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）装置年运行方式与运行时间；

（3）预处理工艺要求与工艺设计条件；

（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（文档上机打印）；

（6）使用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420×297）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

目录

第一章原料产品路线 (3)

1.1 生产原料要求 (3)

1.2甲醇质量标准 (3)

第二章工艺流程设计 (6)

2.1工艺流程设计的各项内容 (6)

2.2 工艺路线选择 (6)

2.2.1 选择原则 (6)

2.3 工艺流程设计方法 (7)

2.4工艺简介 (8)

2.5设计流程的工艺条件 (8)

2.6工艺概述 (9)

2.7工艺流程说明 (9)

第三章轻烯烃回收工艺流程说明 (10)

3.1轻烯烃回收的过程 (10)

3.2简单调节系统 (11)

3.2.1.压力控制 (11)

3.2.2.液位控制 (12)

3.2.3．温度控制 (13)

3.2.4．流量控制 (13)

第四章物料衡算和热量衡算 (14)

4.1 概述 (14)

4.2 物料衡算的基本步骤 (14)

4.2.1 脱C2塔的物料衡算 (14)

4.2.2脱C3塔的物料衡算 (15)

4.2.3 脱C4塔的物料衡算 (16)

4.2.4 C2分离塔的物料衡算 (17)

4.2.5 C3分离塔的物料衡算 (17)

4.3 能量衡算 (18)

4.3.1 化工生产过程的实质 (18)

4.3.2 热量衡算的一般步骤 (18)

4.3.3 脱C2塔的能量衡算 (18)

4.3.4 脱C3塔的能量衡算 (19)

4.3.5脱C4塔的能量衡算 (19)

4.3.6 C2分离塔的能量衡算 (20)

4.3.7 C3分离塔的能量衡算 (21)

第五章车间布置与管道布置 (22)

5.1车间布置 (22)

5.2车间布置原则 (22)

参考文献 (24)

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、检验规则与标志、包装、运输、贮存和安全等。本标准适用于以煤、天然气、轻油、重油为原料合成的工业用甲醇。

分子式：O

CH

4

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。

190危险货物包装标志

601 化学试剂标准滴定溶液的制备

603 化学试剂试验方法中所用制剂与制品的制备（603-2002，6353-1:1982，)

3143 液体化学产品颜色测定法（单位铂-钴色号）

4472 化工产品中密度、相对密度测定通则

6283 化工产品中水分含量的测定卡尔?费休法（通用方法）（6283-2008，760:1978，)

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

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

6324.3-××××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

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

6678 化工产品采样总则

6680 液体化工产品采样通则

6682 分析实验室用水规格和试验方法（6682-2008，3696:1987，)

7534 工业用挥发性有机液体沸程的测定（7534-2004，4626:1980，)

8170 数值修约规则与极限数值的表示和判定

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

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：

①确定采用多少生产过程（或工序）来构成由原料制的产品的全过程，以与每个过程之间如何联系；

②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;

③确定由什么设备来完成每一个生产过程与各设备的操作条件；

④确定控制方案，选用合适的控制仪表；

⑤确定“三废’治理和综合利用方案；

⑥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、运转的可靠性与安全性等既先进又符合国家标准；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：

①是否符合国家有关的政策与法规；

②生产能力的大小；

③原、辅材料和水、电、汽等公用工程的单耗；

④产品质量优劣；

⑤劳动生产率高低；

⑥建厂时的投资、占地面积、产品成本以与投资回收期等；

⑦“三废”治理；

⑧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与决定采用连续操作，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、压力与加料方式等。

(3)产物的后处理过程：根据反应原料的特性和产品的质量要求，以与反应过程的特点，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，以与副产物的处理：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，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，以与冷冻、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，以与周围环境状况决定管道和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与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，最佳的反应温度是450℃500℃,此外，从机理角度出发，在较低的温度下（T≦523K），主要发生甲醇脱水至的反应；而在过高的温度下（T≧723 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：

23→C2H4+2H2O △11.72

33→C3H6+3H2O △30.98

反应温度：460℃反应压力：0.1(0.1—0.3)

再生温度：600-700℃再生压力：0.1—0.3

催化剂：34 原料：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、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。