化工学报 ›› 2019, Vol. 70 ›› Issue (1): 136-145.DOI: 10.11949/j.issn.0438-1157.20171033
收稿日期:
2018-07-31
修回日期:
2018-10-30
出版日期:
2019-01-05
发布日期:
2019-01-05
通讯作者:
刘洪谦
作者简介:
王子宗(1965—),男,博士研究生,教授级高工|刘洪谦(1965—),男,博士,副教授,<email>liuhq.sei@sinopec.com</email>
基金资助:
Zizong WANG1,2,Hongqian LIU3(),Jiming WANG1
Received:
2018-07-31
Revised:
2018-10-30
Online:
2019-01-05
Published:
2019-01-05
Contact:
Hongqian LIU
摘要:
以170万吨/年甲醇制丙烯(MTP)实际装置为背景,对MTP分离流程进行了研究和优化,借鉴石脑油乙烯装置分离的经验,并针对MTP产品气的组成特点,优化形成了适合MTP产品气分离的顺序、前脱丙烷和前脱乙烷分别组合装置自身物料做吸收剂的中冷油吸收技术的三种分离流程,省去了乙烯制冷系统。通过对全流程模拟计算数据的对比分析,优选出了前脱乙烷组合装置自身物料做吸收剂的中冷油吸收技术分离流程。对优化组合采用脱乙烷预分离技术、脱甲烷塔尾气回收分凝分馏塔技术、吸收剂物流的选择、碳二分离高度热耦合技术进行了研究,并通过对全流程模拟计算数据的比较分析,优选出了最优化的分离流程,即前脱乙烷中冷油吸收流程组合预分离技术、用自身物流混合碳四做吸收剂、分凝分馏塔回收脱甲烷塔尾气技术和高度热耦合的脱碳二分离技术。在没有乙烯、碳四和碳五循环回MTP反应器及尾气中乙烯损失满足设计要求的前提下,采用此优选分离流程,产品气压缩机和丙烯压缩机双机功率为19.8 MW。
中图分类号:
王子宗, 刘洪谦, 王基铭. 甲醇制丙烯分离流程的研究与优化[J]. 化工学报, 2019, 70(1): 136-145.
Zizong WANG, Hongqian LIU, Jiming WANG. Research and optimization of separation technology of methanol to propylene[J]. CIESC Journal, 2019, 70(1): 136-145.
组分 | 摩尔分数/% |
---|---|
H2 | 0.2 |
N2 | 0 |
O2 | 0 |
CO | 0.4 |
CO2 | 0.15 |
H2S | 0 |
oxide | 1.7 |
CH4 | 3.8 |
C2H2 | 0 |
C2H6 | 2.2 |
C2H4 | 14.3 |
C3H8 | 0.7 |
C3H6 | 25.2 |
C3H4 | 0 |
C4 | 20.1 |
C5 + | 31.25 |
表1 甲醇制丙烯产品气组成[3]
Table 1 Composition of product gas from methanol-to-propylene device[3]
组分 | 摩尔分数/% |
---|---|
H2 | 0.2 |
N2 | 0 |
O2 | 0 |
CO | 0.4 |
CO2 | 0.15 |
H2S | 0 |
oxide | 1.7 |
CH4 | 3.8 |
C2H2 | 0 |
C2H6 | 2.2 |
C2H4 | 14.3 |
C3H8 | 0.7 |
C3H6 | 25.2 |
C3H4 | 0 |
C4 | 20.1 |
C5 + | 31.25 |
流程 | 产品气压缩机/MW | 丙烯压缩机/MW | 冷却水消耗/(kt/h) | 低压蒸汽消耗/(t/h) | 高压蒸汽消耗/(t/h) |
---|---|---|---|---|---|
顺序分离 | 12.80 | 8.43 | 43.95 | 160.5 | 143.7 |
前脱丙烷 | 13.74 | 10.31 | 46.266 | 183 | 162.8 |
前脱乙烷 | 13.3 | 8.3 | 51.331 | 186 | 149.3 |
表2 顺序分离、前脱丙烷和前脱乙烷流程的公用工程消耗(C3H8做吸收剂)
Table 2 Utility consume of sequential separation, front-end depropanizer and front-end deethanizer processes (C3H8 as absorbent)
流程 | 产品气压缩机/MW | 丙烯压缩机/MW | 冷却水消耗/(kt/h) | 低压蒸汽消耗/(t/h) | 高压蒸汽消耗/(t/h) |
---|---|---|---|---|---|
顺序分离 | 12.80 | 8.43 | 43.95 | 160.5 | 143.7 |
前脱丙烷 | 13.74 | 10.31 | 46.266 | 183 | 162.8 |
前脱乙烷 | 13.3 | 8.3 | 51.331 | 186 | 149.3 |
图4 顺序分离、前脱丙烷和前脱乙烷流程标准燃料油消耗对比(C3H8做吸收剂)
