丁烯-1装置教材课件

中天合创鄂尔多斯煤炭深加工示范项目

1/3万吨/年MTBE/丁烯-1装置培训课件2013.11中天合创鄂尔多斯煤炭深加工示范项目主要内容装置概况工艺方案及物料平衡原料、产品、催化剂规格公用工程、催化剂、三废排放指标工艺流程及主要操作条件设备概况主要内容装置概况装置概况1/3万吨/年MTBE/丁烯-1装置为中天合创鄂尔多斯煤化工项目烯烃区的一部分。本装置的建设，以满足生产聚烯烃产品的需要。本装置采用的是中国石油化工科技开发有限公司（ST）的专利技术。

根据全厂加工总流程安排，本装置原料为MTO装置来的混合碳四，先经过选择性加氢去除原料中的二烯烃和炔烃组分；然后通过醚化反应—催化蒸馏组合工艺，利用C4中的异丁烯和甲醇反应生产MTBE产品，从而去除异丁烯组分；最后，通过精密分馏从未反应C4组分中分离出丁烯-1产品。

装置概况1/3万吨/年MTBE/丁烯-1装置为装置概况

装置生产的甲基叔丁基醚（MTBE）产品由于其辛烷值很高，所以是生产无铅、含氧和高辛烷值汽油的理想组分。丁烯-1产品是乙烯重要的共聚单体，可满足中天合创鄂尔多斯煤化工项目聚乙烯装置的要求。剩余C4组分送往OCC装置。

装置处理能力按年开工时数8000小时计算。MTBE/丁烯-1装置公称规模为1万吨/年MTBE/3万吨/年丁烯-1，装置实际进料量为混合碳四16.04万吨/年。

装置概况装置生产的甲基叔丁基醚（MTBE）产品由于其原料、产品、副产品用（产）量及储运条件装置概况原料、产品、副产品用（产）量及储运条件装置概况装置概况

原料、产品界区条件

1）

原料C4由上游MTO装置通过管道送至本装置内；或由罐区经另一条管线压力送入。

2）原料甲醇用罐车送入MTBE/丁烯-1装置甲醇缓冲罐，然后用甲醇输送泵

送至甲醇原料罐使用。甲醇输送泵出口另有两条支线分别送往MTO装置和中间罐

区。

3）MTBE产品正常操作时利用催化蒸馏塔压力或停工时用泵加压经同一管线送出装置。

4）丁烯-1产品正常操作时利用丁烯-1精馏塔回流泵加压后送出装置。

5）剩余C4用泵加压送至下游OCC装置，或送至中间罐区。

6）选择性加氢单元闪蒸罐顶闪蒸气和脱异丁烷塔顶回流罐顶不凝气利用自身压力送入燃料气管网。

7）甲醇回收塔顶回流罐不凝气送至低压火炬管网。

8）装置设一台火炬分液罐，装置安全放空先送至火炬分液罐，然后送出装置与高压火炬管网相连。

装置概况原料、产品界区条件装置概况公用工程界区条件

1）装置生产及照明用电由变电站供给。

2）装置内循环冷水、循环热水、低压锅炉给水II、生产给水、除盐水、生活给水、消防水均有压力送入装置或排出装置。

3）装置用中压和低压氮气由系统供应。

4）工厂空气由全厂系统管网供给，供服务点及开停工及检修用。5）仪表空气由全厂系统管网供给。

6）装置用0.45MPaG蒸汽、1.3MPaG蒸汽由全厂系统管网供给。

7）

装置收集的凝结水自压进入凝结水回收罐，凝结水用泵送出装置,闪蒸的乏汽经空冷器冷却回收。

8）装置内废水（包括水包排水、机泵排放水、地面冲洗水、开工废水等）

自流排至地下污水罐，升压后送至污水处理场。

装置概况公用工程界区条件工艺方案

根据中天合创鄂尔多斯煤炭深加工示范项目提出的原料组成和对产品规格、产量的要求，碳四选择性加氢部分采用两段加氢反应器。

MTBE合成部分选用绝热反应器+催化蒸馏工艺路线。

丁烯-1部分主要由脱异丁烷塔和丁烯-1精馏塔两个塔系组成。由于理论板数多，实际塔很高，因此每个塔系又分为两座塔串联操作，主要通过超精密分馏方法得到满足纯度要求的丁烯-1产品。工艺方案根据中天合创鄂尔多斯煤炭深加工示范项目提出的工艺方案

