1、2万吨某年mtbe项目可行性研究报告XX省XX市石油化工基地2万吨/年MTBE项目可行性研究报告 1 总论1.1 项目及建设单位基本情况1) 建设单位概况1、石化基地建设内容炼油能力3000万吨/年，乙烯生产能力240万吨/年。2、石化基地选址石化基地选址位于XX市XX区、XX市境内，由北港山、黄礁岛、道士冠岛和白果山构成的滩涂围垦区构成，规划面积为24.24km2。其中一期规划面积(黄礁涂围垦区）约为9.1km2。30万吨级原油码头和罐区位于大陈岛，规划面积0.16平方公里，通过23公里海底管道与石化基地相连。3、石化基地投资情况石化基地总投资1740亿元，其中一期项目投资约800亿元。我们
2、本次的设计主要是针对其下游产品碳四的综合利用。混合C4馏分中存在的异丁烯在催化剂的作用下与甲醇反应合成甲基叔丁基醚（MTBE）是七十年代中期发展起来的石油化工新技术。MTBE辛烷值很高，我们将利用其生产无铅高辛烷值汽油的调和成份。为满足市场需求和充分利用C4资源，进一步提高产品的社会效益和经济效益。本装置设计能力为2万吨年MTBE合成剂，于*年年底与气分装置同时动工，将于*月竣工。装置原料混合C4馏份来自本厂气体分离装置，原料甲醇为外购。该装置工艺方案采用混相膨胀床反应器合成MTBE新技术，装置由反应部分、产品分离部分和甲醇回收部分三部分组成。2) 主要生产装置处理能力2万吨/年，2005年1
3、2月投产。包括预醚化、催化蒸馏、甲醇回收单元。装置利用气分碳四中异丁烯与甲醇反应生产MTBE，使经过预反应器和催化蒸馏塔后碳四中异丁烯的转化率98%，得到合格的MTBE产品。1.2 编制依据及原则1.2.1 编制依据1.2.2 编制原则化工建设项目可行性研究报告内容和深度规定 2005年10月1) 符合中国石油整体发展战略，提高XX市的赢利能力。2) 结合XX市实际情况，合理选用国内外普遍采用的催化蒸馏工艺路线,使各种产品质量达到国家最新标准或行业标准的要求。3) 充分利用石化基地现有的公用工程设施及辅助设施，以降低投资、加快工程建设进度，为企业创造最大的经济效益。4) 三废治理和安全设施严格
4、执行国家、地方及主管部门制定的环保、职业安全卫生、消防和节能设计规定、规程和标准。采取各种切实可靠、行之有效的事故防范及处理措施，确保装置安全运行。1.3 研究范围本可研包括原料进界区至产品MTBE出装置整个工艺生产过程及罐区等部分。1.4 项目背景及建设理由1.4.1 项目背景甲基叔丁基醚（Methyl tert-butyl ether，以下简称MTBE）是一种高辛烷值的汽油组分，其马达法辛烷值为101，研究法辛烷值为117，在汽油组分中有良好的调和效应，稳定性好，而且可与烃燃料以任意比互溶，是一种良好的提高汽油辛烷值的油品添加剂。车用汽油加入MTBE后，汽油在气缸中燃烧得更彻底，汽车尾气不
5、含铅，CO排放量减少30。正是由于上述特点，到20世纪末，全世界MTBE总产量曾达2300 万吨，成为石化产品中发展最快的品种之一。我国至2003年5月份，全国有近40套生产装置，年产量达150万吨。据统计，我国生产的车用汽油中催化裂化汽油占到了80左右，大部分炼油厂的汽油辛烷值不足。通过添加MTBE提高辛烷值是提高我国汽油标准的最经济的手段。近两年来，东部地区的许多炼油企业纷纷扩大或新上MTBE生产规模，一方面是解决当前车用汽油辛烷值不足不能上市的燃眉之急，同时也可为日后的碳四副产品解决出路。利用气体分馏装置生产的C4组分生产MTBE，并通过在催化汽油中添加MTBE是提高汽油品质和辛烷值的重
