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1、20万吨/年乙烯MTO反应器与再生器的设计总计：毕业论文41页表格：17表插图：7幅指导老师：赵启成评阅人：完成日期：2012.摘要资源是人类社会发展的物质基础，环境是人类赖以生存的基本条件。采用合理的手段利用资源保护环境是当今化工研究的重点，也是人类面临的挑战。基于对我国国情及资源种类考虑，研究MTO技术将是我国化工生产烯烃产物的理想道路。通过调查和查阅有关的数据表明，MTO技术中的反应装置的设计是目前较为前沿的技术，大多都是将FCC中的流化床反应器应用于该工艺中。本设计的内容主要包括反-再系统的工艺计算、反应器的结构设计及其强度校核三个部分。首先利用Aspen plus软件对反再系统进行模
2、拟计算，得到物料及热量衡算结果。再根据计算结果并结合大连物化所研究的催化剂SAPO-34的反应条件及相关数据，对MTO过程中的流化床反应器和再生斜立管进行工艺设计，得出流化床反应器的高度和直径。最后依据反应物和产物的物理性质、化学性质、反应条件及设计参数，对反应器进行结构设计及强度校核。最终设计得到一套20104t/a的MTO反应装置。关键词：MTO，流化床反应器，SAPO-34催化剂，结构设计。AbstractResource is the material basis of social development, the environment is the basic condition
3、 of survival. Reasonable of resources is the focus in the study of chemical industry, is also face the challenge of human beings.Based on Chinas national conditions and resource type consideration, research MTO technology will be the countrys chemical production olefins product ideal road. Trough th
4、e survey and consult relevant data show that the reaction in the device MTO technology design is now more forward technical, mostly in the FCC is reaction device used in the fluidized bed process.This design content mainly includes the process calculation, the system to the reactor structure design
5、and strength check three parts. First, the Aspen plus software for simulate reaction regeneration system, and get material and heat calculation results. Then through the calculation results and combining with the catalyst SAPO-34 reaction conditions of Dalian institute of chemical and the related da
6、ta, to the MTO process of fluidized bed reactor and regeneration inclined stand pipe process design, draw the fluidized bed reactor height and diameter. The last, based on the physical properties of reactant and product, chemical properties, the reaction conditions and the design parameters, the str
7、ucture design of reactors and strength check. The final get a set of 20104t/a reaction of the MTO device.Keyword: MTO, fluidized bed reactor, SAPO-34 catalyst, structure design.目录摘要iAbstractii1.绪论11.1.历史简述11.2.能源形势21.3.流化床的优缺点32.工艺过程设计52.1.工艺条件52.1.1.反应温度对过程的影响52.1.2.空速对过程的影响52.1.3.甲醇浓度对过程的影响52.1.4.
8、催化剂的再生研究62.1.5.设计条件参数62.2.过程设计72.2.1.技术方案72.2.2.工艺计算72.2.3.生产工艺流程103.反应-再生系统的工艺设计113.1.直径的确定113.2.高度的确定123.3.关键部件的确定143.3.1.分布板143.3.2.内部构件173.3.3.流化床料腿183.3.4.气固分离器184.反应-再生系统的机械设计214.1.材料选择214.2.壁厚设计214.3.质量载荷计算224.4.塔的自振周期254.5.地震载荷计算264.6.风载荷和偏心弯矩计算274.7.各种载荷引起的轴向应力304.8.危险截面强度和稳定性校核314.9.水压试验应力
