PAGEPAGE6開題報告題目：年產(chǎn)20萬噸丙烷制丙烯項目初步設計丙烯丙烷萃取精餾工段工藝設計專業(yè)：姓名：學號：指導教師：年月開題報告一、課題的目的與意義本課題主要研究年產(chǎn)20萬噸/年丙烷制丙烯項目初步設計-丙烷丙烯萃取精餾工段工藝設計，采用Catofin工藝對流程中的丙烷-丙烯分離塔進行設計改造。設計主要任務是丙烷丙烯分離的萃取精餾塔的進行模擬優(yōu)化，物料能量恒算以及換熱器設備設計校核。產(chǎn)品丙稀是重要的石油化工原料，屬于單烯烴，化學式為C3H6，具有-C=C-雙鍵，化學性質(zhì)非?；顫?。丙烯的雙鍵可以發(fā)生加成反應，氧化反應等。除了在烯鍵上起反應外，丙烯還可在甲基上起反應。丙烯在酸性催化劑

存在下聚合，生成二聚體、三聚體和四聚體的混合物，可用作高辛烷值燃料。在齊格勒催化劑[TiCl4-Al(C2H5)3]存在下丙烯聚合生成聚丙烯。丙烯與乙烯共聚生成乙丙橡膠。丙烯在催化劑存在下與氨和空氣中的氧起氨氧化反應，生成丙烯腈等。本次設計的主要特點在于，由于丙烷丙烯的沸點相差5℃左右，使得丙烷丙烯分離的工段能耗占總能耗比例很大。如果使用普通精餾將會消耗較多的能量。若采用萃取精餾，將會相應的降低分離能耗。本此設計旨在模擬丙烷丙烯萃取精餾，并對其對比分析優(yōu)化對實踐生產(chǎn)具有指導性意義。二、研究現(xiàn)狀和前景展望產(chǎn)品市場狀況目前，丙烯絕大部分來源于石油的催化裂化和柴油、石腦油的裂解。隨著國內(nèi)丙烯下游產(chǎn)品需求的量增加，國內(nèi)丙烯的需求量也逐年增加，需求量見下表1。表1國內(nèi)丙烯需求分析（單位：萬噸）年份20122013201420152016表觀需求17501770215425673000（預測）當量需求2400260029703367目前，全球丙烯總產(chǎn)能約在1億噸，其中約61%的丙烯通過石腦油裂解得到。石腦油裂解產(chǎn)能增長和開工率受到廉價乙烷的壓制效應逐漸體現(xiàn)，市場石腦油裂解丙烯產(chǎn)量持續(xù)下滑，同時，石腦油本身的供給也存在約束，無法滿足日益增長的丙烯需求。因此對于丙烯的需求量將繼續(xù)增加，丙烯生產(chǎn)對國家經(jīng)濟的發(fā)展越來越具有重要意義。2.工藝技術概況目前，比較成熟的丙烷脫氫制丙烯工藝有：UOP公司的催化脫氫(Oleflex)連續(xù)移動床工藝、CBILummus公司的Catofin循環(huán)多反應器系統(tǒng)工藝、KruppUhde公司的STAR工藝、Linde-BASF公司的PDH工藝等[1]。丙烷丙烯的分離方法有：常見的普通精餾，以乙腈為萃取劑的萃取精餾[6]，高效節(jié)能的熱泵精餾[7]-[8]，熱耦合精餾方法[9]（DWC隔壁塔）等。本次設計采用Catofin工藝反應流程，對丙烷丙烯分離工段應用萃取精餾進行模擬優(yōu)化設計。工藝選擇，丙烷催化脫氫各工藝的操作方式分為間歇式和連續(xù)式。其中，Oleflex工藝屬于連續(xù)式操作，Catofin工藝、Linde工藝和Star工藝屬于間歇式操作。Oleflex工藝設計的主要缺點是對原料純度要求較高(丙烷含量95%以上，且對硫含量有嚴格限制)，單程轉(zhuǎn)化率和選擇性略低。Catofin工藝技術的主要特點，采用循環(huán)固定床反應器，很容易添加反應器擴大產(chǎn)能；使用鉻-鋁非貴金屬催化劑，價格便宜，對原材料雜質(zhì)要求低，無催化劑損失，具有很高的選擇性。STAR（蒸汽活化轉(zhuǎn)化）工藝特點，首次應用氧氣脫氫原理制取的工藝技術。該工藝把O2加進系統(tǒng)中與H2反應生成水，反應使得H2分壓降低，平衡向著提高丙烷轉(zhuǎn)化率的方向進行。