【正文】 年，乙烯聯(lián)產(chǎn)丙烯的生產(chǎn)能力將達(dá)到約 722 萬噸 /年，丙烯總生產(chǎn)能力將達(dá)到 1080 萬噸 /年。乙烯裝置聯(lián)產(chǎn)的丙烯占丙烯總供給的比例將進(jìn)一步提高。但同期下游裝置對(duì)丙烯的需求量年均增長(zhǎng)速度將達(dá)到 %，丙烯資源供應(yīng)略微緊張。到 2020 年，中國(guó)丙烯的表觀消費(fèi)量西北大學(xué)專科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 將到達(dá) 1049 萬噸。從當(dāng)量需求來看，丙烯供需矛盾十分突出。到 2020 年，丙烯當(dāng)量需求的年均增長(zhǎng)率將達(dá)到 %，超過丙烯生產(chǎn)能力的增長(zhǎng)速度。到 2020 年，中國(guó) 對(duì)丙烯的當(dāng)量需求將達(dá)到 1905 萬噸，供需缺口將達(dá)到 825 萬噸，屆時(shí)將還有大量丙烯衍生物進(jìn)口，中國(guó)丙烯開發(fā)利用前景的廣闊。由于聚丙烯（ PP） 需求的快速增長(zhǎng)，亞洲丙烯市場(chǎng)正逐漸趨于供應(yīng)短缺。在今后 10 年中，將有大量以乙烷為原料的裂解裝置生產(chǎn)能力逐漸建立起來，市場(chǎng)供應(yīng)丙烯原料。事實(shí)上，從全球范圍來說，丙烯并不短缺，但從亞洲的情景來看，今后幾年中亞洲丙烯的需要主要來自北美，北美估計(jì)有 100 萬噸 /年裂解生產(chǎn)能力，由于目前的港口限制，其中約 50萬噸 /年丙烯出口。 丙烯的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展 概況 丙烯是最早 被采用的化工原料，也是生產(chǎn)石油化工產(chǎn)品的主要烯烴之一。一方面廣泛用于制取烷基化合物和疊合汽油，以提高汽油的辛烷值；另一方面大量用于制造化工產(chǎn)品，如聚丙烯、環(huán)氧丙烷、異丙醇、丙三醇、丙烯晴和異丙基苯等。在所有石油化工原料中，丙烯的產(chǎn)量和消費(fèi)量增長(zhǎng)最快。世界丙烯及其衍生物需求旺盛，市場(chǎng)多呈供不足需的狀態(tài)，有研究表明，未來五年，乙烯、丙烯缺口近兩千萬。丙烯需求增長(zhǎng)速度一直高于乙烯，丙烯及其衍生物需求和產(chǎn)能近年來均以較高的增長(zhǎng)率發(fā)展。隨著中國(guó)石油進(jìn)口量的迅速增長(zhǎng)，必須考耗，應(yīng)更充分利用我國(guó)豐富的煤炭、天然氣資源，適 度建設(shè)和發(fā)展 MTO/MTP 裝置，解決目前存在的丙烯供求關(guān)系，具有 重要的意義。 丙烯的來源 世界上丙烯的來源有蒸汽裂解制乙烯聯(lián)產(chǎn)丙烯、煉廠催化裂化裝置干氣、丙烷脫氫、甲醇制烯烴以及近年來所開發(fā)的烯烴轉(zhuǎn)化、烯烴易位等工藝。丙烯主要來源也裂解裝置，煉廠催化裂化和催化裂解裝置，現(xiàn)有生產(chǎn)裝置多已采用國(guó)內(nèi)開發(fā)的增產(chǎn)丙烯技術(shù)，裝置開工率超過 100%，在中國(guó)其他丙烯生產(chǎn)技術(shù)如丙烷脫氫、甲醇制烯烴技術(shù)、烯烴相互轉(zhuǎn)化、乙烯丁烯異位歧化技術(shù)等方面。近年來，中國(guó)丙烯工業(yè)都是以進(jìn)口為主，出口相對(duì)較少。 