混合C4原料先经过选择性加氢去除原料中的二烯烃和炔烃组分；然后通过MTBE单元去除C4中的异丁烯组分；最后，通过精密分馏从未反应C4组分中分离出丁烯-1产品。

（1）选择性加氢部分

由于来自MTO装置的C4原料中含有一定量的二烯烃和炔烃组分，会影响到丁烯-1产品的指标，因此需要先通过选择性加氢过程去除。由于选择性加氢部分工艺包专利商未定，选择性加氢部分丁烯-1收率暂按80%考虑。

在国内，齐鲁研究院的选择性加氢技术较成熟，其优势是加氢反应器内催化剂不必再生，操作温度和压力相对较低。该方案选用两段加氢反应器，选择性加氢后的丁烯-1收率≮80%，C4中丁二烯含量≯10wppm，总烯烃收率≮100%，采用该技术的投资较低。国外，有BASF、Axens等公司的选择性加氢技术，其丁烯-1收率较高（≮95%），但对设备要求较高，催化剂需要进行再生，流程复杂且投资较高。

工艺方案混合C4原料先经过选择性加氢去除原料中工艺方案（2）MTBE部分

C4馏分中的异丁烯和工业甲醇，以大孔强酸性离子交换树脂为催化剂，在温度35～75℃，压力0.7～1.25MPaG操作条件下合成甲基叔丁基醚(简称MTBE)。反应方程如下：

上述反应发生于液相中，反应为可逆放热反应。

CH3 CH3││C＝CH2+CH3－OH↔CH3－C－O－CH3││CH3 CH3工艺方案（2）MTBE部分工艺方案

除上述主反应外，在反应条件下尚存在下述副反应：

原料中所含水分与异丁烯反应，生成叔丁醇(TBA)；异丁烯自聚生成低聚物(DIB)；甲醇缩合生成二甲醚(DME)，正丁烯与甲醇生成甲基仲丁基醚（MSBE）。反应条件选择适当及限制原料中的含水量，可有效控制副反应物的生成。叔丁醇、MSBE及异丁烯的低聚物也有较高的辛烷值，可随同MTBE调入汽油。合成甲基叔丁基醚的主反应选择性很高，副反应生成物有限。C4馏分中除异丁烯之外的组分在反应条件下视为惰性物质。

工艺方案除上述主反应外，在反应条件下尚存在下述副反工艺方案

催化蒸馏是将醚化反应与蒸馏过程在同—设备中同时进行的工艺技术。在醚化反应后，残余的异丁烯在催化蒸馏塔的反应段继续反应，生成的MTBE随时不断被分离，从而使合成MTBE的反应持续向深度进行。因此，催化蒸馏可以实现异丁烯的深度转化。

此外在催化蒸馏塔中的反应段所进行的合成MTBE的反应是在物料沸点温度下进行的，只要该塔的压力控制稳定，反应温度则基本恒定，不会造成催化剂的过热。

催化蒸馏的另一功能是蒸馏，即起产品分离的作用。甲醇和剩余C4所形成的低沸点共沸物从催化蒸馏塔顶馏出，MTBE产品则从塔底分出。

工艺方案催化蒸馏是将醚化反应与蒸馏过程在同—设备中工艺方案

催化蒸馏塔顶馏出物中的甲醇采用萃取及蒸馏的方法加以分离回收。由于甲醇在C4馏分和水中溶解度差别很大，故可将C4和甲醇的共沸物先经水洗，使其中所含甲醇为水所萃取。萃取甲醇后的萃取液是含有微量烃类的甲醇水溶液，该水溶液借助蒸馏可实现甲醇和水的分离。塔顶得到的甲醇可循环使用，塔底基本不含甲醇的水则用作萃取甲醇的溶剂。

所选用的催化蒸馏技术可使催化剂不用任何特殊的包装，直接散装入反应段的催化剂床层中，从而使催化剂的装卸操作大为简化，有利于反应，节省投资。采用催化蒸馏技术具有工艺流程短、投资省、能耗低及催化剂使用寿命长的特点。它能保证异丁烯转化率达99.6％以上，产品MTBE纯度大于98％。

