甲醇制烯烴項目可行性實施報告

1、目錄1. 項目背景及建設(shè)意義 21.1項目背景 21.2建設(shè)意義 22. 需求預(yù)測及擬建經(jīng)濟(jì) 32.1項目擬建 32.2產(chǎn)品方案 32.3主要物料規(guī)格及消耗 33. 廠址的選擇及廠區(qū)的規(guī)劃 43.1廠址概況 43.2廠址選擇 43.3 廠址布置 44. 主要的工藝及設(shè)備的選型 54.1工藝路線的確定 5生產(chǎn)規(guī)模 5原料及產(chǎn)品 5工藝路線的比較 64.1.3.1 ExxonMobil 的 MTOT藝 74.1.3.2 UOP/Hydro公司的MTO工藝 74.1.3.3 化物所的DMTO工藝 94.1.3.4 上海化工研究院的SMTOT藝 94.1.3.5 魯奇（Lurgi ）公司的 MTP工藝

2、 104.1.3.6 結(jié)論 114.2工藝流程 11流程簡述 114.2.2 工藝流程描述 124.2.3 反應(yīng)工段 134.2.4 分離工段 144.3設(shè)備計算與選型 15反應(yīng)器的設(shè)計 154.3.1.1 反應(yīng)器操作條件 154.3.1.2 催化劑的裝填量 174.3.1.3 反應(yīng)器的直徑 174.3.2 設(shè)備選型 184.3.2.1 塔板的選擇 184.3.2.2 塔整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 185. 項目經(jīng)濟(jì)效益評價 201. 項目背景及建設(shè)意義1.1項目背景（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

3、長期以來國自給率只有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。1.2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，且價格相對低廉的特點，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

4、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，促進(jìn)我國低碳烯烴工業(yè)快 速發(fā)展的最有效途徑，也有利于實現(xiàn)我國地產(chǎn)煤大省實現(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 就業(yè)機(jī)會等方面，都會起到十分重要的作用。2. 需求預(yù)測及擬

5、建經(jīng)濟(jì)2.1項目擬建本項目為一煤化公司新建一 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 通過市政府向銀行貸款籌措資金16000萬元人民幣。項目建設(shè)進(jìn)度在考慮建設(shè)過 程中的各環(huán)節(jié)時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。2.2

6、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（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22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3. 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)位于省

7、市，是省重點發(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)，它是省重點發(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)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)、儲運(yùn)區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)及辦公

8、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4. 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烴及 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。生產(chǎn)規(guī)模本設(shè)計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烴(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，另合成乙基叔丁基醚 1499 噸。原料及產(chǎn)品本設(shè)計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(Me

9、thanol)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-97.8 C,沸點64.7 C,折光率1.3292，閃點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15 ml可致眼 睛失明，致死量為100-200 ml。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-169.4 C,沸點-103.7 C,液體密度0.5699g/

10、cm3,閃 點V -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 =CH,相對分子質(zhì)量 42.。 無色氣體。熔點-185.2 C,沸點-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=QH2H 2- 丁烯(CH3CH=CHC)3 異

11、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 0.5951 g/cm 3(20/4 C)。異丁烯有不愉快臭味。爆炸極限為1.8%-9.6%,沸點-6.90 C。丁烯各異構(gòu)體毒性相似，均屬低毒類。乙基叔丁基醚(Ethyl Tertiary Butyl Ether ,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/100 ml(20 C)，密度 0.75 g/cm 3，熔點-9

12、4 C,沸點 70 C,折光率 (n20D)1.3750，閃點-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。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ExxonMobil MTO工藝、美國UOP公司和挪威Norsk Hydro公司（以 下簡稱UOP/Hydro公司）合作開發(fā)的MTC工藝、化學(xué)物理研究所的 DMT6藝、 上?；ぱ芯吭旱腟MTOE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。4.131 E

13、xxonMobil 的 MTC工藝MTO反應(yīng)器的高效化是MTO工業(yè)放大過程中的重點和難點，UOP/Hydro的MTO 工藝及化物所的DMTOE藝都采用的是床層式流化床反應(yīng)器，如果具有高活性、 短接觸時間的MTO催化劑，則可以借鑒流化催化裂化（FCC工藝經(jīng)驗，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、停留時間短，存在氣固滑落

14、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/Hydro MTO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，MTO試驗裝 置配套烯烴轉(zhuǎn)化成汽油和餾分油 MOGD（MObOlefin to Gasoline/distillates） 工藝，可將MTF品中的聚合級低碳烯

15、烴轉(zhuǎn)化為汽油和餾分油。據(jù)文獻(xiàn)報道，通過MTO與 MOG工藝的集成，60噸/天甲醇進(jìn)料規(guī)模的試驗裝置每天可生產(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%4.1.3.2 UOP/Hydro 公司的 MTC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/HydroMTOT藝。 該工藝對原料甲醇的適用圍較大，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。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

