摘要 岳阳兴长石化4万吨/年异壬醇联产1万吨/年对叔辛基酚项目常州大学CHANGZHOU UNIVERSITY“东华科技陕鼓杯”第十二届全国大学生化工设计大赛岳阳兴长石化4万吨/年异壬醇联产1万吨/年对叔辛基酚项目摘要辛巴“东华科技陕鼓杯”第十二届全国大学生化工设计竞赛岳阳兴长石化4万吨/年异壬醇联产1万吨/年对叔辛基酚项目摘要设计单位常州大学石油化工学院设计团队辛巴成员姓名黄贵杰 余佳豪 倪彩虹 任倩倩 杜玉迪指导教师马江权 薛冰 高晓新 魏科年 周满2018年8月13日目录第一章 项目简介11.1 项目名称11.2 项目性质11.3 项目拟建设地点和地区11.4 建设意义1第二章 工艺流程选择及介绍22.1 工艺概述22.2 工艺路线介绍2第三章 节能与创新73.1 工艺方案创新73.2 反应与分离技术创新73.3节能设计与创新8第四章 环境保护94.1 废气处理方案94.2 废水处理方案104.3 废渣处理方案144.4 噪声处理154.5 绿化16第五章 厂区选择175.1 厂址选择175.2 厂区布置17第六章 经济评价19第七章 总结21常州大学 辛巴团队第一章 项目简介1.1 项目名称岳阳兴长石化4万吨/年异壬醇联产1万吨/年对叔辛基酚项目1.2 项目性质本项目的目标是为岳阳兴长石化有限公司设计一座异丁烯资源化利用的装置。本装置综合利用经岳阳兴长石化总厂获得的高纯异丁烯、苯酚及来自长炼工业园内的合成气、氢气等原料，采用高纯异丁烯齐聚制二异丁烯，二异丁烯氢甲酰化及加氢制主产异壬醇，二异丁烯烷基化制主产对叔辛基酚，同时副产邻叔辛基酚、2，4-二叔辛基酚。其中异壬醇质量分数99.97%，对叔辛基酚质量分数99.8%，邻叔辛基酚质量分数99.5%和2，4-二叔辛基酚质量分数99.5%。在人们对全球环境气候变化和环境问题高度关注的背景下，众多工业化国家提出了大力发展清洁能源汽车，从源头上控制和消除“传统燃油汽车尾气污染”的解决方案，部分国家甚至制定了停用传统燃油汽车的时间表，因此在车用燃料油和燃料油添加剂需求量大幅减少的情况下，有效的利用石油和石油加工产物中的馏分资源是一项具有重要现实意义的任务。1.3 项目拟建设地点和地区湖南省岳阳市兴长石化有限公司1.4 建设意义在人们对全球变化和环境问题高度关注的背景下，许多国家提出大力发展清洁能源汽车，中国作为积极倡导和参与全球环境治理的负责任大国，在发展清洁能源汽车领域已经走在了世界的前端，在大力发展推广新能源汽车的同时，也采取了有效的措施改进燃油汽车的排放问题，其中之一即是于2020年在前全国推广使用乙醇汽油。所以对化工行业来说，在车用燃料油和燃料油添加剂需求大量减少的情况下，如何有效的利用石油和石油加工产物中的相关馏分资源是一项具有挑战性的科学问题。我们面临的问题是在推广应用乙醇汽油而不再需要甲基叔丁基醚类的辛烷值添加剂后，利用异丁烯生产既有使用价值又有市场需求的下游产品。我们选择的工厂是岳阳兴长石化有限公司，主要来源是公司中的高纯异丁烯和苯酚以及来自长炼工业园的氢气与合成气，将其资源利用制成异壬醇、对叔辛基酚、邻叔辛基酚和2，4-二叔辛基酚。异壬醇主要用于生产邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）等高分子量邻苯二甲酸酯增塑剂。随着DINP等高分子量邻苯二甲酸酯增塑剂逐渐代替低分子量邻苯二甲酸酯增塑剂，预计未来几年内异壬醇的需求将进一步增长。DINP被广泛用作汽车、线缆、地坪、建筑等工业领域的增塑剂。