年处理180万吨甲醇DMTO-II分厂初步设计说明书.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除 目 录目 录1第一章 总论71.1 项目概况71.2 设计依据71.3 工艺特点71.4 产品方案71.5 主要物料规格及消耗81.6 厂址概况91.7 主要经济指标10第二章 总图设计112.1 设计依据112.2 设计范围112.3 厂址概况112.4 总平面布置112.4.1 总体布局122.4.2 分区说明122.4.3 车间布置152.4.4 技术经济指标172.5 工厂运输172.5.1 全厂运输定员182.5.2 厂内运输设计182.6工厂绿化19第三章 化工工艺及系统设备203.1工艺路线的选择203.1.1 主要的MTO技术203.1.2 主要的MTP技术243.1.3 其他公司MTO/MTP技术263.1.3.1 Exxon公司263.1.4 甲醇制烯烃工艺副产碳四的应用技术293.2 生产流程简述303.2.1 概述303.2.2 工艺流程设计313.2.3 流程设计创新点323.3烯烃制备工艺流程的选择323.4 设备设计选择333.4.1反应器的设计及选择333.4.2 旋风分离器的设计453.4.3 储罐选型463.4.4 塔设计选型483.4.5 干燥器设计663.4.6 泵选型673.4.7换热器选型和设计743.4.8 压缩机选型和设计943.4.9 管道选型和设计97第四章 空压站、氮氧站、冷冻站1064.1 设计依据1064.2 空压站1064.3 氮氧站1064.3.1 氮气质量浓度及输气量1074.3.2 流程特点1074.3.3 氮氧站的组成和布置1074.3.4 定员1074.4 冷冻站1074.4.1 冷公用工程系统1074.4.2 冷却水用途1084.4.3 冷冻盐水系统1084.4.4 冷冻站主要设备1084.4.5 定员108第五章 自动控制1095.1 概述1095.2仪表的设计选型原则：1105.3反应段控制方案1105.3.1 泵的控制1115.3.2 换热设备的控制1115.3.3 储罐的控制1115.3.4 反应精馏塔的控制1125.3.5 闪蒸罐1125.4精馏工段控制方案1125.4.1 加压精馏塔的控制1135.4.2 常压精馏塔的控制1135.4.3 闪蒸罐的控制1135.5 控制点一览114第六章 供电及通信1156.1 设计依据及总则1156.1.1总则1156.1.2 依据1156.2 供电电源1166.3 变电所和配电间1166.3.1 高压供电系统设计1166.3.2 总降压变电所设计1176.3.3 继电保护的选择与整定1176.3.4 车间变电所设计1186.3.5 厂区高压配电系统设计1186.4 动力和照明1186.5 用电要求1196.6 应急电源1206.7 防雷和接地1206.7 危险区域划分和设备选择1226.7.1 标准及规范1226.7.2 危险区域电气设备选型1236.8 电信1236.8.1 原则1246.8.2电信方案124第七章 土建1267.1 设计依据1267.2 厂区自然条件1267.3 建筑、结构设计1287.3.1 建筑设计范围1287.3.2 建筑设计原则1287.3.3 建筑结构设计1287.3.4 有关标准图和技术规定1297.3.5生产厂房及生产车间1297.3.6小型建构筑物1297.3.7综合楼1297.3.8成品及半成品储罐区1297.3.9 锅炉房1297.3.10危险厂房1297.3.11防火防爆130第八章 供水排水1318.1 概述1318.2 编制依据1318.3 给排水系统设计1328.3.1 给水系统设计1328.3.2排水系统设计134第九章 环境保护1379.1 概述1379.2 主要污染源及主要污染物1379.3 环保治理措施1389.3.1 废气1389.3.2 废水1389.3.3 废渣1389.3.4 噪声1399.3.5 环境保护检查与考核细则139第十章 供热14210.1 概述14210.2 热量供需情况14210.3 供热系统设计14210.3.1、蒸汽系统设计条件14210.3.2蒸汽冷凝水系统设计14310.3.3管道布置与敷设144第十一章 采暖通风和空气调节14511.1 设计标准与依据14511.2 设计范围14511.2.1.自然通风：14511.2.2. 