年產(chǎn)60萬噸甲醇制乙烯裝置的設(shè)計(jì)-工藝計(jì)算

年產(chǎn)60萬噸甲醇制乙烯裝置的設(shè)計(jì)——工藝計(jì)算目錄1概述 31.1甲醇制乙烯的研究和生產(chǎn)概況 31.1.1MTP工藝 31.1.2MTO及DMTO工藝 41.2甲醇制低碳烯烴的原理 61.2.1主要化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 61.2.2氧內(nèi)鹽機(jī)理 71.2.3碳烯離子機(jī)理 71.2.4串聯(lián)型機(jī)理 71.2.5平行型機(jī)理 81.3設(shè)計(jì)任務(wù) 81.3.1設(shè)計(jì)要求 81.3.2設(shè)計(jì)內(nèi)容 91.4過程模擬計(jì)算簡(jiǎn)介 91.4.1AspenPlus模擬軟件 91.4.2AspenPlus軟件的使用 112工藝流程設(shè)計(jì) 132.1工藝流程設(shè)計(jì)概述 132.2反應(yīng)器 142.2.1甲醇轉(zhuǎn)化為烯烴的反應(yīng)特征 142.2.2反應(yīng)器及反應(yīng)條件的選擇 152.2.3物料衡算 162.2.4反應(yīng)器及再生器尺寸設(shè)計(jì)一覽表 172.3換熱器 182.3.1冷、熱物流熱狀況及換熱要求 182.3.2換熱器模擬計(jì)算結(jié)果 192.3.3換熱器E0101設(shè)計(jì)尺寸一覽表 202.4精餾塔 212.4.1精餾塔設(shè)計(jì)概述 212.4.2精餾塔簡(jiǎn)捷模擬計(jì)算 222.4.3精餾塔嚴(yán)格模擬計(jì)算 252.4.4T0201精餾塔設(shè)計(jì)參數(shù)及尺寸一覽表 302.4.5精餾塔模擬計(jì)算結(jié)果匯總 303工藝模擬計(jì)算結(jié)果 323.1物料及能量衡算一覽表 323.2產(chǎn)品產(chǎn)量及純度 384環(huán)境保護(hù)及安全防護(hù) 394.1安全防護(hù)措施及意義 394.2環(huán)境保護(hù)措施及意義 395總結(jié) 41參考文獻(xiàn) 42致謝 431概述1.1甲醇制乙烯的研究和生產(chǎn)概況由煤經(jīng)合成氣制甲醇工藝和烯烴生產(chǎn)聚烯烴及其他下游產(chǎn)品的工藝已經(jīng)是成熟技術(shù)，甲醇制低碳烯烴工藝是煤制烯烴路線的關(guān)鍵技術(shù)，也是瓶頸技術(shù)[1]。目前國內(nèi)外具有代表性的甲醇制低碳烯烴工藝主要有MTO和MTP兩種。1.1.1MTP工藝甲醇制丙烯（MTP）工藝由德國Lurgi公司開發(fā)，以丙烯為主要產(chǎn)物，以大量汽油、液化石油氣和燃料氣為副產(chǎn)物。該工藝的主要裝置為三個(gè)絕熱固定床反應(yīng)器，其中兩個(gè)在線生產(chǎn)、一個(gè)在線再生，以及分離裝置。MTP工藝流程MTP工藝流程示意圖如下：圖1.1MTP工藝流程示意圖首先將甲醇脫水為二甲醚，然后甲醇、水、二甲醚混合物進(jìn)入第一個(gè)MTP反應(yīng)器，同時(shí)還補(bǔ)充適量的水蒸氣。反應(yīng)在400～450℃、0.13～0.16MPa下進(jìn)行,水蒸汽補(bǔ)充量為0.5～1.0kg/kg甲醇。此時(shí)甲醇和二甲醚的轉(zhuǎn)化率為99%以上,丙烯為烴類中的主要產(chǎn)物。為獲得最大的丙烯收率,還附加了第二個(gè)MTP反應(yīng)器。反應(yīng)出口物料經(jīng)冷卻,并將氣體、有機(jī)液體和水分離。其中氣體先經(jīng)壓縮,并通過常用方法將痕量水、CO2和二甲醚分離。然后,清潔氣體進(jìn)一步加工得到純度大于97%的化學(xué)級(jí)丙烯。不同烯烴含量的物料返至合成回路作為附加的丙烯來源。為避免惰性物料的累積,需將少量輕烴和C4/C5餾分適當(dāng)放空。汽油也是本工藝的副產(chǎn)物,水可作為工藝發(fā)生蒸汽,而過量水則可在作專用處理后供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用[2]。MTP工藝催化劑Lurgi公司開發(fā)的固定床MTP工藝,雖沒有披露其詳細(xì)催化劑制備方法,但最新報(bào)道稱是由德國南方化學(xué)公司(SdChemie)提供的專用沸石催化劑。并稱該催化劑不但對(duì)丙烯具高選擇性，而且可在接近反應(yīng)溫度和壓力下用氧含量達(dá)21%的氮?dú)饩偷卦偕鶾3]。1.1.2MTO及DMTO工藝最早提出MTO(甲醇制烯烴)的是Mobil公司,該公司在實(shí)現(xiàn)了MTG(甲醇制汽油)的工業(yè)化后,考慮到固定床在溫度場(chǎng)及傳熱方面的弱點(diǎn),在1986年與德國Uhde及URBK兩公司合作進(jìn)行了密相流化床反應(yīng)器的MTG試驗(yàn),取得了流化床優(yōu)于固定床的結(jié)果。在此之后,又在該裝置上進(jìn)行了MTO試驗(yàn)；但其目標(biāo)仍是液體燃料，即MOGD[甲醇-烯烴(烴齊聚)-汽油及中間餾分油]。當(dāng)時(shí)原油價(jià)格的疲軟使得MTG流化床反應(yīng)器與MOGD工藝均未能工業(yè)化；此后,研究人員把目標(biāo)轉(zhuǎn)向取得烯烴,并主要致力于提高選擇性并解決催化劑的穩(wěn)定性和壽命,取得了突破性的進(jìn)展。1996年初,美國UOP與挪威NorskHydro合作完成了甲醇進(jìn)料量為0.5t/d的中間試驗(yàn),采用磷酸硅鋁分子篩,可能是SAPO-34(其孔口直徑小于ZSM-5而不容大分子逸出,其表面酸度亦弱于后者而不利于鏈增長(zhǎng)及飽和反應(yīng))，在350-500攝氏度，0.1-0.5MPa的條件下,使用流化床反應(yīng)器,產(chǎn)品三烯的碳收率在90%以上,且乙烯/丙烯比例可在1.5/1—0.75/1的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果提出的超大裝置反應(yīng)進(jìn)出物料流量，對(duì)原料甲醇而言,三烯達(dá)到理論收率的91.14%,加上也有利用價(jià)值的C5烯則達(dá)到93.55%,生焦率不到2.9%。2004年8月，中科院大連化學(xué)物理研究所、陜西新興煤化工科技發(fā)展有限責(zé)任公司和中國石化集團(tuán)洛陽化工程公司共同合作開發(fā)DMTO甲醇制烴技術(shù)，在陜西華縣建成世界第一套萬噸級(jí)甲醇制取低碳烴的DMTO工業(yè)化示范裝置，規(guī)模為1.67萬t/a.2006年8月，三方共同完成工業(yè)化試驗(yàn)，并通過成果鑒定。取得的技術(shù)指標(biāo)為：甲醇轉(zhuǎn)化率大于99.8%，目標(biāo)產(chǎn)品乙烯、丙烯選擇性大于78.71%，m(乙烯)：m（丙烯）=1，兩者比例關(guān)系可根據(jù)工藝參數(shù)調(diào)整，在1.5-1.8之間變換?？偟膩碚f，MTO工藝/DMTO工藝主要產(chǎn)物為乙烯和丙烯，該工藝的主要裝置為一個(gè)流化床反應(yīng)器，一個(gè)再生器，以及產(chǎn)品分離系統(tǒng)。MTO工藝流程MTO工藝流程示意圖如下：圖1.2MTO工藝流程示意圖甲醇經(jīng)換熱器汽化后與補(bǔ)充的新鮮催化劑、循環(huán)再生催化劑一起進(jìn)入流化床反應(yīng)器底部，在該反應(yīng)器內(nèi)甲醇接近100%地被轉(zhuǎn)化，生成低碳烯烴及其他副產(chǎn)物。