甲醇制烯烴工藝技術 設備選型

1/1甲醇制烯烴工藝技術設備選型甲醇制烯烴工藝流程及主要設備

一.MTO工藝流程及主要設備

現(xiàn)以采用大連化物所的DMTO技術，規(guī)模為100kt/a的甲醇制烯烴項目為例，詳細介紹MTO工藝流程及主要設備。

1.主要工藝流程

1.1主要操作條件

在高選擇性催化劑上，MTO發(fā)生兩個主反應：

2CH3OH→C2H4+2H2O△H=-11.72kJ/mol

3CH3OH→C3H6+3H2O△H=-30.98kJ/mol

反應溫度：400-500℃

反應壓力：0.1-0.3MPa

再生溫度：600-700℃

再生壓力：0.1-0.3MPa

催化劑：D803C-II01

反應器類型：流化床反應器

1.2工藝概述

MTO工藝由甲醇轉化烯烴單元和輕烯烴回收單元組成，在甲醇轉化單元中通過流化床反應器將甲醇轉化為烯烴，再進入烯烴回收單元中將輕烯烴回收，得到主產(chǎn)品乙烯、丙烯，副產(chǎn)品為丁烯、C5以上組分和燃料氣。

1.3轉化工藝流程說明（附工藝流程圖，見附圖1）

附圖1：甲醇轉化烯烴工藝流程

圖

附圖2：烯烴回收工藝流程

圖

MTO工藝是將甲醇轉化為輕烯烴(主要是乙烯和丙烯)的氣相流化床催化工藝。MTO單元由進料汽化和產(chǎn)品急冷區(qū)，反應/再生區(qū)，蒸汽發(fā)生區(qū)，燃燒空氣和廢氣區(qū)幾部分組成。

①進料汽化和產(chǎn)品急冷區(qū)進料汽化和產(chǎn)品急冷區(qū)由甲醇進料緩沖罐，進

料閃蒸罐，洗滌水汽提

塔，急冷塔，產(chǎn)品分離塔和產(chǎn)品/水汽提塔組成。來自于甲醇裝置的甲醇經(jīng)過與汽提后的水換熱，在中間冷凝器中部汽

化后進入進料閃蒸罐，然后進入汽化器汽化，并用蒸汽過熱后送入MTO反應器。反應器出口物料經(jīng)冷卻后送入急冷塔。

閃蒸罐底部少量含水物料進入氧化物汽提塔中。一些殘留的甲醇被汽提返回到進料閃蒸罐。

急冷塔用水直接冷卻反應后物料，同時也除去反應產(chǎn)物中的雜質(zhì)。水是MTO反應的產(chǎn)物之一，甲醇進料中的大部分氧轉化為水。MTO反應產(chǎn)物中會含有極少量的醋酸，冷凝后回流到急冷塔。為了中和這些酸，在回流中注入少量的堿（氫氧化鈉）。為了控制回流中的固體含量，由急冷塔底抽出廢水，送到界區(qū)外的水處理裝置。

急冷塔頂?shù)臍庀嗨腿氘a(chǎn)品分離器中。產(chǎn)品分離器頂部的烯烴產(chǎn)品送入烯烴回收單元，進行壓縮，分餾和凈化。自產(chǎn)品分離器底部出來的物料送入水汽提塔，殘留的輕烴被汽提出來，在中間冷凝器中與新鮮進料換熱后回到產(chǎn)品分離器。汽提后底部的凈產(chǎn)品水與進料甲醇換熱冷卻到環(huán)境溫度，被送到界區(qū)外再利用或處理。洗滌水汽提塔底主要是純水，送到輕烯烴回收單元以回收MTO生成氣中未反應的甲醇。水和回收的甲醇返回到氧化物汽提塔，在這里甲醇和一些被吸收的輕質(zhì)物被汽提，送入進料閃蒸罐。汽提后的水返回氧化物汽提塔。

②流化催化反應和再生區(qū)

MTO的反應器是快速流化床型的催化裂化設計。反應實際在反應器下部發(fā)生，此部分由進料分布器，催化劑流化床和出口提升器組成。反應器的上部主要是氣相與催化劑的分離區(qū)。在反應器提升器出口的初級預分離之后，進入多級旋風分離器和外置的三級分離器來完成整個分離。分離出來的催化劑繼續(xù)通過再循環(huán)滑閥自反應器上部循環(huán)回反應器下部，以保證反應器下部的催化劑層密度。反應溫度通過催化劑冷卻器控制。催化劑冷卻器通過產(chǎn)生蒸汽吸收反應熱。蒸汽分離罐和鍋爐給水循環(huán)泵是蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的一部分。