机械通风：14611.3 设计目标14611.4 通风系统14611.5 采暖系统147第十二章 外部工艺和供热管道14812.1 设计依据14812.2 管道直径14812.3 管道工艺计算14812.4管道布置14912.4.1 管道铺设原则14912.4.2 泵的管道布置15012.4.3 换热器的管道布置15012.4.4 塔的管道布置15112.4.5 管廊上的管道布置15112.4.6 其他管道布置15212.5 管道轴测图15212.6检修平台及检修通道的设置15212.7安全措施15212.8架空要求15212.9 外管架的布置设计15312.9.1 外管架的形式15312.9.2 外管架的跨度和宽度15312.9.3外管架的高度及距设施的最小间距15312.9.4 外管架的选材154第十三章 储运系统15513.1 设计依据15513.2 储存系统15513.3储存系统的安全措施15713.3.1 储罐之间的间隔15713.3.2 防雷防静电措施15713.3.3 防火防爆措施15713.3.4 其他措施15713.4 运输系统157第十四章 维修系统15914.1 设计原则15914.2主要检修任务15914.2.1塔，槽设备15914.2.2泵设备16014.2.3换热器16114.2.4 储罐16314.2.5管道系统16314.3检修人员职责16314.4维修体制1641. 事后维修1642. 预防维修1643. 改善维修1644. 维修预防1645. 生产维修16414.5 巡回检查16514.6 同步检修与协同检修16514.7 维修管理16614.7.1维修管理模式16614.7.2 维修人员的管理167第十五章 消防系统16915.1 设计依据16915.2 设计内容16915.3 主要危险物16915.4 厂区消防布置17015.5 消防措施17015.5.1 基础消防措施17015.5.2生产过程的防火防爆17115.6消防系统17115.5.1 稳高压消防给水系统17115.5.2 火灾自动报警系统17215.5.3 泡沫灭火系统17215.5.4消防栓系统17315.5.3 其它灭火系统173第十六章 职业安全及工业卫生17416.1 设计规范17416.2 安全操作17416.3安全责任制度17516.4职业安全17616.4.1工业毒物17616.4.2 燃烧与爆炸17716.4.3 噪声17716.4.4 腐蚀17816.5 工业卫生17816.5.1 工作场所17916.5.2 辅助用室179第十七章 经济分析180第十八章 物料衡算18118.1 概述18118.2 物料衡算原则18118.3 物料衡算181第十九章 热量衡算18519.1 概述18519.2 热量衡算原则18519.3 热量衡算18619.3.1 物料流股数据18619.3.2 计算基准温度及热力学数据18619.3.3 全局热量衡算186第二十章 热量集成技术与节能工艺18820.1 换热网络综合概述18820.2 夹点技术处理换热网络18820.3 换热网络的初步确定19020.3.1 物流数据的确定19020.3.2 最小传热温差的确定19120.3.3组合曲线的绘制19320.3.4 换热网络综合19620.3.5 R101反应器与R102反应器处的换热201附录一:设备一览表203附录二:控制点一览表208附录三:参考文献213 第一章 总论1.1 项目概况 本项目为年处理180万吨甲醇DMTO-II分厂设计，采用总厂生产的甲醇为原料，购进专用催化剂（D803C-1101）化工产品为另一原料，在反应精馏塔中实现转化，同时副产C4+输送回分厂用于裂解合成烯烃。全过程三废产生少，绿色环保，且将成本控制到最低，原子利用率高，分离容易，耗能也较小。1.2 设计依据(1)国家地区建设的相关法律法规(2)化工部关于经营化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定(3)化工部关于经营化工建设项目初步设计说明书内容和深度的规定(4)有关黑龙江省双鸭山市华清县地区的气象，水文，交通，环保等资料(5)中华人民共和国环境保护法，中华人民共和国劳动安全法等相关法规1.3 工艺特点 本厂采用甲醇为原料，在催化剂作用下在反应塔中实现反应，甲醇蒸气从塔底通入，气液两相在475、0.21MPa、D803C-1101 催化的条件下反应生成烯烃，产物不断蒸出，同时副产C4+输送回分厂用于裂解合成烯烃。尽可能地做到减排环保。1.4 产品方案 本厂产品主要是乙烯和丙烯, 乙烯为无色气体，略具烃类特有的臭味, 丙烯为无色、有烃类气味的气体。副产品有大量水,混合烷烃,芳香烃,焦炭,氢气和碳氧化物,故反应产品气的精致,分离,回收和综合利用就显得尤其重要。 