35万吨C4综合利用项目 尚川--设计摘要.docVIP

35万吨C4综合利用项目—设计摘要  PAGE \* MERGEFORMAT 10 设计摘要 随着我国乙烯工业的快速发展，裂解过程中产生的碳四馏分越来越多，但是我国对碳四资源的利用依然处在较低的水平，碳四资源的综合利用问题已经成为一个亟待解决的问题。 本项目是为新疆独山子工业园区100万吨蒸汽裂解制乙烯装置设计一座35万吨混合碳四综合利用的分厂。 1.工艺设计 1.1原料及产品方案 本项目原料为乙烯总厂混合碳四，其典型组成如表1所示： 表1 混合C4组成 组分质量百分含量/(%)异丁烷0.4正丁烷5.81-丁烯37.27顺-2-丁烯4.0反-2-丁烯5.16异丁烯1.171,2丁二烯-1,3丁二烯45.31-丁炔-2-丁炔-乙烯基乙炔0.7C50.1C30.1产品方案如表2所示： 表2 本项目产品方案 产品名称试验方法规格（%）级别产量（万吨/年）聚合级1,3丁二烯GB/T13291-2008≥99.50（质量分数）优等品16.24聚合级乙烯GB/T7715-2003≥99.90（体积分数）一等品3.2聚合级丙烯GB/T 7716-2002≥99.60（体积分数）优等品14.51.2工艺流程 本项目包括两个工段：丁二烯抽提工段和抽余碳四的催化裂解。丁二烯抽提工段是将来自总厂的碳四资源首先进行丁二烯的抽提，将混合碳四中的丁二烯抽提出来，这部分主要包括“两萃两提”和丁二烯净化部分。抽余碳四的催化裂解主要是将抽余碳四裂解反应制得丙烯之后，再进行分离得到聚合级的丙烯，副产少量的乙烯，这部分包括反应、预分离以及深冷分离工段。其流程如图1和图2所示。 图1 丁二烯萃取工段流程图 图2 抽余碳四裂解工段 1.3工艺创新 （1）本项目所使用的ZSM-5催化剂，对C4~C8的烯烃都能进行催化裂解，为了提高丙烯的收率，我们将C4、C5分离后返回与原料一起裂解，提高丙烯的收率。 （2）我们通过查阅上海化工研究院申请的专利，得知裂解反应的最优反应条件，但对于反应器的具体尺寸没有给出最优的数据。我们利用Comsol Multiphysics多物理场模拟软件对反应器进行了优化设计。我们在专利给出的反应条件下，通过对三种不同长径比的反应器进行了模拟以及比较，得出了其中最优的反应器尺寸。如图3为Comsol Multiphysics多物理场模拟的结果。 图3 COMSOL Multiphysics反应器模拟结果 （3）我们用Aspen Dynamics软件模拟了丙烯耦合塔的控制，对实际的操作有一定的指导意义。如图4所示为动态模拟截图。 图4 丙烯耦合塔的模拟 2.节能设计 2.1换热网络模拟 通过用Aspen Energy Analyzer软件，然后根据夹点设计法，结合本厂设备布置的实际情况，在满足设计目标公用工程费用和设备费用最小的情况下，设计出了一种最优的冷热流股匹配方案。如图5和图6所示为冷热流股的匹配方案。 图5 丁二烯工段能量匹配图 图6 裂解工段能量匹配 并用Aspen对换热情况进行了模拟,模拟结果如图7所示： 图7 部分换热方案的Aspen模拟 2.2三元制冷技术 采用三元制冷系统的专利技术，将传统的三个独立的制冷系统合并成一个制冷系统，通过将甲烷、乙烯、丙烯三种制冷剂按一定的比例混合然后在一台压缩机中压缩，压缩后的混合冷剂先由冷却水部分冷凝，冷凝液作为重冷剂，相当于传统制冷方式中的丙烯冷剂，为未冷凝的气相冷剂和工艺物料提供较高温度级别的冷剂，未被冷凝的气相由重冷剂、冷凝液为中间冷剂，向系统和工艺物料提供冷量，气相再由中间冷剂全部冷凝，提供轻冷剂，这样一台压缩机就可以完成传统的三台压缩机的作用。 3.安全设计 3.1安全风险分析 我们用RiskSystem软件对工厂的丁二烯、丙烯、乙烯罐区及生产区进行了重 图8 RiskSystem软件进行重大危险源辨识 图9 RiskSystem丁二烯沸腾液体扩展蒸汽爆炸模型预测结果 大危险源辨识，并根据物质的物性进行了罐区物质的源相分析，并根据源相分析的结果进行了池火事故模型预测、沸腾液体扩展蒸汽爆炸预测、蒸汽云爆炸模型预测分析了事故的伤害范围。分析结果如图8和图9所示。 3.2事件树分析方法 采用事件树方法分析了油水分离器的控制方案，并提出了改进方案。 4.设备设计 根据Aspen plus的模拟结果，我们对工艺流程中的裂解反应器R0201、脱乙烷塔T0202、换热器E0103进行了详细设计，包括基本的设备设计参数和特殊内构件的设计。利用SW6-98及KG-tower软件对流程中的全部塔设备进行了工艺设计、基本参数设计和机械强