摘 要
乙烯是石油化工的主要产品之一，其生产规模、产量、耗能指标往往被视为一个国家石化工业发展水平的标志。目前，石脑油是世界上最主要的乙烯裂解原料。但随着石脑油资源日渐短缺，寻新的乙烯裂解原料，对乙烯生产是非常必要的。同时，随着石油化工行业生产装置的不断新建和扩能，炼油厂碳四作为装置的液化气产品，其产量也不断增加，如何合理有效的利用C4资源已成为世界各国关注的焦点。 本课题则是拟对大庆地区的炼厂和大庆石化公司混合C4采用选择加氢的方法进行烯烃饱和，然后进行分离，C4改质生产裂解原料。设计工作主要采用Aspen 化工设计软件。利用Aspen软件，对各个塔器进行初步设计，给定设计条件及初始值，进行初步的物料衡算和热量衡算。在初步计算的结果上，对各个设计参数及操作条件采用变量轮换法进行灵敏度分析，选择适宜的操作条件和设计参数。在完成单个精馏塔设计后进行精馏体系的设计，最后对该体系进行多种方案的设计与比较，最终选择最佳设计方案。然后依据化工原理中的基础理论与基本计算，借助于Excel等工具软件对精馏塔进行结构设计和水力学核算，做出操作负荷性能图，确定精馏塔的主要结构参数。并对计算结果进行分析、整理、归纳，最终选择最佳的设计方案。通过对装置的模拟优化计算，可以到装置的最佳操作条件， 提高关键产品的产品收率，合理利用生产原料，完成36万炼厂混合C4加氢装置精馏部分的工艺设计要求。 关键词：碳四加氢，正丁烷，异丁烷，裂解原料，工艺设计
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Ethylene is one of the main products of petroleum chemical industry. I ts production scale, production, energy dissipation indexes are usually considered as a symbol of national petrochemical industrial development level. At present, the naphtha is the main cracking feedstock of ethylene in the world. However, with the growing shortage of naphtha, it’s necessary for ethylene production to search for new cracking feedstock of ethylene. Meanwhile,the equipments of petrochemical industry have been continuously constructed and enlarged, and the output of liquefied gas products, which are produced by refinery carbon-four equipment, has been growing accordingly. Therefore, all the countries over the world have focused on how to utilized C4 in a reasonable and effective way.
This subject is focused on selected hydrogenation of mixed C4 methods used in Daqing refinery and Daqing petrochemical company. Based on the selected hydrogenation, we can produce cracking stock by separation olefin saturated and C4 modification. With Aspen software, preliminary design for each tower can be made. With specific preset condition and initial values, primary material balance and heat balance can be evaluated. Based on those calculations, one can optimize the parameters. Depending on fundamental principles of chemical engineering and basic calculations, as well as utilizing tools such as Excel, structural design and mechanical calculation on column can
be obtained. By plotting operating load, one can determine the major structural parameters of column and consequently find the best design.
Through the simulation optimization of the appliance, we can find out the optimum operating conditions, enhance key products’ yield, reasonably utilize materials and satisfy the requirement of industrialized application process design for 360,000 tons/year refinery mixed C4 hydrogenation.
