20萬噸固定床FCC輕汽油醚化裝置設(shè)計(jì)

遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙本文主要通過對國內(nèi)外催化輕汽油醚化的各種工藝技術(shù)的研究，總結(jié)出FCC汽油經(jīng)過醚化反應(yīng)，汽油輕餾分中的活性烯轉(zhuǎn)化為醚，可使辛烷值提高2～3個單位。由于FCC汽油輕餾分中烯烴約占總汽油中烯烴的90％，因此將活性烯轉(zhuǎn)化為醚后，烯烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少約23％，改善安定性。辛烷值的提高也減少了體系調(diào)和高辛烷值汽油對重整汽油的需要量，從而降低了汽油中芳烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并增加汽油的氧含量，是提高催化汽油質(zhì)量的有效途徑之一。以國內(nèi)幾家催化裂化輕汽油醚化工藝技術(shù)和國外幾家催化裂化汽油醚化工藝技術(shù)為研究對象，分析了各種工藝技術(shù)的流程及工藝特點(diǎn)。重點(diǎn)研究了催化輕汽油的選擇加氫技術(shù)和醚化反應(yīng)技術(shù)，并詳細(xì)計(jì)算了20萬噸/年催化裂化汽油的醚化裝置設(shè)計(jì)的過程。重點(diǎn)研究了催化輕汽油的選擇加氫、醚化反應(yīng)和異構(gòu)化技術(shù)，通過分析論證，總結(jié)出最佳的催化裂化輕汽油醚化工藝流程。從工程設(shè)計(jì)方面重點(diǎn)探討催化裂化汽油輕餾分醚化工藝中流程和設(shè)備選型方面的問題。主要包括分餾塔、加氫反應(yīng)器、醚化反應(yīng)器的裝置設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用固定床及兩臺反應(yīng)器串聯(lián)的工藝流程，過程簡單，操作平穩(wěn)，投資少，可大大改善了催化裂化汽油的質(zhì)量。關(guān)鍵詞:催化裂化輕汽油；醚化；裝置設(shè)計(jì)；工藝流程Throughthedomesticandinternationalcatalyticlightgasolineetherificationofallkindsoftechnologyresearch,summarizestheFCCpaperFCCgasolinelightdistillatesetherificationchangeistoimprovethequalityofgasoline,meetstherequirementsofenvironmentalprotectionidealprocess.TheFCCgasolinelightfractionsoftheactiveeneintotheether,canmakeoctaneNumbersincreasedby2to3unit.DuetotheFCCgasolinelightolefinsinthefractionoftotalgasolineolefins90%,willthereforepropyleneactivityintotheether,olefinsqualityscore23%reduction,improvethestability.Theimprovementofoctaneratingalsoreducehighoctanevaluetoattunetoreformingthegasolinedemand,soastoreducethemassfractionofaromaticsingasoline.Onthechoiceofcatalyticlightgasolinehydrogenationtechnologyandetherificationreactiontechnology,anddetailedcalculation200000tons/yearFCCgasolineetherificationdevicedesignprocess.Onthechoiceofcatalyticlightgasolinehydrogenation,etherificationreactionandisomerizationtechnology,throughtheanalysis,summedupthebestofcatalyticcrackinglightgasolineetherificationprocessflow.FromengineeringdesignaspectsdiscussestheFCCgasolinelightdistillatesetherificationprocessflowandtheequipmentselectionproblem.Includingthedesignoffractionationtower,hydrogenationreactors,etherificationreactordevice.Thisdesignusesaseriesoffixedbedandtworeactorprocess,theprocessissimple,smoothoperation,lessinvestment,cangreatlyimprovethequalityoftheFCCgasoline.Keywords:catalyticcrackinglightgasoline;etherification;devicedesign;process目錄摘要 1Abstract 21文獻(xiàn)綜述 41.1車用汽油質(zhì)量現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 41.1.1汽車尾氣對環(huán)境的影響 41.1.2車用汽油性質(zhì)與尾氣排放的關(guān)系 41.1.3歐美車用汽油標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀 41.1.4中國車用汽油標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀與趨勢 41.2催化裂化汽油降烯烴技術(shù) 41.2.1催化裂化汽油中硫的存在形態(tài)與分布規(guī)律 41.2.2催化裂化汽油中烯烴的分布規(guī)律 41.3催化裂化輕汽油醚化技術(shù)原理 41.3.1催化裂化輕汽油醚化主要反應(yīng) 41.3.2反應(yīng)條件對醚化反應(yīng)的影響 41.3.3提高醚化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的途徑 41.3.4醚化催化劑與影響醚化催化劑壽命的因素 41.4催化裂化汽油選擇性加氫脫二烯烴技術(shù) 41.4.1催化裂化汽油選擇性加氫反應(yīng) 41.4.2催化裂化汽油選擇性加氫催化劑 41.5催化裂化輕汽油醚化技術(shù) 41.5.1國外技術(shù) 41.5.2國內(nèi)的技術(shù) 42設(shè)計(jì)說明 42.1項(xiàng)目概括 42.2設(shè)計(jì)依據(jù) 42.3產(chǎn)品對比 42.4原料與催化劑 42.4.1主要原料 42.4.2催化劑 43工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算 43.1概述 43.2工藝計(jì)算 43.2.1分餾塔的設(shè)計(jì) 43.2.2塔板流動性能的校核 43.2.3塔板負(fù)荷性能圖 43.2.4選擇性加氫反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 43.2.5醚化反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 43.3工藝流程簡述 44設(shè)備選型 44.1設(shè)備選型原則 44.2關(guān)鍵設(shè)備選擇 44.3設(shè)備維修 44.3.1設(shè)備維修方案 44.3.2維修人員要求 44.3.3維修人員職責(zé) 45安全與環(huán)境保護(hù) 45.1消防設(shè)計(jì) 45.1.1危險(xiǎn)性物質(zhì)(甲醇)概述及其物化性質(zhì) 45.1.2事故發(fā)生的可能性及危險(xiǎn)性分析 45.1.3消防安全措施 45.1.4消防系統(tǒng) 45.2生產(chǎn)安全 45.2.1裝置設(shè)計(jì)中采用以下保護(hù)措施 45.2.2勞動安全衛(wèi)生 45.2.3安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 45.2.4安全系統(tǒng)的設(shè)置 45.2.5工業(yè)衛(wèi)生 46概算 46.1投資估算 46.1.1投資估算編織說明 46.1.2設(shè)備費(fèi)用 46.1.3項(xiàng)目投資和投資估算 46.1.4相關(guān)費(fèi)用計(jì)算說明 46.2社會效益評價(jià) 4總結(jié) 4參考文獻(xiàn) 4致謝 41.1車用汽油質(zhì)量現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢1.1.1汽車尾氣對環(huán)境的影響現(xiàn)代燃料汽車的排放主要有NOX、HC、CO、PM、硫化物、金屬化合物（鉛、錳類）、有機(jī)化合物（醛、酮、酸）、CO2和水?？