能源年產(chǎn)62萬噸甲醇制烯烴（MTO）項(xiàng)目 久泰能源（集團(tuán)）內(nèi)蒙古公司——年產(chǎn)62萬噸甲醇制烯烴（MTO）項(xiàng)目目錄第一章總論 61.1項(xiàng)目概況 61.2設(shè)計(jì)依據(jù)和原則 61.3工藝特點(diǎn) 71.4產(chǎn)品方案 81.5主要原料、燃料規(guī)格及消耗 81.6廠址概況 91.7技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 91.8項(xiàng)目意義 10第二章總圖運(yùn)輸及車間布置設(shè)計(jì) 112.1設(shè)計(jì)依據(jù) 112.2設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料 112.3設(shè)計(jì)范圍 132.3設(shè)計(jì)原則 132.4廠區(qū)總平面布置 132.5車間布置設(shè)計(jì) 24第三章化工工藝及系統(tǒng) 313.1概述 313.2原料處理與反應(yīng)工序 333.3混合氣凈化工序 403.4精餾工序 513.5碳四組分利用方案分析 67第四章配管設(shè)計(jì) 814.1管道器材 814.2管道布置設(shè)計(jì) 874.3管道支吊架的選用 94第五章設(shè)備選型 965.1反應(yīng)器設(shè)計(jì) 965.2壓縮機(jī)選型 1295.3儲罐選型計(jì)算 1305.4塔設(shè)備設(shè)計(jì) 1325.5換熱器工藝設(shè)計(jì) 1595.6泵的選型 160第六章自動控制 1636.1自動控制系統(tǒng)選擇 1636.2控制室布置 1646.3預(yù)處理及反應(yīng)工段 1656.4凈化工段 1696.5精餾工段 1726.6儲罐的控制 1756.7危險(xiǎn)性和可操作性分析（HAZOP） 1776.8Aspendynamic動態(tài)模擬與優(yōu)化 184第七章節(jié)能設(shè)計(jì) 196第八章分析檢驗(yàn) 2028.1設(shè)計(jì)依據(jù) 2028.2化驗(yàn)方法 203第九章土建 2059.1設(shè)計(jì)依據(jù) 2059.2建筑工程 2069.3結(jié)構(gòu)工程 2089.4安全疏散 210第十章供電和電訊 21210.1設(shè)計(jì)依據(jù) 21210.2設(shè)計(jì)范圍 21310.3設(shè)計(jì)原則 21310.4電力供應(yīng) 21610.5危險(xiǎn)區(qū)劃分和設(shè)備選擇 21710.6防雷及接地 21910.7電訊系統(tǒng) 220第十一章給排水工程 22211.1概述 22211.2設(shè)計(jì)依據(jù) 22211.3設(shè)計(jì)原則 22311.4給水系統(tǒng) 22311.5排水系統(tǒng) 225第十二章采暖通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié) 22712.1廠址所在地氣候條件 22712.2設(shè)計(jì)參數(shù) 22812.3設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 22912.4設(shè)計(jì)范圍 22912.5設(shè)計(jì)方案 229第十三章維護(hù)與維修 23213.1設(shè)計(jì)說明 23213.2設(shè)計(jì)依據(jù) 23213.3設(shè)計(jì)原則 23313.4維修體制 23313.5維修途經(jīng) 23313.6維修的基本內(nèi)容 23513.7維修人員的工作職責(zé) 235第十四章儲運(yùn)系統(tǒng) 23714.1設(shè)計(jì)依據(jù) 23714.2罐區(qū)儲罐類型 23714.3罐體附件的設(shè)計(jì) 23814.4儲罐的安全防護(hù) 23814.5產(chǎn)品包裝 23914.6運(yùn)輸要求 240第十五章消防專篇 24115.1概述 24115.2遵循的主要法律法規(guī) 24115.3設(shè)計(jì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范 24115.4工程概況 24215.5火災(zāi)危險(xiǎn)性及防火措施 242第十六章環(huán)境保護(hù)專篇 24516.1設(shè)計(jì)依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn) 24516.2工程概況 24616.3廠區(qū)環(huán)境現(xiàn)狀 24616.4主要污染源及主要污染物 24716.5三廢及噪聲處理措施 247第十七章勞動保護(hù)與安全衛(wèi)生 25517.1勞動保護(hù)與安全衛(wèi)生 25517.2主要危險(xiǎn)有害因素分析 25617.3設(shè)計(jì)中采用的安全衛(wèi)生技術(shù)措施 25917.4重大危險(xiǎn)源辨識 26217.4.1風(fēng)險(xiǎn)預(yù)評估 26317.4.2道化學(xué)公司火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評價(jià) 26317.5事件樹分析 268第十八章空壓站氮?dú)庹?27718.1設(shè)計(jì)依據(jù) 27718.2空壓站 277第十九章技術(shù)經(jīng)濟(jì) 281附錄 282選型一覽表 282物料衡算 292能量衡算 323MSDS數(shù)據(jù) 335參考文獻(xiàn) 345

第一章總論1.1項(xiàng)目概況本項(xiàng)目是為久泰能源內(nèi)蒙古有限公司設(shè)計(jì)的一座甲醇制乙烯和丙烯（MTO）分廠。本系統(tǒng)以總廠粗甲醇為原料，使用流化床反應(yīng)器進(jìn)行MTO反應(yīng)，運(yùn)用新型分離方法制備聚合級乙烯和聚合級丙烯。年消耗粗甲醇175.34萬噸，可產(chǎn)出聚合級乙烯38.4萬噸，聚合級丙烯23.6萬噸。1.2設(shè)計(jì)依據(jù)和原則1.2.1設(shè)計(jì)依據(jù)（1）2011年“三井化學(xué)杯”大學(xué)生化工設(shè)計(jì)邀請賽指導(dǎo)書。（2）《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》和《中華人民共和國勞動安全法》等相關(guān)的國家法律、法規(guī)。（3）《化工建設(shè)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告內(nèi)容和深度的規(guī)定》（2005年版）及有關(guān)專業(yè)國家標(biāo)準(zhǔn)。（4）內(nèi)蒙古鄂爾多斯市有關(guān)供水、供電、項(xiàng)目征用土地意見和建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)意見的批文及資料。1.2.2設(shè)計(jì)原則（1）認(rèn)真貫徹落實(shí)國家基本建設(shè)的有關(guān)政策、法規(guī)，合理安排建設(shè)周期，嚴(yán)格控制工程建設(shè)項(xiàng)目的生產(chǎn)規(guī)模和投資。（2）嚴(yán)格遵循現(xiàn)行消防、安全、衛(wèi)生、勞動保護(hù)等有關(guān)規(guī)定、規(guī)范，保障生產(chǎn)安全順利進(jìn)行和操作人員的安全。（3）產(chǎn)品生產(chǎn)和質(zhì)量指標(biāo)符合國家及地方頒發(fā)的各項(xiàng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。（4）注重環(huán)境保護(hù)，設(shè)計(jì)中選用清潔生產(chǎn)工藝，在生產(chǎn)過程中減少“三廢”排放，同時采用行之有效的“三廢”治理措施，嚴(yán)格執(zhí)行“三廢”治理、“三同時”的方針。