高品質(zhì)庚烯的工藝流程優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、高品質(zhì)庚烯的工藝流程優(yōu)化設(shè)計(jì) 學(xué) 院 化學(xué)與化工學(xué)院 專 業(yè) 化學(xué)工程 學(xué)生姓名 李寧 陳燕舞 課程名稱 化工過(guò)程分析與設(shè)計(jì) 課程代碼 S0817083 課程類別 全日制碩士 任課教師 李秀喜副研究員 年 級(jí) 2008級(jí) 研究生 提交日期 2008年 3月 目 錄 目 錄2摘要31項(xiàng)目背景31.1 庚烯的應(yīng)用領(lǐng)域：31.2 庚烯制備方法進(jìn)展42項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)52.1 原料52.2 產(chǎn)品要求53設(shè)計(jì)方案63.1 反應(yīng)方案63.2 原料以及產(chǎn)物的理化性質(zhì)63.3原料與產(chǎn)物市場(chǎng)調(diào)研64反應(yīng)過(guò)程設(shè)計(jì)74.1 反應(yīng)器設(shè)計(jì)74.2 原料的組成反應(yīng)條件選擇85分離過(guò)程設(shè)計(jì)與優(yōu)化95.1分離工藝設(shè)計(jì)105.2換

2、熱工藝設(shè)計(jì)115.3工藝的過(guò)程模擬與優(yōu)化115.4反應(yīng)轉(zhuǎn)化率與選擇性116 過(guò)程模擬與優(yōu)化157 流程經(jīng)濟(jì)分析198 結(jié)論249 致謝2410參考文獻(xiàn)24摘要 本設(shè)計(jì)以丙稀與丁烯為原料，采用Dimersol法共聚制備庚烯，反應(yīng)器采用五級(jí)催化反應(yīng)器，通過(guò)三級(jí)分離獲得純度高于99.6的庚烯產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)采用ASPLEN PLUS作為輔助手段對(duì)工藝流程進(jìn)行了優(yōu)化，并對(duì)體系進(jìn)行了熱集成，分離體系的平均操作溫度和能耗大幅降低，產(chǎn)品回收率高。通過(guò)對(duì)項(xiàng)目成本、收益、利息、折舊等計(jì)算對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步的可行性分析。本設(shè)計(jì)還對(duì)過(guò)量原料的回流再用進(jìn)行了初步的探討，證明回用流程造成其他產(chǎn)品質(zhì)量的大幅下降，并導(dǎo)致項(xiàng)目利

3、潤(rùn)的降低。 1 項(xiàng)目背景 隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，人們生活質(zhì)量的日益提高，各國(guó)對(duì)各種石油化工產(chǎn)品的需求量迅速增大，為了滿足市場(chǎng)的需求，人們努力開發(fā)各種具有優(yōu)異性能的化工原料，庚烯作為一種重要的中間原料，它的生產(chǎn)工藝與過(guò)程的優(yōu)化成為研究的熱點(diǎn)。 1.1 庚烯的應(yīng)用領(lǐng)域 1）各種聚合物的共聚單體 高級(jí)烯烴按其碳鏈長(zhǎng)度有不同的應(yīng)用，較低碳鏈烯烴如C4(1-丁烯)、C6(1-己烯)、C7(1-庚烯)和C8(1-辛烯)，用作高密度聚乙烯HDPE 和線型低密度聚乙烯LLDPE 生產(chǎn)的共聚單體，占總消費(fèi)量50%以上。這類新型聚乙烯樹脂具有良好的耐熱性、柔軟性、透明性、抗拉強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度及耐環(huán)境應(yīng)力開裂性。

4、2）脂肪醇的中間體 庚烯經(jīng)羰基合成制得的直鏈庚醇是重要的增塑劑中間體，由直鏈醇制得的鄰苯二甲酸酯增塑劑的低溫柔軟性更好，揮發(fā)度更低，加工性能更好，室外耐溫性更佳，直鏈醇增塑劑主要用于戶外用具的聚氯乙烯料、墻面涂料、電線電纜料、汽車裝飾件和配件料等。 3）汽油添加劑 國(guó)家環(huán)保局制定了“車用汽油有害物質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)”，新標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：汽油中的烯烴含量35%，芳烴含量40%，硫含量800ppm。目前，我國(guó)車用汽油仍以催化裂化（FCC）汽油為主，其烯烴體積分?jǐn)?shù)為45%50% （熒光法分析），因此必須降低烯烴含量，但由于汽油辛烷值主要來(lái)源于其中的烯烴和芳烴，烯烴含量降低必然導(dǎo)致辛烷值的下降。不同的烯烴對(duì)汽油的

5、辛烷值影響不同，對(duì)辛烷值降低與烴類之間的關(guān)系進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，C7 烯烴的變化對(duì)辛烷值損失的影響最大，因此向催化加氫后的汽油中添加庚烯，可以解決新標(biāo)準(zhǔn)汽油的辛烷值問題。 4）制備高級(jí)脂肪酸 烯烴可以氧化合成脂肪酸，特別是奇碳數(shù)脂肪酸，是生產(chǎn)潤(rùn)滑劑的最好原料。由1庚烯聚合而得聚烯烴(PAO)，是一種低粘度、低傾點(diǎn)、高粘度指數(shù)、化學(xué)和熱穩(wěn)定性好的優(yōu)質(zhì)合成潤(rùn)滑油。以PAO為基礎(chǔ)油能生產(chǎn)出國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)確定的各種粘度等級(jí)的工業(yè)潤(rùn)滑油。 1.2 庚烯的制備方法 1）萃取分離法 庚烯存在于熱裂化，特別是氣相裂化所產(chǎn)的裂化汽油中，這種方法是從石油裂化產(chǎn)品中分離庚烯。然而，裂化汽油中各個(gè)餾分的組成異常復(fù)