6、要手段。1.4.2 项目的必要性1）合理利用资源、优化产品结构的需要根据重油深加工改造的总加工流程，炼油能力3000万吨/年，乙烯生产能力240万吨/年。气体分馏装置的规模为10万吨/年。届时，气体分馏装置将副产6.83万吨/年的混合碳四组分，其中的异丁烯（含量18.01%）是生产高辛烷汽油组分MTBE 的原料。MTBE是一种良好的高辛烷值汽油调合组分，在汽油组分中有良好的调合效应，稳定性好，能以任何比例与汽油组分混合而不发生相分离。因此，为了适应我国汽油改质的要求，以MTBE为调合组分生产高辛烷值汽油已经是国内外普遍采用的措施之一。本项目实施后，XX市石油化工基地93#汽油的比例进一步增加，
7、产品结构可得到进一步的优化。2)是提高企业经济效益的需要按照目前国内汽油价格政策，93#汽油比90#汽油的销售价高287元/吨。随着高档汽车数量的不断增加，高标号汽油的需求量也在迅速上升，因此XX市石油化工基地有必要生产高牌号汽油，进一步提高整体经济效益。气体分馏装置副产的碳四馏分作为石油液化气销售，价格较低，利用碳四馏分中的异丁烯和甲醇为原料生产MTBE，与现有汽油组分调合，可增加高标号汽油的品种和产量，有利于高标号汽油市场的占领和提高XX市石油化工基地的整体经济效益。综上所述，从资源的合理利用、优化产品结构、适应市场的需求和提高企业的经济效益等诸多方面考虑，利用气体分馏装置副产异丁烯为原料
8、生产MTBE是十分必要的。1.5 主要研究结论1)本项目采用的新型混相膨胀床-反应蒸馏技术，是目前国内生产MTBE最先进的工艺技术，也是成熟的、可靠的。2)所有原料和辅助原料来源均有保证。生产MTBE的主要原料混合碳四组分和甲醇均来自于本厂，净化剂和催化剂等辅助原材料国内均有生产且市场供应充足。3）本装置技术经济指标合理，所得税后内部收益率大于行业基准收益率，投资回收期小于石化行业基准投资回收期。综上所述，本项目无论是在技术上还是在经济上都是可行的。2 市场分析和价格预测2.1 原料分析1) 异丁烯原料资源分析根据石化基地总流程的安排，石化基地加工原油3000万吨/年，重油催化裂化装置规模为乙
9、烯生产能力240万吨/年，气体分馏装置的规模为10万吨/年。届时，气体分馏装置将副产6.83万吨/年的混合碳四组分，其中的异丁烯（含量18.01%）。2) 甲醇资源分析2万吨/年MTBE装置耗甲醇约0.70万吨/年，而XX市石油化工基地现有的甲醇装置产量完全满足，甲醇原料的供应是有保障的。2.2 产品市场分析我国生产的车用汽油中催化裂化汽油占到了80左右，我国大部分炼油厂的汽油辛烷值不足，通过添加MTBE提高辛烷值是提高我国汽油辛烷值的最经济的手段。MTBE还可增加汽油含氧量,促进清洁燃烧，减少汽车有害物排放的污染。我国MTBE生产也处于快速增长状态。据不完全统计，我国现有MTBE装置已经达到
10、27套，总年产能力62万吨。MTBE缺口较大，一些企业正对装置进行扩建改造或新建装置。专家预测我国MTBE在近十年还会有大的增长，但其增量与车用汽油的增量相比是微不足道的。XX市石油化工基地所生产的2万吨/年MTBE全部用于调和自身生产的汽油，不存在销售问题。2.3 MTBE风险分析MTBE作为一种优质汽油组分的生产工艺和作为清洁汽油调合组分有很多优点：（1）可以改善汽油的燃烧值和调合辛烷值，蒸汽压不高，有较高的含氧量。因此，MTBE仍然是目前炼厂汽油质量升级必不可少的优质高辛烷值调合组分。（2）生产MTBE可以优化利用炼厂催化裂化和乙烯厂的C4资源以及直接或间接降低催化汽油烯烃含量和硫含量，