（5）堅(jiān)持體現(xiàn)“社會經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益并重”的原則，按照國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的長遠(yuǎn)規(guī)劃，行業(yè)、地區(qū)的發(fā)展規(guī)劃，在項(xiàng)目調(diào)查、選擇中對項(xiàng)目進(jìn)行詳細(xì)全面的論證。1.3工藝特點(diǎn)本項(xiàng)目是為久泰能源內(nèi)蒙古公司設(shè)計(jì)的一座MTO分廠，與現(xiàn)有的甲醇轉(zhuǎn)化烯烴項(xiàng)目相比，本系統(tǒng)的工藝特點(diǎn)總結(jié)如下：1、在原料預(yù)處理及反應(yīng)工段，以粗甲醇為原料，省去了甲醇精制的三塔精餾環(huán)節(jié)，大大降低了原材料費(fèi)用。2、MTO反應(yīng)器采用氣固下行循環(huán)流化床，流型更接近于平推流，返混減小，有效避免了二次反應(yīng)，產(chǎn)物中芳烴含量大大降低。而且循環(huán)操作，可以方便的再生催化劑。3、在產(chǎn)品精制工段，采用吸收與精餾相結(jié)合的方式分離出聚合級產(chǎn)品，使分離系統(tǒng)的最低溫度為-35℃，避免了深冷，大大降低了分離能耗。4、分離系統(tǒng)塔釜溫度控制在80℃以下，有效避免了塔釜聚合物的生成，大大延長了設(shè)備清焦周期。 以總廠粗甲醇進(jìn)料，采用UOP/Hydro較為成熟的催化劑生產(chǎn)技術(shù)制備適合于流化床的MTO催化劑；經(jīng)過反應(yīng)器結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)選確定反應(yīng)器結(jié)構(gòu)并進(jìn)行物理場分析；采用傳統(tǒng)分離方法和新型工藝流程實(shí)現(xiàn)僅在丙烯制冷的條件下分離主產(chǎn)品，得到聚合級乙烯和聚合級丙烯產(chǎn)品。1.4產(chǎn)品方案本項(xiàng)目產(chǎn)品為乙烯和丙烯。其規(guī)格、產(chǎn)量見下表：表1-1本項(xiàng)目產(chǎn)品規(guī)格產(chǎn)品名稱規(guī)格（mol%）級別產(chǎn)量（萬噸/年）單價(jià)（元/噸）聚合級乙烯＞99.97聚合級38.412500聚合級丙烯＞99.7聚合級23.6135001.5主要原料、燃料規(guī)格及消耗本項(xiàng)目中所涉及到的主要原料有粗甲醇和工藝軟水。預(yù)計(jì)粗甲醇年使用量為175.34萬噸，工藝軟水年使用量為24.66萬噸。項(xiàng)目所需的甲醇為煤基粗甲醇，其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見下表：表1-2鋅、鉻催化粗甲醇組分,%(wt)甲醇二甲醚正丙醇異丁醇正丁醇異戊醇83~872~40.04310.1530.0140.007甲酸甲酸甲酯丙酮丁酮C7~C10烷水0.030.07240.0010.0030.0036~13項(xiàng)目動力及燃料消耗估算見下表：表1-3動力及燃料用量表序號名稱消耗量/年單位1煤20.02萬噸2冷卻水573萬噸3低壓蒸汽40萬噸4制冷丙烯（-7℃）1.52萬噸5制冷丙烯（-40℃）1.01萬噸6電36,240,000度1.6廠址概況本廠地處內(nèi)蒙古鄂爾多斯準(zhǔn)格爾旗大路新區(qū)工業(yè)園區(qū)內(nèi)，總廠占地90376平方米。以久泰能源內(nèi)蒙古有限公司二期500萬噸甲醇為依托，原料來源充足。 大路新區(qū)規(guī)劃控制面積為232平方公里，其中市鎮(zhèn)建設(shè)用地19.64平方公里，工業(yè)建設(shè)用地60.56平方公里，規(guī)劃中計(jì)劃容納人口10-17萬人。從地理和區(qū)位上分析，各種城市建設(shè)配置比較合理，具有建設(shè)城市、承載經(jīng)濟(jì)和集聚人口的先天優(yōu)勢條件。園區(qū)內(nèi)擁有優(yōu)越的運(yùn)輸條件，充沛的水資源，顯著的電價(jià)優(yōu)勢，豐富的原材料，雄厚的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，完善的配套設(shè)施，規(guī)劃合理，布局科學(xué)。1.7技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 本項(xiàng)目以正常生產(chǎn)年份有關(guān)數(shù)據(jù)對以生產(chǎn)能力利用率來表示的盈虧平衡點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，BEP為62.81％，計(jì)算結(jié)果表明，該項(xiàng)目只要達(dá)到設(shè)計(jì)能力的62.81％，企業(yè)就可以保本，由此可見該項(xiàng)目適應(yīng)市場變化的能力較大，抗風(fēng)險(xiǎn)能力強(qiáng)。整個項(xiàng)目的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如下表： 表1-4主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)序號項(xiàng)目名稱單位數(shù)量備注1設(shè)計(jì)規(guī)模萬噸/年622年操作時間小時80003工程總占地面積平方米903764總定員人6175建設(shè)期年26工程總投資萬元358871.407建設(shè)投資萬元278174.248建設(shè)期利息萬元20613.349流動資金萬元60083.8210年銷售收入萬元798600.0011年總成本萬元730010.0412平均年利潤總額萬元104894.9513年均投資利潤率％18.5914年均投資利稅率％23.9715全投資稅前內(nèi)部收益率％30.0916全投資稅后內(nèi)部收益率％31.5517投資回收期年4.92包括建設(shè)期18盈虧平衡點(diǎn)％62.81正常年份19財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值萬元327961.84包括建設(shè)期20借款償還期年5包括建設(shè)期1.8項(xiàng)目意義隨著石油資源形勢的日益緊張，拓寬低碳烯烴的原料來源具有重要的發(fā)展價(jià)值。結(jié)合中國的能源“多煤、少氣、缺油”的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以煤基原料制備低碳烯烴是解決我國烯烴工業(yè)生產(chǎn)的重要舉措。本項(xiàng)目結(jié)合粗甲醇制備烯烴的工藝特點(diǎn)，運(yùn)用相關(guān)模擬軟件設(shè)計(jì)分析，從經(jīng)濟(jì)、工藝指標(biāo)、能耗、設(shè)備參數(shù)等實(shí)際生產(chǎn)的角度，對MTO工藝過程進(jìn)行全面設(shè)計(jì)，為煤化工綜合企業(yè)提出一個較為詳細(xì)的工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)方案。

