【文章內(nèi)容簡介】 第一章 緒論 6 對較低 ,目前的 經(jīng)濟(jì) 規(guī)模是 250kt/a。丙烷原料價格對生產(chǎn)成本影響較大 ,只有當(dāng)丙烯與丙烷的長期平均最小價差大于 200 美元 /t 時 ,工廠才能有較好的利潤。中東地區(qū)丙烷資源豐富、價格穩(wěn)定有利于建設(shè)丙烷脫氫廠。我國目前尚不具備建設(shè)丙烷脫氫廠的條件 ,對這方面的研究 ,可作為一定的技術(shù)儲備。 （ 5）甲醇制烯烴工藝技術(shù) 在原油價格攀升 ,天然氣或煤炭資源相對豐富的情況下 ,以天然氣或煤為原料生產(chǎn)甲醇 ,再以甲醇生產(chǎn)烯烴 (MTO工藝 )或以甲醇生產(chǎn)丙烯 (MTP工藝 )的技術(shù)越來越受關(guān)注。目前比較成熟的工藝主要有 UOP/Hydro 公司的 MTO 工藝和 Lurgi 公司的 MTP工藝。 MTO、 MTP 工藝可作為以石油為原料生產(chǎn)烯烴的替代或補(bǔ)充 ,與原油和石腦油價格相比 ,天然氣價格相對獨(dú)立 ,因此利用 MTO 技術(shù)有利于改善原料成本結(jié)構(gòu) ,這對于原油資源日益緊張的我國非常有意義。與石腦油或乙烷裂解相比 ,當(dāng)原油價格高于16 美元 /bbl 或乙烷價格高于 3 美元 /MBtu 時 ,MTO 可以提供較低的生產(chǎn)成本和較高的投資回報。 丙烯的發(fā)展前景 近年來，由于丙烯下游產(chǎn)品的快速發(fā)展，極大的促進(jìn)了中國丙烯需求量的快速增長。到 2021 年，中國將不 斷新增大型乙烯生產(chǎn)裝置，同時煉廠生產(chǎn)能力還將繼續(xù)擴(kuò)大，這將增加丙烯的產(chǎn)出。預(yù)計 2021 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。但同期下游裝置對丙烯的需求量年均增長速度將達(dá)到%，丙烯資源供應(yīng)略微緊張。 到 2021 年，中國丙烯的表觀消費(fèi)量將達(dá)到 1049 萬噸。從當(dāng)量需求來看，丙烯供需矛盾十分突出。到 2021 年，丙烯當(dāng)量需求的年均增長率將達(dá)到 %，超過丙烯生產(chǎn)能力的增長速度。預(yù)計到 2021 年，中國對丙烯 的當(dāng)量需求將達(dá)到 1905 萬噸，供需缺口將達(dá)到 825 萬噸，屆時還將有大量丙烯衍生物進(jìn)口，中國丙烯開發(fā)利用前景的廣闊。 丙烯塔 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 7 丙烯精餾塔就是分離丙烯 — 丙烷的塔，塔頂?shù)玫奖?，塔底得到丙烷? 由于丙烯 — 丙烷的相對揮發(fā)度很小，彼此不易分離，要達(dá)到分離目的，就得增加塔板數(shù)、加大回流比，所以，丙烯塔是分離系統(tǒng)中塔板數(shù)最多，回流比最大的一個塔，也是運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)和投資費(fèi)較多的一個塔。 目前，丙烯精餾塔操作有高壓法與低壓法兩種。 丙烯作用 用于制丙烯腈、環(huán)氧丙烷、丙酮、聚丙烯等。丙烯在 酸性催化劑 (硫酸無水氫氟酸等 )存在下聚合，生成二聚體、三聚體和四聚體的混合物，可用作高辛烷值燃料。在齊格勒催化劑存在下丙烯聚合生成聚丙烯。丙烯與乙烯共聚生成乙丙橡膠。丙烯與硫酸起加成反應(yīng)，生成異丙基硫酸，后者水解生成異丙醇：丙烯與氯和水起加成反應(yīng)，生成 1氯 2丙醇，后者與堿反應(yīng)生成環(huán)氧丙烷，加水生成丙二醇：丙烯在酸性催化劑存在下與苯反應(yīng)，生成異丙苯 C6H5CH（ CH3 )2，它是合成苯酚和丙酮的原料。丙烯在酸性催化劑（硫酸、氫氟酸等）存在下，可與異丁烷發(fā)生烴基化反應(yīng)，生成的支鏈烷烴可用作高辛烷值燃料 。丙烯在催化劑存在下與氨和空氣中的氧起氨氧化反應(yīng)，生成丙烯腈，它是合成塑料、橡膠、纖維等高聚物的原料。丙烯在高溫下氯化，生成烯丙基氯 CH2=CHCH2Cl，它是合成甘油的原料。 設(shè)計內(nèi)容 本文主要內(nèi)容是進(jìn)行年產(chǎn) 6 萬噸丙烯分離工段設(shè)計，丙烯精餾塔的原料為從裂解氣凈化與分離工段脫丙烷塔塔頂產(chǎn)品。 