失活的催化劑進(jìn)入再生器后，通入空氣燒去催化劑上的結(jié)碳，恢復(fù)活性后循環(huán)回反應(yīng)器內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定態(tài)[4]。反應(yīng)成成氣體經(jīng)冷卻后閃蒸，反應(yīng)生成的水被冷凝分離出來，分離進(jìn)入下一工序用堿洗脫除去其中的二氧化碳，然后再干燥脫出痕量的水。在產(chǎn)品分離系統(tǒng)中首先經(jīng)進(jìn)行預(yù)分離，CH4、C2H4、C2H6等輕組分作為塔頂流出液，進(jìn)入脫甲烷塔脫出甲烷后再進(jìn)入C2精餾塔將C2H4和C2H6分離，得到聚合級(jí)乙烯；C3H6、C3H8以及C4、C5組分作為塔釜液進(jìn)入丙烯精餾塔得到聚合級(jí)丙烯，丙烯精餾塔釜液再進(jìn)一步分離出C3H8和C4/C5。MTO工藝催化劑可用于甲醇制烯烴的催化制包括菱沸石、毛沸石、T沸石、ZK-5等。但研究表明這類小孔沸石雖然主產(chǎn)物是C2～C4直鏈烯烴,但受孔結(jié)構(gòu)限制,催化劑很快就積炭。中孔沸石,如HZSM-5對(duì)MTO反應(yīng)有較高活性,且失活速率明顯低于小孔沸石,但乙烯選擇性較差,而丙烯和C6芳烴收率較高。之后通過使用金屬雜原子對(duì)ZSM-5進(jìn)行改性,使烯烴選擇性有較大幅度的提高。MTO工藝催化劑取得突破性進(jìn)展的是UOP/Hydro公司開發(fā)的以SAPO-34為基礎(chǔ)的MTO-100催化劑。SAPO-34非沸石分子篩是1984年美國UCC研制的一種結(jié)晶磷硅鋁酸鹽,其結(jié)構(gòu)類似菱沸石,具有三維交叉孔道,孔徑為0.43nm,屬立方晶系,其強(qiáng)擇形的八元環(huán)通道可抑制芳烴的生成。另外,它的孔徑比ZSM-5小,但孔道密度大,可利用的比表面積多。所以,MTO的反應(yīng)速度又較快。再加上SAPO-34的良好熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性,這對(duì)流化床連續(xù)反應(yīng)再生操作十分重要[5]。專利中披露的SAPO-34詳細(xì)配制過程是采用水熱法直接合成。硅源、鋁源和磷源分別為硅溶膠、擬薄水鋁石和過磷酸。模板劑為四乙基氫氧化銨。按照關(guān)系式(0.5～10)R:(0.05～10)SiO2:(0.2～3)Al2O3:(0.2～3)P2O5:(20～200)H2O(R為模板劑)確定原料組成。在攪拌的同時(shí),將計(jì)量原料按一定順序混合,充分?jǐn)嚢璩赡z,裝入不銹鋼高壓釜中,封閉加熱到150～250℃,在自身壓力下,進(jìn)行恒溫晶化反應(yīng)。晶化完全后,將固體產(chǎn)物經(jīng)過濾或離心分離,水洗并干燥,即得到SAPO-34分子篩原粉。工業(yè)催化劑則以SAPO-34原粉為活性基質(zhì),再添加粘結(jié)劑和填充劑,并經(jīng)噴霧干燥成型,在適當(dāng)溫度下焙燒即可。通常SAPO-34在催化劑中含量為40%,高嶺土為40%,其反應(yīng)結(jié)果與100%SAPO-34粉末相同。近年來SAPO-34催化劑的改性主要是通過引入堿土金屬實(shí)現(xiàn)的。例如引入Sr,可使乙烯和丙烯總收率可達(dá)89.5%,乙烯與丙烯比高達(dá)2.3[6]。1.2甲醇制低碳烯烴的原理1.2.1主要化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)由甲醇轉(zhuǎn)化為烴類的反應(yīng)是一個(gè)十分復(fù)雜的反應(yīng)系統(tǒng),包括許多平行和順序反應(yīng)[7]。甲醇制乙烯和丙烯的化學(xué)反應(yīng)方程式和熱效應(yīng)為：2CH3OH→C2H4+2H2O△H=11.72KJ/mol,427℃3CH3OH→C3H6+3H2O△H=30.98KJ/mol,427℃一般認(rèn)為,MTO或MTP的反應(yīng)機(jī)理與甲醇制汽油的MTG工藝有相似之處,大致可以分為以下三個(gè)過程:(1)二甲醚(DME)的生成,進(jìn)而與甲醇同SAPO-34分子篩上酸性位作用生成甲氧基；（2）第一個(gè)C-C鍵的生成；(3)一次反應(yīng)的產(chǎn)物向更高的烯烴上的轉(zhuǎn)化[8]，即:甲醇首先脫水為二甲醚(DME),繼續(xù)脫水生成包括乙烯和丙烯在內(nèi)的低碳烯烴,少量低碳烯烴則以縮聚、環(huán)化、脫氫、烷基化、氫轉(zhuǎn)移等反應(yīng)、生成飽和烴、芳烴及高級(jí)烯烴等。有關(guān)催化反應(yīng)機(jī)理所研究已有綜述,其中代表性的理論如下:1.2.2氧內(nèi)鹽機(jī)理該機(jī)理認(rèn)為,甲醇脫水后得到的二甲醚與固體酸表面的質(zhì)子酸作用形成二甲基氧離子,之后又與另一個(gè)二甲醚反應(yīng)生成三甲基氧內(nèi)氧鹽。接著,脫質(zhì)子形成與催化劑表面相聚合的二甲基氧內(nèi)鹽物種。該物種或者經(jīng)分子內(nèi)的Stevens重排形成甲乙醚,或者是分子間甲基化形成乙基二甲基氧離子。兩者都通過-消除反應(yīng)生成乙烯。1.2.3碳烯離子機(jī)理在沸石催化劑酸、堿中心的協(xié)同作用下,甲醇經(jīng)-消除反應(yīng)脫水得到碳烯(CH2),然后通過碳烯聚合反應(yīng)或者是碳烯插入甲醇或二甲醚分子中即可形成烯烴。1.2.4串聯(lián)型機(jī)理該機(jī)理可用下式表示：式中來自甲醇，并通過多步加成生成各種烯烴。1.2.5平行型機(jī)理平行型機(jī)理示意圖如下：該機(jī)理是以SAPO-34為催化劑,以甲醇進(jìn)料的標(biāo)記和來自乙醇的乙烯標(biāo)記跟蹤而提出的。甲醇脫水生成烯烴的反應(yīng)機(jī)理至今尚未完全弄清,是首先生成乙烯,還是丙烯或是二者同時(shí)產(chǎn)生,都有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)證明,可能隨條件不同而異,這正是出現(xiàn)MTO和MTP兩種工藝水平的根據(jù)所在。1.3設(shè)計(jì)任務(wù)1.3.1設(shè)計(jì)要求原料：甲醇產(chǎn)品：聚合級(jí)乙烯（純度99.95%以上）聚合級(jí)丙烯（純度99.5%以上）設(shè)計(jì)規(guī)模：年產(chǎn)60萬噸聚合級(jí)乙烯和聚合級(jí)丙烯，按照300天開工計(jì)算，即7200h/a。1.3.2設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容：本設(shè)計(jì)工作是以甲醇制乙烯裝置為研究對(duì)象，以流化床反應(yīng)和烯烴分離系統(tǒng)主，建立工藝流程并進(jìn)行優(yōu)化，以MTO工藝操作條件為依據(jù)，并附屬設(shè)計(jì)各工段主要設(shè)備的尺寸結(jié)構(gòu)。