辛基酚主要用于制取酚醛树脂（如对叔辛基酚甲醛树脂又称202树脂、溴化辛基酚酚醛树脂、油脂性辛基酚醛树脂），非离子表面活性剂，油墨行业（包括绝缘清漆、防锈剂及燃料油、润滑油和石油添加剂等），橡胶助剂等有机中间体。 本项目从成本、副产物处理、对其他原料的依赖程度以及技术成熟度上来分析，利用异丁烯来生产异壬醇和对叔辛基酚，该项目不仅有利于兴长石化公司的健康发展，同时该项目能够取得一定的经济效益与社会效益。第二章 工艺流程选择及介绍2.1 工艺概述采用Bayer丁烯齐聚工艺生产二异丁烯、Oxeno工艺生产异壬醇及树脂催化法生产对叔辛基酚。工艺成熟，降低投资成本和操作成本，运行期间催化剂性能稳定，便于控制，装置占地面积小，从根本上解决了含酚废水的污染问题，设备不受酸腐蚀，可选择性的获得高纯度、高产量的对叔辛基酚，未反应的物料可循环使用、经济效益高。2.2 工艺路线介绍1. 异丁烯二聚反应工段高纯异丁烯经泵和加热器加热达到和溶剂正己烷的温度差较近时混合，由泵输送至列管式反应器，在90 和20 bar反应条件下，以大孔磺酸性阳离子树脂为催化剂发生二聚反应生成二异丁烯，经过反应、分离、换热后进入后续反应工段，其溶剂和抑制剂循环回流充分利用。 图2-1 异丁烯二聚工艺流程图 第一部分：异丁烯原料预处理部分，由总厂提供的MTBE裂解制得的高纯异丁烯经泵、加热后与来自正戊烷回收塔塔顶的物料进入二聚反应进料搅拌罐；与此同时，补充溶剂正戊烷经正戊烷进料罐通过泵输送至二聚反应进料搅拌罐；三者混合后由泵输送至二聚反应器。 第二部分：异丁烯二聚反应与分离部分，来自异丁烯进料搅拌罐出料泵的混合物进入二聚反应器，本工段反应器采用列管式固定床反应器，反应后的混合物经正戊烷回收塔进料泵送入正戊烷回收塔内进行分离，塔顶冷凝器获得产物去第一部分异丁烯原料预处理部分进行物流间换热，塔底得到纯度为99.98%的二异丁烯，分别送往对叔辛基酚和异壬醇的合成工段去反应。2. 对叔辛基酚合成烷基化工段在众多由二异丁烯制备对叔辛基酚的方法中，树脂催化法能达到的纯度较高，生产过程清洁。因此选用树脂催化法。图2-3 对叔辛基酚合成烷基化工艺流程图（A） 图2-4 对叔辛基酚合成烷基化工艺流程图（B）来自上一工段制得的高纯二异丁烯与来自原料区的苯酚经进料搅拌罐送入烷基化反应器，经反应后的混合物进入后续的三塔进行分离，分别得到我们的主产品对叔辛基酚与副产品邻叔辛基酚、2，4-二叔辛基酚。第一个塔为苯酚回收塔，塔顶产物中主要为未反应的苯酚用于循环利用，由泵送往反应进料搅拌罐，塔底产物主要为多烷基酚，送入第二个塔邻辛基酚分离塔进行分离提纯。在邻辛基酚分离塔中，塔顶获得质量分数为99.5%的邻叔辛基酚，塔底主要含对叔辛基酚和2，4-二叔辛基酚，由泵送往第三个塔对叔辛基酚分离塔进行分离。在对叔辛基酚分离塔中，塔顶获得纯度为99.8%的对叔辛基酚，达到企业标准优等品等级，塔底获得质量分数为99.5%的2，4-二叔辛基酚。3. 氢甲酰化工段和异壬醇合成加氢工段在由二异丁烯经氢甲酰化及加氢反应生产异壬醇的方法中，Oxeno工艺比其他方法更为简单易行，在此工艺的基础上，本项目利用长炼工业园的合成气与氢气来制取异壬醇。图2-5 氢甲酰化工段工艺流程图（A）图2-6 氢甲酰化工段工艺流程图（B） 图2-7 异壬醇合成加氢工段工艺流程图（A） 图2-8 异壬醇合成加氢工段工艺流程图（B）常州大学 18 辛巴团队第三章 节能与创新3.1 工艺方案创新 本工艺采用MTBE裂解制得的高纯异丁烯二聚合成二异丁烯，一部分二异丁烯进行氢甲酰化及加氢反应合成异壬醇，另一部分进行烷基化合成对叔辛基酚。