烷基化装置概况特点及工艺原理
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烷基化反应器装置江苏开锐德机械有限公司2015年12月18日目录第一部分公司简介 (3)第二部分烷基化反应器装置简图 (4)第三部分技术文件 (6)1.技术参数表2.产品主要技术特点描述3.烷基化反应器装置说明4.传动系统介绍第四部分产品质量控制 (10)1.主要制造、验收标准2.制造工艺第五部分安装、售后服务 (14)1.设备安装调试施工方案2.售后服务第六部分主要业绩 (15)第一部分公司简介江苏开锐德机械有限公司是一家以石油化工设备和环保设备的生产、化工技术服务为主的高科技、新能源、技术密集型企业。
公司位于江苏省扬州市邗江区扬州环保科技产业园内。
公司创立于2007年初,2014年6月11日改组注册为江苏开锐德机械有限公司,目前,公司已经取得A1(高压容器)、A2(第三类低、中压容器)级压力容器制造许可证,通过了ISO9001质量管理体系经、ISO14001环境管理体系认证。
公司主要从事化工机械、石油装备、环保水处理等行业的研发制造、销售。
同时公司与设计院(武汉炼化工程设计有限责任公司、中石油华东设计院、胜利油田炼化工业设计院、上海华西设计院、中国环球工程公司辽宁分公司等)、研究院所(石科院、抚顺石油化工研究院、大连化学物理研究所等)、高校(石油大学、东南大学、东华大学等)建立了良好合作关系。
公司将致力于为客户提供技术领先、节能低耗的优质产品和服务,致力于与客户共同发展。
“管理创造价值,服务提升优势,品质至上,服务至优”是公司的发展理念;“团结、创新、务实、奋进”是公司矢志不渝的追求。
公司将积极贯彻《中国制造2025》行动纲领,坚持落实创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本的基本方针,致力于为客户提供优质产品和服务,致力于与客户共同发展。
第二部分烷基化反应器装置简图1.设备主体部件2.烷基化反应器开口说明第三部分技术文件1、技术参数表1.1 烷基化反应器主要技术参数表2、产品主要技术特点描述1.选用国内外先进可靠的工艺技术和生产方案,使设计的装置达到“安、稳、长、满、优”安全生产,产品的质量竞争力强,装置的能耗和物耗水平尽可能低。
烷基化装置一、背景介绍烷基化是一种重要的化学反应过程,用于合成烷基化合物。
烷基化装置是用来进行烷基化反应的设备,通常由反应器、加热装置、冷却装置、催化剂装置等部分组成。
二、烷基化反应原理烷基化反应是一种通过在烷基化催化剂的作用下,将烯烃或烷烃与烯烃发生加成反应,生成烷基化合物的化学反应。
这种反应通常需要高温和高压条件下进行。
三、烷基化装置的组成1.反应器:通常为不锈钢或其他耐高温、高压材料制成,用于容纳反应物和催化剂进行反应。
2.加热装置:用于提供反应所需的高温条件,通常采用电加热或其他加热方式。
3.冷却装置:用于控制反应温度,防止反应温度过高。
常见的冷却方式包括水冷却和空气冷却。
4.催化剂装置:用于催化烷基化反应的进行,通常选择适合的催化剂可以提高反应速率和选择性。
四、烷基化装置的运行过程1.将原料加入反应器中。
2.启动加热装置,提高反应器内温度至反应所需温度。
3.注入催化剂。
4.加热反应器至反应温度,开始烷基化反应。
5.根据反应情况控制冷却装置的温度,保持反应温度稳定。
6.反应结束后,停止加热和冷却,将产物从装置中取出。
五、烷基化装置的应用烷基化装置广泛应用于石油化工、有机合成等领域,用于制备各种烷基化合物,如乙基苯、苯乙烯、异丙醇等。
这些化合物在化工生产中具有重要的用途,是许多化学产品的重要原料。
六、总结烷基化装置是进行烷基化反应的重要设备,其具有广泛的应用领域和重要的经济意义。
