甲醇制烯烃工艺技术设备选型.docx

1、甲醇制烯烃工艺技术设备选型一 . MTO 工艺流程及主要设备现以采用大连化物所的 DMTO 技术，规模为 100kt /a 的甲醇制烯烃项目为例，详细介绍 MTO 工艺流程及主要设备。1.主要工艺流程1.1 主要操作条件在高选择性催化剂上， MTO 发生两个主反应：2CH3OH C2H4+2H2O H= - 11.72kJ/mol3CH3OH C3H6+3H2O H= -30.98kJ/mol反应温度： 400- 500 反应压力： 0.1-0.3MPa再生温度： 600- 700 再生压力： 0.1-0.3MPa催化剂： D803C- I I01反应器类型：流化床反应器2.2工艺概述MTO工

2、艺由甲醇转化烯烃单元和轻烯烃回收单元组成，在甲醇转化单元中通过流化床反应器将甲醇转化为烯烃，再进入烯烃回收单元中将轻烯烃回收，得到主产品乙烯、丙烯，副产品为丁烯、 C5 以上组分和燃料气。1. 3 转化工艺流程说明(附工艺流程图，见附图1)附图 1 ：甲醇转化烯烃工艺流程图附图 2：烯烃回收工艺流程图MTO 工艺是将甲醇转化为轻烯烃 （ 主要是乙烯和丙烯 ） 的气相流化床催化工艺。 MTO 单元由进料汽化和产品急冷区，反应 /再生区，蒸汽发生区，燃烧空气和废气区几部分组成。进料汽化和产品急冷区 进料汽化和产品急冷区由甲醇进料缓冲罐，进料闪蒸罐，洗涤水汽提塔，急冷塔，产品分离塔和产品 / 水汽提

3、塔组成。 来自于甲醇装置的甲醇经过与汽提后的水换热，在中间冷凝器中部汽化后进入进料闪蒸罐，然后进入汽化器汽化，并用蒸汽过热后送入 MTO反应器。反应器出口物料经冷却后送入急冷塔。闪蒸罐底部少量含水物料进入氧化物汽提塔中。一些残留的甲醇被汽提返回到进料闪蒸罐。急冷塔用水直接冷却反应后物料，同时也除去反应产物中的杂质。水是 MTO 反应的产物之一，甲醇进料中的大部分氧转化为水。 MTO 反应产物中会含有极少量的醋酸，冷凝后回流到急冷塔。为了中和这些酸，在回流中注入少量的碱（氢氧化钠）。为了控制回流中的固体含量，由急冷塔底抽出废水，送到界区外的水处理装置。急冷塔顶的气相送入产品分离器中。产品分离器顶

4、部的烯烃产品送入烯烃回收单元，进行压缩，分馏和净化。自产品分离器底部出来的物料送入水汽提塔，残留的轻烃被汽提出来，在中间冷凝器中与新鲜进料换热后回到产品分离器。汽提后底部的净产品水与进料甲醇换热冷却到环境温度，被送到界区外再利用或处理。洗涤水汽提塔底主要是纯水，送到轻烯烃回收单元以回收 MTO 生成气中未反应的甲醇。水和回收的甲醇返回到氧化物汽提塔，在这里甲醇和一些被吸收的轻质物被汽提，送入进料闪蒸罐。汽提后的水返回氧化物汽提塔。流化催化反应和再生区MTO 的反应器是快速流化床型的催化裂化设计。反应实际在反应器下部发生， 此部分由进料分布器，催化剂流化床和出口提升器组成 。反应器的上部主要是气

5、相与催化剂的分离区。在反应器提升器出口的初级预分离之后，进入多级旋风分离器和外置的三级分离器来完成整个分离。分离出来的催化剂继续通过再循环滑阀自反应器上部循环回反应器下部，以保证反应器下部的催化剂层密度。反应温度通过催化剂冷却器控制。催化剂冷却器通过产生蒸汽吸收反应热。蒸汽分离罐和锅炉给水循环泵是蒸汽发生系统的一部分。MTO 过程中会在催化剂上形成积碳。因此，催化剂需连续再生以保持理想的活性。烃类在待生催化剂汽提塔中从待生催化剂中汽提出来。待生催化剂通过待生催化剂立管和提升器送到再生器。 MTO 的再生器是鼓泡床型，由分布器（再生器空气）、催化剂流化床和多级旋风分离器组成。催化剂的再生是放热的

