開題報(bào)告：年產(chǎn)20萬(wàn)噸丙烷脫氫制丙烯項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)

PAGEPAGE6開題報(bào)告題目：年產(chǎn)20萬(wàn)噸丙烷制丙烯項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)丙烯丙烷萃取精餾工段工藝設(shè)計(jì)專業(yè)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：年月開題報(bào)告一、課題的目的與意義本課題主要研究年產(chǎn)20萬(wàn)噸/年丙烷制丙烯項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)-丙烷丙烯萃取精餾工段工藝設(shè)計(jì)，采用Catofin工藝對(duì)流程中的丙烷-丙烯分離塔進(jìn)行設(shè)計(jì)改造。設(shè)計(jì)主要任務(wù)是丙烷丙烯分離的萃取精餾塔的進(jìn)行模擬優(yōu)化，物料能量恒算以及換熱器設(shè)備設(shè)計(jì)校核。產(chǎn)品丙稀是重要的石油化工原料，屬于單烯烴，化學(xué)式為C3H6，具有-C=C-雙鍵，化學(xué)性質(zhì)非?；顫姟１┑碾p鍵可以發(fā)生加成反應(yīng)，氧化反應(yīng)等。除了在烯鍵上起反應(yīng)外，丙烯還可在甲基上起反應(yīng)。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(yīng)，生成丙烯腈等。本次設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)在于，由于丙烷丙烯的沸點(diǎn)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(huì)消耗較多的能量。若采用萃取精餾，將會(huì)相應(yīng)的降低分離能耗。本此設(shè)計(jì)旨在模擬丙烷丙烯萃取精餾，并對(duì)其對(duì)比分析優(yōu)化對(duì)實(shí)踐生產(chǎn)具有指導(dǎo)性意義。二、研究現(xiàn)狀和前景展望產(chǎn)品市場(chǎng)狀況目前，丙烯絕大部分來(lái)源于石油的催化裂化和柴油、石腦油的裂解。隨著國(guó)內(nèi)丙烯下游產(chǎn)品需求的量增加，國(guó)內(nèi)丙烯的需求量也逐年增加，需求量見下表1。表1國(guó)內(nèi)丙烯需求分析（單位：萬(wàn)噸）年份20122013201420152016表觀需求17501770215425673000（預(yù)測(cè)）當(dāng)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(zhǎng)和開工率受到廉價(jià)乙烷的壓制效應(yīng)逐漸體現(xiàn)，市場(chǎng)石腦油裂解丙烯產(chǎn)量持續(xù)下滑，同時(shí)，石腦油本身的供給也存在約束，無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的丙烯需求。因此對(duì)于丙烯的需求量將繼續(xù)增加，丙烯生產(chǎn)對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展越來(lái)越具有重要意義。2.工藝技術(shù)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(dòng)床工藝、CBILummus公司的Catofin循環(huán)多反應(yīng)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(shè)計(jì)采用Catofin工藝反應(yīng)流程，對(duì)丙烷丙烯分離工段應(yīng)用萃取精餾進(jìn)行模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)的主要缺點(diǎn)是對(duì)原料純度要求較高(丙烷含量95%以上，且對(duì)硫含量有嚴(yán)格限制)，單程轉(zhuǎn)化率和選擇性略低。Catofin工藝技術(shù)的主要特點(diǎn)，采用循環(huán)固定床反應(yīng)器，很容易添加反應(yīng)器擴(kuò)大產(chǎn)能；使用鉻-鋁非貴金屬催化劑，價(jià)格便宜，對(duì)原材料雜質(zhì)要求低，無(wú)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(diǎn)，首次應(yīng)用氧氣脫氫原理制取的工藝技術(shù)。該工藝把O2加進(jìn)系統(tǒng)中與H2反應(yīng)生成水，反應(yīng)使得H2分壓降低，平衡向著提高丙烷轉(zhuǎn)化率的方向進(jìn)行。由于Catofin工藝耗能低，對(duì)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(diǎn)。綜合考慮，選取Catofin工藝并對(duì)其工藝內(nèi)的丙烷丙烯分離工段進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。分離方法選擇，丙烷丙烯由于物理性質(zhì)比較相近，沸點(diǎn)相差不大，工業(yè)上的常規(guī)塔使用的能耗以及設(shè)備費(fèi)用都很高。萃取精餾，需要對(duì)進(jìn)料進(jìn)行嚴(yán)格控制，雖然萃取劑循環(huán)量有點(diǎn)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(yīng)用十分廣泛,但這種形式的熱泵在實(shí)際生產(chǎn)中的缺點(diǎn)是壓縮機(jī)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(chǎng)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(duì)于物流的控制更為的嚴(yán)格。目前并不能成熟的應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)中，實(shí)用性沒有其他三個(gè)分離方法應(yīng)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(fù)雜的的流程，因此綜合以上因數(shù)，此次設(shè)計(jì)采用萃取精餾方法。