目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"項(xiàng)目背景及建設(shè)意義 2\o"CurrentDocument"項(xiàng)目背景 2\o"CurrentDocument"建設(shè)意義 2\o"CurrentDocument"需求預(yù)測及擬建經(jīng)濟(jì) 3\o"CurrentDocument"2.1項(xiàng)目擬建 3\o"CurrentDocument"產(chǎn)品方案 3\o"CurrentDocument"2.3主要物料規(guī)格及消耗 4\o"CurrentDocument"廠址的選擇及廠區(qū)的規(guī)劃 4\o"CurrentDocument"3.1廠址概況 4\o"CurrentDocument"3.2廠址選擇 4\o"CurrentDocument"廠址布置 5\o"CurrentDocument"主要的工藝及設(shè)備的選型 5\o"CurrentDocument"工藝路線的確定 5\o"CurrentDocument"4.1.1生產(chǎn)規(guī)模 5\o"CurrentDocument"4.1.2原料及產(chǎn)品 6\o"CurrentDocument"4.1.3工藝路線的比較 7\o"CurrentDocument"ExxonMobil的MTO工藝 7\o"CurrentDocument"UOP/Hydro公司的MTO工藝 8\o"CurrentDocument"4.1.3.3大連化物所的DMTO工藝 9\o"CurrentDocument"4.1.3.4上海化工研究院的SMTO工藝 10\o"CurrentDocument"4.1.3.5魯奇（Lurgi）公司的MTP工藝 10\o"CurrentDocument"4.1.3.6結(jié)論 11\o"CurrentDocument"工藝流程 12\o"CurrentDocument"4.2.1流程簡述 12\o"CurrentDocument"工藝流程描述 13\o"CurrentDocument"反應(yīng)工段 13\o"CurrentDocument"分離工段 14\o"CurrentDocument"設(shè)備計(jì)算與選型 15\o"CurrentDocument"4.3.1反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 15\o"CurrentDocument"4.3.1.1反應(yīng)器操作條件 154.3.1.2催化劑的裝填量 17\o"CurrentDocument"4.3.1.3反應(yīng)器的直徑 17\o"CurrentDocument"設(shè)備選型 18\o"CurrentDocument"4.3.2.1塔板的選擇 18\o"CurrentDocument"4.3.2.2塔整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益評價(jià) 20項(xiàng)目背景及建設(shè)意義項(xiàng)目背景（1）乙烯是現(xiàn)代化工的基礎(chǔ)，而我國的乙烯需求逐年增大，且增速快，到2016年需求量高達(dá)3700萬噸。（2）低碳烯烴市場廣闊，需求量大，但長期以來國內(nèi)自給率只有50%左右，需要進(jìn)口大量的石油作為原料用于制取低碳烯烴。（3）中國的甲醇生產(chǎn)能力快速增長，市場出現(xiàn)過剩局面，需要產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。建設(shè)意義近十年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及對低碳烯烴需求的日漸攀升，作為乙烯生產(chǎn)原料的石腦油，輕柴油等原料資源,面臨著越來越嚴(yán)重的短缺局面。中國當(dāng)前能源礦產(chǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是多煤、少氣、缺油。再加上我國去年原油進(jìn)口量已達(dá)加工總量的三分之一，以乙烯、丙烯為原料的聚烯產(chǎn)品仍將維持相當(dāng)高的進(jìn)口比例。