19.3.1 厂房防火防爆.167 19.3.2 储罐区防

14、火防爆.168 19.3.3 c4 综合利用系统防火间距.168 19.4 消防系统.169 19.4.1 概述.169 19.4.2 给水系统.169 19.4.3 供电系统.169 19.4.4 水消防系统.170 19.4.5 泡沫灭火系统.170 19.4.6 干粉灭火系统.171 19.4.7 移动式灭火系统.171 19.5 日常消防管理.171 第二十章第二十章 工厂组织与劳动定员工厂组织与劳动定员.173 20.1 组织结构.173 20.2 机构职权.173 20.3 管理机制.176 20.4 企业文化.176 20.5 生产班制.176 20.6 系统定员.176 20.

15、7 员工培训.177 20.7.1 工人、技术人员和生产管理人员来源.177 20.7.2 人员培训规划.178 第二十一章第二十一章 产品营销产品营销.179 21.1 营销概要.179 21.2 营销总体战略目标 .179 21.2.1 产品定位与策略.179 21.2.2 定价策略.179 21.2.3 营销策略.180 21.3 宣传策略.180 21.4 中长期营销战略 .181 第二十二章第二十二章 劳动保护和卫生安全劳动保护和卫生安全 .182 22.1 编制依据及设计采用的标准规范.182 22.1.1 安全生产和工业卫生防护的原则与要求.182 22.1.2 国家及行业的规范

16、和规定.182 22.2 生产过程中职业危害因素分析.183 22.2.1 自然条件.183 22.2.2 总体布置.183 22.2.3 生产过程中的危害因素.183 22.2.4 有害物质对人体的危害.184 22.3 职业危害因素的防范与管理 .184 22.3.1 建（构）筑物的设计.185 22.3.2 装置布置.185 22.3.3 消防.185 22.3.4 防爆.186 22.3.5 静电与雷击的预防.186 22.3.6 中毒事故的预防.186 22.3.7 绿化.187 22.3.8 应急处理.187 22.3.9 设备安全.187 22.3.10 防护措施.187 22.

17、3.11 工艺和自控.188 22.3.12 电气及电信.188 22.3.13 其他.189 第一章第一章 项目总论项目总论 1.11.1 项目综述项目综述 能源是经济和社会发展的基础，能源的生产与供应一直受到各国政府的 高度重视，而石油更是能源中各国关注的焦点，为争夺石油资源的战争时 有发生。近年来，石油价格持续攀升， 而石油工业副产的 c4馏分化工利用 率很低，不符合可持续发展及我国能源战略。 目前，国内c4的化工利用刚刚起步，大部分 c4馏分仅作为低附加值的 民用燃料使用，化工利用率仅 16%。究其原因， 炼油化工装置规模偏小，一 体化程度低，乙烯、催化装置副产c4并没有整合一起，统一

18、加工，而是依托原 装置分头加工；除丁二烯萃取、mtbe生产技术外，我国尚缺乏大型化c4利用 的成套装置和成熟技术。 在当前国情下， c4的系统性综合性化工利用应从国内大型石化综合企业 开始实施。福建联合石化作为国内第一个集炼油、乙烯生产、成品油销售于 一体的大型石化综合企业，应把一体化项目副产 c4的综合利用作为当前一 项重要任务。 本项目依据当今市场需求，为福建联合石化炼油乙烯一体化项目设计了一 套c4综合利用的子系统，承接一体化项目副产的全部 c4，生产 etbe、mtbe、聚合级1-丁烯等高附加值的产品，实现了物料、能量的集成， 丰富了一体化项目的产品结构，为泉港工业园区内中下游化工企业

19、提供了原 料，更加紧密了总厂与中下游企业的联系，无论从经济角度还是完善能源利 用方式都有极其重要的战略意义。 本项目包含： 一套原料预处理装置一套原料预处理装置 一套一套etbe-mtbe联合醚化装置联合醚化装置 一套异构化装置一套异构化装置 本项目以福建联合石化炼油乙烯一体化项目 生产的c4为原料，对其进行了 综合利用。 本项目的主要创新包括： 提出 etbemtbe 联合醚化工艺，深度脱除原料 c4 中的异丁烯， etbe、mtbe 产品产量根据市场可调控，灵活多变。 设计内取热的液固流化床反应器，散式流化，无气泡，固液接触面大，转 化速率高。 为解决系统异构化模块中异构化后处理塔产生的异

