年产45万吨丙烯、副产13万吨乙烯项目初步设计说明书大学论文.doc

目 录第一章 总论11.1 项目概况11.2 设计依据11.3 设计原则11.4 产品方案21.5 工艺特点21.6 主要原料规格及消耗21.7 技术经济3第二章 厂址选择42.1 选择原则42.2 厂址选定52.2.1 地理位置52.2.2 原料和市场52.2.3 自然条件62.2.4 交通运输72.2.5 电力能源82.2.6 政策环境82.2.7 总述92.3 厂址附图9第三章 工艺说明103.1 工艺方案的选择与比较103.1.1 石油路线法103.1.2 煤制烯烃路线法103.2 甲醇制丙烯催化剂选择113.2.1 SAPO系列催化剂113.2.2 ZSM-5分子筛催化剂113.2.3 反应温度对催化剂性能的影响123.2.4 原料空速的影响143.2.5 HZSM-5分子筛成型前后性能比较153.2.6 催化剂的再生163.3工艺模拟说明163.4工艺创新点193.5 工艺流程说明（对应PFD流程图）203.5.1 反应工段203.5.2 精制工段213.5.3 C4处理工段233.6精馏塔敏感性分析243.6.1碳二分离塔最佳进料位置的选择243.6.2碳三分离塔最佳进料位置的选择273.7 热回收系统303.7.1 反应部分303.7.2 精制部分303.7.3 C4处理部分31第四章 物料衡算和能量衡算324.1 概述324.2 物料衡算324.2.1 衡算原理及依据324.2.2 物料衡算334.3 能量衡算424.3.1 衡算原理及依据424.3.2 热量衡算43第五章 节能505.1 概述505.2 主要物流分析515.3 夹点提取及共用工程的选择525.4 工艺换热网络的设计54第六章 原料采购与产品营销566.1 原料采购566.2 主要产品标准566.3 产品营销566.3.1 高质量化工产品是基础576.3.2 高素质的营销队伍是保证576.3.3 顺畅的市场销售渠道是途径576.3.4 销售进入精细化管理周期586.4 结语58第七章 总图运输607.1 设计依据607.1.1 执行的主要标准规范607.1.2 设计原则607.2 设计基础资料607.3 设计范围607.4 厂址概况617.5 总平面布置617.5.1 总平面布置原则617.5.2 总平面布置的要求627.5.3 厂区总体布局概述627.5.4 分区说明637.6 工厂运输677.7 绿化布置687.8 总图主要指标附表68第八章 车间布置698.1 设计依据698.2 车间布置原则698.3 布置概况698.4 反应车间708.4.1 整体布置708.4.2 车间设备布置708.4.3 反应车间布置图718.5 精制一车间738.5.1 整体布置738.5.2 车间设备布置738.5.3 精制一车间布置图748.6 精制二车间768.6.1 整体布置768.6.2 车间设备布置778.6.3 精制二车间布置图788.7 C4处理车间808.7.1 整体布置808.7.2 车间设备布置818.7.3 C4处理车间布置图82第九章 管道布置849.1 设计依据849.2 管道直径的计算849.3管道布置设计849.3.1 管道设计一般原则849.3.2 分支管的引出方向869.4 单元设备的管道布置869.4.1 塔的管道布置869.4.2 容器类管道布置889.4.3 换热器的管道布置889.4.4 加热炉的管道布置909.4.5 泵的管道布置909.4.6 压缩机的管道布置929.5 管廊管道布置939.6管道轴测图939.6.1 图面表示939.6.2 尺寸和方位的标注94第十章 设备选型9510.1 塔设备选型9510.1.1 塔设备的设计目标9510.1.2 塔设备类型及选择9510.1.3 与物性有关的因素9610.1.4 与操作条件有关的因素9610.1.5 其他因素9710.1.6 具体类型9910.1.7 