年处理80万吨粗甲醇制低碳烯烃预处理工段工艺设计课程设计(编辑修改稿)

年处理80万吨粗甲醇制低碳烯烃预处理工段工艺设计课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

nd with the aid of the CAD technology draws the process piping and instrument diagram and material selection. Finally, with the help of modern chemical engineering simulation software Aspen the Plus to process the material balance, energy balance, and according to the design and the operation temperature, pressure and related standards of process piping dimensions and material selection. Keyword： Low carbon olefin, methanol, material balance, energy balance 齐齐哈尔大学化工过程课程设计 3 第 1 章 总论 概述 产品 介绍 低碳烯 [1]烃通常是指碳原子数小于等于 4 的烯烃如乙烯、丙烯及丁烯等。 低碳烯 烃是石油化工的重要原料。 乙烯是合成纤维、合成橡胶、合成塑料（聚乙烯及 聚氯乙烯 ）、合成 乙醇 （酒精）的基本 化工原料 ，也用于制造氯乙烯、 苯乙烯 、 环氧乙烷 、醋酸、 乙醛 、乙醇和炸药等乙烯用量最大的是生产聚乙烯 (PE),约占乙烯耗量的 45%。 丙烯用量最大的是生产聚丙烯，另外丙烯可制丙烯腈、异丙醇、苯酚和丙酮、丁醇和辛醇、丙烯酸及其脂类以及制环氧丙烷和丙二醇、环氧氯丙烷和合成甘油等。 正丁烯主要用于制造 丁二烯 ,其次用于制造甲基酮、乙基酮、仲丁醇、环氧 丁烷 及丁烯聚合物和共聚物。 异丁烯主要用于制造丁基 橡胶 、聚异丁烯橡胶及各种塑料。 预处理的意义 甲醇制低碳碳烯烃 的产品中含有 CO2 酸性气体，酸性气体对烃类分离装置会有很大的危害，对于混合气分离装置而言， CO2 在低温下已结成干冰，造成分离系统设备和管道堵塞，对于下游产品加工装置而言，当氢气、乙烯、丙烯产品中酸性气体含量不合格时，可是下游加工装置的聚合过程或催化反应过程中的催化剂中毒，也可能严重影响产品质量，因此必须将混合气中的酸性气体 CO2 脱除干净。 甲醇制低碳烯烃过程中会产生水，为避免水在低温分离系统中结冰或形成水合物，堵塞管道和设备，另外，水在加压和低温 条件下， 可与烃类生成白色结晶状态的水合物，这些水合物也会在设备和管道内积累造 成堵塞现象，因此 需要对混合气进行脱水处理以保证低碳烯烃生产装置正常运行，并保证产品乙烯和丙烯中的水达到规定值 ，为避免低温系统冻堵 ， 因而需要进行干燥脱水处理， 通常要求将裂解气中水含量托处置 1ppm以下，相应，进入低温分离系统的裂解气露点在 70℃以下。 齐齐哈尔大学化工过程课程设计 4 设计依据 根据齐齐哈尔大学化学与化学工程学院下达的关于化工过程课程设计任务书和化工厂国家设计国家标准，以及学校对本课程的要求，确定设计题目是：年处理 80 万吨粗甲醇制低碳烯烃预处理工段设计。 同时，查阅了大量的中外文资料，本设计的关键设备是填料 吸收 塔 ，因此，依据《化学化工物性数据手册》中国石化出版的《化工计算手册》，《气液物性估算手册》对各个组分的物性进行估算，为化工设计计算部分提供依据。 利用网络资源，了解到国内 外 吸收 CO2 技术发展现状及其发展趋势，通过自己的思考和总结作为出设计依据。 除此之外，设计也要符合以下依据： (1) 产品的技术要求。 (2) 安全要求：在化工生产中大量的物质都具有易燃易爆有毒的性质，所以在设计上一定要考量到安全问题，保证生产的安全进行和操作人员的人身安全。 (3) 经济要求：从社会效益出发，保证经技术指标应有竞争力，需要经济 的使用物力、人力，节省开支。 (4) 建筑单位提供的主要原料及公用工程供应条件的供应报告，主要原料、燃料、运输及销售方面的有关文件。 (5) 三废要求：化工生产过程会产生三废 “废气、废液、废渣 ”根据国家及环保要求，要对生产过程中产生的三废进行合理的处理，以达到节约能源保护环境的要求。 