【正文】 ........................................................................................................................ 25 附錄 A ................................................................................................................................. 26 附錄 B ................................................................................................................................. 29 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 丙烯發(fā)展前景 丙烯等低碳烯烴是重要的基本化工原料，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展對(duì)低碳烯烴的需求日漸攀升，供需矛盾也日益突出。迄今為止，制取乙烯、丙烯等低碳烯烴的重要途徑，主要是通過(guò)石腦油、輕柴油，均來(lái)自石 油，的催化裂化、裂解制取，導(dǎo)致石腦油、輕柴油等資源面臨著越來(lái)越嚴(yán)重的短缺局面。而我國(guó)是“多煤、少油、少氣”的國(guó)家，近年來(lái)原油進(jìn)口量已占加工總量的一半左右，以乙烯、丙烯為原料的聚烯烴產(chǎn)品仍將維持一定的進(jìn)口比例 [1]。因此，發(fā)展非石油資源來(lái)制取低碳烯烴的技術(shù)日益引起人們的重視。 現(xiàn)有的烯烴制取工藝 煤制烯烴技術(shù)是發(fā)展新型煤化工的核心技術(shù)之一，也是今后煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向。國(guó)外由甲醇 制 丙烯的方法主要有兩種：一種是甲醇制烯烴 (MTO)技術(shù)，即由甲醇首先生產(chǎn)出合成氣，然后將合成氣轉(zhuǎn)化為乙烯和丙烯混合物 的工藝；另外一種是甲醇制丙烯 (MTP)技術(shù)，即由甲醇首先生產(chǎn)出二甲醚，然后將二甲醚轉(zhuǎn)化成丙烯的工藝。德國(guó) Lurgi公司的 MTP 示范裝置于 2021 年在挪威建成運(yùn)轉(zhuǎn)，之后該公司又與伊朗 Zagros 石化公司簽約，建設(shè)兩套相同規(guī)模的 5000t/d 甲醇生產(chǎn)裝置，同時(shí)配套建設(shè)一套甲醇制丙烯生產(chǎn)裝置 [2]。 Lurgi 公司 MTP工藝從 1999年完成了單環(huán) PDU試驗(yàn)， 2021年完成了三段 PDU試驗(yàn)，放大 4 倍，裝置進(jìn)料能力為 ； 2021 年在挪威完成放大巧倍三段示范裝置，進(jìn)料能力為 15Kg/h； 2021 年在伊朗完 成了 6 段 PDU 放大 10 倍，進(jìn)料能力達(dá) 150Kg， 之后放大690 倍。 Lurgi 公司擬建的大型Ｍ仰裝置在特立尼達(dá)、加拿大、中國(guó)、美國(guó)和中東都有分布。Lurgi 公司基于由德國(guó)南方化學(xué)公司提供的改性 ZSM5 分子篩催化劑，開發(fā)了一種轉(zhuǎn)化甲醇成丙烯的工藝 （ MTP）。 該工藝采用固定床反應(yīng)器 [3]。 