【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 我國(guó)乙烯和丙烯的市場(chǎng)缺口較大，特別是近年來(lái)丙烯的需求增長(zhǎng)已超過(guò)乙烯。由于需求強(qiáng)勁，一般的石腦油蒸汽裂解和催化裂解方法所得丙烯產(chǎn)品已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場(chǎng)的需求，因此人們紛紛研究開(kāi)發(fā)增產(chǎn)丙烯的新技術(shù)，甲醇制丙烯技術(shù)就是其中之一。由此可見(jiàn)，乙烯和丙烯的市場(chǎng)前景廣闊，特別是國(guó)內(nèi)的丙烯生產(chǎn)原料不足，市場(chǎng)需求增長(zhǎng)較快，更為市場(chǎng)所看好。 自然概況 地形地貌 南北環(huán)山，中間為黃河谷地。南北由高漸低向中部黃河盆地 10 傾斜，形成山、臺(tái)、川三個(gè)階段，黃河由西 向東橫貫全境。山區(qū)可分為南北兩部分，平均海拔 1800 米。川區(qū)主要分布于黃河兩岸，平均海拔 1540 米，地勢(shì)平坦。 氣候 屬溫帶半干旱氣候，山區(qū)垂直性氣溫變化較顯著。年平均氣溫 ℃ ，最高 ℃ ，最低－ ℃ 。年均降雨量 330 毫米。無(wú)霜期 169 天。年平均日照 2780 小時(shí)。 資源 區(qū)內(nèi)土地資源豐富，有耕地 萬(wàn)畝，其中山塬地 萬(wàn)畝，河谷川地 萬(wàn)畝。有果園 萬(wàn)畝。林地 萬(wàn)畝，草地 萬(wàn)畝，水域 2 萬(wàn)畝。未開(kāi)發(fā)利用土地 萬(wàn)畝，水能資源富集，黃河縱貫全境，年徑流量 3459 億立方米。湟水在境內(nèi)流經(jīng) 3 公里匯入黃河，年徑流量 7 億立方米。黃河干流 11 第三章 工藝設(shè)計(jì)方案 概述 本項(xiàng)目的目標(biāo)是為化工綜合企業(yè)一座混合 C4 綜合加工子系統(tǒng)分廠。要求利用 C4 分廠的催化裂化生產(chǎn)制備以乙烯、丙烯為主的烯烴，并考慮 C4+組份的綜合利用。盡量采取可行的措施減少系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的不利影響，并對(duì)排出的污染物提出合理的治理方案。 生產(chǎn)規(guī)模 本設(shè)計(jì)擬建產(chǎn)量為 20 萬(wàn)噸 /年的 丙烯 廠， 同時(shí)年產(chǎn) 萬(wàn)噸的高聚合度乙烯產(chǎn)品， 以滿足各個(gè)行業(yè)對(duì)其日益增長(zhǎng)的需求。 工 藝方案選擇 流程模擬說(shuō)明 在對(duì)整個(gè)工藝流程提出方案以后，我們要做的就是通過(guò)計(jì)算得出每一個(gè)設(shè)備、每一股物流的工藝參數(shù)。然而如果通過(guò)手算，這個(gè)工作量是相當(dāng)大的，而且似乎并不可靠，于是，我們決定讓計(jì)算機(jī)來(lái)做這一部分工作。我們選擇了當(dāng)前主流的化工模擬計(jì)算軟件 — aspen plus來(lái)模擬計(jì)算整個(gè)工藝過(guò)程。 我們要模擬的是由富含烯烴的混合 C4 烴催化裂解生產(chǎn)丙烯的整個(gè)工藝過(guò)程，實(shí)際生產(chǎn)中，這是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，但是由于條件 12 限制，而且軟件有其局限性，這就要求我們不得不做出一些合理的假設(shè)因?yàn)槲覀儽仨毷构ぷ鬟M(jìn)行下去 ，這些假設(shè)將在后面的陳述中一一說(shuō)明。 生產(chǎn)任務(wù) 我們的目標(biāo)是年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸丙烯，并聯(lián)產(chǎn)乙烯和丙烷，在保證產(chǎn)量和質(zhì)量的前提下，我們必須使產(chǎn)品的回收率達(dá)到 97%以上。 