【基于Catofin工艺的丙烯生产工程设计9700字（论文）】

基于Catofin工艺的丙烯生产工程设计目录 21.1丙烯及其性质与用途 2 3 3 1.3.2国内发展概况 4 5 5 5 5 6 6 7 8 82.1.1工艺原理简述 82.1.2生产工艺流程概述 82.2工段工艺流程简图 2.3主要设备装备介绍 2.3.1精馏塔 2.3.2热虹吸式再沸器 12.4物料衡算 12.4.1确定关键组分 12.4.2精馏塔工艺参数 12.4.3确立初始数据 12.4.4每小时丙烯的产量 2.4.5各组分组成的计算 2.5热量衡算 2.5.1塔顶冷凝器热量衡算 2.5.2再沸器的热量衡算 3.1实际回流比与理论塔板数的计算 3.1.1最小回流比 3.1.2理论塔板数 3.1.3塔板数与实际回流比的确定 3.2塔径、板间距及塔高的确定 3.2.1板间距和塔径的确定 3.2.2塔径、塔高的计算 223.3浮阀塔塔板结构尺寸确定 23 23 第一章文献综述丙烯是众多烯烃中的一种。其化学结构式为CH3CH=CH2。丙烯是一种低为4.5MPa,临界温度为91.8℃。丙烯作为一种活性较高的有机化学物质，容易丙烯的重要性在石化工业的基础原料中仅次于乙烯。它是生产许多重要有在工业领域往往具有煤烯烃、蒸汽烯烃以及催化烯烃中两种工艺已在实际工业生产中得到广泛应用：UOP的Oleflex工艺和1.3.1国外发展概况从2004年开始，在全球市场中以市场需求为视角，对比乙烯的需求状况，的技术体系。相关研究证实，在2014年全球经济总产量突破6,500万吨，其中运对应为61%,34%,3%,2%。目前PDH技术由于生产技术逐步完善，并且具有无法替代的生产优势，在丙烯制备过程中得到了普遍应用。同时在工业制造业得到了越来越多化工企业的关注并逐步选用该项先进科技进行生产[2]。在近几年的发展过程中，国内企业对于丙烯的生产制备并未引起重视。同时在生产销售领域缺乏相应的意识。所以在过去部分大型炼油企业在生产过程中将丙烯作为次要产品进行生产，并且也将制备得到的丙烯产品供应给下游企业作为生产原料，进而降低了市场整体对于丙烯原料的需求。正是由于这种生产运营模式，导致国内丙烯资源十分匮乏。在市场经济、工业生产规模不断扩大的影响下，当前国内丙烯原料总量难以满足下游企业的生产需求，这促使国内丙烯产量逐步增加，但是除了上述提及的下游企业之外，市场中还存在许多中下游企业对丙烯原料存在需求，进而导致整体市场中丙烯原料处于匮乏状态，致使在销售价从上个世纪90年代开始。在我国丙烯产业行业迅猛发展的影响下，我国丙烯产量呈现大幅增长的态势，但与此同时国际整体丙烯产量也呈现迅猛增长的态势。究其原因在于，丙烯原料价格持续上涨促使其在原料体系中的地位不断提升。国内化工企业也十分关注丙烷脱氢装置生产技术的发展，并围绕该项工艺技术进行了充分的实践和论证。对于国内生产企业而言，应当。有侧重的引进国外先进科技，并且结合我国实际发展情况，对部分工艺进行优化，致使越来越多的企业开始关注丙烯的未来发展空间，促使国内整体产量逐步提升。1.3.3丙烯的消费现状及其发展前景近年来，中国丙烯的消费量逐年增加。2013表观消费量为1960万吨，2018增至3314万吨，同比增速在5.20%左右。相应产品的自给率201387%,201891%。在中国，丙烯多用于生产聚丙烯，其他用于生产环氧丙烷、丙烯腈等化工产品。目前的消费结构是：聚丙烯对丙烯的需求量约占总消费量的70%,正丁基/辛醇约占8%,环氧丙烷约占7%,丙烯腈约占6%,丙烯酸约占4%,其它产品如丙酮和表氯醇约占5%。时至2018,我国丙烯当量需求量为3910万吨，缺口约为960万吨。中国经济正处于快速增长阶段，对丙烯的需求将保持稳定增长。预计2023年，中国丙烯当量需求将达到5600万吨左右，丙烯当量需求缺口约为Pacol工艺，1989取得了工业上的成功。主要分为原料预处理段、反应段、催化该项工艺技术是由ABBLummus研发的一种单烯烃技术，用于C3C5烷烃化剂的使用寿命长达2~3年，工艺生产主要分为反应、压缩、回收和精制四大环气相组分主要为轻组分气体，主要组分为反应生成得到的氢气以及原下的组分，通过将其输送至PSA装置后，可用于生成氢气，液相是未反应的丙STAR工艺起源于飞利浦石油公司，后来被Uhde公司收购后进行优化，其主要分为反应、CO2分离气体分离以及分馏四大环节。