根據(jù)我國煤炭資源相對較為豐富，且價(jià)格相對低廉的特點(diǎn)，在煤炭資源豐富的地區(qū)，加快了該工藝的工業(yè)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)乙烯生產(chǎn)原料多元化，目前我國石腦油和輕柴油等原料資源短缺，如果還是以它們作為低碳烯烴生產(chǎn)唯一原料來源，來滿足我國每年對低碳烯烴的增產(chǎn)需求顯然不行，必須找到一種新的方法。如果在我國煤炭資源豐富的地區(qū)，加快MTO工藝的工業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)以乙烯、丙烯為代表的低碳烯烴生產(chǎn)原料多元化，不失是解決我國石油資源緊張，促進(jìn)我國低碳烯烴工業(yè)快速發(fā)展的最有效途徑，也有利于實(shí)現(xiàn)我國內(nèi)地產(chǎn)煤大省實(shí)現(xiàn)煤炭資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化。煤制烯烴將大大降低對傳統(tǒng)方式生產(chǎn)烯烴的需求，等同于提高了單位原油的汽柴油產(chǎn)量，在確保中國能源安全方面具有更為積極的意義。乙丙烯項(xiàng)目的建設(shè)對于促進(jìn)下游產(chǎn)品發(fā)展，活躍市場、繁榮經(jīng)濟(jì)、提供社會(huì)就業(yè)機(jī)會(huì)等方面，都會(huì)起到十分重要的作用。需求預(yù)測及擬建經(jīng)濟(jì)2.1項(xiàng)目擬建本項(xiàng)目為武漢一煤化公司新建一MTO（甲醇制烯烴）分廠。該煤化公司年產(chǎn)140萬噸甲醇，將30萬噸甲醇用于生產(chǎn)烯烴。以焦?fàn)t氣制得的甲醇為原料，經(jīng)Co-SAPO-34催化合成，再經(jīng)分離、提純后得到8萬噸的乙烯（體積分?jǐn)?shù)＞99.95%）、2.7萬噸的丙烯（體積分?jǐn)?shù)＞99.2%），并副產(chǎn)1499噸的乙基叔丁基醚（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞97%）。全過程無三廢產(chǎn)生，綠色環(huán)保。本項(xiàng)目注冊資金為32064.389萬元人民幣，由總公司注入部分自有資金，并通過武漢市政府向銀行貸款籌措資金16000萬元人民幣。項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度在考慮建設(shè)過程中的各環(huán)節(jié)時(shí)間安排情況和干擾因素的影響，建設(shè)期為2年，投資回收期3年。產(chǎn)品方案本廠產(chǎn)品主要是優(yōu)等品乙烯、一等品丙烯，及由副產(chǎn)物C4利用得到的乙基叔丁基醚。具體產(chǎn)品方案如表2.1所示。表2.1產(chǎn)品方案產(chǎn)品名稱本廠規(guī)格（體積分?jǐn)?shù)）產(chǎn)量（噸/年）單價(jià)（元/噸）乙烯>99.95%800007500丙烯>99.2%2700010950乙基叔丁基醚>97%1499360002.3主要物料規(guī)格及消耗表2.2主要物料規(guī)格及消耗序號原料規(guī)格數(shù)量1甲醇一等品30萬噸/年2催化劑Co-SAPO-34工業(yè)級293噸/年3單乙醇胺工業(yè)級87.4噸/年4乙醇工業(yè)級1152噸/年5催化劑樹脂工業(yè)級91.1噸/年廠址的選擇及廠區(qū)的規(guī)劃3.1廠址概況長江工業(yè)園區(qū)位于湖北省武漢市，是湖北省重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域之一。長江工業(yè)園區(qū)規(guī)劃開發(fā)面積161.06平方公里，集產(chǎn)業(yè)物流、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、行政商住三大功能于一體。長江工業(yè)園區(qū)擁有得天獨(dú)厚的區(qū)位優(yōu)勢，交通網(wǎng)絡(luò)四通八達(dá)，地理位置優(yōu)越。目前長江工業(yè)園區(qū)已經(jīng)形成了石油化工、機(jī)械制造、汽車零部件、生物制藥、基礎(chǔ)建材、糧食深加工、食品加工等工業(yè)體系。3.2廠址選擇廠址選擇在長江工業(yè)園區(qū)，它是湖北省重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域之一。