机械工程设计和校核11010.1.8 辅助装置及附件11010.1.9 塔设备载荷计算11110.2 换热器计算及选型11610.2.1 计算依据11610.2.2 选型原则11610.2.3 换热器选型示例12010.2.4 换热器的结构设计12310.2.5 其它换热器选型示例12410.3 反应器选型12710.3.1 催化剂的选择12710.3.2 计算床层体积12710.3.3 气体分布装置12810.3.4 封头12810.3.5 支座12910.4 泵和储罐的选型12910.4.1 选用依据12910.4.2 参数的确定12910.4.3 泵的选型要求13010.4.4 具体选型13010.4.5 储罐的选型131第十一章 自动控制方案13311.1 生产装置对仪表和控制系统的要求13311.2 DCS简述13311.3 SIS安全仪表系统13411.3.1 甲醇进料泵（P0101A/B）停车自动联锁保护系统13511.3.2 单体设备联锁13511.3.3 CCS（压缩机组控制系统）13511.4 安全及防护措施13611.5 仪表动力部分13611.5.1 仪表电源13611.5.2 仪表供风13611.5.3 仪表蒸汽伴热13611.6 仪表控制方案13611.6.1 反应器控制13611.6.2 原料甲醇进装置液位调节13711.6.3 甲醇进料泵(P0101A/B)控制13711.6.4 反应进料加热炉(F0101)13811.6.5 碳三分离塔T0209的控制13811.6.6 换热器控制14111.6.7 精制车间压缩机（C0201A/B）控制142第十二章 维修14412.1 设备维修14412.1.1 维修范围14412.1.2 维修工作的任务14412.1.3 设备维修的内容14412.2 反应器的维修14712.3 换热器的维修14712.4 塔器的维修14812.5 动力设备的维修14812.5.1 泵的维修14812.5.2 压缩机的维修14912.6 储罐的维修15012.7 管道系统的维修15012.7.1 清管15012.7.2 线路维护15012.7.3 管道抢修15112.8 维修人员要求151第十三章 分析检验15313.1 设计依据15313.2 物质检验15313.2.1 甲醇含量的测定15313.2.2 丙烯含量的测定154第十四章 工厂供电与通讯15514.1 设计依据15514.2 工厂供电的意义及要求15514.3 全厂电力消耗15614.3.1 泵15614.3.2 压缩机15614.3.3 厂区照明15714.4 电力供应15714.5 供电设计原则15714.6 供配电系统设计15814.6.1 负荷等级15814.6.2 各级电力负荷对供电电源的要求15814.6.3 供配电系统的组成15914.7 危险区域划分及设备选择16014.7.1 危险区域划分16014.7.2 危险区域电气设备选择16114.7.3 UPS电源应急系统16114.8 继电保护的选择与整定16214.8.1 继电保护的作用16214.8.2 继电保护装置16214.9 防雷与接地16314.9.1 建筑物的防雷与接地16314.9.2 厂区户外装置的防雷16314.9.3 厂区变电所的防雷16414.9.4 接地系统16414.10 通讯系统165第十五章 土建16715.1 设计依据16715.1.1 设计标准及规范16715.1.2 项目特点16715.2 建筑工程16815.2.1 建筑结构设计16815.2.2 对有特殊要求的建、构筑物所采取的建筑措施16815.3 结构基础设计16915.4 安全疏散169第十六章 给水排水17116.1 设计标准规范17116.2 设计原则17116.3 给水系统17116.3.1 生活供水子系统17216.3.2 蒸汽供水子系统17216.3.3 消防用水供水子系统17216.4 排水系统17316.4.1 