6、雜，并且目前幾乎不可能從一種適當(dāng)?shù)牧鸦头蛛x出任何單體的，特別是高碳數(shù)的C6 或C7餾分理論上可能合有的異構(gòu)烯烴是如此之多，以至于在分餾中必然發(fā)生各組分的沸點(diǎn)交叉，分離條件非?？量?，從經(jīng)濟(jì)角度分析，采用這種方法獲得具有經(jīng)濟(jì)可行性的庚烯是不適宜的，這種方法已經(jīng)基本淘汰。 2）正構(gòu)烷烴熱裂解法 用正構(gòu)烷烴熱裂解法制備庚烯通常采用脫油的石蠟餾分作原料，這些石蠟餾分通過(guò)脫蠟從潤(rùn)滑油餾分中分離得到的。用正構(gòu)烷烴熱裂解法生產(chǎn)庚烯工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，建設(shè)費(fèi)用低，運(yùn)行成本也相對(duì)較低，同時(shí)，這種制備方法可以得到以烯烴為主要成分的產(chǎn)品。但是石蠟餾分在熱裂解過(guò)程發(fā)生各種復(fù)雜的副反應(yīng)，裂 解烯烴餾分常常在很大程度上被二烯

7、烴和芳烴所污染，副產(chǎn)物難于分離，得不到高純度的目標(biāo)產(chǎn)物，不能作共聚單體，且原料和生產(chǎn)能耗系數(shù)高。采用這種工藝的公司主要有Chevron 和Shell，它們的石蠟裂解工廠也已經(jīng)陸續(xù)關(guān)閉。3）脂肪醇脫氫法 脂肪醇脫氫法是這也是一種比較早期的方法，由于原料難以獲得，以這種方法制備庚烯已經(jīng)被基本淘汰。 4）低分子烯烴共聚法 低分子烯烴共聚法包括Dimersol法和Lewis酸法兩種。 Dimersol法是由法國(guó)石油研究院首先開發(fā)出來(lái)，這是一種以分子篩負(fù)載鎳與烷基鋁絡(luò)合物催化劑，利用丙烯和丁烯為生產(chǎn)原料，在常壓催化條件下聚合生成約含25己烯、47.5庚烯、16.5辛烯、11壬烯和其他較高分子烴類的合成烯

8、烴的方法。它最初的目的是將催化裂化或蒸汽裂解的丙烯和(或)丁烯進(jìn)行選擇性二 聚或共二聚以制取高辛烷值汽油摻合組分或石油化工原料。 Lewis酸法是以Lewis酸為催化劑（主要是磷酸系），丙烯、丁烯在常壓催化和135以下的條件下，3040轉(zhuǎn)化為庚烯，同時(shí)還生成己烯、辛烯和其他較高烴類。 丙烯丁烯共聚法反應(yīng)條件溫和，生產(chǎn)高效，產(chǎn)品質(zhì)量高，且能耗少。其中Dimersol法的烯烴二聚支鏈化程度比酸催化法的支鏈化程度低，故用于羰基合成時(shí)的高級(jí)醇產(chǎn)率比酸催化法要高；Lewis酸催化法單程轉(zhuǎn)化率可達(dá)95，不用循環(huán)，但是有腐蝕和酸水處理問題。 2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù) 2.1 原料 考慮原料的價(jià)格問題，本工藝采用的工

9、業(yè)丙烯與工業(yè)丁烯為原料，其組成分別為（摩爾百分比）： 原料丙稀成分： 丙烯95.23 丙烷 4.77 原料丁烯成分： 已丁烷18.38 正丁烷21.83 異丁烯5.67 正丁烯55.73 正己烯0.09 2.2 產(chǎn)品要求 不同純度的庚烯價(jià)格差異很大，純度越高則分離強(qiáng)度越大，本項(xiàng)目設(shè)定的分離目標(biāo)為獲得純度為99.8的庚烯產(chǎn)品，庚烯產(chǎn)量達(dá)到年產(chǎn)27000噸/年的生產(chǎn)規(guī)模。 3 設(shè)計(jì)方案選擇 3.1 反應(yīng)方案 Dimersol法過(guò)程所用的催化劑沒有腐蝕性，對(duì)設(shè)備的要求低，使用碳鋼就可以滿足要求。這種方法的操作溫度低，反應(yīng)條件較Lewis 酸法溫和得多，而且該方法產(chǎn)生的廢水較少，對(duì)環(huán)境較友好。Dime

10、rsol法制得的產(chǎn)物支鏈化程度比用磷酸催化劑制得的二聚物的支鏈化程度為低，所以，當(dāng)這些產(chǎn)物用于碳基合成過(guò)程時(shí)派生出的醇類的產(chǎn)率和質(zhì)量要高些。Dimersol法共二聚裝置的投資相當(dāng)于同等處理量的烷烴裂解裝置的1/1.9。綜上所述，本設(shè)計(jì)選用Dimersol 法制備庚烯。 Dimersol法反應(yīng)機(jī)理： 主反應(yīng)： C3H6+C4H8 C7H14 （1） 副反應(yīng)： C3H6+C3H6 C6H12 （2） C4H8+C4H8 C8H16 （3） C3H6+2C4H8 C11H22 （4） 物質(zhì) 熔點(diǎn) () 沸點(diǎn) () 密度 (g/L) 生成焓 (KJ/mol) 閃點(diǎn) () 丙烷(C3H8)-187.7-