20、丁烯回到原料预处理模 块这一物料循环对系统稳定性的影响，本系统专门设计了快速开车方案， 原料配置系统，并运用了多种复杂控制，如前馈-反馈控制，分程控制等对 系统进行了有效控制。 通过超重力蒸馏、双效精馏及新的分离技术，全面节能降耗。 采用三级水洗，减少新鲜水用量。 采用 dj-3 及 dj-5 新型塔板，很好得解决了精馏塔液量过大的问题，减小 塔径，大大降低了设备的投资费用。 通过临氢异构化工艺，将催化加氢、双键异构、1-丁烯分离集合到一个催化 精馏塔中，大大降低了设备费用。 创新性地应用 navisworks 软件的碰撞检查功能找出设计初期的不合理碰撞， 及时改进，提高三维配管设计及设备布置

21、的合理性。 将蒸汽裂解 c4 与炼厂 c4 进行合理配置，使其在具有较高经济价值的同时 具有较大产量，以此混合 c4 作为此 c4 利用系统原料。 利用 aspen plus 对各精馏塔的相关操作参数，如塔板数、塔顶流率、回流 比、操作压力和进料板位置等因素进行灵敏度分析，在确保达到控制指标 的前提下，得到最优的操作条件。 1.21.2 项目可行性分析项目可行性分析 本项目隶属于福建联合石化，中外合资资源丰富。经分析及论证，本系统 对 c4 馏分的加工已经比较完善，总体的思路就是将其中低附加值的组分转换 成高附加值的组分，充分挖掘 c4 组分潜在的化学价值，实现能量的梯级利用， 物料的循环利用

22、，真正体现出可持续发展的理念。具体内容参见可行性报告。 1.31.3 工艺设计工艺设计 图 1.1 本项目工艺设计 1.41.4 厂区及生产概况厂区及生产概况 由于本项目所设计的工艺主要是利用混合 c4 生产 etbe，聚合级 1-丁烯工 艺。所以优先考虑总厂地处较发达地区，靠近产品市场或总厂有自我消化能力。 经过比选，福建联合石油化工有限公司符合选址条件。 1.51.5 原料以及公用工程原料以及公用工程 1.5.11.5.1 原料来源原料来源 本系统所有原料均由福建联合石化提供，由于炼油乙烯一体化项目的特殊 性，c4 来源有两处催化裂化 c4 和乙烯裂解 c4。 1.5.21.5.2 原料选

23、择原料选择 选择催化裂化 c4 和乙烯裂解 c4 混合物作为原料可与总厂的一体化项目紧 密结合。 1.61.6 产品结构产品结构 1.6.11.6.1 产品生产方案产品生产方案 以 c4 馏分作为原料，生产聚合级 1-丁烯、etbe、mtbe（少量） 、异丁烷。 聚合级 1-丁烯供给总厂作为生产 lldpe 的第二单体，异丁烷供给总厂用于生 产烷基化汽油。分离出的 1,3-丁二烯供给下游企业生产合成橡胶，正丁烷供给 下游企业生产 1,4-丁二醇等，残余馏分回总厂稀释 c4 炔烃。 1.6.21.6.2 目标市场目标市场 etbeetbe：从本项目的产品集成中可看出，考虑到总厂每年可提供750万

24、吨高品 质成品油，其中包括车用汽油、轻柴油等，而总厂并未生产高辛烷值汽油 添加剂，所以本项目所产etbe主要供给总厂。另外，占总厂四分之一股份 的埃克森化工是世界上第三大石油化工公司，在100多个国家里，每年销售 超过1700万吨的石油化工产品。目前在国外，尤其是欧洲日本市场，etbe 的市场非常广阔，可借由埃克森化工的销售能力对本系统所产etbe进行外 销。 mtbe:mtbe: 在中国，mtbe 的市场相对广阔，主要供给总厂做油品添加剂。 1-丁烯丁烯：本工艺分离出来的聚合级产品回给总厂作为高级 -烯烃用于与乙 烯生产共聚物 lldpe。 异丁烷异丁烷：分离后供给总厂生产烷基化汽油。 第二

25、章第二章 总图布置总图布置 2 2. .1 1总总图图设设计计指指导导理理念念 “改革工厂设计模式，提高工程水平 ”这是中石化集团公司根据形势要 求，针对设计中存在的问题提出的设计质量方针。总图专业，其自身的特点 决定了在这个系统工程中，必须起到龙头地位。而总图设计模式改革，体现 在将辅助系统充分依托社会、明确企业生产职能的前提下，精心、合理地进 行设计，达到节约投资、减少定员、降低能耗、优化企业经济效益的目的。 应用到本项目上，在进行总图设计时，应遵循 “将辅助系统充分依托总 厂，明确本系统的生产任务与作用的前提下，精心、合理地进行设计，达到 节约投资、减少定员、降低能耗、优化企业经济效益的