工艺方案催化蒸馏塔顶馏出物中的甲醇采用萃取及蒸馏的工艺方案（3）丁烯-1部分

丁烯-1部分主要由脱异丁烷塔和丁烯-1精馏塔两个塔系组成。由于理论板数多，实际塔很高，因此每个塔系又分为两座塔串联操作，本部分主要通过超精密分馏方法得到满足纯度要求的丁烯-1产品。

工艺方案（3）丁烯-1部分物料平衡物料平衡原料规格混合C4原料规格混合C4原料规格甲醇原料规格甲醇原料规格氢气原料规格氢气产品规格MTBE产品产品规格MTBE产品产品规格丁烯-1产品产品规格丁烯-1产品加氢催化剂规格加氢催化剂规格MTBE催化剂规格MTBE催化剂规格

装置能耗99387MJ/h，折合2374kg标油/h。公用工程消耗指标

装置能耗99387MJ/h，折合2374kg催化剂消耗催化剂消耗催化剂消耗催化剂消耗三废排放三废排放工艺流程选择性加氢部分工艺流程选择性加氢部分工艺流程MTBE部分工艺流程MTBE部分工艺流程丁烯-1部分工艺流程丁烯-1部分工艺描述1）选择性加氢部分工艺描述

来自MTO装置的碳四原料先进入原料缓冲罐（440-D-1001）,经加氢原料泵（440-P-1001）加压后送到碳四原料预热器（440-E-1001），碳四先与经过质量流

计计量和控制的氢气汇合，再进入一段混合器（440-M-1001）混合，然后从一

段加氢反应器（440-R-1001）的底部进入反应器；在一段反应器中大部分1,3-丁

烯与氢气反应生成丁烯，反应后的物料从反应器顶部流出进入中间冷却器

（440-E-1002，将温度降至预定温度后与经过质量流量计计量和控制的第二股氢气氢气汇合，再进入二段混合器（440-M-1002）混合后，进入二段加氢反应器（440-R-1002；在二段反应器中氢气与碳四原料中的1,3-丁二烯在催化剂的作用

下几乎反应完全，生成1-丁烯及少量的正丁烷，同时部分1-丁烯异构化反应生成

顺、反-2-丁烯。加氢反应器为绝热固定床反应器，加氢反应为放热反应，反应床

层有一定的温升，温升的大小主要取决于原料中1,3-丁二烯的浓度。反应器系统

压力通过调节阀控制在预定压力范围。加氢反应后的碳四物料自反应器顶部送至

产物冷却器（440-E-1003）；冷却后的物料进入闪蒸罐（440-D-1002），物料中的二甲醚、反应剩余的氢气、C1～C3烃以及一部分碳四，作为不凝气从闪蒸罐顶部

排放到燃料气系统，碳四作为醚化原料用精制碳四泵（440-P-1002）送至MTBE部

分。精制碳四泵出口设有异丁烯含量在线分析仪，根据异丁烯含量和流量计测得

的碳四流量控制甲醇流量。

工艺描述1）选择性加氢部分工艺描述工艺描述2）MTBE部分工艺描述

MTBE装置分为：原料配制和反应部分，催化蒸馏和产品分离部分，甲醇和甲醇回收部分。

a）原料配制和反应部分

从上游来的碳四经C4进料过滤器（440-S-2001）及C4进料聚结器（440-S-2002）后送至C4-甲醇混合器（440-M-2001）及静态混合器（440-M-2002）。

从甲醇输送泵（440-P-2009）来的甲醇经孔板FE-2017和液位控制阀LIC-2002进入甲醇原料罐（440-D-2001）。甲醇原料从甲醇原料罐流出，经甲醇原料泵（440-P-2001A/B）升压后进入甲醇净化器（440-D-2002）。过滤后的甲醇一路经过流量计FT-2001及流量控制阀FICQ-2001送至C4-甲醇混合器（440-M-2001）及静态混合器（440-M-2002）进行充分混合；另一路作为补充甲醇分为两股，并分别经流量控制阀FIC-2004、流量控制阀FIC-2005进入催化蒸馏塔II（440-C-2002。