该项工艺技术的特点在于选择蒸汽水作为稀释剂，因此对于高温反应过程中所生成的抑制，并且促使其及时氧化转化为CO2排出。此外反应器操作的时间较长，催化剂再生难度低，正常情况下可在反应器长时间反应后短时间内完成再生。与情况下，在时间方面，反应器经过6小时的反应之后，还需要经过三小时的再生需要两个并联的反应器串联。该工艺中使用的催化剂为巴斯夫企业所研发的Cr2O3/A₁2O3,在反应环节，温度及操作压力需相应达到600℃,0.15MPa。并和乙烷组分，而精制丙烯可通过丙烷丙烯分离塔1.5本课题研究的意义第二章工艺流程设计本文选用Lummus公司研发的Catofin工艺，对年产20万吨的丙烷脱氢项目2.1.1工艺原理简述Catofin工艺工艺技术采用固定催化剂床，在反应过程中丙烷通过从上往上从而生成丙烯。其原料进料由3股组成，即界外的新鲜丙烷、脱除重油后的自脱成所需产物丙烯，而整个反应过程中所产生的副产物在通过处理后会流入PSA2.1.2生产工艺流程概述在反应器内通过高温蒸气吹扫确保温度达到反应标准600℃,并将压力控制在0.05MPaA,待混合丙烷进入之后，在催化剂的作用下会发生脱氢反应，具体该单元的主要作用在于剔除反应器中的轻烃组分以及氢气，氧化氮，二氧化氮等惰性气体。通过将上述尾气输至富氢气流中原，其余部分则进入燃料系统作为燃料或输送至PSA装置中。对于冷凝环节中(1)脱乙烷塔的作用在于能够将组分轻于丙烯、丙烷的物质剔除，主要物(2)产品分离塔的作用在于通过分离作用生产纯度小超过99.6%的聚合级(3)脱油塔装置的主要作用在于去除物料中的油状物质，这类油是由于丙工段工艺流程简图见下图2.12.1工段工艺流程简图产品分离塔A/B—ProductsolitterA/B回流罐一Productsplitterrefluxd回流泵一Productsplitterrefluxpump丙烯产品泵一Propyleneprodtctpump塔底泵一ProductsplitterBbottomspump塔底再沸器一Productsplittersteamrebolier塔顶冷凝器一Productsplitterwatercooledcondenser作为化工企业中的常见装置，精馏塔的作用在于基于物质之间不同的挥发度，在特定的条件下实现分离。正常情况下精馏塔由冷凝器、回流罐、再沸器等部分构成。在冷凝器冷凝作用下分离得到的轻组分会冷凝，而重组分则会进入再沸器，吸收热量发生汽化反应，从而与塔顶回流液在每层塔板上气液保持平衡。丙烷和丙烯具有非常接近的沸点，要达到理想的分离效果，必须增设塔板数。但还要考热虹吸式再沸器采用自然循环。来自精馏塔底部的液体在再沸器中加热并本次精馏设计参考多组分精馏明确重要成份，进料温度：37℃塔顶出料温度：51℃塔釜出料温度：65.9℃2.4.3确立初始数据丙烯从进料阶段比例为进料量的40%,从塔顶出料阶段的比例为出料量的99.6%,由塔釜出料阶段的比例为出料量的1.5%。丙烷从进料阶段比例为60%,从塔顶出料阶段的比例为0.04%,由塔釜出料阶段的比例为98.5%。丙烯制造量年均200000t参考客观的制造状况，年均操作时长8000h所以，单位小时制造量：200000/8000=25t/h=25000kg/h2.4.5各组分组成的计算如果100kg/h是进料量参照，D属于塔顶出料数据，W是塔釜总出料数据。可得表2.1:丙烯丙烷总计塔顶出料量/D塔釜出料量/W参考上表数据能够获取：运算得：而丙烷丙烯分子式或者相对分子质量为：丙烷丙烯参考公式：则丙烯从进料阶段摩尔分数：则丙烷从进料阶段摩尔分数：则丙烯从塔顶出料阶段摩尔分数：则丙烷从塔顶出料阶段摩尔分数：则丙烯从塔釜出料阶段摩尔分数：则丙烷从塔釜出料阶段摩尔分数：把运算获取的数据整理为表2.3:丙烯丙烷总计111参考公式：运算可得：物料衡算结果如表2.4:表2.4物料衡算计算结果组分丙烯丙烷塔顶2.5热量衡算参考公式：其混合热为0。