MTO冷分离工艺设计

MTO冷分离工艺设计

马佳浩

（中安联合煤化有限责任公司，安徽，淮南232000）

摘要：本课题主要针对冷分离单元展开工艺设计。查阅文献，设计工艺流程，确定设备的控制方案；完成了设计内容的物料衡算和热量衡算；对典型工艺设备脱甲烷塔釜冷却器E4009进行了详细计算。

关键词  MTO  冷分离  工艺设计  模拟

1  工艺流程设计

图1.1 工艺流程图

经压缩单元处理好的烃液来到冷分离系统，冷分离单元主要作用是将C2 和C3流分彻底分开，其中，以C3为主要组分去往下一个热分离系统，以C2为主要组分物料在冷分离单元经过脱乙烷塔、脱甲烷塔、乙烯精馏塔，主要得到乙烯、乙烷产品。

2物料衡算

本设计为60万吨/年甲醇制烯烃，规定年操作时间为8000小时，每小时产量为25吨。以脱乙烷塔为例进行物料衡算：

表2.1 脱乙烷塔物料衡算表

3热量衡算

用Aspen plus进行热量衡算，以E-4002为例列出热量衡算表。

表3.1 E4002热量衡算表

3  典型设备的选型与计算

现以冷分离单元出料冷却器E4009为例进行设计计算：

3.1.1  主要物性数据

(1) 定性温度的确定：管程的定性温度为：；壳程的定性温度为：

(2) 与流体有关的物性数据

(1)管程在定性温度下的物性数据：导热系数λ：0.12W/(m·K)；粘度μ：42.1μPa·s；比热Cp：1.84kJ/(kg·K)；密度ρ：312kg/m3

(2)壳程在定性温度下的物性数据：导热系数λ：0.122W/(m·K)；粘度μ：167μPa·s；比热Cp：1.84kJ/(kg·K)；密度ρ： 600kg/m3

(3) 工艺过程计算

(1)热流量Q

由换热网络可以确定此换热器所通过的热流量为Q=822.1KW。

(2)计算平均传热温差

(3)根据《化工原理》中对总传热系数K经验值的范围，假设K=450W/(m2·K)，则根据

求得换热面积A=156.1m2。

根据以上进出口温度参数及平均传热温差，本工艺选择卧式固定管板换热器，换热面积为156.1m2，其中公称直径DN=900mm，选用不锈耐酸钢传热管，规格为Φ19×2mm，传热管总长L=6.0m，传热管排管数NT为1009根，中心排管数为35，折流板间距为250mm。

(4) 传热管排列方式及管心距

按正三角形排列传热管。根据的传热管规格Φ19×2mm，取管心距t为25mm。

(5) 壳体内径

换热器壳体内径取决于传热管束、管心距和传热管的排列方式。选用标准换热器，忽略壳体壁厚，其壳体内径约为D=900mm，采用卷制圆筒制作筒体。

(6)折流板

采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，切去的圆缺高度为:

h=25%×D=0.25×2030=507.5mm

取折流板间距为:

B=250mm

折流板数NB=39块，折流板圆缺面水平配置。

(7) 传热系数的校核

1) 管程对流传热系数α1

热物流走管程，无相变，则管程对流传热系数为

当流体被加热时，n=0.4；当流体被冷却时，n=0.3。

管程流体的流通截面积S1=0.347m2;

管程流体流速u1为

管程流体的雷诺数Re1为

管程流体的雷诺数Re1>10000，适用于前式。

则普朗特数Pr为

以上各物性数据符合前式的适用范围，可用于计算管程对流传热系数。

则管程对流传热系数α1

2) 壳程对流传热系数α2

  由克恩法计算可得

则管子为正三角形排列时的当量直径为

壳程的流通截面积为

壳程流量mc

壳程流速u0

则壳程流体的雷诺数Re2为

前式中的Re适应范围为(2×103~106)，符合前式要求。

而λc==0.122

普朗特数Pr为

粘度矫正           

则壳程对流传热系数α2

3)污垢热阻和管壁热阻

对于有机物流体，污垢热阻一般取0.176（m2·K/kW）。

管内侧污垢热阻       Ri=0.000176 m2·K/W

管外侧污垢热阻       Ro=0.00026 m2·K/W

此换热器管程选用不锈耐酸钢管材料，其热导率约为20W/( m2·K)，则管壁热阻为

4)总传热系数K0的确定

经计算得到的K0与假设的K=450 W/(m2·K)基本一致，所选用的换热器可以达到换热要求。

5)换热面积的裕度

换热器所需要的换热面积Ac可用式估算传热面积

换热器型号为，换热器实际的传热面积649.6m2,则换热器的面积裕度H为：

换热器E105的换热面积裕度较为合适，可以满足冷热物流的换热要求。

结  论

MTO即甲醇制烯烃，主要包括反应再生单元与烯烃分离单元，烯烃分离单元又包括四个单元：压缩碱洗单元、冷分离单元、热分离单元、丙烯制冷单元，本课题主要针对冷分离单元展开设计，完成MTO厂冷分离单元的工艺设计，工艺比较先进，设计合理，可操作性强，收益较高。

参 考 文 献

1 何应登.MTO工艺与传统乙烯工业的经济性分析[J].炼油技术与工程，2005(10):55-58.

2 姜瑞文.中国石化0.6Mt/a S-MTO装置运行特点[J].炼油技术与工程，2015，45(11):13-16.

3 姜瑞文，张西国，王娟华.中国石化甲醇制低碳烯烃(S-MTO)工艺与开车特点[J]. 炼油技术与工程，2014，44(09):6-8.

4 安延军，付作财.浅析现有MTO烯烃分离技术的特点和发展趋势[J].石化技术，2017，24(04):218+163.

5 杜凤.MTP与MTO技术在石油化工领域的应用进展[J].石化技术，2017，24(05):205.