第二章總圖運(yùn)輸及車間布置設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)依據(jù)《化工企業(yè)總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50489-2009《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016—2006《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50160-2008《石油化工企業(yè)廠區(qū)總平面布置設(shè)計(jì)規(guī)》SH/T3053—2002《石油化工儲運(yùn)系統(tǒng)灌區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》SHT3007—2007《石油化工廠區(qū)綠化設(shè)計(jì)規(guī)范》 SH3008—2000《化工裝置設(shè)備布置設(shè)計(jì)規(guī)定》 HG/T20546—2009《油化工工藝裝置布置設(shè)計(jì)通則》 SH3011—20002.2設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料根據(jù)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗大陸新區(qū)的各項(xiàng)氣象、地理信息及項(xiàng)目特點(diǎn)，工藝條件等確定。1、地理位置及交通運(yùn)輸本項(xiàng)目廠址位于內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾旗境內(nèi)。準(zhǔn)格爾旗地處內(nèi)蒙古自治區(qū)西南部，鄂爾多斯高原東端，蒙晉陜?nèi)〗唤鐜?。?zhǔn)格爾旗旗府薛家灣鎮(zhèn)北倚自治區(qū)首府呼和浩特120km，毗鄰鋼城包頭180km，東距首都北京650km，西距鄂爾多斯市130km。2、風(fēng)向影響總圖設(shè)計(jì)的因數(shù)主要是風(fēng)向和地理位置，準(zhǔn)格爾旗年平均風(fēng)速1.6m/s，最大風(fēng)速24m/s，風(fēng)玫瑰圖如圖所示圖2-1內(nèi)蒙古鄂爾多斯準(zhǔn)格爾旗風(fēng)玫瑰圖由圖可以看出，改地區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向是西北風(fēng)，次導(dǎo)風(fēng)向是南風(fēng)，最小頻率風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)。3、地形條件該工業(yè)區(qū)地形較為平整，并已經(jīng)完成三通一平，在布置時可不考慮豎向布置。4、其他氣候特征本區(qū)屬中溫帶干旱大陸性季風(fēng)氣候，春季干旱多風(fēng)，夏季短且晝熱夜涼，日溫差大，秋季甚短，冬季漫長而寒冷，全年降水量小，且集中在6～9月份，蒸發(fā)量大（約為降雨量的4～5倍），霜凍期長，年平均氣溫7.8℃，極端最高氣溫37.8℃，極端最低氣溫-27.9℃，年平均降水量389mm，年平均蒸發(fā)量1785.4mm，最大積雪厚度12cm，最大土壤凍結(jié)深度125cm。5、地震烈度依據(jù)國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒布的《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306—2001），本煤炭物流配送中心所在地區(qū)地震動峰值加速度值0.10g，相當(dāng)于地震基本烈度Ⅶ度。地震動反應(yīng)譜特征周期0.45S。6、水資源及排水條件鄂爾多斯，年蒸發(fā)量較大而年降雨量很小，周圍沒有污水處理廠，所以在布置時考慮自建蓄水池及污水處理站。2.3設(shè)計(jì)范圍廠區(qū)布置包括總平面布置、豎向布置、設(shè)備布置、交通運(yùn)輸設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容見本章相應(yīng)小節(jié)。2.3設(shè)計(jì)原則全面貫徹“十分珍惜和合理利用每一寸土地，切實(shí)保護(hù)耕地”的基本理念，因地制宜，節(jié)約用地，遠(yuǎn)近期發(fā)展相結(jié)合，提高土地利用率。嚴(yán)格執(zhí)行國家及地方的有關(guān)規(guī)范、規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)合理規(guī)劃生產(chǎn)區(qū)和生活區(qū)，確定通道寬度，人、貨分流，互不干擾，保證交通順暢，生產(chǎn)高效，滿足消防、安全要求。力求工藝流程順暢，管線簡捷，使各規(guī)劃區(qū)有機(jī)結(jié)合，方便生產(chǎn)管理。充分考慮風(fēng)向因素，行政管理區(qū)盡可能遠(yuǎn)離生產(chǎn)裝置區(qū)，保證人身安全及生產(chǎn)安全。廠區(qū)道路和場地的布置充分考慮裝置的施工、設(shè)備安裝、檢修及消防通道。2.4廠區(qū)總平面布置2.4.1方案比較在總廠平面布置過程中，應(yīng)盡量滿足總廠布置“合理化、規(guī)范化、人性化、美觀化”的理念。根據(jù)平面布置原則，結(jié)合廠區(qū)場地總平面，并考慮場地地形及風(fēng)向條件，廠區(qū)總平面經(jīng)多方案比選，最后推薦兩個方案進(jìn)一步比較如下：方案一：見圖廠區(qū)布置以生活區(qū)和工藝區(qū)最小影響為主。圖2-2總廠平面布置方案一生產(chǎn)區(qū)：生產(chǎn)區(qū)布置在西南角，包括反應(yīng)車間，預(yù)分離車間、預(yù)精餾及精餾車間，車間背面作為預(yù)留用地和污水處理站，待以后擴(kuò)建。生活區(qū)：東北布置有變電所、行政辦公樓、供水站、生活消防水池、生活污水處理站、鍋爐房、機(jī)修車間及材料庫等。罐區(qū)：布置在東南側(cè)公用工程：布置在罐區(qū)和生活區(qū)之間該方案優(yōu)點(diǎn)：充分考慮風(fēng)向的影響生活區(qū)與生產(chǎn)區(qū)位于最小頻率風(fēng)向上，有效防止可燃有毒的氣體向生活區(qū)擴(kuò)散。再次生產(chǎn)區(qū)與生活區(qū)距離較遠(yuǎn)，有利于防爆、防火和防噪音。缺點(diǎn)：該方案中污水處理站對公用工程站有一定影響。裝卸區(qū)離生活區(qū)較近。生產(chǎn)區(qū)和生活區(qū)布置比較混亂。2、方案二：見圖圖2-3總廠平面布置方案二考慮工廠整體布局的及生產(chǎn)區(qū)與生活區(qū)的完全分離。生產(chǎn)區(qū)：現(xiàn)有貨物車流經(jīng)東北側(cè)大門進(jìn)場，進(jìn)入裝卸區(qū)卸車，卸車后空車經(jīng)東側(cè)大門出場，將工藝區(qū)布置在生活區(qū)東側(cè)，罐區(qū)西側(cè)。生活區(qū)：在近公路西側(cè)布置有變電所、行政辦公樓、供水站、生活消防水池、生活污水處理站、鍋爐房、汽車庫等。罐區(qū):布置在東面。進(jìn)廠鐵路：布置在廠區(qū)東側(cè)，便于鐵路引入。該方案優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)區(qū)對生活區(qū)總體影響較小。裝卸方便缺點(diǎn)：擴(kuò)建空間較小，只能向南發(fā)展。經(jīng)綜合比較，考慮到風(fēng)向、用地、交通、費(fèi)用等多方面因素，選擇方案二。2.4.2詳細(xì)設(shè)計(jì)1.工藝區(qū) （1）合成車間加熱爐靠廠邊布置，以減少用地，原料從東面罐區(qū)通過管道輸送如反應(yīng)車間，反應(yīng)器布置在加熱爐旁邊，往北依次是水洗塔、油洗塔、及壓縮機(jī)。整個合成車間沿南北走向的管廊布置。（2）預(yù)處理車間主要包括分子篩、預(yù)精餾塔、脫丙烷塔及壓縮機(jī)，依次沿管廊布置。（3）一段精餾車間包括脫甲烷塔、脫乙烷塔和吸收塔。布置在與處理車間對面，并與預(yù)處理車間共用管廊。（4）精制車間本車間出的產(chǎn)品有乙烯、丙烯、丙烷等，所以在滿足防火要求的前提下，盡量靠近產(chǎn)品罐區(qū)布置。同時也和反應(yīng)車間共用一管廊。整個工藝區(qū)沿管廊布置，如圖所示，管廊成一個L形。圖2-4工藝區(qū)布置示意圖2.生產(chǎn)輔助區(qū)（1）控制室、化驗(yàn)室控制室位于生產(chǎn)區(qū)的北側(cè)靠近生產(chǎn)車間布置，中間有綠化帶隔開，滿足防爆要求。綠化區(qū)鋪置草坪等矮小植物，視線不受阻礙，方便控制室實(shí)時監(jiān)控。化驗(yàn)室位于控制室東面，距離生產(chǎn)車間較遠(yuǎn)，有利于防爆和防干擾。圖2-5化驗(yàn)室及控制室布置（2）公用工程站公用工程站避開來自工藝區(qū)的風(fēng)，布置在工藝區(qū)的西面，其南面是污水處理站，從而避免污水處理站的污染氣體吹向公用工程站。