丙烯项目急冷塔与预急冷塔水系统设计

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1、 中国矿业大学银川学院中国矿业大学银川学院 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 （ 2013 届）届） 题 目 丙烯项目急冷塔与预急冷塔 水系统设计 系 别 化学工程系 专业班级 化学工程与工艺(1)班 学生姓名 指导教师 教务处制 年 月 日 中文题目：丙烯项目急冷塔与预急冷塔水系统设计 毕业设计共 35 页 图纸共 5 张 说明书共 30 页 完成日期：2013 年 05 月 01 日 答辩日期：2013 年 05 月 10 日 摘要 甲醇制丙烯(MTP)工艺是使用甲醇作为原料生产聚合物级丙烯的工艺， 该工艺包含 五个工艺步骤，其中预急冷和急冷属于水烃冷却分离部分，其主要作用是将 MTP

2、反应器 来的产品气进行冷却。水从碳氢化合物中分离出来，碳氢化合物蒸汽从预急冷塔出来后 进入急冷塔进一步冷却。预急冷塔和急冷塔塔底的凝液（工艺水） ，一部分进入工艺蒸汽 塔用来生产工艺蒸汽，剩余大部分经处理后仍作为预急冷塔和急冷塔塔的冷却水。经实 践证明预急冷塔和急冷塔塔底的工艺水含油较多，导致从工艺蒸汽塔生产出来的工艺蒸 汽含油量高。含油的工艺蒸汽会对生产造成影响：造成丙烯产品不合格，甚至系统跳车。 MTP 反应器的反应产物除了烯烃和工艺水外还有些有机酸，造成 pH 值偏低，这部分酸 性物质会对管线和设备会产生腐蚀现象。 为解决工艺水中含油量高的问题，设计在工艺水泵后添加设备工艺水、工艺水除油

3、 罐，使预急冷塔与急冷塔底产出的工艺水，经工艺水泵进入工艺水除油罐过滤器过滤后， 进入二甲醚（DME）冷凝器换热后，最终进入工艺蒸汽塔。本设计主要对工艺水除油罐 进行了设计，改善了工艺水含油量高的问题，提高了丙烯生产率。为了改善 pH 值问题， 增加一套缓蚀剂注入系统，配合 pH 值控制。以便更有效地防止腐蚀的发生。 关键词关键词：丙烯；MTP；除油罐过滤器 目录 1 绪论1 1.1 丙烯发展前景.1 1.2 现有的烯烃制取工艺.1 1.3 甲醇制丙烯(MTP)工艺 1 1.3.1 MTP 反应系统.2 1.3.2 工艺蒸汽生产流程.3 1.4 急冷系统.3 2 整改及设计5 2.1 工艺水中

4、含油超标问题.5 2.2 工艺水PH 值问题.5 3 立式除油罐设计7 3.1 立式除油罐的除油原理.7 3.1.1 含油污水中油珠粒径的划分7 3.1.2 立式除油罐的除油方法和原理.7 3.1.3 对流碰撞聚结过程.9 3.1.4 油层过滤过程.9 3.2 立式除油罐的水量计算.9 3.2.1 设计水量的计算9 3.2.2 校核水量的计算.9 3.2.3 最小运行水量的计算.10 3.3 加速浮升法计算.10 3.3.1 油颗粒的匀加速浮升.10 3.3.2 用静止浮升法测定油颗粒加速度.12 3.3.3 匀速浮升法和加速浮升法去除最小油颗粒粒径计算.14 3.4 立式除油罐的工艺设计及计

5、算.16 3.4.1 水平截面积的计算.16 3.4.2 除油罐全高计算.16 3.4.3 配水、集水管路设计及计算.17 3.4.4 立式除油罐的高程布置.18 3.4.5 立式除油罐计算结果的校核.18 3.5 立式除油罐的改进工艺.19 4 PH 值控制措施.20 4.1 腐蚀控制措施.21 4.2 缓蚀剂的选择.21 结论22 致谢24 参考文献25 附录 A26 附录 B29 1 1 绪论 1.1 丙烯发展前景 丙烯等低碳烯烃是重要的基本化工原料，随着我国国民经济的发展，特别是现代化 学工业的发展对低碳烯烃的需求日渐攀升，供需矛盾也日益突出。迄今为止，制取乙烯、 丙烯等低碳烯烃的重要