表1- 1产物组成表组份Wt%H2+CH4 0.84 COx 0.12 H2O 56.20 CH3OH 0.275 DME 0.255 乙烷 0.34 乙烯 17.26 丙烷 1.12 丙烯 16.76 二烯烃+炔烃 1.80E-03 丁烷 0.18 丁烯-1 1.08 丁烯-2 2.76 异丁烯 0.25 C5以上 1.21 结焦 1.36 总计 100.00 表1-2主要产品方案产品名称本厂规格国家规定产量(万吨/年)单价(元/吨)乙烯99.9聚合级408500丙烯99.6聚合级2611000丙烷99.6纯极品26500 本厂产品出场价格均处于市场较低值，产品纯度高，且由于厂区交通便利，运费低廉，具有绝对的竞争力。1.5 主要物料规格及消耗序号项目规格数量(吨/年)1原料1.1甲醇工业级180万1.2D803C-1101工业级225 2公用工程2.1冷却水151800万2.2中高压蒸汽4.0MPa50万1.6 厂址概况厂址选于黑龙江省双鸭山市宝清县, 宝清县位于黑龙江省东北部，三江平原腹地。地处东经13112至13330，北纬4545至4655。县域三面环山，东南西部为山区和半山区，北部为平原区，地貌特征概括为“四山一水四分田，半分芦苇半草原”。行政区域面积10,001.27平方公里，人口42.4万。 宝清县经济繁荣，发展势头强劲，是黑龙江东部地区重要的商贸重镇和区域交通枢纽。全县市场体系健全，金融机构覆盖城乡，通讯设施发达，电力供水充足，有省级中小企业园区一处，规划面积500公顷，是客商投资兴业的载体和平台。境内交通便捷，路网纵横交错，区位优势明显，在距我县200公里半径范围内，辐射双鸭山、佳木斯、七台河、鸡西、富锦、集贤、友谊、密山、虎林、饶河、八五二、八五三、五九七、八五一一、北兴等近10个市（县）和10个国营农场，是通往饶河、密山、虎林对俄口岸的黄金通道。2008年全县地区总产值实现67.27亿元，财政总收入8.2亿元，同比分别增长18.2%和34.19%，人均GDP1.5万元。是全国粮食生产先进县，全省教育工作先进县、科技工作先进县、法治环境建设先进县和首批平安县等。其中S308、S205、S307贯穿宝清县，而东关村以南广阔的平原更加方便了厂址的具体选择，且目标厂址所在地基本没有居民区，大大减少了化工厂废气废水排放给居民造成的危害。我厂主要以甲醇为原料生产乙烯、丙烯为主的低碳烯烃，所用原料中的甲醇全部由鲁能宝清煤电化开发有限公司的甲醇工厂提供，催化剂由大连化物所提供。我厂生产的低碳烯烃将可作为化工商品部分提供给区内有相应需求的化工企业，其余产品可通过陆路、航空销往全国各地，甚至出口中亚、印度等国。因此，分析认为在此建厂，有利于产业发展、公用辅助、传输物流、环保、安全和管理服务的整合，充分实现各方建设、经营和资产高效化，能为我厂的快速发展提供所需要的必备条件。1.7 主要经济指标序号指标名称单位数值1设计规模万吨/年662年操作日小时/年80003原料及辅助材料消耗万元/年1804工厂用地面积亩1005总定员人666总投资万元1922307全厂总产值万元/年6390008产品年总成本万元/年5247369投资回收期年710全投资净现值万元52348 第二章 总图设计2.1 设计依据化工企业总图管理规定 原化工部文件化工企业总图运输技术规定 HG/T20649-98建筑设计防火规范 GBJ16-87(2001 )厂矿道路设计规范 GBJ2287工业企业总平面设计规范 GB50187-93压缩机厂房建筑设计规定 HG/T20673-89化工管道设计规范 HG/T20695-87化工设备管道外防腐设计规定 HG/T20679-90化工工厂总图运输施工图设计文件编制深度规定 HG/T20561-942.2 设计范围厂内总平面布置、竖向布置、交通运输设计。2.3 厂址概况 见可行性报告第五章2.4 总平面布置 本厂的总平面布置，是在总体规划的基础上，根据企业的性质、规模、生产流程、交通运输、环境保护以及防火、安全、卫生、施工及检修等要求，结合场地自然条件，经技术经济比较后，设计多种方案后择优确定而来的。2.4.1 总体布局 厂区布置为矩形，东西方向长为 317m，南北方向宽为211m，总面积为100亩。厂区四周为总厂公路。 厂区具体位置，所在地交通运输现状及规划等见可行性报告“第五章 厂址选择”。 厂内可划分为厂前区、生产辅助区、生产区和储罐区。根据建筑物的朝向，主导风向的影响（常年主导风向为东风），设置行政区于分厂的南侧，辅助区于中部，生产区于中北部，储罐区于工厂北部。厂区总体布局时主要的布置理念为：1.工厂总平面图应在节约用地的基础上，满足工厂的生产、运输、安全要求；2.按功能分区，功能分区内各项设施的布置应紧凑、合理；3. 在符合生产流程、操作要求和使用功能的前提下，建筑物、构筑物等设施应联合多层布置,厂区、功能分区及建筑物、构筑物的外形宜规整；4.工厂总平面图布置应考虑工厂发展的可能性和妥善处理工厂分期建设的问题。