6、。焦碳燃烧产生的热量被再生催化剂冷却器中产生的蒸汽回收。催化剂冷却器是后混合型。调整进出冷却器的催化剂循环量来控制热负荷。而催化剂的循环量由注入冷却器的流化介质（松动空气）的量控制。蒸汽分离罐和锅炉给水循环泵包括在蒸汽发生系统。除焦后的催化剂通过再生催化剂立管回到反应器。再生空气和废气区 再生空气区由主风机、直接燃烧空气加热器和提升风机组成。 主风机提供的助燃空气经直接燃烧空气加热器后进入再生器。直接燃烧空气加热器只在开工时使用，以将再生器的温度提高到正常操作温度。提升风机为再生催化剂冷却器提供松动空气，还为待生催化剂从反应器转移到再生器提供提升空气。提升空气需要助燃空气所需的较高压力。通常认

7、为用主风机提供松动风和提升空气的设计是不经济的。然而，如果充足的工艺空气可以被利用来满足松动风和提升风的需要，可以不用提升风机。废气区由烟气冷却器，烟气过滤器和烟囱组成。来自再生器的烟气在烟气冷却器发生高压蒸汽，回收热量。出冷却器的烟气进入烟气过滤器，除去其中的催化剂颗粒。出过滤器的烟气由烟囱排空。为了减少催化剂损失，从烟气过滤器回收的物料进入废气精分离器。分离器将回收的催化剂分为两类。较大的颗粒循环回 MTO再生器。较小的颗粒被处理掉。1.4 轻烯烃回收工艺流程说明（附工艺流程图，见附图 2）进入轻烯烃回收单元（ LORP）的原料是来自 MTO单元的气相。 LORP单元的目的是压缩，冷凝，分

8、离和净化有价值的轻烯烃产品（通常指乙烯和丙烯）。 LORP单元由以下几部分组成： 压缩，二甲醚回收，水洗，碱洗，干燥，乙炔变换，分馏，丙烯冷却和一个氧化物回收单元（ ORU ） 。压缩区压缩区由 MTO 产品压缩机， 级间吸入罐和级间冷却器组成 。在接近周围环境温度、压力下， MTO 的气体物流送入 LORP单元的压缩部分。为了回收烯烃产品，首先将操作压力提高到能浓缩和通过分馏来分离的压力等级水平是非常必要的。 MTO 产品压缩机是多级离心压缩机。压缩机的级间流在级间冷却器和级间吸入罐中冷却和闪蒸。由水和溶解的轻烃组成的级间冷凝物计量后通过级间罐回到上一级吸入罐。纯冷凝物被泵回到 MTO 单元

9、。二甲醚回收区来自于最后一级压缩机冷却器的流出物送入二甲醚 汽提负荷罐 。在这里液态烃和水相是同时存在的。在二甲醚汽提负荷罐中两液相从烃类气相中分离出来。二甲醚在两相态中都存在。二甲醚如返回 MTO 单元反应器可转化为有价值烯烃。因此将二甲醚从轻烃中回收。液态烃被泵送到二甲醚汽提塔。二甲醚从液态烃中汽提出来并回到压缩机最后一级的级间冷却器。二甲醚汽提塔的纯塔底物冷却到环境温度后送入水洗区。出二甲醚MTO单元汽提负荷罐的气相去氧化物吸收塔。在氧化物吸收塔中来自于的水用于吸收产品气相中的二甲醚。带有二甲醚的水回到 MTO 单元。水洗区二甲醚回收以后，气相和液态的烃中还含有残留的甲醇。用水来回收这些

10、物流中的甲醇。吸收水在 LORP单元和 MTO 单元的 洗涤水汽提塔 间循环MTO 的液态烃产品在水洗塔中洗涤。甲醇被吸收后，液体送入 LORP单元的分馏区。 MTO 的汽相产品送入碱洗区。来自于水洗塔和氧化物吸收塔的富甲醇水回到 MTO 单元。在 MTO 洗涤水汽提塔中甲醇从废水中汽提出来循环回MTO反应器。碱洗区MTO 气相产品中的二氧化碳产物在碱洗塔中脱除。碱洗塔有三股碱液回流和一股水回流来脱除残余的碱。碱洗区包括补充碱和水的中间罐和注入泵。废碱脱气后送出界区处理。二氧化碳脱除后， MTO 气相产品被冷却然后送入干燥区。干燥区MTO的气体产物需干燥处理，为下游的低温工段做准备。 干燥区由