長江工業(yè)園區(qū)煤炭資源豐富，擁有得天獨(dú)厚的區(qū)位優(yōu)勢，交通網(wǎng)絡(luò)四通八達(dá)，地理位置優(yōu)越，擁有大量未開發(fā)的土地資源，有利于發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)。工業(yè)區(qū)內(nèi)已有煤化工綜合企業(yè)，基礎(chǔ)設(shè)施健全。3.3廠址布置全廠總平面布置分為生產(chǎn)區(qū)、儲(chǔ)運(yùn)區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)及辦公生活區(qū)，總占地面積161.06平方公里。全廠俯視圖如圖3.1所示：圖3.1全廠俯視圖主要的工藝及設(shè)備的選型4.1工藝路線的確定本節(jié)介紹了煤基甲醇制取低碳烯桂及C4利用的具體情況，通過比較不同的方法來確定本廠的工藝路線，并簡要闡述了本廠工藝流程及特點(diǎn)。4.1.1生產(chǎn)規(guī)模本設(shè)計(jì)為某一煤化公司擬建一套年處理30萬噸煤基甲醇制取低碳烯坯(MTO)生產(chǎn)裝置，年產(chǎn)8萬噸聚合級乙烯，聯(lián)產(chǎn)2.7萬噸丙烯，另合成乙基叔丁基醞1499噸。4.1.2原料及產(chǎn)品本設(shè)計(jì)采用甲醇為原料制取乙烯和少部分丙烯，副產(chǎn)丁烯。乙烯和丙烯作為產(chǎn)品直接銷售，而副產(chǎn)物C4則可作為原料與乙醇進(jìn)一步合成乙基叔丁基醚(ETBE)產(chǎn)品。甲醇(Methanol)在常溫常壓下為無色澄清易揮發(fā)液體，微有乙醇樣氣味，能與多種化合物形成共沸混合物。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮類和其他有機(jī)溶劑混溶。溶解性能優(yōu)于乙醇，能溶解多種無機(jī)鹽類，相對密度0.7915，熔點(diǎn)-97.8°C,沸點(diǎn)64.7°C,折光率1.3292，閃點(diǎn)12°C。易燃，蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限6.0%?36.5%(體積)。有毒，一般誤飲15ml可致眼睛失明，致死量為100-200ml。乙烯(Ethylene)，分子式C2H4,結(jié)構(gòu)式CH2=CH2,相對分子質(zhì)量28.05。無色可燃性氣體。熔點(diǎn)-169.4°C,沸點(diǎn)-103.7°C,液體密度0.5699g/cm3，閃點(diǎn)<-66.9°C。溶于醇和醚，難溶于水。具有烴類特有的臭味，屬低毒類氣體。乙烯與空氣混合形成爆炸性氣體，爆炸極限3.1%-32.0%。丙烯(Popylene),分子式C3H6,結(jié)構(gòu)式CH3-CH=CH2,相對分子質(zhì)量42.081。無色氣體。熔點(diǎn)-185.2°C,沸點(diǎn)-47.8°C。液體相對密度d420=0.5139。溶于水和醇。丙烯與空氣混合，可形成爆炸性氣體，爆炸極限為2.0%-11.1%。高濃度時(shí)對人有麻醉性。丁烯(Butylene,分子式C4H8,有四種異構(gòu)體：正丁烯包括1-丁烯(CH3CH2CH=CH2和2-丁烯(CH3CH=CHCH)異丁烯(CH3C(CH3)=CH2)；有順式和反式。丁烯各異構(gòu)體的理化性質(zhì)基本相似，常態(tài)下均為無色氣體，不溶于水，溶于有機(jī)溶劑。易燃、易爆。正丁烯有微弱芳香氣味。分子量56.1，密度0.5951g/cm3(20/4°C)。異丁烯有不愉快臭味。爆炸極限為1.8%-9.6%，沸點(diǎn)-6.90C。丁烯各異構(gòu)體毒性相似，均屬低毒類。乙基叔丁基醚(EthylTertiaryButylEther,簡稱ETBE)，分子式C6H14O，結(jié)構(gòu)式C2H5OC(CH3)3,相對分子質(zhì)量為102.18。無色透明液體。水中溶解度1.2g/100ml(20°C),密度0.75g/cm3，熔點(diǎn)-94°C,沸點(diǎn)70°C,折光率(n20D)1.3750，閃點(diǎn)-19°C。ETBE是一種性能優(yōu)良的高辛烷值汽油調(diào)和組分,是美國法定的汽油改良劑(包括甲基叔丁基醚、乙醇和乙基叔丁基醚)的一種。