论文总字数：19253字

摘 要

本设计主要包括通过参照甲醇制汽油固定床生产工艺对流化床生产工艺进行论证：（包括净化、合成、精馏工艺的选择及具体流程），以及工艺计算和主要设备的工艺计算及选型。根据相关标准、规范，对甲醇制汽油工艺涉及的危险化学品工艺安全、主要危害因素进行分析辨识。确定是否属于重大危险源；如生产装置区属于重大危险源，需要计算重大危险源级别，有针对性的提出防火、防爆，防止人员中毒对策措施；最后开展消防安全设计工作，如装置区报警器类型及数量、灭火剂种类及数量，喷淋水系统的计算等。绘制装置区消防设施平面布置总图，并完善相应安全技术措施。

关键词：甲醇 二甲醚 汽油 蒙德法

Abstract

This design mainly includes the demonstration of the fluidized bed production process by referring to the fixed bed production process of Methanol Gasoline (including the selection and specific process of purification, synthesis and distillation process), as well as the process calculation and the process calculation and selection of the main equipment. According to relevant standards and specifications, the process safety and main hazard factors of dangerous chemicals involved in Methanol gasoline production process were analyzed and identified. Determine whether it is a major source of risk; If the production unit area is a major hazard source, it is necessary to calculate the level of major hazard source, and put forward fire prevention and explosion prevention measures to prevent personnel poisoning. Finally, carry out fire safety design work, such as installation area alarm type and number, fire extinguishing agent type and number, spray water system calculation. Draw the general layout drawing of fire control facilities in the unit area, and improve the corresponding safety measures.

Key words：Methanol;dimethyl;ether;gasoline;mond process

目录

第一章 总述 6

1.1 MTO工艺生产背景及现状 6

1.2 工艺物料的理化性质 8

1.2.1 甲醇的物化特性 8

1.2.2 甲醇的物化特性 8

1.2.3 二甲醚的物化特性 9

1.3 主要生产工艺的比较与设计选择 10

1.3.1 MTG工艺原理 10

1.3.2 固定床反应器工艺具体流程 10

1.3.3 流化床床反应器工艺具体流程 11

1.4 设计最终选择 13

1.5 固定流化床工艺流程图 13

第二章 工艺计算 14

2.1 热量衡算 14

2.2 物料衡算 27

第三章 工艺危险有害因素辨识 31

3.1主要设备及其危险有害因素 31

3.1.1甲醇泵 31

3.1.2甲醇汽化器 31

3.1.3汽油储罐 32

3.1.4二甲醚反应器 33

3.2生产过程危险性分析 33

3.2.1主要危险有害物质及性质 33

3.2.2生产过程中的主要危害和有害因素分析 35

3.3重大危险源辨识 36

第四章 消防安全设计 37

4.1 装置区的布置设计 37

4.2 防火堤设计 38

4.2.1 防火堤的基本要求 38

4.2.2 防火堤的尺寸设计 39

4.2.3 防火堤的材料 39

4.3消防冷却水系统 39

4.3.1消防水源 39

4.3.2消火栓的数量 40

4.3.3消防给水管道 40

4.3.4消防冷却水枪数量 41

4.4泡沫灭火系统 41

4.4.1系统的组成 41

4.4.2泡沫液的选择 42

4.5消防水炮、水喷淋和水喷雾 42

4.5.1消防水炮 42

4.5.2水喷淋或水喷雾 42

第五章 蒙德法对MTG工艺可行性的验证 43

第一章 总述

1.1 MTO工艺生产背景及现状

甲醇制汽油以甲醇为原料生产汽油具有原料易得、催化剂作用下反应易进行、生产过程易控、油品质量高和技术风险低等特点，备受工业界青睐^[14]。通过煤基甲醇合成油技术生产无硫、无铅、低烯烃的高清洁汽油，不仅可以缓解石油资源短缺，还促进了资源优势转化甲醇在改性分子筛催化剂上生成的汽油品质优良，无硫，无铅，低苯，低烯烃^[4]。

目前，国内甲醇制汽油蓬勃发展，已在云南，内蒙，唐山，山西等多家化工企业建成多套的高产能的成熟生产装置，我国科学院更是突破了“一步法甲醇制汽油”的技术难关，建成了一套年产值20万吨的生产装置。目前，我国甲醇制汽油项目如下表1-1所示:

表1-1

1.2 工艺物料的理化性质

1.2.1 甲醇的物化特性

1.2.2 甲醇的物化特性

1.2.3 二甲醚的物化特性

1.3 主要生产工艺的比较与设计选择

1.3.1 MTG工艺原理

甲醇脱氢的产物和较大分子的烯烃反应得到相应的组分。可以表示为：
→→-→芳烃环烷烃
上述过程也可用如下反应表示：
n→(--)n十n

上述反应最大的优点是原料可以转化完全。

经脱水反应形成混合物，最终得到轻质烯烃。中间包括了缩合、环化反应，最后生成-的烃类混合物。

该工艺的关键是选用的合成沸石催化剂，内部通道可以限制分子为或更长的烃分子的通过和保证了这些分子不影响之后的反应，这保证了工艺的高选择性。

MTG方法的理论收率

定义:甲醇中的全部转入到汽油中。这个数值是0.4375。

1.3.2 固定床反应器工艺具体流程

甲醇预热、蒸发后，进入脱水反应器，脱水形成二甲醚。而脱水反应器内的经过压缩混合后，进入转化反应器，通过催化转化成烃类物质。热交换器内是一部分甲醇与循环气体，然后在经过热交换后进入汽油分离塔，经过分离塔可以将其中的水和较轻的烃分离出。