26、目的 ”的指导理念。 2 2. .2 2. .1 1总总厂厂平平面面布布置置简简析析 图2.1为总厂平面布置示意图。其设计有以下几大特点：密集型布置、采 用联合装置、单元组合（将关系密切的单元组合布置，如机电仪三修一体化） 、建筑综合、合理确定通道宽度等。 实践证明，总厂的设计，虽然存在一些缺陷，但总体上是成功的，它体 现在以下几个方面： 节约用地效益、缩短间距效益、密集布置效益等；其不 足之处是消防方面现代化程度低，与密集型布置不配套。 图2.1 总厂平面布置示意图 2 2. .2 2. .2 2 总总厂厂总总图图设设计计的的借借鉴鉴意意义义 由于本系统是针对总厂预留空地的扩建项目，所以在进

27、行总图设计时除 应考虑当地气候，周边环境等因素外，更为重要的是，如何做到与总厂布局 协调统一，所以研究总厂的总图是必要的。由以上的阐述，我们可以得出以 下结论： 本系统的布局大体应与总厂一致； 总厂总图设计的优点应该尽量沿袭，不足之处应该努力改进（如防 方面的隐患）； 总厂拥有完善的公用工程体系，所以本系统的循环水、蒸气、冷剂等均 可由总厂提供，大大节约成本。行政生活区也可与总厂共用，只需设立简易 的办公楼即可。 2 2. .3 3 本本系系统统总总图图布布置置 2 2. .3 3. .1 1 总总图图布布置置参参考考的的标标准准规规范范 石油化工企业设计防火规范 （gb 50160-2008

28、） 石油化工企业环境保护设计规范（ shj3024-1995） 石油化工企业总体布置设计规范 （sh/t3032-2002） 石油化工企业厂区总平面布置设计规范 （sh/t 3053-2002） 总图制图标准 （gb/t50103-2001） 工业企业总平面设计规范 （gb50187-93） 建筑设计防火规范 （gb 50016-2006） 化工企业总图运输设计规范 （hgt20649-1998） 2 2. .3 3. .2 2 总总图图布布置置要要求求 生产要求 首先要保证径直和短捷的生产作业线，尽可能避免交叉和迂回，使各物料 输送距离最短。 安全要求 化工企业具有易燃、易爆、有毒的特点，厂

29、区应充分考虑安全布局，严格 遵守防火、卫生等安全规范和标准的有关规定，并考虑一旦发生危险时能 及时疏散和有效救援。 发展要求 厂区布置要求有较大的弹性，使其对工厂的发展变化有较大的适应性。 其他要求 考虑到本系统的特殊性（扩建项目），除须满足上述基本要求外，还须保 证本系统的建成，不会影响到总厂的正常生产，不会对总厂的总体布局产 生不利的影响。 2 2. .3 3. .3 3 本本系系统统总总图图 本系统位于总厂东北角预留空地上，具体位置如图2.1 所示。综合考虑 了当地气候、周边环境、总厂布置等要素之外，设计了如下图所示的总图： 图 2.2 总图布置 图 2.2 系统总图 2.3.42.3.

30、4 总图布置详细说明总图布置详细说明 系统征地系统征地：c4 综合利用区选择在总厂东北处预留空地上，靠近总厂工艺装 置区和产品储罐区。 区域划分区域划分：本系统可分为三块，即辅助生产区、工艺装置区、产品储罐区， 布局与总厂基本保持一致。由风玫瑰图可以看出，厂区主导风向为东北风，所 以新建的储罐区不会对总厂原有工艺装置区和生活区造成不利影响。 道路布置道路布置：本系统道路宽为 15m 和 12m，符合安全规范的要求。各出入口 的确定主要依据周边原有道路的分布情况，尽量做到与总厂原有道路布局统一。 储罐区道路为车流通道，是往来于本系统和总厂间运输车主要活动区域，南部 靠近工艺装置区和辅助生产区的道

31、路为人流通道，是往来于车间和办公区的工 作人员主要活动区域。人流通道和车流通道分别布置，中间由绿化带隔开，保 证人车分离。 管廊布置管廊布置：来自总厂公用工程的冷剂、蒸气以及原料等统一由公共管廊运 输至 c4 综合利用车间，生产的产品也通过管廊统一输送至各储罐区，布置时， 应尽量使路径最短。 厂区绿化厂区绿化：绿化是工厂的重要组成部分，合理的绿化设计既可美化环境， 改善小气候，又可防止火灾蔓延，减少空气污染。 罐组间道路两侧种植含水分较多的行道树，可以在火灾发生时起到隔离保 护的作用；在 etbe 和 mtbe 罐组内种植高度低于 15cm 的常绿草皮，利于降 低环境温度，减少可燃液体蒸发损失