9、校核324.10.基础环设计344.11.地脚螺栓设计354.12.设计一览表365.小结39鸣谢40参考文献41421. 绪论1.1. 历史简述资源是人类社会发展的物质基础，环境是人类赖以生存的基本条件。采用合理的手段利用资源保护环境是当今化工研究的重点，也是人类面临的挑战。煤仓空气氧蒸汽出灰煤气约22米35米在流化技术领域中，早期人类就已经利用风簸水选的方法分离各种不同尺寸和密度的混合物了，如谷粒扬场和沙里淘金等等都是。在自然界中，如沙漠迁移、河流中的泥沙夹带也是一种流化现象。然而，流化床的首次大规模地再在工业上应用，是温克勒（Fritz Winkler）的流化床（如图1-1）粉煤气化，此
10、法于1922年获得德国专利。该炉燃煤造气，高达13m，床层截面积12m2，于1926年顺利投入运行。但是，温克勒的流化床粉煤气化耗气量大，并且由于夹带造成的碳的损失很大（超过20%），认为是效率很低的。虽然如此，但是它也是流化床的第一次工业应用。图1-1 Winkler煤气发生炉至1940年前后，由于第二次世界大战的影响，航空汽油的需要量剧增，为了解决汽油的需求，美国麻省理工学院和美孚石油公司（SOD Co.）成功开发了石油流化催化裂化（FCC）技术。第一台工业规模的SOD-型流化催化裂化装置于1942年正式投入运行。在此以前曾采用固定床反应器，但是催化剂表面很快积碳失活，不能连续生产，不得不
11、采用两套装置，轮换操作，使得实现大规模生产十分困难。当时研究的型流化催化裂化装置几经改进到50年代成为下流式的型装置，从而获得了广泛应用。FCC技术的成功后有陆续在萘氧化制苯酐，乙烯氧氯化制二氯乙烷及丙稀氨氧化制丙烯腈等工业生产中开花结果。近二、三十年来，流化技术的应用于研究趋于广泛，不仅应用于石油炼制，而且 在化工、冶金、制药、原子能、动力、环保等许多工业和工程领域中都得到了日益广泛的应用。我国在五十年代初期，对流态化技术的研究和应用进行了许多工作，最早的应用实例是流态化焙烧。1955年南京化工公司采用流态化技术焙烧黄铁矿以产生二氧化硫并制造硫酸；1957年在葫芦岛流态化焙烧精锌矿生产氧化锌
12、和二氧化硫获得成功。至此以后，陆续有很多流化技术在中国化工、冶金等工业中广泛应用。20世纪80年代，研究发现，硅铝磷酸盐可作为将甲醇转化为乙烯和丙稀的催化剂，1995年，UOP开始进行了甲醇制乙烯（MTO）的技术开发工作，采用SAPO-34催化剂的流化床反应器，在450和0.1MPa的条件下进行催化转化，生成了乙烯和丙稀，而且乙烯和丙稀的比例可以按照市场需要调整。甲醇制烯烃的工艺技术是当前国内外大力开发的工艺过程1。1.2. 能源形势低碳烯烃（乙烯和丙烯）是重要的基础有机化工原料，传统的低碳烯烃的生产主要采用轻烃（乙烷、石脑油、轻柴油）裂解石油化工路线完成。由于全球石油资源的日渐缺乏和原油价格
13、长期高位运行，世界各大石油化工集团公司大力开发替代传统烯烃生产的新路线。而随着煤经合成气生产甲醇技术日臻成熟，另外受金融风暴的影响，国际甲醇价格下跌，开发甲醇这类低附加值化工产品制取低碳烯烃成为备受关注的一条生产路线。基于我国国情、化学工业整体结构的调整以及低碳烯烃的市场需求，研究煤制低碳烯烃技术具有以下必要性2：(1) 符合我国煤多油少的能源结构特点我国是一个富煤、贫油、少气的国家，煤炭是主要的资源，我国含煤面积达到55平方公里，资源保有量为10077亿吨，资源探明率为18%。在探明的石化能源储量中煤炭占94.3%，石油、天然气仅仅占5.7%。随着国民经济的快速发展，我国对石油资源的需求日益
14、增长，我国已逐渐成为石油消费大国。我国石油缺口逐年增大已是不可回避的问题，而石油资源的缺少已经严重影响到下游的化工产业，国内乙烯和丙稀的生产量已经完全不能满足化工行业的需要，使得我国对进口石油的依赖越来越高，然而，与石油资源短缺相对的是宝贵的能源资源得不到合理而高效的利用，这对能源的安全供应、国民经济的平稳运行以及全社会的可持续发展都造成了重大影响。因此，发展煤经甲醇制烯烃产业符合我国资源结构特点，具有可靠的资源保障，有利于缓解石油资源紧缺的局面，是保障我国石油战略安全的一项有力举措。(2) 能够替代进口，满足国内市场需求近年来，虽然国内石油化工产业发展迅速，但国内烯烃市场自给率依然不足，低碳
15、烯烃还是得大量依赖进口。因此，利用我国丰富的煤炭资源，采用先进的煤化工技术，大力发展煤基烯烃产业，必能提高国内烯烃及下游产品的自给率，满足日益增长的化工产品市场需求，促进国民经济持续、健康发展。(3) 可以调整我国煤炭企业的产业结构，有效拓展发展空间相对国际市场而言，国内煤炭及其产品价格低廉，产业经济效益长期在低位徘徊。发展煤基烯烃产业，将低价值的煤经由低附加值的甲醇转变为具有高附加值的化工产品，可以在一定程度上提高煤炭企业的经济效益。因此，发展煤基甲醇制低碳烯烃产业，是煤炭企业调整产业结构，实现可持续发展的有效途径。(4) 有利于我国污染物的集中处理，改善环境煤基甲醇制低碳烯烃工艺路线采用目前世界上最先进的洁净煤技术及污染物处理技术，通过集中处理的方式尽量减少污染物的排放，与传统的煤直接燃烧以及石油裂化方式相比，大大降低了环境污染。综上所诉，随着全球石油资源的日渐缺乏和原油价格长期高位运行，以石油裂化裂解制低碳烯烃的传统石油化工路线不仅不能保证可持续发展，而且低碳烯烃产量已远远不能满足国际国内市场的需求；而随着MTO、MTP
