60万吨/年MTO烯烃分离工段工艺设计
摘要：本设计针对年产60万吨MTO烯烃分离工段进行工艺设计。首先，根据分离要求对全工段进行物料衡算和热量衡算。其次，根据物料衡算和相关数据，主要对脱乙烯塔进行工艺设计，包括回流比、塔板数、塔径、塔高、塔板性能、操作弹性等，。并对其进行强度校核，画出塔板负荷性能图。在此基础上，运用AutoCAD绘制分离工段带控制点的工艺流程图和脱乙烯塔设备装配图。
关键词：乙烯；物料衡算；热量衡算；脱乙烯塔；设计；
1绪论
乙烯是全球消费量最大、最重要的基础有机化工原料，其主要下游产品有聚乙烯、环氧乙烷、乙二醇、聚氯乙烯和苯乙烯等。丙烯的全球消费量仅次于乙烯，主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷、苯酚丙酮等基本有机原料。我国的工业发展对低碳烯烃的需求日渐攀升，供需矛盾也将日益突出。迄今为止，通过石脑油的裂解仍然是制取低碳烯烃的主要途径。随着世界石油的价格起伏大，资源日趋短缺的形势日益加剧，我国的烯烃工业面临严峻考验。
我国石油、天然气资源紧缺，而煤炭资源相对丰富。适当发展煤制烯烃产业，获得替代石油的基础化工原料，进一步延伸产业链，提高产品的附加值，具有良好的发展前景，对保障我国能源安全和经济的可持续发展具有重要意义。
1.1乙烯简介
1.1.1乙烯的性质
乙烯涉及很多方面，是重要的有机化工基本原料，主要用于生产聚乙烯、氯乙烯及聚氯乙烯，乙苯、苯乙烯及聚苯乙烯以及乙丙橡胶等，是本项目的主要产品之一。
（1） 物理性质
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中文名称 |
乙烯 |
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英文名称 |
ethylene |
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CAS号 |
74-85-1 |
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分子式 |
C2H4 |
结构简式 |
CH2=CH2 |
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相对分子质量 |
28.06 |
外观和性状 |
无色气体，略具烃类特有的臭味，易燃 |
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引燃温度 |
425℃ |
禁配物 |
强氧化剂、卤素 |
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密度 |
相对密度(水=1) 0.61，相对蒸气密度(空气=1)0.98 |
沸点 |
-103.9℃ |
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熔点 |
-169.4℃ |
爆炸极限 |
蒸汽与空气混合物2.7%～36.0%（体积比） |
（2） 化学性质
乙烯乙烯是由两个碳原子和四个氢原子组成的化合物。两个碳原子之间以双键连接。乙烯是合成纤维、合成橡胶、合成塑料（聚乙烯及聚氯乙烯）、合成乙醇（酒精）的基本化工原料，也用于制造氯乙烯、苯乙烯、环氧乙烷、醋酸、乙醛、乙醇和炸药等，尚可用作水果和蔬菜的催熟剂，是一种已证实的植物激素。
1.1.2乙烯的用途
乙烯是重要的有机化工基本原料，主要用于生产聚乙烯、乙丙橡胶、聚氯乙烯等.
石油化工最基本原料之一。在合成材料方面，大量用于生产聚乙烯、氯乙烯及聚氯乙烯，乙苯、苯乙烯及聚苯乙烯以及乙丙橡胶等；在有机合成方面，广泛用于合成乙醇、环氧乙烷及乙二醇、乙醛、乙酸、丙醛、丙酸及其衍生物等多种基本有机合成原料；经卤化，可制氯代乙烯、氯代乙烷、溴代乙烷；经齐聚可制α-烯烃，进而生产高级醇、烷基苯等。主要用作石化企业分析仪器的标准气.