11、42.17 1.52 -104.14 丙烯(C3H6)-189.9-42.7 1.46 20.4 -104.14 異丁烷(C4H10)-159.4-11.73 0.5510 -83.6 正丁烷(C4H10)-135-0.5 0.5788 -60 異丁烯(C4H8)-140.3-6.9 0.5942 -76 正丁烯(C4H8)-185.5-6.3 0.5951 1.17 -80己烯(C6H12)-119.293.6 0.711 298.16 -76正庚烯(C7H14)-139.964.50.6732 正辛烯(C8H16)125.2 0.8354 3.2 原料以及產(chǎn)物的物理性質(zhì)（見表1） 表1 主

12、要原料與產(chǎn)物的物理性質(zhì) 由表1可知，原料都是易燃、易爆物質(zhì)，生產(chǎn)車間等級(jí)應(yīng)定為甲級(jí)，因此所用電器均為防爆電器。正丁烷、異丁烷、正丁烯、異丁烯的沸點(diǎn)接近，且唯一具有反應(yīng)活性的正丁烯的沸點(diǎn)介于其他物質(zhì)之間，分離非常困難，因此反應(yīng)中多余的正丁烯往往不加分離，與其他輕組分一起用于制備液化石油氣。庚烯易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與氧化劑接觸會(huì)猛烈反應(yīng)。若遇高熱，可發(fā)生聚 合反應(yīng)，放出大量熱量而引起容器破裂和爆炸。高速?zèng)_擊、流動(dòng)、激蕩后可因產(chǎn)生靜電火花放電引起燃燒爆炸。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇明火會(huì)引著回燃。3.3 原料與產(chǎn)品市場(chǎng)調(diào)研 2007

13、年12月國(guó)內(nèi)工業(yè)丙烯（丙烯95.23、丙烷4.77）價(jià)格8500-10000元/噸，工業(yè)丁烯（已丁烷18.38、正丁烷21.83、異丁烯5.67、正丁烯55.73、正己烯0.09）價(jià)格5500-7000元/噸；高純庚烯價(jià)格為12000-13500元/噸，高純己烯價(jià)格為10000-11500元/噸。由于近期石油價(jià)格變動(dòng)較大（達(dá)每桶92美元，并有繼續(xù)上漲的趨勢(shì)），所以本設(shè)計(jì)的原料與產(chǎn)品的價(jià)格也有很大波動(dòng)，不考慮價(jià)格方面的影響，我們采用如下價(jià)格：丙烯價(jià)格為9000元/噸，丁烯價(jià)格為6000元/噸，高純庚烯（純度大于99.5）價(jià)格為13000元/噸，高純己烯（純度大于99.5）價(jià)格為11000元/噸，

14、高純辛烯（純度大于99.5）價(jià)格約為9000元/噸，高純癸烯（純度大于99.5）價(jià)格約為7000元/噸，液化石油氣（含C4較多）價(jià)格約為5500元/噸。 本設(shè)計(jì)采用分子篩負(fù)載性催化劑，容易分離，催化劑回用，其他重組分的價(jià)值低，成分復(fù)雜，不進(jìn)行回收處理。 4 反應(yīng)過(guò)程設(shè)計(jì) 4.1 反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 低級(jí)烯烴二聚和共二聚制備高級(jí)烯烴反應(yīng)的條件取決予所用的催化劑，在通常采用的溫度和壓力范圍內(nèi)，反應(yīng)沒有熱力學(xué)的限制；但是共二聚反應(yīng)的速度較低，因此丙烯與丁烯共二聚時(shí)，適宜采用分批向反應(yīng)器內(nèi)加料的方式，以防止三聚反應(yīng)的發(fā)生。反應(yīng)過(guò)程放熱，因此要提供高效的換熱設(shè)備來(lái)移除反應(yīng)熱。原料以液態(tài)形式進(jìn)料，催化劑用己烯包

15、裹后和反應(yīng)物流一起進(jìn)入反應(yīng)器中。所設(shè)計(jì)的反應(yīng)器必須要耐壓，為了使反應(yīng)充分，與催化劑的接觸時(shí)間長(zhǎng)，可以采用多股進(jìn)料，在反應(yīng)器上設(shè)計(jì)5個(gè)進(jìn)料口，讓原料平分5等份進(jìn)入反應(yīng)器，這樣可以提高丙烯的轉(zhuǎn)化率。（具體的設(shè)計(jì)見圖1） 圖1 丙烯與丁烯合成1庚烯生產(chǎn)裝置 4.2 原料的組成與反應(yīng)條件的選擇 確定反應(yīng)物的組成 化工生產(chǎn)過(guò)程的原料價(jià)格與利潤(rùn)關(guān)系緊密，而原料價(jià)格由其純度決定，因此本設(shè)計(jì)計(jì)劃使用純度相對(duì)較低的丙烯與丁烯產(chǎn)品，這種規(guī)格的原料來(lái)源豐富，價(jià)格便宜，能夠滿足生產(chǎn)需要，但會(huì)給后期的分離過(guò)程帶來(lái)難度，因此要綜合考慮整個(gè)生產(chǎn)、分離過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。 假設(shè)進(jìn)料丙烯、丁烯都不含雜質(zhì)，進(jìn)料中丙烯丁烯含量(mol)

