【正文】 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。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。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。丙烷原料價格對生產(chǎn)成本影響較大,只有當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。第三,是對于丙烯供應(yīng)不足的衍生物生產(chǎn)廠,可購進成本較低的丙烷生產(chǎn)丙烯,免除運輸與儲存丙烯的高成本支出。丙烷脫氫技術(shù)具有3大優(yōu)勢:首先,是進料單一,產(chǎn)品單一(主要是丙烯)。近年開發(fā)的自動歧化技術(shù),不用或用少量乙烯,應(yīng)用前景看好。 　　烯烴歧化工藝可應(yīng)用于石腦油蒸汽裂解裝置增產(chǎn)丙烯,投資增加不多,即可提高石腦油裂解裝置的丙烯/乙烯產(chǎn)量比,但缺點是每生產(chǎn)1t丙烯,因此只有在丙烯價格高于乙烯價格、乙烯產(chǎn)量過剩時才是經(jīng)濟可行的。 （3）烯烴歧化制丙烯工藝技術(shù) 　　烯烴歧化技術(shù)多年以前已經(jīng)開發(fā)成功,只是因為近年來一些地區(qū)丙烯價格逐步走高,這一技術(shù)又重新引起了人們的重視。流化床工藝流程相對復(fù)雜,適于建設(shè)大規(guī)模生產(chǎn)裝置,可以納入烯烴聯(lián)合裝置,也可以單獨建立裝置。 烯烴裂解工藝,從投資費用、生產(chǎn)成本與綜合收益來看,均是最具吸引力的工藝。我國煉油工業(yè)催化裂化加工能力大、摻渣比高,造成汽油中烯烴含量高,開發(fā)應(yīng)用增產(chǎn)丙烯的FCC工藝技術(shù),在提高油品質(zhì)量的同時,為下游提供更多的低碳烯烴,具有良好的市場前景。 丙烯的生產(chǎn)工藝（1）增產(chǎn)丙烯的FCC工藝技術(shù) 與傳統(tǒng)的FCC相比,這類工藝技術(shù)操作條件更為苛刻,要求反應(yīng)溫度、劑油比更高,催化時間更短。不溶于水，溶于有機溶劑，是一種屬低毒類物質(zhì)。(20/4℃)，℃，℃。該方法目前已經(jīng)被淘汰。 油吸收法油吸收法是利用裂解氣中各組分在某種吸收劑中的溶解度不同，用吸收劑吸收除甲烷和氫氣以外的其它組分，然后用精餾的方法，把各組分從吸收劑中逐一分離。每個單元所處的位置不同，可以構(gòu)成不同的流程。深冷分離的任務(wù)就是根據(jù)裂解氣中各低碳烴相對揮發(fā)度的不同，用精餾的方法逐一進行分離，最后獲得純度符合要求丙烯產(chǎn)品。宜于加工精度高的大工業(yè)生產(chǎn)。然后利用裂解氣中各種烴類的相對揮發(fā)度不同，在合適的溫度和壓力下，以精餾的方法將各組分分離開來，達到分離的目的。 裂解氣的凈化與分離工業(yè)生產(chǎn)上采用的裂解氣分離方法，主要有深冷分離和油吸收精餾分離兩種。發(fā)展煉油廠氣加工的前提是要對煉廠氣先分離后利用。（5）煉廠氣加工原油一次加工和二次加工的各生產(chǎn)裝置都有氣體產(chǎn)出，總稱為煉廠氣，就組成而言，主要有氫、甲烷、由2個碳原子組成的乙烷和乙烯、由3個碳原子組成的丙烷和丙烯、由4個碳原子組成的丁烷和丁烯等。延遲焦化的主要操作條件是：原料加熱后溫度約500℃， 焦炭塔在稍許正壓下操作。　　它是在較長反應(yīng)時間下，使原料深度裂化，以生產(chǎn)固體石油焦炭為主要目的，同時獲得氣體和液體產(chǎn)物。加氫裂化由于有氫存在，原料轉(zhuǎn)化的焦炭少，可除去有害的含硫、氮、氧的化合物，操作靈活，可按產(chǎn)品需求調(diào)整。重整的工藝過程可分為原料預(yù)處理和重整兩部分。