（1）收集和匯總進(jìn)行AspenPlus軟件模擬計(jì)算所需要的各種物質(zhì)基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)；（2）設(shè)計(jì)工藝流程，用AspenPlus軟件對(duì)流程進(jìn)行模擬及優(yōu)化，確定裝置的操作條件和設(shè)備參數(shù)，為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；（3）依據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果，按照工程設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行各主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)工作，繪制設(shè)備裝置圖以及工藝流程圖。1.4過程模擬計(jì)算簡(jiǎn)介隨著計(jì)算技術(shù)和化工過程系統(tǒng)模型化技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)在化工過程開發(fā)中的地位得到了明顯提升,從最初的輔助計(jì)算、輔助設(shè)計(jì)發(fā)展到目前的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模擬、優(yōu)化、工藝改造和系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià),已經(jīng)部分取代了小試,甚至中試。計(jì)算機(jī)模擬已經(jīng)成為過程開發(fā)和設(shè)計(jì)中不可缺少的關(guān)鍵組成[9]。化工過程模擬技術(shù)是計(jì)算機(jī)化工應(yīng)用中最基礎(chǔ)、發(fā)展最為成熟的技術(shù)之一,化工過程模擬與實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)合是當(dāng)前最有效和最廉價(jià)的化工過程研究方法,它可以大大節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本,加快新產(chǎn)品和新工藝的開發(fā)過程?；み^程模擬可以用于完成化工過程及設(shè)備的計(jì)算、設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、操作模擬、尋優(yōu)分析和故障診斷等多種任務(wù)。當(dāng)前人們對(duì)對(duì)化工流程模擬技術(shù)的進(jìn)展、應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)的關(guān)注與日俱增[10]。本設(shè)計(jì)的工藝流程、操作條件及大部分設(shè)備的參數(shù)主要通過AspenPlus化工模擬軟件模擬計(jì)算來完成。1.4.1AspenPlus模擬軟件AspenPlus化工模擬系統(tǒng)是美國麻省理工學(xué)院于20世紀(jì)70年代后期研制開發(fā)的大型化工模擬軟件。由美國ASPENPLUS技術(shù)公司80年代初推向市場(chǎng)，該軟件經(jīng)過30年不斷地改進(jìn)、擴(kuò)充和提高，已先后推出了十多個(gè)版本，成為舉世公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)大型流程模擬軟件。它用嚴(yán)格和最新的計(jì)算方法，進(jìn)行單元和全過程的計(jì)算，為企業(yè)提供準(zhǔn)確的單元操作模型，還可以評(píng)價(jià)已有裝置的優(yōu)化操作或新建、改建裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)，用戶還能夠在工藝計(jì)算的同時(shí)估算基建費(fèi)用和操作費(fèi)用進(jìn)行過程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。目前這套系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于化工、煉油、石油化工、煤炭、冶金、環(huán)保、動(dòng)力、節(jié)能、醫(yī)藥、食品等許多工業(yè)領(lǐng)域[11]。目前，我國大型石油化工公司、高校、設(shè)計(jì)院等已引進(jìn)多套該模擬軟件。AspenPlus是基于穩(wěn)態(tài)化工模擬、優(yōu)化、靈敏度分析和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的大型化工流程軟件。它為用戶提供了一套完整的單元操作模型，用于模擬各種操作過程，從單元操作到整個(gè)工藝流程的模擬。AspenPlus主要由三個(gè)部分組成，簡(jiǎn)述如下：（1）物性數(shù)據(jù)庫AspenPlus自身擁有兩個(gè)通用的數(shù)據(jù)庫：AspenCD——ASPENTECH公司自己開發(fā)的數(shù)即庫，DIPPR——美國化工協(xié)會(huì)物性數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫。另外還有多個(gè)專用的數(shù)據(jù)庫，如電解質(zhì)、固體、燃料產(chǎn)品，這些數(shù)據(jù)庫結(jié)合擁有的一些專用狀態(tài)方程和專用單元操作模塊使得AspenPlus軟件可使用與固體加工電解質(zhì)等特需的領(lǐng)域，極大地拓寬了AspenPlus的應(yīng)用領(lǐng)域。AspenPlus是基于流程圖的過程穩(wěn)態(tài)模擬軟件，包括56種單元操作操作，含5000種純組分、5000對(duì)二元混合物、3314種固體化合物、40000個(gè)二元交互作用參數(shù)的數(shù)據(jù)庫。AspenPlus具有工業(yè)上非常完備的的物性系統(tǒng)。其包括1773種有機(jī)物、2450種無機(jī)物、3314種固體、900種水溶液電解質(zhì)的基本物性參數(shù)。UNIQUC和UNIFAC方程的參數(shù)也收集在數(shù)據(jù)庫中。計(jì)算時(shí)可自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用基礎(chǔ)物性進(jìn)行傳遞物性和熱力學(xué)計(jì)算。（2）單元操作模塊AspenPlus中有五十多種單元操作模塊，如混合、分割、換熱、閃蒸、精餾、反應(yīng)等，通過這些模塊的組合，能模擬用戶所需要的流程。除此之外，AspenPlus還提供了靈敏度分析和工況分析模塊。利用靈敏度分析模塊，用戶可設(shè)置某一變量作為靈敏度分析變量，通過改變此變量的值模擬操作結(jié)果的變化情況。采用工況分析模塊，用戶可以對(duì)同一流程幾種操作工況進(jìn)行分析。（3）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)策略（數(shù)據(jù)輸入—解算—結(jié)束輸出）AspenPlus提供了操作方便、靈活的用戶界面——ModelManger，以交互式圖形界面（GUI）來定義問題、控制計(jì)算和靈活地檢查結(jié)果。用戶在窗口環(huán)境中可以使用鼠標(biāo)和鍵盤操作，并提供多種菜單，包括一般文本菜單、下拉菜單（Pull-down）、彈出菜單（Pop-up）和對(duì)話框（DialogueBox）等，用戶可以根據(jù)屏幕提示以填充表格的方式填入數(shù)據(jù)、定制報(bào)告、定義圖標(biāo)和流程。