16、不同時(shí)庚烯選擇性如表2： 表2 丙烯與丁烯不同配比下的反應(yīng)選擇性 丙烯：丁烯（mol） 1:1 1:2 3:2 7:3 4:1 2:3 3:7 反應(yīng)選擇性 0.05190.07130.05550.06160.07300.0709 0.0589 由以上表格可知，當(dāng)進(jìn)料丙烯丁烯含量比(mol)為4:1時(shí)庚烯的選擇性最大。但是綜合考慮經(jīng)濟(jì)性與反應(yīng)率，我們選擇進(jìn)料中丙烯丁烯的含量比（mol）為2:3，轉(zhuǎn)化為工業(yè)丙烯與工業(yè)丁烯的摩爾比值約為2:5。 進(jìn)料壓力的選擇 據(jù)文獻(xiàn)進(jìn)料壓力為8.5bar,所有的主、副反應(yīng)都是一個(gè)體積減小的反應(yīng)，增加壓力可以增加轉(zhuǎn)化率，也有資料表明增加壓力對(duì)提高原料的轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)品的

17、收率的效果較理想。 進(jìn)料溫度的選擇 據(jù)文獻(xiàn)進(jìn)料溫度為25，經(jīng)模擬可知進(jìn)料溫度對(duì)庚烯的選擇性及反應(yīng)產(chǎn)率沒有太大的影響，因此，在此取為25的常溫進(jìn)料。 反應(yīng)方式的選擇 由于年產(chǎn)量大，反應(yīng)過(guò)程需要逐步進(jìn)行，若采用間歇法會(huì)導(dǎo)致流程中熱量傳送及過(guò)程控制的問題。選擇連續(xù)式工藝，在保持各股物流的流量一定時(shí)，不但使試驗(yàn)中操作易于自動(dòng)控制，且可充分使用設(shè)備資源，增加年產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。反應(yīng)器中的壓力為8.5bar，維持溫度45，同時(shí)在Pro的過(guò)程模擬中采用“Conversion Reactor”模型進(jìn)行模擬優(yōu)化。 5 分離過(guò)程的設(shè)計(jì)與優(yōu)化 5.1 分離工藝的設(shè)計(jì) 需要分離的組分：丙烷、丙烯、正丁烷、異丁烷、正丁烯

18、、異丁烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、1-癸烯等。其中正丁烷、異丁烷、正丁烯、異丁烯、1-己烯、1-庚烯的流量較大，需重點(diǎn)考慮。 排定塔序的通用法則 脫出腐蝕性組分、脫出反應(yīng)性組分或單體，以餾出物移出產(chǎn)品以餾出物移出循環(huán)物流（如果是循環(huán)送回填料床反應(yīng)器，尤其要這樣）。 排定塔序的推理法則 流量最大的優(yōu)先、最輕的優(yōu)先、高收率的分離最后、分離困難的最后、等摩爾的分割優(yōu)先、最后一個(gè)分離應(yīng)該是最便宜的。根據(jù)上述法則分析，本系統(tǒng)中存在未反應(yīng)的丁烯和一些其他輕組分，它們應(yīng)該被首先分離，己烯的沸點(diǎn)是64.9，而正丁烷的沸點(diǎn)為-0.5，為輕重組分之間最接近的組分，因此為關(guān)鍵組分。因?yàn)镃3、C4中的烷烴與烯烴

19、的沸點(diǎn)相近，不易分離；同時(shí)輕組分被用作液化石油氣，也具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，固不需要繼續(xù)分離；在重組分中，己烯為最輕的物質(zhì)，且具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因此，應(yīng)首先從重組分分離；庚烯是目標(biāo)產(chǎn)物，收率最高，緊接著與其他重組分分離；最后把辛烯與癸烯分離，進(jìn)一步提高整個(gè)流程的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。（具體設(shè)計(jì)見圖2） 圖2 庚烯合成的BFD 通過(guò)文獻(xiàn)的查詢，以及建立在對(duì)以前同學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的理解上，我們根據(jù)提出的BFD圖得到1-庚烯合成的CFD流程圖。（具體設(shè)計(jì)見圖3） 圖3 庚烯合成的CFD 5.2 換熱工藝的設(shè)計(jì) 本項(xiàng)目的產(chǎn)品純度高，但也必然導(dǎo)致熱負(fù)荷增大，操作費(fèi)用提高，因此有必要對(duì)流程進(jìn)行熱量?jī)?yōu)化，節(jié)約能源。節(jié)能策略：將分離塔

20、T2、分離塔T3的產(chǎn)品庚烯和己烯（均為103）作為反應(yīng)器出口換熱器的熱流體對(duì)反應(yīng)后的總物流進(jìn)行預(yù)熱，使其進(jìn)料溫度保持在70左右，采用雙管程進(jìn)料的換熱器。這種流程設(shè)計(jì)既可以對(duì)進(jìn)料物流進(jìn)行加熱使其滿足分離塔入口溫度的要求，同時(shí)也可以對(duì)產(chǎn)品庚烯和己烯進(jìn)行初步的降溫，綜合利用了能耗。本設(shè)計(jì)中的各種物流無(wú)腐蝕性，設(shè)備材料為碳鋼，因此，當(dāng)換熱器的管層和殼層都為反應(yīng)物流時(shí)，無(wú)需更換設(shè)備材料，設(shè)備成本不會(huì)增加，可以確認(rèn)在經(jīng)濟(jì)性上是可行的，有利于降低能耗。 5.3 工藝的過(guò)程模擬及優(yōu)化 建立整體的合成模型 通過(guò)Dimersol法反應(yīng)機(jī)理制備1-庚烯，運(yùn)用工業(yè)丙烯、工業(yè)丁烯反應(yīng)的化學(xué)方程式（主要考慮四個(gè)反應(yīng)式，同

