化工创新案例分析

第二部分 化工过程案例分析 甲醇制烯烃工艺 1 背景与进展2 原理3 MTO工艺简介4 DMTO工艺5 DMTO创新点6 结语 汇报人 张雄飞组员 侯晓玲 李萍萍 赵容慧 1 研究背景 1 乙烯 丙烯需求量大 随着经济的发展 我国乙烯 丙烯的消费量迅速增长 我们生活用品离不开乙烯 比如杯子 衣服等 预计2004 2020年乙烯需求年均增长率将超过5 丙烯需求的年均增长率则会超过乙烯 1 研究背景 2 其合成技术效率不高 乙烯 丙烯的生产若仍沿用现有的原料和技术路线 原料供应紧张的矛盾将是十分突出的 因此 我们必须开发并采用提高化工用油产率的炼油技术和充分利用原油资源增产乙烯 丙烯的新技术 同时也应开发并采用新的生产乙烯 丙烯的原料路线 1 背景 3 原材料的限制 我国的能源储存特点是 富煤 贫油 少气 2015年我国石油资源的对外依存度首次超过了60 因此 过于依赖石油基烯烃生产工艺不利于我国的能源战略安全 甲醇制烯烃 MTO 对于缓解我国石油资源紧缺 实现煤炭的清洁高效利用 具有重要的战略意义 1 进展 1 当前合成工艺 当前MTO工艺的代表技术主要有环球石油公司 UOP 和海德鲁公司 NorskHydro 共同开发的UOP HydroMTO技术 中国科学院大连化学物理研究所自主创新研发的DMTO技术和中国石化开发的SMTO技术 1 展望 我国将在5年内开工建设 含已投产和正在试车 的煤制烯烃 含外购甲醇制烯烃 项目超过40项 合计烯烃产能超过2000万t a 与此同时甲醇制烯烃技术也在不断改进 1 意义 甲醇制烯烃工艺主要转化为乙烯 C2H4 丙烯 C3H6 都是重要的有机化工原料 通常把乙烯的产量作为衡量该国化工水平的依据 是初级化工原料 可以以它为基础生产多种材料 可以说 乙烯的产量决定了一个国家未来的发展 实现社会主义小康社会 乙烯和丙烯是顶梁柱 2 原理 甲醇的性质 1 性状 无色透明液体 有刺激性气味 2 熔点 97 83 沸点 64 74 相对密度 水 1 0 796 饱和蒸气压 kPa 12 3 20 2 原理 1 甲醇制烯烃技术主要分两步 首先由煤或天然气转化生成粗甲醇 该过程已实现工业化 然后甲醇转化生成烯烃 主要是乙烯和丙烯 2 原理 2 甲醇首先脱水为二甲醚 DME 形成的平衡混合物包括甲醇 二甲醚和水 然后转化为低碳烯烃 低碳烯烃通过氢转移 烷基化和缩聚反应生成烷烃 芳烃 环烷烃和较高级烯烃 2CH3OH C2H4 2H2O3CH3OH C3H6 3H2O 2 原理 3 甲醇在固体酸催化剂作用下脱水生成二甲醚 其中间体是质子化的表面甲氧基 低碳烯烃转化为烷烃 芳烃 环烷烃和较高级烯烃 其历程为通过带有氢转移反应的典型的正碳离子机理 3 1MTO工艺流程 3 2MTO工艺现场图 3 2MTO催化剂 ZSM 5沸石是美国Mobileoil公司于上个世纪六十年代末合成出来的一种含有机胺阳离子的新型沸石分子筛 由于它在化学组成 晶体结构及物化性质方面具有许多独特性 因此在很多有机催化反应中显示出了优异的催化效能 在工业上得到了越来越广泛的应用 成为石油化工的一种颇有前途的新型催化剂 3 3MTO工艺的特点 MTO工艺采用优点很多的流化床反应器 流化床反应器具有调节操作条件灵活和较好回收反应热的优点 部分待生催化剂经过用空气烧焦的连续再生 可以保持催化剂活性和产品组成不同 工业规模生产的催化剂已经通过示范试验 选择性 长期稳定性和抗磨性都符合要求 3 3MTO工艺的特点 压力通常决定于机械设计的考虑 较低的甲醇分压有利于得到较高的轻烯烃特别是乙烯的选择性 温度是一个重要的控制参数 较高的温度有利于得到较高的乙烯收率 4 MTO工艺技术创新 4 1UOP NorskHydroMTO技术4 2中科院大连化学物理研究所 DICP 的DMTO工艺 4 1UOP NorskHydroMTO技术 1 反应器 2 再生器 3 分离器 4 碱洗塔 5 于燥塔 6 脱甲烷塔7 脱乙烷塔 8 乙烯分离塔 9 丙烯分离塔 10 脱丙烷塔 4 1UOP NorskHydroMTO技术 4 1UOP NorskHydroMTO技术 UOP NorskHydro通过大量的试验 确定了催化剂的配方 反应工艺条件和原则工艺流程 并在挪威一套中试装置上进行了验证 甲醇在流化床反应器中 在经过改性的SAPO 34催化剂作用下生成乙烯 丙烯 4 1UOP NorskHydroMTO技术 UOP Hydro的MTO技术可根据乙烯 丙烯市场的需求情况 通过改变反应器的操作苛刻度 较大范围地调整C2 C3比 以碳基计算 在最大量生成乙烯时 乙烯收率为46 丙烯为30 丁烯为9 其余副产物为15 C2 C3比为1 53 最大量生产丙烯时 乙烯收率为34 丙烯45 丁烯12 其余副产物9 C2 C3比为0 75 4 1UOP NorskHydroMTO技术 最新的研究结果表明 甲醇转化成乙烯加丙烯的碳基选择性可以达到85 90 经过多年的技术开发 UOP的MTO已具备建设工业示范装置的条件 据报道 已计划利用该技术在埃及和尼日利亚建设大型工业装置 4 2中科院大连化学物理研究所 DICP 的DMTO工艺 4 2中科院大连化学物理研究所 DICP 的DMTO工艺 DMTO工艺采用密相循环流化床反应器 反应温度为400 5500 反应压力约0 1MPa 甲醇或二甲醚单程转化率接近100 产物中乙烯 丙烯及丁烯选择性可 90 乙烯加丙烯选择性 80 4 2中科院大连化学物理研究所 DICP 的DMTO工艺 DMTO装置工业化运行效果 4 2中科院大连化学物理研究所 DICP 的DMTO工艺 大连化物所的MTO与SDTO技术对比 4 2中科院大连化学物理研究所 DICP 的DMTO工艺 甲醇原料经设置在反应器底部的分布器进入密相流化床反应器 与催化剂在流化状态下接触反应转化为以低碳烯烃为主的产品气 携带催化剂细粉的产品气进人上部的扩大段 表观气速降低 大部分催化剂依靠重力返回密相床层 其余催化剂利用多级旋风分离器从产品气中脱除 4 2中科院大连化学物理研究所 DICP 的