AspenPlus解算方法為序貫?zāi)K方法，對(duì)流程的計(jì)算順序可以由用戶自己定義，也可以由程序自動(dòng)產(chǎn)生。對(duì)于有循環(huán)回路和設(shè)計(jì)規(guī)定的流程必須迭代收斂。所謂設(shè)計(jì)規(guī)定是指用戶希望規(guī)定某處的變量值達(dá)到一定的要求。AspenPlus采用先進(jìn)的數(shù)值計(jì)算方法，能使循環(huán)物料和設(shè)計(jì)規(guī)定迅速而準(zhǔn)確地收斂。這些方法包括直接迭代、正割法、擬牛頓法、Broyde法等。這些方法均經(jīng)AspenTech進(jìn)行了修正。AspenPlus可以同時(shí)收斂多股撕裂物流、多個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)定，甚至收斂有設(shè)計(jì)規(guī)定的撕裂物流。應(yīng)用AspenPlus的優(yōu)化功能，可以將任何工程和技術(shù)經(jīng)濟(jì)變量作為目標(biāo)函數(shù)，尋求工廠最優(yōu)操作條件，且對(duì)約束條件和可變參數(shù)的數(shù)目沒有限制。AspenPlus是目前應(yīng)用最廣泛的化工大型通用流程模擬軟件，是世界上唯一能處理帶有固體、電解質(zhì)、生物質(zhì)和常規(guī)物料等復(fù)雜物質(zhì)的流程模擬系統(tǒng)，其相平衡及多個(gè)精餾塔計(jì)算體現(xiàn)了目前工藝技術(shù)水平的重要進(jìn)展[12]。1.4.2AspenPlus軟件的使用AspenPlus軟件的使用流程圖如下：圖1.3AspenPlus軟件使用流程圖本項(xiàng)目設(shè)計(jì)是以AspenPlus結(jié)合給定的工藝數(shù)據(jù)和要求，通過流程的模擬計(jì)算，來確定各個(gè)操作單元合適的操作參數(shù)以及設(shè)備參數(shù)，為設(shè)備設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。2工藝流程設(shè)計(jì)2.1工藝流程設(shè)計(jì)概述本項(xiàng)目采用MTO工藝，AspenPlus軟件模擬流程圖如下：圖2.1AspenPlus模擬工藝流程圖上游180萬噸/年甲醇原料經(jīng)過加壓、汽化升溫預(yù)熱之后進(jìn)入流化床反應(yīng)器發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)出料經(jīng)降溫冷卻、脫除水和CO2之后進(jìn)入C2精餾塔。乙烷以下的輕組分（乙烯、甲烷）為塔頂產(chǎn)品，進(jìn)料進(jìn)入脫甲烷塔；脫甲烷塔塔頂采出蒸汽為富甲烷氣，塔底出料進(jìn)入乙烯精餾塔；乙烯精餾塔塔頂采出聚合級(jí)乙烯，塔底出料為富乙烷液（可作為燃料）。丙烯以上的重組分（丙烯、丙烷、C4、C5組分）從C2精餾塔塔底采出，進(jìn)入聚合級(jí)丙烯精餾塔，塔頂采出聚合級(jí)丙烯；塔底產(chǎn)物主要成分為少量丙烷與C4+組分，可將其進(jìn)行裂解后回流至烯烴分離單元以提高碳基利用率，最大限度獲取烯烴產(chǎn)品。整個(gè)工藝流程主要分為原料氣化部分、反應(yīng)-再生部分、產(chǎn)品急冷及預(yù)分離部分、產(chǎn)品分離部分，以及污水汽提部分、主風(fēng)機(jī)組部分、蒸汽發(fā)生部分等附屬部分。（1）原料氣化部分原料氣化部分的主要作用是將液體甲醇原料按要求加熱到進(jìn)料要求溫度，以汽相形式進(jìn)入反應(yīng)器。（2）反應(yīng)-再生部分該部分是DMTO技術(shù)的核心，采用循環(huán)流化床的反應(yīng)-再生型式，兩器內(nèi)需設(shè)置催化劑回收系統(tǒng)、原料及主風(fēng)分配設(shè)施、取熱設(shè)施、催化劑汽提設(shè)施，能夠滿足反應(yīng)操作條件要求的催化劑輸送系統(tǒng)。（3）產(chǎn)品急冷及預(yù)分離部分產(chǎn)品急冷的主要作用是將產(chǎn)生的反應(yīng)混合氣體在該部分進(jìn)行冷卻。為預(yù)分離提供合適的進(jìn)料條件。（4）預(yù)分離部分及產(chǎn)品分離部分該部分的主要作用是將脫除水和二氧化碳并且經(jīng)過冷卻后的反應(yīng)混合產(chǎn)物進(jìn)行分離，獲得聚合級(jí)乙烯和聚合級(jí)丙烯，以及其他反應(yīng)副產(chǎn)品。2.2反應(yīng)器2.2.1甲醇轉(zhuǎn)化為烯烴的反應(yīng)特征（1）酸性催化特征甲醇轉(zhuǎn)化為烯烴的反應(yīng)包含甲醇轉(zhuǎn)化為二甲醚和甲醇或二甲醚轉(zhuǎn)化為烯烴兩個(gè)反應(yīng)。前一個(gè)反應(yīng)在較低的溫度（150-350℃）即可發(fā)生，生成烴類的反應(yīng)在較高的反應(yīng)溫度（>300℃）下發(fā)生。兩個(gè)轉(zhuǎn)化反應(yīng)均需要酸性催化劑。通常的無定形固體酸可以即作為甲醇轉(zhuǎn)化的催化劑，容易使甲醇轉(zhuǎn)化為二甲醚，但生成低碳烯烴的選擇性較低。（2）高轉(zhuǎn)化率以分子篩為催化劑時(shí)，在高于400℃的溫度條件下，甲醇或二甲醚很容易完全轉(zhuǎn)化（轉(zhuǎn)化率100%）。（3）低壓反應(yīng)原理上，甲醇轉(zhuǎn)化為低碳烯烴反應(yīng)是分子數(shù)量增加的反應(yīng)，因此低壓有利于提高低碳烯烴尤其是乙烯的選擇性。（4）強(qiáng)放熱在200-300℃，甲醇轉(zhuǎn)化為二甲醚和甲醇轉(zhuǎn)化為低碳烯烴均為強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)的熱效應(yīng)顯著。（5）快速反應(yīng)甲醇轉(zhuǎn)化為烴類的反應(yīng)速度非?？臁８鶕?jù)大連化物所的實(shí)驗(yàn)研究，在反應(yīng)接觸時(shí)間短至0.04s便可以達(dá)到100%的甲醇轉(zhuǎn)化率。從反應(yīng)機(jī)理推測(cè)，短的反應(yīng)接觸時(shí)間，可以有效地避免烯烴進(jìn)行二次反應(yīng)，提高低碳烯烴的選擇性。（6）分子篩催化的形狀選擇性效應(yīng)原理上，低碳烯烴的高選擇性是通過分子篩的酸性催化作用結(jié)合分子篩骨架結(jié)構(gòu)中孔口的限制作用共同實(shí)現(xiàn)的。結(jié)焦的產(chǎn)生將造成催化劑活性的降低，同時(shí)又反過來對(duì)產(chǎn)物的選擇性產(chǎn)生影響。2.2.2反應(yīng)器及反應(yīng)條件的選擇根據(jù)上述甲醇制烯烴反應(yīng)的特征，結(jié)合文獻(xiàn)記載，選擇連續(xù)反應(yīng)—再生的循環(huán)流化床反應(yīng)器。進(jìn)料為2.2atm，86℃的飽和甲醇液體，反應(yīng)條件為460℃，反應(yīng)壓力為2.2atm，催化劑選擇SAPO-34分子篩。