Fig.4 Comparison of standard fuel oil consumption in sequential separation, front-end depropanizer and front-end deethanizer processes (C3H8 as absorbent)
流程 | 产品气压缩机/MW | 丙烯压缩机/MW | 冷却水消耗/(kt/h) | 低压蒸汽消耗(t/h) | 高压蒸汽消耗/(t/h) |
---|---|---|---|---|---|
顺序分离 | 12.80 | 7.66 | 39.60 | 129 | 139 |
前脱丙烷 | 14.00 | 10.01 | 37.165 | 89 | 162.8 |
前脱乙烷 | 13.00 | 8.26 | 37.036 | 90.6 | 143 |
表3 顺序分离、前脱丙烷和前脱乙烷流程的公用工程消耗(C4S做吸收剂)
Table 3 Utility consume of sequential separation, front-end depropanizer and front-end deethanizer processes (C4S as absorbent) (clear cutting rectification)
流程 | 产品气压缩机/MW | 丙烯压缩机/MW | 冷却水消耗/(kt/h) | 低压蒸汽消耗(t/h) | 高压蒸汽消耗/(t/h) |
---|---|---|---|---|---|
顺序分离 | 12.80 | 7.66 | 39.60 | 129 | 139 |
前脱丙烷 | 14.00 | 10.01 | 37.165 | 89 | 162.8 |
前脱乙烷 | 13.00 | 8.26 | 37.036 | 90.6 | 143 |
图8 顺序分离、前脱丙烷和前脱乙烷流程标准燃料油消耗对比(C4S做吸收剂)
Fig.8 Comparison of standard fuel oil consumption in sequential separation, front-end depropanizer and front-end deethanizer processes(C4S as absorbent) (clear cutting rectification)
流程 | 产品气压缩机/MW | 丙烯压缩机/MW | 冷却水消耗/ (kt/h) | 低压蒸汽消耗/ (t/h) | 高压蒸汽消耗/ (t/h) |
---|---|---|---|---|---|
图7流程(清晰切割) | 12.86 | 7.75 | 37.0 | 104 | 140 |
图10流程(非清晰切割-第二脱乙烷塔) | 12.8 | 7.1 | 209 | 77 | 135 |
表4 前脱乙烷流程的公用工程消耗(C4S做吸收剂)
Table 4 Utility consume of front end de-deethanizer (C4S as absorbent)
流程 | 产品气压缩机/MW | 丙烯压缩机/MW | 冷却水消耗/ (kt/h) | 低压蒸汽消耗/ (t/h) | 高压蒸汽消耗/ (t/h) |
---|---|---|---|---|---|
图7流程(清晰切割) | 12.86 | 7.75 | 37.0 | 104 | 140 |
图10流程(非清晰切割-第二脱乙烷塔) | 12.8 | 7.1 | 209 | 77 | 135 |
产品气压缩机/MW | 丙烯压缩机/MW | 冷却水消耗/(kt/h) | 低压蒸汽消耗/(t/h) | 高压蒸汽消耗/(t/h) |
---|---|---|---|---|
12.8 | 7.05 | 210 | 77.4 | 135.2 |
表5 热耦合前脱乙烷非清晰切割流程公用工程消耗(C4S做吸收剂)
Table 5 Utility consume of thermally coupled front-end deethanizer separation technique (C4S as absorbent)
产品气压缩机/MW | 丙烯压缩机/MW | 冷却水消耗/(kt/h) | 低压蒸汽消耗/(t/h) | 高压蒸汽消耗/(t/h) |
---|---|---|---|---|
12.8 | 7.05 | 210 | 77.4 | 135.2 |
图13 前脱乙烷非清晰切割流程(常规、热集成)标准燃料油消耗对比
Fig.13 Comparison of standard fuel oil consumption in conventional and thermally coupled for non-clear cutting front-end deethanizer separation
1 | Rothaemel M , Holtmann H D . Methanol to propylene MTP: Lurgi is way[J]. Erdol Erdgas Kohle, 2002, 118(5): 234- 237. |