4.1.3工藝路線的比較用以甲醇為代表的含氧有機(jī)物為原料制取以乙烯和丙烯為主的低碳烯烴的典型工藝有ExxonMobilMTO工藝、美國UOP公司和挪威NorskHydro公司（以下簡稱UOP/Hydro公司）合作開發(fā)的MTO工藝、大連化學(xué)物理研究所的DMTO工藝、上海化工研究院的SMTO工藝以及魯奇（Lurgi）公司的MTP工藝等。這些工藝的原料基本相同，只是催化劑各具特色，目的產(chǎn)品有所不同。4.1.3.1ExxonMobil的MTO工藝MTO反應(yīng)器的高效化是MTO工業(yè)放大過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，UOP/Hydro的MTO工藝及大連化物所的DMTO工藝都采用的是床層式流化床反應(yīng)器，如果具有高活性、短接觸時(shí)間的MTO催化劑，則可以借鑒流化催化裂化（FCC）工藝經(jīng)驗(yàn)，將MTO反應(yīng)器向提升管發(fā)展。ExxonMobil公司在這方面做了很多工作,1980年提出外換熱式密相流化床反應(yīng)器，2000年后相繼提出單提升管式反應(yīng)器、雙提升管式反應(yīng)器和多提升管式反應(yīng)器。但提升管反應(yīng)器用于MTO反應(yīng)，會(huì)遇到很多問題，如提升管軸向溫升難以控制，可能需要液體甲醇進(jìn)料，要求催化劑強(qiáng)度高、活性高、停留時(shí)間短，存在氣固滑落系數(shù)的問題，積炭的控制較難等。1999年，ExxonMobil公司在其Baytown研究中心建設(shè)了一套60噸/天的MTO試驗(yàn)裝置，該裝置是一套全流程的MTO系統(tǒng)，包括深冷分離系統(tǒng)和聚烯烴系統(tǒng)。該裝置于2004年建成，其規(guī)模是UOP/HydroMTO中試裝置的80倍，與UOP/HydroMTO中試裝置一樣采用流化床反應(yīng)-再生系統(tǒng)，催化劑采用SAPO-34分子篩，產(chǎn)品乙烯和丙烯碳基選擇性達(dá)到80%，乙烯與丙烯比例約為1。同時(shí)，MTO試驗(yàn)裝置配套烯烴轉(zhuǎn)化成汽油和餾分油MOGD（MObiOlefintoGasoline/distillates）工藝，可將MTO產(chǎn)品中的聚合級低碳烯烴轉(zhuǎn)化為汽油和餾分油。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，通過MTO與MOGD工藝的集成，60噸/天甲醇進(jìn)料規(guī)模的試驗(yàn)裝置每天可生產(chǎn)約24噸的富含烯烴汽油，NOx二排放量僅為石腦油裂解工藝的49%,CO2排放量僅為石腦油裂解工藝的53%。UOP/Hydro公司的MTO工藝美國環(huán)球油品公司（UOP）和挪威海德魯（Hydro）公司開發(fā)UOP/HydroMTO工藝。該工藝對原料甲醇的適用范圍較大，可以使用粗甲醇（濃度80%-82%）、燃料級甲醇（濃度95%）和AA級甲醇（濃度＞99%）。工藝采用流化床反應(yīng)器和再生器設(shè)計(jì)。其反應(yīng)溫度由回收熱量的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)來控制，失活的催化劑被送到流化床再生器中用空氣燒除積碳再生，并通過發(fā)生蒸汽將熱量移除，然后返回流化床反應(yīng)器繼續(xù)反應(yīng)。由于流化床條件和混合均勻催化劑的共同作用，反應(yīng)器幾乎是等溫的。未凝氣體壓縮后進(jìn)入堿洗塔，以脫除CO2,之后進(jìn)入干燥器中脫水后進(jìn)入后續(xù)分離工段。由于反應(yīng)物富含烯烴，只含少量的甲烷，故流程選擇前脫乙烷塔，而省去前脫甲烷塔，節(jié)省了投資和制冷能耗。當(dāng)MTO以最大量生產(chǎn)乙烯時(shí)，乙烯、丙烯和丁烯的收率分別為46%、30%、9%，其余副產(chǎn)物為15%。1995年，UOP/Hydro公司在挪威建成一套甲醇加工能力0.75t/d的示范裝置，連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)90多天，甲醇轉(zhuǎn)化率接近100%，乙烯和丙烯的碳基質(zhì)量收率達(dá)到80%。催化劑再生次數(shù)超過450次，其穩(wěn)定性和強(qiáng)度得到一定的驗(yàn)證。近幾年，UOP/Hydro公司合作開發(fā)MTO與碳四烯烴裂解的集成工藝，以最大化生產(chǎn)丙烯，并推出AdvancedUOP/HydroMTO工藝。