Keywords：Carbon four hydrogenation，N-Butane，Iso-Butane，cracking feedstock，Process design
目录
第一章 前言 (1)
1.1 课题应用背景 (1)
1.2 研究意义 (2)
1.3 工业上C4的来源 (3)
1.4 炼厂C4综合利用 (3)
1.5 C4做乙烯裂解料 (4)
药用复合膜
第二章 工艺设计计算 (6)
滑水鞋
2.1流程概述 (6)
2.2气体分馏模拟计算 (7)
2.2.1原料气态烃的基础数据 (7)
2.2.2 状态方程的选择 (8)
2.2.3流程模拟计算模型的选择 (8)
叶轮给粉机
2.2.4 模拟计算结果 (8)
2.3实验室模拟............................................................................................................................. ..10 2.4 选定换热器类型 (11)
2.5异丁烷-正丁烷精馏设计方案及工艺流程 (12)
2.6全塔物料衡算 (12)
2.7利用ASPEN模拟计算精馏塔 (13)
2.7.1灵敏度分析 (14)
2.8全塔热量衡算 (15)
2.9塔的初步设计 (17)
2.9.1 汽液相流率 (17)程控步进衰减器系统
2.9.2 汽液相体积流量 (17)
2.9.3 计算塔径 (18)
2.9.4 堰及降液管的设计 (19)
2.9.5 塔板布置 (20)
2.10塔板上的流体力学验算 (21)
2.10.1 气体通过筛板压降hp和ΔPf的验算 (22)
2.10.2 漏液的验算 (22)
2.10.3雾沫夹带量ev的验算 (23)
2.10.4 液泛的验算 (24)
2.11 塔板负荷性能图 (25)
2.11.1 精馏段 (25)
2.11.2 提馏段 (26)
2.11.3 精馏段的负荷性能图 (27)
2.11.4 提馏段的负荷性能图 (27)
2.12精馏塔的设计计算结果汇总一览表 (28)
2.13精馏塔设计工艺简图 (29)
第三章结果与展望 (30)
3.1 结果 (30)
层板托
3.2展望 (30)
参考文献 (31)
致谢 (33)
附表 (34)
附图 (37)
声明 (38)
第一章 前 言
1.1 课题应用背景
我国石油化工企业大多为炼油和化工一体化企业，其中以炼油和乙烯装置为核心，炼油厂为下游乙烯装置提供原料，炼油厂产生的烯烃为聚合装置提供C3和C4烯烃原料，而乙烯装置产生的汽油可以返回炼油厂进行重整、芳烃抽提和油品调和，以及氢气、动力和水蒸汽平衡等等，优化炼油和化工装置
将产生巨大的经济效益。
在乙烯生产中，原料成本占生产成本的60～80%。正确选择乙烯原料对石油化学工业发展有很大影响。选择最经济的原料，对降低成本有着决定性的意义。我国乙烯生产能力在2005年达到近1000万吨/年,2010年达到1300万吨/年。目前，石脑油仍是世界上最主要的乙烯裂解原料。随着石脑油资源日渐短缺，寻新的乙烯裂解原料，对乙烯生产是非常必要的[9]。
炼厂气资源丰富，C4馏分过剩，但典型的催化裂化装置的C4馏分中C4烯烃体积分数高达50%～60 % ，同时还含有少量的二烯烃以及硫、砷等杂质，如直接将C4馏分作为蒸汽裂解制乙烯的原料，则烯烃在裂解炉中会发生聚合、环化、缩合和结焦反应，因此必须将烯烃除去。采用低压加氢饱和烯烃并脱除其杂质，是使C4馏分成为优质乙烯裂解料的主要方法。目前，国内外在碳四的合理利用问题上，总的指导思想是：利用碳四馏分中的高含量烷烃，通过催化裂解的方法以提高产品的乙烯收率，同时回收一定量的乙烯产品[28]。
乙烯收率是指单位时间的乙烯产量与投料量之比，是乙烯裂解装置重要的经济技术指标之一。乙烯原料费用约占生产成本的70％以上，提高乙烯收率降低单位产品的原料消耗，能大幅度降低单位产品的成本。各企业都很重视提高乙烯收率，从而提升企业的竞争力[9]。
目前国外已成功开发多种碳四回炼增产乙烯、丙烯的技术，如美国Arco.公司开发的Super flex工艺和
德国lurge公司开发的Propylur工艺等。
Super flex工艺是由Arco.化学公司开发，并由Kellogg Brown& Root(KBR)公司独家拥有该技术的专利许可。Super flex是一项以生成丙烯帷幕的技术，它根据催化裂化原理，将低价值的烯烃物流转化为高价值的丙烯和乙烯。其理想的原料是：炼油厂或乙烯装置的混合C4或C5轻质裂化汽油(产自裂解装置、催化裂化、焦化或减粘装置)及费托合成或其他工艺的烯烃物流。主要产物是丙烯、乙烯和高芳烃含量的汽油物流。采用抽余碳四（抽提丁二烯）进料，丙烯和乙烯
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