通过对烷基化装置的结构、原理和运行过程的研究,可以更好地掌握烷基化反应的工艺条件,提高生产效率和产品质量,促进化工行业的发展。
烷基化装置工艺流程概述王硕付强王娜(福斯特惠勒(河北)工程设计有限公司,天津300130)摘要:本文概括介绍了烷基化装置的工艺流程和特点。
烷基化装置是以液化气中的烯烃及异丁烷为原料,在催化剂的作用下烯烃与异丁烷反应,生成烷基化油的气体加工装置。
关键词:烷基化;流程1工艺技术路线及工艺特点烷基化装置是以液化气中的烯烃及异丁烷为原料,在催化剂的作用下烯烃与异丁烷反应,生成烷基化油的气体加工装置。
烷基化装置包括原料脱丙烷和烷基化两部分。
原料脱丙烷的目的是通过蒸馏脱除原料中的丙烷。
以液体酸为催化剂的烷基化工艺可分为硫酸烷基化和氢氟酸烷基化,两种工艺都为成熟的技术,在国内外都有广泛应用。
本设计采用的流出物致冷的硫酸烷基化工艺,该技术具有如下特点:1.1采用反应流出物致冷工艺:利用反应流出物中的液相丙烷和丁烷在反应器冷却管束中减压闪蒸,吸收烷基化反应放出的热量。
反应流出物经过气液分离后,气相重新经压缩机压缩、冷凝,抽出部分丙烷后,再循环回反应器。
与闭路冷冻剂循环致冷或自冷式工艺相比,流出物致冷工艺可使得反应器内保持高的异丁烷浓度,而从脱异丁烷塔来的循环异丁烷量最低。
1.2反应部分循环异丁烷与烯烃预混合后进入反应器,酸烃经叶轮搅拌,在管束间循环,机械搅拌使酸烃形成具有很大界面的乳化液,烃在酸中分布均匀,减小温度梯度,减少副反应发生。
1.3反应流出物采用浓酸洗、碱水洗工艺:反应流出物中所带的酯类如不加以脱除,将在下游异丁烷塔的高温条件下分解放出SO2,遇到水份,则会造成塔顶系统的严重腐蚀。
因此,必须予以脱除,本装置采用浓酸洗及碱洗的方法进行脱除,与传统的碱洗相比,能有效脱除硫酸酯,即用98%的硫酸洗后再用12%的NaOH脱除微量酸。
2工艺流程简述烷基化装置由脱丙烷部分、反应压缩部分、流出物处理及分馏部分组成。
2.1脱丙烷部分原料进入装置原料缓冲罐,由脱丙烷塔进料泵抽出并升压后进入脱丙烷塔。
脱丙烷塔的任务是脱去碳四馏分中的碳三以下的轻组分。
烷基化部分(一)概述:车间概况及特点:烷基化装置的原料是从气体分馏得到的异丁烷和烯烃等作为反应原料,在硫酸催化剂作用下用液氨间接冷却的立式管壳式反应器中进行烷基化反应,然后将反应产物进行分馏即可得到高辛烷值的汽油组分——工业异辛烷,又称轻烷基化池由于轻烷基化油辛烷值高(马达法89—94,感铅性能好(如4毫升四乙基铅马达法辛烷值可达108),因此烷基化过程是炼油工业中一十重要的工业过程.本装置生产系统由两大部分组成,即烷基化反应,分馏部分和氨冷冻部分.<三)。
流程简述反应原料自气体分馏工段烷基化原料塔回流泵(B-207a.b)与循环异丁烷经原料一异丁烷混合器(C-301)混合后(*kg/cm2绝压*℃)进入原料冷前脱水罐(R-302a)脱水自(R-302a)上部出来的异丁烷丁烯馏份经循环异丁烷-—产物换热器(H-301)与反应产物二次沉降罐(R-303c)来的反应产物换冷至*℃再经反应原料—循环异丁烷冷却器(L-301)用液氨冷却至*℃进入原料冷后脱水罐(R-302b)进行第二次脱水,(R-302a.b),的水间断地系统。
反应热借助于安装在反应器的翅片管束用液氢蒸发取走烷基化产物和硫酸乳化液由反应器上部出来进入反应物沉降罐(R-303a.b)沉降分离,分离出来的硫酸循环使用.反应产物由(R-303a.b)部出来进入反应物二次沉降罐(R-303c) 进行二次沉降分离,(R-303c)上部出来的反应产物经(H—301),与循环异丁烷换热后,经产物碱洗混合器.(C302)与碱液混合进入反应产物碱洗罐(R-305),自(R-305)顶出来经产物水洗混合器(C-303)与*~*℃温水混合后进入反应产物水洗罐(R-306)水洗后反应产物进入(T-301)进科缓冲罐(R-307)当*%的硫酸降至*%以下时,不再使用,由(R-302a.b)压入废酸沉降罐(R-304)沉降分离出来的废硫酸经循环硫酸泵送入废酸贮罐(R-324),用汽车槽车送往奎屯硫酸厂处理。