丙烯的 生產(chǎn)方法 （ 1） 從裂解氣、煉廠氣中分離：石油化工廠裂解石油得到的石油裂解氣中含有丙烯，煉油廠煉制石油時(shí)得到的煉廠氣中含有丙烯，經(jīng)過一系列的步驟，可以從它們中分離出丙烯，這是工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)丙烯的方法。 （ 2） 醇脫水：是實(shí)驗(yàn)室中制備烯烴的重要方法，在催化劑的作用下，加熱時(shí)，醇脫水可以生成烯烴，醇催化脫水一般分為兩類：液相催化脫水，以濃硫酸為催化劑，加熱時(shí)，醇即脫水生成烯烴；氣相催化脫水，以氧化鋁為催化劑，加熱時(shí)，醇的蒸汽即在氧化鋁表面上生成烯烴。 （ 3） 鹵代烷脫鹵代氫：鹵代烷與濃硫酸的強(qiáng)堿醇溶液（如濃的氧化鉀 乙醇溶液）西北大學(xué)?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 丙烯 丙烷 CW 1 2 3 進(jìn)料 圖 1 丙烯精餾段流程圖 共熱，則脫去一分子鹵代氫生成烯烴。 丙烯生產(chǎn)新技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 目前增產(chǎn)丙烯的新技術(shù)研究主要集中在四個(gè)方面。一是改進(jìn) FCC 等煉油技術(shù)，挖掘現(xiàn)有裝置潛力，增產(chǎn)丙烯的 FCC 裝置升級(jí)技術(shù)；二是充分利用煉油及乙烯裂解副產(chǎn)品的 C48 等資源，轉(zhuǎn)化為乙烯、丙烯的低碳烯烴裂解技術(shù)、烯烴歧化技術(shù)；三是丙烷脫氫技術(shù)；四是以天然氣、煤等為原料，生產(chǎn)乙烯、丙烯的甲醇制烯烴技術(shù)等。 2 丙烯精餾塔的物料衡算及熱量衡算 本設(shè)計(jì)的初步流程是把從裝置外脫乙烷塔來的混合物料 1 做為進(jìn)料，送入精餾塔內(nèi)。經(jīng)過反應(yīng)后塔頂氣 體物料 2 經(jīng)過精餾塔頂冷凝器冷凝后，冷凝液用回流泵抽出，一部分送回精餾塔頂部作為回流，另一部分經(jīng)丙烯冷卻器冷卻至 40℃后送出裝置，即為目標(biāo)產(chǎn)物丙烯；而塔底物料 3 大部分為丙烷，經(jīng)過丙烷冷卻器冷卻至 40℃ 后，用丙烷送出泵送出裝置。在塔釜有再沸器作用。流程圖如右圖所示： 原始數(shù)據(jù) 根據(jù)已知條件，設(shè)計(jì)初始數(shù)據(jù)如 表 所示： 表 原始數(shù)據(jù)列表 物料名稱 進(jìn)料組成 重量 % 塔頂組成 重量 % 塔釜組成 重量 % 丙烯 丙烷 設(shè)定其操作壓力為 P=(表壓 )。 計(jì)劃每年生產(chǎn) 54000t 丙烯 西北大學(xué)?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 物料衡算 確定 關(guān)鍵組分 按多組分精餾確定關(guān)鍵組分；揮發(fā)度高的丙烯作為輕關(guān)鍵組分在塔頂分出；揮發(fā)度低的丙烷作為重關(guān)鍵組分在塔底分出。 每年的操作時(shí)間 8000h 按計(jì)算。 由題目給定 ： 54000000/8000=6750kg/h 計(jì)算塔釜質(zhì)量組成 設(shè)計(jì)比丙烷重的全部在塔底，比丙烷輕的全部在塔頂。 以 100kg/h 進(jìn)料為基準(zhǔn)，進(jìn)行物料衡算見表 。 表 物料衡算 進(jìn) 料量 /(kg/h) 餾出液量 /(kg/h) 釜液量 /(kg/h) 丙烯 丙烷 共計(jì) 100 D + F D W?? （ ） 52 15 .2% 5 04 52100 WDWDW? ?????? ??? 或 9 2 .7 5 0 .9 9 6 0 .1 5 2100 DWDW???? ??? 