生活废水的排放17316.4.2 生产废水排放17416.4.3 消防废水排放17416.4.4 排水管线的敷设174第十七章 采暖通风和空气调节17617.1 设计依据与标准17617.2 厂区所在地气候条件17617.3 设计参数17617.4 设计范围17717.5 采暖方案设计17717.5.1 采暖标准规定17717.5.2 采暖系统17817.5.3 采暖介质17917.6 通风方案设计17917.6.1 设计规定17917.6.2 设备与风管18017.6.3 设计目标18117.7 空气调节18117.7.1 设计规定18117.7.2 系统设计182第十八章 环境保护18418.1 设计依据和标准18418.1.1 法律法规18418.1.2 参考标准18418.2 工程概况18518.2.1 厂址地理概况18518.2.2 项目组成及规模18518.3 主要污染物18518.4 二氧化碳处理18518.4.1 物理法18618.4.2 化学法18718.4.3 物理-化学法18718.5 废气18818.6 废水18818.7 废渣18918.8 噪声19018.9 厂区绿化191第十九章 安全生产与职业卫生19219.1 设计标准依据19219.2 物质危险性19219.3 安全防范措施19219.3.1 甲醇防范措施19219.3.2 丙烯防范措施19319.3.3 乙烯防范措施19419.4 安全生产措施19519.4.1 安全生产责任19519.4.2 生产车间防火安全管理规定19619.4.3 安全操作19719.5 总述19719.6 职业卫生19719.6.1 卫生管理19819.6.2 劳动保护用品及卫生安全管理198第二十章 储存与运输19920.1 设计依据与标准19920.2 储存19920.2.1 原料储存19920.2.2 产品储存20020.3 运输20120.3.1 原料运输20120.3.2 产品运输201第二十一章 经济分析204参考文献205附录一 主要设备选型一览表207第一章 总论1.1 项目概况本项目为xxxx化工集团开发的以过剩甲醇为原料制备丙烯工艺。建厂于xxxxxxxx市xxxx工业园。项目通过采用MTP技术，以甲醇为原料来合成市场所需要的聚合级丙烯。项目所采用的催化剂为HZSM-5分子筛催化剂，此催化剂在100%甲醇转化率下，可使丙烯收率达到46.05%以上、乙烯单程收率达到12.02%以上，从而进一步得到产量较为乐观的聚合级丙烯及乙烯。本项目注册资金为50亿元人民币，由公司注入部分自有资金，并通过xxxx市政府向银行贷款筹措资金。项目建设进度在考虑建设过程中的各环节时间安排情况和干扰因素的影响，建设期定为两年，生产期10年。1.2 设计依据1）化工工程设计相关规定；2）国家经济、建筑、环保等相关政策；3）2011年“三井化学杯”第五届大学生化工设计竞赛邀请赛参赛指导书；4）化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定（2005）及有关专业的国家标准。1.3 设计原则1）严格贯彻执行国家的消防、安全、卫生、劳动保护等有关规定、规范，保障生产安全顺利进行和操作人员的安全。2）严格执行国家环境保护的相关条例：大气环境质量标准 GB3095-82污水综合排放标准 GB8978-96工业“三废”排放试行标准 GBJ4-73地表水环境质量标准 GB3838-20023）产品生产和质量指标符合国家及地方颁发的各项相关标准。4）体现“社会经济效益、环保效益和企业经济效益并重”的原则，按照国民经济和社会发展的长远规划，行业、地区的发展规划，在项目调查、选择中对项目进行详细全面的论证。1.4 产品方案本项目所得产品主要有摩尔分率99.6%的聚合级丙烯，副产品乙烯的摩尔分率也将达94%，另外可得到一定量的汽油产品。