甲醇制烯烃回收工段工艺设计.docx

1、甲醇制烯烃回收工段工艺设计化工综合设计任务书1、设计题目：甲醇制烯烃回收工段工艺设计2、设计基本条件：（1）装置设计生产规模；（2）装置年运行方式及运行时间；（3）预处理工艺要求及工艺设计条件；（4）反应工段工艺设计条件；（5）分离、纯化工段工艺设计条件；（6）三废处理工艺设计要求条件等。3、设计任务：（1）进行装置工艺过程分析，确定生产工序内容，选择、确定相关单元设备；（2）进行单元设备流程化，阐述具体选择理由；（3）确定关键工艺要求的控制方案；（4）在确定流程基础上，对单元设备进行粗略衡算，进行定型、定尺寸（可以使用过程模拟软件进行）；（5）撰写设计说明书（word文档上机打印）；（6）使

2、用AutoCAD绘制带控制点的工艺流程图、设备平面布置图、车间局部剖视图（A3图纸，尺寸420mm297mm）各1张。4、参考文献：列出全部参考文献、并在文中引用位置注明文献出处。摘要乙烯、丙烯等低碳烯烃是重要的基本化工原料，随着我国国民经济的发展，特别是现代化学工业的发展对低碳烯烃的需求日渐攀升，供需矛盾也将日益突出。迄今为止，制取乙烯、丙烯等低碳烯烃的重要途径，仍然是通过石脑油、轻柴油（均来自石油）的催化裂化、裂解制取，作为乙烯生产原料的石脑油、轻柴油等原料资源，面临着越来越严重的短缺局面。另外，近年来我国原油进口量已占加工总量的一半左右，以乙烯、丙烯为原料的聚烯烃产品仍将维持相当高的进口

3、比例。因此，发展非石油资源来制取低碳烯烃的技术日益引起人们的重视。甲醇制乙烯、丙烯技术以煤或天然气合成的甲醇为原料，生产低碳烯烃，是发展非石油资源生产乙烯、丙烯等产品的核心技术。我国是一个富煤缺气的国家，采用天然气制烯烃势必会受到资源上的限制。因此，以煤为原料，走煤-甲醇-烯烃-聚烯烃工艺路线符合国家能源政策需要，是非油基烯烃的主流路线。关键词：甲醇；乙烯；丙烯第一章 原料产品路线1.1 生产原料要求生产乙烯丙烯的主要原料为甲醇，辅助材料为催化剂。1.2甲醇质量标准1 范围本标准规定了工业用甲醇的要求、试验方法、检验规则及标志、包装、运输、贮存和安全等。本标准适用于以煤、天然气、轻油、重油为原

4、料合成的工业用甲醇。分子式：相对分子质量：32.042（按2007年国际相对原子质量）2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。GB 190危险货物包装标志GB/T 601 化学试剂 标准滴定溶液的制备GB/T 603 化学试剂 试验方法中所用制剂及制品的制备（GB/T 603-2002，ISO 6353-1:1982，NEQ)GB/T 3143 液体化学产品颜色测定法（Hazen 单位-铂-钴色号）GB/T 4472 化工产品中密度、相对密度测定通则GB/T 6283 化工产品中水分含量的测定 卡尔费休法（通用方法）（GB/T

5、6283-2008，ISO 760:1978，NEQ)GB/T 6324.1 有机化工产品试验方法 第1部分：液体有机化工产品水混溶性试验GB/T 6324.2 有机化工产品试验方法 第2部分：挥发性有机液体水溶上蒸发后干残渣测定GB/T6324.3- 有机化工产品试验方法 第3部分：有机化工产品还原高锰酸钾物质的测定方法GB/T 6324.5-2008 有机化工产品试验方法 第5部分：有机化工产品中羰基化合物含量的测定GB/T 6678 化工产品采样总则GB/T 6680 液体化工产品采样通则GB/T 6682 分析实验室用水规格和试验方法（GB/T 6682-2008，ISO 3696:1