AspenPlus模擬計(jì)算中選用Reactor模塊進(jìn)行模擬，其流程示意圖如下：圖2.2反應(yīng)器模擬示意圖2.2.3物料衡算（1）進(jìn)料年產(chǎn)60萬噸烯烴，工業(yè)上普遍采用甲醇：烯烴=3:1的比例，故需要甲醇的量為：，按每年生產(chǎn)7200h計(jì)算，甲醇的質(zhì)量流量為：（2）出料AspenPlus模擬計(jì)算反應(yīng)器出口物料情況匯總?cè)缦拢罕?.1反應(yīng)器出口物料匯總表成分質(zhì)量流量（Kg/h）CH42100C2H443150C2H6850C3H641900C3H82800C4H810225C54525CH3OH250CO2300H2O140500C3400總物流250000反應(yīng)器內(nèi)甲醇的轉(zhuǎn)化率：，接近完全轉(zhuǎn)化。結(jié)焦率：乙烯產(chǎn)率：丙烯產(chǎn)率：雙烯比例2.2.4反應(yīng)器及再生器尺寸設(shè)計(jì)一覽表(1)反應(yīng)器表2.2反應(yīng)器尺寸設(shè)計(jì)一覽表名稱數(shù)值單位床層高度8.27m直徑4.78m過渡段高度0.42m擴(kuò)大段高度8m直徑6.76m旋風(fēng)分離器入口截面積0.20CLP/B-10.6個(gè)數(shù)10個(gè)一級(jí)料腿高度7.30m二級(jí)料腿高度5.80m分布管開孔直徑0.004m開孔數(shù)1819個(gè)/主管直徑4m換熱管管數(shù)647個(gè)管徑（內(nèi)徑）50mm換熱面積822.52（2）再生器表2.3再生器設(shè)計(jì)尺寸一覽表名稱項(xiàng)目數(shù)值單位旋風(fēng)分離器(CLP/B-10.6)入口截面積0.20個(gè)數(shù)6一級(jí)料腿高度13.20m二級(jí)料腿高度11.20m溢流管頂部直徑0.98m底部直徑0.30m高度4.72m分布管主管直徑0.60m支管直徑0.3m支管數(shù)量4同心圓管直徑0.075m同心管接口數(shù)64個(gè)噴嘴數(shù)470個(gè)稀相段直徑5.49m高度10m過渡段高度1.20m密相段直徑4.11m高度6m2.3換熱器以流程圖中的E0101換熱器為例。AspenPlus模擬過程采用HeaterExchanger模塊中的HeatX進(jìn)行計(jì)算。2.3.1冷、熱物流熱狀況及換熱要求（1）熱冷物流組成及熱狀況E0101換熱器的冷物流為原料甲醇，熱物流為來自反應(yīng)器的高溫氣體。其組成和熱狀況匯總?cè)缦拢罕?.4換熱器E0101冷熱物流組成總表物料組成質(zhì)量流量（Kg/h）冷物流熱物流CH30H250250000CH42100—C2H443150—C2H6850—C3H641900—C3H82800—C4H810225—C54525—CO2300—H2O140500—總物流250000250000溫度/K733298壓力/atm2.22.2（2）換熱要求冷物流經(jīng)過換熱器換熱后即進(jìn)入反應(yīng)器，需要在2.2atm下飽和液體進(jìn)料。經(jīng)查閱資料知，甲醇在2.2atm下飽和液體溫度為359K。因此換熱器冷物流在出口溫度應(yīng)達(dá)到359K。2.3.2換熱器模擬計(jì)算結(jié)果AspenPlus模擬計(jì)算換熱器E0101結(jié)果匯總?cè)缦拢罕?.5換熱器E0101計(jì)算結(jié)果匯總模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)口出口溫度/K冷物流298359熱物流733639壓力/atm冷物流2.22.2熱物流2.22.2汽化分率冷物流00熱物流11換熱量/58618359需要換熱面積/53.62實(shí)際換熱面積/53.622.3.3換熱器E0101設(shè)計(jì)尺寸一覽表表2.6 E0101換熱器設(shè)計(jì)尺寸一覽表中國海洋大學(xué)工程名稱設(shè)備名稱E0101換熱器設(shè)備位號(hào)E0101臺(tái)數(shù)1傳熱面積2流體位置1殼程管程流體名稱2甲醇原料反應(yīng)器塔底液體總流量kg/s369.4469.444進(jìn)口出口進(jìn)口出口液體流量kg/s569.4469.340.940.94蒸汽kg/s600.1168.568.5操作溫度℃725.0285.4116039.33密度kg/38778.8697.43599.96779.9黏度mPa?s90.540.290.0130.0029導(dǎo)熱系數(shù)W/(m?K)100.660.510.0370.0224比熱kJ/kg.k31.94潛熱kJ/kg121147.5操作壓力（絕）atm132.272.23流速m/s140.7914.95壓降kPa150.5541.1傳熱量kW1616282.8對(duì)數(shù)平均溫差℃1771.4總傳熱系W/(2?K)1875.52設(shè)計(jì)溫度℃19190260設(shè)計(jì)壓力（絕）atm204.9354.935程數(shù)2111腐蝕裕度mm223.183.18材質(zhì)23管子Q235-A管板Q235-A殼體Q235-A封頭Q235-A管子24管數(shù)3140內(nèi)徑18mm外徑25mm管長(zhǎng)6000mm25管中心距25mm正三角排列殼體26外徑2000mm折流板間距600mm切割19.82%保溫27殼體是封頭是結(jié)構(gòu)形式：固定管板式安裝臥式室外2.4精餾塔2.4.1精餾塔設(shè)計(jì)概述AspenPlus模擬計(jì)算精餾塔采用的是Colums模塊中的DSTWU和RadFrac，其模擬流程示意圖如下：圖2.3精餾塔模擬示意圖本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中共有5個(gè)精餾塔，分別為T0201預(yù)分離塔、T0202脫甲烷塔、T0203C2精餾塔、T0301C3精餾塔及T0302C4精餾塔。T0201預(yù)分離塔將C2及以下組分分離出來，為進(jìn)一步分離做準(zhǔn)備；T0202脫甲烷塔主要除去去產(chǎn)品中的甲烷；T0203C2精餾塔分離乙烯和乙烷，獲得純度在99.95%以上的聚合級(jí)乙烯產(chǎn)品；T0301C3精餾塔分離出純度為99.5%以上的聚合級(jí)丙烯產(chǎn)品；T0302C4精餾塔主要分離丙烷及C4/C5等副產(chǎn)品。以下設(shè)計(jì)過程及結(jié)果均采用T0201預(yù)分離塔為例進(jìn)行說明。2.4.2精餾塔簡(jiǎn)捷模擬計(jì)算簡(jiǎn)捷模擬計(jì)算概述做精餾塔新流程模擬分析必須先進(jìn)行簡(jiǎn)捷模擬計(jì)算，也就是塔的初步設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)捷模擬計(jì)算結(jié)果主要為理論板數(shù)、進(jìn)料位置、最小回流比、塔頂/塔底熱負(fù)荷，以這些簡(jiǎn)捷塔模擬計(jì)算結(jié)果為精確計(jì)算的輸入依據(jù)，進(jìn)行精餾塔精確（嚴(yán)格）模擬分析。精餾塔的模擬計(jì)算類型可分為設(shè)計(jì)型和操作型模擬計(jì)算，可以通過定義模型的回流比進(jìn)行設(shè)計(jì)型計(jì)算，又可以定義塔板數(shù)進(jìn)行操作型計(jì)算。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)均采用的定義模型的回流比進(jìn)行進(jìn)行設(shè)計(jì)型計(jì)算。