第一章工艺技术规程1.1 装置概况1.1.1 装置简介硫酸烷基化是以催化裂化的液态烃经气体精馏分离出来的C4组分中的异丁烷和丁烯为原料,以89%-98%的硫酸为催化剂,在低温下液相反应生成高辛烷值汽油组分—烷基化油的加工工艺过程。
装置全流程分为反应、制冷、流出物精制和分馏四个部分,其中反应部分主要是在催化剂的作用下,异丁烷和丁烯反应生成烷基化油,制冷部分是在压缩机的作用下,利用反应产物中大量的异丁烷减压汽化吸收热量,维持反应在低温液相下进行,同时为反应系统提供足够的循环冷剂,保证低温进料和反应器的分子比;流出物精制是将反应生成的烷基化油经过酸洗和碱洗,除去烷基化油中的酸性酯类物质,分馏部分主要是将经过精制系统的烷基化油经过脱异丁烷塔、脱正丁烷塔和再蒸馏塔分离出异丁烷、正丁烷和最终产物异辛烷的过程。
装置共有设备95台,其中主要设备包括:STRATCO公司的卧式流出物致冷反应器、制冷压缩机装置的主要特点:采用STRATCO流出物制冷工艺,取代了氨冷技术,消灭了氨泄漏造成的环境污染,节省了制冷剂;利用高位酸沉降罐和反应器构成的乳液循环,改善了反应条件,抑制了副反应的发生,提高了产品质量,降低了硫酸消耗;制冷部分采用外甩冷剂带走系统丙烷工艺,取消了丙烷塔系统,节省了投资,减少了能耗,方便了操作;全装置采用先进的DCS自控系统,优化了操作,降低了操作强度。
历年大修的改造情况:本烷基化装置始建于1965年,1966年元月正式投产。
为我国第一套烷基化装置,采用立式氨冷反应器进行生产,设计能力为1.5万吨产品/年。
随着石油工业的发展,1984年在原有装置的基础上进行扩建改造。
使生产能力提高到4.3万吨产品/年。
1996年由于引进美国STRATCO公司的卧式流出物致冷反应器而进行的以节能、降耗、扩产为目的的装置改造使烷基化从原有的四十年代工艺水平提高到八十年代初期水平。
改造后的硫酸烷基化与MTBE组成联合装置,采用DCS控制,首期生产能力为6.5万吨产品/年,并预留12万吨产品/年的加工能力,以适应远期的炼厂发展规划。
烷基化反应器
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烷基化反应器
概述
烷基化反应器是一种利用反应化学方法,来进行有机分子上烷基化反应的设备,它主要用于有机合成,以改变有机物质的性质。
烷基化反应器的工作原理是饱和烃(例如烷烃)在催化剂的作用下,经过脱氢、烷基化反应的组合,从而产生一系列有机化合物,从而改变有机物质的性质。
结构
烷基化反应器通常由以下几个部分组成:反应室、反应炉、催化剂、冷却器、过滤器和控制系统等。
1.反应室:反应室由不锈钢制成,一般容积在50—500L之间,内部安装有旋转搅拌器,可以有效地将反应物混合和搅拌,以确保反应的顺利进行。
2.反应炉:反应炉可以选择不锈钢、铜及铝合金等材料制成,其功能是将反应物加热至反应温度,以促进反应的进行。
3.催化剂:催化剂一般选择金属铱或催化剂聚合物,可以用于加速反应的进行,提高反应效率。
4.冷却器:冷却器用于在反应过程中降低反应温度,以防止反应过热而发生爆炸事故。
5.过滤器:过滤器用于将反应产物和残余的反应物分别收集。
6.控制系统:控制系统用于检测反应温度,压力和流量等参数,以确保反应的质量和可控性。
应用
烷基化反应器广泛应用于化肥、染料、农药、医药、精细化工、新材料、环保等行业,是有机合成中不可缺少的重要设备。
硫酸法烷基化反应器
硫酸法烷基化反应器是一种常用的有机合成反应器,用于进行烷基化反应。
其原理是利用硫酸作为催化剂,在适当的温度和压力条件下,将烃类化合物与醇类化合物反应,生成相应的醚类化合物。