（3）消防站位于廠區(qū)北面面，也是生活區(qū)北面，與生產(chǎn)區(qū)、儲罐區(qū)等危險(xiǎn)區(qū)域的距離符合相關(guān)規(guī)定的同時盡量靠近工藝區(qū)，消防站旁有一消防車專用停車場，停車場向道路方向有1%~2%的坡度。道路設(shè)置上使廠區(qū)發(fā)生火災(zāi)時，消防車輛能夠迅速到達(dá)現(xiàn)場。同時消防站旁修建一蓄水池，供消防用水。圖2-6消防站的布置（4）裝卸區(qū)裝卸區(qū)位于廠區(qū)東面，靠近儲罐區(qū)布置，便于裝卸料，也方便鐵路的引入。同時裝卸區(qū)位于全年最小頻率風(fēng)向上風(fēng)側(cè)，有利于防止裝卸過程中泄漏氣體向加熱爐和生活區(qū)擴(kuò)散。3.生活區(qū)與行政區(qū)行政區(qū)位于全廠西北面，處于最大頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)，行政樓面向廠外公路，背對工藝區(qū)，側(cè)面布置停車場，停車場布置靠近人流出入的大門方便進(jìn)出，起到了行政區(qū)與生產(chǎn)區(qū)完全分開的目的。圖2-7行政樓的布置生活區(qū)也布置在西面，主要有職工中心、運(yùn)動場和食堂，位于最小頻率風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)，減少來自生產(chǎn)區(qū)的污染。4.儲罐區(qū)廠內(nèi)儲罐區(qū)主要布置在工藝區(qū)東面，位于全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)，罐區(qū)種植含水分大、防火防爆效果較好的草坪、灌木。罐區(qū)四周設(shè)置封閉式防火堤，防火堤內(nèi)不種植任何植物。罐區(qū)分為中間儲罐區(qū)和成品儲罐區(qū)。各儲罐、罐組之間間距符合《石油化工儲運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》。同時成品罐區(qū)靠近精制車間（產(chǎn)品出料）布置，有效的減短了產(chǎn)品輸送管道的長度，節(jié)約運(yùn)輸成本。圖2-8儲罐區(qū)的布置2.4.3.工廠運(yùn)輸1.廠外運(yùn)輸方式及數(shù)量表2-1全廠運(yùn)輸總量表序號貨物名稱運(yùn)輸量及運(yùn)輸方式（噸/年）形態(tài)包裝方式備注鐵路公路水路管道1運(yùn)入1.1急冷油2500液體灌裝1.2催化劑2754固體散裝1.3堿液33.6萬液體灌裝1.4煤20.02萬固體散裝2運(yùn)出2.1乙烯38.4萬液體灌裝2.2丙烯23.6萬液體灌裝2.3丙烷6400液體灌裝2.4廢堿液33.6萬液體灌裝2.5煤渣6萬噸2.廠區(qū)內(nèi)運(yùn)輸為滿足工廠安全生產(chǎn)、消防、救護(hù)等要求，場內(nèi)設(shè)置道路及輔助運(yùn)輸設(shè)施。（1）場內(nèi)道路路面寬度為9.00m、6.00m，采用城市型，便于車輛行駛；其結(jié)構(gòu)型式為：水泥混凝土面層厚22cm，水泥穩(wěn)定碎石基層厚20cm，石灰土底基層25cm；道路最小內(nèi)緣半徑：主要行車道10.0m，一般行車道6.0m，最大縱坡為5‰，在裝卸區(qū)周圍設(shè)回車場地，滿足消防要求。（2）廠區(qū)內(nèi)所有道路環(huán)狀布置，線路短捷，人流、物流組織合理。并與廠內(nèi)主要區(qū)域和廠房建筑的軸線平行或垂直。方便工廠的生產(chǎn)聯(lián)系，滿足工廠交通運(yùn)輸、施工安裝、設(shè)備檢修、消防及環(huán)境衛(wèi)生要求。（3）道路起到劃分功能區(qū)作用，使廠內(nèi)、外部運(yùn)輸、裝卸、儲存形成一個完整的、連續(xù)的運(yùn)輸系統(tǒng)。且與場外道路連接方便、短捷。（4）廠區(qū)內(nèi)不同車輛有各自專門停放點(diǎn)，避免各自活動的影響。（5）廠區(qū)儲運(yùn)區(qū)東面設(shè)有兩個大門，為物流通道，供貨流通過；西面靠近行政樓處設(shè)置正大門，供員工上下班車輛及來賓通過，與廠內(nèi)主干道對齊，既彰顯了廠區(qū)的大氣，也有利于廠內(nèi)通風(fēng)；西北角面向西開設(shè)小門，供員工不行入廠。這樣把人流和車流分開，有利于廠內(nèi)交通的流暢性。圖2-9廠內(nèi)主干道路示意圖2.4.4廠區(qū)綠化1.設(shè)計(jì)原則（1）生產(chǎn)區(qū)不應(yīng)種植含油脂較多的樹木，宜選擇含水分較多的樹種。（2）工藝裝置或可燃?xì)怏w、液化烴、可燃液體的罐組與周圍消防車道之間不宜種植綠籬或茂密的灌木叢。（3）在可燃液體罐組防火堤內(nèi)可種植生長高度不超過15cm、含水分多的四季常青的草皮。（4）液化烴罐組防火堤內(nèi)嚴(yán)禁綠化。（5）廠區(qū)的綠化不應(yīng)妨礙消防操作。2.綠化設(shè)計(jì)參照SH3008—2000《石油化工廠區(qū)綠化設(shè)計(jì)規(guī)范》中建議，本廠主要在生活區(qū)，輔助生產(chǎn)區(qū)、主要出入口、潔凈度要求高以及可能產(chǎn)生有害氣體的車間進(jìn)行綠化布置。（1）行政樓前布置一大型噴泉，周邊種植草地，樹木等。美化環(huán)境、廠容。（2）在蓄水池，化驗(yàn)室等潔凈度要求較高的區(qū)域地種植草皮，使其不露地面。在維修車間等輔助車間周圍設(shè)置綠化帶，減少塵土、噪音，改善氣候。（3）在主干道兩旁種植喬木，道路中間布置綠化帶。（4）在生活區(qū)盡量增加綠化面積。（5）儲罐區(qū)與道路之間不種植任何植物。2.4.5豎向布置該地區(qū)地勢較高，工業(yè)場地不受洪澇威脅。場內(nèi)雨水排放采用磚砌蓋板溝，地面平整坡度在3‰～5‰之間，雨水匯集到蓋板溝后，通過場外截水溝排出場外。2.4.6主要指標(biāo)廠區(qū)各區(qū)域面積以及總圖平面布置主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見下表。表2-2建筑一覽表生活區(qū)項(xiàng)目面積生產(chǎn)輔助區(qū)項(xiàng)目面積工藝車間項(xiàng)目面積1-1行政樓481.62-1配電站3003-1反應(yīng)車間24701-2停車場4162-2公用工程站10383-2預(yù)處理車間824.11-3職工中心350.42-3水處理站1534.53-3一段精餾車間544.11-4食堂5602-4化驗(yàn)室4103-4精制車間11551-5運(yùn)動場6762-5控制中心540工藝區(qū)總面積97572-6消防站659.7罐區(qū)項(xiàng)目面積2-7蓄水池436.64-1乙烯罐組32202-8鍋爐房550.84-2丙烯管組17282-9冷凍站298.94-3原料甲醇罐組5762-10空分站5044-4總罐區(qū)面積55242-11汽車裝卸臺1467.52-12鐵路裝卸區(qū)2334.52-13臨時停車場969表2-3經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)序號指標(biāo)名稱單位數(shù)量1廠區(qū)占地面積m2903762建筑物總面積30514.53道路及廣場面積25850.64綠化占地面積14811.35通道用地系數(shù)28.66建筑系數(shù)33.787綠化率16.398廠區(qū)利用系數(shù)65.22.5車間布置設(shè)計(jì)2.5.1設(shè)計(jì)依據(jù)《化工裝置設(shè)備布置設(shè)計(jì)規(guī)定》HG/T20546-2009《油化工工藝裝置布置設(shè)計(jì)通則》 SH3011-2000《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50160-2008《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GBJ16-1978（2001年版）《化工裝置設(shè)備布置設(shè)計(jì)規(guī)定》HG/T20546-2009《壓縮機(jī)廠房建筑設(shè)計(jì)規(guī)定》HG/T20673-20052.5.2設(shè)計(jì)原則車間布置要倡導(dǎo)“露天化、流程化、集中化、定型化”。