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催化裂化和蒸汽裂解等装置副产大量混合碳四。其中异丁烯是一种高附加值中间体,广泛应用于制备丁基橡胶、聚异丁烯、甲基叔丁基醚、甲基丙烯腈等。和运集团碳四综合利用装置,主要包括MTBE合成、碳四分离和丁烯异构化三个单元,以MTBE为主产品,通过异构化反应将正丁烯转化为异丁烯,提高碳四资源利用程度。由于正丁烯与正丁烷相对挥发度小,和运集团采用MEK+NFM溶剂体系萃取分离,即便如此,碳四分离单元仍然存在过程复杂,能耗高等不足。对此,本论文深入研究萃取分离和异构化过程的协同耦合特征,从分离序列的角度对碳四综合利用装置进行改进,并利用Aspen Plus化工流程模拟软件,对改进流程进行优化和经济可行性分析。首先,在Aspen Plus软件平台中建立了和运集团碳四综合利用装置主干工艺的模拟流程,并将关键操作单元(萃取精馏、异构化、MTBE合成)的模拟结果与实际生产数据进行比对,正丁烷产品含量的相对误差为1.46%,丁烯产品含量的相对误差为0.76%,MTBE产品含量相对误差为0.01%。模拟结果分析表明,本研究建立的碳四综合利用装置模拟流程,准确度较高,为该装置的改进和优化提供了良好的模拟模型。在Aspen Plus流程模拟的基础上,对现有碳四综合利用装置中采用的精馏分离序列进行了深入分析。现有精馏分离序列先将异丁烷、正丁烷从原料中脱除,得到高浓度丁烯,再将丁烯异构化成异丁烯,异丁烯醚化生成MTBE,未反应的丁烯重新作为分离原料。分离原料中的烯烃含量高,需萃取剂量较大,能耗较高,丁烷产品浓度85%,导致丁烯损失大,丁烯利用率低。针对此问题,提出优化工艺,首先将原料中的丁烯转化为异丁烯,进一步醚化生成MTBE,未反应的丁烯混合物再进行萃取精馏。在Aspen Plus软件对改造工艺参数进行优化,第二萃取精馏原料中丁烯含量从71.3%降低到52.97%,萃取剂需求量从340 t/h降低到240 t/h。分离原料丁烷浓度从29.22%提升到45.15%,丁烷产品含量指标从85%提升到95%,降低了丁烯损失,使MTBE产品产量提升了3.5%。装置能耗1.2 MPaG蒸汽从62 t/h降低到52 t/h。因反应系统丁烯含量降低,导致异构化和MTBE单元负荷增加,异丁烯产品流量从41.79 t/h提升51.14 t/h,改造过程需增加异构化催化剂4 t,投资成本773万元,投产后实际增加收益2832万元/年,资金回收期3.3个月。优化工艺较原工艺从物料损失和能耗上都有所优化,工艺变更改造较小,得到的收益明显,工艺优化可行。