合成工段的模擬 模擬說(shuō)明及相關(guān)假設(shè) 混合 C4 烯烴催化裂解反應(yīng)非常復(fù)雜，而且其反應(yīng)機(jī)理尚無(wú)定論，我們無(wú)法得知其確切的反應(yīng)以及動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)。于是，我們決定根據(jù)任麗萍、趙國(guó)良、滕加偉、王仰東、謝在庫(kù)教授于 20xx 年發(fā)表的《 La修飾 ZSM 5 分子篩催化劑用于烯烴催化裂解制丙烯》一文中給出的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)收率反應(yīng)器模擬計(jì)算，我 們又根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)及報(bào)道，做出如下假設(shè)：○ 1C5+烴以己烯為模型；異丁烯不參與裂解；○ 2 烷烴的存在不影響裂解；○ 3 不生成丁烷；○ 4 正丁烯、順 2 丁烯和反2 丁烯裂解程度相同。 合成工段工藝參數(shù) 催化劑 目前，在已經(jīng)工業(yè)化，或者即將工業(yè)化的技術(shù)中，其催化劑有以下幾種，即：○ 1Superflex 工藝特制的流化床專用催化劑；○ 2OCP 13 工藝固定床專用催化劑；○ 3Propylur 工藝固定床 ZSM5 分子篩催化劑；○ 4Omega 工藝固定床絕熱反應(yīng)器專用分子篩催化劑。 Superflex 工藝、 OCP 工藝、 Propylur 工 藝、 Omega 工藝的關(guān)鍵技術(shù)我們是無(wú)法得知的，綜合考慮，只有選擇 ZSM5 分子篩催化劑才能使我們的工作進(jìn)行下去。 溫度 根據(jù)朱向?qū)W等于 20xx 年發(fā)表的《丁烯催化裂解制丙烯 / 乙烯反應(yīng)的熱力學(xué)研究》一文，我們得知反應(yīng)溫度在 550~620℃時(shí)烯烴具有較高的轉(zhuǎn)化率，并且丙烯具有較高選擇性。 操作壓力 根據(jù)朱向?qū)W等于 20xx 年發(fā)表的《丁烯催化裂解制丙烯 / 乙烯反應(yīng)的熱力學(xué)研究》一文，當(dāng)壓力在 MPa 時(shí) ,隨著壓力的升高，丙烯的平衡濃度有所增長(zhǎng)。 水蒸氣用量 水蒸氣的作用主要是稀釋劑和清焦，可提高烯 烴的轉(zhuǎn)化率，并且延長(zhǎng)設(shè)備壽命。但是過(guò)多使用水蒸氣又會(huì)造成生產(chǎn)成本急劇增加，并且給后續(xù)工段的分離帶來(lái)困難，同樣根據(jù)《丁烯催化裂解制丙烯 / 乙烯反應(yīng)的熱力學(xué)研究》一文，當(dāng)烴分壓在 左右時(shí)即可使其轉(zhuǎn)化率達(dá)到 40%以上。綜合考慮，我們決定每小時(shí)通入 2500KG 水蒸氣，其主要作用是清焦，兼顧稀釋劑的作用。 反應(yīng)器 我們已經(jīng)決定使用 ZSM5 分子篩催化劑，參考 Propylur 工藝， 14 我們決定使用列管式固定床反應(yīng)器，管程填充催化劑，殼程通入加熱介質(zhì)，維持反應(yīng)溫度。 空速 《丁烯催化裂解制丙烯 / 乙烯反應(yīng)的熱 力學(xué)研究》一文中指出，適當(dāng)提高進(jìn)料空速（ ~） h1 可提高丙烯的選擇性。 合成工段工藝參數(shù)初步確定之后我們又參考諸多文獻(xiàn)及工藝，最終做出如下決定： 表 31 Aspen Plus 流程模擬 合成工段物料衡算 Aspen plus 模擬合成工段示意圖如下 物料衡算列表如下 催化劑 溫度 壓力 水蒸氣用量 反應(yīng)器 空速 HZSM5 580℃ 2500KG/h 固定床列管式反應(yīng)器（外熱式） 15 表 32 Stream ID Feed C1out H1out Steam M1out H2out Reout 溫度 (℃ ) 25 300 295 580 550 壓力 (bar) 氣相分率 1 1 1 1 1 1 1 摩爾流率 (kmol/hr) 質(zhì)量流率 (kg/hr) 750000 75000 75000 75000 77500 77500 77500 MASS FLOW (kg/hr) C4H81 