工藝車間主要由4個部分組成：反應(yīng)車間、預(yù)處理車間、一段精餾車間、精制車間。每個車間平面均為矩形，考慮到物流走向及各車間大小等因素，將四個車間按流程在廠區(qū)全年最大風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)布置，總管廊成L型布置，從而有效減少車間之間的物流管道長度，方便公用工程管道的進(jìn)出、檢修和維護(hù)。車間地基做加強(qiáng)處理，各車間之間按《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中的要求，取不同的安全間距。（1）反應(yīng)車間主要設(shè)備：反應(yīng)車間主要設(shè)備有加熱爐、反應(yīng)器系統(tǒng)、廢熱鍋爐、水洗系統(tǒng)、油洗系統(tǒng)和氣體壓縮機(jī)。平面布置：車間按工藝流程順序布置，加熱爐和壓縮機(jī)是反應(yīng)車間的重要設(shè)備，也是最大的危險(xiǎn)源，加熱爐與其他可燃?xì)怏w設(shè)備之間的防火間距要求較大。加熱爐布置在工藝區(qū)邊緣，處于整個車間的最大頻率風(fēng)向下風(fēng)側(cè)。在滿足防火要求同時，減小布置面積，反應(yīng)器靠近反應(yīng)器布置，以有效的減小工藝氣體的熱損失及防止反應(yīng)物質(zhì)結(jié)焦，廢熱鍋爐布置在反應(yīng)器北面減少彎道長度，往北依次布置水洗塔、油洗塔，最北端布置混合氣壓縮機(jī)，從而使壓縮機(jī)與加熱爐的間距遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于25m的防火距離。同時壓縮機(jī)與油洗塔的布置間距為9m，滿足防火要求。反應(yīng)車間中，水洗塔和油洗塔都有循環(huán)泵，泵布置在管廊一側(cè)，泵的管嘴對齊，電機(jī)側(cè)朝向管廊，與塔之間的間距取3m。泵之間的間距視情況而定，但兩泵之間的距離不小于2m。豎向布置：由于車間設(shè)備體積、重量、高度都較大，所以全部布置在地面。塔體基礎(chǔ)高度設(shè)置為400mm。廢熱鍋爐安裝高度根據(jù)布管要求確定為2m。圖2-10反應(yīng)車間平面布置圖（2）預(yù)處理車間主要設(shè)備：預(yù)處理車間主要有分子篩，預(yù)精餾、脫丙烷裝置、多級往復(fù)式壓縮機(jī)。平面布置：設(shè)備按流程布置，自西向東沿管廊走向，設(shè)備順序依次為分子篩-預(yù)精餾塔-換熱、再沸、回流系統(tǒng)-脫丙烷塔，各設(shè)備之間間距要求符合管道布置空間和檢修空間，車間北側(cè)設(shè)置檢修道路，回流泵布置在管廊側(cè)，管嘴對齊。泵與塔間距大于等于3000mm電機(jī)朝向管廊，管廊中心線到管嘴中心線距離為1000mm，部分泵體處于管廊內(nèi)部。塔底再沸器沿塔背向管廊一側(cè)布置，再沸器管箱一側(cè)背向塔，并留一定長度的管束抽出區(qū)。塔背向平臺的一側(cè)留一定的吊裝空間。兩個精餾塔的回流系統(tǒng)布置在兩塔之間，利用聯(lián)合平臺布置，節(jié)約占地。往復(fù)式壓縮機(jī)布置在車間的最東面，與脫丙烷塔的凈距為9m，考慮需要良好的通風(fēng)條件采用露天布置。立面布置：由于離心泵必須要有一定量汽蝕余量，且考慮冷凝器中的冷凝液依靠重力流到回流罐中，冷凝器、回流罐、泵分三個不同高度布置，預(yù)精餾塔的塔頂冷凝器與脫丙烷塔塔頂冷凝器布置在最高一層平臺上，考慮到下層設(shè)備高度，離心泵必須汽蝕余量，以及布管的空間要求，平臺高度設(shè)置為17mm。第二層平臺上布置預(yù)精餾塔回流罐和脫丙烷塔回流罐，兩回流罐的盡具大于2m，方便檢修和生產(chǎn)操作。最下層布置回流泵。泵基礎(chǔ)高度取200mm，所有立式塔基礎(chǔ)高度取300mm，壓縮機(jī)基礎(chǔ)取300mm。圖2-11預(yù)處理車間平面布置圖（3）一段精餾車間主要設(shè)備：一段精餾車間主要有吸收塔裝置，脫甲烷裝置、脫乙烷裝置。平面布置：整個車間布局與與處理車間相似。按工藝流程順序布置，以減小管道用量和物料輸送的阻力、熱量、冷量的損失。車間沿東西走向的管廊布置，面對與處理車間方便兩個車間之間的物料輸送，吸收塔和脫乙烷塔的進(jìn)料都來自脫甲烷塔，所以把脫甲烷塔放在中間，自東向西依次布置吸收塔-脫甲烷塔-回流系統(tǒng)及再沸系統(tǒng)-脫乙烷塔。設(shè)備之間的間距在3-6m之間，主要考慮操作、檢修空間和吊裝空間以及管道布置的空間。立面布置：與預(yù)處理車間一樣，脫甲烷塔和脫乙烷塔的回流系統(tǒng)利用聯(lián)合平臺分層布置，最高一層布置塔頂冷凝器，中間布置回流罐，最底層為節(jié)約空間布置再沸器。各設(shè)備之間的距離都大于2.5m，方便布管和檢修，再沸器管箱一側(cè)留有相應(yīng)長度的檢修空間，方便管束的抽出。平臺樓梯利用空余空間設(shè)置在脫乙烷塔一側(cè)。各塔設(shè)備基礎(chǔ)高度取400mm，安裝高度按塔底再沸器的高度而定，保證釜液能夠依靠重力流向再沸器。再沸器的安裝高度以管道布置為準(zhǔn)，保證管嘴連好后與地面留有一定距離。圖2-12一段精餾車間平面布置圖（4）精制車間布置主要設(shè)備：精制車間主要是乙烯精制裝置、丙烯精制裝置和丙烷提純裝置，每個塔的塔頂出料都是產(chǎn)品，總體位置離罐區(qū)較近。平面布置：精制車間中換熱關(guān)系較為復(fù)雜，丙烯精制塔頂排出的氣體與乙烯精制塔換熱后再與丙烷提純塔換熱，最后再利用公用工程把氣體最終冷凝?？紤]到盡量減少管道的回形布置，減小壓力損失。丙烯精制塔布置在平臺一側(cè)，乙烯精制塔和脫丙烷塔布置在平臺另一側(cè)。丙烯精制塔——乙烯精制塔中心線對齊，沿管廊布置，脫丙烷塔垂直與管廊布置，并與乙烯精制塔靠平臺一側(cè)對齊，以此在兩塔的人孔平臺上設(shè)置通道連通兩塔的人孔平臺。立面布置：人將塔頂冷凝器放在最頂層，標(biāo)高為17m，將回流罐布置在中間層標(biāo)高9m，主要考慮平臺上的管道與管廊上的管道方便連接，且滿足最底層設(shè)備高度的要求。最底層布置再沸器，管箱一側(cè)留有足夠長的檢修空間。塔的背向平臺一側(cè)應(yīng)留有一定的吊裝空間。塔基礎(chǔ)高度取400mm，安裝高度以再沸器的標(biāo)高而定。再沸器的標(biāo)高以管道布置空間確定。圖2-13精餾車間平面布置圖圖2-14精餾車間立面布置圖第三章化工工藝及系統(tǒng)3.1概述 本項(xiàng)目的目標(biāo)是為一煤化工綜合企業(yè)設(shè)計(jì)一座甲醇制乙烯或丙烯（MTO/MTP）分廠，從而發(fā)展以煤、氣資源為源頭的烴原料生產(chǎn)技術(shù)，減輕我國能源結(jié)構(gòu)中對石油資源的過度依賴。公用工程公用工程換熱網(wǎng)絡(luò)分離與再循環(huán)系統(tǒng)反應(yīng)器 化工過程系統(tǒng)的合成指導(dǎo)理論源于Rudd.Powers.Sirrda在《ProcessSynthesis》中提出的過程合成策略。公用工程公用工程換熱網(wǎng)絡(luò)分離與再循環(huán)系統(tǒng)反應(yīng)器圖3-1化工過程系統(tǒng)“洋蔥模型” 如圖所表達(dá)的，反應(yīng)器為化工過程系統(tǒng)的核心，反應(yīng)環(huán)節(jié)既完成了原料對產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化，又對分離過程子系統(tǒng)提出了相應(yīng)的要求。由反應(yīng)環(huán)節(jié)傳遞給分離系統(tǒng)的約束，使得分離系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)存在著對比和篩選，分離過程的合成既包括了目標(biāo)產(chǎn)物的提純要求，又涵蓋原料預(yù)處理的精制過程。一旦分離的結(jié)構(gòu)確定，反應(yīng)與分離對熱能的需求和支出便對換熱網(wǎng)絡(luò)的合成提出約束條件。