21、時(shí)假設(shè)除了丙烯、丁烯外的其它組分不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，物質(zhì)的量保持不變），以及表4中的原料的組成建立Aspen模擬1-庚烯合成流程圖。（具體見圖4） 圖3 Aspen模擬流程圖 5.4 反應(yīng)轉(zhuǎn)化率與選擇性 表4 主要反應(yīng)選擇性表 本設(shè)計(jì)采用的原料和反應(yīng)后產(chǎn)物的摩爾比與摩爾流量如表4： 表4 反應(yīng)系統(tǒng)主要物流的流量與組成表 6.過(guò)程模擬與優(yōu)化 6.1分離塔T1 的設(shè)計(jì)與優(yōu)化目 的：將C4及更輕組分與重組分分離。 關(guān) 鍵 組 分：己烯與正丁烷（0.5） 優(yōu)化分離要求：己烯的回收率0.99, 塔釜正丁烷含量低于0.001, 靈敏度分析確定理論塔板數(shù)和最佳進(jìn)料板 要保證產(chǎn)品中己烯的純度，必須對(duì)塔釜正丁烷含量

22、做嚴(yán)格的要求；提高己烯的回收率則可以確保庚烯的回收率達(dá)到工藝要求，因此我們?cè)O(shè)定了上述的分離優(yōu)化條件。由于設(shè)定C3已經(jīng)完全轉(zhuǎn)化，C4在常壓下的沸點(diǎn)很低，所以如果選擇系統(tǒng)壓力在常壓下，則塔頂冷凝器很難對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行冷卻回流，所以塔壓力采用加壓。另一方面隨著操作壓力增加,精餾操作所用的蒸汽、冷卻水、動(dòng)力消耗也增加。參考文獻(xiàn)中采用的分離體系進(jìn)料溫度為103，要求在進(jìn)料前進(jìn)行較低強(qiáng)度的預(yù)熱過(guò)程，能耗較大，因此，本設(shè)計(jì)希望能夠降低進(jìn)料溫度，使預(yù)熱過(guò)程能夠利用較低層次的熱源，進(jìn)行熱集成節(jié)能處理。采用Aspen對(duì)流程進(jìn)行了模擬發(fā)現(xiàn)，以分離塔塔頂物流為熱源，可以對(duì)進(jìn)料進(jìn)行預(yù)熱，溫度可以達(dá)到8090，而且這種工作條

23、件完全能夠滿足分離程度要求，節(jié)省了預(yù)熱能耗。 對(duì)設(shè)備條件的設(shè)計(jì)主要采用了靈敏度分析，由表6可見，隨著塔板數(shù)的增加，塔頂冷凝器的熱負(fù)荷持續(xù)降低，當(dāng)塔板數(shù)達(dá)到20塊時(shí)，能量消耗增加速度變緩，明顯存在一個(gè)突躍點(diǎn)，此后趨向一個(gè)常數(shù)。當(dāng)塔板數(shù)達(dá)到22塊時(shí)，能耗不再發(fā)生明顯變化。本流程需綜合考慮設(shè)計(jì)與能耗的經(jīng)濟(jì)性問題，本設(shè)備采用碳鋼，成本較低，但是處理量大，能耗和操作費(fèi)用大，因此，分離塔B3采用22塊塔板。進(jìn)料板也是采用靈敏度分析，分析結(jié)果見表7，可見，進(jìn)料板為13板時(shí)，回流比、塔頂冷凝器熱負(fù)荷和塔釜再沸器熱負(fù)荷都達(dá)到最小值，效果最好。 Aspen模擬塔T1結(jié)果如表5：表5：Aspen模擬塔T1結(jié)果理論塔

24、板數(shù)23進(jìn)料位置11塔頂壓力（bar）6塔底壓力（bar）8塔頂溫度（）48.49塔底溫度（）182.59冷凝器負(fù)荷（MMkcal/hr）-0.9296635再沸器負(fù)荷（MMkcal/hr）1.55832676蒸出率0.67回流比3.5本設(shè)計(jì)進(jìn)行熱集成節(jié)能處理，采用Aspen的靈敏度分析工具確定最佳進(jìn)料板，結(jié)果列于表6，進(jìn)料板為11塊時(shí)，塔頂冷凝器熱負(fù)荷和塔釜再沸器熱負(fù)荷都達(dá)到最小值，效果最好。表6：T1的理論塔板數(shù)及回流比VARY 1塔頂熱量（MMKCAL/H）塔釜熱量（MMKCAL/H）總的熱量9-0.929671.558365862.48803610-0.92965391.5583448

25、72.48799911-0.92966351.558326762.48799012-0.92971721.558293412.48801113-0.9298851.558206062.48809114-0.93036571.557957752.48832315-0.93167991.55727282.4889536.2.分離塔T2 的設(shè)計(jì)與優(yōu)化目的：將己烯與其他重組分分離。關(guān)鍵組分：己烯與庚烯優(yōu)化分離要求：塔頂庚烯含量0.05% 塔頂己烯含量99.9為了得到高純度的庚烯產(chǎn)品，需要將操作條件優(yōu)化至塔釜己烯含量低于0.0005。參考文獻(xiàn)原來(lái)工藝C6蒸餾塔是151的進(jìn)料，分離效果不理想，我們的設(shè)計(jì)工