C4原料和甲醇在混合器中进行充分混合后，经反应进料加热器（440-E-2001）进入醚化反应器（440-R-2001）顶部进行醚化反应，并从反应器底部流出。醚化反应器是绝热反应器，装有离子交换树脂，该树脂既可用作净化剂，又可用作反应催化剂。在所选择的反应进料温度下，C4馏分中异丁烯与甲醇反应生成MTBE，该反应为可逆放热反应，选择性很高。在反应条件下尚有少量副反应：异丁烯水合生成叔丁醇（TBA），异丁烯自聚生成二聚物（DIB），甲醇缩合生成二甲醚（DME），正丁烯与甲醇生成甲基仲丁基醚（MSBE）。反应条件选择适当可使副反应控制在有限范围内。

工艺描述2）MTBE部分工艺描述工艺描述b）催化蒸馏及产品分离部分

反应物料从醚化反应器底部流出后，经过压力控制阀PIC-2006进入催化蒸馏塔进料-MTBE产品换热器（440-E-2002）壳程，与MTBE产品换热后进入催化蒸馏塔I（440-C-2001）顶部。

催化蒸馏塔I内部采用30层浮阀塔盘。经过提馏，将MTBE与未反应的C4原料和甲醇等物质分离。催化蒸馏塔I的塔底出料为纯度≮98%wt的MTBE产品，该物流依靠塔的压力压出，进入催化蒸馏塔进料-MTBE产品换热器与醚化反应器出料换热后再进入MTBE产品冷却器（440-E-2006），冷却至40℃然后经过液位调节阀LIC-2003和联锁控制阀XV-2001送往装置外MTBE产品罐区贮存。催化蒸馏塔I底部液位通过液位调节阀LIC-2007控制。塔顶蒸出的催化蒸馏塔中间气体进入催化蒸馏塔II（440-C-2002）底部。

工艺描述b）催化蒸馏及产品分离部分工艺描述

催化蒸馏塔II分为两个部分：塔下部为反应段，反应段装有树脂催化剂，分十二段床层，每段床层间有两块塔板；塔上部精馏段采用规整填料。从甲醇净化器（440-D-2002）来的补充甲醇也进入催化蒸馏塔II的反应段。在反应段，物料里的剩余异丁烯与甲醇继续反应生成MTBE，MTBE在塔内不断被分离，使反应向深度进行以使异丁烯达到更高的转化率。

在催化蒸馏塔II的操作条件下，甲醇与C4形成共沸物，共沸物从塔顶馏出。馏出物的绝大部分经催化蒸馏塔顶冷凝器（440-E-2003）冷凝至48℃，冷凝液经压力控制阀PIC-2013进入催化蒸馏塔回流罐（440-D-2003），小部分气相可通过压差调节阀PDIC-2014进入催化蒸馏塔回流罐，以控制塔顶压力。此处为控制塔顶及反应器压力，设计时考虑了二路调节阀，一路冷凝液采用调节阀卡脖子控制，另一路采用差压调节阀进入塔顶回流罐，以保证塔顶压力的平稳。回流罐顶不凝气体经压力控制阀PIC-2015放至火炬分液罐（440-D-2007）。从回流罐中用催化蒸馏塔顶回流泵（440-P-2002A/B）抽出冷凝液，一部分经流量调节阀FIC-2007用作催化蒸馏塔II的回流打入塔顶，一部分经回流罐的液位调节阀LIC-2006调节液位后作为甲醇萃取塔（440-C-2003M）的进料。

工艺描述催化蒸馏塔II分为两个部分：塔下部为反应工艺描述

在催化蒸馏塔II底部，MTBE含量较高，塔底液位通过液位计LIC-2005和催化蒸馏塔中间液体管线上的流量控制阀FIC-2006联合控制，催化蒸馏塔中间液体经催化蒸馏塔中间泵（440-P-2003A/B）升压后送入催化蒸馏塔I顶部。

催化蒸馏塔I底设有催化蒸馏塔重沸器（440-E-2005），该重沸器以减温减压

得到的0.8MPaG蒸汽作为加热介质，为催化蒸馏提供热源。重沸液从塔底进入重

沸器，部分汽化后返回催化蒸馏塔底部汽相空间。为控制催化蒸馏塔顶不带出MTBE，在塔下部尚设有灵敏点温度控制TIC-2012，蒸汽流量调节阀FIC-2021与TIC-2012串级。