該工藝中除了集成碳四催化裂解生產(chǎn)丙烯工藝外，UOP公司對原有的第一代MTO-100催化劑也進(jìn)行了一定的改進(jìn)，催化性能有所提高，P/E比可在1.0-2.1變化，乙烯和丙烯的總收率為85%-89%，低碳烯烴收率提高15%-20%。MTO工藝的關(guān)鍵之一是催化劑，包括催化劑的活性、選擇性、耐磨性和穩(wěn)定性等。目前，UOP公司在致力于開發(fā)第三代和第四代MTO催化劑，且在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)研發(fā)成功，反應(yīng)性能再次大幅提高，現(xiàn)處于工業(yè)生產(chǎn)放大試驗(yàn)階段。流程圖如圖4.1所示：4.1.3.3大連化物所的DMTO工藝20世紀(jì)80年代，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所已開始了對MTO工藝的研究，90年代大連化學(xué)物理研究所發(fā)明了以三乙胺(TEA)和二乙胺(DEA)為模板劑及用三乙胺(TEA)加四乙基氫氧化銨(TEAOH)為雙模板劑制備SAPO分子篩的經(jīng)濟(jì)實(shí)用方法，采用流化床反應(yīng)器進(jìn)行了以小孔SAPO-34和改性SAPO分子篩為催化劑的甲醇/二甲醚制乙烯(DMTO法)技術(shù)研究。與傳統(tǒng)合成氣經(jīng)甲醇制低碳烯烴的MTO相比較，該工藝甲醇轉(zhuǎn)化率高，建設(shè)投資和操作費(fèi)用節(jié)省50%-80%。其自行研制的催化劑DO123價(jià)格低廉，具有較強(qiáng)的市場競爭力。2006年2月，由中科院大連化學(xué)物理研究所與陜西新興煤化工科技發(fā)展有限責(zé)任公司、中國石化集團(tuán)洛陽石化工程公司合作在陜西華縣建成的世界上第一套萬噸級甲醇制取低碳烯烴規(guī)模的DMTO工業(yè)化示范裝置試車成功，在規(guī)模為甲醇處理量50t/d的工業(yè)化裝置上甲醇轉(zhuǎn)化率大于99.8%，乙烯、丙烯選擇性大于78.16%，累積平穩(wěn)運(yùn)行近1150h。流程圖如圖4.2所示：圖4.2DMTO工藝流程示意圖4.1.3.4上海化工研究院的SMTO工藝上海石油化工研究院于2000年開始進(jìn)行MTO技術(shù)的開發(fā)。2004-2006年，SAPO-34分子篩工業(yè)放大生產(chǎn)成功。2005-2006年，采用新型干燥方法的MTO流化床催化劑制備成功，其價(jià)格低廉，催化性能優(yōu)異，粒度分布類似于FCC催化劑，而強(qiáng)度優(yōu)于FCC催化劑。2003-2006年，上海石油化工研究院詳細(xì)研究了MTO反應(yīng)的反應(yīng)行為、失活行為和積炭行為等，并于2005年建立了一套12噸/年的MTO循環(huán)流化床熱模試驗(yàn)裝置，將實(shí)驗(yàn)室研究的結(jié)果在該試驗(yàn)裝置上進(jìn)行了驗(yàn)證。SMTO-1催化劑在該試驗(yàn)裝置上平穩(wěn)運(yùn)行2000h，催化劑物性未見明顯變化，甲醇轉(zhuǎn)化率大于99.8%，乙烯和丙烯碳基選擇性大于80%，乙烯、丙烯和C4碳基選擇性超過90%。4.1.3.5魯奇(Lurgi)公司的MTP工藝德國魯奇(Lurgi)公司在20世紀(jì)90年代開始研究甲醇制丙烯技術(shù)，魯奇公司開發(fā)的MTP工藝，其主要產(chǎn)物為丙烯，同時(shí)得到市場容量巨大的副產(chǎn)物汽油、液化石油氣(LPG)以及燃料氣等，被公認(rèn)為是目前從天然氣通過甲醇生產(chǎn)丙烯費(fèi)用最低的方法。該工藝采用德國南方化學(xué)公司(Sudchmie)研究開發(fā)的改性ZSM-5分子篩催化劑，該催化劑丙烯選擇性高、結(jié)焦少、丙烷產(chǎn)率低，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，并且積碳量小(<0.01%的甲醇原料轉(zhuǎn)化成焦炭)，可進(jìn)行原位間歇再生，再生溫度較低(在反應(yīng)溫度下再生)。相對于甲醇制烯烴流化床工藝，甲醇制丙烯固定床工藝只用于生產(chǎn)丙烯，在工業(yè)放大過程中風(fēng)險(xiǎn)較小。