6、987，MOD)GB/T 7534 工业用挥发性有机液体 沸程的测定（GB/T 7534-2004，ISO 4626:1980，MOD)GB/T 8170 数值修约规则与极限数值的表示和判定GB/T 9722 化学试剂 气相色谱发通则3 要求3.1 性状：无色透明液体，无异臭味、无可见杂质。3.2 工业用甲醇应符合表1所示的技术要求。工业甲醇技术指标项 目指 标优等品一等品合格品色度(铂钴)，号 510密度(20)，g/cm30.7910.7920.7910.793温度范围(0，101325Pa)，沸程(包括64.60.1)， 64.065.50.81.01.5高锰酸钾试验，min 50302

7、0水溶性试验澄清-水分含量， 0.010.15-酸度(以HCOOH计)， 0.001 50.003 00.0050或碱度(以NH3计)， 0.000 20.000 80.00015羰基化合物含量(以CH2O计)， 0.0020.0050.010蒸发残渣含量， 0.0010.0030.005第二章 工艺流程设计2.1工艺流程设计的各项内容工艺流程设计是生产方法确定后后进行的工作。工艺流程设计与依此而确定的车间布置是决定整个车间基本面貌的关键性步骤，对设备设计和管道设计等单项设计也起着决定作用。工艺流程设计的任务包括两部分。（1）确定一下各项内容：确定采用多少生产过程（或工序）来构成由原料制的产品

8、的全过程，以及每个过程之间如何联系；确定每个生产过程的具体任务，即物料通过该生产过程发生什么物理变化、化学变化和能量变化;确定由什么设备来完成每一个生产过程及各设备的操作条件；确定控制方案，选用合适的控制仪表；确定“三废治理和综合利用方案；确定安全生产措施，例如设置安全阀、阻火器、事故储槽，危险状态下发出信号或自动开启空阀、或自动停车连锁等。（2）在工艺流程设计的不同阶段，绘制不同的工艺流程图。2.2 工艺路线选择1 选择原则（1） 先进性工艺路线的先进性体现在两方面，即技术上先进和经济上的合理，两者缺一不可。技术上的先进是指项目建设投资后，生产的产品质量指标、产量、运转的可靠性及安全性等既先

9、进又符合国家标准；经济上合理指生产的产品具有经济效益或社会效益。在设计中，既不能片面地考虑技术上的先进而忽视经济合理的一面，也不能片面地只求经济上的合理而忽视技术上是否先进。一条工艺路线是否先进，应具体体现在以下几个方面：是否符合国家有关的政策及法规；生产能力的大小；原、辅材料和水、电、汽等公用工程的单耗；产品质量优劣；劳动生产率高低；建厂时的投资、占地面积、产品成本以及投资回收期等； “三废”治理；安全生产。 环境保护是建设化工厂必须重点审查的一项内容，化工厂容易产生“三废”，新建工厂的排放物必须达到国家规定的排放标准，符合环境保护法的规定。安全生产是化工厂生产管理的重要内容。化学工业是一个

10、易发生火灾和爆炸的作业，因此从技术路线上、设备上、管理上对安全予以保证。严格制定规章制度、对工作人员进行安全培训是安全生产的重要措施。（2）可靠性所谓工艺路线的可靠性，是指所选择地技术路线的成熟程度，只有具备工业化生产的工艺技术路线才能称得上成熟的工艺技术路线。工厂设计工作的最终产品是拟建项目的蓝图，直接影响未来工厂的产量、质量、劳动生产率、成本、利润。工厂设计必须可靠，在流程设计中对于尚在试验阶段的新技术、新工艺、新设备、新材料，应采取积极而慎重的态度。防止只考虑一面，而忽视不成熟、不稳妥的一面。另外，对于实际应用中的工艺流程的改革也应采取积极而又慎重的态度，不能有侥幸的心理。以往设计中这种

11、失败的教训是不少的。(3)结合国情，因地制宜工艺流程路线的选择。从技术角度上，应尽量采用新工艺、新技术，吸收国外的先进生产装置和专门技术，但是具体选定一条工艺路线时，还要结合我国的国情和建厂所在地的具体条件。这方面虽然考虑的问题很多，但必须花时间和精力，科学、严肃、认真的去考虑。2.3 工艺流程设计方法(1)以反应过程为中心：根据反应过程的特点、产品要求、物料特性、基本工艺条件来决定反应器类型及决定采用连续操作，还是间歇操作。(2)考虑原料预处理过程：在主反应装置已经确定之后，根据反应特点，必须对原料提出要求，如纯度、温度、压力及加料方式等。(3)产物的后处理过程：根据反应原料的特性和产品的质