固定床反应器的缺点是催化剂容易失活。因此反应所到用的催化剂需要循环再生。在实际中，转化反应器需要并联四台，其中1台用做催化剂再生。

其工艺流程图如下

1.3.3 流化床床反应器工艺具体流程

主要装置有甲醇汽化塔、流化床反应器、二甲醚反应器。甲醇汽化塔将177的甲醇蒸汽送入流化床反应器。流化床反应器可通过反应分离得到目的产物和轻组分。流化床反应器需要及时移走热量，因此，在流化床反应器外还需要加装一个外部冷却器。

其中装置流化床的尺寸为F600*20000。工艺参数为每小时700~950kg，流化床反应器内压力为0.27~0.35MPa,反应温度为400~415。

工艺流程图如下

1.4 设计最终选择

目前国内甲醇制汽油引进了国外的固定床生产工艺以及自身研发的一步法生产方法。流化床工艺当下没有建成成熟的装置，但是可以作为发展方向进行探究。本设计参照一套小型固定流化床反应器试验装置。

分析和比较三种工艺类型，本课题工艺最终选用对固定床装置的参照来研究流化床工艺的安全设计

1.5 固定流化床工艺流程图

第二章 工艺计算

2.1 热量衡算

MTG反应体系如下;`

(1)甲醇反应

(3.1)
2 (3.2)
(3.3)
(2)由与含氧化合物反应生成轻质烯烃
(3.4)
(3.5)
(3.6)
(3)出与轻质烯烃反应，使其增加一个C原子而变成高级烯烃
(3.7)
........................................................
(3.11)
(4)与反应生成甲烷
(3.12)
(5)水蒸气变换反应生成CO
(3.13)
(6)烯烃生成碳正离子
(3.14)
(3.15)

.......................................................

(3.17)

1. 碳正离子与轻质烯烃反应，使后者碳原子数增加，生成高级烯烃
   (3.18)
   (3.19)
   (3.20)
   (3.21)
   (8)碳正离子与高级烯烃反应，生成烷烃和二烯烃
   (3.22)
   (3.23)
   (3.24)
   (3.25)
   (3.26)
   (3.27)

(3.28)
(3.29)
(9)碳正离子与二烯烃反应生成烷烃和环二烯烃
(3.31)
(3.32)
(3.33)
(3.34)
(3.35)
(10)碳正离子与环二烯烃反应生成烷烃和芳烃
(3.36)
(3.37)
(3.38)
(3.39)
(3.40)
(3.41)
(11)芳烃缩聚反应
(3.42)
(3.43)
(12)芳烃和甲醇进行烷基化反应，
(3.44)
(3.45)
(3.46)
(3.47)
(13)烷烃发生脱甲基反应生成烯烃和甲烷
(3.48)
(3.49)
(3.50)

对这50个反应，采用等温积分反应器,其等温流动积分反应器有:
(3.51)
Q:反应器中单位时间内组分的总体积流量(L/s);
:组分i的摩尔浓度(mol/L);
:ZSM-5分子筛催化剂的重量(g);
:组分i的生成速率(mol/s)
对每个反应而言，则有

:第个反应的反应速率();
:第个反应的速率常数;
;第个反应中组分的化学计量系数;
:生成或消耗组分的反应个数;
:体系压力();
:常数，=8.314
:温度();:物质的量();:组分的物质的量()
对上述反应，其平衡常数和活化能如下表

这50个反应的化学计量系数方程可写为

在常压条件下研究MTG过程动力学行为提出如下模型假设：

上述模型中，A为();B为;C为;D为;E为低碳烯烃;F为烷烃和芳烃。

结果与讨论

1,

由图3.1可以看出，甲醇转化率与温度的关系是在一定温度下，温度越高甲醇转化率越高;低碳烷烃含量在380后其含量下降，在此之前其含量随温度上升而上升。而380后其含量下降的原因是是低碳烷烃的裂解程度加深，转化为其他物质。含氧化合物转化率在初始时比较高，然后基本不变，是因为反应正向进行，逐渐趋于化学平衡状态，。烷烃和芳烃活化能大，因此其转化率基本不受温度影响

图3.2可知温度的控制对产物的组成至关重要。

压力的影响

由图3.3可知，低碳烷烃和含氧化合物存在一个极值，低碳烃含量在2.0 时，含量迅速增加。由图3.4可见，随压力升高而升高，但最后上升缓慢;随压力升高略有所下降。

在温度为380，压力为2MPa,甲醇的进料为2027kmol/h时，所得产物如下表3-3

表3-3

2.2 物料衡算

我们选择柱形床，床型为鼓泡式流化床

基础数据

反应温度为 380 ℃，反应压力为常压，甲醇操作空速为，床层空隙率为0.57。

催化剂参数:粒径范围为，颗粒密度为1500，堆密度为，平均粒径为，球形率为0.58。

本反应流化气体为甲醇，380℃时甲醇密度为、黏度为 。

操作气速

1 临界流化速度()

称起始流化速度。通过式(1)和式(2)进行计算

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