由于Catofin工藝耗能低，對丙烷原料要求不高，單程轉(zhuǎn)化率比較高，所需催化劑活性高等特點。綜合考慮，選取Catofin工藝并對其工藝內(nèi)的丙烷丙烯分離工段進行優(yōu)化改進。分離方法選擇，丙烷丙烯由于物理性質(zhì)比較相近，沸點相差不大，工業(yè)上的常規(guī)塔使用的能耗以及設備費用都很高。萃取精餾，需要對進料進行嚴格控制，雖然萃取劑循環(huán)量有點大，但是相比常規(guī)精餾塔而言可以大大降低能耗。熱泵的應用十分廣泛,但這種形式的熱泵在實際生產(chǎn)中的缺點是壓縮機操作范圍較窄,控制性能不佳,容易引起塔的操作不穩(wěn)定,也不適合用于精餾塔壓力高的場合。隔離壁塔（DWC塔）雖然在節(jié)能方面比萃取精餾以及熱泵精餾，但是其對于物流的控制更為的嚴格。目前并不能成熟的應用到現(xiàn)實的生產(chǎn)中，實用性沒有其他三個分離方法應用的廣泛。并且由于現(xiàn)階段本人的能力有限，并不能模擬出那么復雜的的流程，因此綜合以上因數(shù)，此次設計采用萃取精餾方法。3.Catofin工藝簡要介紹Lummus公司研發(fā)的Catofin循環(huán)多反應器系統(tǒng)工藝，主要特點是采用多個循環(huán)固定床反應器周期切換，反應器周期切換進行反應和再生，可保證連續(xù)生產(chǎn)。Catofin工藝采用氧化鉻-氧化鋁催化劑，反應器為多臺并聯(lián)式臥式固定床反應器，在壓力0.05MPa、溫度560～620℃下進行丙烷脫氫反應。該工藝分為反應、壓縮、回收和精制4部分，工藝流程見圖1.3。該工藝丙烷單程轉(zhuǎn)化率約為45％，總轉(zhuǎn)化率在90%左右[2]。圖1Catofin技術工藝流程Catofin工藝分為反應、壓縮、回收和精制四個工段，下面是四個工段的具體描述。（1）反應工段。新鮮丙烷與循環(huán)丙烷混合料，和反應器排放料一起進入熱交換器換熱，再經(jīng)加熱爐加熱至反應溫度后送至反應器反應，反應器排放料換熱后送壓縮部分。（2）壓縮工段。反應器排放料被冷凝后壓縮，產(chǎn)生的蒸汽冷凝物在低溫回收閃蒸罐中分離，排放料冷凝物送脫乙烷塔，未冷凝排放料蒸汽送低溫回收裝置進行回收。到脫乙烷塔，以除去甲烷、乙烷和惰性氣體，未冷凝的反應器排放料進一步冷凝，并回收剩余C3組分和重質(zhì)烴，排放氣經(jīng)提純后氫氣作為副產(chǎn)品。（3）回收工段。冷凝的反應器排放料經(jīng)干燥并送到脫乙烷塔，以除去甲烷、乙烷和惰性氣體，未冷凝的反應器排放料進一步冷凝，并回收剩余C3組分和重質(zhì)烴，排放氣經(jīng)提純后氫氣作為副產(chǎn)品。（4）精制工段。脫乙烷塔底物料進入產(chǎn)品分離塔，塔頂可得到純度為99.5％的丙烯，塔底物則回流為再循環(huán)料使用。3.萃取精餾簡要介紹萃取精餾利用分離物質(zhì)在萃取劑中不同的溶解度差異進行分離卻很容易分離，在分離丙烷丙烯這種沸點接近分離過程中具有很大優(yōu)勢。圖2萃取精餾流程圖萃取精餾由萃取塔與萃取劑再生塔組成，具有裝置簡單、處理量大等優(yōu)勢。使用萃取劑改變料液中被分離組分間的相對揮發(fā)度，使常規(guī)精餾需要耗費大量能量才能分離的液體混合物變得易于分離。三、課題主要內(nèi)容、擬解決的問題、研究特色和創(chuàng)新之處1．主要內(nèi)容查閱文獻，確定萃取精餾分離丙烷丙烯的工藝；分離工段流程模擬、熱量衡算、精餾塔工藝設計和設備設計。繪制PFD，PID，設備布置圖，換熱器裝配圖等。2．需解決的問題本次設計擬解決的的關鍵問題是采用新的工藝對丙烷丙烯分離工段改進，并達到節(jié)能。