T0201進(jìn)料狀況及分離要求（1）進(jìn)料組成及熱狀況T0201進(jìn)料采用飽和液體進(jìn)料，其組成和熱狀況如下：表2.7T0201進(jìn)料組成及熱狀況表成分質(zhì)量流量（Kg/h）CH42100C2H443150C2H6850C3H641900C3H82800C4H810225C54525總物流10555溫度/K268.1壓力/atm25汽化分率0（2）分離要求T0201為分離工段的第一個(gè)塔，為產(chǎn)品的預(yù)分離塔。主要目的是將CH4、C2H4、C2H6三種輕組分和C3H6等其他重組分分開，為下一步產(chǎn)品的分離提供便利。模擬計(jì)算過程中設(shè)定C2H6為輕關(guān)鍵組分，C3H6為重關(guān)鍵組分。輕關(guān)鍵組分在塔頂中回收率為0.9995，重關(guān)鍵組分在塔頂中的回收率為0.0005。二者應(yīng)盡可能分開。靈敏度分析圖2.4T0201簡(jiǎn)捷模擬靈敏度分析精餾塔簡(jiǎn)捷模擬計(jì)算中進(jìn)行靈敏度分析的主要目的是通過分析實(shí)際塔板數(shù)隨回流比的變化，來確定合適的塔板數(shù)，為嚴(yán)格模擬計(jì)算提供數(shù)據(jù)支持。T0201簡(jiǎn)捷模擬靈敏度分析的結(jié)果如圖2.4所示。經(jīng)過分析，選擇回流比1.3作為確定實(shí)際塔板數(shù)的依據(jù)。簡(jiǎn)捷模擬計(jì)算結(jié)果（1）T0201簡(jiǎn)捷模擬物料計(jì)算結(jié)果匯總?cè)缦拢罕?.8T0201簡(jiǎn)捷模擬物料計(jì)算結(jié)果匯總表名稱質(zhì)量流量（Kg/h）塔頂餾出液塔底釜液CH421000C2H443149.640.186C2H6849.570.425C3H620.9543149.64C3H80.202799.799C4H8010225.03C504524.98名稱塔頂餾出液塔底釜液總物流46120.3659429.42溫度/K241.4343.6壓力/atm2525汽化分率00（2）T0201簡(jiǎn)捷模擬采用回流比1.3，精餾塔參數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總?cè)缦拢罕?.9T0201塔參數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總表名稱參數(shù)最小回流比0.745實(shí)際回流比1.3理論板數(shù)20.4實(shí)際板數(shù)34.6進(jìn)料位置15.8進(jìn)料板以上實(shí)際板數(shù)14.8再沸器所需熱量41355181KJ/h冷凝器所需冷量-32375222.6KJ/h再沸器溫度241.4K冷凝器溫度343.6K塔頂餾出率0.56562.4.3精餾塔嚴(yán)格模擬計(jì)算精餾塔嚴(yán)格模擬計(jì)算概述精餾塔嚴(yán)格模擬計(jì)算主要是在簡(jiǎn)捷模擬計(jì)算所確定的理論塔板數(shù)、進(jìn)料位置、最小回流比、冷凝器及再沸器溫度等參數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行精餾塔各項(xiàng)參數(shù)的嚴(yán)格模擬計(jì)算。操作條件和設(shè)備參數(shù)表2.10T0201操作條件和設(shè)備參數(shù)表名稱參數(shù)進(jìn)料溫度/K268.1進(jìn)料壓力/atm25進(jìn)料流率/(Kg/h)105550塔板數(shù)（實(shí)際板）35進(jìn)料位置16精餾段級(jí)數(shù)2~15冷凝器類型全凝再沸器類型Kettle采出率0.56544壓降/kPa靈敏度分析為了保證丙烯產(chǎn)品的純度，輕關(guān)鍵組分乙烷在塔釜液中的含量和重關(guān)鍵組分丙烯在塔頂餾出液的含量必須盡可能低，才達(dá)到要求。圖2.5T0201釜液中乙烷摩爾流量隨回流比變化圖圖2.6T0201餾出液中丙烯摩爾流量隨回流比變化圖經(jīng)以上兩圖分析，當(dāng)回流比為1左右時(shí)，塔釜液中的乙烷含量和塔頂餾出液中的丙烯含量均能達(dá)到要求，故選擇T0102的操作回流比為.4 T0201 嚴(yán)格模擬計(jì)算結(jié)果（1）塔內(nèi)汽液相流量分布由于第十六塊板上進(jìn)料，故在第十六塊板處液相流量有大幅度增加；第35塊板為再沸器，所以此處液相流量急劇減??；第一塊板為全凝器，氣體全部冷凝為液體，所以此處氣相流量減小至零。提餾段和精餾段氣相流量變化不，近似符合恒摩爾流假定。圖2.7T0201汽液相流量分布圖（2）溫度分布輕組分含量越高，溫度越低，重組分含量越高，溫度越高。由塔頂至塔底輕關(guān)鍵組分含量越來越低，重關(guān)鍵組分含量越來越高，所以由第一塊板至最后一塊板的溫度是逐漸升高的趨勢(shì)。圖2.8T0201溫度分布圖（3）輕重關(guān)鍵組分在氣、液相中的分布T0201輕關(guān)鍵組分為乙烷，重關(guān)鍵組分為丙烯。經(jīng)過對(duì)圖2.9和圖2.10的分析知：由于輕關(guān)鍵組分乙烯在進(jìn)料中的含量特別低，所以曲線位置比較靠下；第十六塊板處進(jìn)料，導(dǎo)致乙烯的含量有所升高。第三十一塊板以后，重關(guān)鍵組分丙烯的含量降低是因?yàn)門0201為多組分精餾塔，第三十一塊板至第三十五塊板上的分離任務(wù)已經(jīng)由輕關(guān)鍵組分和重關(guān)鍵組分的分離變?yōu)橹仃P(guān)鍵組分和重非關(guān)鍵組分的分離。輕重關(guān)鍵組分在氣相和液相中的組成分布規(guī)律基本一致，符合氣液相平衡定律。圖2.9輕重關(guān)鍵組分在液相中的分布圖圖2.10輕重關(guān)鍵組分在氣相中的分布圖（4）物料衡算結(jié)果表2.11T0201物料衡算表成分質(zhì)量流量（Kg/h）摩爾流量（Kmol/h）餾出液釜液餾出液釜液CH421000130.900C2H443147.92.101538.040.075C2H6846.423.5828.1490.12C3H62.2741897.720.054995.65C3H80.0122799.990.000363.50C4H8010225.000182.02C504525.00062.72總物流46096.6159453.391697.151304.30溫度/K241.0343.3241.0343.3壓力/atm24.8425.1824.8425.18汽化分率0000重關(guān)鍵組分丙烯在塔頂餾出液中的摩爾分?jǐn)?shù)：輕關(guān)鍵組分乙烷在塔釜液中的摩爾分?jǐn)?shù)：（5）能量衡算結(jié)果表2.12T0201能量衡算表名稱溫度/K壓力/atm汽化分率熱量/(KJ/h)冷凝器241.024.840-29693451再沸器343.025.180389417542.4.4T0201精餾塔設(shè)計(jì)參數(shù)及尺寸一覽表表2.13T0202設(shè)計(jì)參數(shù)及尺寸一覽表名稱數(shù)據(jù)單位塔徑2.2m塔高26.95m壁厚55mm板間距0.6m空塔氣速0.1122m/s堰長(zhǎng)1.32m堰高6mm兩邊降液管寬度0.308m中間降液管寬度0.3m降液管底隙高度50mm板上液層高度100mm篩孔直徑5m篩孔個(gè)數(shù)3768個(gè)篩孔中心距15mm篩孔氣速2.93m/s開孔率0.10082.4.5精餾塔模擬計(jì)算結(jié)果匯總該工藝流程設(shè)計(jì)中一共有五個(gè)精餾塔，AspenPlus