具体反应步骤如下:
1. 将烃类化合物和醇类化合物加入反应器中,通入惰性气体,如氮气进行惰性气氛下的混合。
2. 加入适量的硫酸催化剂,通常为浓硫酸。
3. 控制反应温度和压力,通常在150-200摄氏度和1-5大气压下进行反应。
4. 反应持续一段时间后,停止反应,并分离出产物。
硫酸法烷基化反应器具有反应速度快、产率高以及操作简便等优点,因此在工业生产中得到广泛应用。
烷基化装置操作规程目录第一章 (4)第二章 (4)2.1 工艺原理 (4)2.2 工艺说明 (5)2.3 原料规格 (11)2.4 产品规格 (14)2.5 界区条件 (15)2.6 公用工程要求 (15)2.7 开车对工艺化学品的要求 (18)2.8 排放物和副产品 (19)2.9 设计考虑 (21)第三章 (22)3.1 烃类原料污染物的影响 (22)3.2 装置进料成分敏感度: (22)3.3 正操操作和控制 (22)第四章 (33)4.1 推荐的样品分析方法 (33)4.2 分析仪一览表 (34)4.3 取样一览表 (34)第五章 (37)5.1 安全淋浴器和洗眼器 (37)5.2 防火系统 (38)5.3 化学品处理和循环 (38)5.4 压力排放系统 (39)第六章 (40)6.0 开车步骤 (40)6.1 公用工程系统 (40)236.2 单机试车(预试车)和准备 (42)6.3 CDAIky装置钝化工艺 (44)6.4 正常开车 (46)第七章 (53)7.0 停车步骤 (53)7.1 从正常操作到全面停车程序 (54)7.2 短期停车 (60)7.3 长期停车 (62)7.4 事故停车步骤: (64)第八章 (65)8.1 反应危害 (65)第一章序言本手册含有烷基化工艺方面包括操作条件和生产能力在内的保密信息。
这些信息不能泄露给未经授权的人员。
本手册还提供了装置系统方和操作程序方面的信息,该手册的目的主要是为操作人员在进行装置详细操作手册准备和编制。
第二章工艺原理2.1 工艺简述该工艺涉及的反应是烯烃同异丁烷的烷基化反应。
同时副反应中有副产品产出。
烷基化初级烷基化反应涉及异丁烷同烯烃、如丁烯的反应,使用硫酸作为催化剂生成高辛烷值的三甲基戊烷异构物。
通常三甲基戊烷异构物被称之为烷基化油。
i-C4+C4H8→2,2,4-三甲基戊烷类似的反应也在异丁烷和其他烯烃如丙烯和戊烷之间发生,分别生成庚烷和壬烷异构物,但是就低选择性生产高辛烷值产品而言,选择丁烯进料更适宜。
烷基化装置概况特点及工艺原理1.装置概况装置原料:本装置原料为上游MTBE 装置提供的未反应碳四馏分、加氢裂化液化气,所需的少量氢气由制氢装置提供。
装置建设规模:根据MTBE 装置所提供的液化气量及液化气中的烯烃含量,实际可生产烷基化油约13.13 万吨/年,本装置设计规模为16 万吨/年烷基化油。
装置建设性质:在硫酸催化剂的作用下,液化气中的异丁烷与烯烃反应生成高辛烷值汽油调合组分-烷基化油。
装置设计原则:1)选用成熟可靠的工艺技术和控制方案,使设计的装置达到安、稳、长、满、优操作。
2)优化工艺流程并推广应用新工艺、新技术、新设备、新材料,降低生产成本,同时降低装置能耗,提高产品质量档次。
3)在保证技术先进、装置生产安全可靠的前提下,利用联合装置的优势,降低能耗并尽量降低工程造价,节省投资。
4)为了降低工程投资,按照“实事求是、稳妥可靠”的原则,提高国产化程度,所需设备立足国内解决,只引进在技术、质量等方面国内难以解决的关键仪器仪表。
5)采用DCS 集中控制,优化操作,以提高装置的运转可靠性,提高产品收率和质量。
6)严格执行国家、地方及主管部门制定的环保和职业安全卫生设计规定、规程和标准,减少“三废”排放,维护周边生态环境,实行同步治理,满足清洁生产的要求。
装置组成:本装置由原料精制、反应、制冷,流出物精制和产品分馏、化学处理等几部分组成。