12、量要求，以及反应过程的特点，产物的分离。(4)产品的后处理：经过前述分离、净化后达到合格的目的产品，有些是下一工序的原料，可加工为其他产品；有些可以直接作为商品，往往还须进行后处理工作，如筛选、包装、灌装、计量、储存、输送等过程。(5)未反应原料的循环或利用，以及副产物的处理：由于反应并不完全，剩余组分在产物处理中被分离出来，一般应循环回到反应设备中继续参与反应。有些生产中未反应的原料气，也可以引出加工成其他副产物；或者在反应器中因副反应而产生的副产物，也要在产物的后处理中被分离出来。(6)确定“三废”排出物的处理措施：在生产过程中，不得不排放的各种废气、废渣和废液，在现有条件下，尽量综合利用

13、，变废为宝，加以回收。无法回收的排放要达到国家的标准。(7)确定公用工程的配套措施：在生产工艺流程中必须使用的工艺用水、蒸汽、压缩空气、氮气等，以及冷冻、真空都是工艺中要考虑的配套设施。（8）确定操作条件和控制方案：这些条件包括整个流程中各个单元设备的物料流量、组成、温度、压力等，并且提出控制方案以确保生产能稳定地生产合格产品来。（9）制定切实可靠地安全生产措施：在工艺设计中要考虑到开停车、长期运转和检修过程中可能存在的各种不安全因素。（10）保温、防腐的设计：这是在工艺设计中的最后一项工作，也是施工安装时最后一道工序。流程中的管道和设别，根据介质的温度、特性和状态，以及周围环境状况决定管道和

14、设备是否需要保温和防腐。2.4工艺简介乙烯、丙烯是重要的基础有机化工原料。目前均产自石油路线，由于石油资源紧缺，已经严重影响到下游的化工产业。我国的煤炭资源相对丰富，保有储量超过1万亿t，利用丰富的煤炭替代石油是一条适合我国国情的化工产业持续发展道路，是国家能源安全的一个重大战略课题。煤制烯烃技术是以煤炭为原料，经煤气化、合成气制甲醇、甲醇制烯烃等工艺过程代替过去只能以石油为原料的烯烃及下游产品的煤炭清洁利用技术。甲醇制烯烃是煤制烯烃工艺路线的核心技术，是将甲醇转化为乙烯、丙烯的工艺。2.5设计流程的工艺条件1 反应温度反应温度对反应中低碳烯烃的选择性、甲醇的转化率和积碳生成速率有着最显著的影

15、响。较高的反应温度有利于产物中乙烯/丙烯值的提高。但在反应温度高于723K时，催化剂的积碳速率加速，同时产物中的烷烃含量也开始变得显著，最佳的MTO反应温度是450-500,此外，从机理角度出发，在较低的温度下（T523K），主要发生甲醇脱水至DME的反应；而在过高的温度下（T723 K）,氢转移等副反应开始变得显著。2 原料空速原料空速对产物中的低碳烯烃分布的影响远不如温度显著，这与平行反应机理相符，但过低和过高的原料空速都会降低产物中的低碳烯烃收率。此外，较高的空速会加快催化剂表面的积碳生成速率，导致催化剂失活加快，这与研究反应的积碳和失活现象的结果相一致。3 反应压力改变反应压力可以改变

16、反应途径中烯烃生成和芳构化反应速率。对于这种连串反应，降低压力有助于降低2反应的偶联度，而升高压力则有利于芳烃和积碳的生成。因此通常选择常压作为反应的最佳条件。4 稀释剂在反应原料中加入稀释剂，可以起到降低甲醇分压的作用，从而有助于低碳烯烃的生成。在反应中通常采用惰性气体和水蒸气作为稀释剂。水蒸汽的引入出了降低甲醇的分压之外，换可以起到有效延缓催化剂积碳和失活的效果。原因可能是水分子可以与积碳前驱体在催化剂表面产生竞争吸附。并且可以将催化剂表面的L酸位转化为B酸位。但是水蒸气的引入对反应也有不利的影响，会使分子筛在恶劣的水环境下产生物化性质的改变，从而导致催化剂的不可逆失活。由于反应中会产生水