2.4.2 分区说明2.4.2.1 生产区布置 生产区包括合成车间、精馏车间等。合成车间占地面积 4600m2，主要装置有流化床反应器、急冷塔、旋风分离器、催化剂再生器、闪蒸罐、污水气提塔、水洗塔、水洗碱洗塔、泵、换热器、压缩机等设备。精馏车间占地面积 6900m2，主要包括八个精馏塔。车间外公共区域设有控制室，。生产车间厂房内设置多处自动灭火装置2.4.2.2 储罐区布置 双鸭山市常年主导风向为西南风，故将罐区设在厂区的最北面，处于主导风向的下风侧，罐区地面种植草坪，可以最大程度减少罐区的空气污染；同时罐区四周设有封闭式防火堤，在泄露等意外事故发生时可以阻止液体外渗及火势蔓延。 储罐区总长70m，宽50m，分为原料中间产物罐区和成品罐区，两区之间相隔总厂大路。原料中间产物罐区面积为1000m2，正常生产时设三个立式浮顶罐，分别为两个原料甲醇罐(体积562m3，直径7.1m，高度14.2m)，一个中间回收催化剂储罐(体积56m3，直径3.3m，高度6.6m) 。产品储罐区占地面积 2500m2，设有两个设计储藏时间为1天的乙烯产品立式储罐(直径8.5m，高度17m) ,两个设计储藏时间为1天的丙烯产品立式储罐(直径7.6m，高度15.2m), 一个设计储藏时间为1天的C5产品立式储罐(直径4.5m，高度9m) ,一个设计储藏时间为1天的烷烃产品立式储罐(直径3.7m，高度7.4m) ,两个设计储藏时间为1天的燃料气产品立式储罐(直径8.8m，高度17.6m)。附近设有产品的罐装区及装罐站，并配有小型辅助消防站。 各个储罐之间的间距符合化工企业设计防火规范。储罐区内设置集水设施，设置可控制开闭的排水设施。2.4.2.3 辅助车间布置1、变电站 变电站位于厂区南侧边缘，靠近总厂大路，方便电线的进出。变电站周围设置围栏，构成了一个相对独立的区域，可以确保安全生产。2、中心控制室 总控制室位于行政楼的北侧，位于主导风向的上风向，是全场自动控制的中心，实时监控生产区、储罐区及各辅助生产设施的运行情况，同时负责与各部门的联系，调整生产指标。3、中央化验室 中央化验室设在综合大楼辅楼一楼，检测原料、产品质量，保证生产的正常进行，负责日常的检测与化验工作。4、氮气站 氮气站主要提供氮封、检修时“氮吹扫”用的氮气。空气站提供检修时空气吹扫的空气。氮气站设在比较靠近生产区的位置，方便设备检修，且可以节省管道。本厂的氮气主要由总厂提供。5、维修站 维修站位于厂区的中部区域靠西南侧，占地面积300m2，内部间隔有机修、仪修、电修等小车间，分区布置可以避免维修车间之间的相互干扰。同时，维修站与生产车间保持较远距离，可以防止维修车间产生的火星引起易燃易爆液体发生爆炸。6、消防站 主消防站位于厂区北面，对生产车间、行政区、辅助车间的辐射距离均小于100m。附近设有一蓄水池，道路设置使厂区发生火灾时，车辆可迅速到达现场。7、装卸台 装卸台设置在产品储罐旁的空地，靠近工厂北大门。占地面积470m2，负责产品的装卸运送，周围道路宽阔，交通便捷。8、应急中心 临近生产车间和办公区域 ,主要负责处理紧急情况和突发事件,24小时全天有工作人员留守。2.4.2.4 厂前区布置 厂前区位于厂区的东南侧，处于上风区。办公楼的建筑结构大气，设施全面，环境优美。大楼前设有一个大型的喷水池，周边有花坛绿地，为工人提供良好的工作环境。 中央化验室设立在办公楼的辅楼一楼，远离生产区和机修车间，可以满足其需要比较洁净，不受震动影响的环境的要求。 同时，在办公楼内设置卫生室，负责员工的日常体检工作和安全防护宣传监督。停车场设在大门进口处，用于停放进场员工车辆。2.4.2.5 绿化布置 厂区进行了充分的绿化，在办公大楼的前专设绿化地，可以美化环境。在一些建筑物的四周植有草坪，消减生产过程中产生的污染物。罐区地面植有大量草坪，发展用地上也进行了充分的绿化。2.4.3 车间布置2.4.3.1 合成车间1）整体布置 合成车间采用钢架结构，分多层布置，每层高为7.5 米，楼顶为平台。车间长宽均为18 米。 根据流程方向，车间和管廊均采用一字形布置，管廊设在车间中部。合成车间采用反应精馏塔作为主要反应器，主要由进料搅拌器、换热器、回流罐、闪蒸罐和泵等设备构成。考虑到搅拌器和泵正常操作时震动较大，故将其尽量设置在较低楼层，远离立柱并靠近管廊。2）合成车间各类设备布置1、反应器：反应精馏塔（1）塔设备为半露天，用裙座支承安装于基础环上。与塔设备相关的设备如冷凝器、回流罐、回流泵等按轴线就近布置，减少管线占地。冷凝器设置在顶楼平台，利用自然重力作用使回流液进入第二层车间的回流罐内，再由泵打入塔顶回流。（2） 反应器较高，为便于操作和维修，楼顶平台之上每隔 5m 设有宽度为 1m 的操作平台。