甲醇制丙烯设备选型

二、关键设备选型总的选型原则是尽可能才用先进的技术，使生产达到技术先进、经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的的原则，具体考虑以下几点。

（1）满足工艺和操作的要求所选择的设备能保证得到质量稳定的产品。

由于工业上原料的浓度、温度经常有变化，因此所选择的设备需要有一定的操作弹性，可方便的进行流量和传热量的调节。

设置必须的仪表并安装在适当部位，以便能通过这些仪表来观察和控制生产过程。

（2）满足经济上的要求要节省热能和电能的消耗，减少设备与基建的费用，如合理的利用塔顶和塔底的废热，即可节省蒸汽和冷却介质的消耗，回流比对操作费用和设备费用均由很大的影响，减少冷却水量，操作费用下降但所需传热设备面积增加，设备费用增加。

因此，设计时应全面考虑，力求总费用能降低一些。

（3）保证生产安全生产中应防止物料的泄露，生产和使用易燃物料车间的电器均为防爆产品。

（4）根据甲醇制丙烯的工业流程设计中，可以得出其关键设备主要有换热设备、MTP反应器、甲醇回收塔、DME反应器、MTP反应器、激冷塔、脱丙烷塔、脱乙烷塔、分离塔、等。

1.塔器设备的选型塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。

根据塔内气液接触构建的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。

板式塔设置一定数量的塔板，气体以鼓泡和喷射形式穿过板上的液层，进行传质与传热。

在正常操作下，气相为分散相，液体为连续相，气体组成呈阶梯性变化，属逐级接触逆流操作过程。

填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿着填料表面下流，气体逆流而上（有时也采用并流而下）流动，气液两相密切接触进行传质和传热。

在正常操作条件下，气相为连续相，液体为分散相，气相组成呈连续相变化，属微分接触逆流操作过程。

工业上，塔设备主要用于蒸馏和吸收传质单元的操作过程。

传统的设计中，蒸馏过程多选用板式塔，而吸收过程多选用填料塔。

近年来，随着塔设备设计水平的提高及新型塔构件的出现，上述传统已逐渐打破。

在蒸馏过程中采用填料塔及在吸收过程中采用板式塔已有不少应用范例，尤其是填料塔在精馏过程中的应用已非常普遍。

对于一个具体的分离过程，设计中如何选型，应根据生产能力、分离效率、塔压降、操作弹性等要求，并结合制造、维修、造价等因素的综合考虑。

在本甲醇制丙烯的工艺设计中，脱丙烷塔和脱乙烷塔都产用浮阀筛板塔，其中脱丙烷塔内径为3.2m，总高56.3m，壁厚32mm，材质为16MnR，空重323吨。

脱乙烷塔内径3.2/4.23m，总高43.5m，壁厚32mm，主要材质16MnR，空重352吨。

浮阀塔是在泡罩塔的基础上发展起来的，它主要的改进是取消了升气管和泡罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀，浮阀可根据气体流量上下浮动，自行调节，使气缝速度稳定在某一数值。

这一改进使浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、生产能力以及设备造价等方面比泡罩塔优越。

但在处理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。

浮阀塔广泛用于精馏、吸收以及脱吸等传质过程中。

塔径从200mm到6400mm，使用效果均较好。

国外浮阀塔径，大者可达10m，塔高可达80m，板数有的多达数百块。

本设计中选择浮阀塔，主要因为它有以下特点：(1) 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加20～40％，而接近于筛板塔。

(2) 操作弹性大，一般约为5～9，比筛板、泡罩、舌形塔板的操作弹性要大得多。

(3) 塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。

(4) 压强小，在常压塔中每块板的压强降一般为400～660N/m2。

(5) 液面梯度小。

(6) 使用周期长。

粘度稍大以及有一般聚合现象的系统也能正常操作。

(7) 结构简单，安装容易，制造费为泡罩塔板的60～80％,为筛板塔的120～130％MTP反应器的选型反应器介绍大部分甲醇经过气化、加热、进入到二甲醚预反应器，少部分甲醇作为溶剂用于产品分离的二甲醚回收工序。

二甲醚预反应器为固定床绝热反应器，在该工序，新鲜甲醇蒸汽和来自甲醇回收塔的循环物流（包括甲醇、二甲醚、水等）在一个装有硅铝比至少为10的五元环高硅沸石（pentasil）的结晶硅酸铝催化剂上在260-300℃、1.6MPa条件下，部分转化为二甲醚，转化率为80%。

浮阀筛板塔从二甲醚预反应器出来的反应气分为两股，分别混合了产品分离阶段循环回用的C2、C4烃类化合物和定量的新鲜水蒸气[水蒸气与甲醇/二甲醚蒸气之比为1：（0.5-1.0）]加热后分别进入两个MTP反应器。

MTP反应器是合成丙烯的关键设备之一，其操作性能的好坏直接影响原料气和动力的消耗以及其它设备性能的发挥。

由于甲醇合成丙烯是强放热反应，并且丙烯为主产物，故我们所选择的反应器采用多段原料冷激式固定床反应器，采用鲁奇公司的ZSM-5沸石基催化剂，其催化剂能将甲醇和二甲醚的转化率达到99%以上，收率达到70%如果转化率低于90%可以对催化剂进行再生。

该工艺采用的固定床反应器分6个床层进料，可液相、气相或冷和热两路进料。

虽然可以调节MTP反应温度，但因反应进料后存在汽化不完全的现象，加剧了催化剂的结焦; 同时液体接触到催化剂表面会在表面急剧汽化，使催化剂相变加剧降低催化剂的强度，从而降低催化剂的转化率，导致催化剂失去活性。