32、，有利防火。1-丁烯和异丁烷产品罐组内 严禁绿化。 储罐区和工艺装置区用绿化带隔开，一是为了改善局部环境，二是为了保 证罐区与车间的防火间距，由于生产区内有多种易燃易爆的危险物品，为了 防止发生意外时，树木会使火势加大，阻碍消防车辆的通过，因此不宜在生 产区种植过多的树木。另外，为防止绿化植物对管线、管道布置的影响，生 产区的绿化主要以车间周围带状绿地为主。 在辅助生产区，由于人员比较集中，所以绿化的主要目的是美化环境， 净化空气。 安安全全距距离离：包括储罐间距、罐组间距、罐组与工艺装置区间距、道路宽 度、罐组与厂区内重要设施间距等，是总图布置重要的安全要求。从下表数 据看出，本系统设计符合

33、 石油化工企业设计防火规范 。 表 2.1 c4 综合利用区主要防火间距一览表 实实际际距距离离（ m）最最小小安安全全距距离离（ m） 立立式式储储罐罐间间距距d0.6d 球球罐罐间间距距dd 罐罐组组间间距距217 罐罐组组与与工工艺艺 装装置置区区间间距距 7270 道道路路宽宽度度15,129 罐罐组组与与变变电电站站距距离离9050 立立式式储储罐罐防防火火堤堤高高度度1.512.2 球球罐罐防防火火堤堤高高度度0.40.6 储储罐罐与与防防火火堤堤内内堤堤脚脚距距离离43 与与总总厂厂消消防防站站距距离离3802500 距距离离类类型型实际距离（ m）最小安全距离（ m） 立立式式

34、储储罐罐间间距距d0.6d 球球罐罐间间距距dd 2.3.52.3.5 各分区介绍各分区介绍 1）辅助生产区 图 2.3 辅助生产区示意图 辅助生产区由办公楼、三废预处理车间、变电站、控制室（位于车间楼层 内）组成。各建筑周围均有绿化带。总厂消防站位于本系统东南角，当有紧急 情况发生时，可以第一时间展开救援，所以本系统不单独建造消防站。 2） 工艺装置区 图 2.4 工艺装置区示意图 工艺装置区的设计，主要参考总厂的密集型布置理念，采用工艺装置与中 控室等组成复合型车间的形势，可以大大地节约用地，缩短物料路径。其不足 之处是消防方面现代化程度低，与密集型布置不配套。 本系统在设计上很 好地解决

35、了这个问题： 首先，车间呈条形布置，通风性好，利于空气流通，气体的扩散。其次， 车间与主干道之间留有足够的广场，当有火灾事故发生时，消防车有足够的 空间发挥消防力量，保证消防的效率。 3）产品储罐区 图 2.5 储罐区示意图 产品储罐区分为：异丁烷产品储罐组、聚合级 1-丁烯产品储罐组、etbe 产 品储罐组、mtbe 产品储罐组和装卸区。储罐区的布局主要参考了石油化工企 业设计防火规范（ gb50160-2008），储罐间距、储罐与防火堤距离、防火 堤高度等设计均符合规范。 2.42.4 主要技术经济指标主要技术经济指标 异丁烷 产品储罐 聚合级 1-丁烯 产品储罐 etbe 产品储罐 mt

36、be 产品储罐 表 2.2 主要技术经济指标 序号序号名称名称单位单位数量数量 01系统用地面积m243480.1 02建筑物总占地面积m26476.2 03辅助生产区面积m23826.1 04生产区面积m24246.7 05储罐区面积m219772.4 06仓储装卸区面积m22932.2 07道路面积m218772.8 08绿化面积m28294.8 09管廊面积m21234.7 10建筑面积%14.9 11绿化系数%19.1 12道路用地占比%43.1 13管廊用地占比%2.8 2 2. .5 5 总总图图设设计计优优点点总总结结 以人为本，安全规范的理念贯穿始终； 与总厂布局协调，不打破原

37、有格局； 合理用地，在保证生产能力的前提下，节约用地； 区域集中布置，便于管理，保证人车分离； 合理绿化，既美化环境，又利于防火； 车间密集型布置，同时很好地解决其带来的消防隐患。 第三章第三章 车间布置车间布置 3.13.1 设计参考标准设计参考标准 石油化工工艺装置布置设计通则 （sh3011-2000） 化工装置设备布置设计规定 （hgt20546-2009） 石油化工管道布置设计通则 （sh3012-2000） 石油化工企业厂区总平面布置设计规范 （sht3053-2002） 石油化工企业工艺装置管径选择导则 （sht3035-2007） 石油化工企业设计防火规范(gb 50160-2