2 | 曹湘洪 .重视甲醇制乙烯丙烯的技术开发大力开拓天然气新用途[J].当代石油石化, 2004, 12(12): 1-6. |
Cao X H . Attaching great important to technical development of MTO & MTP, devoting major efforts to explore new application of natural gas [J]. Petroleum & Petrochemical Today, 2004, 12(12): 1-6. | |
3 | 胡玉梅 . 甲醇制丙烯技术应用前景及装置建设相关问题探讨[J].国际石油经济, 2005, 13(9): 45-49. |
Hu Y M . Prospects of MTP application and development of related equipment. [J]. International Petroleum Economics, 2005, 13(9): 45-49. | |
4 | 柯丽, 冯静, 张明森 . 甲醇转化制烯烃技术的新进展[J]. 石油化工, 2006, 35(3): 205-211. |
Ke L , Feng J , Zhang M S . Advances in catalytic conversion process of methanol[J]. Petrochemical Technology , 2006, 35(3): 205-211. | |
5 | 毛东森, 郭强胜, 卢冠忠 . 甲醇转化制丙烯技术进展[J].石油化工, 2008, 37(12): 1328-1333. |
Mao D S , Guo Q S , Lu G Z . Advances in catalytic conversion of methanol to propylene[J]. Petrochemical Technology, 2008, 37(12): 1328-1333. | |
6 | 潘澍宇, 江洪波, 翁惠新 . 甲醇作为催化裂化部分进料的反应过程[J].化工学报, 2006, 57(4): 785-790. |
Pan S Y , Jiang H B , Weng H X . Reaction of methanol as part of FCC feedstock [J]. Journal of Chemical Industry and Engineering (China), 2006, 57(4) : 785-790. | |
7 | 朱杰, 崔宇, 陈元君, 等 . 甲醇制烯烃过程研究进展[J].化工学报, 2010, 61(7): 1674-1684. |
Zhu J , Cui Y , Chen Y J , et al . Recent researches on process from methanol to olefins [J]. CIESC Journal, 2010, 61(7): 1674-1684. | |
8 | 吴文章, 郭文瑶, 肖文德, 等 . 甲醇与C4~C6烯烃共反应制丙烯副产物生成途径[J]. 化工学报, 2012, 63(2): 493-499. |
Wu W Z , Guo W Y , Xiao W D , et al . Reaction path for formation of by-products in co-reaction of methanol and C4—C6 alkenes to propylene[J]. CIESC Journal, 2012, 63(2): 493 - 499. | |
9 | 严丽霞, 蒋云涛, 蒋斌波, 等 . 移动床甲醇制丙烯技术的工艺与工程[J]. 化工学报, 2014, 65(1): 2-11. |
Yan L X , Jiang Y T , Jiang B B , et al . Methanol to propylene process using moving bed technology and its engineering study[J]. CIESC Journal, 2014, 65(1): 2-11. | |
10 | 陈硕, 王定博, 吉媛媛, 等 . 丙烯为目的产物的技术进展[J].石油化工, 2011, 40 (2): 217-224. |
Chen S , Wang D B , Ji Y Y , et al . Development in on-purpose propylene technology[J]. Petrochemical Technology, 2011, 40(2): 217-224. | |
11 | 王松汉 . 乙烯装置技术与运行[M]. 北京: 中国石化出版社有限公司, 2009. |
Wang S H . Technology and Operation of Ethylene Plant [M]. Beijing: China Petrochemical Press Co. Ltd., 2009. | |
12 | 王松汉 . 乙烯工艺与技术(精化版)[M]. 北京: 中国石化出版社有限公司, 2012. |