2002年1月魯奇公司在挪威與TJeldbergodden甲醇聯(lián)合企業(yè)合作建立了工業(yè)演示裝置，設(shè)計(jì)能力為甲醇進(jìn)料量360kg/h,裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)了11000h，甲醇轉(zhuǎn)化率大于99%,丙烯的總碳收率約為71%,生焦率小于0.01%，催化劑再生周期500-600h。流程圖如圖4.3所示：4.1.3.6結(jié)論本節(jié)通過各個(gè)階段各種流程的比較，確定本項(xiàng)目體系采用DMTO工藝技術(shù),以鉆改性SAPO-34分子篩為催化劑，反應(yīng)溫度450°C，操作壓力1.7MPa，甲醇空速20h-1，以單乙醇胺作為堿洗塔吸收劑，后續(xù)分離則采用前脫乙烷流程，過程中結(jié)合相關(guān)技術(shù)專利進(jìn)行甲醇/二甲醚的回收。副產(chǎn)品C4組分進(jìn)行綜合利用，與乙醇反應(yīng)合成乙基叔丁基醚。工藝流程4.2.1流程簡述本項(xiàng)目采用甲醇制烯烴工藝，其主要產(chǎn)物是乙烯(ch2ch2)和丙烯(CH3CHCH2)。原料甲醇經(jīng)過加熱器和壓縮機(jī)處理后，將其通入流化床反應(yīng)器反應(yīng)，得到目標(biāo)產(chǎn)物乙烯、丙烯和其他烴類物質(zhì)的混合氣體。混合物將進(jìn)入分離工段進(jìn)行分離和提純。首先將產(chǎn)物通入急冷塔，在混合物降溫的同時(shí)將反應(yīng)中生成的水從產(chǎn)物中分離出來。將經(jīng)過急冷塔后的氣體通入三相分離器中，上部得到含有少量雜質(zhì)的目的產(chǎn)物乙烯和丙烯的低碳烴氣相，液相上層為主要含有丁烷(C4HQ和異丁烯((CH3)2CCH2)的油相，下層得到水和二甲醚為主的物料。其中的油相進(jìn)入C4利用工段，與乙醇進(jìn)一步反應(yīng)生成乙基叔丁基醚；水相經(jīng)進(jìn)一步分離后，含氧化合物循環(huán)回收，大量水作為工業(yè)用水利用。低碳烯烴產(chǎn)物進(jìn)行堿洗、干燥，以進(jìn)一步去除CO2和H20。然后經(jīng)過脫乙烷塔精餾后，由塔頂?shù)玫郊淄椤⒁彝楹鸵蚁┑幕旌衔铮挥伤玫奖┖捅椤Ｋ旔s分再經(jīng)過脫甲烷精餾塔和乙烯精餾塔后得到摩爾分?jǐn)?shù)±99.9%的乙烯；塔釜餾分再經(jīng)過乙烯精餾塔后得到摩爾分?jǐn)?shù)±99.8%的丙烯。本流程中涉及的反應(yīng)方程式如下：主反應(yīng)：2CH3OH——CH3OCH3+H2OCH3OCH3——h2c2+hh2o副反應(yīng)：3CH3OCH——?2C3H6+3H2O2CH3OCH3 ?(CH3)2CCH2+2H2O4CH3OCH3 ?CH4+CO2+2C3H8+2H2O3CH3OCH3——?CH4+CO2+2C2H6+H2O5CH3OCH3——?CH4+CO2+2(CH3)3CH+3H2O

4.2.2工藝流程描述本MTO項(xiàng)目工藝可劃分為MTO反應(yīng)-預(yù)分離單元和烯烴分離單元。在MTO反應(yīng)-預(yù)分離單元，粗甲醇在流化床反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)生成乙烯，丙烯等多種烴類及含氧化合物，并經(jīng)急冷，氣提，送至烯烴分離單元。在烯烴分離單元，經(jīng)系列精餾操作，最終得到聚合級乙烯與丙烯產(chǎn)品。廣原料屮懵的=預(yù)熱和圧縮廠廣原料屮懵的=預(yù)熱和圧縮廠屮槨生成屮間'產(chǎn)物：甲瞇<丿:甲醸生成乙烯和內(nèi)*帝乙烯和丙烯的堿洗乙烯和內(nèi)烯的丄相分離乙烯丙烯的初彷除朵產(chǎn)物經(jīng)過脫乙烷塔r 、產(chǎn)物經(jīng)脫屮I__烷塔邦乙烯I塔得到乙烯丿圖4.4工藝流程簡圖4.2.3反應(yīng)工段原料甲醇進(jìn)料的初始參數(shù)是20°C,0.1MPa的大氣壓，進(jìn)料量是1302kmol/h。原料甲醇經(jīng)過換熱器換熱，溫度達(dá)到400C，全部轉(zhuǎn)化為氣體，再通入壓縮機(jī)增加至0.17MPa，溫度上升到457.7C。此時(shí)甲醇達(dá)到了反應(yīng)要求的溫度和壓力。將甲醇通入反應(yīng)器，在Co改性的SAPO-34的催化劑作用下甲醇轉(zhuǎn)化為低碳烯烴乙烯和丙烯。甲醇的轉(zhuǎn)化率達(dá)到100%。主要產(chǎn)物乙烯產(chǎn)量298.1kmol/h，丙烯產(chǎn)量207.36kmol/h，出料溫度是450C,壓力為1.7MPa。