11、该工艺过程比较简单，操作条件比较缓和，对设备无特殊要求，生产过程对环境也不产生污染。（3）MTBE装置将来可以比较容易的改造为间接烷基化工艺生产烷基汽油。MTBE作为清洁汽油组分也有缺点：MTBE具有恶臭（只要有2ppb就可以闻出）和致癌性。易溶于水。可生物降解性差。容易随水游动而迁移，管理不善对人体健康会构成威胁。美国：美国是世界上MTBE用量最大的国家，2000年用量达1320万吨，占世界总消费量的42%。自美国加州在饮用水中检测到MTBE以来，对人体健康的影响引起世界的关注，限制和禁用的争论持续升温。截止到2003年初，美国共有18个州已宣布2006年前限制或禁用MTBE已成定局，但实施
12、时间可能会推迟到2010年前后完成。日本：日本已经声称考虑不久也将禁用MTBE，打算进口乙醇替代MTBE。欧盟：虽重视美国有关禁用MTBE的动向，但尚未出台禁用的具体计划，原因是欧洲用量较少，油品储运系统比较健全，饮用水供应相对比较集中，小型和私人水厂、水井较少，潜在的泄露危险较小，控制对水源的污染相对较易。到目前为止，只有丹麦禁用，全欧追随美国禁用MTBE的可能性较小。据报道，欧洲经系统研究后已确定继续生产使用MTBE。亚洲：亚洲和欧洲类似，应用MTBE时间较晚，用量较少，目前限制和禁用的意向不明显。我国：尚未提出限制和禁用的法规。迄今为止，仍有许多科学家和业内人士认为醚产品实为清洁汽油优质
13、调和原料，MTBE争论主因为政治及集团利益，寡于科技依据。德国科学论断：“醚类优于芳烃”；美联邦能源部盛赞醚产品，美国联邦能源部能源信息管理局于2003年3月5日在德克萨斯州圣安东尼市美国炼油化工协会年会上的专题报告“取消MTBE不仅会导致汽油供给严重短缺（从而使零售价格飞涨），（汽油中的）MTBE及其它醚类所独具的卓越尾气排放和引擎表现等物化特性和关键指标亦是其它碳氢化物或醇类物所无与伦比的。”据国外De-Witt公司和化学系统公司的预测，由于美国限制或禁用MTBE，世界MTBE的需求量将从2002年的2000万吨左右下降到2005年的1700万吨和2010年的1300万吨左右。加上很多国家
14、汽油标准基本上追随美国，可以预计，禁用MTBE的行动迟早会扩散到世界其他地区，估计时间会比美国推迟10-15年。我国也已开始实施酒精替代计划，由于实施酒精替代计划政府要投入巨额财政补贴，估计我国MTBE仍将有十几年的发展期，以便尽快解决催化汽油烯烃含量高和辛烷值短缺的问题。另外开发其他清洁的替代车用燃料也在预料和情理之中。当然利用炼厂的C4资源也可以通过直接和间接烷基化工艺生产烷基汽油，但是，我国液体酸烷基化工艺比较落后，不是环境友好工艺，而固体酸烷基化又没有工业化，仍处于试验阶段，间接烷基化工艺也没有推开，随着技术不断成熟，将来可以通过改造MTBE装置实现间接烷基化工艺的操作。例如，据称加拿
15、大艾德蒙顿的艾尔伯塔环保燃料公司（AEF）于2002年10月首次成功将MTBE装置改产成工业规模的异辛烷装置（0.52Mt/a），供应美国调和新配方汽油。因此，现阶段为改善汽油质量，充分利用FCC碳四资源生产MTBE支持汽油的质量升级并提高XX市石油化工基地整体经济效益，同时间接降低汽油烯烃含量和硫含量是必要的。通过对MTBE作为车用汽油含氧高辛烷值添加剂发展前景的分析，认为中国目前和将来一段时间MTBE作为汽油组分仍然具有一定的发展空间。3 建设规模、产品方案3.1 建设规模1) 原料来源本装置原料为气体分馏装置生产的C4馏分及石化基地生产的甲醇。2) 生产规模2104t/a MTBE装置；