2、换热器： 换热器根据物料进出位置布置在相应平台。换热器封头离相邻设备间距不小于1000mm，有管道相连的卧式换热器之间最小净距不小于 750mm，方便检修。换热器轴线尽量对齐塔设备及相关设备，方便管道连接，缩短管线。卧式换热器底部距离平台不小于 600mm。3、泵： 车间内泵的出口轴线对齐，减少管道铺设的难度，备用泵与相应泵之间的距离不小于800mm，方便检修更换。3）合成车间布置图1、车间平面图包括：各个平台俯视图，装置区的范围、方位、尺寸和坐标。2、车间立面图包括：反应器等设备立面图，换热器位置，各层的相对标高，设备编号。详见工艺设计施工图内的合成车间平面立面图。2.4.3.2 精馏车间1） 整体布置 精馏车间采用钢架结构，分多层布置，每层高为7.5 米，楼顶为平台。管廊按照物料进入车间及精馏塔走向设置为“T”形。1. 半露天布置： 精馏设备生产中不需要经常看管，受气候影响小，精馏车间采用半露天布置，自然采光和通风好，可以降低厂房的耐火等级，方便改扩建。同时，以楼层平台嵌入精馏塔，可以起到支撑加固作用，使得整体建筑更加稳固，将不同的塔布置在一个塔架上，可减少投资和维修费用。2. 平面布置： 精馏车间有8 个精馏塔，根据流程方向，各精馏塔采用“一”字形布置。精馏塔高出楼层部分在楼顶平台之上每隔 5m 设有宽度为 1m 的操作平台。各塔中心对齐，塔中心据车间楼板边缘4.5m，留有足够的空间供三座塔的日常检验维修。2）精馏车间各类设备布置1、精馏塔： 塔设备为半露天设置，用裙座支承安装于基础环上。与塔设备相关的设备如冷凝器、回流泵等按轴线就近布置，减少管线占地。三座塔成组布置，位于同一轴线上。加压精馏塔塔顶部分气相直接通入常压粗馏塔塔釜换热器进行热交换。2、再沸器： 再沸器采用立式热虹吸式再沸器，布置在底层。3、冷凝器： 常压精馏塔冷凝器露天布置在楼顶，利用液体的自然重力作用回流进入二层的回流罐，可以降低能耗。4、泵： 车间内泵的出口轴线对齐，减少管道铺设的难度，备用泵与相应泵之间的 距离不小于800mm，方便检修更换。负责进料与输送中间产物泵布置在二层靠近管廊处，可以降低管道敷设费用。3）精馏车间布置图1、车间平面图包括：两层俯视图，装置的方位，尺寸。2、塔设备立面图，含换热器，各层的相对标高，设备编号。3、详见工艺设计施工图内合成车间平面立面图。2.4.4 技术经济指标 技术经济指标序号名称数量单位1厂区占地面积66667平方米2厂前区占地面积2859平方米3辅助车间占地面积4169平方米4分离车间面积6908平方米5合成车间面积4645平方米6储罐区面积3440平方米2.5 工厂运输序号货物名称 运输量及运输方式（吨/年）形态包装方式铁路公路水路管道1运入1.1甲醇180万液体1.2催化剂100固体散装2运出2.1乙烯40万气体2.2丙烯26万气体2.3丙烷2万气体2.5.1 全厂运输定员 该部分不在初步设计说明书中详述。2.5.2 厂内运输设计运输线路的布置，应符合下列要求： 满足生产、运输、安装、检修、消防及环境卫生的要求，线路短捷，人流、货流组织合理； 划分功能分区，并与区内主要建筑物轴线平行或垂直，宜呈网络布置，使厂区内、外部运输、装卸、贮存形成一个完整的、连续的运输系统； 与竖向设计相协调，有利于场地及道路的雨水排除； 与厂外道路连接方便、短捷； 建设工程施工道路应与永久性道路相结合。 厂区内所有道路都是环状。主干道宽度为10 米，路边设置2m 人行道，次干道宽度6 米。厂区内道路呈平面互相正交状。道路宽度均大于4m，满足消防车道宽度的要求。 厂区设有2个出入口，分别为北侧大门，南侧大门。北侧大门宽15m，供货流人流进出。 南门宽度为10m，主要供货流运输。厂前区设置有一矩形的停车场，可供进出厂汽车以及自行车的停放。 厂内所有的道路最窄处不小于4m，可允许检修车辆的通行及确保消防车能够迅速地抵达失火地点。本厂地面全部达到无土化，地面以水泥和柏油两种组成，可以承受最大载重汽车引起的压力，同时利于清洁。2.6工厂绿化 本厂主要在以下地段重点进行绿化布置，进场总干道及物料出入口、厂前区、洁净度要求高的车间以及可能产生有害气体、粉尘和噪声的车间。 办公楼前布置大型喷水观景池和花坛，美化了厂容。 厂区围墙周围设置1m 宽的绿化隔离带，可以净化厂区空气，营造绿色化工厂的整体氛围。 辅助车间周围几乎均设置了绿化带，改善小气候、降低太阳辐射温度、调节气温和湿度、减少尘土、衰减噪声、保护环境。 厂区绿化根据工程排放污染物的特点，选择抗甲醇强、适应当地气候、土壤条件的树木花草开展绿化。在厂区道路两侧采取乔木、灌木和绿篱搭配栽植的形式。 第三章 化工工艺及系统设备3.1工艺路线的选择目前以甲醇为原料制得乙烯、丙烯的技术主要分为MTO和MTP两种。