产品规格如表1-1：表1-1 产品规格表产品名称规格级别产量（万吨/年）价格（元/吨）丙烯摩尔分率（99.6%）聚合级4510200乙烯摩尔分率（99.1%）优级品137500高级烃摩尔分率（99.9%）优级品760001.5 工艺特点本项目所采用的生产工艺为MTP工艺。MTP工艺技术的特点是：具有较高的丙烯收率，本工艺采用专有的沸石催化剂和低磨损的固定床反应器作为主要生产装置，利用低结焦催化剂可以降低再生循环次数，在反应温度下可以不连续再生，更有利于节省成本。MTP技术所用催化剂的开发和工业化规模生产已由供应商完成。MTP工艺较MTO工艺的优点是：催化剂对丙烯具有更高的选择性；反应器采用固定床而不是流化床。典型的产物体积组成为：乙烯1.6、丙烯71.0、丙烷1.6、C4/C58.5、C616.1、焦炭99%的精制甲醇。原料规格及消耗情况如表1-2所示：表1-2 主要原料规格及消耗表原料名称规格消耗量（万吨/年）甲醇摩尔分率（99%）1801.7 技术经济本项目设计建设期为两年，投产期为两年，生产能力分别为全负荷的60%和80%，全负荷生产期为10年，总工期为12年。整个项目主要经济指标如表1-3：表1-3 主要经济指标工程总投资（万元）319547.6固定资产投资（万元）78782.58总成本（万元/a）4043910全厂总产值（万元/a）6360300年销售收入690300投资利润率（%）47.27投资利税率89.13资本金利润率（%）65.13净现值NPV（万元）403094.67投资回收期（年）9.34盈亏平衡点BEP（%）52.18内部收益率FIRR（%）57.43第二章 厂址选择厂址选择是化工装置建设的一个重要环节，也是一项政策性技术性很强的工作。厂址选择对工厂的建设进度、投资数量、经济效益、环境保护及社会效益等方面都有重大影响。由于只有厂址选择确定之后，才能估算其建设投资额和投产后的生产成本，才能对经济效益环境影响社会效益进行分析评估，判断项目的可行性，因此厂址选择工作是可行性研究的一部分。需要考虑原料、能源、水源、运输和环境等方面的条件。2.1 选择原则1) 原料和市场厂址应靠近各种原料产地和销售市场。2) 能源化工厂需要大量的动力和蒸汽，应靠近燃料的供应点。3) 气候化工厂的建厂地点应该温度适宜，湿度适中。4) 运输条件尽量考虑铁路枢纽以及利用河流、运河、湖泊或海洋进行运输的可能性，公路运输可用作铁路和水路的补充。5) 供水化工厂使用大量的水，用于产生蒸汽、冷却、洗涤，有时还用做原料。因此，厂址必须靠近水量充足和水质良好的水源。6) 对环境的影响应得到当地环保部门的认可，以便于妥善处理废物。7) 协作条件选择在贮运、机修、公用工程（电力、蒸汽）和生活设施等方面具有良好协作条件的地区。8) 灾害及其他避免低于洪水水位或在采取措施后仍不能确保不受水淹的地段，以及地震、泥石流、滑坡、有开采价值的矿藏、文物保护等地区。2.2 厂址选定本项目厂址选在xxxxxxxx旗经济开发区内的xxxx工业园。xxxx工业园区位于树林召镇，以树林召经济技术开发区为核心，该开发区2001年3月经自治区人民政府批准成立，属自治区级重点开发区，下辖1区8园（电力、纺织、农畜产品深加工、造纸、xxxx电煤转化、浩特水泥、靴铺窑PVC、王爱召煤化工工业园）。截止2005年底，树林召经济技术开发区共入住企业44户，完成工业增加值26.2亿元，上缴税金5.93亿元，累计招商引资87亿元，已完成基础设施建设投资13亿元。2.2.1 地理位置xxxx旗全境地理位置位于xxxx自治区西部，在黄河中游南岸和xxxx 高原北端，地理坐标是：东经1090011045，北纬40004033。北与国家钢铁稀土基地包头市隔河相望，以公路、铁路以桥相连，南靠东胜区、神东煤田，地处晋、陕、蒙“乌金三角”地带，呼、包、鄂“金三角”开发区中心，是xxxx的北大门。享有“黄河金腰带”上的一颗“金钮扣”之美称。2.2.2 原料和市场1）原料来源本项目所采用的原料为精制甲醇。