在系統(tǒng)內(nèi)部換熱使得冷、熱公用工程消耗盡可能降低，然而當(dāng)達(dá)到一定的限度設(shè)備費(fèi)用會急劇增高。因而存在設(shè)備費(fèi)用與操作費(fèi)用之間的權(quán)衡和優(yōu)化。換熱網(wǎng)絡(luò)所無法供給的額外能源消耗，以及分離、反應(yīng)環(huán)節(jié)所需要的工藝水、氣等原料，全部從公用工程支出消耗，以滿足生產(chǎn)要求。參考上述設(shè)計(jì)模式，結(jié)合設(shè)計(jì)工程中的實(shí)際時間和進(jìn)度安排，初步得到設(shè)計(jì)思路如下：圖3-2化工過程合成步驟圖 基于以上理論指導(dǎo)，加之對甲醇制烯烴（MTO）工藝過程的調(diào)查，借助AspenPlus的物性數(shù)據(jù)與計(jì)算，我們對MTO工藝物性組成進(jìn)行了深入的分析與討論，將原理和結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的反應(yīng)器環(huán)節(jié)單獨(dú)模擬和計(jì)算，最終得到了如下圖所示的流程結(jié)構(gòu)。以下部分將以工藝結(jié)構(gòu)劃分為依據(jù)，詳述各個單元的結(jié)構(gòu)組成與重要工藝操作指標(biāo)。圖3-3流程結(jié)構(gòu)框圖3.2原料處理與反應(yīng)工序MTO工藝的實(shí)現(xiàn)得益于SAPO-34（CHA）型分子篩催化劑的成功開發(fā)，SAPO系列分子篩由美國聯(lián)碳公司（UCC）在1984年開發(fā)成功，屬于新一類型的磷酸硅鋁分子篩。相比MFI型中孔沸石催化劑ZSM-5，有著更小的孔徑和更弱的酸性，使得MTH反應(yīng)產(chǎn)物被限定在C2-C4范圍，其被認(rèn)為是MTO反應(yīng)得以順利進(jìn)行的關(guān)鍵。正因?yàn)镸TO過程與傳統(tǒng)的乙烯工藝有著很大差異，造成MTO工藝的原料與產(chǎn)品的分離過程與傳統(tǒng)分離過程有所不同。因此，我們從MTO反應(yīng)機(jī)理出發(fā)，分別考慮了進(jìn)料組成、催化劑的合理選用、反應(yīng)條件的確定、產(chǎn)品組成及特點(diǎn)、MTO建廠建議規(guī)模、以及本工藝對甲醇總廠的貢獻(xiàn)，對工藝系統(tǒng)中原料處理與反應(yīng)工序進(jìn)行詳述。3.2.1機(jī)理及現(xiàn)有工藝概述（1）機(jī)理總結(jié)對于甲醇制烯烴（MTO）反應(yīng)，雖然對反應(yīng)機(jī)理的研究仍有較大爭議，然而其歷程可以分為以下三個步驟是被廣泛認(rèn)同的： 第一步：甲醇到二甲醚的反應(yīng)。認(rèn)為是甲醇在分子篩表面質(zhì)子化，形成甲氧基，另一個甲醇親核攻擊，生成二甲醚。 第二步：關(guān)鍵步驟，目標(biāo)產(chǎn)物（低碳烯烴）是如何形成的，從C-O鍵的甲醇如何形成C-C鍵，這是MTO反應(yīng)機(jī)理的核心問題，也是各種理論的焦點(diǎn)所在。相關(guān)機(jī)理已經(jīng)提出20余種，相互間存在很大差議。 第三步：典型的碳正離子機(jī)理，包括鏈增長、裂解以及氫轉(zhuǎn)移和成環(huán)反應(yīng)。其總體反應(yīng)歷程如下圖所示。圖3-4甲醇制烯烴反應(yīng)過程簡化圖（2）現(xiàn)有MTO工藝結(jié)合現(xiàn)有文獻(xiàn)，對目前MTO工藝，以及資源利用結(jié)構(gòu)相同的MTP工藝進(jìn)行了對比，各工藝特點(diǎn)詳細(xì)總結(jié)如下表所示：表3-1現(xiàn)有MTO/MTP工藝總結(jié)工藝路線特點(diǎn)歸納不足數(shù)據(jù)資料UOP/HydroMTO1.可以使用粗甲醇進(jìn)料2.產(chǎn)物乙烯和丙烯比例可調(diào)3.采用流化床反應(yīng)器，幾乎等溫4.產(chǎn)物含甲烷少1.工業(yè)化試驗(yàn)規(guī)模小2.流化床反應(yīng)器放大困難0.1~0.5Mpa350~550℃甲醇轉(zhuǎn)化率99.8%乙烯/丙烯0.75~1.5乙烯48.0%，丙烯33.0%大連化物所DMTO1.自行研制的DO123催化劑價(jià)格低廉2.主題工藝流程和催化劑性能與UOP技術(shù)相當(dāng)，規(guī)模優(yōu)于UOP1.采用深冷分離，需乙烯制冷系統(tǒng)2.甲醇或二甲醚進(jìn)料460~520℃乙烯收率40~50%丙烯收率30~37%甲醇轉(zhuǎn)化率99.97%，每噸乙烯和丙烯消耗甲醇2.67t。乙烯/丙烯在1.5~0.8可調(diào)上海SMTO1.流化床反應(yīng)器2.催化劑自行研制開發(fā)規(guī)模大1.相較出于起步階段，實(shí)際生產(chǎn)狀況披露甚少溫度400~580℃壓力0.01~2.0Mpa質(zhì)量空速0.1~20h-1甲醇轉(zhuǎn)化率大于99.8%乙烯和丙烯的碳基選擇性大于80%魯奇MTP1.三個固定床反應(yīng)器，兩開一備2.C2、C4產(chǎn)品回?zé)?，副產(chǎn)物為輕質(zhì)汽油、液化石油氣（LPG）以及燃料氣等3.催化劑為改性ZSM-5沸石催化劑4.原位再生，副產(chǎn)物沒有乙炔和甲基乙炔丙二烯1.重組分副產(chǎn)物較多2.催化劑再生操作頻繁，再生周期為800天壓力(0.13-0.16)MPa溫度(420~490)℃，丙烯收率達(dá)71%，Lurgi的MTP工藝典型產(chǎn)物分布為：ω(乙烷)：1.1%，ω(乙烯)=1.6%ω(丙烷)=1.6%，ω(丙烯)=71.0%ω(C4/C5)=8.5%ω(C6+)=16.1%ω(焦炭)<0.01%清華大學(xué)FMTP1.氣固并流下行流化床2.催化劑制造生產(chǎn)線3.C2、C4組分回?zé)?，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為丙烯1.規(guī)模?。杭状技庸つ芰?萬t/a，催化劑生產(chǎn)線300/a甲醇單程轉(zhuǎn)化率99.5%丙烯選擇性67.3%（5）最終結(jié)論經(jīng)過對反應(yīng)路徑的對比與篩選，綜合考慮甲醇總廠的最大收益以及市場的可調(diào)控能力，UOP/Hydro的MTO工藝以其相對穩(wěn)定的催化劑性能、較成熟的工藝路線、較低的原料要求以及靈活的產(chǎn)品比例，作為最終選取的反應(yīng)路徑，并根據(jù)反應(yīng)要求，對后續(xù)的分離、換熱等子系統(tǒng)進(jìn)行了逐步設(shè)計(jì)和完善。各反應(yīng)工藝詳細(xì)論述見可行性報(bào)告。3.2.2原料組成 久泰能源內(nèi)蒙古公司主產(chǎn)品為煤基甲醇，建設(shè)規(guī)模為500萬噸，按照UOP/Hydro的投料比例，可以提供充分的原料供應(yīng)。其煤基粗甲醇的具體產(chǎn)物組成與雜質(zhì)成分如下：表3-2粗甲醇原料組成生產(chǎn)原料煤生產(chǎn)方式單醇合成壓力32×10反應(yīng)溫度360~380℃催化劑鋅、鉻甲醇83~87二甲醚2~4乙醇異丙醇正丙醇0.0431異丁醇0.153正丁醇0.014異戊醇0.007正戊醇甲酸0.03甲酸甲酯0.0724丙酮0.001丁酮0.003正己烷正戊烷C70.003水6~13根據(jù)組分的物理化學(xué)性質(zhì)及特點(diǎn)，將粗甲醇中的雜質(zhì)組分歸類，分別評價(jià)其種類和含量對MTO工藝造成的影響，確定其相應(yīng)的分離方法和分離程度。有機(jī)雜質(zhì)：這些雜質(zhì)包含醇、醛、醚、酸、烷烴等有機(jī)物，按照沸點(diǎn)高低分為重組分和輕組分。其中乙醇含量雖甚微，但由于某些有機(jī)產(chǎn)品對精甲醇中乙醇的含量有特殊要求，因此，工業(yè)上專門針對乙醇雜質(zhì)考慮了盡量降低其含量的分離工藝。精甲醇中乙醇的含量要求降到10ppm以下。水在甲醇精制工藝中屬于一種特殊雜質(zhì)，它的含量僅次于甲醇，質(zhì)量分率在8.4%左右。水與甲醇的分離比較容易，但水與其中許多有機(jī)雜質(zhì)混溶，形成水-甲醇-有機(jī)物的多元恒沸物，給徹底分離水帶來困難。同時，微量的水被帶入到精甲醇中，造成甲醇的損失。