26、藝中，第二分離塔的進(jìn)料提高了10，經(jīng)過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)直接進(jìn)料可以達(dá)到很好的分離效果，從對(duì)塔板數(shù)進(jìn)行的靈敏度分析可見，塔板數(shù)對(duì)熱負(fù)荷和回流比影響不明顯，因此應(yīng)主要考慮分離效果的要求，經(jīng)過(guò)反復(fù)試算，我們發(fā)現(xiàn)至少需要39塊板才能充分保證要求的分離效率。對(duì)進(jìn)料板的靈敏度分析表明，進(jìn)料板為14板時(shí)的分離效果最好，回流比和熱負(fù)荷最低。 Aspen模擬塔T2結(jié)果如表7：表7：Aspen模擬塔T2結(jié)果理論塔板數(shù)50進(jìn)料位置25塔頂溫度（）1226塔底溫度（）2129冷凝器負(fù)荷（MMkcal/hr）-0.9296635再沸器負(fù)荷（MMkcal/hr）0.81229758蒸出率0.67回流比3.5對(duì)塔T2進(jìn)行熱集成節(jié)能

27、處理，采用Aspen的靈敏度分析工具確定最佳進(jìn)料板，結(jié)果列于表8，進(jìn)料板為25塊時(shí)，塔頂冷凝器熱負(fù)荷和塔釜再沸器熱負(fù)荷都達(dá)到最小值，效果最好。表8：T2的理論塔板數(shù)及回流比 VARY 1塔頂熱量（MMKCAL/H）塔釜熱量（MMKCAL/H）總的熱量(MMKCAL/H)19-0.73658980.812385441.54897520-0.73654190.81235071.54889321-0.73651350.812330391.54884422-0.73649310.812315491.54880923-0.736480.812305871.54878624-0.73647260.8123

28、0041.54877325-0.73646890.812297581.54876626-0.73647070.812298721.54876927-0.73648930.812312131.54880128-0.73658870.812384121.54897329-0.73679750.812535511.54933330-0.73704850.812714621.54976331-0.73736140.812933821.5502956.3.分離塔T3 的設(shè)計(jì)與優(yōu)化目的：將庚烯與催化劑及重組分分離。關(guān)鍵組分：庚烯與辛烯優(yōu)化分離要求：庚烯產(chǎn)品純度達(dá)到0.999 塔釜庚辛烯含量小于0.05As

29、pen模擬塔T3結(jié)果如表9：理論塔板數(shù)55進(jìn)料位置30塔頂溫度（）1574塔底溫度（）2587冷凝器負(fù)荷（MMkcal/hr）-0.8825683再沸器負(fù)荷（MMkcal/hr）0.82448397蒸出率0.66回流比286表9：Aspen模擬塔T3結(jié)果對(duì)塔T3進(jìn)行熱集成節(jié)能處理，采用Aspen的靈敏度分析工具確定最佳進(jìn)料板，結(jié)果列于表10，進(jìn)料板為30塊時(shí)，塔頂冷凝器熱負(fù)荷和塔釜再沸器熱負(fù)荷都達(dá)到最小值，效果最好。VARY 1塔頂熱量（MMKCAL/H）塔釜熱量（MMKCAL/H）總的熱量26-0.88278320.824678271.70746127-0.8826860.824590241

30、.70727628-0.88261690.824527721.70714529-0.88257630.824490991.70706730-0.88256830.824483971.70705231-0.88261950.824529671.70714932-0.88276660.824663141.7074333-0.88329250.825138631.70843134-0.88661680.828143421.7147635-0.89925190.839601261.73885336-0.91691180.8556611.772573表10：T3的理論塔板數(shù)及回流比6.4.分離塔T4 的

31、設(shè)計(jì)與優(yōu)化目的：將重組分中的辛烯與癸烯分離。關(guān)鍵組分：辛烯與癸烯優(yōu)化分離要求：辛烯產(chǎn)品純度大于99.7% ,塔頂C11含量小于0.05% 。Aspen模擬塔T4結(jié)果如表11：表11：Aspen模擬塔T4結(jié)果理論塔板數(shù)23進(jìn)料位置14塔頂溫度（）1930塔底溫度（）2738冷凝器負(fù)荷（MMkcal/hr）-0.1878422再沸器負(fù)荷（MMkcal/hr）0.147406蒸出率0.55回流比168對(duì)塔T4進(jìn)行熱集成節(jié)能處理，采用Aspen的靈敏度分析工具確定最佳進(jìn)料板，結(jié)果列于表12，進(jìn)料板為14塊時(shí)，塔頂冷凝器熱負(fù)荷和塔釜再沸器熱負(fù)荷都達(dá)到最小值，效果最好。表12：T4的理論塔板數(shù)及回流比VA

32、RY 1塔頂熱量（MMKCAL/H）塔釜熱量（MMKCAL/H）總的熱量9-0.18817590.147600790.33577710-0.18797350.147482750.33545611-0.18789160.147434930.33532712-0.18785910.147415950.33527513-0.18784650.147408560.33525514-0.18784220.1474060.33524815-0.18784730.147408970.33525616-0.18837180.147714730.3360876.5.最終結(jié)果：最終各物流組分組成結(jié)果如表13：&#

33、160;12345678910Temperature C254548.81180.96123.19212.78157.44258.61193.03273.64Pressure bar886857575.56C3H80.013396130.018230580.026809681.5455e-096.2795e-091.2431e-300000C3H6-20.26725463000000000C4H10-20.132224230.179941810.264618663.505e-061.424e-054.883e-220000C4H10-10.144785190.197035830.2897453

34、42.8097e-050.000114152.7376e-190000C4H8-50.040789730.055510090.081631442.2255e-069.042e-061.2852e-210000C4H8-10.400881940.223858880.329199261.0594e-054.3044e-059.1006e-210000C6H12-30.000668130.084560820.007992060.247269450.999690030.001617850.002436683.8131e-106.9525e-102.1109e-15C7H14-700.16002913.