模擬計(jì)算結(jié)果如下：表2.14精餾塔模擬計(jì)算結(jié)果匯總表名稱T0201T0202T0203T0301T0302進(jìn)料溫度/K268.1241.1252.5273.9314.6進(jìn)料壓力/atm2524.8424.6565.76操作回流比111.53.5113.8實(shí)際板數(shù)3530727725進(jìn)料位置1614423914冷凝器類型TotalTotalTotalTotalTotal再沸器類型KettleKettleKettleKettleKettle冷凝器溫度/K241.0171.3251.1268.1272.6再沸器溫度/K343.3252.5273.7314.6323.2塔頂采出率0.565440.077130.981540.7625550.21498壓降/KPa11111冷凝器冷量/（KJ/h）-29693451-8116305-57953000-196011295-5409015再沸器熱量/（KJ/h）258363360648.9577827901307729854009163工藝模擬計(jì)算結(jié)果3.1物料及能量衡算一覽表利用AspenPlus模擬計(jì)算過程中共有26股物流。每股物流編號(hào)情況見圖2.1。根據(jù)各股物流情況及參數(shù)可進(jìn)行反應(yīng)器、換熱器、吸收塔及精餾塔等設(shè)備的設(shè)計(jì)和校核，同時(shí)可以對(duì)產(chǎn)品純度及產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)算，以此來檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否達(dá)到要求。表3.1為1~26股物流物料及能量衡算結(jié)果匯總表。單位:Kmol/h表3.11~26股物流物料衡算表編號(hào)123456CH3OH7802.227802.227802.227.807.807.80CH4000130.90130.90130.9C2H40001538.121538.121538.12C2H600028.2728.2728.27C3H6000995.71995.71995.71C3H800063.5063.5063.50C4H8000182.24182.24182.24C500062.7262.7262.72C000000H200007798.947798.947798.94CO20006.826.826.82流量/（Kmol/h）7802.227802.227802.2211098.0711098.0711098.07流量/（Kg/h）250000250000250000249700249700249700溫度/K298.2298.2359.0733.2639.1288.2壓力/atm1.0002.202.20汽化分率000111焓值/（cal/mol）-57964-57963-56168-33679-34941-46411續(xù)表3.1a1~26股物流物料衡算表編號(hào)789101112CH3OH7.350.4507.3500CH4130.900130.900130.900C2H41538.1201538.1201538.120C2H628.27028.27028.270C3H6995.710995.710995.710C3H863.50063.50063.500C4H8182.240182.240182.240C562.72062.72062.720C000000H2020.317778.6320.310020.31CO2流量/（Kmol/h）3035.938062.153021.7614.173001.4520.31流量/（Kg/h）106452143548105916535.66105550365.89溫度/K288.2288.2288.2288.2288.2288.2壓力/atm汽化分率1010.48610焓值/（cal/mol）4849.65-65713.785201.94-75347.385628.52-68446.8續(xù)表3.1b1~26股物流物料衡算表編號(hào)131415161718CH3OH000000CH4130.90130.90130.900130.680.22C2H41538.121538.121538.040.0750.221537.84C2H628.2728.2728.150.12028.15C3H6995.71995.710.054995.6500.054C3H863.5063.500.0002663.5000.00026C4H8182.24182.240182.2400C562.7262.72062.7200C000000H20000000CO2000000流量/（Kmol/h）3001.453001.451697.151304.3130.901566.25流量/（Kg/h）10555010555046096.659453.392102.7143993.9溫度/K445.3268.1241.0343.3171.3252.5壓力/atm252524.8425.1824.3624.65汽化分率100000焓值/（cal/mol）7846.452238.666658.48-1818.83-202899066.98表3.1c1~26股物流物料衡算表編號(hào)192021222324CH3OH000000CH40.2200000C2H41536.840.980.0750.0750.0750C2H60.1328.020.120.1200C3H600.054995.65995.652.572.57C3H800.0002763.5063.501.3262.17C4H800182.240182.241.76C50062.7262.72062.72C000000H20000000CO2000000流量/（Kmol/h）1537.1929.051304.30994.60309.7065.93流量/（Kg/h）43121.6872.3159453.459453.441853.617599.8溫度/K251.1273.7284.6273.9268.1314.6壓力/atm23.9324.646655.76汽化分率000.482000焓值/（cal/mol）9624.0-21805-3958.3270.9-16695-27817續(xù)表3.1d1~26股物流物料衡算表編號(hào)2526CH3OH00CH400C2H400C2H600C3H62.5670.00336C3H861.610.5648C4H81.76180.48C5062.72C00H2000CO200流量/（Kmol/h）65.94243.76流量/（Kg/h）2923.4414676.35溫度/K272.6323.2壓力/atm4.564.80汽化分率00焓值/（cal/mol）-27817-136943.2產(chǎn)品產(chǎn)量及純度根據(jù)表2.11物料衡算結(jié)果對(duì)產(chǎn)品純度和產(chǎn)量計(jì)算分析如下：乙烯產(chǎn)品純度（摩爾分?jǐn)?shù)）：丙烯產(chǎn)品純度（摩爾分?jǐn)?shù)）：乙烯產(chǎn)品產(chǎn)量：丙烯產(chǎn)品產(chǎn)量：雙烯總產(chǎn)量：上述結(jié)果表明，產(chǎn)品乙烯和丙烯的純度均達(dá)到要求，產(chǎn)品產(chǎn)量也達(dá)到了60萬噸/年的規(guī)模，實(shí)現(xiàn)了本項(xiàng)目的預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。