紤]到當(dāng)前燃料中隊(duì)金屬化合物加入量的嚴(yán)格限制，檢測和控制技術(shù)的水平，以及污染對人類、自然界產(chǎn)生危害認(rèn)識條件的制約，許多國家列為需要用法律控制的污染排放物為NOX、HC、CO和PM。雖然CO2是地球“溫室效應(yīng)”的元兇之一，也已引起人們的極大重視，但目前還沒有列入法定污染排放物范圍。（1）一氧化碳CO是含碳燃料不完全燃燒的產(chǎn)物，大氣中90%的CO來自機(jī)動車廢氣。它極易與血液中的血紅蛋白結(jié)合，結(jié)合速度比氧氣快250倍，在極低濃度時就能使人或動物遭到缺氧性傷害。輕者眩暈，頭疼，重者腦細(xì)胞受到永久性損傷，甚至窒息死亡。CO還會引起胎兒生長受損和智力低下，對心臟病、貧血和呼吸道疾病傷害性大。（2）氮氧化合物NOX是N2和O2在發(fā)動機(jī)高溫、高壓下的燃燒產(chǎn)物排放到大氣中形成的，主要是NO和NO2。NOX具有腐蝕性和生理刺激作用尤其是刺激眼睛和護(hù)膝系統(tǒng)，引發(fā)支氣管和肺部等疾病。汽車尾氣中的NOX與某些低分子烴類排入大氣，在紫外線作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧(O3)，形成光化學(xué)煙霧，對人體和植物有害。（3）碳?xì)浠衔锾細(xì)浠衔锲囄矚庵械奶細(xì)浠衔锸侨剂蠜]有燃燒或不完全燃燒的產(chǎn)物，它容易在太陽光下產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，在一定的濃度下對植物和動物有直接毒性，對人體有致癌作用。（4）顆粒物PM是一種黑色煙怠狀顆粒，由不完全燃燒產(chǎn)生的顆粒和燃燒中硫生成的SO2、SO3顆粒組成。PM以顆粒為核心，其上吸附和聚集了許多化合物，可長期懸浮于空氣中，其中許多化合物是致癌物質(zhì)，嚴(yán)重危害人體健康。各種柴油車的試用是造成PM的主要原因，而汽油車一般不會產(chǎn)生PM。（5）二氧化碳CO2是燃料燃燒的主要產(chǎn)物沒事尾氣的主要成分。CO2盡管無毒，但作為一種溫室效應(yīng)氣體，卻是地球變暖的原因之一。CO2排放量正在成為下一個受控目標(biāo)[1]。1.1.2車用汽油性質(zhì)與尾氣排放的關(guān)系燃燒產(chǎn)生的乙烯、丙烯、丁烯是廢氣的主要組分，而C5和C5以上的烯烴只是一少部分。支鏈的烷烴被發(fā)現(xiàn)是形成丙烯和丁烯的主要來源，而直鏈的烷烴傾向于構(gòu)成乙烯。用直鏈的烷烴取代支鏈的，烯烴含量將增加，但是廢氣的反應(yīng)活性沒有變化。廢氣中的甲苯和多芳烴的含量和他們在燃料中的濃度線性相關(guān)，而苯明顯的來自燃料中的苯以及多烷基芳烴的去烷基化[2]。汽油中的烯烴在汽車的進(jìn)油系統(tǒng)、噴嘴、汽缸內(nèi)易形成焦質(zhì)和沉淀，使發(fā)動機(jī)效率下降，有害物質(zhì)排放量增加；同時，烯烴進(jìn)入大氣層會形成臭氧，燃燒生成物中會形成有害的二烯烴。1.1.3歐美車用汽油標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀美國的汽油標(biāo)準(zhǔn)：美國目前關(guān)于汽油的標(biāo)準(zhǔn)有美國材料與試驗(yàn)協(xié)會的D4814－2003、美國22州新配方汽油標(biāo)準(zhǔn)、加州CaRFG3標(biāo)準(zhǔn)。在這三類汽油規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)中以ASTM標(biāo)準(zhǔn)最寬松，加州標(biāo)準(zhǔn)最嚴(yán)格，其限值變化最大的是硫含量。ASTMD4814-2003要求硫含量不大于1000μg/g，對苯含量、烯烴含量和芳烴含量則沒有加以限制。美國加州現(xiàn)行汽油質(zhì)量指標(biāo)執(zhí)行硫含量不大于15μg/g，苯含量不大于0.7%，烯烴含量不大于4.0%，芳烴含量不大于22%，蒸氣壓不高于48.3kPa的標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)行的加州汽油標(biāo)準(zhǔn)比2006年執(zhí)行的聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)還嚴(yán)格。美國聯(lián)邦汽油標(biāo)準(zhǔn)將于2006年開始執(zhí)行硫含量不大于30μg/g，苯含量不大于1%，烯烴含量不大于10%，芳烴含量不大于25～30%，蒸氣壓不大于51.7kPa的具體指標(biāo)，從而進(jìn)一步經(jīng)濟(jì)合理的降低汽車污染物排放。歐洲的汽油標(biāo)準(zhǔn)：EN228汽油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是歐洲統(tǒng)一實(shí)施的汽油標(biāo)準(zhǔn)。EN228標(biāo)準(zhǔn)主要由兩部分組成,第一部分限定了密度、辛烷值以及硫含量、苯含量等指標(biāo)的最大值。第二部分根據(jù)氣候和季節(jié)將汽油的揮發(fā)性劃分成不同的等級分別執(zhí)行。由于歐洲國家較多，具體情況差別較大，因此歐洲一些先進(jìn)國家在滿足歐洲統(tǒng)一法規(guī)的大前提下，又制定了符合自己國情的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)。為了進(jìn)一步降低汽車污染物的排放，EN228-2002汽油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（與歐Ⅲ排放法規(guī)相對應(yīng)），將汽油硫含量降到150μg/g、芳烴含量降到42%、要求苯含量不大于1.0%，鉛含量不大于5mg/L，并對各種氧化物的含量加以限制。2005年，歐洲將開始執(zhí)行歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)，將清潔汽油中的硫含量降為50μg/g，芳烴、苯、烯烴含量分別降為35%、1.0%和18%。2007年10月1日起推行無硫汽油，使硫含量低于10μg/g，并于2009年1月1日開始強(qiáng)制執(zhí)行此指標(biāo)。1.1.4中國車用汽油標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀與趨勢我國車用汽油普遍存在烯烴含量高、硫含量高、安定性差等性能缺陷，其質(zhì)量不能滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求，這已成為煉化企業(yè)面臨的主要難題。車用汽油中催化裂化汽油所占比例高達(dá)80%，其特點(diǎn)是烯烴含量較高，所含烯烴體積分?jǐn)?shù)為40%～60%，且主要為C5～C6烯烴。隨著環(huán)境保護(hù)要求的日益嚴(yán)格與技術(shù)發(fā)展的需求，自2000年以來，我國陸續(xù)發(fā)布了GB18351-2001《車用乙醇汽油》、GB18351-2004《車用乙醇汽油》、GB17930-2006《車用汽油》三個國家標(biāo)準(zhǔn)，并稱車用汽油兩大標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)中夏季蒸汽壓由不大于74kpa升級為不大于72kpa；硫含量由不大于500ppm升級為不大于150ppm。苯含量由不大于2.5%(體積分?jǐn)?shù))升級為不大于1.0%(體積分?jǐn)?shù))，烯烴含量不大于35%(體積分?jǐn)?shù))升級為不大于30%(體積分?jǐn)?shù))，考慮到我國國情和煉油工業(yè)現(xiàn)狀，該項(xiàng)指標(biāo)仍然落后于歐Ⅲ(不大于18%)。錳含量不大于0.018g/l升級為不大于0.016g/l[3]?？傮w來看，清潔汽油發(fā)展的趨勢是低硫、低芳烴、低烯烴、低飽和蒸氣壓和較高的辛烷值。降低FCC汽油中烯烴含量的主要方法有：加氫、采用降烯烴的催化裂化催化劑或助劑以及輕汽油醚化技術(shù)等。