解得： /W kg h? 1 0 0 8 .1 1 6 1 9 1 .8 8 3 9 /D k g h? ? ? 丙烷： 38 1 1 5 .2 % 8 4 .8 %WX C H ? ? ? 式中 F —— 原料液流量， kg/h； D —— 塔頂產(chǎn)品（餾出量）流量， /kgh ； W —— 塔底產(chǎn)品（釜?dú)堃海┝髁浚?/kgh ； wx —— 釜液中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 （ 1） 將質(zhì)量分?jǐn)?shù)換算成摩爾分?jǐn)?shù) 項(xiàng) 目 組 分 西北大學(xué)?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 按下式計(jì)算： w A AA W A A W B BxMx x M x M? ? （ 2.2） 式中 Ax —— 液相中 A組分的摩爾分?jǐn)?shù)； AM BM —— AB 組分的摩爾質(zhì)量， /kg kmol ； WAWBxx—— 液相中 AB組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 各組分的相對(duì)分子質(zhì)量見表 。 表 各組分的相對(duì)分子質(zhì)量 分子式 相對(duì)分子質(zhì)量 丙烯 36CH 丙烷 38CH 計(jì)算舉例： 丙烯進(jìn)料摩爾組成： 36 27 5 42 .08 30 27 5 42 .08 72 5 44 .09Fx C H ??? 丙烷進(jìn)料摩爾組成： 38 1 0 .9 3 0 6 0 .0 6 9 4Fx C H ? ? ? 丙烯塔頂摩爾組成： 38 0. 99 60 / 42 .0 8 . 99 60 / 42 .0 8 0. 00 4 / 44 .0 9Dx C H ??? 丙烷塔頂摩爾組成： 38 1 0 .9 9 6 2 0 .0 0 3 8Dx C H ? ? ? 丙烯塔釜摩爾組成： 36 0 .1 5 2 0 / 4 2 .0 8 0 .1 5 8 10 .1 5 2 0 / 4 2 .0 8 0 .8 4 8 0 / 4 4 .0 9wx C H ??? 丙烷塔釜摩爾組成： 38 1 0 .1 5 8 1 0 .8 4 1 9Fx C H ? ? ? 同理，計(jì)算得各組分的摩爾分?jǐn)?shù)如表 所示。 表 各組分的摩爾分?jǐn)?shù) 進(jìn)料 塔頂產(chǎn)品 塔釜液 丙烯 丙烷 共計(jì) （ 2）計(jì)算進(jìn)料量和塔底產(chǎn)品量 項(xiàng) 目 組 分 項(xiàng) 目 組 分 西北大學(xué)?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 根據(jù)進(jìn)料、塔頂產(chǎn)量和塔底產(chǎn)量的關(guān)系有： ? FDF D WF x D x W x???? ? ? ? ? （ ） 已知： 6750 /D kg h? 則 ： ? 6750 ??? ? ? ? ? 解得： kg h? 6 7 5 0 5 7 3 . 1 2 9 7 7 3 2 3 . 1 2 9 7F k g h? ? ? 式中 Fx —— 原料液易揮發(fā)組分的質(zhì)量 分?jǐn)?shù)； Dx —— 餾出液中易揮發(fā)組分的質(zhì)量 分?jǐn)?shù)； Wx —— 釜?dú)堃褐幸讚]發(fā)組分的質(zhì)量 分?jǐn)?shù)。 