4環(huán)境保護(hù)及安全防護(hù)4.1安全防護(hù)措施及意義該項(xiàng)目生產(chǎn)過程中采用的原料甲醇的毒性很強(qiáng)，誤服甲醇可造成急性中毒，其中毒劑量為5～10ml；10ml以上會(huì)導(dǎo)致雙目失明；100～250ml則會(huì)致死。人在39～65g∕m3的甲醇濃度下持續(xù)接觸30～60分鐘，有引起急性中毒的危險(xiǎn)。甲醇主要通過呼吸道和皮膚吸收而中毒。甲醇有明顯的人體積蓄作用，經(jīng)常接觸少量甲醇的人時(shí)間長(zhǎng)久有可能引起慢性中毒。甲醇的毒害主要作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，具有明顯的麻醉作用，并對(duì)視神經(jīng)和視網(wǎng)膜有特殊的選擇毒害作用。嚴(yán)重時(shí)可引起視神經(jīng)炎視神經(jīng)萎縮，甚至雙目失明。此外，甲醇對(duì)粘膜等也有一定的刺激作用。在生產(chǎn)過程中應(yīng)配備必要的安全防護(hù)工具，防止甲醇中毒，保證工作人員的身體健康。此外，生產(chǎn)過程中間產(chǎn)物及產(chǎn)品主要包括C1~C4烷烴和烯烴組分，其常溫常壓下為氣體，沸點(diǎn)很低，易燃易爆且爆炸范圍寬，容易引起爆炸。裝置區(qū)內(nèi)應(yīng)杜絕一切火源，同時(shí)消防器材和設(shè)施必須配備齊全，并且要配備專業(yè)的消防安全人員，隨時(shí)準(zhǔn)備處置安全消防事故。因此，在生產(chǎn)過程中必須采取預(yù)防為主、消除隱患、防患未然的原則，深入排查安全隱患，嚴(yán)格執(zhí)行國家關(guān)于安全生產(chǎn)和危險(xiǎn)化學(xué)品防護(hù)的法規(guī)和制度，保證裝置的安全生產(chǎn)。4.2環(huán)境保護(hù)措施及意義環(huán)境保護(hù)工作要從環(huán)保制度管理、環(huán)保設(shè)施運(yùn)行、環(huán)保項(xiàng)目建設(shè)等方面采取有效措施，有效保護(hù)廠區(qū)及周邊環(huán)境。應(yīng)出臺(tái)《環(huán)保管理?xiàng)l例》，對(duì)各級(jí)人員的環(huán)保責(zé)任、污染事故報(bào)告程序、三廢綜合管理、文明廠區(qū)管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)及指標(biāo)控制進(jìn)行明確的規(guī)定，切實(shí)做到“誰污染誰負(fù)責(zé)，誰污染誰治理”，有效地調(diào)動(dòng)全員重視環(huán)保、參與環(huán)保、整治環(huán)保的積極性。在環(huán)保設(shè)施運(yùn)行方面，各系統(tǒng)做好設(shè)備備案工作，拆除或暫停環(huán)保指標(biāo)不合格設(shè)備，對(duì)于投入運(yùn)行的環(huán)保設(shè)施做到計(jì)劃停車，定期檢修維護(hù)，確保各類尾氣及廢水按標(biāo)準(zhǔn)排放。環(huán)境是人類生存和發(fā)展的基本前提。環(huán)境為我們生存和發(fā)展提供了必需的資源和條件。保護(hù)環(huán)境，減輕環(huán)境污染，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展和實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，是保護(hù)人類健康，造福子孫后代的大事。5總結(jié)本設(shè)計(jì)在很多方面進(jìn)行了粗淺的設(shè)計(jì)。完成的主要內(nèi)容有：（1）確定了年產(chǎn)60萬噸甲醇制乙烯裝置設(shè)計(jì)的工藝流程。（2）利用AspenPlus等軟件模擬計(jì)算確定了年產(chǎn)60萬噸甲醇制乙烯裝置的工藝流程參數(shù)和設(shè)備操作參數(shù)，并進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。（3）達(dá)到了年生產(chǎn)純度為99.95%以上的聚合級(jí)乙烯產(chǎn)品和純度為99.5%以上的聚合級(jí)丙烯產(chǎn)品共60萬噸的預(yù)期目標(biāo)。（4）繪制了工藝流程圖和部分典型設(shè)備圖。目前國際油價(jià)持續(xù)高位運(yùn)行，石化原料成本大幅上漲，贏利空間受擠壓，發(fā)展替代生產(chǎn)路線的經(jīng)濟(jì)拉動(dòng)力增強(qiáng)。甲醇制烯烴項(xiàng)目能夠提高甲醇產(chǎn)品附加值，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，應(yīng)用前景非常廣闊。參考文獻(xiàn)郝西維，張軍民，劉弓.甲醇制烯烴技術(shù)研究進(jìn)展及應(yīng)用前景分析.潔凈煤技術(shù)，2011，3：48-51白爾錚，金國林.甲醇制烯烴（MTO）和MTP工藝.化學(xué)世界.2003，12:676EurChem.News[J].2001,108(3):15何應(yīng)登.MTO工藝與傳統(tǒng)乙烯工業(yè)的經(jīng)濟(jì)性分析.煉油技術(shù)與工程，2005,10：57趙毓章,景振華.甲醇制烯烴催化劑及工藝的新進(jìn)展.石油煉制與化工,1999,30(2):23-28.HsiangNS,StephenNV,etal.(Exxon).Useofal-kalineearthmetalcontainingsmallporenonyolitemolecularsievecatalystsinoxygenateconversion[P].US:6440264,2000-03高晉生，張德祥.甲醇制低碳烯烴的原理和技術(shù)進(jìn)展.煤化工.2006,125(4):7張廣信，鄭邦?yuàn)?，張愛?甲醇制低碳烯烴技術(shù)發(fā)展研究現(xiàn)狀.化工科技.2010,18(6):78-81陳聲宗.化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.周文水.化工模擬系統(tǒng)探析[J].科技信息,2009（18):80-81.張治山，楊超龍.AspenPlus在化工中的應(yīng)用.廣東化工.2012,3(39):77-78屈一新.化工過程數(shù)值模擬及軟件.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010,12:5-7基于C8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營(yíng)養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測(cè)試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測(cè)儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測(cè)儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測(cè)量?jī)x的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基