16、3) 年开工时间年开工时间为XXXX小时。3.2 产品方案本装置产品为MTBE,副产品为未反应的C4馏分，均去罐区储存。本装置物料平衡见表3-1。本装置主要产品规格见表3-2、表3-3。表3-1 物料平衡序 号物料名称数 值备注w%kg/h104t/a一原料1C4馏分90.7 8131 6.832甲醇9.3 833 0.7合计100.0 8964 7.53二产品1MTBE25.6 2298 1.932未反应C474.4 6667 5.6合计100.0 8964 7.53表3-2 MTBE产品性质组 分含量，wt%分析方法MTBE98.0（扣除碳五）色谱法甲醇0.2色谱法碳四0.2色谱法表3-3
17、 剩余碳四规格组 分含量，wt%分析方法异丁烯0.2色谱法水0.06甲醇50ppm色谱法MTBE50ppm色谱法剩余碳四应同时满足作为甲乙酮原料的要求。4 MTBE装置4.1 工艺技术选择自1973年意大利斯纳姆公司利用自己的专利技术，建成世界上第一套10万吨/年MTBE工业化装置以来，MTBE的生产受到世界各国的高度重视，开发成功了适应化工型和炼油型企业要求的多种工艺技术，并得到广泛的工业应用。我国在这一领域也进行了桌有成效的研究开发工作，1983年在齐鲁石化公司建成投产了国内第一套5500吨/年工业实验装置，之后经过近二十年的不懈努力，国内自行研究开发的MTBE工艺技术已成熟，改进了传统工
18、艺并在工业上得到广泛推广应用。到目前为止，国内外已开发成功了多种工艺技术，具有代表性的工艺主要有两类。1) 床层反应合成MTBE生产工艺该工艺反应器采用固定床或膨胀床型式，分“一段反应，一次分馏”工艺和“两段反应，两次分馏”工艺两种，后者异丁烯转化率高于前者。床层反应合成MTBE的工艺，异丁烯的转化率可达到9096。由于合成MTBE是平衡放热反应，温度过高会影响催化剂的寿命和异丁烯的转化率。为控制反应的温度，反应器需有冷却取热或外循环取热设施，反应热不仅得不到有效利用，而且增加了设备投资与水、电、汽消耗。2) 混相床催化蒸馏合成MTBE生产工艺该工艺是混相床反应与催化蒸馏反应的组合。混相床可分
19、为固定床或膨胀床，由于混相床反应器的压力较低，通过反应物料的部分汽化吸收反应热，省去了床层反应器的冷却取热或外循环取热设施。特别是在膨胀床反应器内，催化剂床层处于膨胀状态，有利于反应热的扩散。为进一步提高异丁烯转化率，在混相床反应器之后，串连了一个催化蒸馏反应器。催化蒸馏工艺是将反应器和反应产物的分离合二为一，在催化蒸馏塔中，将反应产物不断地移出反应区，使反应向着生产MTBE产物的方向进行，因此异丁烯转化率较高；同时反应放出的热量又被蒸馏所利用，有利于节能。混相床催化蒸馏合成MTBE生产工艺，异丁烯转化率提高到99%以上。催化蒸馏技术则是在一个设备内同时完成残余异丁烯的深度转化和产品分离，由于