11、两个MTO 产品干燥器和再生设备组成 。干燥器用分子筛脱水。来自于 LORP单元的轻质气体用于再生干燥剂。再生设备由再生加热器，再生冷却器和再生分离罐组成。脱水后，再生的气体混入燃料气系统。干燥后的反应气送入分馏区的脱乙烷塔。脱乙烷塔的塔顶气压缩后送入乙炔转换区。乙炔转换区脱乙烷塔顶气中包含 C2 和更轻的物料。物流中的副产物乙炔被选择加氢转化为乙烯。乙炔转化是气相催化工艺。这个区由两个乙炔转换塔和一个防护床组成。进料加热器包括在内，用来调整反应的选择性。下游防护床从转换塔流出物中脱除痕迹的副产物。防护床与 MTO 的产品干燥器共用同一干燥气再生系统。转换塔的气相再生设备包括在此区中。乙炔转换

12、区的物流冷却后送入脱乙烷塔顶冷凝器。分馏区分馏区由脱乙烷塔，脱甲烷塔， C2 分离塔，脱丙烷塔， C3 分离塔和脱丁烷塔组成。 在压缩，氧化物回收，碱洗和干燥之后， MTO 产品气冷却后进入脱乙烷塔。脱乙烷塔顶产品是混合的 C2 组分。由丙烷和更重的烃类组成的脱乙烷塔底物送入脱丙烷塔。脱乙烷塔顶物压缩后送入乙炔转换单元。来自于脱乙烷塔接收器的净气相产品送入甲烷塔进料冷冻器。脱甲烷塔从混合 C2物流中脱除轻杂质（包括甲烷，氢和惰性气体）。脱甲烷塔顶物送去做燃料气。脱甲烷塔底物送入 C2 分离塔。在 C2分离塔中乙烯产品从乙烷中分离出来。分离塔顶的纯物质送入乙烯储罐。塔底物蒸发，加热后并入燃料气系

13、统。脱乙烷塔塔底物流进入脱丙烷塔。混合的 C3组分在脱丙烷塔中与较重的 C4以上物料分离。脱丙烷塔顶物送入氧化物回收单元（ ORU）。采用液相吸收工艺脱除痕量的氧化物。 ORU 包括惰性气体再生设备。脱丙烷塔塔顶物在 ORU单元处理后，送入 C3 分离塔。脱丙烷塔底物送入脱丁烷塔。在 C3 分离塔中丙烯与丙烷分离。塔顶物泵送储存。分离塔塔底饱和的丙烷产品汽化后混入燃料气系统。脱丁烷塔（如果需要）从戊烷和更重的烃类中分离出丁烷。脱丁烷塔的进料是脱丙烷塔底物和水洗塔产品的混合物。脱丁烷塔的塔顶和塔底产品送去储存。丙烯制冷区LORP 单元浓缩和分离轻烃需要在低温、高压条件下操作。用丙烯产品做制冷剂。

14、丙烯制冷区由多级离心式丙烯制冷压缩机和一个丙烯缓冲罐组成。LORP 单元中多个冷却器，冷凝器和再沸器都是用丙烯做制冷剂。2.装置消耗指标2.1.原材料消耗定额表 3-1 原材料消耗定额2.2公用工程消耗定额表 3-2 公用工程消耗定额2.3 装置物料平衡本装置的原料为甲醇，产品为乙烯、丙烯，主要副产品为丁烯、 C5 以上产品、燃料气。装置物料平衡见表 3-3。表 3-3 装置物料平衡表3.主要设备本装置主要设备包括：分离设备、反应器、再生器等。本装置的设备数量较多，压力均较低，少部分设备使用温度较高。大部分设备材料为碳钢，部分使用温度较高设备，采用 ASME347H 材料，少部分设备带有衬里，

15、另有少量板式换热器采用钛材及铝材。（ 1）反应器反应器是本项目的关键设备，体积大，结构复杂，设计温度较高，对制造工艺要求高，其中部分内件需进口，设备外壳须采用耐热不绣钢材料347H ，外壳可与专利商协商国内制造。属超限设备，需现场制造。（ 2）再生器再生器是本项目关键的设备，体积大，结构复杂，设计温度较高，其中须用耐火材料衬里，对制造工艺要求高，其中部分内件需进口，设备外壳可国内制造。属超限设备，需现场制造。（ 3）重要泵类、压缩机及其他机械设备本项目涉及的泵类、压缩机及其他机械设备，能国内采购的，尽量国内采购，不能国内采购的，从国外引进。主要设备见表 3-4表 3 - 4 设备一览表序号设备