查找有关资料能够发现各组分从冷凝装置内的焓：结合公式运算得知：HvD=168.5×0.9962+100.5×0.0038=168.2416HLD=99.5×0.9962+29×0.0038=99.2321QD=(19+1)×(168.2416-99.2321)×25000=17477830.9260kcal/h=4.2.5.2再沸器的热量衡算参考公式(2.4)(不考虑再沸装置的热量损耗):查找有关资料能够发现各组分在再沸装置内的焓：丙烯：Hvi=168.5kcal/kgHLi=99.丙烷：Hvi=102kcalkgHLi=34kcal/kg运算得知：Hvw=168.5×0.0157+102×0.9843=103.0441Hw=99.5×0.0157+34×0.9843=35.0294kcal/kgQw=(R+1)D(Hyw-Hzw)=20×25000×(103.04=17003675kcal/h=4.06202.5.3全塔的热量衡算参考热量平衡方程：丙烷：Hvi=100.5kcal/kgHLH,=99.5×0.4113+29×0.5887=57.9967kcal/kg方程式左边=Qw+FH=17003675+60066.9869×方程式右边=DHLD+WHLw+QD=25000×99.2321+35066.9869×35.0284+174778第三章主设备的工艺尺寸计算组分丙烷丙烯ABC明确各温度环境下，各组分相匹配的饱和蒸气压，汇总表3.2:表3.2饱和蒸气压Po/(kpa)丙烷丙烯由于选择了泡点进料，则：Xq=XF=0.4113Xd=0.9962Xw=0.0157参考公式：运算相对挥发度：根据公式：运算平均相对挥发度：αm=1.18452.最小回流比参考相平衡方程：把平均相对挥发度置于上式能够运算：y₄=0.4528参考最小回流比公式：参考芬斯克方程：从真实制造情况来看，真实回流比属于最低回流比110%~120%,因此把最低回流比设置成19。参考借助查吉利兰图能够发现：由于在实际生产中，实际回流比是最小回流比的1.1~2倍。所以将最小回流比取19。根据通过查吉利兰图得出：进一步获取理论塔板数N=201.2695≈202块3.2塔径、板间距及塔高的确定1.塔顶、塔釜、进料的混合液密度及气体密度(1)液体密度参考有关数据资料可得：不同温度环境里各组分的密度如表3.3:参考公式(3.7):出料温度37℃情况下：因此，根据塔顶和塔釜密度汇总表3.5:温度液体平均密度(2)气体密度组分总计数1临界温度临界压力组分丙烯丙烷总计参考临界温度Tc和临界压力Pc,运算确定压缩因子Z=0.73Z:查图对比T与P所得的压缩因子R:通用气体常数V=V’L’=V’+W=11879.964+795.9200=12675.884kmol/hV=11879.964×42.08=499908.885V’=11879.964×44.06=523431.2138kg/hL=11285.9658×42.08=474913.4L’=11285.9658×44.06=497259.6Vs=499908.8851/41.3151=12099.9074m³/h=3.36V’=523431.2138/50.3904=10387.5185m³/h=2.8854m³/sLs=474913.4409/479.9582=989.4892m³/h=0L’=497259.6531/481.2355=1033.2979m³/h=03.2.2塔径、塔高的计算参考公式(3.11)则u确定为0.25m/s得知塔径D=5.9m设计里精馏塔的正确高度参考公式(3.13)运算：3.3浮阀塔塔板结构尺寸确定参考真实工厂里的经验，浮阀塔通常选择F1型式的浮阀，而管线一般堰长IW=0.66D=3.894m参考公式(3.14):选择平直堰，上层液层高度参照公式(3.15):液流收缩系数E=1,参考how列线图15,hOW=0.0156,Lh=50结合数据运算出口堰高度hw=0.0048m滞留时长通常超过5s,因此降液管规格合适；3.3.2塔板布置及浮阀数目与排列运算得N=407取边缘区宽度Wc=0.06m,破沫区宽度Ws=0.2m鼓泡区面积代入数据运算Aa=2.3862则t’=0.057m=57mm因此，按阀数t=100mm,t'=57mmm,利用等腰三角形阀门交叉排列的运算形式，获取按阀数325个，由此重新建因为阀孔动能因数Fo波动有限，基本在9~12区间。