《MTO反应器设计》-毕业论文.doc

l 反应器设计说明书 1.1 反应器介绍 大部分甲醇经过气化、加热、进入到二甲醚预反应器，少部分甲醇作为溶剂用于产品分离的二甲醚回收工序。二甲醚预反应器为固定床绝热反应器，在该工序，新鲜甲醇蒸汽和来自甲醇回收塔的循环物流（包括甲醇、二甲醚、水等）在一个装有硅铝比至少为10的五元环高硅沸石（pentasil）的结晶硅酸铝催化剂上在260-300℃、1.6MPa条件下，部分转化为二甲醚，转化率为80%。 从二甲醚预反应器出来的反应气分为两股，分别混合了产品分离阶段循环回用的C2、C4烃类化合物和定量的新鲜水蒸气[水蒸气与甲醇/二甲醚蒸气之比为1：（0.5-1.0）]加热后分别进入两个MTP反应器。 MTP反应器是合成丙烯的关键设备之一，其操作性能的好坏直接影响原料气和动力的消耗以及其它设备性能的发挥。由于甲醇合成丙烯是强放热反应，并且丙烯为主产物，故我们所选择的反应器采用多段原料冷激式固定床反应器，采用鲁奇公司的ZSM-5沸石基催化剂，其催化剂能将甲醇和二甲醚的转化率达到99%以上，收率达到70%如果转化率低于90%可以对催化剂进行再生。该工艺采用的固定床反应器分6个床层进料，可液相、气相或冷和热两路进料。虽然可以调节MTP反应温度，但因反应进料后存在汽化不完全的现象，加剧了催化剂的结焦; 同时液体接触到催化剂表面会在表面急剧汽化，使催化剂相变加剧降低催化剂的强度，从而降低催化剂的转化率，导致催化剂失去活性。基于以上原因在进料以前应对液体进行充分雾化，使进入MTP反应器的液相料不存在液滴，从而保证催化剂的性能不被破坏，使其达到最大的转化率。 此工艺的反应器为三台，两台在线生产，一台再生。 1.2 催化剂介绍 此工艺所选择的催化剂为ZSM-5分子筛催化剂，此分子筛具有a、b、c三维方向结构，包含两种孔道互相交叉的分子筛。沿轴向的孔道是椭圆形的，其直径为0.51×0.56nm；沿a轴向的孔道是Z字形的，近似圆形，其直径为0.5×0.56nm；、ZSM-5分子筛的孔道是由10元氧环所构成，介于A型和八面沸石之间，属于中孔分子筛的范围。 ZSM-5和SAPO-34分子筛非常适合甲醇催化转化为低碳烯烃的催化转化工艺，表1-1所示的用ZSM-5和HSAPO-34分子筛催化剂在实验室做的评价数据表明甲醇转化率几乎为100%，C2=-C4=的选择性好。目前MTO工艺工业化推广应用的SAPOJ-34分子筛的孔道直径0.4-0.45nm，为了提高反应生成物分子的扩散速度、提高反应速度，采用了小晶粒尺寸分子筛，采用流化床的反应器型式。对于以多产丙烯为目的的MTP工艺来说，表1-1的产品分布显然不理想，丙烯产率并不高，乙烯、丁烯的产率则偏高。德国Sud-Chemie公司对ZSM-5催化剂作了进一步的改性，开发了甲醇转化制丙烯MTP 工艺的专用催化剂，使丙烯对甲醇的碳基收率可达到70%以上，丁烯的产率降低。由于仍然是中孔分子筛，催化剂结焦速率比MTO工艺采用的SAPO-34分子筛催化剂要慢得多。由于结焦仍然导致催化剂比较快地失活，大约需要一个月（800h）再生一次，为此不得不采用固定床反应器的工程技术。 表1-1 ZSM-5型和HSAPO-34催化剂上甲醇转化结果 1.3 反应器结构 Lurgi公司介绍的大型MTP反应装置主要由3个绝热固定床反应器组成，其中2个在线生产，1个在线再生，这样可保证生产的连续性和催化剂活性。每个反应器内分布6个催化剂床层，各床层布置若干急冷喷嘴，定量注入冷的甲醇、水和二甲醚物流来控制床层温度，达到稳定反应条件、获得最大丙烯收率的目的。MTP反应压力接近常压，反应温度450-480℃.图1-1是反应器的示意图。 Lurgi公司专利（D1）说明书介绍的工业装置反应器床层为水平布置，专利说明书公布的催化剂是分5-6层布置，每层高500-1000mm。对于规模为5000t/d甲醇进料的MTP反应器直径大约为10m，催化剂在反应器中分六层布置，每层催化剂床层净高度为0.3m，床层距离约2m，每一个催化剂床层又分为许多蜂窝状的单元，每个单元大小与挪威的中试装置相同，每一层催化剂床层上部均有原料的分配器将原料分配到每一个单元，每一个催化剂床层下部一一对应着一个急冷喷嘴，经由一个环行分布器将急冷介质均匀分布到急冷喷嘴，由急冷喷嘴喷出急冷介质将反应热吸收，使之在离上一个催化剂床层0.5m后就可以达到第二个催化剂床层入口所需要的均衡反应温度。 图1-1 MTP反应器示意图 2.1 DME 反应器设计 2.1.1 催化剂填充体积 2.1.2 床层直径 圆整后为4m 2.1.3 床层高度 根据经验反应器总高径比约为2:1，则DME反应器总