還原性物質(zhì)：有些有機(jī)雜質(zhì)由于碳碳雙鍵和碳氧雙鍵的存在，很容易被氧化，在精甲醇中會造成甲醇產(chǎn)品穩(wěn)定性下降。其中衡量精甲醇穩(wěn)定性指標(biāo)，常用的方法就是高錳酸鉀實(shí)驗(yàn)。精甲醇中要求還原性雜質(zhì)含量在40ppm以下。增加電導(dǎo)率的雜質(zhì)：屬于這類雜質(zhì)的有胺、酸、金屬等，精甲醇中不溶物殘?jiān)脑黾樱瑫黠@增加其電導(dǎo)率。大多數(shù)甲醇精制過程按以下順序進(jìn)行：加堿中和。分離二甲醚。預(yù)精餾（加水萃取蒸餾）脫除輕組分。高錳酸鉀氧化。主精餾，脫除重組分和水，得到粗甲醇。針對MTO反應(yīng)過程進(jìn)行分析，了解到粗甲醇造成MTO催化劑SAPO-34分子篩失活的主要原因在于粗甲醇中痕量的金屬離子，對甲醇中金屬離子的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)：痕量的金屬，如鐵、鋅、鉻、銅等，它們是由“萃取蒸餾加水”、催化劑塵粒、以及設(shè)備和管道污物帶進(jìn)的。水在MTO這一放熱反應(yīng)中有稀釋劑的作用，MTO進(jìn)料要求水的含量在18%~20%（mol），在MTO過程，不僅無需除去粗甲醇中的水雜質(zhì)，還需要加入一部分水達(dá)到稀釋反應(yīng)熱的作用。二甲醚作為MTO反應(yīng)的中間產(chǎn)物，對MTO過程并無實(shí)質(zhì)影響。然而，甲醇精制工藝無法消除痕量的金屬離子對MTO催化劑的影響。從UOP/Hydro的MTO反應(yīng)工藝對原料的要求而言，以上甲醇精制常規(guī)的三塔精餾工序可以省略，降低了甲醇精制過程的設(shè)備投資和特殊精餾工藝的能耗支出。綜上所述，最終確定MTO原料組成為：粗甲醇與水的混合物，甲醇濃度為80%~82%。3.2.3MTO過程特點(diǎn)經(jīng)過MTO過程與傳統(tǒng)的乙烯生產(chǎn)工藝進(jìn)行對比，可見MTO過程的工藝特點(diǎn)，以及其對分離、換熱系統(tǒng)提出的要求有所不同。表3-3MTO與FCC技術(shù)對比對比項(xiàng)MTO技術(shù)FCC技術(shù)1反應(yīng)原料甲醇或二甲醚蠟油、常渣、減渣等2進(jìn)料狀態(tài)氣相液相3反應(yīng)熱放熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)4劑醇比（劑油比）2~76~85反應(yīng)溫度450~550℃500~520℃6反應(yīng)壓力0.15MPa0.2~0.3MPa7再生溫度550~650℃600~700℃8生焦量約1.5~2.5%5~9%9熱平衡自平衡、取熱、補(bǔ)熱自平衡、取熱10催化劑輸送方式立管、斜管、滑閥立管、斜管、滑閥11催化劑顆粒特點(diǎn)A類粒子，骨架密度小A類粒子12流化介質(zhì)甲醇、低碳烯烴等，粘度小油氣、空氣 MTO反應(yīng)工藝在機(jī)理、條件、反應(yīng)產(chǎn)物、熱平衡等方面與催化裂化工藝有著本質(zhì)的區(qū)別。其中，最大的不同還是反應(yīng)熱平衡的差異，MTO流化床需要快速移除反應(yīng)熱，使得流化床反應(yīng)器設(shè)計(jì)和放大存在很多問題，必需加入稀釋劑水。本項(xiàng)目流化床反應(yīng)器類型，選用清華大學(xué)的氣固并流下行式流化床短接觸反應(yīng)器，可以及時終止反應(yīng)的進(jìn)行，有效地抑制二次反應(yīng)的發(fā)生，并獲得多項(xiàng)國家專利，此種反應(yīng)器在甲醇制烯烴領(lǐng)域進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)性應(yīng)用。氣固下行流化床在氣固催化反應(yīng)中，與理想平推流反應(yīng)模型有較大程度的接近，同時又具備流化床反應(yīng)器溫度混合均一、便于催化劑再生循環(huán)等特點(diǎn)。3.2.4推薦擬建規(guī)模根據(jù)國家新近出臺的“十二五”產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，以及MTO工藝過程工業(yè)化研究，綜合設(shè)備負(fù)荷、市場供需狀況的約束條件，本項(xiàng)目將甲醇總廠的MTO分廠規(guī)模擬定為62萬噸/年。3.2.5對甲醇總廠的高回報(bào)總結(jié)本項(xiàng)目擬采用UOP/Hydro的MTO反應(yīng)工藝，實(shí)現(xiàn)久泰能源（集團(tuán)）內(nèi)蒙古公司500萬噸/年的甲醇生產(chǎn)線的下游生產(chǎn)工藝?？蔀榧状伎倧S省去粗甲醇精制環(huán)節(jié)的高額設(shè)備投資和能耗，并從單一的甲醇產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，拓寬為市場前景廣闊的聚合級乙烯、高級聚合級丙烯，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)多樣化。由于MTO過程產(chǎn)生大量的工藝水產(chǎn)品，經(jīng)過分析其濃度可以在煤基甲醇生產(chǎn)過程中起到回收和節(jié)約水資源的實(shí)際意義。MTO工藝與大規(guī)模甲醇生產(chǎn)線的耦合可以降低甲醇廠負(fù)荷、延長甲醇生產(chǎn)線生命周期。3.2.6原料處理與反應(yīng)工序確定經(jīng)過如上分析，按照MTO過程產(chǎn)物與投料量的數(shù)量關(guān)系，將本項(xiàng)目的原料處理結(jié)構(gòu)確定如下： 原料處理過程為：粗甲醇的汽化、工藝水汽化、混合進(jìn)入MTO反應(yīng)器。 粗甲醇年消耗量為175.34萬噸，工藝水年消耗量為24.66萬噸。3.3混合氣凈化工序3.3.1凈化工序概述（1）反應(yīng)器出口組分分析 反應(yīng)器出口為“混合氣”。雜質(zhì)種類、含量與FCC過程存在很大差異，導(dǎo)致各個工序分離要求不同。通過文獻(xiàn)調(diào)查，產(chǎn)物分布對比如下：表3-4MTO工藝過程產(chǎn)品分布項(xiàng)目MTO（mol%）石腦油裂解（mol%）H21.7214.13N20.72--O20.01--CO0.850.18CO20.380.05H2S--0.03CH48.0923.68C2H2--0.45C2H61.646.41C2H451.1031.69C3H82.060.29C3H620.919.44C3H4--0.46nC4o0.680.09iC4onC4=3.811.20iC4=--1.03nC5O0.320.50iC50--0.50nC5=--0.10其他8.169.83對于MTO過程，表中“其他”組分即針對反應(yīng)出口混合氣體中的水和二甲醚，具體含量為：二甲醚為1.93%，水占6.23%。依照該產(chǎn)物分布，確定分離指標(biāo)，進(jìn)行流程模擬。（2）凈化工序目標(biāo)本項(xiàng)目的凈化工序主要目標(biāo)有以下幾點(diǎn)：回收產(chǎn)物混合氣的余熱。急冷降溫，減少聚合反應(yīng)。脫除酸性氣體、脫水干燥。在不同的物流階段，結(jié)合壓縮工序，逐步提高系統(tǒng)壓力，滿足后續(xù)精餾工序的物態(tài)要求。（3）MTO“凈化”與裂解工藝“預(yù)分餾”的對比對比傳統(tǒng)的乙烯生產(chǎn)工藝中的產(chǎn)物組成和狀態(tài)，針對于產(chǎn)物氣預(yù)分餾階段（即本廠產(chǎn)品混合氣凈化工序）的不同分析如下：由MTO工藝過程重組分含量大大降低，故混合氣在相同條件下，露點(diǎn)溫度降低，結(jié)焦減輕。MTO反應(yīng)器出口的溫度僅為450℃左右，裂解氣出口溫度為800~900℃。MTO過程混合氣中的酸性氣體僅為CO2，無含硫組分，組分相對純凈?；旌蠚庵屑淄楹康停趾慷嘤贔CC。（4）凈化工序結(jié)構(gòu)的確定基于以上差異，將本項(xiàng)目凈化工序結(jié)構(gòu)建立為：急冷廢熱鍋爐（發(fā)生低壓蒸汽）、油洗、水洗、堿洗、脫水干燥。并在具體章節(jié)中詳述各個階段工藝參數(shù)設(shè)置及相應(yīng)依據(jù)。