35、5521e-060.500083380.000129470.663309210.9990290.003947890.007197441.0377e-06C8H16-1600.044462631.6021e-100.138945721.4069e-110.184308960.000534310.547409670.992776860.00647076C11H22-200.036370247.8834e-220.113657032.7205e-300.150763982.3302e-230.448642432.5697e-050.9935282表13：最終各物流組分組成由表中數(shù)據(jù)可以看出，分離出的

36、庚烯達(dá)到99.9wt%，符合設(shè)計(jì)要求。7、流程的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析7.1 項(xiàng)目原料及產(chǎn)品價(jià)格市場(chǎng)調(diào)研 2008年12月國(guó)內(nèi)工業(yè)丙烯（丙烯95.23、丙烷4.77）價(jià)格9000-10000元/噸，工業(yè)丁烯（已丁烷18.38、正丁烷21.83、異丁烯5.67、正丁烯55.73、正己烯0.09）價(jià)格6000元/噸；高純庚烯價(jià)格為13000元/噸，高純己烯價(jià)格為12000元/噸。本設(shè)計(jì)的原料與產(chǎn)品的價(jià)格也有很大波動(dòng)，不考慮價(jià)格方面的影響，我們采用如下價(jià)格：丙烯價(jià)格為9000元/噸，丁烯價(jià)格為6000元/噸，高純庚烯（純度大于99.5）價(jià)格為13000元/噸，高純己烯（純度大于99.5）價(jià)格為12000元/噸

37、，高純辛烯（純度大于99.5）價(jià)格約為9000元/噸，高純癸烯（純度大于99.5）價(jià)格約為7000元/噸，液化石油氣（含C4較多）價(jià)格約為5500元/噸。 7.2 項(xiàng)目建設(shè)投資估算 將建設(shè)投資（不含建設(shè)期利息）的估算分為工程費(fèi)用、工程建設(shè)其他費(fèi)用和預(yù)備費(fèi)三個(gè)部分，分別估算。工程費(fèi)用又分為建筑工程費(fèi)、設(shè)備及工器具購(gòu)置費(fèi)和安裝工程費(fèi)三部分。建筑工程費(fèi)依據(jù)相關(guān)專業(yè)所提供的建構(gòu)筑物工程量和單位造價(jià)指標(biāo)估算。本項(xiàng)目建筑工程費(fèi)用總額估算950萬(wàn)元。本項(xiàng)目設(shè)備及器具購(gòu)置費(fèi)，包括設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)、工器具購(gòu)置費(fèi)、現(xiàn)場(chǎng)制作非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備費(fèi)、生產(chǎn)用家具購(gòu)置費(fèi)和相應(yīng)的運(yùn)雜費(fèi)。本項(xiàng)目國(guó)內(nèi)設(shè)備及工器具購(gòu)置費(fèi)估算為6870萬(wàn)元。安

38、裝工程費(fèi)包括各種機(jī)電設(shè)備裝配和安裝工程費(fèi)用、附屬于被安裝設(shè)備的管線敷設(shè)工程費(fèi)用；安裝設(shè)備的絕緣、保溫、防腐等工程費(fèi)用；單體試運(yùn)轉(zhuǎn)和聯(lián)動(dòng)無(wú)負(fù)荷試運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)等。本項(xiàng)目安裝工程費(fèi)總額估算為500萬(wàn)元。工程建設(shè)其他費(fèi)用包括土地使用費(fèi)、建設(shè)單位管理費(fèi)、勘探設(shè)計(jì)費(fèi)、研究試驗(yàn)費(fèi)、建設(shè)單位臨時(shí)設(shè)施費(fèi)、工程建設(shè)監(jiān)理費(fèi)、工程保險(xiǎn)費(fèi)、施工機(jī)構(gòu)遷移費(fèi)、引進(jìn)技術(shù)和進(jìn)口設(shè)備其它費(fèi)用、聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)、辦公及生活家具購(gòu)置費(fèi)等，總額估算為1000萬(wàn)元。根據(jù)工作深度，基本預(yù)備費(fèi)按照工程費(fèi)用和其他費(fèi)用之和的10.0%計(jì)算，其估算值為932萬(wàn)元。目前一般國(guó)內(nèi)項(xiàng)目可不計(jì)漲價(jià)預(yù)備費(fèi)，加之本項(xiàng)目建設(shè)周期不長(zhǎng)，只有1年。故投資估算中漲價(jià)預(yù)備費(fèi)定為

39、400萬(wàn)。按照擬定的融資方案。本項(xiàng)目建設(shè)期間需向銀行申請(qǐng)固定資產(chǎn)貸款10652萬(wàn)元，其貸款年利率為5.0%，估算的建設(shè)期利息為532萬(wàn)元。以上合計(jì)為建設(shè)投資。其估算值為11184萬(wàn)元。表14：主要設(shè)備估算表(單位: 萬(wàn)元人民幣)價(jià)格泵價(jià)格換熱器價(jià)格罐價(jià)格反應(yīng)器R-1011300進(jìn)料泵P-101（A/B/C/D）100E-101（A/B/C/D）E-10220060V-101V-1022525分離塔(1)1300P-102（A/B）50T1冷凝器50T1再沸器50分離塔(2)1200P-103（A/B）50T2冷凝器50T2再沸器50分離塔(3)1100P-104（A/B）50T2冷凝器40T2