Wang S H .The Production Process and Technology (Essence Edition) [M]. Beijing: China Petrochemical Press Co. Ltd., 2012. | |
13 | 陈明辉, 王俭, 李勇 . 国际先进乙烯装置分离技术的进展[J]. 化学反应工程与工艺, 2005, 21 (6): 542-550. |
Chen M H , Wang J , Li Y . Progress in separation technology of world ethylene plant[J]. Chemical Reaction Engineering and Technology,2005, 21(6): 542-550. | |
14 | 王子宗 . 一种从甲醇制丙烯产品气中回收乙烯的系统及方法: 201410247261.3[P]. 2017-06-20. |
Wang Z Z . A system and method for recovering ethylene from gas from methanol to propylene production: 201410247261.3[P]. 2017- 06-20. | |
15 | 王子宗 . 一种组合吸收塔、尾气膨胀系统及尾气回收方法: 201410462689.X [P]. 2017-09-12. |
Wang Z Z . A combined absorption tower, tail gas expansion system and tail gas recovery method: 201410462689.X [P].2017-09-12. | |
16 | 王松汉 . 改进的分凝分馏塔系统: 1070385C [P].2001-09-05. |
Wang S H . Improved fractionating and fractionating tower system: 1070385C[P]. 2001-09-05. | |
17 | 王子宗, 王松汉, 李广华 . 分凝分馏塔工业试验[J]. 石油化工, 2003, 32(S): 816-818. |
Wang Z Z , Wang S H , Li G H . Industrial test of fractionating fractionator [J]. Petrochemical Technology, 2003, 32(S): 816-818. | |
18 | 龚旭辉 . 一种利用甲醇生产丙烯和高辛烷值汽油的方法: 201110242549.8A[P].2012-06-20. |
Gong X H . A method for producing propylene and high octane gasoline by using methanol: 201110242549.8A[P].2012-06-20. | |
19 | 李围潮, 王松汉 .油吸收分离流程的可行性分析和评价[J]. 乙烯工业, 1999, 11(2): 7-11. |
Li W C , Wang S H . Feasibility analysis and evaluation of oil absorption and separation process[J]. Ethylene Industry, 1999, 11(2): 7-11. | |
20 | Jana A K . Heat integrated distillation operation [J]. Appl. Energ., 2010, 87(5): 1477-1494. |
21 | Linnhoff B , Dunford H , Smith R . Heat integration of distillation columns into overall processes[J]. Chem. Eng. Sci., 1983, 38(8): 1175-1188. |
22 | Wright R O . Fractionation apparatus: US 2471134[P]. 1949-05-24. |
23 | Petlyuk F B , Platonoy V M , Slavinskii D M . Thermodynamically optimal method for separating multicomponent mixtures [J]. Int. Chem. Eng., 1965, 5: 555-561. |
24 | Wolff E A , Skogestad S . Operation of integrated three-product (Petlyuk) distillation column [J]. Ind Eng. Chem. Res., 1995, 34(6): 2094-2103. |
25 | Kaibel G . Distillation columns with vertical partitions[J]. Chem. Eng. Technol., 1987, 10(1): 92-98. |