装置运行时数和操作班次:装置年开工时间按8400 小时计,操作班次按四班三倒。
2.装置特点:烷基化装置是以液化气中的烯烃及异丁烷为原料,在催化剂的作用下烯烃与异丁烷反应,生成烷基化油的气体加工装置。
本装置包括原料加氢精制和烷基化两部分。
原料加氢精制的目的是通过加氢脱除原料中的丁二烯。
因为丁二烯是烷基化反应中主要的有害杂质,在烷基化反应过程中,丁二烯会生成多支链的聚合物,使烷基化油干点升高,酸耗加大。
脱除原料中的丁二烯采用选择性加氢技术,该技术已在国内多套烷基化装置上应用,为国内成熟技术。
烷基化操作规程流出物制冷硫酸法烷基化装置操作手册目录第一章、工艺简介第二章、工艺原理第三章、操作原理第四章、开停工指南第五章、硫酸安全使用手册第六章、化验分析手册第七章、故障及分析第一章工艺简介本章容主要介绍烷基化过程中的基本化学原理,讨论对产品质量有较大影响的操作变量。
烷基化反应实在强酸存在的条件下轻烯烃(C3、C4、C5)和异丁烷的化学反应。
虽然烷基化反应在没有催化剂存在时在高温下也可以发生,但是目前投入工业运行的主要的低温烷基化装置仅以硫酸或者氢氟酸做催化剂。
一些公司正在继续致力于固体酸催化剂烷基化装置的工业化。
烷基化过程发生的反应较为复杂,产品沸点围较宽。
选择合适的操作条件,大多数产品的馏程能够达到所期望的汽油馏程,马达法辛烷值围88~95,研究法辛烷值围93~98。
STRATCO流出物制冷硫酸法烷基化工艺极其专利反应设备(STRATCO接触式反应器)的设计可促进烷基化反应、抑制副反应如聚合反应的发生。
副反应提高了酸消耗量,并造成产品干点升高、辛烷值降低。
本章的其余部分将对影响烷基化产品质量的烷基化反应化学原理及其工艺变量进行讨论。
A.化学原理在STRATCO烷基化工艺中,烯烃与异丁烷在硫酸催化剂存在的情况下发生反应,形成烷基化物——一种汽油调和组分。
进料中存在的正构烷烃不参加烷基化反应,但会在反应区域起到稀释剂的作用。
酸/烃乳化液通过在STRATCO的专利设备——接触式反应器中对酸烯烃混合物剧烈搅拌得到。
STRATCO烷基化反应工艺使用硫酸作为催化剂。
根据定义,催化剂可以加快化学反应,但自身不发生变化。
然而,在硫酸烷基化工艺中,必须连续的向系统中加入硫酸。
由于副反应及进料中的污染物造成酸浓度下降,所以需要向系统中补充酸。
聚合反应是一种与烷基化反应竞争的副反应。
在聚合反应中,烯烃分子相互反应形成几种聚合物,产生高终馏点、低辛烷值的产品,以及可导致高耗酸的酸溶性油。
B.反应条件的影响反应区对烷基化反应有利并抑制竞争副反应的条件是:——高异丁烷浓度——低烯烃空速——低反应温度——剧烈搅拌——高酸强度1.异丁烷浓度为了加快期望的烷基化反应,必须在反应区保持高浓度的异丁烷。
我国烷基化装置及工艺技术发展史、现状、趋势及措施建议[摘要]全文介绍了烷基化工艺的由来,在我国的经历的三个发展阶段,阐述了烷基化油在汽油池中的作用,尤其是国V和VI标准的实施,异构化和烷基化油组分不可缺少;还列出了主要工艺技术和专利商。
分析了我国烷基化装置产能即将进入全面过剩,并给出了发展建议。
1烷基化技术由来烷基化油是由C4异丁烷与低分子烯烃(一般是C3-C5烯烃),在强酸催化剂(液体或固体催化剂)的作用下,反应生成长链异构烷烃混合物,其主要成分为异辛烷。
烷基化油与含有大量烯烃的催化汽油和大量芳烃的重整汽油相比,具有辛烷值较高、辛烷值敏感性小、调和性能优、挥发性低、不含烯烃、不含芳烃、硫含量低等优点,将其调入汽油中可以稀释降低汽油中的烯烃、芳烃组分的含量,同时提高汽油的辛烷值和抗爆性能,是理想的清洁车用汽油组分。
由于上个世纪30年代二战期间对航空汽油需求量极速上升,为解决高辛烷值航空汽油的供应而诞生的一项清洁汽油炼制工艺烷基化技术。