MTO過程中會在催化劑上形成積碳。因此，催化劑需連續(xù)再生以保持理想的活性。烴類在待生催化劑汽提塔中從待生催化劑中汽提出來。待生催化劑通過待生催化劑立管和提升器送到再生器。MTO的再生器是鼓泡床型，由分布器（再生器空氣）、催化劑流化床和多級旋風分離器組成。催化劑的再生是放熱的。焦碳燃燒產(chǎn)生的熱量被再生催化劑冷卻器中產(chǎn)生的蒸汽回收。催化劑冷卻器是后混合型。調(diào)整進出冷卻器的催化劑循環(huán)量來控制熱負荷。而催化劑的循環(huán)量由注入冷卻器的流化介質(zhì)（松動空氣）的量控制。蒸汽分離罐和鍋爐給水循環(huán)泵包括在蒸汽發(fā)生系統(tǒng)。除焦后的催化劑通過再生催化劑立管回到反應器。

③再生空氣和廢氣區(qū)再生空氣區(qū)由主風機、直接燃燒空氣加熱器和提升

風機組成。主風機

提供的助燃空氣經(jīng)直接燃燒空氣加熱器后進入再生器。直接燃燒空氣加熱器只在開工時使用，以將再生器的溫度提高到正常操作溫度。提升風機為再生催化劑冷卻器提供松動空氣，還為待生催化劑從反應器轉移到再生器提供提升空氣。提升空氣需要助燃空氣所需的較高壓力。通常認為用主風機提供松動風和提升空氣的設計是不經(jīng)濟的。然而，如果充足的工藝空氣可以被利用來滿足松動風和提升風的需要，可以不用提升風機。

廢氣區(qū)由煙氣冷卻器，煙氣過濾器和煙囪組成。來自再生器的煙氣在

煙氣冷卻器發(fā)生高壓蒸汽，回收熱量。出冷卻器的煙氣進入煙氣過濾器，除去其中的催化劑顆粒。出過濾器的煙氣由煙囪排空。為了減少催化劑損失，從煙氣過濾器回收的物料進入廢氣精分離器。分離器將回收的催化劑分為兩類。較大的顆粒循環(huán)回MTO再生器。較小的顆粒被處理掉。

1.4輕烯烴回收工藝流程說明（附工藝流程圖，見附圖2）進入輕烯烴

回收單元（LORP）的原料是來自MTO單元的氣相。LORP

單元的目的是壓縮，冷凝，分離和凈化有價值的輕烯烴產(chǎn)品（通常指乙烯和丙烯）。LORP單元由以下幾部分組成：壓縮，二甲醚回收，水洗，堿洗，干燥，乙炔變換，分餾，丙烯冷卻和一個氧化物回收單元（ORU）。

①壓縮區(qū)

壓縮區(qū)由MTO產(chǎn)品壓縮機，級間吸入罐和級間冷卻器組成。在接近周圍環(huán)境溫度、壓力下，MTO的氣體物流送入LORP單元的壓縮部分。為了回收烯烴產(chǎn)品，首先將操作壓力提高到能濃縮和通過分餾來分離的壓力等級水平是非常必要的。MTO產(chǎn)品壓縮機是多級離心壓縮機。壓縮機的級間流在級間冷卻器和級間吸入罐中冷卻和閃蒸。由水和溶解的輕烴組成的級間冷凝物計量后通過級間罐回到上一級吸入罐。純冷凝物被泵回到MTO單元。

②二甲醚回收區(qū)來自于最后一級壓縮機冷卻器的流出物送入二甲醚汽提

負荷罐。在這

里液態(tài)烴和水相是同時存在的。在二甲醚汽提負荷罐中兩液相從烴類氣相中分離出來。二甲醚在兩相態(tài)中都存在。二甲醚如返回MTO單元反應器可轉化為有價值烯烴。因此將二甲醚從輕烴中回收。液態(tài)烴被泵送到二甲醚汽提塔。二甲醚從液態(tài)烴中汽提出來并回到壓縮機最后一級的級間冷卻器。二甲醚汽提塔的純塔底物冷卻到環(huán)境溫度后送入水洗區(qū)。出二甲醚

汽提負荷罐的氣相去氧化物吸收塔。在氧化物吸收塔中來自于MTO單元

的水用于吸收產(chǎn)品氣相中的二甲醚。帶有二甲醚的水回到MTO單元。

③水洗區(qū)二甲醚回收以后，氣相和液態(tài)的烴中還含有殘留的甲醇。用水

來回收

這些物流中的甲醇。吸收水在LORP單元和MTO單元的洗滌水汽提塔間循環(huán)。MTO的液態(tài)烴產(chǎn)品在水洗塔中洗滌。甲醇被吸收后，液體送入LORP單元的分餾區(qū)。MTO的汽相產(chǎn)品送入堿洗區(qū)。來自于水洗塔和氧化物吸收塔的富甲醇水回到MTO單元。在MTO洗滌水汽提塔中甲醇從廢水中汽提出來循環(huán)回MTO反應器。