6、途径，主要是通过石脑油、轻柴油，均来自石油，的催化裂化、 裂解制取，导致石脑油、轻柴油等资源面临着越来越严重的短缺局面。而我国是“多煤、 少油、少气”的国家，近年来原油进口量已占加工总量的一半左右，以乙烯、丙烯为原 料的聚烯烃产品仍将维持一定的进口比例1。因此，发展非石油资源来制取低碳烯烃的技 术日益引起人们的重视。 1.2 现有的烯烃制取工艺 煤制烯烃技术是发展新型煤化工的核心技术之一，也是今后煤化工产业发展的一个 重要方向。国外由甲醇制丙烯的方法主要有两种：一种是甲醇制烯烃(MTO)技术，即由甲 醇首先生产出合成气，然后将合成气转化为乙烯和丙烯混合物的工艺；另外一种是甲醇 制丙烯(MTP)

7、技术，即由甲醇首先生产出二甲醚，然后将二甲醚转化成丙烯的工艺。德国 Lurgi 公司的 MTP 示范装置于 2001 年在挪威建成运转，之后该公司又与伊朗 Zagros 石化 公司签约，建设两套相同规模的 5000t/d 甲醇生产装置，同时配套建设一套甲醇制丙烯生 产装置2。 Lurgi 公司 MTP 工艺从 1999 年完成了单环 PDU 试验， 2002 年完成了三段 PDU 试 验，放大 4 倍，装置进料能力为 1.2kg/h；2002 年在挪威完成放大巧倍三段示范装置，进 料能力为 15Kg/h；2003 年在伊朗完成了 6 段 PDU 放大 10 倍，进料能力达 150Kg，之后 放

8、大 690 倍。Lurgi 公司拟建的大型仰装置在特立尼达、加拿大、中国、美国和中东都 有分布。Lurgi 公司基于由德国南方化学公司提供的改性 ZSM-5 分子筛催化剂，开发了一 种转化甲醇成丙烯的工艺（MTP） 。该工艺采用固定床反应器3。 1.3 甲醇制丙烯(MTP)工艺 甲醇制丙烯(MTP)工艺是德国鲁奇公司使用甲醇作为原料生产聚合物级丙烯的专利技 术，该工艺同时可副产乙烯，LPG 和汽油。MTP 工艺包含五个工艺步骤：MTP 反应部分、 2 MTP 反应器再生部分、水烃冷却分离部分、碳氢压缩部分、产品/副产品精制部分4。 1.3.1 MTP 反应系统 热的 DME/HC 循环物料和来

9、自工艺蒸汽塔的过热蒸汽在 MTP 反应器进料混合器混合。 混合的 MTP 反应器进料大部分在加热炉用燃料气或 LPG 作燃料进行加热后分三路进入 MTP 反应器，还有部分没有加热的物料分三路经调节阀后与从加热炉出来的三股物料混 合，然后压力降至 MTP 反应器的进口压力 0.2MP，在减压过程中，从甲醇回收塔来的不 凝组分、从氧化物闪蒸罐来的气相也在这里混合后进入 MTP 反应器的第一层。 在 DME 分离罐中反应物料被分离成液态的富集水和富集 DME 的气相。两相都作为 中间原料送入 MTP 反应器的 2-6 层，液汽比满足中间冷却的要求。顶部气态富集 DME 的大部分物料进入 DME 加热

10、器用高压蒸汽加热后经流量调节进入 MTP 反应器 2-6 层， 剩余的部分物料经温度调节后与加热的气相 DME 汇合以调节反应器温度。另外冷的再生 气、低压氮气、工艺空气在装置开车或催化剂再生等境况下也经这五条线进入 MTP 反应 器 2-6 层。底部液态富集水在 DME 空冷器中冷却后，一股去急冷塔用于停车时回收物料， 一股进入 DME 冷凝过冷器 E-60118 中用丙烯气继续冷却后与的其余物料汇合后进入 MTP 反应器 2-6 层。 在 MTP 反应器中，甲醇/二甲醚混合物在沸石催化剂的作用下，反应为达到合成烯烃 的高选择性，催化剂床层的操作温度是 450-480和较低的操作压力，本设计

11、是基于以 下条件：每个催化剂床层出口温度是 480，最后一个催化剂床层出口压力是 0.13MP4。 MTP 反应器总体反应是放热反应，要求中间冷却在需要的温度范围内以保持适当的 温度，这是通过中间进料实现的。MTP 反应器包括六层催化剂，每个催化剂床层的新鲜 的甲醇/二甲醚进料量都是同一种方式调节，每个床层的绝热温升相同，这样可以保证各 床层在相似的反应条件下获得最大的丙烯收率。从催化剂 1-5 层来的中间产品，在进入到 下一级床层前，被液态的水/DME 与另外新鲜的气态 DME/甲醇混合物所冷却。大部分的 冷却是通过从 DME 冷凝空冷器至 MTP 反应器的 2-6 床层注入和汽化液态富集过