16、名称设备规格内件设计条件 温度压力 kPa材料单位数量备注1反应器上部 9578x10500下部 7814x17000570/570345/458A 240 型 347H台2内置旋风分离器，原料分布器，内部有抗磨损衬套2再生器上部 6721x9500 下部 5335x6100788/343345/418脱氧碳钢内置件 304台2内置旋风分离器、空气分布器、四个燃烧油枪组件3待生催化剂汽提塔 1059 x6348570422A 240 型 347H台2九层塔盘， 6 管蒸汽分布器4再生催化剂汽提塔 1237 x3625343418脱氧碳钢台2三层塔盘，内件为 3045氧化物汽提塔 1092 x1

17、9900 3025 x19900筛板塔170500碳钢台2底部 4030ID 5100TL 容器6洗涤水汽提塔 756 x9100筛板塔170550碳钢台27急冷塔 5629 x13900浮阀塔340400碳钢台28产品分离塔 6889 x15000浮阀塔135350碳钢台29水汽提塔 2353 x15900筛板塔160400碳钢台210二甲醚汽提塔 1092 x202001752400碳钢台211氧化物吸收塔上部 1512x24100下部 2520x241001202300碳钢台212碱洗塔 1680 x400001202300碳钢台213水洗塔 840（内径） x160001452400碳

18、钢台214脱乙烷塔 2016 x32600筛板塔120185018Cr-8NiTP,304台242 层塔盘， 材 质 304 不锈钢15脱甲烷塔上部 1512x39900上部 1932x39900筛板塔120490018Cr-8NiTP,304台2上部 10 层，下部 44 层16脱丙烷塔 1932 x34900筛板塔1452500碳钢台242 层塔盘，材质碳钢17脱丁烷塔 1260 x30500筛板塔145800碳钢台240 层塔盘，材质碳钢18C2 分离塔 2689 x38300U OPMD120230018Cr-8NiTP304台284 层塔盘，材质为 30419C3 分离塔 4285

19、x62800U OPMD1201400碳钢台2134 层塔盘，碳钢20乙炔变换塔 2512 x46001854900脱氧碳钢台2二 . MTP工艺流程及主要设备以鲁奇公司的 MTP技术为例，简单介绍 MTP工艺流程和主要设备。 1.工艺流程Lurgi 公 司开发的固定床 MTP 工艺流程如图 3- 5 所示。该工艺同样将甲醇首先脱水为二甲醚。然后将甲醇、水、二甲醚的混合进入第一个 MTP 反应器 , 同时还补充水蒸汽。反应在 400 450 、 0. 13 0. 16M Pa 下进行 , 水蒸汽补充量为 0. 5 1. 0 kg/kg 甲醇。此时甲醇和二甲醚的转化率为 99%以上 ,丙烯为烃类

20、中的主要产物。为获得最大的丙烯收率 ,还附加了第二和第三MTP反应器。反应出口物料经冷却 , 并将气体、有机液体和水分离。其中气体先经压缩 , 并通过常用方法将痕量水、 CO 2和二甲醚分离。然后 , 清洁气体进一步加工得到纯度大于 97%的化学级丙烯。不同烯烃含量的物料返至合成回路作为附加的丙烯来源。为避免惰性物料的累积 , 需将少量轻烃和 C4、 C5 馏分适当放空。汽油也是本工艺的副产物 , 水可作为工艺发生蒸汽 , 而过量水则可在作专用处理后供农业生产用。图 3 - 5 Lur g i MTP 工艺流程图氮气、空气混合物进行就地再生。Lurgi 的 MTP 工艺 , 其典型的产物分布为

21、 （质量分数 ）;C2为 1.1%:C20 =为 1. 6%; C3为 1. 6%; C3为 71. 0%; C4/Cs为 8. 5%; C+616. 1%; 焦炭0. 01%。2.主要设备该工艺的主要设备包括 DME预反应器 1 台，一、二、三段反应器各 1 台，丙烯分馏塔， 1 台等。第四章 甲醇制烯烃工艺路线的选择具有代表性的甲醇制烯烃技术主要是 UOP/Hy dr oMTO 技术、大连化物所 DMTO技术、鲁奇 MTP技术。目前，这三项工艺技术已经具备工业化生产的条件。一、技术条件1.MTO 技术特点采用流化床反应器和再生器，连续稳定操作；采用专有 催化剂，催化剂需要在线再生，保持活性

