年处理10万吨石脑油催化预加氢工段工艺设计

年处理10万吨石脑油催化预加氢工段工艺设计

摘要

由于环保法规的日趋严格，汽油向着无铅、低芳烃、低烯烃、高辛烷值、高氧含量方向发展。轻质烷烃异构化是炼厂提高汽油轻质馏分辛烷值的重要方法。随着含铅汽油的禁用，轻质烷烃异构化技术获得了快速发展。其产品异构化油具有以下特点：异构化油的收率高且硫含量很低，不含烯烃、芳烃和苯；产品辛烷值明显提髙；辛烷值敏感度小，研究法辛烷值（RON）和马达法辛烷值（MON）通常仅相差 1.5个单位；可以提高汽油的前端辛烷值，使汽油的馏程和辛烷值有合理的分布，从而改善发动机的启动性能。因此异构化油是理想的汽油调和组分之一，尤其适合国Ⅴ汽油的生产。通常轻质石脑油的辛烷值为 60～70，通过轻质烷烃异构化技术，轻质石脑油的辛烷值可提高 10个单位以上。轻质烷烃异构化是提高汽油辛烷值最经济有效的方法之一，对环境保护也具有重要意义。

本设计量是年处理10万吨石脑油催化预加氢，年工作8000小时，由年处理量计算可知原料DMO年消耗量为146.89万吨，新鲜氢气年消耗量为10.03万吨。本设计首先对工艺流程分析，再根据工艺参数及有关标准利用Aspen Plus模拟软件完成了加氢反应器的物、热量衡算，还完成了对反应器的优化问题；本设计采用固定床列管式反应器，设计出反应器的内径为2.5m，管长为7.5m，管子采用φ25×2.5mm，一共5017根，正三角形排列；利用SW6-2011软件对DMO加氢反应器进行了强度校核；最后完成了设备的设计和选型。本设计还对DMO加氢工段的车间布置、设备控制、环境保护及投资估算进行了简单的设计与说明。