在xxxx工业园内投建的新能能源有限公司的一期60万吨/年煤制甲醇项目、正在规划的香港海粤集团年产60万吨甲醇项目和在建的山东兖矿集团180万吨每年煤制甲醇项目为本项目提供了足够的原料来源，从而可以保证本项目能够顺利开工运行。2）产品市场随着全球经济的迅猛增长，化工、石化和轻工等行业也呈现出飞速发展迹象。丙烯作为化工行业重要的化工基础原料，世界各个国家对其的需求量也不断增加。据业内人士指出，1995-2005年间，全球对丙烯需求的年均增长率为43%，已经超过了38%的乙烯年均增长率。对丙烯的需求量也从1990年的3000万吨增加到1995年的3800万吨，1996年得4200万吨，并继续增加到2000年的5000万吨和2010年得7500万吨。而全球的丙烯产量远远不能满足各行业对丙烯的需求量。所以，丙烯市场仍然存在着巨大的发展潜力，而丙烯的销路不仅可供国内各行业使用，同时还可以进行出口。2.2.3 自然条件1）气候条件xxxx旗属典型的温带大陆性半干旱季风气候区，常年呈现xx风向。总的气候特征为冬季漫长而寒冷，夏季温和短促，春季干旱少雨多风，秋季凉爽，四季温差大，日照充足，无霜期较短，年平均气温平原区低于丘陵区，东北区低于西部区，一般为6。1月平均气温为-13.4。极端最低气温-34.5(1971年1月22日)，7月气温最高，平均为22.8。极端最高气温40.2(1975年7月16日)。生长期：年平均气温0以上持续时期为239.2天，5以上的持续时期为205.5天，年日照时平均3138.7小时。全年太阳总幅射量为142.8千卡平方厘米，无霜期年平均159.8天。2）水文地质xxxx旗地处黄河“几”字弯内，水资源相当丰富。全旗的水资源主要由地下水、地表水和过境黄河水三部分组成。地下水年可采储量3.15亿立方米，水质好、易开采，开采深度30-70米，单井涌水量50-1000立方米/小时，现状近年平均开采地下水资源1.8亿立方米，主要以农灌为主，地下余水1.35亿立方米。达旗地下水源补给条件较好，一是178公里过境黄河的侧向补给，境内10条季节性河流补给和南部高原台地较大范围降雨下渗形成有效的地下径流补给；二是8000多平方公里的库布其沙漠降雨下渗可形成有效的地下径流补给。新民堡和xxxx工业区可就地开采地下水，也可以在黄河沿岸建设群井汇流区进行供水。因此，地下水既可作为项目建设初期的生活用水和施工用水，也可用作生产期间的备用水源。地表水年可利用量1.55亿立方米，现状年利用0.058亿立方米，有近1.5亿立方米的余水流入黄河，补充黄河水资源。为利用好地表水，储备工业后备水源，xxxx旗通过新建水库的方式对上游河川的地面径流进行拦蓄，目前，规划建设的14座水库已有5座完工并投入使用，其中转龙湾、黑山圪卜、马莲壕、二贵壕、乌兰淖水库的总库容为9020万立方米，年蓄水量2060万立方米，水矿化度小于1.0克升。黄河水年过境量为310亿立方米，批准达旗年可用水量1.6亿立方米，现状为年用黄河水量0.8亿立方米，余水0.8亿立方米。达旗大工业用水主要引用黄河水源，近期规划年用量3亿立方米，远期为6亿立方米。黄河水取水口主要规划在昭君坟渡口、黄河大桥、德胜太浮桥和榆林子浮桥四处。2.2.4 交通运输xxxx旗经济开发区与xxxx工业重镇包头市隔河相望，有三条跨河大桥相连。包神铁路、包东高速公路和210国道纵贯南北，京兰铁路、110国道、109国道横跨东西。园区距包头机场仅25公里，距内陆开放口岸二连浩特市600公里。xxxx工业园区规划面积80平方公里，园区区位、交通、资源优势明显。北与自治区最大的工业城市包头市仅一河之隔，南与xxxx市政府所在地-东胜也仅半个小时的车程；包神铁路、210国道均从树林召镇通过；园区距黄河南岸仅20公里，取水方便。1）公路在公路建设方面，在xxxx旗“十一五”规划中指出：重点完成王爱召响沙湾恩格贝、马场壕呼斯梁、解放滩高头窑公路，全面实现了“三横五纵十五出口”公路规划建设目标。