22、；甲醇的转化率达 100%，低碳烯烃选择性超过85%，主要产物为乙烯和丙烯；可以灵活调节乙烯 / 丙烯的比例；乙烯和丙烯达到聚合级。2.MTP技术特点采用固定床由甲醇生产丙烯，首先将甲醇转化为二甲醚 和水，然后在三个 MTP 反应器中进行转化为丙烯。催化剂系采用南方化学开发的改进ZSM- 5 催化剂，有较高的丙烯选择性。甲醇和 DME 的转化率均大于 99%，对丙烯的收率则约为 71%。产物中除丙烯外还将有液化石油气、汽油和水。从技术上讲， MTO 和 MTP技术已经成熟可行，具备工业化推广的条件。二、工业化应用现状目前国内在建的大型煤制烯烃项目对各种技术应用都有。主要有以下几个项目：1.MT

23、O 技术应用神华集团包头煤制烯烃项目甲醇制烯烃技术采用国内 自主知识产权DMTO 技术。该项目于 2006 年 12 月获得国家发展和改革委员会核准，建设地点位于在内蒙古自治区包头市。建设规模为： 180 万吨 / 年煤制甲醇、 60 万吨 /年甲醇制烯烃、 30 万吨 / 年聚乙烯、 30 万吨 / 年聚丙烯、 4 套 6 万立方米 / 小时空分制氧、 3 套 480 吨 / 小时蒸发量的热电站以及辅助生产设施和公用工程等。其它主要工艺装置均采用世界先进的煤化工 / 石油化工技术，包括GE 水煤浆气化技术、德国林德公司低温甲醇洗技术、英国 DAVY公司甲醇合成技术、美国 DOW 公司聚丙烯技

24、术、美国 UNI VATI ON 公司聚乙烯技术等。计划在 2009 年底机械竣工， 2010 年投入运营。2.MTP技术应用采用鲁奇 MTP 技术的项目主要有神华宁煤煤制烯烃项目、大唐国际多伦煤制烯烃项目。神华宁煤煤制烯烃项目 , 于 2005 年底开工，是宁夏宁东能源化工基地煤化工基地规划建设的重点项目。建成后，可年产中间产品甲醇 167 万吨，最终产品聚丙烯 50 万吨，副产汽油 18.48 万吨、液态燃料 4.12 万吨。主要工艺技术采用德国西门子 GSP干煤粉气化工艺，德国鲁奇低温甲醇洗工艺、甲醇合成工艺和 MTP工艺，德国 ABB气相聚丙烯工艺。该项目预计 2009 年建成。大唐国

25、际多伦煤制烯烃项目 ,该项目建设总规模年产万吨煤基烯烃（中间产品万吨甲醇）。一期项目年产煤基烯烃万吨（中间产品 168 万吨甲醇），建设地点位于内蒙古锡林郭勒盟多伦县。主要采用壳牌粉煤气化、鲁奇低压甲醇合成、鲁奇 MTP 丙烯生产工艺、 Sphe r i pol 聚丙烯生产工艺等系列生产技术，预计 2009 年建成。三. 经济性对比根据神华 MTO 煤制烯烃项目和大唐 MTP煤制烯烃项目的投资和最终产品方案和当前产品价格，以 180 万吨甲醇为基础作对比分析，见表 4-1表 4-1 180 万吨甲醇制烯烃经济性对比表工 艺技术总投资（ 亿元 ）最终 产 品规模（万吨 / 年）平均价格（吨 /

26、元）销售总和（万元 / 年）MTO116聚乙烯3010000647000聚丙烯309900丁烯 /C5105000MTP120聚丙烯499900592140汽油146000液化气7.23200四. 工艺技术的选择从最终产品上讲， MTP 产品为聚丙烯，副产汽油和液化石油气，其副产品附加值不高。 MTO 产品为聚乙烯、聚丙烯，并且产品比例可根据市场进行调节，具有良好的市场灵活性。在 MTO 技术中，国内的 DMTO 技术与UOP/HydroMTO 技术工艺技术上基本相同，但 DMTO 技术专利费和催化剂费用更具有经济优势 , 国内在建的大型烯烃项目即将成功应用。建议选择甲醇制烯烃工艺应对该技术的大型化生产的应用情况、产品市场定位及专利技术的投资进行综合考虑。