关键词: 石脑油催化预加氢；DMO加氢；列管式反应器

设计任务 I

摘要 II

Abstract III

1 绪论 1

1.1 项目概述 1

1.2 工艺特点 1

1.3 产品规格 2

1.4 项目建设意义 2

2 生产工艺 3

2.1 项目背景 3

2.2 工艺选择 3

2.2.1 工艺方案比较 3

2.2.2 工艺方案选择 4

2.3 工艺路线介绍 5

2.3.1 工艺原理 5

2.3.2 工艺流程图 5

2.3.3 生产流程叙述 6

2.4 催化剂选择 7

2.4.1 Cu/SiO2加氢催化剂 7

2.4.2 HEG-1加氢催化剂 7

3 物料衡算及能量衡算 8

3.1 物料衡算 8

3.1.1 物料衡算的意义 8

3.1.2 物料衡算的任务 8

3.1.3 物料衡算遵循的原则 8

3.1.4 系统物料衡算 8

3.2 能量衡算 11

3.2.1 能量衡算的目的 11

3.2.2 能量衡算可以解决的问题 11

3.2.3 能量衡算遵循的原则 11

3.2.4 系统能量衡算 12

4 设备选型及设计 14

4.1 设计标准与依据 14

4.2 换热器 14

4.2.1 概述 14

4.2.2 分类与特性 15

4.2.3 氢气进料预热器 16

4.2.4选型结果 26

4.3 泵 27

4.3.1 概述 27

4.3.2 选用要求 27

4.3.3 DMO进料泵 28

4.3.4 选型结果 32

4.4 压缩机 33

4.4.1 概述 33

4.4.2 设计依据 33

4.4.3氢气压缩机设计 33

4.5 反应器 34

4.5.1 概述 34

4.5.2反应器选型 34

4.5.3 DMO加氢反应器设计 34

4.5.4反应器设计 37

4.5.5反应器细节设计 39

4.5.6反应器结构设计 39

4.5.7支座设计 45

4.6 储罐 47

4.6.1 概述 47

4.6.2 分类 47

4.6.3 加氢粗产品储罐 47

4.6.4 选型结果 48

5 自动控制及仪表 49

5.1 设计依据 49

5.2 设计范围及分工 49

5.3 动力供应 49

5.3.1 仪表用压缩空气 49

5.3.2 仪表用电源 49

5.4 设备控制方案 49

5.4.1 泵的控制方案 49

5.4.2 压缩机的控制方案 51

5.4.3 换热器的控制方案 52

5.4.4 反应器的控制方案 53

5.4.5 闪蒸罐的控制方案 55

5.4.6 储罐的控制方案 55

6 车间布置 57

6.1 设计依据 57

6.2 EG合成车间 57

6.2.1 车间整体布置 57

6.2.2 各类设备布置 57

6.2.3 车间布置图 58

6.3 车间的单元设备布置 60

6.3.1 固定床反应器布置 60

6.3.2 泵组布置 60

6.3.3 氢气压缩机布置 61

6.3.4 储罐布置 61

7 环境保护措施 62

7.1 设计原则 62

7.2废气 62

7.3废水 63

7.4废渣 63

7.5噪声 64

8 投资估算 65

8.1 编制说明 65

8.2 投资估算 65

8.2.1 编制依据 65

8.2.2 估算方法说明 65

8.2.3 车间投资的一般构成 66

8.2.4 车间建设投资估算 66

8.2.5车间流动资金 69

8.2.6车间总投资汇总 69

8.3车间资金筹措 69

8.3.1车间资金来源 70

8.3.2投资规模 70

8.4 产品成本估算 70

8.4.1编制依据与成本估算 70

8.4.2 成本估算表 71

8.5静态分析 71

8.6动态分析 72

结束语 73

9.1 设计总结 73

9.2设计感想 74

[参考文献] 75

致谢 77

1 绪论
1.1 项目概述
石脑油催化预加氢(EG)，又名甘醇，分子式为(CH₂OH)₂。石脑油催化预加氢具有低凝固点、高沸点和弱还原性等特点。石脑油催化预加氢主要用于防冻液、塑料以及聚酯纤维等领域。在国内，生产石脑油催化预加氢广泛用于黏合剂、聚酯(PET)以及防冻液等。国内聚酯消的费量占石脑油催化预加氢总生产量的90％以上，使我国石脑油催化预加氢的生产和消费得到了持续不断的快速发展。
本设计采用草酸二甲脂加氢制石脑油催化预加氢工艺技术，分为两步进行。第一步一氧化碳与亚硝酸酯催化合成草酸二甲酯，第二步由提纯后的草酸二甲酯催化加氢制得石脑油催化预加氢。本工艺技术既能在有煤、天然气的地方投资生产，又能充分利用原料资源，实现了综合有效的利用资源；制备草酸二甲酯在常压和低于160℃的条件下进行；草酸二甲酯催化加氢制备石脑油催化预加氢在2.0MPa和210℃条件下反应，此催化反应有大量的反应余热可回收再利用。本工艺路线原子利用率高，大气环境污染小，可大大提高生产过程的综合经济效益。
1.2 工艺特点
本车间设计由草酸二甲酯制石脑油催化预加氢工艺全部采用合成气为原料进行，使石脑油催化预加氢合成所需要的原料，都有低廉的价格和丰富的资源。为了降低原料成本、可以全国性推广工艺流程创造了有利条件，使合成气制石脑油催化预加氢工艺技术更具有实用性和先进性。工艺首先将合成气原料导入装有HDMO型催化剂的列管式反应器中进行催化反应。将分离提纯的草酸二甲酯的反应尾气再通入再生塔，回收利用亚硝酸甲酯。精制后的草酸二甲酯与新鲜氢气催化加氢生产石脑油催化预加氢，DMO催化加氢反应采用HEG-1型加氢催化剂，使得原料草酸二甲酯转化率≥98%，产物石脑油催化预加氢选择性≥95%。
1.3 产品规格
表1 产品规格一览表

项目		指标
石脑油催化预加氢外观		无机械杂质、透明、无色
石脑油催化预加氢质量分数%		99.8
色度（铂-钴）/(加热前) <		5
密度（20），g/cm³		1.1128—1.1138
沸程（0， 0.1033MPa）	初馏点（）	196
	干点（）	199
水分（%）		0.1
酸度（%）		0.002
铁含量（%）		0.00001
灰分（%）		0.001
二石脑油催化预加氢和三石脑油催化预加氢（%）		0.1
醛含量（%）		0.001
紫外透光率（%）	220nm	70
	275nm	90
	300nm	98

1.4 项目建设意义
纵观全球，工业上合成石脑油催化预加氢基本上全部采用石油合成路线。但是受到油价不管升高和国际原油市场的影响，因此石脑油催化预加氢合成成本也不断升高。石油路线制备石脑油催化预加氢路线要面临国外天然气制备石脑油催化预加氢和国内煤产业制备石脑油催化预加氢路线的挑战。目前，中国石油合成路线生产石脑油催化预加氢受到乙烯生产量的影响，生产量不能满足国内外市场的需求。
因此，煤产业制备石脑油催化预加氢路线的开发与充分利用就显得尤为重要。近些年来，煤化工合成石脑油催化预加氢工艺路线取得了巨大突破，以合成气合成草酸二甲酯催化加氢为代表的工艺技术路线取得了工业化的成功。

设计总结

本次设计第一章简绍了石脑油催化预加氢工业的概况，讲述了石脑油催化预加氢合成工业中的重要方法的经济性做了对比。第二章在合成石脑油催化预加氢工艺中选择出最优的工艺路线，并选择出来最适的催化剂。第三章进行了系统的物料衡算和热量衡算。第四章进行了设备的选型与计算，其中包括换热器、反应器、储罐和泵。设计出了反应器内管选为Φ25×2.5mm，反应器管数为5017根，呈正三角形排列。反应器内径2.5m，催化剂的填充高度为7.34m，管长L为7.4m，封头的高度为0.625m，反应器的长度H为8.55m。利用SW6-2011软件进行了反应器的强度校核，满足设计要求。第五章为自动控制及仪表控制，详细介绍了本车间所用的控制方法。第六章为车间布置，对厂房以及设备整体布置进行了说明。第七章环境保护措施，对三废和噪声污染提出来处理措施。第八章投资估算，简单的介绍了本设计投资用费及动静态分析。

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