加氫方法的缺點(diǎn)主要是耗氫量大，辛烷值損失較大；采用降烯烴催化裂化催化劑或助劑有一定的效果，但降烯烴的效果受到一定的限制；采用輕汽油醚化技術(shù)，是在酸性催化劑的作用下，使輕汽油餾分中的C5叔烯烴(2-甲基-1-丁烯、2-甲基-2-丁烯)及部分C6叔烯烴與甲醇反應(yīng)生成甲基叔戊基醚(TAME)、甲基叔己基醚等醚類化合物[4]。該技術(shù)可以提高汽油的辛烷值，降低汽油中的烯烴含量，增加汽油中的含氧量，促進(jìn)汽油的完全燃燒，從而有效地降低汽車尾氣中有害物質(zhì)的排放量。因此，為了滿足生產(chǎn)清潔汽油的要求而合理利用FCC汽油中的活性烯烴組分，將其醚化成高辛烷值的含氧醚類物質(zhì)是目前的趨勢。1.2催化裂化汽油降烯烴技術(shù)1.2.1催化裂化汽油中硫的存在形態(tài)與分布規(guī)律催化裂化汽油中硫的存在形態(tài)主要有硫醇類，二硫化物及硫醚類，苯硫酚類，噻吩類，四氫噻吩類和苯并噻吩類。硫醇硫和二硫化物硫的含量較少，二者之和占總硫含量的15％左右；硫醚硫含量中等，占總硫含量的25％左右；噻吩類硫的含量最多，占總硫含量的60％以上，采用氣相色譜能將FCC汽油中噻吩及其衍生物細(xì)分為多達(dá)20多種[5]。分析表明：90％的硫都集中在占65％的100℃以上的汽油餾分中，且近9O％的硫化物都是噻吩類化合物。將國內(nèi)兩種FCC汽油進(jìn)行了實(shí)沸點(diǎn)切割，測定了各窄餾分的硫含量、族組成和硫化物類型分布，結(jié)果表明噻吩硫占50％～60％，二硫化物占5％～6％，硫醚占25％～30％，硫醇占10％～13％。硫醚和硫醇主要集中在小于100℃的餾分中，二硫化物主要集中在70～100的餾分中，噻吩主要集中在大于100℃的餾分中。1.2.2催化裂化汽油中烯烴的分布規(guī)律目前，我國車用汽油仍以催化裂化汽油為主，高達(dá)78.9％，F(xiàn)CC汽油中烯烴體積分?jǐn)?shù)為45％～50％，有的煉廠高達(dá)70％，遠(yuǎn)高于世界燃料規(guī)范的汽油Ⅱ(烯烴體積分?jǐn)?shù)≯20％)、Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)(烯烴體積分?jǐn)?shù)≯l0％)[6]。表1-1我國FCC汽油典型的組成(％)項(xiàng)目C4C5C6C7C8C9C10C11≥C12合計(jì)烷烴0.817.037.285.824.943.542.022.551.3936.48烯烴3.5010.669.267.654.942.500510.6139.02環(huán)烷烴1.352.171.671.870.671.418.34芳香烴0.351.634.415.043.5916.16合計(jì)4.3117.6918.2217.2715.9612.957.794.31.39100.00我國FCC汽油典型的組成分析見上表1-1?？煽闯觯篊4、C5烯烴含量為14.16％。這些烯烴可以用來生產(chǎn)醚類產(chǎn)品。C6～C8的烯烴含量為21.85％。其中60％的異構(gòu)烯烴可用來生產(chǎn)相應(yīng)的醚類產(chǎn)品[7]。因此，輕汽油醚化即可提高汽油的氧含量和辛烷值。又能降低烯烴含量。一般說來烯烴含量能降低15～25個百分點(diǎn)[8]。1.3催化裂化輕汽油醚化技術(shù)原理1.3.1催化裂化輕汽油醚化主要反應(yīng)催化裂化汽油含有C4～C11多種，低碳叔碳烯烴容易與甲醇進(jìn)行醚化反應(yīng)，生成醚類化合物。但隨著碳數(shù)的增加，叔碳烯烴含量逐漸降低，C8以上叔碳烯烴含量較少，其總量在0.3%以下。在70℃前催化輕汽油組分，主要含C5和C6組分，其中C5組分油2個叔碳烯烴，C6組分油8個叔碳烯烴[9]。其典型反應(yīng)如下。(1)C5叔碳烯烴醚化反應(yīng)生成甲基叔戊基醚：(2)C6叔碳烯烴醚化反應(yīng)生成甲基叔己基醚：1.3.2反應(yīng)條件對醚化反應(yīng)的影響醚化反應(yīng)條件包括醇烯比、空速、反應(yīng)壓力、反應(yīng)溫度?；钚韵N的轉(zhuǎn)化率是確定反應(yīng)條件的主要依據(jù)。醇烯比過低時，不利于反應(yīng)；過高不僅會使副產(chǎn)品二甲醚和水增多，造成甲醇的浪費(fèi)，而且甲醇在催化劑活性中心周尉濃度增加，由于甲醇的質(zhì)子作用使得醚化反應(yīng)由普通的酸(H+)催化轉(zhuǎn)變?yōu)樘厥獾乃?CH3OH2+)催化，使得反應(yīng)活性降低，醚收率減少[10]?？账龠^高原料反應(yīng)不完全，烯烴轉(zhuǎn)化率下降；過低則增加催化劑用量，設(shè)備投資增大一般選在3～4h-1。由于催化裂化輕汽油中的輕餾分易揮發(fā)，影響醚收率，所以需要根據(jù)物性與溫度的關(guān)系來確定反應(yīng)壓力，保證反應(yīng)物在液相中進(jìn)行。醚化反應(yīng)是可逆的放熱反應(yīng)，溫度低有利于反應(yīng)，而動力學(xué)則要求高溫，所以反應(yīng)溫度必存在一個最佳值，最佳反應(yīng)溫度一般為70℃[11]。1.3.3提高醚化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的途徑影響醚化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的因索主要有溫度、醇烯比、空速、壓力。選擇合適的反應(yīng)條件以提高醚化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率[12]。（1）溫度的影響在所選擇的溫度范圍內(nèi)，3個餾分的醚化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率均隨溫度的升高而增加，達(dá)到最高值后又隨溫度的升高而下降。這是因?yàn)槊鸦磻?yīng)是可逆的放熱反應(yīng)，動力學(xué)和熱力學(xué)雙重作用造成了溫度的最佳值,最佳溫度一般為70℃。（2）醇烯比的影響隨著醇烯比(摩爾比)的增大，3個餾分的醚化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率均先增加，達(dá)到一最大值后又逐漸下降。這可能是由于隨著過剩甲醇增多，甲醇在催化劑活性中心周圍濃度增加，甲醇的質(zhì)子化作用使得醚化反應(yīng)由普通的酸(H+)催化轉(zhuǎn)變?yōu)樘厥獾乃?CH3OH2+)催化，因而反應(yīng)活性降低，反應(yīng)速率降低，醚化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率下降。最佳烯醇比一般為1.1：1。（3）空速的影響隨著空速增大醚化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率下降。這是由于空速增大，物料與催化劑接觸時間變短之故?？紤]到實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中空速不宜太低和選擇性加氫的效果，空速應(yīng)選擇在3h-1左右為宜。（4）壓力的影響由于催化裂化輕汽油中的輕餾分易揮發(fā),影響醚收率,所以需要根據(jù)物性與溫度的關(guān)系來確定反應(yīng)壓力,保證反應(yīng)物在液相中進(jìn)行[13]。1.3.4醚化催化劑與影響醚化催化劑壽命的因素醚化反應(yīng)是在酸性條件下進(jìn)行的，反應(yīng)可分均相和非均相反應(yīng)。均相反應(yīng)可采用硫酸、磷酸、氫氟酸、雜多酸及其鹽類，以及苯磺酸、烷基苯磺酸、聚苯乙烯磺化物。均相反應(yīng)具有腐蝕設(shè)備，產(chǎn)物分離復(fù)雜，對于烯烴混合物尤其是非支鏈烯烴和環(huán)烯烴轉(zhuǎn)化困難等缺點(diǎn)，因此在工業(yè)生產(chǎn)均采用非均相反應(yīng)。非均相反應(yīng)可用離子交換樹脂，固載雜多酸和沸石分子篩等催化劑[14]。離子交換樹脂為強(qiáng)酸性大孔陽離子交換樹脂，在較緩和的條件下活性烯烴的轉(zhuǎn)化率可達(dá)85％～100％，C5活性烯烴的轉(zhuǎn)化率為30％～60％。其缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差，樹脂表面積碳失活后無法燒焦再生。催化裂化汽油中含有的少量共軛二烯烴，在醚化條件下易發(fā)生聚合反應(yīng)，堵塞催化劑孔道，致使催化劑失活。為了延長催化劑壽命，開發(fā)出臨氫醚化三功能(二烯烴加氫、單烯烴雙鍵異構(gòu)及醚化)催化劑和相應(yīng)的臨氫醚化工藝。自行研制的HE-3三功能催化劑是以大孔強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂為載體，負(fù)載貴金屬而成。