基于以上原因在进料以前应对液体进行充分雾化，使进入MTP反应器的液相料不存在液滴，从而保证催化剂的性能不被破坏，使其达到最大的转化率。

此工艺的反应器为三台，两台在线生产，一台再生。

MTP反应装置主要由3个绝热固定床反应器组成，其中2个在线生产，1个在线再生，这样可保证生产的连续性和催化剂活性。

每个反应器内分布6个催化剂床层，各床层布置若干急冷喷嘴，定量注入冷的甲醇、水和二甲醚物流来控制床层温度，达到稳定反应条件、获得最大丙烯收率的目的。

MTP反应压力接近常压，反应温度450-480℃.下图是反应器的示意图。

反应器床层为水平布置，催化剂是分5-6层布置，每层高500-1000mm。

对于规模为300t/d甲醇进料的MTP反应器直径大约为4m，催化剂在反应器中分六层布置，每层催化剂床层净高度为0.3m，床层距离约2m，每一个催化剂床层又分为许多蜂窝状的单元，每个单元大小与挪威的中试装置相同，每一层催化剂床层上部均有原料的分配器将原料分配到每一个单元，每一个催化剂床层下部一一对应着一个急冷喷嘴，经由一个环行分布器将急冷介质均匀分布到急冷喷嘴，由急冷喷嘴喷出急冷介质将反应热吸收，使之在离上一个催化剂床层0.5m后就可以达到第二个催化剂床层入口所需要的均衡反应温度。

其中固定床反应器有以下优点：①返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。

②催化剂机械损耗小。

③结构简单。

④由于停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，因此特别有利于达到高的选择性和转化率，在大生产中尤为重要。

⑤床层内流体的流体的流动接近于平推流，与返混式的反应器相比，可用较少的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。

DME反应器选型在甲醇脱水制二甲醚反应中，反应器选为绝热床反应器, 该反应器具有投资省、见效快等优点。

绝热床反应器是反应区与环境无热量交换的一种理想反应器。

反应区内无换热装置的大型工业反应器，与外界换热可忽略时，可近似看作绝热反应器。

主要技术参数：内径3m，切线高7.8m，总高14.75m，壁厚35mm，主要材质：SA204Gr.B 空重45吨。

其反应流程如下：原料甲醇经计量槽进行计量, 再经注射计量泵进行计量并加压, 将甲醇打入气化塔使甲醇气化, 气化后的甲醇蒸汽在原料过热器里过热至反应所需温度, 在反应器中进行催化反应, 产品经水冷却器冷却后进入精馏塔进行分离。

绝热床反应器还存在一些问题，众所周知, 甲醇脱水制二甲醚为强放热反应,其反应热为23141kJ / mol 左右, 使用的催化剂(γ- Al2O3 或分子筛) 为低导热物质; 在正常的操作条件下, 当转化率达到60 %左右时,反应器进出口的正常温差为100 ℃以上(进口温度为270 ℃) , 其出口温度明显偏高。

当操作条件不稳时(如开车过程中流量与进口温度的波动) , 温度会发生强烈的波动, 当波动达到一定程度时, 导致副反应的发生(如甲醇或二甲醚裂解成CO、H2 和CO2 ; CO 再与系统中的水发生变换反应或CO 发生歧化反应以及DME 进一步脱水生成烯烃) 。

由于绝热床反应器无及时而有效的温度调节手段, 使得反应器温度在一段时间内可高达600 ℃以上(实际操作数据) , 由于温度的升高, 压力也急剧上升, 这给设备与系统的安全性带来严重的威胁; 另一方面, 由于温度的升高, 使得副反应增加, 造成后序工段分离的负荷加大, 能耗增加。

换热设备的选型换热器（英语翻译：heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。

换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。

在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。

换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。

在三类换热器中，间壁式换热器应用最，如下表所示根据工艺过程和热量回收用途的不同，完善的换热器选型应满足以下各项原则。

传热量流体的热力学系数（温度、压力、流量、相态等）与物理化学性质（密度、粘度、腐蚀性等）是工艺过程所规定的条件。

设计者应根据这些条件进行进行热力学和流体力学的计算，经过反复比较，使所设计的换热器具有尽可能小的传热面积，在单位时间内传递尽可能多的热量。

（1）增大传热系数在综合考虑流体阻力及不发生流体诱发振动的前提下，尽量选择高的流速。

（2）提高平均温差对于无相变的流体，尽量采用接近逆流的传热方法。

因为不仅可以可提高平均温差，还有助于减少温差中的温差应力。

在允许的条件下，可提高热流体的进口温度或降低冷流体的进口温度。

（3）妥善布置传热面例如在管壳式换热器中，采用合适的管间距或排列方式，不仅可以增大单位空间内的传热面积，还可以改善流体的流动特性。

安全可靠（1）换热器是压力容器，在进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命计算时，应遵照我国《钢制管壳式换热器设计规定》等有关规定与标准。

这对保证设备的安全可靠起着重要的作用。

（2）有利于安装、操作和维修（3）直立设备的安装费往往低于水平或倾斜的设备。

设备与硬件应便于运输和拆卸，根据需要可添置气液排放口，检查孔和敷设保温层。

在本工艺流程的设计中，换热器选型主要采用固定管板式换热器，其结构性能如下：列管式换热器是目前化工生产上应用最广的一种换热器。

它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。

所需材质，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。