加大通村公路建设力度，建成包头沙尔沁至树林召关碾房高速公路，打通树林召包头公路快速通道，完成羊巴线全线改造工程，提升沿河公路通达能力。2005年，xxxx旗公路建设完成投资27517万元，建设里程265公里。全旗公路总里程达2704公里，出租车达894辆，大型运输车辆达6370辆，年完成客运周转量1.95亿人公里，货运周转量7.75亿吨公里。2010年，全旗公路总里程已突破3500公里。此规划为本项目在公路交通运输上提供了很大的方便，有效的减少了原料及产品的运输成本，提高了本项目的经济效益。2）铁路xxxx旗在发展公路运输，提高运输能力的同时，也在不断发展铁路运输。新建的包头神木电气化铁路复线、包头西安铁路新干线、沿河铁路、原煤基地与煤电化工业园区电气化铁路等一系列的铁路建设项目，为xxxx旗境内的化工企业在运输方面提供了极大的便利。柴（白泥井柴登）榆（林子）线、萨（土右旗萨拉齐）德（准旗德胜西）线均已建成通车；解（放滩）柴（东胜柴登）线工程进展顺利；羊巴线树（林召）吉（格斯太）段改造工程已开始征地拆迁工作。到2010年，铁路总里程也已达到220公里以上，基本形成了四通八达的现代交通运输网络。2.2.5 电力能源位于xxxxxxxx高原的xxxx旗发电厂就在xxxx旗境内。东靠包(头)西(安)公路，西邻包(头)神(木)铁路，北距黄河约18公里，南距东胜煤田万利川煤矿50公里。电厂设计最终装机总容量为500万千瓦，属亚洲设计装机总容量最大的火力发电厂。一期工程装机两台33万千瓦发电机组，投资额16.9亿元，投产后年发电能力为42亿度。电力能源是每个现代化企业都不可或缺的公用工程，而xxxx旗发电厂正好可以为本项目的实施提供必要的电力供应保障，以使得本项目可以顺利实施。2.2.6 政策环境第一条 凡在我旗投资建设煤化工、PVC等项目，除可享受西部大开发所得税“两免三减半”及综合利用电厂5年内减半征收增值税的优惠税收政策外，经自治区人民政府批准采用减免所得税或“即征即返”等方式享受所得税“再三年减半”的政策，税收优惠政策实际可享受5年以上不超过10年“零所得税率”政策（煤炭采掘环节不享受优惠政策）。第二条 根据自治区人民政府内政字2004281和436号文件精神，在xxxx市境内为煤炭就地转化项目、PVC和自备电厂项目配置30年用量的煤炭、石灰石和盐资源，预留20年用量的煤炭、石灰石和盐资源，作为业主的原料基地。在项目开工时，业主可办理探矿权等相关许可手续。第三条 项目建设和生产期间用电，可由我旗负责协调有关单位，保证项目正常建设和运行。第四条 项目建设、生产用水可由我旗以优惠的价格供给；也可由业主自建供水系统，免收地方性税费。第五条 大项目决定投资建设后，我旗即成立专门办公室，负责协调业主与地方的各种关系，在国家有关政策法规允许的前提下，为项目的核准、建设、处理相关的社会问题予以大力支持，协助企业办理项目核准和煤田、盐、石灰石资源配置的相关手续以及公司注册的有关工作。2.2.7 总述xxxx旗丰富的资源保证了甲醇的产量，从而为本项目的顺利实施提供了充足的原料来源。便利的交通设施能够保证在本项目发展期间，原料和产品能够顺利、快速、高效的运进运出。同时，全旗境内丰厚的水资源也是化工厂建厂的必须能源。近年来，xxxx经济的飞速发展带动了本地区各项产业的发展，使得丙烯及其下游产品的消耗量也呈现出不断增加的局面，从而为丙烯及其下游产品提供了足够的市场。所以本项目将厂址选在xxxx旗树林召镇的xxxx工业园。2.3 厂址附图 图2-1 厂址地图第三章 工艺说明3.1 工艺方案的选择与比较丙烯作为仅次于乙烯的一种石油基础化工原料，使得它随着经济的飞速发展，各行业对丙烯的需求也在不断的增加。目前，丙烯主要可通过石油路线和煤制烯烃路线两种方法得到。3.1.1 石油路线法通过石油路线法生产丙烯的方法主要有蒸气裂解法、C3馏分抽提法、丙烷脱氢法、歧化法四种。我国目前所采用的主要是来自于石油路线的方法。3.1.2 煤制烯烃路线法通过煤制烯烃来生产丙烯的技术是近年来新发展的技术，此路线在各方面还有待进一步改善加强。