20、反应和分离同时进行，不但实现了深度转化，而且还充分利用了反应热，减少了能耗。综合考虑，拟推荐混相膨胀床催化蒸馏合成MTBE生产工艺。4.2 工艺原理及工艺流程4.2.1 工艺原理1、MTBE装置：异丁烯与甲醇在强酸性阳离子交换树脂的作用下，在一定的温度和压力条件下发生加成反应，生成甲基叔丁基醚MTBE。根据反应条件的不同伴随付反应，原理如下：DIB：二聚物、DME：二甲醚、TBA：叔丁醇。主反应为放热反应，H=37千焦/克分子以上几种杂质中DIB、TBA本身的辛烷值较高，留在MTBE产品中，不影响其使用性能，二甲醚的形成取决于温度、空速和甲醇浓度，其选择性很低，由于它的沸点很低，所以最终收集在
21、C3烃中而不含在MTBE产品中，其余碳四组分与甲醇均不发生反应，可视为在工艺条件下的惰性物质。4.2.2 工艺流程简述来自丁二烯抽提装置的混合C4原料进入原料罐R301/1.2，来自储运公司的CH3OH原料进入甲醇原料罐R101。分别经B101、B102提高压力后混合，混合物料经混合器混匀后进入一反离子过滤器L101，除去物料中的金属阳离子等有害杂质。过滤后的物料首先进入H101/1.2与来自初馏塔塔底的产品MTBE换热。温度升至45左右进入一反进料预热器H102。用0.3MPa蒸汽或SC0将物料预热到55以后进入第一反应器F101，混合C4中的异丁烯和甲醇在大孔径强酸性阳离子交换树脂作用下，
22、进行醚化反应生产MTBE。从第一反应器底部出来的反应物料(A3:异丁烯4.0%.进入初馏塔进料换热器H104/1.2与初馏塔釜液换热后进入初馏塔T101。初馏塔底含MTBE的釜液经H104/1.2、H101/1.2冷却到40左右进入MTBE中间罐R205，然后经泵B209送至成品罐区。初馏塔顶产物经H105冷凝、冷却至58进入回流罐R105，罐内物料用B105升压后一部分送回T101塔顶作为回流，另一部分凝液与甲醇混合(A5:MTBE2%.经过冷却器H107后进入二反离子过滤器L102，滤出金属阳离子等有害杂质后进入二反F102。从二反底部出来的物料(A-6:异丁烯 1.0 %.进入三反F10
23、3，三反底部出来的物料进入脱C4塔T201，或经H218冷却后进入甲醇萃取塔T202。脱C4塔T201底产品MTBE(A-791%.与初馏塔底的MTBE在H101/1.2内混合后进入中间罐R205。脱C4塔顶气相经冷凝器H201冷凝、冷却到50进入回流罐，罐内物料用B201升压后一部分送回T201塔顶作为回流，另一部分凝液(A-8MTBE2%.进入甲醇萃取塔或进入脱异丁烷塔T204。含甲醇的混合C4由底部进入甲醇萃取塔T202，T203塔釜液作为萃取剂由塔上部进入，在14m高的鲍尔环填料上，混合C4与萃取水逆流接触。顶部的萃余C4被萃取剂冷却至40以下进入R207。底部含CH3OH 310%的
24、水溶液进入甲醇回收塔T203。塔顶气相经H206冷凝、冷却到40进入回流罐R202，不凝部分由罐顶放入大气，罐内物料用B203升压后一部分送回T203塔顶作为回流，一部分返回原料罐R101作原料循环使用。R207中的C4经B204泵输送至H208或T201（前水洗流程进T201，后水洗流程进H208），预热后进入脱异丁烷塔T204，塔顶气相被冷凝到45后进入R203罐，一部分气相（主要是C3和异丁烷）被排入火炬，全部凝液用B206送回T204塔顶作为回流（原料中异丁烷含量高时需要采出液相）。被脱除C3和部分异丁烷的C4落入塔底，由B205输送到粗丁烯-1塔T205。粗丁烯-1塔T205塔顶气相
