设计题目

60万/吨年MTO烯烃分离工段工艺设计

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一、选题的来源、目的、意义和基本内容

课题来源：自拟

选题目的意义：

本课题的目的是完成60万吨/年MTO烯烃分离工段工艺设计。甲醇制烯烃路线是以石油化工原料制备乙烯和丙烯的替代路线,是以煤或天然气为主要原料,经合成气转化为甲醇,然后再转化为烯烃的路线。以往的烯烃生产严重依赖石油。中国石油和天然气资源短缺，而煤炭资源储量世界第三，生物质资源丰富。因此发展甲醇替代石油路线烯烃生产技术有重要意义。

基本内容：

1.对国内外MTO工艺作深入调查，写出调研报告；  

2.明确设计内容及意义，制定设计计划，完成设计开题报告；

3.确定MTO工艺流程；

4.确定总体方案、设备型式；

5.系统物料平衡计算；

6.系统能量平衡计算；

7.设备工艺尺寸计算；

8.绘制装置工艺流程图、车间平面布置图；

9.按要求编写毕业设计说明书。

二、国内外研究综述

我国是一个多煤少油的国家，石油剩余可采储量仅占世界剩余可采储量l.8％。利用我国丰富的煤炭资源，采用国际上先进的甲醇制烯烃技术，生产出以往只能利用天然气或油作为原料的聚烯烃产品就是一项解决我国能源需求的有力措施。如果在较大的范围内推广煤化工项目，无疑将对我国能源结构调整产生非常深远的影响。

除了现行的石脑油裂解法生产烯烃的工艺外，世界上许多石油公司和科研单位都致力于研究、开发非石油资源合成低碳烯烃的技术路线，并取得一些重大进展。

天 然 气 （ 甲 烷 氧 化 偶 联 一 步 法 ） 制 乙 烯 ， 其 催 化 反 应 原 理 为2CH4+O2→C2H4+2H2O，最新专利显示乙烯的质量收率最高才达到 26.83％，不到其理论质量收率的三分之一，且副产物的气体分离也相当困难， 本项 OCM 技术在相当一段时间内难以实现工业化。

合成气制乙烯路线，3CO+3H2→C2H4+CO2+H2O，乙烯理论质量收率只有 31.1％ ，加之产品分布受链增长依批数递减的摩尔分布规律的限制,想要高选择性地得到低碳烯烃有相当的难度，近期难以实现工业化。

而甲醇制烯烃（MTO/MTP）工艺不仅技术日趋成熟，完成了工业性试验，目前该项目国内外有多家公司已经投产或建设中。这也已经成为发展煤制烯烃取代石油途径的典型代表。

图 1-1 Lurgi MTP 工艺流程示意图

MTP 工艺是 Lurgi 公司基于改性 ZSM-5 催化剂开发的将甲醇转化为丙烯的工艺。 Lurgi 公司从 20 世纪 90 年代开始研究 MTP 工艺，采用固定床反应器，2001 年在挪威 Tieldbergolden 的 Statoil 工厂建设了 MTP 工艺示范装置，截至 2004 年 3 月已运行11000 小时，催化剂测试时间大于 7000 小时，为大型工业化设计取得了大量数据。 2004 年 Lurgi 公司与伊朗国家石化公司签订 10 万 t/a 规模 MTP 装置的专利合同。

图 1-2 UOP/HydroMTO烯烃分离工段工艺示意图

如图，全流程可分为反应再生部分和反应气分离部分。首先为了优化烯烃产率，在反应器前设置了分配器控制甲醇和水的分配。 在甲醇制烯烃反应过程中放出大量的热同时产生大量蒸汽，设置有蒸汽利用装置，这样可以回收大量热能，失效的催化剂被送回流化床再生器中燃炭再生，之后重返流化床反应器。反应温度在 400~500℃ 范围内，反应压力为 0.3MPa 左右。生成的二甲醚和未反应的甲醇等氧化物由氧化物回收单元送回反应器对 SAPO-34 进行流化，充分利用生成的二甲醚和未反应的甲醇将其转化为低碳烯烃。然后气体产物经压缩、脱 CO2、脱水，最后得到乙烯丙烯产品。

目前，欧洲化学技术公司采用 UOP/Hydro 公司的 MTO 技术在尼日利亚建设 1 套 80 万 t/a（乙烯和丙烯各 40 万 t/a）甲醇制烯烃项目。

图 1-3 DMTO 工艺流程示意图

如图，DMTO 工艺流程前部分使甲醇转化为低碳烯烃，总体流程与催化裂化装置相似，包括反应再生、急冷分馏、气体压缩、烟气能量利用和回收、反应取热和再生取热等部分。后部系统为烯烃的精制分离部分，包括碱洗、干燥、压缩、制冷、高/低压脱丙烷塔、脱甲烷塔、脱乙烷塔、乙炔转化器、乙烯精馏塔、丙烯精馏塔及脱丁烷塔等。根据对目的低碳烯烃产品是化学级还是聚合级的不同，流程可适当改变。整个 DMTO 生产装置大约有 100 多台件反应器、再生器、塔器、压缩机、主风机、容器、机泵、换热器、加热炉等。

三、参考文献

[1] 朱开宏译.化工计算手册.第三版.北京:中国石化出版社,2005

[2] 陈滨.乙烯工学.北京:化学工业出版社,1997

[3] 王志魁.化工原理.第三版.北京:化学工业出版社,2004

[4] 中国石油化工上海工程有限公司.化工工艺计算手册.第四版.北京:化学工业出版社,2009

[5] 贾绍义,柴诚敬.化工原理课程设计.天津:天津大学出版社,2008

[6] 黄英,王艳丽.化工过程开发与设计.北京:化学工业出版社,2008

[7] 陆德民.石油化工自动控制设计手册.第三版.北京:化学工业出版社,2000

[8] 陈英南,刘玉兰.常用化工单元设备的设计.上海:华东理工大学出版社,2005

[9] 陈新志,蔡振云,胡望明.化工热力学.第二版.北京:化学工业出版社,2005

[10] 冯霄.化工节能原理与技术.第二版.北京:化学工业出版社,2003

[11] 胡浩.甲醇制烯烃（MTO）催化反应工程的研究[D].华东理工大学,2010

[12] 吕志辉.甲醇制低碳烯烃(DMTO)项目介绍[J].中国经贸导刊,2008,(13)

[13] Q.Chen, B.V.Vora, et al. Most recent developments in ethylene and propylene production from natural gas using the UOP/Hydro MTO process[C].Proceedings of the 7th Natural Gas Conversion Symposium, June 6-10 2004

[14] 刘中民,齐越.甲醇制取低碳烯烃(DMTO)技术的研究开发及工业性试验[J].中国科学院院刊,2006,(05)

[15] 曹湘洪.重视甲醇制乙烯丙烯的技术开发大力开拓天然气新用途[J].当代石油石化,2004,(12)

[16] 李晨,李继霞,李俊,于海斌.甲醇制烯烃工业化发展进程及现状[J].化工进展,2010,(S1)

四、毕业设计所使用的方法

通过上网查找资料、文献，采用UOP和Norsk Hydro两公司合作开发的UOP/Hydro的MTO工艺，以甲醇和/二甲醚为原料，经催化转化制取基本化工原料乙烯、丙烯等低碳烯烃，年处理量为60万吨。

五、 指导教师指导意见

请指导老师手工填写

                 指导教师签名：                      年    月   日

六、系毕业设计领导小组审核意见

领导小组组长签名：                 年    月   日