MTO (Methanol to Olefin)是指由甲醇制取低碳烯烃(乙烯和丙烯)的化工工艺技术；MTP (Methanol to Propylene)是指由甲醇制取丙烯的化工工艺技术。MTO/MTP的反应机理是在催化剂作用下甲醇先脱水生成二甲醚(DME) ,然后DME与原料甲醇的平衡混合物脱水继续转化为以乙烯、丙烯为主的低碳烯烃,少量C1C5的低碳烯烃进一步反应生成分子量不同的饱和烃、芳烃、C6 +烯烃及焦炭。主反应为: n=2,3,4,5,6,7,8甲醇制取烯烃技术的关键在于催化剂选择与活性以及相应的工艺流程设计。其研究的重点主要集中在催化剂的筛选和制备，所以在两种技术下又有不同公司研得了具有各自工艺特点的技术。3.1.1 主要的MTO技术 3.1.1.1 UOPHydro MTO 技术该工艺技术是由UOP (环球油品公司) 与挪威Norsk Hydro公司共同合作研发的，工艺采用流化床反应器和再生器，其核心部分为循环流化床反应-再生系统及氧化物回收系统。循环流化床反应器采用湍动流化床，再生器采用鼓泡流化床。反应热通过产生的蒸汽带出并回收，失活的催化剂被送到流化床再生器中烧炭再生，然后返回流化床反应器继续使用。在整个产物气流混合物分离之前，通过一个特制的进料气流换热器，清除其中的大部分水分和惰性物质，然后气体产物经气液分离塔进一步脱水、碱洗塔脱CO、再经干燥后进入产品回收工段。产品回收工段包含脱甲烷塔、脱乙烷塔、乙炔饱和塔、乙烯分离塔、丙烯分离塔、脱丙烷塔和脱丁烷塔。该工艺的核心部分类似于炼油工业中成熟的催化裂化技术，仅仅是反应段(反应-再生系统)的热传递不同，并且操作条件的苛刻度更低，技术风险处于可控之内。该工艺的产品分离段与传统石脑油裂解制烯烃工艺类似，且产物组成更为简单，杂质种类和含量更少，易实现产品的分离回收。UOP/Hydro公司SAPO-34催化剂具有适宜的内孔道结构尺寸和固体酸性强度，能够减少低碳烯烃齐聚，提高生成烯烃的选择性。UOP/Hydro 公司在SAPO-34催化剂基础上开发了新型催化剂MTO-100，在0.10.5 MPa 和350550 下进行反应，可使乙烯、丙烯的选择性达到80%。3.1.1.2 DMTO 技术 中国科学院大连化学物理研究所在20世纪80年代初进行MTO研究工作,于1995年完成了流化床MTO的中试运转,其发展的适合两段反应的催化剂及流化反应工艺达到国际先进水平,开发出具有自主知识产权的DMTO技术。DMTO具有酸性催化特征、高转化率(400近100%转化)、低压反应0.1-0.3MPa、强放热(400-500oC,22.422.1kJ/mol甲醇;167.3164.8kcal/kg甲醇)、快速反应及分子筛催化的形状选择性效应的技术特点。2004年8月,中科院大连化物所与陕西省新兴煤化工科技发展有限公司和洛阳石油化工工程公司合作建设万吨级甲醇制低碳烯烃中试项目(DMTO工艺),只建设甲醇制烯烃反应单元、水气急冷分离及废水汽提单元。2006年4月,工业化试验装置一次开车成功,共运行1150h。DMTO中试装置反应器采用密相流化床,反应温度为460-520,反应压力0-0.1MPa,乙烯收率为40%-50%,丙烯收率为30%-37%,甲醇转化率大于99%。平稳运行241h时,乙烯和丙烯平均选择性约79.2%,甲醇平均转化率约99.5%。工艺流程图如下：随后大连化物所积极发展了新一代DMTO技术DMTO-II，并于2010年5月完成DMTO-II工业性试验。两者的技术特点对比如下所示：DMTO-II试验装置包括原有DMTO装置部分（包括：甲醇转化制烯烃单元、空压机部分、动力站），以及为DMTO-II试验增加的C4+分离单元和C4+转化单元。DMTO-II和DMTO均使用同一种DMTO专用催化剂（D803C-II01）。 由于DMTO-II是DMTO基础上的再发展，兼有DMTO的技术特征，例如可以连续反应和再生的密相循环流化反应，根据市场情况乙烯/丙烯比例在适当的范围内可以进行调节，并且对原料和工艺设备无特殊要求及工艺无环境污染问题等。此外，DMTO-II还具有如下新的特征： 甲醇转化反应与C4+转化反应采用同一种催化剂。在保障甲醇转化效果的同时，实现C4+的高选择性催化转化，显著提高低碳烯烃选择性。 甲醇转化和C4+转化均采用流化反应方式，分别在不同的反应区进行，可以共用再生器，耦合构成相互联系的完整系统。利用C4+转化反应强吸热的特点，在高温区进行C4+转化反应，既符合该反应的转化要求，也能实现热量的耦合；甲醇转化和C4+转化目的产物一致，产物分布类似，可以共用一套分离系统。