40、再沸器40分離塔（4）1000P-104（A/B）50T2冷凝器40T2再沸器40設(shè)備總價(jià)（1300*2+1200+1100+1000+100+200+60+50*8+40*4+25*2）=6870注：所有金額計(jì)算值采用四舍五入法取整數(shù)，下表同。表15：建設(shè)投資估算表（單位：萬(wàn)元人民幣）工程費(fèi)用建筑工程費(fèi)950設(shè)備及器具購(gòu)置費(fèi)6870安裝工程費(fèi)500預(yù)備費(fèi)基本預(yù)備費(fèi)932漲價(jià)預(yù)備費(fèi)400工程建設(shè)其它費(fèi)用土地使用費(fèi)，管理費(fèi)，臨時(shí)設(shè)施費(fèi)等1000建設(shè)期利息532合計(jì)11184 產(chǎn)品銷售價(jià)格的確定原則：根據(jù)產(chǎn)品的目標(biāo)市場(chǎng)，結(jié)合當(dāng)今國(guó)際市場(chǎng)情況，確定本項(xiàng)目產(chǎn)品的銷售價(jià)格。主要產(chǎn)品銷售價(jià)格（含稅）詳見原

41、料與燃料動(dòng)力費(fèi)用估算表。表16：原料與燃料動(dòng)力費(fèi)用估算表（單位：萬(wàn)元人民幣）序號(hào)項(xiàng)目建設(shè)期生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)期123456原材料負(fù)荷量75%100%100%100%100%1.1丙烯購(gòu)置費(fèi)2037827170271702717027170單價(jià)（含稅）0.90.90.90.90.9數(shù)量/噸22642301893018930189301891.2丁烯購(gòu)置費(fèi)4697862638626386263862638單價(jià)（含稅）0.60.60.60.60.6數(shù)量/噸782971043961043961043961043961.3催化劑費(fèi)用24303240324032403240單價(jià)（含稅）2727272727數(shù)量/噸9

42、01201201201202燃料與動(dòng)力費(fèi)用240032003200320032003原料與燃料動(dòng)力合計(jì)72186962489624896248962484工資與福利費(fèi)合計(jì)6006006006006006005各成本費(fèi)用60072786968489684896848968485總成本費(fèi)用460778注：考慮部分試運(yùn)和檢查的時(shí)間，對(duì)第一年的生產(chǎn)取一個(gè)75%的系數(shù)。表17：設(shè)備折舊費(fèi)估算表（單位：萬(wàn)元人民幣）序號(hào)項(xiàng)目合計(jì)折舊率建設(shè)期生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)期10%1234561原值6870687061835564500845072折舊費(fèi)28136876185565014503凈值405761835565500845

43、074057表18：銷售收入估算表項(xiàng)目合計(jì)建設(shè)期生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)期123456生產(chǎn)負(fù)荷75/%100/%100/%100/%100/%庚烯（萬(wàn)元）1817642869938266382663826638266銷售量(噸)1398162207629435294352943529435單價(jià)（含稅）1.31.31.31.31.31.3己烯（萬(wàn)元）652791030813743137431374313743銷售量(噸)59347937112494124941249412494單價(jià)（含稅）1.11.11.11.11.11.1液化氣（萬(wàn)元）1937763059640795407954079540795銷售量(噸)

44、3460285463672848728487284872848單價(jià)（含稅）0.560.560.560.560.560.56辛烯（萬(wàn)元）4010063328442844284428442銷售量（噸）4455570359380938093809380單價(jià)（含稅）0.90.90.90.90.90.9葵烯（萬(wàn)元）3534555817441744174417441銷售量(噸)50493797310630106301063010630單價(jià)（含稅）0.70.70.70.70.70.7總收入（萬(wàn)元）51626481516108688108688108688108688注：考慮部分試運(yùn)和檢查的時(shí)間，對(duì)第一年的生

45、產(chǎn)取一個(gè)75%的系數(shù)。表19：項(xiàng)目財(cái)務(wù)現(xiàn)金流量表 （單位：萬(wàn)元）項(xiàng)目建設(shè)期經(jīng)營(yíng)期123456生產(chǎn)負(fù)荷075%100%100%100%100%現(xiàn)金流入081516108688108688108688108688產(chǎn)品銷售收入81516108688108688108688108688回收固定資產(chǎn)余值618355655008.45074057建設(shè)投資11184經(jīng)營(yíng)成本6007278696848968489684896848銷售稅金及附加40765434543454345434利潤(rùn)總額46546406640664066406稅前現(xiàn)金流量-1118446546406640664066406稅前累積現(xiàn)金流量-11184-6530-12462821268819094稅前累積現(xiàn)金流量與固定資產(chǎn)余值之和-11184-3475441112901719523151內(nèi)部收益率-3%49%101%154%207%各年利潤(rùn)率42%57%57%57%57%靜態(tài)投資回收期/年3.02表20：損益和利潤(rùn)分配表 （單位：萬(wàn)元人民幣）項(xiàng)目合計(jì)建設(shè)期生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)期123456生產(chǎn)負(fù)荷75%100%100%100%100%產(chǎn)品銷售收入51626481516108688108688108688108688銷售稅金及附加2581