工艺描述在催化蒸馏塔II底部，MTBE含量较高工艺描述c）甲醇萃取和甲醇回收部分

反应剩余甲醇与剩余C4的共沸物，用催化蒸馏塔顶回流泵从催化蒸馏塔回流罐中抽出后，一部分作为回流，另一部分经萃取塔进料冷却器（440-E-2004）冷

却送入甲醇萃取塔（440-C-2003）下部。萃取水由萃取水泵（440-P2005A/B）抽

出经流量调节阀FIC-2009后进入萃取水冷却器（440-E-2007），冷却至40℃，从

甲醇萃取塔上部打入。在甲醇萃取塔中，剩余C4与甲醇的混合物为分散相，萃取水为连续相，两液相连续逆向流动，使甲醇被水所萃取。甲醇萃取塔的压力由塔

顶出口管线上的压力调节阀PIC-2016控制，塔顶界面由塔底排出管线上的液位调节阀LIC-2007控制。萃余液即基本不含甲醇的剩余C4从塔顶排至未反应C4罐（440-D-2005，经联锁阀XV-2007后用未反应C4泵（440-P-2006A/B）升压，然后经过流量控制阀FIC-2013、未反应C4过滤器（440-S-2003）和未反应C4聚结器（440-S-2004）送至丁烯-1部分脱异丁烷塔II（440-C-2002）。

甲醇萃取塔底萃取液为甲醇水溶液，从塔底经过液位控制阀LIC-2007至甲醇回收塔进料-萃取水换热器（440-E-2008A/B）换热后进入甲醇回收塔（440-C-2004。工艺描述c）甲醇萃取和甲醇回收部分工艺描述

甲醇回收塔顶馏出物为甲醇、微量水和烃的混合物，经甲醇回收塔顶冷凝器（440-E-2009A/B）冷凝，冷凝液经压力控制阀PIC-2020进入甲醇回收塔回流罐（440-D-2004，小部分气相可通过压差调节阀PDIC-2021进入甲醇回收塔回流罐，以控制塔顶压力。回流罐的操作压力为0.08MPaG，罐顶不凝气体经压力控制阀PIC-2022排放至低压火炬管网。为控制塔顶压力，设计时考虑了二路调节阀，一路冷凝液采用调节阀卡脖子控制，另一路采用差压调节阀进入甲醇回收塔回流罐。回流罐内冷凝液用甲醇回收塔回流泵（440-P-2004A/B）抽出，其中大部分经流量调节阀FIC-2020用作甲醇回收塔的回流打入塔顶，一部分经回流罐的液位调节阀LIC-2009调节液位后送至甲醇原料罐循环使用。

甲醇回收塔底排出的是基本不含甲醇的水，在甲醇回收塔进料-萃取水换热器换热后进入萃取水泵（440-P-2005A/B），升压后送至萃取水冷却器（440-E-2007）进一步冷却，然后送入甲醇萃取塔循环使用。

甲醇回收塔底部设有甲醇回收塔重沸器（440-E-2010），以以减温减压得到的0.8MPaG蒸汽作为加热介质为回收甲醇提供热源。为控制甲醇回收塔操作稳定，在塔中部设有灵敏点温度控制TIC-2041，蒸汽流量调节阀FIC-2011与TIC-2041串级。

工艺描述甲醇回收塔顶馏出物为甲醇、微量水和烃的混合工艺描述3）丁烯-1部分工艺描述a）脱异丁塔部分

从MTBE部分来的未反应C4送至脱异丁烷塔II（440-C-2002）作为进料。控

制脱异丁烷塔II顶压力0.54MPaG，脱异丁烷塔I（440-C-2001）底压力0.66MPaG。进料中的C3，异丁烷等一些轻组分及水作为低沸点共沸物从塔顶馏出，经脱异丁

烷塔II顶冷凝器（440-E-3001A~D）部分冷凝后进入脱异丁烷塔顶回流罐

（440-D-3001，少量未冷凝的气体（异丁烷、丁烯-1及其它一些轻组分）经调节阀PIC-3010去燃料气管网。通过塔顶馏出线上的压力调节阀PIC-3004及气相旁