该工艺资源化利用创新点如下：1.以往二异丁烯通常采用C4馏分为原料合成，合成的二异丁烯常含有其他组分，给后续生产造成影响。本项目采用MTBE裂解制得的高纯异丁烯为原料直接合成二异丁烯避免了过多杂质给后续生产造成的影响。2.异壬醇主要用于增塑剂DINP的生产，国内异壬醇生产厂家目前仅有中石化一家，产能在18万吨/年，但仍供不应求，从环保性上来说DINP必将取代DOP，因此异壬醇也将在不远的将来大放异彩。对叔辛基酚每年国内的进口量都远大于出口量，国内的产量无法满足国内需求量，因此生产该产品可充分利用异丁烯资源。3.2 反应与分离技术创新3.2.1高效反应新工艺对叔辛基酚合成过程中采用新型大孔阳离子树脂催化剂，该催化剂催化效率高，使用过程要完全隔绝水分，从根本上解决了含酚废水的问题，使生产过程符合环保要求，且该工段中采用叔丁醇做抑制剂、正戊烷做溶剂，大大提高了反应的选择性与转化率。3.2.2 高效分离新工艺我们采用减压蒸馏和规整填料金属丝网波纹填料来进行分离，该填料的波纹与塔轴倾角为30，人为的“规定”塔中填料层内的气液流动路径，则可以大大改善填料的流体力学性能和传质性能，具有压降低、板效率高、通量大和气液分布均匀的优势，可高效提高分离过程。3.2.3 反应分离集成技术将齐聚反应热和加氢反应热释放的热量用冷却水移走，产生蒸汽送往公用工程站，将热量在用于塔釜再沸器的使用，从而降低了原有的公用工程的费用，节省能量。3.3节能设计与创新3.3.1全流程能耗低本项目制取的对叔辛基酚在标况下为固态，因此制得对叔辛基酚产品后无需大型公用工程对产品进行冷却提纯，只需过滤分离即可，同时自然冷却即可造粒包装，降低能耗。在项目设计过程中，控制精馏塔塔顶温度在四五十度左右，只需常规冷却介质冷却水即可，塔釜温度也控制在合理范围内，降低了整个生产过程的能耗。3.3.2 构建优化换热网络本项目使用夹点分析和热集成节能技术，结合Aspen Energy Analyzer V9.0软件，得到了适用于本系统的换热网络方案，使厂区内的冷热工艺物流在合理范围内换热，从而达到节省能量的目的。相较不采用热集成技术直接用公用工程进行换热的换热网络，热集成后的换热网络能量回收率（节能率）达到10.4%。热集成后的换热网络如图3-1所示：图3-1 优化后的换热网络3.3.3节能效果运用热集成及热泵精馏前后能耗对比如下：表3-1 优化前后能耗比较表冷公用工程/KW热公用工程/KW合计/KW优化前公用工程用量7601939716998优化后公用工程用量6716851215228节约能源/%11.69.410.4每年二氧化碳排放减少量22586.667kg第四章 环境保护4.1 废气处理方案本项目有组织排放的废气主要来自气液分离器顶部排放气，经分类初步处理后汇至总厂；无组织排放主要来自装置区的跑、冒、滴、漏。根据GB 16297-1996大气污染物综合排放标准的规定，做以下处理：表4-1 废气排放一览表序号排放气名称排放点排放量（m3/h）浓度（w%）排放方式处理去向1含醛排放气异壬醛回收气液分离器0.025C9H18O 84.36%H2 11.82%C12H24 3.81%连续活性炭纤维有机气体净化回收技术2含醇排放气氢气闪蒸罐0.234C9H20O 86.76%C9H18O 6.54%H2 6.17%连续本技术以活性碳纤蛙为吸附材料，可高品质地从有机尾气中回收烷烃、烯烃、芳香烃、酮、醇、醛、卤代烃