如果以80180℃餾分為原料，產(chǎn)品為高辛烷值汽油；如果以60165℃餾分為原料油，產(chǎn)品主要是苯、甲苯、二甲苯等芳烴，重整過程副產(chǎn)氫氣，可作為煉油廠加氫操作的氫源。催化裂化操作條件的改變或原料波動，可使產(chǎn)品組成出現(xiàn)變化。催化裂化所得的產(chǎn)物經(jīng)分餾后可得到氣體、汽油、柴油和重質(zhì)餾分油。原料主要是原油蒸餾或其他煉油裝置的350540℃餾分的重質(zhì)油。包括三個工序：原油的脫鹽、脫水 ；常壓蒸餾；減壓蒸餾。原料油在蒸餾塔里按蒸發(fā)能力分成沸點范圍不同的油品（稱為餾分），這些油有的經(jīng)調(diào)合、加添加劑后以產(chǎn)品形式出廠，相當大的部分是后續(xù)加工裝置的原料。以現(xiàn)在中國每天進口200萬桶石油計算，如果國際油價每桶上漲5美元，那么中國每天就要多支付1000萬美元，直接導(dǎo)致國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP），石油對我國經(jīng)濟的重要性已被提高到戰(zhàn)略高度加以重視。在我國，由于前幾次石油危機爆發(fā)時經(jīng)濟對外開放程度還不高，因而影響不大。 石油危機對國民經(jīng)濟的打擊是非?？膳碌?。石油的流動改變著世界政治經(jīng)濟的格局，只要沒有一種新的燃料能取代石油，國際間石油的爭奪就不會停止。通過化工過程，可制得合成纖維、合成橡膠、塑料、農(nóng)藥、化肥、醫(yī)藥、油漆、合成洗滌劑等。6萬噸/年丙烯分離工段設(shè)計畢業(yè)論文目 錄第一章 緒論 1 石油 1 煉油過程 1 裂解氣的凈化與分離 3 深冷分離 3 油吸收法 3 丙烯 4 丙烯的性質(zhì) 4 丙烯的生產(chǎn)工藝 4 丙烯塔 6 丙烯作用 7 設(shè)計內(nèi)容 7第二章 物料衡算 9 裂解氣組成 9 本章小結(jié) 10第三章 主體設(shè)備丙烯塔工藝計算 11 原始數(shù)據(jù) 11 物料衡算 11 丙烯精餾塔塔頂，塔底及進料溫度的確定 12 最小回流比和塔板數(shù)粗算 13 最小回流比 13 簡捷法求取精餾塔塔板數(shù) 14 本章小結(jié) 15第四章 ASPENPLUS軟件模擬 16 丙烯單塔過程模擬及計算結(jié)果 16 丙烯全流程模擬及計算結(jié)果 27 分析 32 本章小結(jié) 32第五章 塔設(shè)備參數(shù)的計算 33 浮閥塔的設(shè)計計算 33 精餾段： 33 提餾段： 42 塔頂冷凝器： 51 塔底再沸器： 56 主要設(shè)備選型： 59 接管： 59 筒體壁厚： 61 封頭： 61 裙座： 61 塔盤結(jié)構(gòu)： 62 塔主體： 62 除沫器： 62 塔高 62 工藝設(shè)計結(jié)果表 63 本章小結(jié) 65第六章 結(jié)論 66 結(jié)果 66 討論 67 展望 67 結(jié)語 67附錄 68致謝 79第一章 緒論 石油 石油主要成分為甲烷，同時含有少量的乙烷和丙烷以及一氧化碳、氮氣等。通過對石油的煉制可得到汽油、煤油、柴油等燃料以及各種機器的潤滑劑、氣態(tài)烴。因此，石油被廣泛運用于交通運輸、石化等各行各業(yè)，被稱為經(jīng)濟乃至整個社會的“黑色黃金”、“經(jīng)濟血液”。不可否認，上個世紀海灣地區(qū)爆發(fā)的幾次戰(zhàn)爭，石油是其背后的重要動因。1973年第一次石油危機使美國經(jīng)濟“縮水”1/3，%%，%%；20世紀80年代初的第二次石油危機則使美、%%。但隨著我國經(jīng)濟與世界市場聯(lián)系的日益緊密，我國對石油的敏感度越來越高。 煉油過程（1）常壓蒸餾和減壓蒸餾　　常壓蒸餾和減壓蒸餾習(xí)慣上合稱常減壓蒸餾，常減壓蒸餾基本屬物理過程。因此，常減壓蒸餾又被稱為原油的一次加工。