17、蒸气，综合各方面因素，选择纯的甲醇进料，提高产率。综上本设计的主要操作条件在高选择性催化剂上，发生两个主反应：2CH3OHC2H4+2H2O H=-11.72kJ/mol3CH3OHC3H6+3H2O H=-30.98kJ/mol反应温度：460 反应压力：0.1MPa(0.10.3MPa)再生温度：600-700 再生压力：0.10.3MPa催化剂：SAPO-34 原料：AA级甲醇（99.9%）反应器类型：流化床反应器2.6工艺概述工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

18、、C5以上组分和燃料气。2.7工艺流程说明甲醇转化烯烃单元和轻烯烃回收工艺是将甲醇转化为轻烯烃（主要是乙烯丙烯）的气相流化床催化工艺。由进料汽化和产品急冷区，反应/再生区，蒸汽发生区，燃烧空气区和废弃区几部分组成。第三章 轻烯烃回收工艺流程说明3.1轻烯烃回收的过程进入轻烯烃回收单元（LORP）的原料是来自单元的气相。LORP单元的目的是压缩，冷凝，分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）。（1）压缩区压缩区由产品压缩机，级间吸入罐和级间冷却器组成。在接近周围环境温

19、度、压力下，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。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。纯冷凝物被泵回到单元。（2）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

20、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单元的水用于吸收产品气相中的二甲醚。带有二甲醚的水回到单元。（3）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。用水来回收这些物流中的甲醇。吸收水在LORP单元和单元的洗涤水汽提塔间循环。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。的气相产品送入碱洗区。来自于水洗塔和氧化物吸收塔的富甲醇水回到单元。在洗涤水汽提塔中甲醇从废水中汽提出来循环回反应器。（4）碱洗区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

21、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，气相产品被冷却然后送入干燥区。（5）干燥区气体产物需干燥处理，为下游的低温工段做准备。干燥区由两个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。（6）乙炔转换区脱乙烷塔顶气中包含和更轻的物料。物流中的副产物乙炔被选择加氢转换为乙烯。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

22、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。乙炔转换区的物流冷却后送入脱乙烷塔顶冷凝器。（7）分馏区分馏区由脱乙烷塔，脱甲烷塔，分离塔，脱丙烷塔，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产品冷却后进入脱乙烷塔。脱乙烷塔顶产品是混合的组分。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。脱甲烷塔从混合物流中脱除轻杂质（包括甲烷，氢和惰性气体）。脱甲

23、烷塔顶物送去做燃料气。脱甲烷塔底物送入分离塔。在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统。脱乙烷塔塔底物流进入脱丙烷塔。混合的组分在脱丙烷塔中与较重的以上物料分离。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，送入分离塔。脱丙烷塔底物送入脱丁烷塔。在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

24、塔底产品送去储存。（8）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。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。3.2简单调节系统1.压力控制对于绝大部分处理气相系统的单元设备，如果其他工艺参数的变化有可能引起压力变化着均需设置压力调节系统。用怎样的方式调节压力取决于过程特性2.液位控制（1）气液两相的界面控制 即液位或液面控制，通常有三种控制方案。用溢流保持液面恒定，见图（a）用出料控制液面稳定，见图（b）大量的中间容器和缓冲罐，如精馏塔的回流釜和塔釜都采用这种方案。用进料控制液