在我国汽油升级的发展过程中,汽油标准总体上朝着低硫、低烯烃、低芳烃的方向发展,烷基化油在汽油质量升级过程中经历了两个发展阶段,并将发挥越来越重要的作用。
2我国烷基化油的发展2.1 我国烷基化发展第一阶段上世纪八九十年代,随着国家对含铅汽油添加剂的逐步禁止,以中国石化和中国石油为主体的石化企业为解决禁铅之后带来的高辛烷值汽油组份的缺口,先后从国外引进了二十余套氢氟酸烷基化和硫酸烷基化装置。
但由于当时烷基化的主要原料--液化气价格居高不下,同时引进的装置在设备腐蚀、废酸处理以及安全操作方面存在的问题,致使这些装置大多处于开开停停的状态。
后续随着锰剂的引入以及我国重整装置建设的逐步跟上,逐渐填补了高辛烷值组份的空白,故而当初引进的烷基化装置大多废弃或者改建做了它用,只有大连石化、武汉石化、燕山石化等几套装置一直在开开停停地生产,也不是满负荷运行。
2.2 我国烷基化发展第二阶段进入本世纪以来,特别是近些年,地方炼厂炼油装置的建设具有市场响应快,效率高的特点,新上了一批烷基化装置,但同时也存在着缺乏市场统筹、一窝蜂上的问题。
烷基化装置概况特点及工艺原理1.装置概况装置原料:本装置原料为上游MTBE 装置提供的未反应碳四馏分、加氢裂化液化气,所需的少量氢气由制氢装置提供。
装置建设规模:根据MTBE 装置所提供的液化气量及液化气中的烯烃含量,实际可生产烷基化油约13.13 万吨/年,本装置设计规模为16 万吨/年烷基化油。
装置建设性质:在硫酸催化剂的作用下,液化气中的异丁烷与烯烃反应生成高辛烷值汽油调合组分-烷基化油。
装置设计原则:1)选用成熟可靠的工艺技术和控制方案,使设计的装置达到安、稳、长、满、优操作。
2)优化工艺流程并推广应用新工艺、新技术、新设备、新材料,降低生产成本,同时降低装置能耗,提高产品质量档次。
3)在保证技术先进、装置生产安全可靠的前提下,利用联合装置的优势,降低能耗并尽量降低工程造价,节省投资。
4)为了降低工程投资,按照“实事求是、稳妥可靠”的原则,提高国产化程度,所需设备立足国内解决,只引进在技术、质量等方面国内难以解决的关键仪器仪表。
5)采用DCS 集中控制,优化操作,以提高装置的运转可靠性,提高产品收率和质量。
6)严格执行国家、地方及主管部门制定的环保和职业安全卫生设计规定、规程和标准,减少“三废”排放,维护周边生态环境,实行同步治理,满足清洁生产的要求。
装置组成:本装置由原料精制、反应、制冷,流出物精制和产品分馏、化学处理等几部分组成。
装置运行时数和操作班次:装置年开工时间按8400 小时计,操作班次按四班三倒。
2.装置特点:烷基化装置是以液化气中的烯烃及异丁烷为原料,在催化剂的作用下烯烃与异丁烷反应,生成烷基化油的气体加工装置。
本装置包括原料加氢精制和烷基化两部分。
原料加氢精制的目的是通过加氢脱除原料中的丁二烯。
因为丁二烯是烷基化反应中主要的有害杂质,在烷基化反应过程中,丁二烯会生成多支链的聚合物,使烷基化油干点升高,酸耗加大。
脱除原料中的丁二烯采用选择性加氢技术,该技术已在国内多套烷基化装置上应用,为国内成熟技术。
由于MTBE 装置所提供的未反应碳四馏分中烷烯比不足,需补充部分异丁烷,因此引入部分加氢裂化液化气,与加氢后的碳四馏分混合进入分馏塔,分离出满足烷烯比要求的碳四馏分。
以液体酸为催化剂的烷基化工艺可分为硫酸烷基化和氢氟酸烷基化,两种工艺都为成熟的技术,在国内外都有广泛应用。
本设计采用的是DUPONT 公司的硫酸烷基化工艺,该技术具有如下特点:1)采用反应流出物致冷工艺:利用反应流出物中的液相丙烷和丁烷在反应器冷却管束中减压闪蒸,吸收烷基化反应放出的热量。
反应流出物经过气液分离后,气相重新经压缩机压缩、冷凝,抽出部分丙烷后,再循环回反应器。
与闭路冷冻剂循环致冷或自冷式工艺相比,流出物致冷工艺可使得反应器内保持高的异丁烷浓度,而从脱异丁烷塔来的循环异丁烷量最低。