DMTO-工业化试验装置工艺流程简图如下：3.1.1.3 SMTO技术中石化上海研究院、中石化工程建设公司（SEI）和中石化北京燕山分公司共同开发了由甲醇制烯烃的SMTO技术，该技术拥有自主知识产权，乙烯、丙烯选择性达到82，中石化上海研究院已建成36 万吨级的工业试验装置， 其60万吨年SMTO 技术工艺包已通过中国石化集团公司鉴定，并已由中石化中原石油化工有限责任公司采用此工艺包开始建设60万吨年SMTO 示范装置。工艺的全过程分为反应再生系统和反应气分离系统两部分。反应部分只有气固两相，其反应过程：甲醇先脱水生成二甲醚（DME），然后二甲醚与原料甲醇的平衡混合物在催化剂作用下脱水，转化为以乙烯、丙烯为主的低碳烯烃，该催化反应为放热反应。工艺流程图如下：UOPHydro MTO、DMTO、SMTO工艺技术对比：项目UOP/HydroDMTOSMTO原料甲醇二甲醚甲醇反应器流化床流化床流化床催化剂SAPO-34(MTO-100)SAPO-34(DO-123)自行研制产品,%乙烯45505050乙烯+丙烯选择性808582乙烯+丙烯+丁烯909090有上图表可见，大连化物所的DMTO技术具有更好的选择性。3.1.2 主要的MTP技术 3.1.2.1 鲁奇公司甲醇制丙烯技术（MTP） 20 世纪90 年代，德国鲁奇（Lurgi）公司成功地开发了甲醇制丙烯（MTP）技术，每吨丙烯消耗甲醇3.2t，其与MTO不同之处是：除催化剂对丙烯有较高选择性外，反应器采用固定床而不是流化床，采用由南方化学（SdChemie）公司提供的沸石分子筛催化剂和固定床反应器。2001年在挪威建设了MTP示范装置，取得了工业化数据。 鲁奇公司甲醇制丙烯（MTP）工艺为固定床，流程与甲醇制汽油装置类似，目前反应器直径可放大到10m，技术基本成熟。甲醇进入绝热式DME预反应器，使甲醇转化至DME与水再进入MTP反应器，同时将水蒸汽注入反应器。在反应器内甲醇DME转化至以丙烯为主的烃类产品。反应产物离开反应器后进行冷却并分离出水。产品气体经除去微量水、CO2与DME后进一步提纯至纯度为97的聚合级丙烯，同时副产一定量的汽油、LPG、以及少量的乙烯、燃料气。工艺流程图如下： 3.1.2.2 清华大学甲醇制丙烯技术（FMTP）中国化学工程集团公司与清华大学和安徽淮化集团有限公司共同开发具有自主知识产权的甲醇制烯烃（FMTP）工业化技术。该甲醇制丙烯技术包括FMTP中试装置和催化剂制备装置。FMTP技术是以甲醇为原料,以SAPO-34分子筛为催化剂活性组分, 通过流化床反应器,将甲醇转换为丙烯产品的一项新技术。其特点是在2个独立的流化床反应器(区)中分别进行MTO、EBTP(乙烯和丁烯歧化反应)过程,产物汇总后进入分离系统,丙烯产品出装置,C2及C2以下组分、C4及C4以上组分循环返回EBTP反应器继续转化。C2- 、C4+两股物流在返回烯烃转化反应区之前有少量驰放,以免惰性组分积累。催化剂顺次通过EBTP、MTO反应器, 经汽提后进入再生器烧焦, 再生催化剂连续返回反应器以实现连续反应-再生。FMTP技术分离工艺的杂质脱除工艺采用激冷、压缩工艺,气体分离装置包括吸收解析部分和C3-C5分离。在吸收解析部分中吸收塔和一级解析塔之间设置平衡塔以稳定系统的运行和操作,提高C2及更轻组分的分离效率, 加大系统操作弹性。分离过程采用吸收解析和精馏方法,以汽油或碳原子数为1-4的醇类、醚类或酮类中至少一种作为吸收剂,在一定温度和压力下有效地吸收低碳烯烃混合气体中的C3-C5组分,通过吸收、解析、精馏的方法将C3-C5组分分开。该方法适合MDTO 气体中C3-C5组分的分离,可以分离不同生产工况下的产品气体。终端产品收率如下:乙烯收率为2%,丙烯为68%-72%,丙烷和丁烷为12%,汽油为4%。能分离出纯度大于99.6%的丙烯产品,并保证系统丙烯回收率大于99%。工艺流程图如下： 3.1.3 其他公司MTO/MTP技术 3.1.3.1 Exxon公司 Exxon公司反应-再生系统 Exxon 公司提出的流化床MTO技术采用SAPO系列催化剂,副产物C4+组分在主反应器或另设的辅助反应器中进一步裂解,部分转化为低碳烯烃,以提高低碳烯烃收率。当采用辅助反应器时,再生催化剂流经辅助反应器进入主反应器,并从主反应器流回再生器。辅助反应器的气相产物不再进入主反应器。 Exxon公司开发了提升管循环流化床技术,在带立管的流化床反应器中进行催化剂裂解反应,产物中C4+组分与低碳烯烃产品分离后返回立管用作流化介质, 并在立管中裂解生成低碳烯烃。 Exxon分离流程Exxon公司提出了从MTO 产物中分离乙烯和丙烯的方法。反应产物首先经脱丙烷塔分离出C4+,塔顶C3+组分进行DME脱除和水洗、干燥, 然后进入脱甲烷塔或脱乙烷塔、乙烯塔等进行常规精馏分离, 所述流程为概念原则流程。 