3.3.3气相通过浮阀塔板的压力降参考上式运算塔板压力降1.干板阻力参考公式：运算uoc=1.3671m/s由于uo=uoc.则运算干板压力参考公式运算得到hc=0.043m2.板上充气液层阻力本设施的关键在于隔离塔顶丙烯气、液的混合物，预设充气系数ε0=0.04参考公式：运算h=0.0284m3.液体表面张力所造成的阻力这一阻力较小，基本不考虑，所以，气相通过浮阀塔板的压力降hp=0.043+0.0284=0.0单板降压：清液层高度：hp:空的气体凭借控制塔板的气体温度以及空气压力降将其密度转换为生成高度在0.0714m的液柱；hd:压头损失为：hL:板上面的液层高度是0.025m;取Φ=0.5,HT=0.8m;hW=0.0048m运算得Hd<Φ(HT+hW)=0.4024m;满足要求。3.3.5雾沫夹带参考公式：泛点率：泛点率：物性系数K根据表3.8能够得知K=1系统无泡沫正常系统氟化物(如中等浓度硝酸甘油吸收发酵浸泡塔及系统(如甘油吸收胺及硝酸乙二醇再生多泡沫系统(如胺及乙二胺再生系统(如甲酮装形成稳定的活性泡系统(例如硅酸碱再生塔)K1图3.2泛点负荷系数由于两类运算方式获取的雾沫泛点率都处于80%,则雾沫材料夹带的质量第四章辅助设备选型计算4.1回流泵的确定烯，查看有关资料能够发现丙烯密度是481.2355;粘度是0.0735cp。参考真实制造阶段的实践经验能够预设流速u=2.5m/s,参考公式(4.2)参考公式(4.3)运算雷诺数：查图4.1获取摩擦系数：泵的进出口速度一致，所以u2/2g=0确定直管长度100m,所以直管阻力：若回流管线存在截止阀、闸阀各两个，1个止回阀，4个弯头，可得：流体通过传感装置的过程中，液面携带的阻力关于流体数据的作用较低，不予考虑，最终把以上公式相加，运算H=68.92m,因为要考量泵从使用阶段的气蚀余量NPSH=3m,则泵从最终的综合扬程能设定成71m。0.0I0.60.81.0图4.1莫狄图参考以上运算方式研究实验情况，选择正确回流模式的清水离心泵，具体以下表所示：名称回流泵类型清水离心泵型号效率表4.1回流泵参数的确立第五章化工经济与环保分析近年来，聚丙烯等下游产品需求呈快速增长趋势，以乙烷为原料新建乙烯装置的比例也不断提高，丙烯资源供需缺口不断加大。人们逐渐关注以丙烷为原料通过氧化脱氢生产丙烯的工艺路径。PDH丙烷脱氢制丙烯的生产工艺由于具有产品单一、副产物不多等优点，在生产过程中可以节省大量的财力和人力。此外，由于原料过于单一，因此生产过程中稳定性更强，能够降低外界的影响作用。这都有益于该项工程技术的发展，同时也促使更多的企业选择运用该工艺开展生产。该公司所提出的PDH项目是我国首套丙烷脱氢设备，选用美国Lummus企业的Catofin工艺。该项工艺属于全球领先的专项科技，具有低碳、低能耗、原料单一、运行稳定、高收率等特点，符合国家产业激励机制和排放指标[7。该设备技术完善，性能强，投资成本低，在原料主要源自美国及中东地区的，供应链稳定6。5.2环保分析Catofin工艺装置在生产过程中，同样会出现部分副产物。为了达到节约成本的目的，有必要对这些物质进行再利用。例如，在加工过程中脱乙烷塔会生成乙烷、氢气等气体，可将其输送至燃料系统用作燃料。脱油塔生成的重油物质可输送至加热炉中作为燃料。废水汽塔所生成的污水应当集中收集至污水处理池中，运用GEM污水处理装置净化处理后，将其送至污水处理厂进行进一步处理。而污水处理过程中所产生的废渣物质应当送至相应的工厂中进行相应在企业进行实习的这段时间里，深刻体会到公司对化工安全的重视，将安全第一的理念贯彻企业生产的时时刻刻，我也是在这段时间的学习中，受益匪浅，对化工安全这四个字有了更加深刻的理解。通过观看培训期间的相关企业的事故案例，以及安全员专业细致的分析，我发现这些事故往往都可以避免。我越发感觉到执行安全操作规程，规范作业的重要性，在工作中的每一个环节都不可掉以轻心，应严格遵守公司的各项制度，时刻绷紧安全生产这根弦。参考文献[2]刘佩成.丙烯生产技术发展及经济性分析[J].当代石油石化，2005(10):14-[3]潘澍宇.甲醇