圖3-5“凈化工序”流程框圖3.3.2高溫混合氣的急冷和熱量回收（1）急冷廢熱鍋爐為降低分離過程高溫段的停留時間，應(yīng)采用急冷的方式。MTO過程副反應(yīng)中，主要考慮的是聚合對分離過程的影響。由于廢熱鍋爐中的結(jié)焦，致使廢熱鍋爐出口溫度將隨運(yùn)轉(zhuǎn)時間延長而逐步上升，只有當(dāng)廢熱鍋爐出口溫度高于工藝氣體露點(diǎn)溫度時，出口溫度才趨于穩(wěn)定。廢熱鍋爐爐管內(nèi)的結(jié)焦是由于混合氣中高沸點(diǎn)組分的壁面冷凝，并進(jìn)一步縮聚形成焦垢。由于MTO過程并不會發(fā)生二次反應(yīng)析出的游離炭，使結(jié)焦現(xiàn)象明顯減輕。經(jīng)AspenPlus對混合氣組分的物性計(jì)算，在1atm下露點(diǎn)溫度僅為94.3℃，因而對急冷廢鍋的限制大幅降低。參照FCC預(yù)分餾過程急冷廢鍋的工業(yè)實(shí)例，將急冷廢鍋出口溫度設(shè)置為240℃。經(jīng)過AspenEnergyAnalysis（舊版本名稱為HX-Net）的計(jì)算，急冷廢鍋的換熱面積為15680m2，形式為臥式殼管式換熱器，管程為反應(yīng)出口混合氣體，殼程發(fā)生低壓蒸汽?？赏ㄟ^廢熱鍋爐回收熱量5.748×104KW。（2）油洗急冷系統(tǒng)塔頂溫度的確定油洗塔塔頂溫度應(yīng)保證混合氣中的水分全部由塔頂氣體帶出，但是塔頂溫度過低，部分水分會在塔頂凝結(jié)，凝結(jié)水下移與熱油接觸，會產(chǎn)生“暴沸”現(xiàn)象而破壞塔的正常操作；同時氣體中的重質(zhì)餾分油會在高溫下被帶入水洗塔，造成急冷水乳化，相應(yīng)增加水洗系統(tǒng)油水分離的困難。最終將油洗塔塔頂出口氣體溫度確定在110℃。塔釜溫度的確定油洗塔的塔釜溫度是凈化工序的關(guān)鍵工藝參數(shù)，它不僅涉及急冷油系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，而且對急冷油循環(huán)量和低壓蒸汽發(fā)生系統(tǒng)有很大影響。從油洗塔熱平衡看來看，混合氣的熱量主要是由急冷油撤出，而急冷油撤熱的主要途徑是發(fā)生低壓蒸汽。在相同的急冷油循環(huán)量下，急冷油發(fā)生低壓蒸汽的撤熱量隨油洗塔塔釜溫度升高而增加；而相同撤熱量時，所需的急冷油循環(huán)量隨塔釜溫度的升高而減小。因此，從降低裝置投資的角度來看，提高油洗塔塔釜溫度，既可降低急冷油的循環(huán)量，又可減少低壓蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的傳熱面積，特別對于后者影響更為顯著。急冷油熱穩(wěn)定性的限制油洗塔塔釜的物料大部分是循環(huán)使用的急冷油。在裂解工藝中可以認(rèn)為是裂解重油經(jīng)不斷加熱“老化”的產(chǎn)品，在一定范圍內(nèi)加熱其粘度會逐步增加，然后趨于穩(wěn)定。但是，若加熱溫度提高到某一數(shù)值之后，則急冷油不能保持穩(wěn)定的性質(zhì)，而將發(fā)生急劇的聚合而形成結(jié)焦。因此，急冷油洗塔塔釜溫度不能控制過高，工業(yè)中使用輕質(zhì)柴油裂解時熱穩(wěn)定溫度約320~340℃，石腦油裂解時則降至280~300℃。急冷油粘度的限制為保證急冷油循環(huán)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，要求將急冷油粘度控制在4.5~5.5cm2/s（50℃）一下為宜。為進(jìn)一步提高油洗塔塔釜溫度而又保證急冷油的粘度，可在急冷油中注入調(diào)制油，但是成本較高。同時，為減輕聚合造成的影響，可在急冷油中加入適當(dāng)?shù)淖杈蹌?。?）水洗急冷系統(tǒng)水洗塔內(nèi)發(fā)生的大部分是傳熱過程，伴以大部分產(chǎn)物水分的氣液相平衡。參照工業(yè)實(shí)例，水洗塔采用填料塔，可使全塔壓降由浮閥塔盤的6kPa左右降至3kPa左右。一般水洗塔塔釜的油水混合物均送至油水分離器進(jìn)行分離，為保證油水分離效果，油水混合物在油水分離器中的停留時間控制在8~9min，油水分離器體積一般較大。本項(xiàng)目水洗塔取消單獨(dú)的油水分離器，而在水洗塔塔釜進(jìn)行油水分離。塔頂溫度水洗塔塔頂溫度是由水冷后的急冷水控制的，工業(yè)上一般將水冷塔塔頂溫度控制在40℃左右。塔頂溫度低可以減少水分和重組分帶入壓縮機(jī)，降低壓縮機(jī)負(fù)荷。急冷水的冷卻是乙烯裝置中冷卻水的主要用戶之一。本項(xiàng)目根據(jù)換熱網(wǎng)絡(luò)的熱集成理論，利用急冷水出口的溫位等級去為后續(xù)精餾工序塔釜再沸器加熱，分兩段加熱，分別作為乙烯精制塔和丙烯精制塔塔釜的熱源。急冷水冷卻方式及參數(shù)：具體設(shè)置理論支撐將在后續(xù)換熱網(wǎng)絡(luò)節(jié)能專篇進(jìn)行論述。而其中急冷水對設(shè)備的腐蝕問題將在本節(jié)“急冷水腐蝕”環(huán)節(jié)論述。塔釜溫度水洗塔塔釜溫度取決于全塔的熱平衡和塔內(nèi)氣液接觸的傳熱過程，實(shí)際生產(chǎn)中一般將塔釜溫度控制在80~90℃。提高水洗塔塔釜溫度有利于急冷水的熱量回收，并因增大溫差而減少后續(xù)換熱過程的換熱面積。急冷水腐蝕在傳統(tǒng)的乙烯裝置中，由于裂解氣中含有硫化氫、有機(jī)硫、二氧化碳、有機(jī)酸及微量氯化氫，因而在急冷水、工藝水及低壓蒸汽發(fā)生系統(tǒng)中可能構(gòu)成一個H2O-H2S-CO2-HCl的腐蝕體系，從而對設(shè)備造成腐蝕。MTO過程只需考慮以CO2為主造成的腐蝕既可。自油洗塔出口管線開始，當(dāng)有水蒸氣凝結(jié)時，凝結(jié)水將溶解CO2形成酸性溶液，但是相對于高溫環(huán)境中H2S造成的腐蝕，強(qiáng)度大幅減輕。循環(huán)的急冷水由于溶解酸性氣而呈酸性，即使不調(diào)整pH值，在操作溫度下腐蝕并不明顯，腐蝕速率每年不會超過0.1mm。如下表的所示：表3-5不同溫度下急冷水對設(shè)備的腐蝕速率設(shè)備名稱工藝水過濾器水洗塔塔釜油水分離器工藝水汽提塔稀釋蒸汽發(fā)生器換熱器入口出口操作溫度℃808080113160~170160~170物料名稱工藝水急冷水急冷水工藝水工藝水腐蝕速率，mm/apH=8~9pH=7~8pH=6~70.010.0150.0180.0950.0160.0270.300.480.600.370.500.66當(dāng)操作溫度在80℃時，年腐蝕速率在0.01mm，而在設(shè)備設(shè)計(jì)時腐蝕裕量一般取2~3mm，所以在腐蝕上而言，急冷水可以作為后續(xù)工序的加熱熱源。3.3.3酸性氣體的脫除（1）工藝指標(biāo)的確定MTO過程混合氣無硫化物，堿洗負(fù)荷小。未經(jīng)氣體組分中，CO2的物質(zhì)的量含量在0.4%左右，要求通過酸性氣體脫除環(huán)節(jié)之后CO2的含量降至1ppm以下，其危害主要存在于以下幾個方面：CO2在低溫下結(jié)成干冰，造成分離系統(tǒng)設(shè)備和管道的堵塞。CO2會造成聚合級乙烯在聚合加工或催化反應(yīng)過程中的催化劑中毒。經(jīng)過AspenPlus中AzeotropeSearch功能的物性計(jì)算，CO2會與乙烯產(chǎn)品產(chǎn)生共沸物，聚合級乙烯規(guī)格中明確規(guī)定CO2含量不得超過5ppm（mol）。綜上所述，必須在酸性氣體脫除工序完成CO2濃度降低到1ppm（mol）的工藝指標(biāo)。（2）酸性氣體脫除方法的選擇工業(yè)上脫除酸性氣體的方法主要是堿洗法和醇胺法。經(jīng)過文獻(xiàn)對比，結(jié)論如下：醇胺法與堿洗法相比的優(yōu)點(diǎn)：主要在于其吸收劑可再生循環(huán)使用，當(dāng)酸性氣體含量高時，從吸收液的消耗和廢水處理量來看，醇胺法明顯優(yōu)于堿洗法。醇胺法與堿洗法相比，主要的缺點(diǎn)如下：醇胺法對酸性雜質(zhì)的吸收不如堿洗徹底。一般醇胺法處理后酸性氣含量仍達(dá)30~50ppm，尚需在醇胺法處理之后，再用堿洗進(jìn)一步脫除酸性氣組分，以滿足乙烯生產(chǎn)要求。醇胺法吸收劑雖可再循環(huán)使用，但由于揮發(fā)和降解，仍有一定損耗。醇胺液成堿性，但有酸性氣體存在時，溶液pH值急劇下降，從而