物料衡算計(jì)算結(jié)果見表 表 物料衡算 組分 36CH 38CH 共計(jì) 相對(duì)分子質(zhì)量 進(jìn)料 kgh 質(zhì)量分?jǐn)?shù) /% 100 /kmol h 摩爾分?jǐn)?shù) /% 塔頂 kgh 6723 27 6750 質(zhì)量分?jǐn)?shù) /% 100 /kmol h 摩爾分?jǐn)?shù) /% 100 塔釜 kgh 質(zhì)量分?jǐn)?shù) /% 100 kmolh 摩爾分?jǐn)?shù) /% 100 塔溫的確定 確定進(jìn)料溫度 操作壓力為 MP? （絕對(duì)壓力） 假設(shè)：泡點(diǎn) 進(jìn)料，溫度為 45C? ,依 T .P 查 參考資料 1，圖 144 得到平衡常數(shù) k 值。 西北大學(xué)?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 因?yàn)? 1iikx ??? 所以 確定進(jìn)料溫度為 45C? ，進(jìn)料組成的 iikx值 確定塔頂溫度 假設(shè)：塔頂露點(diǎn)溫度為 44C? ，同理查 參考資料 1，圖 144得 k 值。 塔頂物料組成的 /iiyk值見表 。 表 進(jìn)料組成的 iikx值 進(jìn)料 ix ik iikx 36CH 38CH 共計(jì) 表 塔頂物料組成的 /iiyk值 塔頂物 料 iixy? ik iiiiyxkk? 36CH 38CH 共計(jì) 因?yàn)? 1iiyk ??? 所以 確定塔頂溫度為 44C? ，塔頂物料組成的 iiyk值見 表 。 確定塔釜溫度 假設(shè)：塔釜溫度為 50℃ ，查 參考資料 1，圖 135 得 k 值。 因?yàn)? ?? 誤差超過 2% ，說明假設(shè)的溫度過高。 再假設(shè)：塔釜溫度為 49℃ ，查 參考資料 1，圖 135得 k 值。 因?yàn)? 1iikx ??? 所以 ： 確定塔釜溫度為 49℃ ,計(jì)算過程數(shù)據(jù)見表 、表 。 表 塔釜溫度計(jì)算過程數(shù)據(jù) （一） 塔釜物料 ix ik iikx 36CH 38CH 共計(jì) 西北大學(xué)專科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 表 塔釜溫度計(jì)算過程數(shù)據(jù) （二） 塔釜物料 ix ik iikx 36CH 38CH 1， 00 共計(jì) 西北大學(xué)?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 3 精餾塔板數(shù)及塔徑的計(jì)算 塔板數(shù)的計(jì)算 最小回流比的計(jì)算 （ 1）求相對(duì)揮發(fā)度 ij? 查 參考資料 6,66 頁式（ 718） iiiijj jjyxky kx? ?? （ ） 計(jì)算舉例： 丙烯 44 ?℃ 49 ?℃ 4 4 4 9 1 . 0 1 . 1 2 1 . 0 4 7 7ik k k? ? ? ?℃ ℃ 丙 烷 44 ?℃ 49 ?℃ 4 4 4 9 0 . 8 8 0 . 9 9 0 . 9 3 8 0jk k k? ? ? ?℃ ℃ 其相對(duì)揮發(fā)度為 1 .0 4 7 7 1 .1 1 7 00 .9 3 8 0iij jkk? ? ? ? 相對(duì)揮發(fā)度見表 表 相對(duì)揮發(fā)度見 組分 44k℃ k49℃ 44 49kk℃ ℃ ij? 丙烯 丙烷 （ 2）求最小回流比 查 參考資料 6,87 頁式（ 740） 因?yàn)槭桥蔹c(diǎn)進(jìn)料 06qFxx?? ? ? ? 塔頂丙烯 丙烷的相對(duì)揮發(fā)度 ：