年产40万吨甲醇制乙烯MTO工艺设计

目 录
是的 I
摘 要 I
Abstract II
1绪论 1
1.1选题背景及意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.2.1国外研究现状 2
1.2.2国内研究现状 3
1.3发展趋势 4
1.4研究主要内容 5
2 MTO工艺流程简述 7
2.1甲醇制烯烃 7
2.1.1进料汽化和产品急冷区 7
2.1.2流化催化反应和再生区 8
2.1.3再生空气和废气区 8
2.2烯烃分离 9
2.2.1压缩区 9
2.2.2二甲醚回收区 9
2.2.3水洗区 10
2.2.4碱洗区 10
2.2.5干燥区 10
2.2.6乙炔转换区 10
2.2.7分馏区 11
2.2.8丙烯制冷区 11
3工艺方案选择 14
3.1分离工艺对比 14
3.1.1概述 14
3.1.2 UOP分离工艺 14
3.2工艺方案的确定 14
3.2.1主反应工艺的确定 14
3.2.2 C4工艺的确定 15
3.2.3分离工艺的确定 16
3.2.4工艺流程简述 17
3.2.5化学反应机理 17
3.3物料衡算及热量衡算 18
3.3.1物料衡算 19
3.3.2热量衡算 19
4设备设计及选型 21
4.1 反应器设计 21
4.1.1 MTO 流化床（R0101）反应器 21
4.1.2 旋风分离器（V0101） 28
4.1.3 再生器（R0102）设计 30
4.1.4 加氢固定床反应器（R0701） 32
4.2 脱乙烷塔（T0801）设计 34
4.2.1 设计任务 34
4.2.2 塔型的选择 35
4.2.3 塔盘的类型与选择 36
4.2.4 浮阀塔的工艺尺寸设计 37
4.2.5 KG-TOWER 在塔盘工艺结构计算的运用 46
4.2.6塔机械工程设计 46
4.3 固定管板式换热器（E0702）设计 51
4.3.1 设计任务 51
4.3.2 换热器工艺方案的确定 51
4.3.3 换热器的机械设计及校核 53
4.4分子筛干燥器（T0601） 57
4.4.1设计要求 57
4.4.2工艺流程选择 57
4.4.3分子筛脱水流程流程简介 59
4.4.4吸附尺寸计算 59
4.4.5进出口管径 63
4.5气液分离分离器设计 63
4.5.1 V0201 气液分离器的设计 63
4.5.2分离器尺寸设计 64
4.6储罐设计 66
4.7产品储罐的选型 67
4.7.1丙烯储罐 67
4.7.2乙烯储罐 67
4.7.3原料甲醇储罐 68
4.8泵选型 68
4.8.1选用原则 68
4.8.2选型结果 69
4.9压缩机选型 71
4.9.1 选型原则 71
4.9.2 选型介绍 71
4.10 鼓风机选型 72
4.10.1 选型原则 72
4.10.2 选型介绍 72
5厂区设计 74
5.1 设计依据 74
5.2 工厂布局 74
5.2.1 基本任务 74
5.2.2 设计内容 74
5.2.3 布置原则 75
5.3 厂区结构 75
5.3.1 概述 75
5.4 总图主要技术经济指标 77
总 结 78
参考文献 79
致 谢 81
1.4研究主要内容
本次设计将天然气制甲醇和甲醇制烯烃相结合，可以使总投资下降20%，这是因为MTO工艺可以采用粗甲醇作为原料，常规甲醇装置的精馏部分可以不建，相应甲醇部分的投资可减少10%。在工艺设计中，由于反应器物料富含烯烃，甲烷含量相对较少，选择前脱乙烷塔比较合适，从而可以省去前脱甲烷塔，相应的也省去了大量的制冷设备，节省了大量能源。