16、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 C02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，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 0.75 t/d的示裝置, 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)

17、超過450次，其穩(wěn)定性和強(qiáng)度得到一定的驗證。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 Adva need UOP/Hydro MTO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崔化劑也進(jìn)行了一定 的改進(jìn)，催化性能有所提高，P/E比可在變化，乙烯和丙烯的總收率為 85%-89%低碳烯烴收率提高15%-20% MTOT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崔化劑，且在實驗室已經(jīng)研發(fā)成功，反應(yīng)性能再次大幅提高，現(xiàn)處于 工業(yè)

18、生產(chǎn)放大試驗階段。流程圖如圖4.1所示：空吒圖4.1 MTO工藝流程示意圖4.133 化物所的DMT工藝20世紀(jì)80年代，中國科學(xué)院化學(xué)物理研究所已開始了對MTC工藝的研究，90年代化學(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SAPS子篩的經(jīng)濟(jì)實用方 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價格低廉，具有較

19、強(qiáng)的市場競爭力。2006 年2月，由中科院化學(xué)物理研究所與新興煤化工科技發(fā)展有限責(zé)任公 司、中國石化集團(tuán)石化工程公司合作在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DMTOC業(yè)化示裝置試車成功，在規(guī)模為甲醇處理量50 t/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1150 h。流程圖如圖4.2所示：ML木'itlJSI) 一 *工干Ifell(IfeikJ用CI介MJS圖4.2 DMTO工藝流程示意圖4.134 上?；ぱ芯吭旱?SMH工藝上海石油化工研究院于2000年開始進(jìn)行MTC技術(shù)的開發(fā)。2004-2006年，SAPO

20、-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MT% 化床催化劑制備成功，其價格低廉，催化性能優(yōu)異，粒度分布類似于FCC崔化劑， 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)流化床熱模試驗裝置，將實驗室研究的結(jié)果在該試驗裝置上進(jìn)行了驗證。SMTO-1催化劑在該試驗裝置上平穩(wěn)運(yùn)行 2000 h，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

21、）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)實現(xiàn)工業(yè)化 生產(chǎn)，并且積碳量?。?.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

22、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)計能力為甲醇進(jìn)料量 360 kg/h，裝置正 常運(yùn)轉(zhuǎn)了 11000 h，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 500-600 h。流程圖如圖4.3所示：鬥卩爭MTP1Mil1：反應(yīng)段+昭環(huán)1JMI；輕麗啜弗 丿f拐故空凋古> CJC反應(yīng)S* L藝水 嚴(yán)物兇Bt圖4.3 MTP工藝流程示意圖4.1.3.6 結(jié)論本節(jié)通過各個階段各種流程的比較，確定本項目體系采用DMTOL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

23、1.7 MPa甲醇 空速20 h-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。4.2工藝流程流程簡述本項目采用甲醇制烯烴工藝，其主要產(chǎn)物是乙烯（CHCH）和丙烯（CHCHCH。 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?；旌衔飳⑦M(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

24、丙烯的低碳烴氣相，液相上層為主要含有丁烷（CHo ）和異丁烯（CH）2CCH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CQ和HQ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┑?混合物；由塔釜得到丙烯和丙烷。塔頂餾分再經(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):2CH3OHCH3OCH3+H2OCH3OCH3CH

25、2C2+HH2O副反應(yīng):3CH3OCH* 2C3H6+3H 2O2CH 3OCH 3> (CH 3)2CCH 2+2H 2O4CH 3OCH 3CH 4+CO2+2C 3H 8+2H 2O3CH3OCH3* CH4+CO2+2C2H6+H2O5CH3OCH3 CH4+CO2+2(CH3)3CH+3H 2O工藝流程描述本MT"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 MTC反 應(yīng)-預(yù)分離單元，粗甲醇在流化床反應(yīng)器反應(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。原料屮醉的 預(yù)

26、熱和丿匚非烯的干煤L>乙烯和丙烯的堿洗甲醇牛.成屮間1> 產(chǎn)物一屮聯(lián)«=>乙烯和丙烯r乙%帝和丙滋i的三相分離產(chǎn)物經(jīng)過 脫乙烷塔產(chǎn)物經(jīng)脫甲K塔門乙晞 塔丹到乙烯廣經(jīng)過片烯塔得到丙烯乙te山怖的圖4.4 工藝流程簡圖反應(yīng)工段原料甲醇進(jìn)料的初始參數(shù)是20 °C,0.1 MPa的大氣壓，進(jìn)料量是1302 kmol/h。 原料甲醇經(jīng)過換熱器換熱，溫度達(dá)到400 C,全部轉(zhuǎn)化為氣體，再通入壓縮機(jī)增加至0.17 MPa，溫度上升到457.7 C。此時甲醇達(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