甲醇制丙烯 (MTP)工藝 甲醇制丙烯 (MTP)工藝是德國(guó)魯奇公司使用甲醇作為原料生產(chǎn)聚合物級(jí)丙烯的專利技術(shù)，該工藝同時(shí)可副產(chǎn)乙烯， LPG 和汽油 。 MTP 工藝包含五個(gè)工藝步驟： MTP 反應(yīng)部分、MTP 反應(yīng)器再生部分、水烴冷 卻分離部分、碳?xì)鋲嚎s部分、產(chǎn)品 /副產(chǎn)品精制部分 [4]。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 MTP 反應(yīng)系統(tǒng) 熱的 DME/HC循環(huán)物料和來(lái)自工藝蒸汽塔的過(guò)熱蒸汽在 MTP反應(yīng)器進(jìn)料混合器混合?；旌系?MTP 反應(yīng)器進(jìn)料大部分在加熱爐用燃料氣或 LPG 作燃料進(jìn)行加熱后分三路進(jìn)入MTP 反應(yīng)器，還有部分沒有加熱的物料分三路經(jīng)調(diào)節(jié)閥后與從加熱爐出來(lái)的三股物料混合，然后壓力降至 MTP 反應(yīng)器的進(jìn)口壓力 ，在減壓過(guò)程中，從甲醇回收塔來(lái)的不凝組分、從氧化物閃蒸罐來(lái)的氣相也在這里混合后進(jìn)入 MTP 反應(yīng)器的第一層。 在 DME 分離罐中反應(yīng)物料被分離成液態(tài)的 富集水和富集 DME 的氣相。兩相都作為中間原料送入 MTP 反應(yīng)器的 26 層，液汽比滿足中間冷卻的要求。頂部氣態(tài)富集 DME 的大部分物料進(jìn)入 DME 加熱器用高壓蒸汽加熱后經(jīng)流量調(diào)節(jié)進(jìn)入 MTP 反應(yīng)器 26 層，剩余的部分物料經(jīng)溫度調(diào)節(jié)后與加熱的氣相 DME 匯合以調(diào)節(jié)反應(yīng)器溫度。另外冷的再生氣、低壓氮?dú)?、工藝空氣在裝置開車或催化劑再生等境況下也經(jīng)這五條線進(jìn)入 MTP 反應(yīng)器 26層。底部液態(tài)富集水在 DME 空冷器中冷卻后，一股去急冷塔用于停車時(shí)回收物料，一股進(jìn)入 DME冷凝過(guò)冷器 E60118中用丙烯氣繼續(xù)冷卻后與的其余物料匯合后進(jìn) 入 MTP反應(yīng)器 26 層。 在 MTP 反應(yīng)器中，甲醇 /二甲醚混合物在沸石催化劑的作用下，反應(yīng)為達(dá)到合成烯烴的高選擇性，催化劑床層的操作溫度是 450℃ 480℃和較低的操作壓力，本設(shè)計(jì)是基于以下條件：每個(gè)催化劑床層出口溫度是 480℃，最后一個(gè)催化劑床層出口壓力是 [4]。 MTP 反應(yīng)器總體反應(yīng)是放熱反應(yīng)，要求中間冷卻在需要的溫度范圍內(nèi)以保持適當(dāng)?shù)臏囟?，這是通過(guò)中間進(jìn)料實(shí)現(xiàn)的。 MTP 反應(yīng)器包括六層催化劑，每個(gè)催化劑床層的新鮮的甲醇 /二甲醚進(jìn)料量都是同一種方式調(diào)節(jié)，每個(gè)床層的絕熱溫升相同，這樣可以保證各床層 在相似的反應(yīng)條件下獲得最大的丙烯收率。從催化劑 15 層來(lái)的中間產(chǎn)品，在進(jìn)入到下一級(jí)床層前，被液態(tài)的水 /DME 與另外新鮮的氣態(tài) DME/甲醇混合物所冷卻。大部分的冷卻是通過(guò)從 DME 冷凝空冷器至 MTP 反應(yīng)器的 26 床層注入和汽化液態(tài)富集過(guò)冷水完成的。