38、008) 黄璐，王保国. 化工设计. 北京：化学工业出版社，2001.2 林大钧. 化工制图. 上海：华东理工大学出版社. 2010.7 3.23.2 车间布置要求车间布置要求 能够或宜于露天布置的设备尽量布置在室外； 生产工艺方面的要求 应尽量使工艺流程顺、工艺管线短、工人操作方便 和安全，还要考虑原料和产品有适当的运输通道； 要有合适的设备间距 设备的安装、检修方面的要求 笨重的或运转时能产生很大震动的设备（如压缩机、泵）应尽可能集中布 置在底层，以减少厂房的荷载和震动； 设备布置和管线布置要密切联系； 安全和防腐蚀方面的要求。 3.33.3 本系统车间布置本系统车间布置 3.3.13.3

39、.1 厂房的整体布置厂房的整体布置 由于本系统生产规模不大，车间各工段联系频繁，生产特点无显著差异， 厂区地势平坦，所以采用了集中式布置，将中控室、泵房管理室、化验中心和 车间组成集中式复合车间。 塔设备较高大，中间储罐、换热器等体型较大，采用室外布置，可以大大 地缩减厂房的建筑面积，降低厂房的防火防爆等级，简化厂房的防火防爆措施， 降低厂房的通风要求。 所有泵集中布置在底层，设泵房管理室统一管理。 3.3.23.3.2 厂房的平面布置厂房的平面布置 厂房的平面轮廓采用形，便于作全厂总平面布置，节约用地，方便设备 排列，便于安排交通和出入口，有较多墙面提供给自然采光和通风设计使用。 由于生产及

40、设备需要，厂房采用 9m9m 的柱网。 根据本工艺条件，塔设备较高，且操作岗位布置在塔中部，故采用多层厂 房形式，综合考虑了设备高度，设备安装、起吊、检修、拆卸时所需高度和管 道布置占据的空间等几个方面的因素，将层高设为 7.5m，共三层。符合建筑模 数制的要求(取 0.3m 的倍数)。 图 3.1 车间布置立面图（a-a 剖面） 图 3.2 车间布置立面图（b-b 剖面） 3.3.33.3.3 设备布置设备布置 集中布置 一层为泵房，设泵房管理室，二层主要为塔釜再沸器，设中控室，三层主 要为回流罐，四层主要为塔顶冷凝器： 图 3.2 一层车间平面布置图 图 3.3 二层车间平面布置图 图 3

41、.4 三层车间平面布置图 图 3.5 四层车间平面布置图 捆绑式布置 本系统脱异丁烷塔、脱轻组分塔、临氢异构化耦合反应精馏塔和异构化后 出理塔比较高，为了便于统一管理，降低风载荷，所以采用捆绑式布置， 将四个塔集中，在四层以上部分，设立联合平台，如图 3.5 所示。 图 3.5 车间三维效果图 设置合理的设备间距 设备间最小距离均参考相关安全距离的规定，符合条件，且在设备布置时 充分考虑了设备检修、安装方面的要求。 图 3.6 部分换热器布置图 尽量减少设备与设备、设备与管道、设备与柱、梁之间的碰撞、挤和重叠 等情况发生。该部分本团队采用软件 autodesk navisworks 的碰撞检查

42、碰撞检查功能， 对三维模拟车间的碰撞情况进行检查，有利于改进车间布置的合理性。 由于本工艺有较高的安全防火、防爆方面的要求，所以符合车间的泵房管 理室、中控室、化验室等均应设置防爆墙，楼道内设应急通道。 3.43.4 碰撞检查碰撞检查 简单介绍简单介绍 碰撞检查是针对三维模型，查找和报告场景中不同部分的冲突，分为硬碰撞、 软碰撞、间隙碰撞、副本碰撞四类。三维设计相较于二维设计最大的优点是 能够立体的看设计，甚至深入到各个角度，在二维设计上看不到的碰撞就有 可能发生。 在车间布置上的应用在车间布置上的应用 硬碰撞是指实体与实体之间的交叉和碰撞，是最常用的检查方式。用于检 查设备与梁、柱，设备与管

43、路的碰撞情况； 图 3.7 管道穿梁而过 图 3.8 管路碰撞 图 3.9 管路与设备碰撞 图 3.10 梁、柱的不合理碰撞 间隙碰撞是指两实体虽然没有直接碰撞，但距离小于规定值，所以是不符 合要求的碰撞。这类碰撞主要用于检查有保温层的管路与附近实体的碰撞 情况，检查换热器等需要保留一定维修间距的设备碰撞情况等； 副本碰撞是指两个相同的构建在空间上完全重合了，此类情况较少发生； 软碰撞是指两个实体虽然碰撞了，但碰撞的距离是被允许的，应该说大部 分的碰撞属于软碰撞。 碰撞检查意义碰撞检查意义 及时发现二维设计中难以发现的碰撞问题，在设计初期，通过碰撞检查功能， 检查出不合格的碰撞，及时改进，提高