HE-3催化劑的醚化反應(yīng)活性與作為載體的陽離子交換樹脂催化劑相當(dāng)，但由于該催化劑具有烯烴雙鍵異構(gòu)化功能，在反應(yīng)過程中部分非叔碳烯烴轉(zhuǎn)化為叔碳烯烴，因而醚收率略高于大孔強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂[15]。另外一種很有發(fā)展?jié)摿Φ拿鸦呋瘎┦枪梯d雜多酸催化劑。長春應(yīng)用化學(xué)研究所利用雜多酸的特殊性質(zhì)，將其固載在活性碳或膨脹土上，進(jìn)行氣相合成醚類的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，固載雜多酸催化劑在不同溫度下的催化活性均大于分子篩和離子交換樹脂，對甲基叔丁基醚的選擇性可100％。沸石分子篩催化劑在較高的溫度下有很好的選擇性，對醇烯比靈敏度低，無酸的流失，可反復(fù)再生，還可抑制烯烴二聚。常用的有X-、Y-、L-、沸石、蒙脫土、ZSM-5及ZSM-11等。1.4催化裂化汽油選擇性加氫脫二烯烴技術(shù)1.4.1催化裂化汽油選擇性加氫反應(yīng)催化裂化產(chǎn)生的輕質(zhì)烴中含有烷烴、烯烴以及二烯烴、炔烴等高度不飽和烴，烯烴是石油化工過程的基本原料，但二烯烴、炔烴對后續(xù)反應(yīng)所用的催化劑影響很大，會引發(fā)副反應(yīng)或在酸性條件下發(fā)生齊聚反應(yīng)生成膠質(zhì)，膠質(zhì)吸附在催化劑上會堵塞催化劑孔道，覆蓋催化劑的活性中心，造成催化劑失活。同時二烯烴，尤其是共軛二烯烴，是烴類中最易氧化的烴，并且它對催化裂化汽油中烯烴的氧化有引發(fā)劑的作用，從而加速了催化裂化汽油的氧化，導(dǎo)致催化裂化汽油或催化裂解汽油的誘導(dǎo)期變短。因此在對輕質(zhì)烴類進(jìn)一步加工之前，需要脫除其中的二烯烴、炔烴[16]。提高汽油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)已成為石油化工領(lǐng)域中的重要課題。不飽和烯烴超標(biāo)是目前國產(chǎn)汽油面臨的主要問題之一。為了解決此類問題，一般采用以下三種技術(shù)方案：醚化；芳構(gòu)化；異構(gòu)化。這三種技術(shù)方案都需要把二烯選擇性加氫為有反應(yīng)活性的單烯烴。由于炔烴和二烯烴在催化劑上比單烯烴更容易吸附，因而炔烴和二烯烴加氫生成單烯烴在熱力學(xué)上是有利的。采用選擇性加氫工藝不但可以很好的脫除二烯烴和炔烴等雜質(zhì)，還可以保留活性單稀，是一種經(jīng)濟(jì)有效的手段。1.4.2催化裂化汽油選擇性加氫催化劑Neste公司采用負(fù)載金屬鈀的氧化鋁作為選擇性加氫催化劑，能使二烯烴含量從1％～3％降到0.05％～0.1％。法國石油研究院開發(fā)的選擇性加氫工藝可將二烯烴轉(zhuǎn)變?yōu)橄N，所用的耐硫型催化劑選擇性高，異構(gòu)化活性高，容易再生，容許最高硫含量為200μg/g。美國CDTECH公司的技術(shù)是將FCC輕汽油切割與二烯烴選擇性加氫同時在一催化蒸餾塔中進(jìn)行，其采用的催化劑是UnitedCatalystsInc生產(chǎn)的氧化鋁球體上含有0.34％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的Pd氧化物催化劑。二烯烴的加氫率為100％，非活性烯烴3-甲基-1-丁烯異構(gòu)化為活性烯烴的異構(gòu)化率高。撫順石油學(xué)院、石油大學(xué)研制的選擇性加氫催化劑是一種載有貴金屬的大孔強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂。該催化劑具有加氫、醚化和異構(gòu)化3種功能。其中石油大學(xué)開發(fā)的多功能催化劑在蘭州石化研究院的輕汽油醚化中試裝置上取得了較好的應(yīng)用結(jié)果。該多功能催化劑在促進(jìn)醚化反應(yīng)的同時將輕汽油中的雙烯烴加氫飽和，使部分非活性烯烴異構(gòu)化為活性烯烴，叔烯烴醚化為醚類化合物[17]。1.5催化裂化輕汽油醚化技術(shù)1.5.1國外技術(shù)（1）Snamprogetti的工藝圖1-1DEF工藝流程圖1——選擇性加氫反應(yīng)器2——醚化反應(yīng)器3——脫戊烷塔4——WCTRTAME合成器5——戊烷、戊烯分離塔6——SISP骨架異構(gòu)化Snamprogetti公司開發(fā)的DET工藝，該工藝主要特點(diǎn)是通過醚化反應(yīng)將C5～C7活性烯烴轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的甲基醚，同時采用烯烴骨架異構(gòu)化工藝將非活性的戊烯轉(zhuǎn)化為活性烯烴，并進(jìn)一步醚化。DET工藝采用沸點(diǎn)為32～100℃的FCC輕汽油為原料。為了減少膠質(zhì)的生成，首先對原料進(jìn)行選擇性加氫以除去二烯烴，然后送入醚化反應(yīng)器。異戊烯及C6和C7活性烯烴部分轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的醚。由于原料以C5餾分為主，故醚化反應(yīng)器的反應(yīng)條件應(yīng)使異戊烯轉(zhuǎn)化率達(dá)到熱力學(xué)平衡，反應(yīng)后的混合物進(jìn)入脫戊烷塔。脫戊烷塔塔底產(chǎn)品為不含甲醇的C6～C8烴和醚類混合物，塔頂產(chǎn)品為C5與甲醇的共沸物，其中30％是FCC輕汽油原料中所含異戊烯以及非活性的戊烯和烷烴[18]。脫戊烷塔塔頂產(chǎn)品與一定量的甲醇混合后進(jìn)入由TAME反應(yīng)器、骨架異構(gòu)化反應(yīng)器和烷烴分離塔組成的系統(tǒng)。其中TAME合成采用水冷卻管式反應(yīng)器，對剩余的異戊烯進(jìn)行醚化生成TAME。含有TAME、戊烯和戊烷的醚化產(chǎn)品經(jīng)分離后，TAME和脫戊烷塔塔底產(chǎn)品構(gòu)成最終醚化產(chǎn)品。戊烷與戊烯進(jìn)入烷烴分離塔，通過MPP選擇性氣相吸附工藝分離為戊烷和戊烯。分離出的戊烷并入脫戊烷塔產(chǎn)品中，戊烯進(jìn)入骨架異構(gòu)化反應(yīng)器，反應(yīng)后回到TAME反應(yīng)器繼續(xù)進(jìn)行醚化反應(yīng)。經(jīng)過DET工藝處理后，F(xiàn)CC輕汽油中烯烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)從49.7％降至20.9％，雷德蒸氣壓下降24.45kPa，辛烷值提高3.42個單位。（2）Neste公司的NExTAME工藝Neste工程公司開發(fā)的FCC輕汽油中C5～C7烯烴醚化工藝，見圖1-2，即NExTAME工藝于1995年5月在芬蘭實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。該工藝主要由選擇性加氫反應(yīng)器、預(yù)反應(yīng)器、精餾塔和側(cè)線反應(yīng)器組成，特點(diǎn)是采用精餾塔和側(cè)線反應(yīng)器來提高原料中活性烯烴的轉(zhuǎn)化率。預(yù)反應(yīng)器和側(cè)線反應(yīng)器都使用強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂為催化劑。FCC輕汽油原料經(jīng)選擇性加氫把二烯烴轉(zhuǎn)化為單烯烴后進(jìn)入預(yù)反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，然后送入精餾塔分餾。預(yù)反應(yīng)器為固定床反應(yīng)器，有23臺，大部分C5～C7活性烯烴在此反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化成醚類化合物[19]。圖1-2NExTAME工藝流程圖1——預(yù)反應(yīng)器2——蒸餾塔3——側(cè)線反應(yīng)器該工藝的關(guān)鍵是精餾塔和側(cè)線反應(yīng)器，用側(cè)線反應(yīng)器來提高原料的轉(zhuǎn)化率。該工藝?yán)幂p烴和甲醇形成的共沸物，嚴(yán)格控制精餾塔的操作條件，僅C4和少量與C4共沸的甲醇從精餾塔塔頂餾出，甲醇單程轉(zhuǎn)化率達(dá)99％，不需要甲醇回收設(shè)施。從精餾塔側(cè)線將未反應(yīng)的烴和甲醇采出，并引入側(cè)線反應(yīng)器進(jìn)一步進(jìn)行醚化反應(yīng)，反應(yīng)物再返回精餾塔。精餾塔塔底和塔頂餾出物相混合即得醚化輕汽油。