整个工艺流程大致可分为反应和分离两大部分。整个流化床反应器自下而上由反应段、过渡段、分离段三部分组成。通过稀释气将甲醇或二甲醚等原料输送至反应器的催化剂密相床层，将原料转化为乙烯、丙烯等低碳烯烃，并经过过渡段将原料进一步转化。由于催化剂容易结焦积炭而失活，因此需要将反应过后的催化剂经气提分离送入再生器，通入空气将催化剂表面的积炭烧掉以恢复其活性，烧碳过程中产生的热量则由烟道气带走。再生后的催化剂重新进入到反应器的密相床层，如此周而复始实现催化剂的循环再生。由于流化床反应器中原料和催化剂混合均匀，反应产生的热量由水蒸气带走，因此整个反应器基本上是等温的。反应生成的产物经换热将热量回收利用，其中大部分水通过冷凝被分离出来。将产品压缩、脱二氧化碳、干燥后进入分离阶段，产品分离阶段中产物经过脱乙烷塔、脱甲烷塔、乙烯分离器、丙烯分离器等将甲烷、乙烷、丙烷等副产物分离出来，得到纯度99%以上的乙烯。
3工艺方案选择
3.1分离工艺对比
3.1.1概述
甲醇制烯烃成套技术由反应技术和分离技术组成。反应技术以催化剂的研制和反应器开发设计为核心，以甲醇为原料生产烯烃混合物；分离技术则是以反应产物为原料，经杂质脱除、压缩、分离等过程生产聚合级乙烯和丙烯产品，其核心是杂质脱除和分离流程的开发和设计。醇制烯烃反应产物与石油烃裂解产物分布有相似之处，但具有其特殊性，不能直接将乙烯分离流程用于醇制烯烃产物分离，必须充分研究醇制烯烃产物分布特点，开发满足其分离要求的分离工艺。
3.1.2 UOP分离工艺
UOP开发了一种MTO反应产物分离流程，其流程图如图2-9所示，该方法的主要特点是：
①采用前脱乙烷流程，减少脱甲烷塔的进料量；
②与常规石脑油裂解生产乙烯的装置相比，增加了脱甲烷塔塔顶产品中的乙烯含量，从而提高了脱甲烷塔塔顶的温度（大于-45℃），避免采用乙烯冷剂；
③为了回收脱甲烷塔塔顶气体中的乙烯，将该气体送入变压吸附设施，分离甲烷、氢和乙烯，将回收的乙烯返回氧化反应器出口物料中；
④乙烯回收率99.5%（摩尔分数）以上。
3.2工艺方案的确定
3.2.1主反应工艺的确定
目前世界上进行中试或万吨级MTO/MTP工业示范装置有环球油品公司及海德鲁公司（以下简称UOP/Hydro公司）的流化床工艺技术（MTO）、中国科学院大连化学物理研究所的甲醇制取低碳烯烃技术（DMTO）、中国石化集团石油化工研究院和上海石油化工研究院的甲醇制烯烃技术（SMTO）、鲁奇（Lurgi）公司的固定床甲醇制丙烯技术（MTP）以及清华大学的流化床甲醇制丙烯技术（FMTP）等5家。而这中间最成熟的工艺为环球油品公司及海德鲁公司（以下简称UOP/Hydro公司）的流化床工艺技术（MTO）和中国科学院大连化学物理研究所的甲醇制取低碳烯烃技术（DMTO）。UOP/Hydro的MTO工艺与大连化学物理研究所的DMTO工艺在反应部分的区别在于两者的催化剂不同，UOP/Hydro的MTO工艺采用的催化剂是MTO-100，而大连化学物理研究所的DMTO工艺采用的催化剂是DO123。MTO-100的优点是乙烯选择性高、稳定性好、高强度、工业化程度高，缺点为反应周期短、再生频繁，MTO-100的缺点可采用流化床反应与再生器进行连续再生处理来克服，这种装置与石油化工领域的FCC装置类似，而近几十年已经积累了丰富的FCC装置设计经验，因此这种装置设计起来相对容易，这样催化剂MTO-100的缺点可轻松克服。DO123的优点是分子筛晶粒小、结焦速率较慢、性能与MTO-100相近、价格便宜，缺点是不耐磨损，这种缺点是致命的，不易克服，这种缺点将导致催化剂消耗量急剧增加，导致生产操作复杂。
目前煤化工行业大型项目数量增长过快，国家发改委从理性高度出发，对煤化工项目是慎之又慎，本文转载自http://www.biyezuopin.vip/onews.asp?id=11902多次出台各种措施对煤化工行业加以规划，其中对待煤基烯烃项目的态度更是十分谨慎，因为煤基烯烃项目投资巨大、技术可靠程度难以保证，一旦煤基烯烃项目投资失败不仅会给国家造成巨大的经济损失，而且会锉削业内人士的积极性，甚至会导致整个煤基烯烃行业灭亡，因此在选择主反应工艺时，非常谨慎，不敢使用新颖的却未见工业化报道的技术，甚至连原成熟工艺的改进技术（如UOP/Hydro采用二甲醚作为中间步骤）也持观望态度，为了保证项目完工时可以正常开工投产，选择相对成熟的UOP/Hydro的MTO工艺。