44、工程质量。特别是在配管设计方面， 具有显著的优点。 3.53.5 小结小结 采用集中式复合车间，紧密了工艺装置与中控室、泵房管理室等的集成关 系； 设备分类集中布置，便于统一管理与维护； 采用捆绑式布置方式，设置联合平台，降低风载荷； 充分考虑设备维修等需要的间距，合理设置设备间距； 应用 autodesk navisworks 的碰撞检查功能对车间布置、配管设计进行优化； 贯彻安全生产的理念，在进行车间布置时充分考虑安全防火、防爆等方面 的问题，设置防爆墙，防爆门等保证员工的安全。 第四章第四章 产品方案及生产规模产品方案及生产规模 4.14.1 产品方案的选择产品方案的选择 4.1.14.

45、1.1 丁二烯利用方案丁二烯利用方案 总厂已有分离 1,3-丁二烯装置，产量约 12 万吨/年，全部供应福橡化工生 产 10 万吨/年丁苯橡胶，5 万吨/年顺丁橡胶。由于福橡化工是福建省内少数具 备生产合成橡胶的企业，所以未来十几年内，市场前景良好。 4.1.24.1.2 etbeetbe、mtbemtbe 利用方案利用方案 etbe 是本系统主要产品之一，产量达 18 万吨/年，另外还副产 1 万吨/年 mtbe。考虑到总厂每年可提供 750 万吨高品质成品油，其中包括车用汽油、 轻柴油等，而总厂并未生产高辛烷值汽油添加剂，所以本系统所产 etbe 和 mtbe 主要供给总厂，也可外销。 4

46、.1.34.1.3 1-1-丁烯、异丁烷利用方案丁烯、异丁烷利用方案 本工艺分离出来的约 4.4 万吨/年聚合级 1-丁烯回给总厂作为高级 -烯烃 用于与乙烯生产共聚物 lldpe。 9 万吨/年异丁烷分离后供给总厂生产烷基化汽油。 4.1.44.1.4 正丁烷、正丁烷、2-2-丁烯利用方案丁烯利用方案 2-丁烯异构化之后转化成 1-丁烯等循环使用，所以不单独出产品。 正丁烷分离后供给下游厂家湄洲湾氯碱工业公司作为 1,4-丁二醇、四 氢呋喃、顺酐等原料。由于目前正丁烷脱氢工艺转化率较低，如果将来脱氢工 艺实现工业化，那么正丁烷的最佳利用途径是经脱氢后与 2-丁烯一起作为异构 化原料，循环利用

47、。产生的氢气可作为前一工段选择性加氢的原料。这样 一来，完美实现了物料的循环利用。 4.1.54.1.5 其余组分利用方案其余组分利用方案 本系统催化加氢后有一股塔顶出料组分为 c3、二甲醚、氢气，该部分料液 用于稀释分离 1,3-丁二烯时脱出的 c4 炔烃，达到安全标准以后，回总厂供热。 本工艺产生的废液经三废处理站预处理，达到一定指标以后，送回总厂， 由总厂统一处理。 4.24.2 生产规模的选择生产规模的选择 本系统所有原料均由福建联合石化提供，总厂年产 120 万吨/年 c4，考虑 到经济建设以及 c4 综合利用目前的限制因素等方面，本项目利用其中 30 万吨/ 年 c4 进行综合利用

48、。产品生产规模如表 4.1 所示。 表 4.1 产品生产规模 序号序号产品名称产品名称规格规格产量（万吨产量（万吨/年）年） 1高纯 1-丁烯聚合级4.4 2etbe优级品18 3mtbe优级品1 4异丁烷无9 5烷基化汽油混合5 4.34.3 产品和副产品的品种、规格及质量指标产品和副产品的品种、规格及质量指标 1)工业用聚合级 1-丁烯 表 4.1 聚合级 1-丁烯规格（sh1546-93） 项目项目质量指标质量指标 1-丁烯规格丁烯规格聚合级 1-丁烯丁烯/%（质量）（质量） 99.0 正、异丁烷正、异丁烷/%（质量）（质量）余量 异丁烯异丁烯+2-丁烯丁烯/%（质量）（质量） 0.6

49、1,3-丁二烯丁二烯+丙二烯丙二烯/（ml/ m3） 200 甲基乙炔甲基乙炔/（ml/ m3） 5 总羰基（以乙醛计）总羰基（以乙醛计）/（ml/ m3） 10 水（水（ml/ m3） 25 2)etbe 质量标准 表 4.2 etbe 产品指标 指标名称指标名称质量指标质量指标 外观外观无色透明液体 无机械杂质 etbe 含量含量/%(质量质量) 97.8 c4/%(质量质量) 0.1 二异丁烯二异丁烯/%(质量质量) 0.5 乙醇乙醇/%(质量质量) 0.1 tba 0.4 dee 0.2 3)mtbe 质量指标 表 4.3 mtbe 产品指标 指标名称指标名称质量指标质量指标 外观外观