（2）催化裂化　　催化裂化是在熱裂化工藝上發(fā)展起來的，是提高原油加工深度，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)汽油、柴油最重要的工藝操作。催化裂化工藝由三部分組成：原料油催化裂化、催化劑再生、產(chǎn)物分離。部分重質(zhì)油返回反應(yīng)器繼續(xù)加工稱為回?zé)捰?。?）催化重整　　催化重整（簡稱重整）是在催化劑和氫氣存在下，將常壓蒸餾所得的輕汽油轉(zhuǎn)化成含芳烴較高的重整汽油的過程。重整的反應(yīng)條件是：反應(yīng)溫度為490525℃，反應(yīng)壓力為12兆帕。（4） 加氫裂化　　加氫裂化過程是在高壓、氫氣存在下進行，需要催化劑，把重質(zhì)原料轉(zhuǎn)化成汽油、煤油、柴油和潤滑油。產(chǎn)品收率較高，而且質(zhì)量好。延遲焦化用的原料主要是高沸點的渣油。改變原料和操作條件可以調(diào)整汽油、柴油、裂化原料油、焦炭的比例。它們的主要用途是作為生產(chǎn)汽油的原料和石油化工原料以及生產(chǎn)氫氣和氨。煉廠氣經(jīng)分離作化工原料的比重增加，如分出較純的乙烯可作乙苯；分出較純的丙烯可作聚丙烯等。 深冷分離深冷分離是在100℃左右的低溫下，將裂解氣中除了氫和甲烷以外的其它烴類全部冷凝下來。特點：經(jīng)濟技術(shù)指標先進，產(chǎn)品純度高，分離效果好，但投資較大，流程復(fù)雜，動力設(shè)備較多，需要大量的耐低溫合金鋼。裂解氣經(jīng)壓縮和制冷、凈化過程為深冷分離創(chuàng)造了條件—高壓、低溫、凈化。 裂解氣深冷分離工藝流程，包括許多個操作單元。目前具有代表性三種分離流程是：順序分離流程，前脫乙烷分離流程和前脫丙烷分離流程。特點：方法流程簡單，動力設(shè)備少，投資少，但技術(shù)經(jīng)濟指標和產(chǎn)品純度差。 圖1—1 裂解氣凈化與分離的工藝流程 丙烯 丙烯的性質(zhì) 丙烯（propylene,CH2=CHCH3）常溫下為無色、無臭、稍帶有甜味的氣體。易燃，爆炸極限為2%～11%。丙烯是三大合成材料的基本原料，主要用于生產(chǎn)丙烯晴、異丙烯、丙酮和環(huán)氧丙烷等。運用這些技術(shù),雖然汽油收率會受到一定影響,但汽油中的烯烴含量降低,質(zhì)量得以提高,丙烯的產(chǎn)量比傳統(tǒng)FCC高2～4倍。 （2）低碳烯烴裂解制丙烯工藝技術(shù) 低碳烯烴裂解是將C48烯烴在催化劑作用下轉(zhuǎn)化為丙烯和乙烯的工藝,它不僅可以解決煉廠和石腦油裂解副產(chǎn)的C48的出路問題,又可以增產(chǎn)高附加值的乙烯、丙烯產(chǎn)品,成為近年研究較為活躍的領(lǐng)域。固定床工藝流程相對簡單,適于和現(xiàn)有蒸汽裂解結(jié)合。隨著我國一批大型乙烯裂解裝置的擴建與新建,C4+烯烴資源越來越豐富,對開發(fā)出自主知識產(chǎn)權(quán)的烯烴裂解技術(shù),解決C4+烯烴副產(chǎn)、增產(chǎn)高附加值丙烯需求迫切。它是一種通過烯烴碳碳雙鍵斷裂并重新轉(zhuǎn)換為烯烴產(chǎn)物的催化反應(yīng),目前以乙烯和2丁烯為原料歧化為丙烯的生產(chǎn)技術(shù)研究較為活躍,主要有ABB Lummus公司的OCT高溫催化劑工藝和法國石油研究院(IFP)的Meta4低溫催化劑工藝。另外歧化技術(shù)不能將異丁烯以及C58烯烴轉(zhuǎn)化為丙烯,應(yīng)用受到一定限制。（4）丙烷脫氫制丙烯工藝技術(shù) 　　丙烷脫氫是強吸熱過程,可在高溫和相對低壓下獲得合理的丙烯收率。其次,是生產(chǎn)成本只與丙烷密切相關(guān),而丙烷價格與石腦油價格、丙烯市場沒有直接的關(guān)聯(lián),這可以幫助丙烯衍生物生產(chǎn)商改進原料的成本結(jié)構(gòu),規(guī)避一些市場風(fēng)險。 