以煤炭为资源制取烯烃的技术主要有MTO和MTP两种。我国目前对于这两种技术的研究已经取得了突破性的进展。表3-1 丙烯生产方法比较路线方法名称方法特点主要产物石油路线蒸气裂解法乙烯裂解装置生产乙烯，副产丙烯乙烯:丙烯为2:1C3馏分抽提法采用流化床催化裂解装置将真空瓦斯裂化为丙烯和丙烷丙烯:丙烷为7:3丙烷脱氢法生产规模较小，投资过大丙烯歧化法选择性高，竞争力取决于乙烯价格丙烯、戊烯煤制烯烃路线MTO技术UPO/Hydro的MTO技术反应产物组成简单，更容易分离回收34%乙烯、45%丙烯、12%丁烯大连化物所DMTO技术对烯烃选择性高达85%90%，2.96吨甲醇可以生产1吨烯烃丙烯、乙烯中石化上海研究院SMTO技术乙烯、丙烯选择性高达82%，还未有建成的工艺生产装置乙烯、丙烯MTP技术鲁奇公司MTP技术丙烯选择性较高，反应器为固定床丙烯:乙烯为44:1清华大学FMTP甲醇制丙烯技术产量较小，工程放大技术风险较鲁奇公司MTP技术大丙烯MTO技术目前的生产工艺主要有：UPO/Hydro的MTO工艺、大连化物所研发的DMTO技术和中石化上海研究院研发的SMTO技术。以MTO技术为模板的生产工艺有着其特有的特点。目前较为成熟的MTP技术主要有鲁奇公司的以甲醇为原料制取丙烯（MTP）工艺和我国清华大学研发的具有自主知识产权的甲醇制丙烯技术。现将丙烯生产方法进行比较，如表3-1所示。3.2 甲醇制丙烯催化剂选择甲醇制丙烯采用的催化剂最早为沸石催化剂，后来随着催化剂研究的深入，SAPO类型催化剂和ZSM-5系列催化剂得到更深入的研究。早在1977年，Salvador和Kladnig将改性的Y沸石应用于甲醇制烯烃反应中，在250得到的主要是丙烯的产物，并且证实Na-Y沸石比H-Y沸石的活性更高。Schwartz等将稀有金属元素改性的X沸石用于该反应中。丝光沸石也是较早应用与甲醇制烯烃反应中的催化剂之一，但是由于该类沸石寿命较短并未取得研究重视。随着研究的进一步深入，特别是ZSM-5系列催化剂和SAPO系列催化剂应用于甲醇转化制烯烃的反应中，采用后两种催化剂的工艺取得了很大突破。3.2.1 SAPO系列催化剂SAPO系列催化剂是 1984年由Lok等将Si引入AIPo4系列分子筛从而新开发出来的一种磷酸硅铝系列分子筛。特别是SAPO-34其甲醇转化率接近100%，乙烯加丙烯选择性接近60%。因具有甲醇制烯烃过程所适合的中等酸性，同时小孔结构从空间上限制了大分子化合物的生成，以及较好的抗积碳性能而成为催化甲醇制烯烃过程的较适宜的催化剂。但SAPO分子筛的丙烯乙烯选择性之比比较低，对于主产丙烯的MTP工艺是不利的。3.2.2 ZSM-5分子筛催化剂ZSM-5沸石是由Mobil公司在20世纪70年代开发，在当今化工工业广泛应用。早是应用在甲醇制汽油(MTG)反应中。随着研究的深入，其在甲醇制丙烯反应中的优势被逐渐发现。特别是鲁奇公司开发出应用催化剂ZSM-5作为催化剂的MTP固定床工艺之后，其逐渐成为甲醇制丙烯反应的催化剂主要研究方向。ZSM-5的骨架含有一种新型的四面体的构造，它由十圆环组成。这些单元通过棱边，这些链可以连接成许多薄片，并由薄片连接成三维空间结构。孔径大小约为0.530.51-0.55nm，其空间结构如图3-1所示，电镜扫描图见图3-2。ZSM-5分子筛的催化性能在于它具有以下结构特点：（1）具有十元环的窗口，其孔径大小介于微孔分子筛和大孔分子筛之间；（2）具有交叉孔穴，交叉孔穴直径大小可达0.9nm，其可进行催化反应；（3）在孔道中没有笼状结构，可以改善催化剂易积碳的缺点；（4）芳烃和支链烃可选择性吸附在椭球状主孔道中。因此，ZSM-5分子筛具有高稳定性和很大的硅铝比范围，该硅铝比变化范围可以调变表面酸性。独特的三维孔道体系可以限制大分子物质的生成，十元环孔道大小与许多油化工过程中产生的烃类分子大小相似，形成了良好的择形性。