此外,在这种致冷流程中采用了节能罐,使部分富丙烷物流在中间压力下闪蒸汽化进入压缩机第二段,从而节约能量。
2)STRATCO 公司反应部分循环异丁烷与烯烃预混合后进入反应器,酸烃经叶轮搅拌,在管束间循环,机械搅拌使酸烃形成具有很大界面的乳化液,烃在酸中分布均匀,减小温度梯度,减少副反应发生。
3)反应流出物采用浓酸洗、碱水洗工艺:反应流出物中所带的酯类如不加以脱除,将在下游异丁烷塔的高温条件下分解放出SO2,遇到水份,则会造成塔顶系统的严重腐蚀。
因此,必须予以脱除,本装置采用浓酸洗及碱洗的方法进行脱除,与传统的碱洗相比,能有效脱除硫酸酯,即用99.2%的硫酸洗后再用12%的NaOH 脱除微量酸。
3.选择性加氢工艺原理3.1 加氢工艺目的随着FCC原料的重质化以及FCC反应温度的提高,FCC碳四中丁二烯含量不断增高,有不少FCC装置产生的碳四中丁二烯浓度超过0.5%(m/m)。
如果FCC碳四用做烷基化原料,其中的丁二烯是耗酸的主要杂质,并且影响烷基化油的收率和质量,因此很有必要将其脱除。
加氢的方法可有效地脱除丁二烯,但该加氢工艺过程必须是高选择性的,因为单烯烃是烷基化的有用组分,在加氢过程中不能将其加氢,同时应尽量使丁烯-1异构为顺、反丁烯-2,因为顺、反丁烯-2是烷基化最理想的组分,它与异丁烷生成的烷基化油辛烷值高。
因此必须采用极具选择性的并且有较高异构化性能的催化剂和非常合适的工艺条件,以使混合碳四经过加氢脱丁二烯工艺处理后达到如下目的:1)丁二烯残留量低。
2)正构丁烯加氢成为丁烷的量最少。
3)丁烯-1异构成为丁烯-2的量最多。
4)异丁烯加氢成为异丁烷的量非常有限。
3.2 加氢化学反应1)热力学与动力学对于任一化学反应,热力学决定发生的可能性和各产物与反应物的数量。
实际上,有些反应100%完成,即各反应物都转化为产品,另一些则处于平衡状态,即只有部分反应物被转化,平衡时各种产品与反应物的量取决于操作条件并由热力学确定。
但热力学并不能说明达到平衡或完成反应所需的时间。
动力学确定化学反应的速率,反应速率取决于操作条件但也能通过适当选用催化剂而得到大幅度的变化,一个反应通常可被某一特定催化剂所强化。
换言之,热力学在假定时间为无限大时,可确定最终平衡组分。
动力学则能预测一限定时间后的组成,因为时间总是有限的,各种反应同时发生时,动力学一般占主导地位。
2)化学反应选择性加氢工艺所含化学反应有二种类型:·希望的反应,即与工艺目的相一致的反应:丁二烯加氢反应。
·不希望的反应:指造成原料中有价值的组分损失的反应,如丁烯、异丁烯加氢成丁烷、异丁烷。
①希望的反应希望的反应为丁二烯加氢反应,反应式如下:CH2=CH-CH=CH2+ H2CH3CH2CH=CH2丁二烯加氢反应涉及相当复杂的机理,连串反应和平行反应都会发生。
在中等温度20~100℃,1,3-丁二烯加氢生成丁烯-1,丁烯-1与丁烯-2也会进一步加氢生成丁烷,但反应速率低得多,只有当丁二烯几乎已完全被加氢之后,丁烯-1与丁烯-2的进一步加氢才明显表现出来。
②不希望的反应不希望的反应包括正构烯烃加氢变成正构烷烃、异构烯烃加氢变成异构烷烃的反应, 这些副反应的速度都远低于丁二烯加氢反应的速度,只有当丁二烯加氢接近完全时,才开始产生副反应。
反应式如下:CH2=CH(CH3)-CH3+ H2CH3-CH2(CH3)-CH3CH2=CH-CH2-CH3+ H2CH3CH2CH2CH33.3 加氢催化剂催化剂通常由一种载体(碱土氧化物、氧化铝、氧化硅、氧化镁……)及其上所沉积分散极细的一种或多种金属所构成。
此金属总是对催化剂起决定作用,载体(与其化学性质有关)也经常具有催化作用。
催化剂并不消耗,但可被原料中的杂质或化学反应产生的某些产品(如催化剂上形成的聚合物或焦炭沉积物)所失活。
1)催化剂活性、选择性、稳定性催化剂除其物理性质外的主要特性是:·活性活性是催化剂加快反应速率的能力。