26 | 刘雪刚, 何畅, 雷杨, 等 . 基于塔总组合曲线的内部热耦合精馏塔优化设计方法[J]. 化工学报, 2017, 68(4): 1482-1489. |
Liu X G , He C , Lei Y , et al . Optimized design method for internal heat-integrated distillation columns based on column grand composite curve [J]. CIESC Journal, 2017, 68(4): 1482-1489. | |
27 | 常亮, 刘兴高 . 内部热耦合空分塔的节能优化分析[J]. 化工学报, 2012, 63(9): 2936-2940. |
Chang L , Liu X G . Energy optimization analyses of internal thermally coupled air separation columns [J]. CIESC Journal, 2012, 63(9): 2936-2940. | |
28 | 李玉刚, 王晓红, 郑世清, 等 . 含非清晰塔的精馏系统综合[J].化工学报, 2008, 59(2): 415-419. |
Li Y G , Wang X H , Zheng S Q , et al . Synthesis of distillation system consideration no-sharp separation [J]. Journal of Chemical Industry and Engineering (China), 2008, 59(2): 415-419. |
[1] | 黄琮琪, 吴一梅, 陈建业, 邵双全. 碱性电解水制氢装置热管理系统仿真研究[J]. 化工学报, 2023, 74(S1): 320-328. |
[2] | 金正浩, 封立杰, 李舒宏. 氨水溶液交叉型再吸收式热泵的能量及分析[J]. 化工学报, 2023, 74(S1): 53-63. |
[3] | 米泽豪, 花儿. 基于DFT和COSMO-RS理论研究多元胺型离子液体吸收SO2气体[J]. 化工学报, 2023, 74(9): 3681-3696. |
[4] | 张瑞航, 曹潘, 杨锋, 李昆, 肖朋, 邓春, 刘蓓, 孙长宇, 陈光进. ZIF-8纳米流体天然气乙烷回收工艺的产品纯度关键影响因素分析[J]. 化工学报, 2023, 74(8): 3386-3393. |
[5] | 胡兴枝, 张皓焱, 庄境坤, 范雨晴, 张开银, 向军. 嵌有超小CeO2纳米粒子的碳纳米纤维的制备及其吸波性能[J]. 化工学报, 2023, 74(8): 3584-3596. |
[6] | 李木金, 胡松, 施德磐, 赵鹏, 高瑞, 李进龙. 环氧丁烷尾气溶剂吸收及精制工艺[J]. 化工学报, 2023, 74(4): 1607-1618. |
[7] | 杨灿, 孙雪琦, 尚明华, 张建, 张香平, 曾少娟. 相变离子液体体系吸收分离CO2的研究现状及展望[J]. 化工学报, 2023, 74(4): 1419-1432. |
[8] | 何万媛, 陈一宇, 朱春英, 付涛涛, 高习群, 马友光. 阵列凸起微通道内气液两相传质特性研究[J]. 化工学报, 2023, 74(2): 690-697. |
[9] | 王煦清, 严圣林, 朱礼涛, 张希宝, 罗正鸿. 填料塔中有机胺吸收CO2气液传质的研究进展[J]. 化工学报, 2023, 74(1): 237-256. |
[10] | 李丽媛, 王建强, 陈奕, 郭友娣, 周健, 刘志成, 王仰东, 谢在库. 甲醇制丙烯反应中ZSM-5分子筛催化剂积炭失活介尺度机制研究[J]. 化工学报, 2022, 73(6): 2669-2676. |
[11] | 姜焱龙, 张妮, 李淡然, 朱冰冰, 蒋怡晨, 陈海军, 朱跃钊. 基于COSMO-RS方法筛选离子液体用于焦油脱除[J]. 化工学报, 2022, 73(4): 1704-1713. |
[12] | 张逸伟, 唐海荣, 何勇, 朱燕群, 王智化. 臭氧低温氧化烟气脱硝过程中的氮平衡试验研究[J]. 化工学报, 2022, 73(4): 1732-1742. |
[13] | 霍猛, 彭晓婉, 赵金, 马秋伟, 邓春, 刘蓓, 陈光进. 基于COSMO-RS的离子液体吸收CO的溶剂筛选及H2/CO分离实验[J]. 化工学报, 2022, 73(12): 5305-5313. |
[14] | 高帅涛, 刘雪珂, 张丽, 刘芬, 余江, 商剑锋, 欧天雄, 周政, 陈平文. Aspen Plus模拟高浓度H2S/CO2酸性气的选择性分离[J]. 化工学报, 2021, 72(S1): 413-420. |
[15] | 陈尔健, 代彦军. 使用NH3-LiNO3工质对的增压型回热吸收循环性能分析[J]. 化工学报, 2021, 72(S1): 445-452. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||