對總裝置進(jìn)行了物料衡算，由裂解氣的組成和年產(chǎn) 6 萬噸丙烯的條件下，得到裂解氣中各組分的含量，以及解裝置中乙烯精餾塔、丙烯精餾塔和脫丁烷塔的塔頂、塔底的物料含量。 對主體丙烯塔進(jìn)行工 藝計算，由丙烯塔進(jìn)料組成，操作壓力 17. 4atm 和希望得到的丙烯純度 99. 6%，飽和液相進(jìn)料，并按 350 天 /年， 24 小時 /天，以 lOOkg/h為基準(zhǔn)進(jìn)料，采用清晰分割法，計算得到塔頂、塔底和進(jìn)料的物料衡算結(jié)果。 由于本設(shè)計的計算采用 ASPEN PLUS 分離過程模擬軟件進(jìn)行優(yōu)化，所以估算沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 8 初值輸入 ASPEN PLUS 進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)出塔頂、塔底溫度和壓強(qiáng)，用 PTK 圖初步確定 K值，并求出相對揮發(fā)度 a和板效率，采用簡捷法芬斯克方程初步算出了理論塔板數(shù)，估算出實際塔板數(shù)，利用恩特伍德公式確定最小回流比 ，然后以計算結(jié)果作為初值，輸入 ASPEN PLUS 過程流程模擬系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以確定 K 值、塔頂、塔底溫度和壓強(qiáng)、進(jìn)料溫度、進(jìn)料板位置和總塔板數(shù)。之后再進(jìn)行全塔模擬，模擬可以滿足設(shè)計要求的各塔塔板數(shù)、進(jìn)料板數(shù)及回流比。改變進(jìn)料組成，進(jìn)行彈性分析，發(fā)現(xiàn)彈性區(qū)間不大 ，丙烯收率仍可以滿足要求，此為整體裝置的操作彈性區(qū)間。 由于浮閥塔具有生產(chǎn)能力大，操作彈性大，塔板效率高，氣體壓強(qiáng)降及液面落差較小，塔的造價低等優(yōu)點，所以本次丙烷塔采用的是浮閥塔。對精餾塔設(shè)計的主要物性數(shù)據(jù)計算，包括：氣相平均分了量、氣相密度、液相平均分 子量、液相密度、液相表而張力、液相黏度、氣相體積流量、液相體積流量。計算塔的有效高度、溢流裝置，對塔板進(jìn)行布置及確定浮閥數(shù)目及排列方式，對浮閥塔進(jìn)行流體力學(xué)驗算并繪制出塔的負(fù)荷性能圖。最后，對附屬設(shè)備冷凝器和再沸器以及接管、封頭、裙座、除沫器和人孔，按文獻(xiàn) 《化工設(shè)備設(shè)計手冊》、 《塔設(shè)備設(shè)計》查找選取適合的設(shè)備。沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 物料衡算 9 第二章 物料衡算 裂解氣組成 查《合成纖維單體工藝學(xué)》 【 1】 表 21，裂解氣的組成得： 丙烯的質(zhì)量含量 %，并且在丙烯塔可得到純度為 %的丙烯，則可認(rèn)裂解氣中的丙烯全部從丙烯塔 分離得出丙烯產(chǎn)品。 因為年產(chǎn) 6萬噸丙烯， 則裂解氣的總量 = %1064? = 104噸 /年 = 丙烷 = 104 %= 103噸 /年 = C4餾分 = 104 % = 104噸 /年 = 裂解汽油 = 104 %= 104噸 /年 = 乙烷 = 104 %= 104噸 /年 = 乙烯 = 104 %= 104噸 /年 = 甲烷 = 104 % = 104噸 /年 = H2= 104 % = 103噸 /年 = H20= 104 %= 104噸 /年 雜質(zhì) = 104 %= 噸 /年 乙烯精餾塔： 塔頂乙烯的純度為 99%，則乙烯 = 104噸 /年 = 104噸 /年 塔底的物料：剩余乙烯 +乙烷 = 104+ () l04= 104噸 /年 丙烯精餾塔： 塔頂丙烯純度為 %，則丙烯 = 6 104噸 /年 = 104噸 /年 塔底的物料：剩余丙烯 +丙烷 = l03+() l04= 103噸 /年 脫丁烷塔： 塔頂 C4餾分純度為 %，則認(rèn)為塔頂全為 C4餾分 = 104噸 /年 塔底：裂解汽油 = 104噸 /年 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 物料衡算 10 分離流程物料衡算結(jié)果如下表 表 21 裂解氣進(jìn)入分離流程 組分 流量 丙烯 6 104噸 /年 丙烷 103噸 /年 C4餾分 104噸 /年 裂解汽油 104噸 /年 乙烷 104噸 /年 乙烯 