25、经H212冷凝到65后进入回流罐R204，物料用B208升压后一部分送回T205塔顶作为回流，另一部分经冷却器H215冷却至40进入R302。塔底物料经冷却器H214冷却后直接或用B207泵输送去原料一罐区。工艺流程图见附图4-1附图4-2。4-14-24.2.3 主要操作条件主要操作条件见表4-1:表4-1 主要操作条件名称项目单位指标备注醚化反应器（R503）醇烯比摩尔比1.11.2入口压力MPa0.650.75出口压力MPa0.650.75入口温度3045床层温度70出口温度65催化蒸馏塔（T501/A）塔顶压力MPa0.650.68回流量t/h812顶温5864底温6066塔釜液位40
26、60V503液位4060催化蒸馏塔（T501/B）塔顶压力Map0.700.75顶温6066底温130136塔釜液位4060甲醇萃取塔（T502）塔顶压力Map0.550.65顶温3540底温3540回流t/h2.53.6界位35504.2.4 装置占地、建筑面积及定员1) 占地、建筑面积装置包括反应部分和甲醇回收部分。装置平面布置按其功能划分为塔区、框架区、管廊区、检修场地及消防通道等。装置占地面积：?。建筑面积:? 。2）定员本本装置人员由公司内部调配，如果将MTBE与气分装置设置为一个装置，人员根据情况适当减少。4.2.5 设备选型原料净化-醚化反应器中装有S型大孔径磺酸阳离子交换树脂，
27、该树脂具有强酸性，故反应器壳体材质选用20R+0Cr18Ni10Ti复合钢板，内件选用0Cr18Ni10Ti。催化蒸馏塔接触催化剂部分衬不锈钢，材质为0Cr18Ni10Ti，甲醇萃取塔的筛孔塔板，塔板材料选用1Cr13,以防止萃取塔塔盘筛孔因腐蚀扩大而影响萃取效果。本装置中复合钢板设备的封头厚度较小，可以用复合钢板压制成型，且比堆焊复层质量好，成本低。本装置中的主要设备见表4-2。表4-2 主要工艺设备表序号设备编号设备名称型号或规格 （直径高壁厚）结构 特征操作条件数 量 台重量 t主体材质备注介质温度 压力 Mpa（表）一反应器类1R-101/1，2原料净化-醚化反应器120025000（
28、10+3）三段催化剂床层C4=、甲醇、 MTBE650.92182复合钢板 20R+0Cr18 Ni10Ti每台二塔 类1C-101催化蒸馏塔140054450（12+3）十段催化剂床层 C4=、甲醇、 MTBE55/1300.7516020R+0Cr18 Ni10Ti2C-102甲醇萃取塔1400/10002000/23000（14+3）37层筛孔塔板 C4组分、水、 甲醇400.813516MnR3C-103甲醇回收塔10002600012内装10m高填料水、甲醇1200.1512216MnR三容器类1D-101C4原料罐2200600012卧式C4组分400.451716MnR2D-10
29、2催化蒸馏塔回流罐1800600010卧式C4组分、甲醇400.51516MnR3D-103甲醇回收塔进料 闪蒸罐120028008卧式甲醇、水400.1511.216MnR4D-104甲醇回收塔回流罐1200600010卧式甲醇40常压14.016MnR5D-105未反C4罐1800580012卧式带分水包C4组分、水400.414.816MnR6D-106开停工罐2400600010卧式甲醇、C4、MTBE、N2500.5111.116MnR7D-107甲醇净化器50015008立式甲醇401.210.416MnR8D-108凝结水罐80023908立式水1600.610.616MnR9D-109蒸气分水器800200010立式蒸汽1791.010.616MnR10D-110净化空气罐80028008立