每個(gè)床層精確的出口溫度是通過(guò)改變氣態(tài) DME 物料溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，微調(diào)是通過(guò)調(diào)整 DME加熱器反應(yīng)器每個(gè)床層的旁路物流來(lái)保證的。在反應(yīng)器運(yùn)行期間，形成少量的重質(zhì)碳?xì)浠衔飼?huì)堵塞催化劑的部分活性空間為了使碳化最小化，在 MTP 反應(yīng)器的第一層催化劑床層中加入了工藝蒸汽，蒸汽也可作為 放熱反應(yīng)的冷源，從而有助控制溫度的上升，在后面床層產(chǎn)生了額外的反應(yīng)水，因此沒有額外的工藝蒸汽添加 MTP 反應(yīng)器床層 26 床層 DME/甲醇的進(jìn)料中。通過(guò)碳原子數(shù)小于或者高于 3 的循環(huán)碳?xì)浠衔铮ū?，進(jìn)入到 MTP 反 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 應(yīng)器第一層來(lái)提高丙烯的產(chǎn)量。另外碳?xì)浠衔镞€可以作為反應(yīng)的熱載體，以便控制催化劑床層的溫度。 工藝蒸汽生產(chǎn)流程 為了使 MTP 反應(yīng)器催化劑的結(jié)焦趨勢(shì)最小化，也為了提高氣體通過(guò) MTP 反應(yīng)器的熱效率，在 MTP 反應(yīng)器的第一層碳?xì)浠衔镏屑尤肓诉^(guò)熱蒸汽。 MTP 反應(yīng)器排出的水在預(yù)急冷塔和急冷塔中被冷凝 。從急冷系統(tǒng)工藝水泵來(lái)的工藝水，首先經(jīng) DME 分凝器與第二甲醇甲醇預(yù)熱器來(lái)的二甲醚換熱后，進(jìn)入工藝蒸汽塔頂冷凝器中。然后在工藝水預(yù)熱器用中壓蒸汽加熱后，進(jìn)入工藝蒸汽塔的底部。 在工藝蒸汽塔中，工藝水通過(guò)工藝蒸汽塔再沸器用中壓蒸汽作熱源再沸，為了脫除水溶性雜質(zhì)，工藝蒸汽塔冷凝器在塔中提供回流（工藝蒸汽塔冷凝器屬于內(nèi)置式冷凝器，在工藝蒸汽塔上部），這些雜質(zhì)作為廢水在塔底被清除 [5]。 離開工藝蒸汽塔塔頂?shù)墓に囌羝?，一路工藝蒸汽去往加熱爐首先在對(duì)流段預(yù)熱后，然后與熱的 DME 循環(huán)物料在 MTP 反應(yīng)器進(jìn)料混合器進(jìn)行混合。 一路隨冷的富集液態(tài)水的物料這條線進(jìn)入 MTP 反應(yīng)器。一路送入急冷塔、一路送入再生氣加熱爐用來(lái)吹掃和熱備 MTP反應(yīng)器。還有部分工藝蒸汽與二甲醚氣相物料這條線進(jìn)入 DME 加熱器。 從工藝蒸汽塔來(lái)的工藝蒸汽去往加熱爐對(duì)流段預(yù)熱前有一路工藝蒸汽沒有進(jìn)入加熱爐，然后與另一路在加熱爐加熱的蒸汽匯合后，之后與熱的 DME 循環(huán)物料在 MTP 反應(yīng)器進(jìn)料混合器混合?；旌系?MTP 反應(yīng)器進(jìn)料大部分在加熱爐用燃料氣或 LPG 作燃料進(jìn)行加熱后分三路進(jìn)入 MTP 反應(yīng)器，還有部分沒有加熱的物料與從加熱爐出來(lái)的三股物料混合后進(jìn)入 MTP 反應(yīng)器。 急冷系統(tǒng) 急冷系統(tǒng)的部分工藝水經(jīng)空冷、水冷器后進(jìn)行后進(jìn)行循環(huán)，還有部分經(jīng)工藝水泵送至工藝蒸汽塔中，在工藝蒸汽塔用中壓蒸汽蒸出并返回 MTP 反應(yīng)器一級(jí)床層作為稀釋和吸熱蒸汽，其余部分工藝水被送至甲醇回收塔回收其中的甲醇和 DME 后排出界區(qū)。