对于其它操作条件相同的既定进料,活性由催化剂的操作温度来衡量,催化剂必须在可产生合格产品的温度下操作。
·选择性选择性表示催化剂对所要求的反应(而不是其它反应)的能力。
·稳定性稳定性的特征是操作条件与原料稳定时催化剂的性能(活性、选择性)随时间的变化。
主要是原料中的杂质和聚合物或焦炭的沉积影响稳定性。
2)催化剂特性与机理加氢反应所选用的HSE-401催化剂属Pd/AI2O3型。
该催化剂由分散于氧化铝载体上的钯所构成,并且以氧化态交货,不具备活性,使用前必须用氢气还原。
催化剂的载体机械强度好,呈弱酸性,能抑制聚合反应、能经受住蒸汽、氢气和空气温度高于400℃的处理(催化剂再生需要这种处理)。
催化剂的主活性组分为贵金属钯, 钯对二烯烃类加氢的高选择性来自与其它烯烃相比,对二烯烃和炔烃有高得多的吸附能力。
同时钯也有异构化的活性,但比二烯烃类加氢的速度低。
3)催化剂污染物催化剂的污染物分为三类:抑制剂或活性调节剂、暂时毒物、永久毒物。
①抑制剂或活性调节剂抑制剂是一种在催化剂活性表面上与反应物竞争,使可利用的活性面积减少的化合物。
它们强有力地吸附于催化剂金属之上,但这种吸附是完全可逆的,当进料中不再含有所述污染物时,毋需特别处理活性就恢复。
CO就是一种典型的活性调节剂。
②暂时毒物暂时毒物是吸附力强到能在活性表面上积累的污染物,只能采用就地或异地使用特有方法清除毒物恢复活性。
游离水即为典型的暂时毒物,用热氢气汽提即可有效地恢复活性。
③永久毒物永久毒物是采用蒸汽—空气烧焦和热氢汽提等方法所不能去掉的。
铅和氯就是典型的永久性毒物,催化剂必须卸出另换新剂。
毒物清单及其作用、来源与去除方法见表1-1。
本表并未列全,只是按所知道的类型列举了最经常遇到的杂质,原料中可能存在的其它杂质仍可能对催化剂性能有不利的影响。
3.4 影响加氢因素分析影响加氢因素的重要工艺参数有四个:H 2与丁二烯摩尔比、液相体积空速、反应温度、反应压力。
1)H 2与丁二烯摩尔比如前所述,丁二烯加氢的选择性与丁烯-1不同,主要在于活性金属表面对丁二烯有更强的吸附作用。
因此,一旦丁二烯完全加氢后,丁烯-1就会争夺活性表面则迅速加氢。
这意味着H 2/丁二烯比对本工艺性能而言很关键,过高的H 2/丁二烯比会导致丁烯因被加氢为丁烷而减少(即选择性差),过低的H 2/丁二烯比会造成残余丁二烯量高于期望值。
附:H 2与C 4进料中丁二烯的摩尔比的计算方法通过调节氢气的流量就可以确定H 2与C 4进料中丁二烯的摩尔比,氢气流量的计算方法如下:公式(1)中:V —氢气的流量,Nm 3/h 。
(氢气质量流量计可显示标准体积流量)W —碳四的流量,Kg/h 。
m —碳四中丁二烯的质量分率。
R —所需要的H 2与C 4进料中丁二烯的摩尔比。
公式(1)计算出的氢气流量为纯的氢气流量,当氢气为混合物时需确定出其中组分的种类及各自的含量,然后经过专门的公式(氢气质量流量计使用说明书中提供)计算后,直接由质量流量计给定即可。
很显然当碳四流量和组成变化时,也需要重新调整氢气的流量。
例:碳四的流量W 为14788Kg/h ,其中丁二烯含量为0.4%(m/m ),即质量分率为0.004,氢气为纯氢,所需要的H 2与C 4进料中丁二烯的摩尔比R 为3,则需要的氢气流量计算如下:W =14788Kg/h m=0.004 R =3将上述数值代入公式(1)得:则氢气的流量为73.61 Nm 3/h2)液相体积空速(LHSV ))1(544.22R m W V ⋅⋅⨯=h Nm R m W V /61.73354004.0147884.22544.223=⨯⨯⨯=⋅⋅⨯=LHSV定义为液体体积流量与催化剂体积之比,二者体积必须用同一种单位表示。
在其它条件不变的情况下,空速增大物料在催化剂床层中的停留时间减少,反应效果会变差;反之,反应效果会变好。