1.2丙烯简介
1.2.1丙烯的性质
丙烯，是非常重要的有机化合物的基本原料，主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、异丙醇、丙酮和环氧丙烷等，是本项目的主要产品。
丙烯的主要物理性质见下表:
表1-1丙烯的物理性质
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中文名称 |
丙烯 |
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英文名称 |
Propylene |
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CAS号 |
115-07-1 |
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分子式 |
CH2=CHCH3 |
分子量 |
42.081 |
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熔点 |
-185.2℃ |
沸点 |
-47.4℃ |
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气体密度 |
1.7855kg/m3 |
饱和蒸汽压 |
75.86Kpa |
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相对密度 |
1.48 |
闪点 |
-108℃ |
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燃烧界限 |
2%-11% |
燃烧热 |
2217.8KJ/mol |
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溶解度 |
不溶于水 |
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外观 |
无色、无臭、有甜味的气体 |
（2）化学性质
丙烯遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。与铁、锡、铝的无水氯化物，铁、铝的过氧化物以及碱金属氢氧化物等催化剂的活性表面接触能聚合放热，使容器爆破。遇氨水、氯磺酸、盐酸、氟化氢、硝酸、硫酸、发烟硫酸猛烈反应，有爆炸危险。
丙烯除了在烯键上起反应外，还可在甲基上起反应。丙烯在酸性催化剂(硫酸、无水氢氟酸等)存在下聚合，生成二聚体、三聚体和四聚体的混合物，可用作高辛烷值燃料。在齐格勒催化剂存在下丙烯聚合生成聚丙烯。丙烯与乙烯共聚生成乙丙橡胶。丙烯与硫酸起加成反应，生成异丙基硫酸，后者水解生成异丙醇：丙烯与氯和水起加成反应，生成1-氯-2-丙醇，后者与碱反应生成环氧丙烷，加水生成丙二醇：丙烯在酸性催化剂存在下与苯反应，生成异丙苯，它是合成苯酚和丙酮的原料。丙烯在酸性催化剂（硫酸、氢氟酸等）存在下，可与异丁烷发生烃基化反应，生成的支链烷烃可用作高辛烷值燃料。丙烯在催化剂存在下与氨和空气中的氧起氨氧化反应，生成丙烯腈，它是合成塑料、橡胶、纤维等高聚物的原料。丙烯在高温下氯化，生成烯丙基氯CH2=CHCH2Cl，它是合成甘油的原料。
1.2.2丙烯的用途
丙烯是仅次于乙烯的一种重要有机石油化工基本原料，可用以生产多种重要有机化工原料，如丙烯腈、环氧丙烷、异丙苯、环氧氯烷、异丙醇、丙三醇、丙酮、丁醇、辛醇、丙烯醛、丙烯酸、丙烯醇、丙酮、甘油、聚丙烯等；在炼油工业上是制取叠合汽油的原料；还可以生成合成树脂、合成纤维、合成橡胶及多种精细化学品等。可用于环保、医学科学和基础研究等领域。还可用于制丙烯腈、环氧丙烷、丙酮等其他用途还包括烷基化油、催化叠合和二聚，高辛烷值汽油调合料等。
1.3 MTO烯烃生产工艺及分离流程确定
1.3.1 生产工艺选择
有关数据和文献表明，发展甲醇制烯烃项目相对于石脑油裂解有绝对的经济优势和原料供应保证优势。UOP/Hydro 公司开发的甲醇制烯烃技术还具有以下特点：
①可用粗甲醇作原料，从而有效降低成本；
②通过控制催化剂成分结构和反应温度，可灵活调节丙烯和乙烯产出比，在0.75～1.5(质量比)范围内变化；
③甲醇几乎完全转化，选择性好，乙烯丙烯的碳基质量收率达到80%左右，不易烧焦、强度好；
④反应条件不苛刻，压力100～300KPa，温度400～500 ℃； ⑤可长周期操作。
MTO工艺相对于DMTO或是DMTO-Ⅱ工艺来说有很大的相似性。但具体到催化剂、烯烃分离工段，又各有特点。就经济性来说，DMTO稍具优势，主要因为其催化剂费用和专利费较低；但是MTO工艺路线相对较短，且就中试装置连续稳定运行时间以及工业化水平规模来看，MTO技术更显得成熟。
考虑到副产物混合碳四的综合利用，最终选择UOP/Hydro 公司的MTO+OCP工艺路线。催化剂选择以SAPO-34分子筛基础的MTO-100型号。甲醇制烯烃反应为强放热反应，以及催化剂需要再生使用，而流化床反应器具有传热性能好，床层具有流动性等特点。因此循环式流化床反应器是MTO工艺的最佳选择。
1.3.2 MTO烯烃分离工段工艺选择
MTO分离流程也不单一，比如Lummus分离工艺，上海惠生工程公司的惠生分离工艺，北京石化工程公司(SEI)分离工艺，大连化物所DMTO-Ⅱ技术高/低压脱丙烷工艺以及UOP分离工艺。这些在实际生产中均有应用。
UOP公司的MTO分离流程主要特点如下：
(1)采用前脱乙烷流程，减少脱甲烷塔进料和制冷设备，节约能源；
(2)增加了脱甲烷塔顶产品中的乙烯含量，提高了脱甲烷塔塔顶的温度(高于-45 ℃)，避免采用乙烯冷量。
(3)将含甲烷和轻烯烃馏分部分返回至转化反应区，甲烷取代水作为稀释剂，从而减少了水对催化剂稳定性及寿命的不利影响。
本次设计采用UOP分离工艺。
1.3.3工艺流程详述
与原料换热后的混合气进入压缩区。压缩区由 MTO 产品压缩机，级间吸入罐和级间冷却器组成。MTO 产品压缩机是四级离心压缩机。经过压缩后的混合气在某 种条件下进入碱洗塔以脱除 MTO 气相产品中的二氧化碳产物。碱洗塔有三股碱液回 流和一股水回流来脱除残余的碱。碱洗区包括补充碱和水的中间罐和注入泵。废碱脱 气后送出界区处理。二氧化碳脱除后，MTO 气相产品被冷却然后送入干燥区。MTO 的气体产物需干燥处理，为下游的低温工段做准备。干燥器用分子筛脱水。干燥后的 反应气进过深冷后送入分馏区的脱乙烷塔。