设计规模与生产制度 设计规模 年处理 80 万吨粗甲醇制低碳烯烃预处理工段设计，装置采用一条线连续运行， 主要对对低碳烯烃混合物中的二氧化碳及水进行处理，以便于对后续分离。 生产制度 本设计 的关键是对填料塔 [2]关键设备的设计，在正常生产中，填料塔塔顶、塔底温度控制，各个设备的压力、温度，塔顶回流比、流量及液位等工艺参数等，都是重要的影响因素。 烃类物质属于易燃易爆化学物质，因此，在操作过程中一定要严格按照国家相关标准，同时要保证各个工艺参数在生产操作过程中稳定运行。 在公用工程方面，应齐齐哈尔大学化工过程课程设计 5 选用合适的饱和蒸汽，该设计选用 184℃ ， 的饱和蒸汽进料，通过控制蒸汽用量来调节稳定塔底温度，从而达到分离效果。 总之，对各个工艺参数的控制 严格执行岗位的工艺操作指南，保证 产各塔正常生产。 负责本岗位的开、 停车及事故处理 [3]，根据产品质量要求，加强巡回检查力度，并做好本岗位的交接班和原始数据记录，保证整个装置的安全平稳运行。 同时要求员工要树立“ 安全第一 ” 的思想，自觉接受安全教育，学习安全知识，保证生产的安全性。 生产中要严格执行安全操作规程，避免各类事故发生。 生产岗位员工必须按规定穿戴劳动保护用品。 车间安全员工要切实履行职责，随时检查安全生产制度，落实情况，制止违章操作和冒险作业。 原料与产品规格 原料规格 表 11 原料规格表 序号 物质名称 摩尔流量 Kmol/hr 摩尔分数 1 H2 2 CO2 3 H2O 4 CH4 5 C2H6 6 C2H4 7 C3H6 8 C3H8 9 C4H8 10 C5H12 产品规格 表 12 产品规格表 序号 物质名称 摩尔流量 Kmol/hr 摩尔分数 1 H2 2 CH4 3 C2H6 4 C2H4 5 C3H6 6 C3H8 7 C4H8 8 C5H12 齐齐哈尔大学化工过程课程设计 6 第 2 章 工艺设计与计算 工艺原理 吸收工艺原理 是混合气体与适当的液体接触，气体中的一个或几个组分便溶解于液体内而形成溶液，于是原混合气体的组分得以分离。 这种利用溶解度不同而分离气体 混合物的操作成为吸收，根据吸收过程中，溶质与溶剂之间是否发生化学反应将吸收分为物理吸收和化学吸收，本工艺采用 MDEA 与 CO2 发生化学反应 而除去 CO2，故本工艺采用化学吸收。 解吸是吸收的逆过程。 吸收时需要高压和低温，而在解吸时就应是低压和高温，有关吸收的基本原理也适用于解吸，只是在解析过程中，氨，二氧化碳组分在液相中浓度大于气相成平衡的浓度，所以能过从也想进入气相。 离平衡越远，推动里越大，越容易解吸。 在工业生产中，为了实现解吸应设法降低解吸组分在气相中的分压，或者提高液相 的平衡分压。 常用的方法是： (1)使溶液加热汽化法：该法的实质是提高温度，增加组分在液面上的平衡分压；温 度升高以后，气体在液体中的溶解度下降，使组分被解吸出来。 例如在第四章 “未反应物的分离 “所讨论的一分塔、二分塔实质上就是用这种方法使氨和二氧化碳解吸出来。 (2)通入惰性气体法：将惰性气体通入解吸设备中，由于惰性气体中不含有吸收组分， 也就是组分在气相中的分压小于液面上的平衡分压，因而溶液一经与惰洗器接触，溶液中的组分就可以被解吸出来。 尿素生产中解吸塔就是用水蒸气作为惰性气体，使溶液中的氨和二氧化碳解吸出 来的。 (3)减压解吸法是基于气体的溶解度随着压力降低而降低的原理 本工艺采用溶液气化解析。 工艺路线选择 物理吸收法 齐齐哈尔大学化工过程课程设计 7 包括 PSA 法和 TSA 法。 PSA 法是利用吸收量随压力变化而使 CO2 分离的变压吸附法，其中包含吸收 CO2 的古老方法 加压水洗法； TSA 法是利用吸收量随温度变化而使气体分离的变温吸附法。 二者又合称法。 于这种方法误差较大，现多已不采用。 (1) 膜吸收法 :包括气体分离膜技术和气体吸收膜技术。 气体分离膜技术是基于气体在膜中溶解和扩散而实现的，分离过程的动力是两侧 气体分压力差，但效果不佳，耗能过大。 气体吸收膜技术是综合了膜分离技术（设备紧凑）和胺液吸收技术（高选择技术）的膜分离技术。 混合气体沿膜的一侧流入，待分离组分（如 CO2）通过充满在膜的微孔中的气体向另一侧扩散时，被吸收液吸收，此法效果较好，但成本较高。 叶向群等人以醇胺类水溶液为吸收剂，进行了中空纤维膜基吸收法脱除空气中 CO2 的研究，对此。