12、冷水完 成的。每个床层精确的出口温度是通过改变气态 DME 物料温度来实现的，微调是通过调 整 DME 加热器反应器每个床层的旁路物流来保证的。在反应器运行期间，形成少量的重 质碳氢化合物会堵塞催化剂的部分活性空间为了使碳化最小化，在 MTP 反应器的第一层 催化剂床层中加入了工艺蒸汽，蒸汽也可作为放热反应的冷源，从而有助控制温度的上 升，在后面床层产生了额外的反应水，因此没有额外的工艺蒸汽添加 MTP 反应器床层 2- 3 6 床层 DME/甲醇的进料中。通过碳原子数小于或者高于 3 的循环碳氢化合物（丙烯） ， 进入到 MTP 反应器第一层来提高丙烯的产量。另外碳氢化合物还可以作为反应的热

13、载体， 以便控制催化剂床层的温度。 1.3.2 工艺蒸汽生产流程 为了使 MTP 反应器催化剂的结焦趋势最小化，也为了提高气体通过 MTP 反应器的 热效率，在 MTP 反应器的第一层碳氢化合物中加入了过热蒸汽。MTP 反应器排出的水在 预急冷塔和急冷塔中被冷凝。从急冷系统工艺水泵来的工艺水，首先经 DME 分凝器与第 二甲醇甲醇预热器来的二甲醚换热后，进入工艺蒸汽塔顶冷凝器中。然后在工艺水预热 器用中压蒸汽加热后，进入工艺蒸汽塔的底部。 在工艺蒸汽塔中，工艺水通过工艺蒸汽塔再沸器用中压蒸汽作热源再沸，为了脱除 水溶性杂质，工艺蒸汽塔冷凝器在塔中提供回流（工艺蒸汽塔冷凝器属于内置式冷凝器， 在

14、工艺蒸汽塔上部） ，这些杂质作为废水在塔底被清除5。 离开工艺蒸汽塔塔顶的工艺蒸汽，一路工艺蒸汽去往加热炉首先在对流段预热后， 然后与热的 DME 循环物料在 MTP 反应器进料混合器进行混合。一路随冷的富集液态水 的物料这条线进入 MTP 反应器。一路送入急冷塔、一路送入再生气加热炉用来吹扫和热 备 MTP 反应器。还有部分工艺蒸汽与二甲醚气相物料这条线进入 DME 加热器。 从工艺蒸汽塔来的工艺蒸汽去往加热炉对流段预热前有一路工艺蒸汽没有进入加热 炉，然后与另一路在加热炉加热的蒸汽汇合后，之后与热的 DME 循环物料在 MTP 反应 器进料混合器混合。混合的 MTP 反应器进料大部分在加热

15、炉用燃料气或 LPG 作燃料进行 加热后分三路进入 MTP 反应器，还有部分没有加热的物料与从加热炉出来的三股物料混 合后进入 MTP 反应器。 1.4 急冷系统 急冷系统的部分工艺水经空冷、水冷器后进行后进行循环，还有部分经工艺水泵送 至工艺蒸汽塔中，在工艺蒸汽塔用中压蒸汽蒸出并返回 MTP 反应器一级床层作为稀释和 吸热蒸汽，其余部分工艺水被送至甲醇回收塔回收其中的甲醇和 DME 后排出界区。从甲 醇回收塔塔底出来的工艺水，少部分工艺水经抽提水冷器用丙烯冷却至 30后分三路， 分别作为氧化物抽提塔、脱丙烷塔分离罐、抽提塔的溶剂，萃取烃类物料中的甲醇、 DME 等氧化物。其余部分工艺水经冷却

16、器冷却到约 45经废水总管送全厂污水处理系统。 4 从 MTP 反应器出来的反应器产物经废热回收系统回收热量冷却后，以 285.4608t/h 的 流量，温度为 170，压力为 0.12MPa，进入预急冷塔中，预急冷塔进料口有物料分布器， 上部有两层填料。从急冷塔冷却器来的工艺水与碱液计量泵来的碱液汇合后进入预急冷 塔将 MTP 反应器来的产品气进行冷却。水从碳氢化合物中分离出来，碳氢化合物蒸汽从 预急冷塔出来后进入急冷塔进一步冷却，相应的水被冷凝下来。 被预急冷塔预急冷后 MTP 反应器产物以 319t/h 的流量，55的温度，0.118MPa 的 压力进入急冷塔中，MTP 气体继续被来自急冷塔最终冷却器的工艺水和碱液计量泵来的 碱液汇合后进入急冷塔中进行冷却，进一步将水从碳氢化合物中分离出来，碳氢化合物 从塔顶离开后以 308.7t/h 的流量，40的温度，0.105 MPa 的压力去往压缩干燥单元。相 应的水继续被冷凝下来。在预急冷塔和急冷塔中有一部分重烃被冷凝，这些重