50、无色透明液体 无机械杂质 mtbe 含量含量/%(质量质量) 98 c4/%(质量质量) 0.3 水（水（ml/ m3） 0.00028 甲醇甲醇/%(质量质量)0.1-0.4 二聚物二聚物/%(质量质量)0.3-0.6 4)异丁烷质量指标 表 4.4 异丁烷产品指标 指标名称指标名称质量指标质量指标 外观外观无色气体 异丁烷异丁烷/%(质量质量) 98 水水/%(质量质量) 0.002 酸（以酸（以 hcl 计）计）/%(质量质量) 0.0001 蒸发残留物蒸发残留物/%(质量质量) 0.01 气相中不凝性气体（气相中不凝性气体（25）/%(质量质量) 1.5 第五章第五章 工艺设计方案工艺

51、设计方案 5.15.1 设计思路设计思路 依据绿色工艺的要求，贯彻节能减排、提高经济效益的原则，同时参照国 内外 c4 利用工艺路线，我们对工艺原料、工艺模块均进行了创新设计，并在此 基础上进行了模块集成，各模块工艺比选，条件优化，全流程模拟、能量匹配。 最终完成了 c4 综合利用系统的工艺设计。 5.1.15.1.1 原料设计原料设计 由项目背景可知，石油化工行业在能源结构中占据绝对优势地位，使用石 油作为 c4 主要来源是经济可行的。以石油为来源的 c4 主要有蒸汽裂解 c4 和 炼厂 c4，两者在组成、经济价值、产量方面的差别很大：蒸汽裂解 c4 中烯烃 含量高，经济价值高，但是产量较低

52、，仅占 c4 总量的 5%；炼厂 c4 中烷烃含 量高，经济价值低，利用率很低，但是产量占 c4 总量的 90%以上。正是基于 上述考虑，我们将蒸汽裂解 c4 与炼厂 c4 进行合理配制，使其在具有较高经济 价值的同时具有较大的产量。这种混合 c4 将作为本 c4 综合利用系统的原料。 此举使我们的系统具有经济效益高、产品规模大、通用性好的特点。 5.1.25.1.2 工艺模块设计工艺模块设计 由市场分析可知，目前具有较高经济价值的 c4 产品为：聚合级 1-丁烯、 mtbe、etbe、烷基化汽油。其中，聚合级（高纯度）1-丁烯是经济价值最高 同时也是中国进口量较大的化学品。结合该产品国情与

53、c4 原料的特点，我们 确定了以下三个工艺模块：原料预处理、etbe-mtbe 联合醚化、异构化模块。 原料预处理模块是将组成差异极大的蒸汽裂解 c4 与炼厂 c4 处理配制成兼 具较高经济价值、较大产量的混合 c4，同时副产异丁烷用于生产烷基化汽油。 etbe-mtbe 联合醚化模块是三个模块的桥梁，也是本工艺的核心。它的 作用有两点：（1）作为新型的分离方法，通过反应精馏的方式将混合 c4 中的 异丁烯与 1-丁烯分离，为制备聚合级 1-丁烯提供条件；（2）副产大量的 etbe 和少量的 mtbe，以此作为产品，提高系统的经济性。 异构化模块的主要作用是，在接近热力学极限下，最大化生产聚合

54、级 1-丁 烯，同时将较多的 c4 重组分（2-丁烯，正丁烷）异构为异丁烯，用以最大化生 产 etbe 产品，大大提升了整个系统的资源利用率和经济效率。 各个模块涉及到的反应方程式如下： i-c4h8+ch3oh mtbe(甲基叔丁基醚) i-c4h8+c2h5oh etbe(乙基叔丁基醚) 2-c4h8 1-c4h8 i-c4h8 c4h10 i-c4h8 + h2 2 ch3oh ch3-o-ch3 +h2o 2 i-c4h8 dib（二聚异丁烯） i-c4h8+h2o tba（叔丁醇） 1-c4h8+ ch3oh msbe(甲基仲丁基醚) 2 c2h5oh c2h5-o-c2h5 +h2