經(jīng)預(yù)反應(yīng)器和側(cè)線反應(yīng)器之后，C5，C6，C7活性烯烴的轉(zhuǎn)化率分別為90％，40％～60％，20％～40％。醚化輕汽油中TAME的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16％，較重的醚類(THxME，THpME)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7％，甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％。與FCC汽油相比，醚化輕汽油辛烷值提高2～3個單位，F(xiàn)CC輕汽油的雷德蒸氣壓下降6kPa。輕餾分通過裝有金屬硅酸鹽催化劑的醚化反應(yīng)器，進(jìn)一步進(jìn)行醚化反應(yīng)，最終得到含醚汽油，產(chǎn)品溴價(jià)降低l6個單位。另外，捷克專利CS277124透露了一種由含有C5～C7叔碳烯烴的裂解輕汽油或催化裂化輕汽油，經(jīng)選擇性加氫，再與甲醇進(jìn)行醚化反應(yīng)，制備甲基叔烷基醚的新工藝。醚產(chǎn)品中含有l(wèi)6％的TAME，辛烷值RON95.8，MON82。（3）Mobil工藝和捷克專利Mobil公司開發(fā)的醚化工藝將過量的低級醇與含有叔碳烯烴的輕汽油混合，在第一段醚化反應(yīng)器中與酸性催化劑接觸，使叔碳烯烴醚化，得到含有叔烷基醚的輕汽油。這種含醚輕汽油分為輕、重兩個餾分，輕餾分為含有低級醇和C5以下的烴類，重餾分為醚和C5以上的烴類[20]。1.5.2國內(nèi)的技術(shù)（1）蘭州石化公司的醚化工藝圖1-3蘭州石化公司FCC輕汽油醚化工藝流程圖1——FCC輕汽油切割蒸餾塔2——固定床加氫醚化反應(yīng)器3——固定床反應(yīng)器4——醚化催化蒸餾塔中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化研究院與中國石油大學(xué)(北京)合作，在中國石油天然氣股份有限公司的資助下，開展了輕汽油醚化技術(shù)的開發(fā)。其中中國石油大學(xué)(北京)研究醚化機(jī)理、催化劑及原料處理工藝；中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化研究院開發(fā)醚化工藝及催化精餾技術(shù)，開展中試研究。FCC全餾分汽油經(jīng)裝有CY700高效填料的分離塔分離后，切割出75℃前的輕汽油組分作為醚化工藝的原料。采用中國石油大學(xué)(北京)開發(fā)的多功能催化劑進(jìn)行輕汽油加氫醚化反應(yīng)。該催化劑為負(fù)載Pd的樹脂催化劑，在臨氫條件下，具有催化雙烯烴選擇性加氫、雙鍵異構(gòu)與甲醇醚化反應(yīng)3種功能。加氫醚化后的輕汽油先在固定床預(yù)反應(yīng)器中反應(yīng)，然后經(jīng)催化精餾工藝進(jìn)行深度醚化。該催化精餾塔的精餾段和提餾段裝填規(guī)整金屬絲網(wǎng)填料，中部反應(yīng)段裝填波紋板狀的規(guī)整填料型樹脂化劑。從催化精餾塔塔頂蒸出甲醇和未反應(yīng)的輕組分，塔底采出醚化產(chǎn)物。其中C5叔烯烴和C6叔烯烴的轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到了90％和60％以上。深度醚化后的輕汽油與重汽油摻混，總的烯烴體積分?jǐn)?shù)由42.4％降至29.6％，辛烷值提高2.2個單位[22]。（2）齊魯石化公司的醚化工藝圖1-4齊魯石化公司FCC輕汽油醚化工藝流程1——常壓塔2——水洗塔3——選擇性加氫反應(yīng)器4——預(yù)反應(yīng)器5——催化蒸餾塔6——甲醇萃取塔7——甲醇回收塔中國石油化工股份有限公司齊魯分公司研究院在1998-1999年進(jìn)行了FCC輕汽油醚化工藝的開發(fā)，并通過了中國石油化工集團(tuán)公司組織的中試鑒定。該工藝采用了在MTBE生產(chǎn)中成功應(yīng)用的MP-Ⅲ型散裝式催化精餾技術(shù)，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。將FCC汽油送入精餾塔，塔底重汽油餾分進(jìn)入調(diào)和系統(tǒng)，從塔頂?shù)玫降姆悬c(diǎn)低于75℃的輕汽油餾分作為醚化原料。醚化反應(yīng)后，叔戊烯轉(zhuǎn)化率大于92％TAME選擇性大于98％；叔己烯轉(zhuǎn)化率大于40％，THxME選擇性大于98％。（3）撫順石化公司的醚化工藝20世紀(jì)80年代初，撫順石油學(xué)院與撫順石化公司石油一廠合作對FCC輕汽油醚化工藝進(jìn)行了系統(tǒng)研究。1994年撫順石化公司石油一廠建立了國內(nèi)第一套FCC輕汽油醚化工業(yè)化裝置，處理量為250kt/a。以初餾點(diǎn)約為75℃的輕汽油為原料，采用S54大孔強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂為催化劑進(jìn)行醚化反應(yīng)。醚化后FCC汽油烯烴含量降低，辛烷值可提高2～3個單位。但限于工藝技術(shù)狀況及受催化劑等多種因素的影響，該裝置未能實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定生產(chǎn)。2000年5月，撫順石化公司石油一廠使用撫順石油學(xué)院開發(fā)研制的FCC輕汽油臨氫醚化工藝與催化劑，在自主開發(fā)的中試醚化裝置上進(jìn)行了4000h以上的催化劑壽命試驗(yàn)，取得了較好的效果,并于2002年4月通過中國石油天然氣股份有限公司的技術(shù)鑒定[21]。該工藝的主要特點(diǎn)是在臨氫醚化反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行二烯烴選擇性加氫和臨氫條件下的醚化反應(yīng)。醚化后的FCC輕汽油的烯烴含量降低9.6個百分點(diǎn)，汽油的辛烷值提高1個單位。2.1項(xiàng)目概括20萬噸/年固定床FCC汽油醚化裝置設(shè)計(jì)，以來自某煉油廠的催化裂化汽油、甲醇和氫氣為原料，催化裂化汽油醚化裝置工藝流程包括全餾分汽油選擇性加氫脫二烯烴、催化裂化汽油分餾與醚化三部分組成。選擇加氫反應(yīng)采用HR-845催化劑，醚化采用丹東化工三廠生產(chǎn)的D005強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂，盡量采取可行的措施減少系統(tǒng)對環(huán)境的不利影響，并對排出的污染物提出合理的治理方案。與新配方汽油相比,我國汽油存在的主要問題是辛烷值低、烯烴含量高、氧含量低。由于催化裂化汽油約占我國汽油的80%,因此要提高我國汽油質(zhì)量必須首先改善催化裂化汽油質(zhì)量，催化裂化輕汽油醚化是實(shí)現(xiàn)上述的目的有效途徑。催化裂化輕汽油中的叔碳烯烴轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的醚類,既可以提高汽油的辛烷值,增加含氧量,又可以降低蒸氣壓,降低烯烴含量,提高安定性,因而對于提高汽油質(zhì)量非常有利。我國的催化裂化汽油按辛烷值主要分兩大類,一類催化裂化汽油的研究法,辛烷值為87-89,距90#汽油相差1-2單位,另一類催化裂化汽油的研究法,辛烷值為91左右,距93#汽油相差1-2單位。采用催化裂化輕汽油醚化工藝恰好可以彌補(bǔ)催化裂化汽油辛烷值的不足。延長催化劑壽命和提高叔碳烯烴轉(zhuǎn)化率是制約催化裂化輕汽油醚化工藝發(fā)展的主要問題。隨著新配方汽油的出現(xiàn)和含氧汽油的出現(xiàn)，減少汽油中污染物排放的研究正在蓬勃發(fā)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家相應(yīng)推出了各自油品的質(zhì)量規(guī)格和優(yōu)化生產(chǎn)技術(shù)。其中，美國提出的汽油無鉛，無金屬，使用苯含量小于1%,含氧量大于2%，代表了21世紀(jì)汽油質(zhì)量新趨勢。醚類化合物作為一種可有效提到汽油辛烷值的含氧化合物，以其與汽油的相溶性好，可以任意比例與汽油相溶而不發(fā)生分離的特點(diǎn)經(jīng)常用于改善汽油辛烷值，目前用于改善汽油辛烷值的醚類化合物有MTBE，TAME（甲基叔戊基醚），ETBE（乙基叔丁基醚）以及以FCC輕汽油為原料的混合醚（或燃燒醚）。2.2設(shè)計(jì)依據(jù)（1）指導(dǎo)教師所發(fā)放的設(shè)計(jì)任務(wù)書；（2）《化工建設(shè)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告內(nèi)容和深度的規(guī)定》（1992年12月28日化工部發(fā)布）及有關(guān)專業(yè)的國家標(biāo)準(zhǔn)；（3）《石油化工應(yīng)用》、《化工原理》；（4）國家經(jīng)濟(jì)、建筑等相關(guān)政策。