目的是打通流程模擬，反饋計算操作條件、設備參數(shù)等。3．特色和創(chuàng)新丙烷丙烯由于物理性質(zhì)比較相近，沸點相差不大，工業(yè)上普通精餾分離能耗比較大。采用萃取精餾利用分離物質(zhì)在萃取劑中不同的溶解度差異進行分離卻很容易分離，在分離丙烷丙烯這種沸點接近分離過程中具有很大優(yōu)勢。本設計為年產(chǎn)20萬噸/年丙烷制丙烯項目，采用Catofin工藝對流程中的丙烷-丙烯分離塔進行設計改造為萃取精餾塔，對節(jié)約能耗具有指導性意義。四、研究方法、步驟和措施1.研究方法本次設計的研究采用Aspenplus化工流程模擬軟件對丙烷-丙烯萃取精餾進行模擬優(yōu)化。2研究步驟閱讀文獻資料，確定產(chǎn)品方案、生產(chǎn)規(guī)模、工藝技術方案；模擬軟件全流程模擬和優(yōu)化；得到物料關系和能量關系；以圖表形式表達設計結(jié)果。首先，對于萃取精餾塔的進料位置，理論塔板數(shù)，回流比進行模擬找出最優(yōu)參數(shù)。其次，對于流程進行物料以及能量恒算。最后一個階段，進行設備設計及設備布置。研究預期成果根據(jù)我所查找的文獻資料顯示，萃取精餾代替常規(guī)精餾塔將會達到節(jié)能的效果。此次模擬探究，根據(jù)文獻中的基本參數(shù)進行初步模擬，然后優(yōu)化相關參數(shù)，預期丙烷丙烯分離工段可以達到節(jié)能的效果。五、參考文獻郭洪輝,陳繼華.丙烷脫氫制丙烯技術研究[J].浙江化工,2007,(04):9-14.王培超,曹世凌,伍寶洲,等.丙烷脫氫制丙烯技術的工業(yè)應用探討[J].中外能源,2015,(05):85-90.嚴樂平.丙烷脫氫制丙烯生產(chǎn)技術的應用前景[J].化學工業(yè),2010,(11):33-36,39.李金弢.丙烷-丙烯精餾分離工藝能耗比較及前景展望[J].天然氣與石油,2016,(06):46-50,144.李雅麗.丙烷脫氫制丙烯“STAR”工藝簡介[J].石油化工技術與經(jīng)濟,2015,(03):54.楊德明.丙烷-丙烯萃取精餾過程的模擬研究[J].石油與天然氣化工,2006,(01):26-28,85.楊波.HFP和HFPO混合物的分離及工藝優(yōu)化研究[D].浙江大學,2006.張琦,隋志軍,顧雄毅,等.丙烷脫氫分離工藝的模擬與分析[J].石油化工,2015,(04):421-428.陳紅梅,葉青,裘兆蓉.隔離壁萃取精餾塔分離丙烯-丙烷的模擬[J].天然氣化工(C1化學與化工),2007,(05):15-18.歐陽福承,孫純國,郭敏杰,等.丙烯丙烷分離塔使用熱泵節(jié)能的研究[J].東北電力學院學報,1994,(03):28-33.蓋希坤,田原宇,夏道宏.丙烷催化脫氫制丙烯工藝分析[J].煉油技術與工程,2010,(12):27-32.ChengLindas(US).WilsonSpethent(US).Processforseparatingpropylenefrompropane[P].US6293999,2001-9-25.CougardNathalie.BaudotVincen.Processforseparatingpropaneandpropyleneusingadistillationcolumnandamembraneseparationcolumn[P].US8475567,2013-07-02.MonaKhalighiS.FarooqIA.Karimi.OptimizingthePSAprocessofpropylene/propaneusingNeuro-Fuzzymodeling[M].E