因?yàn)楫a(chǎn)物中含有多種雜質(zhì)，需要對其進(jìn)行分進(jìn)一步的分離。將產(chǎn)物先通入透平機(jī)降壓至0.05MPa，然后在通入急冷塔降溫至30°C。然后通入閃蒸塔內(nèi)進(jìn)行氣液分離，閃蒸塔的操作條件是30C，0.5個(gè)大氣壓。氣相輕烴進(jìn)入下一設(shè)備，液相為水和中間產(chǎn)物二甲醚，該液相物流可循環(huán)利用。輕烴經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮到0.2MPa，冷卻后通入三相分離器，上部得到氣態(tài)的乙烯和丙烯，去后續(xù)分離工段；中間油相為C4及以上烴類，進(jìn)入C4利用工段。MTO反應(yīng)-預(yù)分離單元流程圖如圖4.5所示:4.2.4分離工段由于烯烴產(chǎn)物中混有co2和h2o,因此將烯烴通入堿洗塔脫除co2,然后在通入干燥塔進(jìn)行脫水，最后進(jìn)入低碳烯烴分離工段。整個(gè)工段由脫乙烷塔、脫甲烷塔、乙烯塔和丙烯塔組成。干燥的烯烴產(chǎn)物先經(jīng)過加壓冷凝，使之溫度達(dá)到-25C,然后將其進(jìn)入脫乙烷塔進(jìn)行C2/C3分離，塔頂出料溫度為-14.58C,壓力0.08MPa,組成為1.7%甲烷和95.03%乙烯。塔底出料溫度為66.66C,壓力2.89MPa,組成為97.27%丙烯和2.5%丙烷。脫乙烷塔塔頂?shù)奈锪显偻ㄈ肜淠鹘禍刂?130C,壓力變?yōu)?.45MPa,然后通入脫甲烷塔，塔頂出料溫度為-106.63C,得到99.99%的甲烷，塔底出料溫度為-27.42C,得到96.72%的C2烴，直接去乙烯塔分餾得到純度99.99%以上的乙烯產(chǎn)品。脫乙烷塔塔底的物料經(jīng)過冷凝器降溫至10°C,在經(jīng)過透平機(jī)降壓至1.25MPa,此時(shí)再將物料通入丙烯塔，塔頂出料為液相丙烯，純度為99.8%，塔底出料為液相丙烷。烯烴精餾單元流程圖如圖4.6所示：圖4.6烯烴精餾單元模擬流程圖4.3設(shè)備計(jì)算與選型4.3.1反應(yīng)器的設(shè)計(jì)4.3.1.1反應(yīng)器操作條件（1） 處理能力：甲醇?xì)庀噙M(jìn)料為30萬噸/年，按年生產(chǎn)時(shí)間7000h計(jì)，甲醇進(jìn)料為42.9t/h。（2） 進(jìn)料條件：對MTO反應(yīng)，原料采用粗甲醇，一方面節(jié)省了上游甲醇生產(chǎn)單元的甲醇精制費(fèi)用，另一方面，水蒸汽可以作為稀釋劑，提高催化劑對乙烯、丙烯的選擇性。設(shè)原料中甲醇摩爾分?jǐn)?shù)為0.67，進(jìn)料條件如表4.1所示：表4.1原料進(jìn)料條件甲醇130342.9水651.511.7進(jìn)料溫度457.5°C進(jìn)料壓力0.17MPa催化劑的選擇甲醇制烯烴過程中，需要在分子篩的擇形催化作用下進(jìn)行。分子篩是一類天然或人工合成的沸石型結(jié)晶硅鋁酸鹽。化學(xué)通式是Mx/n[(A102)x?(SiO2)y]?mH2O,式中M代表化合價(jià)為n的金屬離子，通常有Na+、K+、Ca2+等。很多分子篩都可用于甲醇制烯烴的催化劑活性組分。截至目前，在MTO的催化反應(yīng)過程中，以SAPO-34分子篩的性能最佳。SAPO-34分子篩是一種磷酸硅鋁微孔晶體，屬于三方晶系，具有三維孔道結(jié)構(gòu)，孔口直徑約為0.43mm，具有強(qiáng)選擇性，對低碳烯烴具有高選擇性。但是，由于MTO反應(yīng)是典型的酸催化反應(yīng)過程，SAPO-34在MTO工藝中容易積炭失活，壽命比較短。因此可以通過各種改性方法來延長催化劑的試用壽命，并且能夠進(jìn)一步提高低碳烯烴的選擇性。因此本項(xiàng)目采用鉆(Co)改性的SAPO-34催化劑。4)操作溫度的選擇表4.2反應(yīng)溫度對SAPO-34催化活性的影響反應(yīng)溫度C乙烯摩爾分?jǐn)?shù)％丙烯摩爾分?jǐn)?shù)％乙烯/丙烯甲醇轉(zhuǎn)化率%反應(yīng)時(shí)間min375.037.0342.450.87100.0200425.049.1835.181.40100.0275475.052.5026.811.96100.0195525.059.7825.062.39100.0150反應(yīng)溫度的改變不僅顯著帶來了甲醇轉(zhuǎn)化率的變化，更同時(shí)帶來了各烴類產(chǎn)物分布的改變。甲醇轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高呈現(xiàn)出一種非線性的變化趨勢，因此可以推測采用冪級數(shù)型的動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合。各烴類產(chǎn)物的變化趨勢各有不同，甲烷和乙烯生成隨著反應(yīng)溫度的升高變得顯著，而丙烯和丁烯呈現(xiàn)出相反