55、o 5.1.35.1.3 模块集成模块集成 5.1.3.1 原料预处理模块 众所周知，mtbe 或者 etbe 装置要求异丁烯进料中异丁烯的质量分数不 小于 33%，1,3-丁二烯质量分数不大于 1010-6，杂质主要控制硫含量，一般要 求硫质量分数小于 1010-6。直接将蒸汽裂解 c4 或炼厂 c4 作为原料，或者单 纯依靠配比均难以满足进料要求。其原因在于，蒸汽裂解 c4 中丁二烯含量较 高，通常先抽提丁二烯，然后才可进入醚化工段。炼厂 c4 则是因为其硫含量 较高，异丁烯含量仅为 20%，异丁烷占炼厂 c4 总量的 45.5%，显然，单纯依靠 配比来满足醚化装置的要求难度较大。而原料预

56、处理模块正是解决该问题的良 好方法。 其次，异构化模块要实现最大化生产 etbe 产品，也需要一个与原料混合 的过程，该过程对于生产的稳定性具有极其重要的意义。 综合上述两点，我们可以得出这样一个结论：原料预处理工段为 etbe- mtbe 联合醚化、异构化单元提供条件，因此可以也应当作为第一个模块。 5.1.3.2 etbe-mtbe 联合醚化模块 聚合级 1-丁烯的纯度要求很高，通常异丁烯的质量分数应小于 0.29%。然 而，依靠普通分离方法分离沸点差仅为 0.54 的 1-丁烯和异丁烯显然很困难。 而利用 etbe，mtbe 的醚化反应来实现 1-丁烯和异丁烯的分离，则是很简单、 也很有

57、效的方法。它为异构化单元中 1-丁烯的分离创造了条件。因此将 etbe- mtbe 联合醚化模块作为第二个模块是理所应当的。 5.1.3.3 异构化模块 异构化模块的目标是最大化生产 1-丁烯和异丁烯，它将大量的 c4 重组分 异构为异丁烯，使 c4 组分的利用率大大提高，对于整个系统的经济性至关重 要。同时，它使三个工艺模块的联系变得紧密，系统的整体性大大提升。 5.1.3.4 模块集成的结果 通过前面的分析，我们得到了模块集成的结果，用图 5.1 表示如下： 图 5.1 模块集成 5.25.2 各模块的具体工艺各模块的具体工艺 针对三个工艺模块各自要完成的任务，比选其现有工艺，并在此基础上

58、提 出新的工艺路线。 5.2.15.2.1 原料预处理模块原料预处理模块 原料预处理模块包括蒸汽裂解 c4 中 1,3-丁二烯的抽提，炼厂 c4 脱硫，异 丁烷脱除，炼厂 c4 和抽余 c4 配料四个部分。由于母厂中已经进行了前两部分 的处理，因此在接下的论证中均以抽余 c4 和脱硫后的炼厂 c4 作为对象展开论 述。 5.2.1.1 前脱异丁烷 异丁烷在本工艺中属于惰性物质，从理论上讲，前脱异丁烷或者后脱异丁 烷均不会影响产品的质量。 本工艺均采用加压工艺。异丁烷在脱硫后的炼厂 c4 中含量很高，若不能及 时脱除将会消耗很多体积功。前脱异丁烷符合顺序分离的原则，可节约工 艺能耗，减少设备费用

59、。 脱硫后的炼厂 c4 中，异丁烷含量高达 33.5% ，异丁烯的含量为 17.8%；而 抽余 c4 中异丁烷的量仅为 1.41% ，异丁烯的量高达 44.6% 。如果不设前 脱异丁烷塔而直接混合进料，将不能满足联合醚化工段的进料要求，严重 影响后续产品质量。 异丁烷是 c4 中挥发度最大的组分，不难与其它 c4 组分分离。 5.2.1.2 原料配料 蒸汽裂解 c4 中异丁烷的含量仅为 1.41%。若先混合后脱异丁烷，脱异丁烷 塔的负荷将增加，因此，采用前脱异丁烷后进行原料配料是正确的。 5.2.1.3 热泵技术的使用 5.2.1.3.1 热泵技术 在模拟中我们发现前脱异丁烷塔存在以下三个问题

60、： 1、塔顶温度 9.4、塔釜温度 29.3，顶底温差较小，仅 19.9。 2、由于被分离的异丁烷和异丁烯的沸点接近，相对挥发度较小，分离困难， 回流比高，因此前脱异丁烷塔能耗较高 3、为了保证塔顶异丁烷的质量，脱异丁烷塔需在低压下进行，塔顶需采用 冷冻盐水进行冷凝。 通过对精馏节能技术的研究，我们发现热泵精馏可以很好地解决上述三个 问题。作为精馏过程有效的节能手段，热泵适合于顶底温差较小的系统，使用 热泵不仅使能耗费用急剧下降，而且生产操作时冷却介质的温度不再具有任何 决定性的影响。 根据流程，热泵可分为精馏塔闭式和精馏塔开式流程。由于前脱异丁烷塔 顶底物料均可作为工质，有较好的压缩特性和较