與其它生產(chǎn)技術(shù)相比,獲得同等規(guī)模的丙烯產(chǎn)量,丙烷脫氫技術(shù)的基建投資相對較低,目前的經(jīng)濟規(guī)模是250kt/a。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。 （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。 　　MTO、MTP工藝可作為以石油為原料生產(chǎn)烯烴的替代或補充,與原油和石腦油價格相比,天然氣價格相對獨立,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。 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，極大的促進了中國丙烯需求量的快速增長。預(yù)計2010年，乙烯聯(lián)產(chǎn)丙烯的生產(chǎn)能力將達到約722萬噸/年，丙烯總生產(chǎn)能力將達到1080萬噸/年。%，丙烯資源供應(yīng)略微緊張。從當量需求來看，丙烯供需矛盾十分突出。預(yù)計到2010年，中國對丙烯的當量需求將達到1905萬噸，供需缺口將達到825萬噸，屆時還將有大量丙烯衍生物進口，中國丙烯開發(fā)利用前景的廣闊?！　∮捎诒榈南鄬]發(fā)度很小，彼此不易分離，要達到分離目的，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，也是運轉(zhuǎn)費和投資費較多的一個塔。 丙烯作用 用于制丙烯腈、環(huán)氧丙烷、丙酮、聚丙烯等。在齊格勒催化劑存在下丙烯聚合生成聚丙烯。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。 設(shè)計內(nèi)容 本文主要內(nèi)容是進行年產(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。 對主體丙烯塔進行工藝計算，由丙烯塔進料組成，操作壓力17. 4atm和希望得到的丙烯純度99. 6%，飽和液相進料，并按350天/年，24小時/天，以lOOkg/h為基準進料，采用清晰分割法，計算得到塔頂、塔底和進料的物料衡算結(jié)果。設(shè)出塔頂、塔底溫度和壓強，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)進行優(yōu)化，以確定K值、塔頂、塔底溫度和壓強、進料溫度、進料板位置和總塔板數(shù)。改變進料組成，進行彈性分析，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。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。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《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。因為年產(chǎn)6萬噸丙烯，則裂解氣的總量= =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%=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：%，則丙烯=6104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：%，則認為塔頂全為C4餾分=104噸/年塔底：裂解汽油=104噸/年分離流程物料衡算結(jié)果如下表 表21 裂解氣進入分離流程組分流量丙烯6104噸/年丙烷103噸/年C4餾分104噸/年裂解汽油104噸/年