從甲醇回收塔塔底出來(lái)的工藝水，少部分工藝水經(jīng)抽提水冷器用丙烯冷卻至 30℃后分三路，分別作為氧化物抽提塔、脫丙烷塔分離罐、抽提塔的溶劑，萃取烴類物料中的甲醇、 DME 等氧化物。其余部分工藝水經(jīng)冷卻器冷卻到約 45℃經(jīng)廢水總管送全廠污水處理系統(tǒng)。 從 MTP 反應(yīng)器出來(lái)的反應(yīng)器產(chǎn)物經(jīng)廢熱回 收系統(tǒng)回收熱量冷卻后，以 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 流量，溫度為 170℃，壓力為 ，進(jìn)入預(yù)急冷塔中，預(yù)急冷塔進(jìn)料口有物料分布器，上部有兩層填料。從急冷塔冷卻器來(lái)的工藝水與堿液計(jì)量泵來(lái)的堿液匯合后進(jìn)入預(yù)急冷塔將 MTP 反應(yīng)器來(lái)的產(chǎn)品氣進(jìn)行冷卻。水從碳?xì)浠衔镏蟹蛛x出來(lái)，碳?xì)浠衔镎羝麖念A(yù)急冷塔出來(lái)后進(jìn)入急冷塔進(jìn)一步冷卻，相應(yīng)的水被冷凝下來(lái)。 被預(yù)急冷塔預(yù)急冷后 MTP 反應(yīng)器產(chǎn)物以 319t/h的流量， 55℃的溫度， 的壓力進(jìn)入急冷塔中， MTP 氣體繼續(xù)被來(lái)自急冷塔最終冷卻器的工藝水和堿液計(jì)量泵來(lái) 的堿液匯合后進(jìn)入急冷塔中進(jìn)行冷卻，進(jìn)一步將水從碳?xì)浠衔镏蟹蛛x出來(lái)，碳?xì)浠衔飶乃旊x開后以 ， 40℃的溫度， MPa 的壓力去往壓縮干燥單元。相應(yīng)的水繼續(xù)被冷凝下來(lái)。在預(yù)急冷塔和急冷塔中有一部分重?zé)N被冷凝，這些重?zé)N通過(guò)溢流的方法從預(yù)急冷塔和急冷塔底部的急冷水中分離出來(lái)，輕組分中的溢流物通過(guò)溢流汽油泵后，一路送到壓縮崗位一段烴壓縮機(jī)出口分離罐，剩余以最小流量返回到預(yù)急冷塔底部。 預(yù)急冷塔和急冷塔塔底出料分兩路：水路和油路。 水路總共分兩路，工藝水和急冷水： （ 1）工藝水經(jīng)工藝水泵 、 DME 冷凝器和二甲醚換熱后，進(jìn)入工藝蒸汽塔頂冷凝器加熱后再進(jìn)入工藝水預(yù)熱器預(yù)熱最后送到工藝蒸汽塔用來(lái)生產(chǎn)工藝蒸汽。 還有一路工藝水經(jīng)工藝水過(guò)濾器過(guò)濾后，以 115t/h 的流量， ℃的溫度返回工藝蒸汽塔用中壓蒸汽蒸出并返回 MTP 反應(yīng)器，其余部分工藝水被送至甲醇回收塔回收其中的甲醇和 DME 后排出界區(qū)。 （ 2）剩余大部分的水為急冷水，經(jīng)急冷水泵后，送到急冷塔空冷器冷卻后進(jìn)入急冷塔冷凝器進(jìn)一步冷卻后分為： 1）一股進(jìn)入急冷塔最終冷卻器用丙烯氣冷卻后，以 483t/h的流量， 35℃的溫度， 的壓力進(jìn)入 急冷塔與 MTP 產(chǎn)品氣進(jìn)行急冷。 2）一股以 ， 50℃的溫度 的壓力返回預(yù)急冷塔作為循環(huán)水繼續(xù)給預(yù)急冷塔進(jìn)行急冷。 在沸石催化劑的作用下， MTP 反應(yīng)器中還生成了少量如乙酸、丙酸等有機(jī)酸。由于水溶液中的酸具有腐蝕性，所以在急冷塔中的水通過(guò)從稀堿液罐中加入堿溶液來(lái)中和，堿液是由堿液計(jì)量泵加到急冷水給水中，然后再至預(yù)急冷塔和急冷塔中。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)