路压差调节阀PDIC-3009可调节控制塔顶和回流压力。冷凝液中所带的水在塔顶

回流罐内沉降分层，每小时切去沉降水至含油污水系统，液体部分（异丁烷、丁

烯-1）经联锁切断阀XV-3004至脱异丁烷塔顶回流泵（440-P-3001A/B）抽出，一

部分经流量调节阀FIC-3004打入脱异丁烷塔II顶作为回流，另一部分经异丁烷

馏分冷却器（440-E-3002）冷却到40℃后经回流罐液位调节阀LIC-3003至剩余C4罐（440-D-3003。脱异丁烷塔I塔釜为脱掉异丁烷等轻组分的碳四馏分，经联

锁切断阀XV-3001，被丁烯-1精馏塔进料泵（440-P-3003A/B）抽出，经流量调节阀FIC-3003送至丁烯-1精馏塔I（440-C-3003）作为进料。脱异丁烷塔I顶部气相通过管线引入脱异丁烷塔II底部作为上升气相，脱异丁烷塔II塔釜液体经联锁切断阀XV-3003，被脱异丁烷塔中间泵（440-P-3002A/B）抽出，升压后经流量调节阀FIC-3001送至脱异丁烷塔I顶作内回流。脱异丁烷塔I塔底用脱异丁烷塔底重沸器（440-E-3003）加热，热源为系统来0.45MPaG蒸汽。为控制脱异丁烷塔操作稳定，在塔底设有温度控制TIC-3005，蒸汽流量调节阀FIC-3002与TIC-3005串级。

工艺描述3）丁烯-1部分工艺描述a）脱异丁塔部分工艺描述b）丁烯-1精馏部分

丁烯-1精馏塔II（440-C-2004）塔顶气体经丁烯-1塔顶冷凝器

（440-E-3004A~D）冷凝至40℃后进入丁烯-1精馏塔顶回流罐（440-D-3002）。塔

顶和回流罐压力由塔顶馏出线上的调节阀PIC-3014和气相旁路上的压差调节阀PDIC-3020控制。回流罐内冷凝液经联锁切断阀XV-3007至丁烯-1精馏塔顶回流

泵（440-P-004A/B）加压后，一部分作为回流经流量调节阀FIC-3010打入丁烯-1精馏塔II顶；另一部分作为丁烯-1（纯度>99%）产品经液位调节阀LIC-3006送出装置；不合格产品可通过不合格产品线送至未反应C4罐或剩余C4罐。丁烯-1精馏塔II控制塔顶压力0.53MPaG，丁烯-1精馏塔I底压力0.62MPaG。丁烯-1精馏塔I（440-C-3003）顶气相通过管线引入丁烯-1精馏塔II底作为上升气相，

丁烯-1精馏塔II塔釜液相经过联锁切断阀XV-3006，然后通过丁烯-1精馏塔中间

泵（440-P-3005A/B）加压，经过流量控制阀FIC-3008打入丁烯-1精馏塔I顶作

为内回流。

丁烯-1精馏塔I塔底以丁烯-2为主的重馏分经丁烯-2馏分冷却器冷却至40℃后，经过流量控制阀FIC-3007后进入剩余C4罐与异丁烷馏分及剩余C4原料一起作为剩余C4送出装置。

丁烯-1精馏塔I塔底用丁烯-1塔底重沸器加热，热源为系统来的0.45MPaG蒸汽。为控制丁烯-1精馏塔操作稳定，在塔底设有温度控制TIC-3024，蒸汽流量调节阀FIC-3009与TIC-3024串级。

工艺描述b）丁烯-1精馏部分主要操作条件(1)选择性加氢部分操作条件

一段/二段加氢反应器（440-R-1001/1002）

压力 1.5~2.0MPaG入口温度 40~60℃出口温度 55~75℃液相体积空速 10h-1主要操作条件(1)选择性加氢部分操作条件主要操作条件(2)MTBE部分操作条件醚化反应器（440-R-2001）压力 0.9MPaG入口温度 45℃（初期）/50℃（末期）出口温度 58.6℃（初期）/63℃（末期）醇烯比 0.