104噸 /年 甲烷 104噸 /年 H2 103噸 /年 H2O 104噸 /年 雜質(zhì) 噸 /年 總量 104噸 /年 表 22 設(shè)備塔的物料衡算結(jié)果 乙烯塔 丙烯塔 脫丁烷塔 塔頂： 104噸 /年 塔頂： 104噸 /年 塔頂： 104噸 /年 塔底： 104噸 /年 塔底： 103噸 /年 塔底： 104噸 /年 本章小結(jié) 本章對通過查找《合成纖維單體工藝學(xué)》確定了各組分氣體在裂解氣中的質(zhì)量含量，根據(jù)設(shè)計要求計算得出進(jìn)入分離流程的各組分氣體流量，并根據(jù)各塔塔頂氣體純度，確定了乙烯塔、丙烯塔、脫丁烷塔的塔頂塔底物料流量。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué) 位論文 第三章 主體設(shè)備丙烯塔工藝計算 11 第三章 主體設(shè)備丙烯塔工藝計算 原始數(shù)據(jù) 年產(chǎn) 6 萬噸丙烯的丙烯塔的設(shè)計。 表 31 各組分的分布情況 組分 aF aD aW C3H6 C3H8 C4H10（正） a 質(zhì)量分率，操作壓強(qiáng)： P= 泡點進(jìn)料，泡點回流。 物料衡算 按 300 天 1年計算，每天 24 小時，則： 年產(chǎn) 6 萬噸丙烯 =6 107kg/年 =6 107/（ 350 24 42） =查《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊》 【 2】 得在常壓下： 沸點 Tb： 丙烯 ℃ 丙烷 ℃ 正丁烷 ℃ 所以得出：丙烯為輕關(guān)鍵組分，丙烷 為重關(guān)鍵組分，丁烷為重組分。 物料衡算：以 lOOkg/h 為基準(zhǔn)進(jìn)料，采用清晰分割法： 表 32 物料在塔頂塔底的分布情況 組分 進(jìn)料， F 塔頂， D 塔底， W C3H6 C3H8 C4H10（正） ― 合計 100 D W F=D+W 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué) 位論文 第三章 主體設(shè)備丙烯塔工藝計算 12 F39。=D39。+W39。 ???? DW W D= W== D aD=D=F=W==F 丙烯 = =F 丙烷 = =F 正丁烷 ==因此物料衡算結(jié)果如下表 表 33 物料衡算結(jié)果表 組分 Fi Di Wi kg/h kmol/h Xi kg/h kmol/h Xi kg/h kmol/h Xi C3H6 C3H8 C4H10（正） 0 0 0 總計 1 1 1 丙烯精餾塔塔頂，塔底及進(jìn)料溫度的確定 本次設(shè)計采用查《分離過程》 【 3】 圖 21(a)PKT 圖，操作壓強(qiáng)： P== +760= (1)讓 K值滿足 F(T)=∑ yi/Ki1 ，丨 F(T)丨≤ε，ε = 其巾 y1 =XD1=,y2=XD2=,y3=XD3=0 查得塔頂露點 T=℃各組分 K 值見下表 : 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué) 位論文 第三章 主體設(shè)備丙烯塔工藝計算 13 表 34 塔頂位置 K值 組分 Ki C3H6 C3H8 C4H10（正） （ 2）讓 K 值滿足 F(T)=∑ (Ki xi)l，丨 F(T)丨≤ε，ε = 其中 x1=， x2=0,0675， X3= 查得塔底泡點 T=℃ ,格組分 K值見下表 表 35 塔底位置 K值 組分 Ki C3H6 1 C3H8 C4H10（正） (3)讓 K值滿足 F(T)=∑ (Ki xi)1，丨 F(T)丨≤ε，ε = 其中 x1=， x2=， x3= 查得進(jìn)料泡點 T=43℃，各組分 K 值見下表 : 表 36 塔底位置 K值 組分 Ki C3H6 C3H8 C4H10（正） 最小回流比和塔板數(shù)粗算 最小回流比 由《化工分離過程》 【 3】 得恩特伍德公式： ??????ici mDiX1 ,)( =Rm+1 （ 31） ??????ici FiiX1 , =1q （ 32） 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué) 位論文 第三章 主體設(shè)備丙烯塔工藝計算 14 因為進(jìn)料為飽和液相，所以 q=l； 其中 α i=（α 頂 α 底 ） 1/2 α 丙烯 =[() (1/)]1/2= α