27、烯。甲醇的轉(zhuǎn)化率達(dá)到 100%主要產(chǎn)物乙烯產(chǎn)量298.1 kmol/h ， 丙烯產(chǎn)量207.36 kmol/h，出料溫度是450 C,壓力為1.7 MPa。因為產(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。然后通入閃蒸塔進(jìn)行氣液分離，閃蒸塔 的操作條件是30 C，0.5個大氣壓。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0.2 MPa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

28、如圖4.5所示：EEF:1EhCUE圖4.5 MTO反應(yīng)-預(yù)分離單元流程圖424 分離工段由于烯烴產(chǎn)物中混有CO和H2O,因此將烯烴通入堿洗塔脫除CO,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-25 C, 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-14.58 C,壓力0.08 MPa組成為1.7%甲烷和95.03%乙烯。塔底出料溫度為66.66 C,壓力2.89 MPa 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?-130 C,壓力變?yōu)?.

29、45 MPa然后通入脫甲烷塔，塔頂出料溫度為-106.63 C, 得到99.99%的甲烷，塔底出料溫度為-27.42 C,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1.25 MPa此時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)備計算與選型反應(yīng)器的設(shè)計431.1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)時間7000 h計，甲醇進(jìn) 料為 42.9 t/h。

30、(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)料條件組成摩爾流量kmol/h質(zhì)量流量t/h甲醇130342.9水651.511.7進(jìn)料溫度457.5 C進(jìn)料壓力0.17MPa(3) 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?；瘜W(xué)通式是Mx/n(AIO 2)x ? (SiO2)y? mHO,式中M代表化合價為n的金屬離子，通常有Na、K+、

31、Ca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勺催化反應(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0.43 mm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 MTC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)乙烯摩爾丙烯摩爾分乙烯

32、/丙烯甲醇轉(zhuǎn)化率%反應(yīng)時間min溫度C分?jǐn)?shù)%數(shù)%375.037.0342.450.87100.0200425.049.1835.181.40100.0275475.052. 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，因此可以推測采用幕級數(shù)型的動力學(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

33、。最后通過比較，本設(shè)計采用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。這可能是因為提高壓 力使反應(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1.5 kg/cm 2時操作是較適宜的。催化劑的裝填量4甲醇的進(jìn)料速率：G 30 1042.9t/h7000W 42.9t/h2.15 t,甲醇的質(zhì)量空速 WHSV=20h則反應(yīng)器中催化劑的量：20/h考慮20%勺設(shè)計余量，反應(yīng)器催化劑裝填量可取 2.58 t。反應(yīng)器的直徑

34、30 104 106372.0mol/s3600 ) s/a甲醇的摩爾流率：32 g / moln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0.6 m/s,同時，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(372.0 X1.3+181.0) X8.314 0457.7 + 273) =2 37m3/s1.7 X106.2 73反應(yīng)器稀相區(qū)直徑為：+. 2.41 mV0.6 0.785若考慮加襯里厚200mm可取稀相區(qū)徑為3 m。床層的壓降可以用催化劑裝填量估算，對于2.58 t的催化劑，取流化床平均徑為1 m，則床層壓降為：30.032 M

35、Pa2.58 109.80.785 12 106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1.71 MPa，操作氣速為 0.8 m/s。則密相區(qū)直徑為：.(372.°3 18巴 8314(457.7 273) 1.94mV1.71 100.785 0.8若考慮加200 mm可取密相區(qū)徑為2.2 m。432設(shè)備選型4.321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。塔整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(1) 塔高估算 有效傳質(zhì)高度估計全塔效率，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

36、t 0.49( L) 0.245 =90.0%則實際板數(shù)N 企=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)X 0.55=72.6 m 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H1=1.5 m 0 塔底部空間高度為保證進(jìn)料有一定的緩沖容量，取釜液停留時間為3 min,則塔底部空間高度裙座高度H2461.6212 0.785 35.4 mH 3 =2.0 + 1.5 D /2=3.35 m(2) 塔盤機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 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

37、以及緊固件等組成的。本設(shè)計中，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。實際工業(yè)上多采 用自身梁式塔板。本設(shè)計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持圈焊在塔壁上，用以支持塔盤板和降液板，支持圈寬度取60 mm厚度取10 mm分塊塔板之間的常用堅固件是螺栓和橢圓墊片， 一般使用上下均可拆卸結(jié)構(gòu)， 并且考慮到螺栓的生銹腐蝕將會造成拆卸困難，因此設(shè)計中規(guī)定螺栓的材料為鉻 鋼或者鉻鎳不銹鋼。 降液管和受液盤采用可拆卸式傾斜降液管，用焊在塔壁上的連接帶以及可拆卸的降