趨勢，推測是由于不同產(chǎn)物生成速率即活化能大小的差異造成的。最后通過比較，本設(shè)計(jì)采用450°C作為反應(yīng)溫度。(5)操作壓力的選擇操作壓力對低碳烯烴的選擇性有較大的影響。隨著壓力的提高，乙烯、丙烯量下降幅度較大，丁烯基本不變，而C+烴量卻顯著增加。這可能是因?yàn)樘岣邏毫κ狗磻?yīng)平衡朝烯烴分子聚合的方向偏移。因此欲得到較高的低碳烯烴收率，應(yīng)盡量避免采用過高的操作壓力，在絕對壓力不超過1.5kg/cm2時(shí)操作是較適宜的。4.3.1.2催化劑的裝填量甲醇的進(jìn)料速率：g€30%1°4€429t/h7000W=429山=215t,甲醇的質(zhì)量空速WHSV=20h-i，則反應(yīng)器中催化劑的量:20/h '考慮20%的設(shè)計(jì)余量，反應(yīng)器催化劑裝填量可取2.58to4.3.1.3反應(yīng)器的直徑甲醇的摩爾流率:€372.0mol/s30X104X106g/€372.0mol/s32g/molx(7000x3600)s/a反應(yīng)器的分離段，為了保證旋風(fēng)分離器的分離效率，取氣速為0.6m/s，同時(shí)，MTO反應(yīng)后，氣相體積膨脹，取膨脹因子為1.3，考慮稀釋劑的存在，稀相區(qū)氣體總流率為(372.0x1.3+181.0)x8.314x(457.7+273) =2.37m3/s1.7X106273反應(yīng)器稀相區(qū)直徑為： 273 €2.41m0.6x0.785若考慮加襯里厚200mm，可取稀相區(qū)內(nèi)徑為3m。床層的壓降可以用催化劑裝填量估算，對于2.58t的催化劑，取流化床平均內(nèi)徑為1m,則床層壓降為：2.58x102.58x103x9.80.785x12x106€0.032MPa可見流化床壓降較小，底部反應(yīng)密相區(qū)的平均壓力可取1.71MPa,操作氣速為0.8m/s。則密相區(qū)直徑為：(372.0x1.3+181.0)x8.314x(457.7+273)_］町

V 1.71x106x0.785x0.8 .m若考慮加200mm，可取密相區(qū)內(nèi)徑為2.2m。4.3.2設(shè)備選型4.3.2.1塔板的選擇乙烯的分離生產(chǎn)能力大，分離要求高。綜合考慮塔板的效率、分離效果和設(shè)備的成本、制造、維修等，選用較為成熟，目前廣泛使用的浮閥塔板。4.3.2.2塔整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)塔高估算有效傳質(zhì)高度估計(jì)全塔效率，乙烯-乙烷體系的相對揮發(fā)度為1.46，則乙烯精餾塔全塔效率:E二0.49(,卩)€0.245=90.0%TL則實(shí)際板數(shù)N二化二1=132.2，取N=133，進(jìn)料位置為第76塊塔板，精餾ET段共76塊塔板，提餾段共57塊塔板。有效傳質(zhì)高度Z=(133—1)><0.55=72.6m塔頂部空間高度為了減少塔頂出口氣體中夾帶的液體量，取塔頂部空間高度H=1.5m。1塔底部空間高度為保證進(jìn)料有一定的緩沖容量，取釜液停留時(shí)間為3min，則塔底部空間高度461.6H— —5.4m2 12X0.785X32④裙座高度H=2.0＋1.5D/2=3.35m3故乙烯精餾塔總高H=72.6＋1.5＋5.4＋3.35=83m塔盤機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)塔盤板塔盤是由氣液接觸元件、塔盤板、受液盤、溢流堰、降液管、塔盤支持件以及緊固件等組成的。本設(shè)計(jì)中，由于塔徑較大，采用分塊式塔盤。常見的塔盤板形式有平板式、自身梁式和槽式。自身梁式使用模具沖壓而成的，由于板梁合一，因此簡化了塔盤的結(jié)構(gòu)，又增加了剛性。實(shí)際工業(yè)上多采用自身梁式塔板。本設(shè)計(jì)中采用自身梁式塔盤板，并用中間受液盤代替主梁。塔盤的支撐和連接采用支