33450 33450 33450 33450 33450 C4H85 150 150 150 150 150 150 C4H82 C4H83 18480 18480 18480 18480 18480 C4H101 C4H102 4800 4800 4800 4800 4800 4800 C6H123 H2O 2500 2500 2500 2500 C3H62 C2H4 C3H8 MASS FRACTION C4H81 C4H85 C4H82 C4H83 C4H101 C4H102 C6H123 H2O 1 C3H62 C2H4 C3H8 16 預(yù)分離工段物料衡算 Aspen plus 模擬預(yù)分離工段流程圖如下： 物料衡算列表如下 表 33 Stream ID H3OUT H4OUT F1OUT1 F1OUT2 C2OUT H5OUT H6OUT 溫度 (℃ ) 300 40 40 40 25 5 壓力 (bar) 3 3 3 氣相分率 1 1 0 1 摩爾流率 (kmol/hr) 質(zhì)量流率 (kg/hr) 77500 77500 3 3 3 3 MASS FLOW (kg/hr) C4H81 C4H85 150 150 150 TRACE 150 150 150 C4H82 C4H83 C4H101 C4H102 4800 4800 4800 TRACE 4800 4800 4800 C6H123 TRACE H2O 2500 2500 17 C3H62 C2H4 C3H8 MASS FRACTION C4H81 33PPB C4H85 TRACE C4H82 22PPB C4H83 32PPB C4H101 12PPB C4H102 2PPB C6H123 TRACE H2O 1 C3H62 873PPB C2H4 907PPB C3H8 21PPB 表 34 Stream ID F2OUT1 F2OUT2 SEPOUT1 SEPOUT2 Temperature(℃ ) 5 5 5 5 Pressure(bar) 3 3 3 3 Vapor fraction 1 0 1 0 Mole flow (kmol/hr) Mass flow (kg/hr) C4H81 C4H85 150 TRACE 150 C4H82 TRACE C4H83 C4H101 TRACE C4H102 4800 TRACE 4800 C6H123 TRACE H2O C3H62 C2H4 C3H8 TRACE C4H81 8PPB 18 C4H85 TRACE C4H82 7PPB C4H83 9PPB C4H101 2PPB C4H102 TRACE C6H123 TRACE H2O 925PPM 1 C3H62 404PPB C2H4 646PPB C3H8 7PPB 分離工 段物料衡算 asnpen plus 模擬計(jì)算示意圖如下： 物料衡算列表如下： 表 35 Stream ID F2OUT1 SEPOUT1 SEPOUT2 C3OUT C2C3 C4 C4OUT Temperature (℃ ) 19 Pressure (bar) Vapor fraction Mole flow (kmol/hr) Mass flow (kg/hr) MASS FLOW (kg/hr) C4H81 C4H85 C4H82 C4H83 C4H101 C4H102 C6H123 C3H62 C2H4 C3H8 MASS FRACTION C4H81 11PPM 11PPM C4H85 245PPM 245PPB C4H82 40PPB 40PPB C4H83 257PPB C4H101 1PPM 1PPM C4H102 16PPM 16PPM 20 C6H123 H2O 925PPM 1 C3H62 100PPM C2H4 C3H8 45PPM 表 36 Stream ID C2H4 BX+BW PUOUT BX BW+BX BX2 BW Temperature(℃ ) Pressure(bar) Vapor fraction Mole flow (kmol/hr) Mass flow (kg/hr) MASS FLOW (kg/hr) C4H81 C4H85 C4H82 C4H83 C4H101 C4H102 C6H123 H2O C3H62 C2H4 C3H8 MA