④堿洗區(qū)

MTO氣相產(chǎn)品中的二氧化碳產(chǎn)物在堿洗塔中脫除。堿洗塔有三股堿液回流和一股水回流來脫除殘余的堿。堿洗區(qū)包括補充堿和水的中間罐和注入泵。廢堿脫氣后送出界區(qū)處理。二氧化碳脫除后，MTO氣相產(chǎn)品被冷卻然后送入干燥區(qū)。

⑤干燥區(qū)

MTO的氣體產(chǎn)物需干燥處理，為下游的低溫工段做準備。干燥區(qū)由兩個MTO產(chǎn)品干燥器和再生設備組成。干燥器用分子篩脫水。來自于LORP單元的輕質(zhì)氣體用于再生干燥劑。再生設備由再生加熱器，再生冷卻器和再生分離罐組成。脫水后，再生的氣體混入燃料氣系統(tǒng)。干燥后的反應氣送入分餾區(qū)的脫乙烷塔。脫乙烷塔的塔頂氣壓縮后送入乙炔轉換區(qū)。

⑥乙炔轉換區(qū)

脫乙烷塔頂氣中包含C2和更輕的物料。物流中的副產(chǎn)物乙炔被選擇加氫轉化為乙烯。乙炔轉化是氣相催化工藝。這個區(qū)由兩個乙炔轉換塔和一個防護床組成。進料加熱器包括在內(nèi)，用來調(diào)整反應的選擇性。下游防護床從轉換塔流出物中脫除痕跡的副產(chǎn)物。防護床與MTO的產(chǎn)品干燥

器共用同一干燥氣再生系統(tǒng)。轉換塔的氣相再生設備包括在此區(qū)中。乙炔

轉換區(qū)的物流冷卻后送入脫乙烷塔頂冷凝器。

⑦分餾區(qū)

分餾區(qū)由脫乙烷塔，脫甲烷塔，C2分離塔，脫丙烷塔，C3分離塔和脫丁烷塔組成。在壓縮，氧化物回收，堿洗和干燥之后，MTO產(chǎn)品氣冷卻后進入脫乙烷塔。脫乙烷塔頂產(chǎn)品是混合的C2組分。由丙烷和更重的烴類組成的脫乙烷塔底物送入脫丙烷塔。脫乙烷塔頂物壓縮后送入乙炔轉換單元。來自于脫乙烷塔接收器的凈氣相產(chǎn)品送入甲烷塔進料冷凍器。

脫甲烷塔從混合C2物流中脫除輕雜質(zhì)（包括甲烷，氫和惰性氣體）。脫甲烷塔頂物送去做燃料氣。脫甲烷塔底物送入C2分離塔。在C2分離塔中乙烯產(chǎn)品從乙烷中分離出來。分離塔頂?shù)募兾镔|(zhì)送入乙烯儲罐。塔底物蒸發(fā)，加熱后并入燃料氣系統(tǒng)。

脫乙烷塔塔底物流進入脫丙烷塔?；旌系腃3組分在脫丙烷塔中與較重的C4以上物料分離。脫丙烷塔頂物送入氧化物回收單元（ORU）。采用液相吸收工藝脫除痕量的氧化物。ORU包括惰性氣體再生設備。脫丙烷塔塔頂物在ORU單元處理后，送入C3分離塔。脫丙烷塔底物送入脫丁烷塔。在C3分離塔中丙烯與丙烷分離。塔頂物泵送儲存。分離塔塔底飽和的丙烷產(chǎn)品汽化后混入燃料氣系統(tǒng)。

脫丁烷塔（如果需要）從戊烷和更重的烴類中分離出丁烷。脫丁烷塔的進料是脫丙烷塔底物和水洗塔產(chǎn)品的混合物。脫丁烷塔的塔頂和塔底產(chǎn)品送去儲存。

⑧丙烯制冷區(qū)

LORP單元濃縮和分離輕烴需要在低溫、高壓條件下操作。用丙烯產(chǎn)品做制冷劑。丙烯制冷區(qū)由多級離心式丙烯制冷壓縮機和一個丙烯緩沖罐組成。LORP單元中多個冷卻器，冷凝器和再沸器都是用丙烯做制冷劑。

2.裝置消耗指標

2.1.原材料消耗定額

表3-1原材料消耗定額

2.2公用工程消耗定額

表3-2公用工程消耗定額