2.3產(chǎn)品對比汽油醚化前后分析數(shù)據(jù)見下表2-1。表2-1醚化前后汽油分析數(shù)據(jù)分析項(xiàng)目醚化前醚化后研究法辛烷值90.593.1抗暴指數(shù)86.186.9硫含量/%0.0090.007汽油組成/%烷烴/%29.3428.74環(huán)烷烴/%11.9611.72芳烴/%14.9014.59烯烴/%41.1726.52苯/%0.040.04甲苯/%2.572.52醚類/%015.76誘導(dǎo)期/min6908102.4原料與催化劑2.4.1主要原料原料是來自某煉油廠的催化裂化汽油，氫氣和甲醇，它們的性質(zhì)見表2-2、表2-3、表2-4及表2-5。表2-2催化裂化汽油的性質(zhì)項(xiàng)目數(shù)據(jù)流量/（t·h-1）174相對密度0.71硫/(μg﹒g-1)195硫醇硫/(μg﹒g-1)61烯烴/%（體積分?jǐn)?shù)）28二烯烴/（l2g·100g-1）0.84RVP（冬季/夏季）/kPa82/-RON/MON90.3/80.4膠質(zhì)/(mg.100mL-1)2.8氨/(μg﹒g-1)32餾程（ASTMD86）/℃初餾點(diǎn)3010%4650%8590%155終餾點(diǎn)190表2-3催化裂化輕汽油的性質(zhì)項(xiàng)目數(shù)據(jù)密度/kg.m-3660動力黏度/mPa.S0.2236硫含量/μg·g-125硫醇硫/μg·g-13餾程/℃初餾點(diǎn)10%30%50%70%90%終餾點(diǎn)25.931.336.542.256.269.580.2平均分子量/（kg/kmol）62.02占全餾分質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3042表2-4催化裂化重汽油的性質(zhì)項(xiàng)目催化裂化汽油密度/kg.m-3734動力黏度/mPa.S0.3884硫含量/μg·g-1269.3硫醇硫/μg·g-186.5餾程/℃初餾點(diǎn)10%50%90%終餾點(diǎn)7885.5116163.5193平均分子量/（kg/kmol）115.91占全餾分質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.6958表2-5甲醇的性質(zhì)熔點(diǎn)（℃）-97.8飽和蒸汽壓（kpa）13.33(21.2℃)沸點(diǎn)（0.1Mpa，℃）64.7閃點(diǎn)（℃）12.22臨界壓力（MPa）8.09臨界溫度（℃）239.5自然點(diǎn)（℃）463.89爆炸極限%(V/V)6.0~36.5相對密度(水=1)0.7915燃燒熱（kJ/mol）725.76相對蒸氣密度（空氣=1）1.11折光率(n20D)1.32922.4.2催化劑目前，醚化催化劑大多采用強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂，離子交換樹脂為磺酸型苯乙烯、二乙烯基苯共聚物的強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂，具有醚化活性高、選擇性高等特點(diǎn)。在較緩和的條件下，C4活性烯烴的醚化轉(zhuǎn)化率可達(dá)95％～100％，C5活性烯烴的醚化轉(zhuǎn)化率為70％。主要牌號有Amberlyst15(美國)、D72（南開大學(xué)）、S型（北京特種樹脂廠）及D005型（丹東化工三廠）等。工業(yè)上常用Hβ沸石催化劑，采用Hβ沸石催化劑，在溫度6℃、壓力0.8MPa、空速1h-1、醇烯比1．0的反應(yīng)條件下，叔碳烯烴的轉(zhuǎn)化率可達(dá)55.32％。本設(shè)計(jì)選用D005強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂及HR-845催化劑，其性質(zhì)見下表2-6、表2-7。表2-6D005強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂的性質(zhì)項(xiàng)目數(shù)據(jù)交換容積／[mmol(H+).g-1(干基)]4.75比表面積／(m2.g-1)48.92堆密度／(g.mL-1)0.56孔容／(mL.g-1)0.36平均孔徑／mn23.8粒度(0.3-1.2)≥95表2-7選擇性加氫催化劑的性質(zhì)催化劑名稱HR-845化學(xué)組成Mo-Ni顆粒直徑/mm2~4比表面積/m2·g-1140孔體積/cm3·g-10.4自然裝填密度/g·cm-3~0.84密相裝填密度/g·cm-3~0.88抗壓強(qiáng)度/MPa≥1.553.1概述本設(shè)計(jì)是催化輕汽油醚化裝置，根據(jù)分餾塔在本工藝中的作用，選擇板式塔較適宜。板式塔中，工業(yè)應(yīng)用較多的是由降液管的浮閥、篩板和泡罩塔板等。其中泡罩塔是工業(yè)上運(yùn)用較早的精餾設(shè)備，技術(shù)較為成熟，但是也存在著諸多的缺點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，操作維修不便等因素。篩板塔結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低；板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力較大；氣體分散均勻傳質(zhì)效率較高。但篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦、黏度大的物料。浮閥塔盤是在泡罩塔盤和篩孔塔盤的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它吸收了兩種塔盤的優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開有若干個閥孔，每個閥孔裝有一個可以上下浮動的閥片。氣體從浮閥周邊水平地進(jìn)入塔板上液層，浮閥可根據(jù)氣流流量的大小而上下浮動，自行調(diào)節(jié)。浮閥的類型很多，國內(nèi)常用的有F1型、V-4型及T型等，其中以F1型浮閥應(yīng)用最為普遍。浮閥塔板的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、造價(jià)低；塔板開孔率大，生產(chǎn)能力大；由于閥片可隨氣量變化自由升降，故操作彈性大；因上升氣流水平吹入液層，氣液接觸時間較長，故塔板效率較高。但其缺點(diǎn)是處理易結(jié)焦、高黏度的物料時，閥片易與塔板黏結(jié)；在操作過程中有時會發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。泡罩塔、篩板塔及浮閥塔在各方面的比較如下：（1）在造價(jià)上，篩板塔的造價(jià)為泡罩塔的60%，浮閥塔的造價(jià)為泡罩塔的80%；（2）處理能力上，篩板塔比泡罩塔大20%-40%，浮閥塔比泡罩塔大30%；（3）兩種類型板效率均較泡罩塔的板效率高15%；（4）在塔板壓降上，兩種類型均比泡罩塔的低30%；（5）兩種類型的塔的安裝都較容易，清洗方便；在國內(nèi)的使用結(jié)果中，對黏度稍大及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)浮閥塔也能正常操作。隨著制造業(yè)的發(fā)展，在越來越多的處理能力大，分離效率高的塔設(shè)備應(yīng)用與精餾工藝中，由于浮閥具有生產(chǎn)能力大，操作彈性大及塔板效率高等優(yōu)點(diǎn)，且加工方便，故有關(guān)浮閥塔的研究開發(fā)遠(yuǎn)較其它型式的塔板廣泛，是目前新型塔板研究開發(fā)的主要方向。由于浮閥塔運(yùn)用于精餾的工藝較為有利且可行，根據(jù)上面的比較和所給物料的性質(zhì)，經(jīng)過比較初步?jīng)Q定采用浮閥塔。3.2工藝計(jì)算3.2.1分餾塔的設(shè)計(jì)已知原料液的處理量20萬t/a，組成為0.3042（輕組分A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），要求塔頂餾出液的組成為0.68，塔釜液的組成為0.08，且，，相對揮發(fā)度，泡點(diǎn)進(jìn)料。其它工藝參數(shù)見下表3-1。