图3-1 ZSM-5的三维空间结构图3-2 ZSM-5扫描电镜图3.2.3 反应温度对催化剂性能的影响以ZSM-5为催化剂，考察了温度对其性能的影响，原料空速0.7kg(Meth-anol)/kg(cat.)h，反应温度分别是400、420、460和480，结果见图3-3和图3-4：图3-3反应温度对甲醇转化率和产物选择性的影响 图3-4反应温度对甲醇制丙烯产物选择性的影响由图3-3和图3-4可知，甲醇转化率先随温度升高而上升，C=3(丙烯)和C=2(乙烯)的选择性均随温度升高而上升，在温度为460时，丙烯和乙烯的选择性分别达到48.28%和12.9%。DME(二甲醚)选择性随温度上升而下降，当温度420后，DME含量很少，C1-3组分(甲烷、乙烷和丙烷)选择性随温度升高整体上呈上升趋势，C4(四碳烷烃)、C=4(四碳烯烃)、C5(五碳烃)选择性都是随着温度升高先增加再下降，C6+(六碳、六碳以上烃类及芳香烃)选择性在整个温度范围内随温度升高呈下降趋势，在温度460后趋于稳定。Chen认为，在高温下，烯烃生成反应比积炭生成反应更快，这与结果中乙烯和丙烯选择性随温度升高而增加的现象一致。从实验结果来看，温度较高时(460)，乙烯选择性增加的趋势相对于丙烯要明显，这可能与在较高温度下丙烯的氢转移反应变得显著有关。而Fougerit证明了乙烯发生氢转移反应的能力几乎为零，主要是因为乙烯生成的碳正离子不稳定造成的，而由丙烯生成的碳正离子却相对稳定，所以氢转移反应主要以丙烯为主。朱向学也通过热力学计算发现丙烯有强烈的氢转移倾向。C1-3组分含量随温度升高而增加。有研究认为，在较低温度下甲烷主要是由表面甲氧基与甲醇或二甲醚反应生成，温度升高后，甲醇的甲烷化反应及芳烃的脱甲基反应趋于明显，乙烷应该主要是通过芳烃的脱烷基反应生成，同样文献在用H-GaA1MF1分子筛催化剂研究乙烯芳构化反应产物分布实验中证实了乙烷主要是通过乙苯脱烷基反应生成的，而丙烷的生成主要是氢转移反应的结果，由于高温下氢转移反应变得显著，使得丙烷的选择性随温度的升高而增加。对于C5和C6+的变化趋势，总的来说随温度升高是下降的。在整个反应过程中伴随着长链烃的裂解反应，而C5和C6+的裂解是吸热反应，温度升高对两者的裂解反应是有利的，所以高温时，C5和C6+选择性会有所降低。同时，温度较高时，催化剂积炭程度较重，变小的孔道使得生成的一部分C5和C6+无法扩散出来，这同样会使C5和C6+选择性降低。温度升高有利于提高甲醇转化率和丙烯的选择性，但温度较高时(460)变化趋于平缓，从460上升至480时，甲醇转化率和丙烯选择性增加不多，同时考虑到温度过高容易引起催化剂失活，因此选择在460温度条件下考察空速的影响。3.2.4 原料空速的影响以HZSM-5为催化剂，考察了原料空速对其性能的影响，反应温度为460C，原料空速分别是为0.7、1.4、2.1和2.8 h-1，结果见图3-5和图3-6：图3-5液时空速对甲醇转化率和产物选择性的影响图3-6液时空速对甲醇制丙烯产物选择性的影响从结果可以看出，甲醇转化率随空速增加而下降，原料空速为0.7 h-1时，甲醇转化率超过95%，空速达到2.8 h-1时，转化率明显降低，只有70%左右，同时DME的含量在原料空速达到2.8 h-1时也明显增加，大幅度增加到30%左右，丙烯和乙烯的选择性随空速增加而下降，而且空速越大，选择性随空速增加下降的趋势越明显，C1-3含量随空速增大而增加，在空速为2.8 h-1时，含量又显著下降，C4、C=4以及C5组分的选择性随空速增加逐渐降低，其中在0.7 h-1到2.1 h-1范围内，C5选择性随流量变化相对不明显，C6+选择性则随空速增加呈上升趋势。甲醇制烯烃反应中，有一部分乙烯和丙烯是通过烷基化、聚合、环化、氢转移等二次反应生成，同时，产物中高碳烃类主要是由二次反应生成，而二次反应的发生需要足够的接触时间，所以随着空速的提高，乙烯、丙烯以及高碳烃类的选择性有所下降。相对的，二甲醚的选择性随空速的提高是增加的