3.1.3.2 法兰克福金属技术有限公司法兰克福金属技术有限公司提出了一种甲醇制备丙烯的方法。甲醇蒸气在Al2O3催化剂上反应而获得含有二甲醚的第一种混合蒸气, 该混合蒸气在装有择形沸石催化剂(含质子的硼碳烷硅酮)的串联固定床反应器中反应生成含有丙烯的混合产物。反应产物经过冷却除水后进入精馏塔,塔顶为C2以下组分,少量驰放后返回串联反应器的入口端；塔底为C3 以上组分,经丙烯分离塔分离,塔顶为丙烯,塔底产物少量驰放后返回反应器入口,增加丙烯收率。 3.1.3.3 BASF公司BASF公司提出的甲醇/二甲醚制烯烃技术,采用硅酸硼催化剂, 包括两段反应及两段分离。原料在第一反应区中与催化剂接触发生催化裂解反应,产物经第一分离系统分出C2-C 4烯烃及C1-C 4烷烃, 余下的C5+组分进入第二反应区与催化剂接触发生裂解反应,产物经第二分离脱除芳烃组分,然后返回第一分离系统。该专利的特点是循环C5+ 组分与原料在不同的反应区域及条件下发生反应。 3.1.3.4 Lummus公司烯烃分离工艺ABB Lummus公司烯烃分离采用前脱丙烷后加氢、丙烷洗工艺技术。来自MTO的轻烯烃混合气经压缩机3级压缩、酸性气体脱除、水洗和干燥后,进入高、低压脱丙烷塔进行分离。高压脱丙烷塔顶物流经压缩机4级压缩后送至脱甲烷塔, 塔顶主要是甲烷, 经热量回收后作为燃料气并入燃料气管网。低压脱丙烷塔塔底物流送至脱丁烷塔,得到混和C5和混和C4副产品。脱甲烷塔底物流送至脱乙烷塔进行C2和C3 分离,塔顶C2组分经过乙炔加氢反应器后进入乙烯精馏塔,塔顶为聚合级乙烯。塔底C3进入丙烯精馏塔,塔顶为聚合级丙烯。神华包头180万t/a甲醇制烯烃工业化示范装置中的烯烃分离装置采用的是此技术。 3.1.3.5 惠生烯烃分离工艺上海惠生工程公司根据MTO产物分布特点,开发成功具有自主知识产权的MTO反应产物分离技术PROA工艺,完成了60万t/aMTO分离工艺包。MTO反应产物经压缩、杂质脱除、干燥后进入分离系统。在分离系统中,利用PROA专利技术,采取精馏与溶剂吸收结合的含轻质气体低碳烯烃分离的方法取代了传统深冷分离工艺。专利公开了不使用深冷和低温脱甲烷精馏塔,仅使用丙烯冷基和一级低等级乙烯冷基的分离过程:用一个预切割精馏塔对C2馏分进行非清晰切割,塔顶产物包括CH4、H2及其他轻质气体,部分碳二馏分及相平衡的少量C3； 塔釜产品为其余C2及更重组分。将预切割塔的出口气体冷却后进入一个吸收塔,用C3、C4、C5、C6或其烃类混合物组成的吸收剂分离其中的C1和C2。轻质气体由吸收塔塔顶排出,吸收塔的塔底产品返回预切割塔,在该塔进一步吸收C2馏分并脱出甲烷及更轻组分后送到脱乙烷塔进行C2和C3的清晰切割；脱乙烷塔塔顶得到C2馏分,去乙烯精馏塔分离得到乙烯和乙烷,塔釜产品是C3及更重组分；若进入预切割塔的进料中含有乙炔,则脱乙烷塔塔顶产品先脱除乙炔再进入乙烯精馏塔。该过程投资少、能耗较低,但仍然需要丙烯冷冻压缩机和一个单级乙烯冷冻压缩机。由于吸收剂吸收气相中的C2组分时会放出热量,当吸收塔为常规的无冷凝器和冷却器的吸收塔时,放出的热量使气液相温度升高,进而使吸收塔出口气体中的C2组分及吸收剂含量增加,采用降低气液相进口温度的方法降低出口气体的温度以减少其中的C2组分含量。当乙烯产量为30万t/a时仅需要一个轴功率小于150 kW的单级乙烯冷冻压缩机。为了能取消仍需较高投资费用和大量的操作及维护费用的小容量乙烯压缩机,采用吸收剂与被吸收物流已相接触、温度已升高的条件下冷却该物系的方法,即采用设有塔顶冷凝器的吸收塔, 达到在较高温度条件下冷却该物系的目的,冷凝器采用丙烯冷剂,使乙烯冷冻压缩机不再成为必需。该方法得到的乙烯产品中乙烯质量分数可大于99.95%,乙烯回收率大于99.6%。3.1.4 甲醇制烯烃工艺副产碳四的应用技术C4+是MTO工艺的副产品，在MTO装置中采用C4+利用技术可达到更高的甲醇进料利用率。目前利用C4+增产丙烯技术研究主要集中在两 个方面：C4+烯烃裂解技术和C4+烯烃歧化技术。 3.1.4.1 C4+烯烃裂解制丙烯国内外工艺技术C4+烯烃裂解是将C4-C8烯烃在催化剂作用下转化为丙烯和乙烯的技术，它不仅可以解决炼厂、石脑油裂解及煤制烯烃副产的C4-C8的出路问题，又可以增产高附加值的乙烯、丙烯产品，成为近年研究较为活跃的领域。根据反应器的结构，可将C4-C8烯烃裂解制丙烯技术分为两类：一类是固定床工艺，目前国外较为成熟的技术主要有道达尔石化/UOP公司的烯烃裂解工艺（OCP工艺）、Lurgi公司的Propylur 工艺、日本旭化成公司Omega工艺，国内有中石油上海石油化工研究院开发的OCC工艺。其中具有代表性的是道达尔石化/UOP公司的OCP 工艺；另一类是流化床工艺，国外主要有Arco/KBR