表3-1分餾塔的部分工藝參數(shù)項(xiàng)目操作壓力/MPa操作溫度/℃黏度μ/cp平均密度/kg.m-3塔頂0.2575.60.2236660進(jìn)料0.496(進(jìn)料板)0.3234718塔釜0.31430.39730（1）塔板數(shù)的確定催化汽油屬于復(fù)雜的混合物，為了方便設(shè)計(jì)，故把其視為理想物系，并將其簡化為二元物系，即理想化為輕、重兩種組分：輕組分的摩爾質(zhì)量MA=62.02kg/kmol重組分的摩爾質(zhì)量MB=115.91kg/kmolXF=XD=XW=原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量由My=∑χiMiMF=0.4496×62.02+(1-0.4496)×115.91=91.68kg/kmolMD=0.7989×62.02+(1-0.7989)×115.91=72.86kg/kmolMW=0.1398×62.02+(1-0.1398)×115.91=108.38kg/kmoleq\o\ac(○,1)物料衡算原料液處理量F=D+W=259.710.7989D+0.1398W=259.71×0.4496解得：D=122.07kmol/hW=137.64kmol/heq\o\ac(○,2)求最小回流比及操作回流比泡點(diǎn)進(jìn)料q=1,Xq=XF=0.4496相平衡方程：y=故最小回流比為：取操作回流比為：R=1.1Rmin=1.1×1.180≈1.3eq\o\ac(○,3)求精餾塔的氣相、液相負(fù)荷精餾段液相摩爾流量：L=RD=1.3×122.07=158.69kmol/h精餾段氣相摩爾流量：V=(R+1)D=(1.3+1)×122.07=280.76kmol/h提餾段液相摩爾流量：L′=L+F=158.69+259.71=418.40kmol/h提餾段氣相摩爾流量：V′=V=280.76kmol/heq\o\ac(○,4)求操作線方程精餾段操作線方程為：提餾段操作線方程為：eq\o\ac(○,5)逐板計(jì)算法求取理論塔板，代入式(3)求得，將代入精餾段方程，求得，依此類推，當(dāng)時，換用提餾段方程，直到，將計(jì)算結(jié)果列入下表3-2中。求解結(jié)果為：總理論板層數(shù)：NT=6（包括再沸器）進(jìn)料板位置：NF=9eq\o\ac(○,6)實(shí)際板層數(shù)的求取根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際或經(jīng)驗(yàn)公式估算塔總板效率,取浮閥塔效率ET=0.67。精餾段實(shí)際板層數(shù)：N精=6/0.67=8.96≈9塊提餾段實(shí)際板層數(shù)：N提=9/0.67=13.43≈14塊表3-2理論塔板數(shù)的確定塔板數(shù)氣相組分液相組分塔板數(shù)氣相組分液相組分10.80.67681990.5692510.40895020.7298380.585817100.5409170.38152830.6784030.524814110.5000530.34369040.6439250.486338120.4436670.29454850.6221780.462993130.3704360.23551160.6089840.449161140.2824580.17088070.6008400.440746150.1861450.10694380.5882990.427963（2）塔徑的選取eq\o\ac(○,1)最大允許空氣速度以最上層塔板、塔頂產(chǎn)品及塔頂回流分別作物料平衡和能量守恒，見下圖。圖3-1物料衡算示意圖RD+VV=D1+VLQUOTED1=(R+1)DQUOTEt1=75.6℃t2=73.3℃解得：VV=0.0065kmol/hVL=0.24kmol/heq\o\ac(○,2)適宜的操作氣速Wa根據(jù)條件選定系統(tǒng)系數(shù)Ka=0.97，安全系數(shù)K=0.82。Wa=0.1820.970.82=0.15m2eq\o\ac(○,3)氣相空間截面積FaFa=0.24/0.15=1.6m2eq\o\ac(○,4)計(jì)算降液管內(nèi)液體流速VdVd(1)=0.170.970.82=0.135m/sVd(2)=7.9810-30.820.97=0.123m/s按規(guī)定應(yīng)選Vd=0.123m/seq\o\ac(○,5)計(jì)算降液管面積FdFd(1)=0.0065/0.123=0.528m2Fd(2)=0.111.6=0.176m2按規(guī)定應(yīng)選0.176m2eq\o\ac(○,6)塔截面積Ft和塔徑DeFt=1.6+0.176=1.776m2按規(guī)定取塔徑1500mm采用的塔截面積F及空塔氣速W為：F=0.785D2=1.77m2W=0.24/1.77=0.14m/s塔徑圓整后的降液管面積：Fd=1.77/1.776=1m2（3）塔高的計(jì)算根據(jù)資料選定：塔頂空間高度Hd=1.5m進(jìn)料段高度Hf=2.0m塔底空間高度Hb=1.5m則塔體高度為：H=1.5+(23-2)0.6+2.0+1.5=17.6m（4）浮閥數(shù)及其排列方式為保證塔板在制造﹑安裝過程中的強(qiáng)度和剛度要求，取塔板的材料為碳鋼，壁厚為3mm。參考塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)的系列化標(biāo)準(zhǔn)，可以得到降液管及溢流堰尺寸：溢流裝置計(jì)算：塔徑，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤，各項(xiàng)計(jì)算如下：堰長：取溢流堰高度：由,選用平直堰，堰上液層高度由計(jì)算，近似取，則取板上清液層高度，故。弓形降液管寬度和截面積由，查參考文獻(xiàn)得：依公式驗(yàn)算液體在降液管中停留時間，即故降液管設(shè)計(jì)合理。降液管底隙高度hO:,其中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值，取，則且，故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。選用凹形受液盤，取深度（5）浮閥數(shù)選取型浮閥，重型，閥孔直徑，初選閥孔動能因子，計(jì)算閥孔氣速：浮閥個數(shù)：（6）浮閥排列方式通過計(jì)算及實(shí)際試排確定塔盤的浮閥數(shù)n，在試排浮閥時，要考慮塔盤的各區(qū)布置。取塔板上液體進(jìn)﹑出口安定區(qū)寬度，邊緣區(qū)寬度，有效傳質(zhì)區(qū)由下式計(jì)算：開孔所占面積。選擇錯排方式，其孔心距t可由以下方法估算（見下圖）由開孔區(qū)內(nèi)閥孔所占面積分?jǐn)?shù)解得：根據(jù)估算提供的孔心距t進(jìn)行布孔，并按實(shí)際可能的情況進(jìn)行調(diào)整來確定浮閥的實(shí)際個數(shù)n，按進(jìn)行布孔，實(shí)際排閥數(shù)，并重新計(jì)算塔板的以下參數(shù)：閥孔氣速：動能因子：塔板開孔率：圖3-2開孔區(qū)內(nèi)開孔所占面積圖3-3塔板浮閥排列3.2.2塔板流動性能的校核（1）液沫夾帶量校核為控制液沫夾帶量過大，應(yīng)控制泛點(diǎn)，浮閥塔泛點(diǎn)率由以下兩式計(jì)算：式中由塔板上氣相密度及塔板間距查參考文獻(xiàn)得系數(shù)，催化汽油屬于中等起泡沫物系，根據(jù)文獻(xiàn)查相應(yīng)數(shù)據(jù)得，塔板上液體流道長及液流面積分別為：故：或所得液泛點(diǎn)率均小于0.8，故不會產(chǎn)生過量的液沫夾帶。（2）塔板阻力計(jì)算干板阻力：臨界孔速因閥孔氣速大于其臨界閥孔氣速，故應(yīng)在浮閥全開狀態(tài)下計(jì)算干板阻力：塔板清夜層阻力：（3）降液管液泛校核降液管中清液層高度由式計(jì)算，式中為流體流過降液管底隙的阻力，其阻力為：浮閥塔板上液面落差一般較小可以忽略，于是降液管內(nèi)清液層的高度為：取降液管中泡沫層相對密度，則可求降液管中泡沫層的高度為：而，故不會發(fā)生降液管液泛。（4）液體在降液管內(nèi)停留時間應(yīng)保證液體在降液管內(nèi)的時間大于，才能保證液體所夾帶氣體釋出。故所夾帶氣體可以釋放出來。（5）嚴(yán)重漏液校核當(dāng)閥孔的動能，因子低于5時，將會發(fā)生嚴(yán)重漏液，故漏液點(diǎn)的孔速可取的相應(yīng)孔流氣速：穩(wěn)定系數(shù)：故不會發(fā)生嚴(yán)重漏液。3.2.3塔板負(fù)荷性能圖（1）過量液沫夾帶線關(guān)系式在前面已知物系性質(zhì)及塔盤的結(jié)構(gòu)尺寸，同時給定泛點(diǎn)率時，即可表示出氣﹑液相之間的關(guān)系。根據(jù)前面液沫夾帶的校核，選擇表達(dá)式為：令，則上式可整理為：化簡得：上式為一線性方程，有兩點(diǎn)即可確定。當(dāng)時，。當(dāng)時，。