3.Catofin工藝簡(jiǎn)要介紹Lummus公司研發(fā)的Catofin循環(huán)多反應(yīng)器系統(tǒng)工藝，主要特點(diǎn)是采用多個(gè)循環(huán)固定床反應(yīng)器周期切換，反應(yīng)器周期切換進(jìn)行反應(yīng)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(yīng)器為多臺(tái)并聯(lián)式臥式固定床反應(yīng)器，在壓力0.05MPa、溫度560～620℃下進(jìn)行丙烷脫氫反應(yīng)。該工藝分為反應(yīng)、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(shù)工藝流程Catofin工藝分為反應(yīng)、壓縮、回收和精制四個(gè)工段，下面是四個(gè)工段的具體描述。（1）反應(yīng)工段。新鮮丙烷與循環(huán)丙烷混合料，和反應(yīng)器排放料一起進(jìn)入熱交換器換熱，再經(jīng)加熱爐加熱至反應(yīng)溫度后送至反應(yīng)器反應(yīng)，反應(yīng)器排放料換熱后送壓縮部分。（2）壓縮工段。反應(yīng)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(jìn)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(yīng)器排放料進(jìn)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(yīng)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(yīng)器排放料進(jìn)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(jìn)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(jiǎn)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(jìn)行分離卻很容易分離，在分離丙烷丙烯這種沸點(diǎn)接近分離過程中具有很大優(yōu)勢(shì)。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(jiǎn)單、處理量大等優(yōu)勢(shì)。使用萃取劑改變料液中被分離組分間的相對(duì)揮發(fā)度，使常規(guī)精餾需要耗費(fèi)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(xiàn)，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(shè)計(jì)和設(shè)備設(shè)計(jì)。繪制PFD，PID，設(shè)備布置圖，換熱器裝配圖等。2．需解決的問題本次設(shè)計(jì)擬解決的的關(guān)鍵問題是采用新的工藝對(duì)丙烷丙烯分離工段改進(jìn)，并達(dá)到節(jié)能。目的是打通流程模擬，反饋計(jì)算操作條件、設(shè)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(diǎn)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(jìn)行分離卻很容易分離，在分離丙烷丙烯這種沸點(diǎn)接近分離過程中具有很大優(yōu)勢(shì)。本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)20萬(wàn)噸/年丙烷制丙烯項(xiàng)目，采用Catofin工藝對(duì)流程中的丙烷-丙烯分離塔進(jìn)行設(shè)計(jì)改造為萃取精餾塔，對(duì)節(jié)約能耗具有指導(dǎo)性意義。四、研究方法、步驟和措施1.研究方法本次設(shè)計(jì)的研究采用Aspenplus化工流程模擬軟件對(duì)丙烷-丙烯萃取精餾進(jìn)行模擬優(yōu)化。2研究步驟閱讀文獻(xiàn)資料，確定產(chǎn)品方案、生產(chǎn)規(guī)模、工藝技術(shù)方案；模擬軟件全流程模擬和優(yōu)化；得到物料關(guān)系和能量關(guān)系；以圖表形式表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果。首先，對(duì)于萃取精餾塔的進(jìn)料位置，理論塔板數(shù)，回流比進(jìn)行模擬找出最優(yōu)參數(shù)。其次，對(duì)于流程進(jìn)行物料以及能量恒算。最后一個(gè)階段，進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)及設(shè)備布置。研究預(yù)期成果根據(jù)我所查找的文獻(xiàn)資料顯示，萃取精餾代替常規(guī)精餾塔將會(huì)達(dá)到節(jié)能的效果。此次模擬探究，根據(jù)文獻(xiàn)中的基本參數(shù)進(jìn)行初步模擬，然后優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，預(yù)期丙烷丙烯分離工段可以達(dá)到節(jié)能的效果。五、參考文獻(xiàn)郭洪輝,陳繼華.丙烷脫氫制丙烯技術(shù)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(shù)的工業(yè)應(yīng)用探討[J].中外能源,2015,(05):85-90.嚴(yán)樂平.丙烷脫氫制丙烯生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用前景[J].化學(xué)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(jiǎn)介[J].石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì),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(xué),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-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