25、面稳定，见图（c），这种方案适用于出料量要求稳定，而进料可以改变的情况，如进料缓冲罐。（2）两个液相的界面控制 在化工生产中常见两个液相，例如油相和水相同时存在，需控制界面的问题。控制方法是：对卧式容器，油相经溢流挡板流入容器的另一侧，再用泵输出，水相用界面控制器控制界面输出，见图（a）对立式容器，水相经溢流管流入容器的下部，再用泵抽出，油相根据界面控制器输出，见图（b）。（3）液面与其他工艺参数的交叉控制3温度控制（1）热交换器温度控制 实质上是传热量Q的控制。众所周知，Q是传热面积F，传热温差和传热系数K三者的乘积，传热系数K在正常的物流流量和温度变化很少，因此能调节的只有传热温差和传热面

26、积。无相变换热器 其物料出口温度一般用改变冷（热）介质流量的方法来调节见图（a）。当冷（热）介质的流量不能调节时用三通改变进入换热器的流量，见图（b）或者改变物流本身的流量，见图（c）（2）精馏塔的温度控制 精馏塔的操作是否达到原定的分离要求本来应该根据塔顶，塔底产品的组分分析决定，但是如果在线组分分析技术复杂，靠人工分析又不能即使得到控制所需的信息时，可以用温度控制代替质量控制，因为精馏塔内的气液相处于相平衡状态，组成和温度有对应关系。4流量控制（1）简单流量控制 一个单元设备要操作稳定必须保持物料的流量稳定。当流量调节阀安装在泵出口时，流量控制方法和泵的形式有密切关系。（2）比例控制 有某

27、些生产情况需要保持两个流量之间的比例一定。（3）流量差值控制 有些工艺过程要求流量的差值恒定。第四章 物料衡算和热量衡算4.1 概述物料衡算和能量衡算是在工艺路线确定后，开始工艺流程的设计并绘制出工艺流程草图后进行的，该设计工作的开展意味着设计工作由定性阶段转入到定量阶段。因此，在进行计算之前，必须熟悉有关化工过程的基本原理、生产方法和工艺流程等，然后，才能以示意图的形式表示出整个化工过程的主要设备及全部进出物料，并选定所需的操作条件，在逐一进行计算。4.2 物料衡算的基本步骤化工工艺流程是多种多样的，物料衡算的具体内容和计算方法可以有多种形式，有的计算过程十分简单，有的则十分复杂。为了有层次

28、地、循序渐进地解决问题，在进行物料衡算时，必须遵循一定的设计规范，按一定的步骤和顺序进行，才能不走或少走弯路，且能避免误差，做到规范、迅速、准确，不延误设计工期。通常进行的物料衡算按下述步骤进行。 （1）画出工艺流程示意图（2）列出化学反应方程式（3）确定计算任务（4）收集数据资料 a.生产规模和生产时间（即年生产时数） b.有关的定额、收率、转化率c.原料、辅助材料、产品、中间产品的规格d与过程计算有关的物理化学常数（5）选择计算基准a.时间基准b.质量基准c.体积基准（6）建立物料平衡方程，展开计算（7）整理并校核计算结果（8）.绘制物料流程图、填写正式物料衡算表4.2.1 脱C2塔的物料

29、衡算进料塔底塔顶温度（temperature）（）10073.76-16.18压力（pressure）（Bar）27.0027.4027.10组分摩尔量（ComponentMoleFlow）（(kmol/h)1.970.001.970.930.640.290.190.190.000.030.000.030.010.000.010.050.040.000.000.000.000.020.020.00摩尔流量（Mole Flow）(kmol/h)3.190.892.30质量流量（Mass Flow）(kg/h)109.1340.8168.31体积流量（Volume Flow）(cum/h)3.67

30、0.090.164.2.2脱C3塔的物料衡算液相进料气相温度（temperature）（）127.5790.0063.85压力（pressure）（Bar）27.6027.4027.00组分摩尔量（ComponentMoleFlow）(kmol/h)0.00840.77840.77160.64169.779.140.0041.1541.151.951.950.00摩尔流量（Mole Flow）(kmol/h)181.451072.50891.05质量流量（Mass Flow）(kg/h)10487.0548194.1937707.14体积流量（Volume Flow）(cum/h)24.971181.8488.054.2.3 脱C4塔的物料衡算液相进料气相温度（temperature）（）127.5690.0063.85压力（pressure）（Bar）27.6027.4027.00组分摩尔量（ComponentMoleFlow）(kmol/h)0.00