由此兩點(diǎn)作過量液沫夾帶線。（2）液相下限線關(guān)系式對于平直堰，其堰上液頭高度必須大于，取，即可確定液相流量的下限線。取，代入，求得的值：可見該線為垂直軸的直線，記為。（3）嚴(yán)重漏液線關(guān)系式因動能因子時會發(fā)生嚴(yán)重漏液，故取，計(jì)算相應(yīng)氣相流量：，式中所以以上為常數(shù)表達(dá)式，為一平行軸的直線，即漏液線，也稱之為氣相下限線，記為。（4）液相上限線關(guān)系式取時降液的最大流量為：可見，該線為一平行軸的直線，記為④。（5）降液管液泛線關(guān)系式當(dāng)塔降液管內(nèi)泡沫層上升至上一層塔板時，即發(fā)生了降液管液泛。根據(jù)降液管液泛的條件，得以下降液管液泛工況下的關(guān)系。顯然，為了避免降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使，將上式中，，均表示為的函數(shù)關(guān)系，整理即可獲得表示液管液泛的關(guān)系式。在前面的核算中可知，由表面張力影響所致的阻力中所占的比例很小，在整理中可忽略，使關(guān)系式得到簡化：式中將代入上式中整理可得：將給定的條件或設(shè)計(jì)確定的數(shù)據(jù)代入上式整理得：由上式計(jì)算降液管液泛線上的點(diǎn)（見表3-3）。表3-3降液管液泛線數(shù)據(jù)Lh（m3/h）102030405060Vh（m3/h）8226.88061.57894.37714.97518.47300.0由表3-3中的數(shù)據(jù)作出降液管的液泛線，記為⑤。將以上的①﹑②﹑③﹑④﹑⑤五條線標(biāo)繪在同一直角坐標(biāo)系中，塔板的負(fù)荷性能圖如圖3-4所示。將設(shè)計(jì)點(diǎn)標(biāo)繪在圖中如D點(diǎn)所示，由原點(diǎn)O及D作直線OD。操作線交嚴(yán)重漏液線③與A，液沫夾帶線①于B，由此可見，該塔板操作負(fù)荷的上下限受嚴(yán)重漏液線③及液沫夾帶線①的控制。分別從圖中A﹑B兩點(diǎn)讀得氣相流量的下限及上限，并求得該塔的操作彈性。操作彈性圖3-4塔板負(fù)荷性能圖（6）塔板設(shè)計(jì)結(jié)果由負(fù)荷性能圖可知，設(shè)計(jì)點(diǎn)在負(fù)荷性能圖中的位置比較適中，有較好的操作彈性和適宜的裕度，其他性能滿足要求，所以本設(shè)計(jì)較為合理。3.2.4選擇性加氫反應(yīng)器的設(shè)計(jì)輕汽油的量為8894.0202kg/h，空速為3h-1催化劑的用量：有效系數(shù)取0.8，則：設(shè)高徑比：，查得標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭體積為0.131D3反應(yīng)器的容積：故：3.2.5醚化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用兩個反應(yīng)器，且兩個反應(yīng)器大小相同輕汽油的量為8894.0202kg/h，空速為0.8h-1，甲醇的量為1334.1030kg/h催化劑的用量：有效系數(shù)取0.8，則：設(shè)高徑比：，查得標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭體積為0.131D3,反應(yīng)器的容積：故：3.3工藝流程簡述圖圖3-5醚化流程示意圖4.1設(shè)備選型原則設(shè)備選型應(yīng)遵循的原則如下。（1）生產(chǎn)上適用―所選購的設(shè)備應(yīng)與本企業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模或開發(fā)新產(chǎn)品等需求相適應(yīng)。

（2）技術(shù)上先進(jìn)―在滿足生產(chǎn)需要的前提下，要求其性能指標(biāo)保持先進(jìn)水平，以利提高產(chǎn)品質(zhì)量和延長其技術(shù)壽命。

（3）經(jīng)濟(jì)上合理―一即要求設(shè)備價(jià)格合理，在使用過程中能耗、維護(hù)費(fèi)用低，并且回收期較短。

設(shè)備選型首先應(yīng)考慮的是生產(chǎn)上適用，只有生產(chǎn)上適用的設(shè)備才能發(fā)揮其投資效果；其次是技術(shù)上先進(jìn)，技術(shù)上先進(jìn)必須以生產(chǎn)適用為前提，以獲得最大經(jīng)濟(jì)效益為目的；最后，把生產(chǎn)上適用、技術(shù)上先進(jìn)與經(jīng)濟(jì)上合理統(tǒng)一起來。一般情況下，技術(shù)先進(jìn)與經(jīng)濟(jì)合理是統(tǒng)一的。因?yàn)榧夹g(shù)一上先進(jìn)的設(shè)備不僅具有高的生產(chǎn)效率，而且生產(chǎn)的產(chǎn)品也是高質(zhì)量的。但是，有時兩者也是矛盾的。例如，某臺設(shè)備效率較高，但可能能源消耗量很大，或者設(shè)備的零部件磨損很快，所以，根據(jù)總的經(jīng)濟(jì)效益來衡量就不一定適宜。有些設(shè)備技術(shù)上很先進(jìn)，自動化程度很高，適合于大批量連續(xù)生產(chǎn)，但在生產(chǎn)批量不大的情況下使用，往往負(fù)荷不足，不能充分發(fā)揮設(shè)備的能力，而且這類設(shè)備通常價(jià)格很高，維持費(fèi)用大，從總的經(jīng)濟(jì)效益來看是不合算的，因而也是不可取的。4.2關(guān)鍵設(shè)備選擇關(guān)鍵設(shè)備選擇見下表4-1。表4-1主要設(shè)備匯總設(shè)備類型尺寸數(shù)量（臺）分餾塔D=1.50mH=17.6m1選擇性加氫反應(yīng)器D=1.03mH=8.24m1醚化反應(yīng)器D=1.67mH=13.4m2容器2換熱器5離心泵8靜態(tài)混合器2合計(jì)214.3設(shè)備維修4.3.1設(shè)備維修方案維修體制一般分為四種：（1）事后維修這是最早期的維修方式，即出了故障再修，不壞不修。（2）預(yù)防維修這是以檢查為基礎(chǔ)的維修，利用狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)對設(shè)備進(jìn)行預(yù)測，有針對性地對故障隱患加以排除，從而避免和減少停機(jī)損失，分定期維修和預(yù)知維修兩種方式。（3）改善維修改善維修是不斷地利用先進(jìn)的工藝方法和技術(shù)，改正設(shè)備的某些缺陷和先天不足，提高設(shè)備的先進(jìn)性、可靠性及維修性，提高設(shè)備的利用率。（4）維修預(yù)防維修預(yù)防實(shí)際就是可維修性設(shè)計(jì)，提倡在設(shè)計(jì)階段就認(rèn)真考慮設(shè)備的可靠性和維修性問題。從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)上提高設(shè)備素質(zhì)，從根本上防止故障和事故的發(fā)生，減少和避免維修。4.3.2維修人員要求（1）具有良好的工作作風(fēng)和心理素質(zhì)本工廠的許多設(shè)備都是采用數(shù)控技術(shù)，設(shè)備比較復(fù)雜，設(shè)備要求精度也比較高，因此設(shè)備維修的技術(shù)性很強(qiáng)，維修人員必須具有勤奮好學(xué)，刻苦鉆研的精神，并養(yǎng)成多觀察、多動手、多分析、多記錄、多總結(jié)的良好習(xí)慣，以不斷積累經(jīng)驗(yàn)提高維修水平。另外維修人員還應(yīng)具有良好的心理素質(zhì)，不要被困難嚇倒，要知難而進(jìn)，膽大而心細(xì)。（2）具有豐富的知識檢驗(yàn)儀器維修人員的知識面要求比較廣，特別是隨著現(xiàn)代化儀器設(shè)備的精密度、復(fù)雜性的提高，要求知識面越來越廣，且逐漸加深。（3）維修人員的基本技能eq\o\ac(○,1)熟練的焊接技術(shù)：熟練的焊接一般指能根據(jù)不同焊接對象靈活使用焊接工具和焊接方法。保證既不損壞元件，又使焊點(diǎn)焊牢、光滑，不出現(xiàn)虛焊。eq\o\ac(○,2)能靈活運(yùn)用各種故障的檢查方法：儀器設(shè)備故障的原因和損壞的程序干差萬別。修理時，為了查找故障，可以用不同的方法，采用不同的檢查程序，以盡快找出故障的根本原因?yàn)槟繕?biāo)，就同醫(yī)生診斷和治療疾病一樣，實(shí)際檢修時，修理者的工作經(jīng)驗(yàn)、學(xué)識水平和靈活采用檢查方法的能力等，將起決定性的影響，能力越強(qiáng)，效率越高。該項(xiàng)能力的提高絲毫離不開實(shí)踐，應(yīng)在實(shí)際工作中仔細(xì)觀察，認(rèn)