列管式乙烯环氧化反应器性能分析与优化
发布时间：2020-07-31 07:34
【摘要】：乙烯环氧化是生产重要基础化学品环氧乙烷的主要工业方法。该工艺过程的优化,一方面在于高效环氧化催化剂的开发,另一方面是氧化反应器的操作优化。相对于催化剂开发,我国在合成催化剂方面的研究较强,但对合成反应器方面的研究相对薄弱,工业反应技术几乎全被国外公司垄断,显然不利于我国乙烯环氧化成套技术的自主研发。本文基于国产YS-M系列银催化剂,以所建立的列管式乙烯环氧化反应器二维拟均相数学模型为基础,模拟考察空速、入口温度、操作压力以及反应器入口物料组成等对环氧化反应器性能的影响,探讨列管式反应器及其所用催化剂的适宜匹配,奠定两者整体优化的工程基础。基于微分衡算,构建了列管式固定床乙烯环氧化反应器二维拟均相数学模型,完成了 Fortran90计算程序编译。验证分析表明,所构建的反应器数学模型模拟结果与工业生产采集数据良好相容,是适宜和可靠的。以该模型为基础,系统分析了乙烯环氧化工况条件对反应器性能的影响。结果表明,(1)随着操作空速的提高(400Ohr-1～4600hr-1),催化剂床层温度、径向温差和主、副产物浓度均逐步降低,床层热点温度向反应器入口方向移动,环氧乙烷选择性、催化剂生产强度和生产能力则逐步增加;(2)反应器入口温度的升高(150 ℃～250 ℃)对催化剂床层的温度影响不大,环氧乙烷选择性略有下降趋势,催化剂生产强度增加;(3)随反应器入口乙烯浓度的增加(20%～35%),床层温度和径向温差升高,热点温度向反应器入口方向移动,环氧乙烷选择性、生产能力和强度增大。随氧气浓度的升高(7%～8.5%),催化剂床层温度、径向温差、热点温度明显增大,环氧乙烷选择性略有降低;(4)随操作压力的升高(1.8 MPa～2.1 MPa),床层温度、径向温差和主、副产物浓度均增大,环氧乙烷选择性和催化剂生产强度也逐步增加。针对国产YS-M型银催化剂,系统考察了反应器列管管径变化对反应器性能的影响。结果表明,随列管管径的逐步增大(Φ35 mm～Φ40 mm),催化剂床层温度、热点温度和径向温差也逐步增大,热点温度位置逐步向反应器出口方向移动,主、副产物浓度和床层压力降增大,环氧乙烷选择性降低,而催化剂生产强度逐步增加。基于催化剂活性保持和反应器操作稳定获得的适宜列管管径可选范围为:Φ34.4 mm～Φ39.8 mm。进一步综合化工技术经济观点最终确定的、装填国产YS-M型银催化剂的适宜列管管径范围为:Φ36 mm～Φ39.8 mm。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ223.26
【图文】：
１．２．２国内生产状况逡逑最近十年，国内的环氧乙烷生产取得了跨越式的发展，为世人瞩目。在取得成绩逡逑的同时，我国的环氧乙烷从产能、产量的对比来看，发生了巨大的变化，如下图１－１逡逑所示。随着利润的增加，为了扩大环氧乙烷商品的市场，我国环氧乙烷产量相应提高逡逑［１５］。在过去的三年内，产能增幅约六倍，超过４１０万吨，今年还将多增加５５万吨［１６］。逡逑杨斌［１２］表示：中国环氧乙烷产业既可以开发新领域，又可以与国际竞争，双管齐下。逡逑中小民营环氧乙烷企业为摆脱大型石化企业对商品环氧乙烷价格和市场垄断，纷纷通逡逑过项目建设扩大自供商品环氧乙烷产能，这也是近几年国内商品环氧乙烷快速扩展的逡逑一个最主要因素［１７］。逡逑■■产量八逡逑ｔｉｌ逡逑２０１２逦２０１３逦２０１４逦２０１５逦２０１６逡逑图１－１国内近五年环氧乙烷产量和产能统计（万吨／年）逡逑Ｆｉｇ．１－１邋Ｄｏｍｅｓｔｉｃ邋ｅｔｌｉｙｌｅｎｅ邋ｏｘｉｄｅ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｃａｐａｃｉｔｙ邋ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｐａｓｔ邋ｆｉｖｅ邋ｙｅａｒｓ邋（１０，０００逡逑ｔｏｎｓ／ｙｅａｒ）逡逑由于中国ＥＯ和ＥＧ的缺口不断加大，刺激了投资者新建ＥＯ／ＥＧ装置的欲望。“十逡逑二五”期间中国环氧乙烷供应结构发生根本变化
来发展需要通过寻找更对口的产品消耗，才能够解决“过剩”以及环氧乙烷下游产品逡逑产量低、种类少等问题。对比现在环氧乙烷市场的布局，下游商品市场仍可扩长，环逡逑氧乙烷生产仍有良好前景，我国主要生产环氧乙烷的企业如图１－２所示。逡逑表１－２邋２０１６年我国商品环氧乙烷主要生产企业逡逑Ｔａｂｌｅｌ－２邋Ｍａｊｏｒ邋ｅｔｈｙｌｅｎｅ邋ｏｘｉｄｅ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ邋ｉｎ邋２０１６逡逑分类逦企业名称逦产量／万吨？年心逡逑上海石油化工股份有限公司逦１８逡逑中沙（天津）石化有限公司逦２９逡逑天津分公司逦６逡逑燕山石化分公司逦５逡逑中石化逦茂名石化分公司逦２逡逑镇海炼化分公司逦１０逡逑扬子－巴斯夫有限责任公司逦１８逡逑武汉石化分公司逦１５逡逑上海石油化工股份有限公司逦１５逡逑抚顺石化分公司逦５逡逑辽阳石化分公司逦１９逡逑中石油逡逑四川石化逦５逡逑吉林石化分公司逦１１逡逑宿州生物化工逦２逡逑泰兴丹天化工逦６逡逑奥克化
国内银催化剂的研发工作起步较晚，从１９７０年开始，陆续有一些科研院所从事逡逑银催化剂的研宄工作。燕山石化自１９７３年开始研宄乙烯氧化制环氧乙烷银催化剂，逡逑到如今，在国内银催化剂市场的占有率达到８５％，约占世界市场的６％［４２’５７］。图１－５逡逑清晰地描述了我国主要研究银催化剂单位的发展历史。商品环氧乙烷的市场需求骤然逡逑增大，国内环氧乙烷生产装置陆续的进行扩能改造，但是当时国内尚无自主研发设计逡逑的环氧乙烷反应器，所以在当时的情况下，产能和产量的提高必须依靠银催化剂的开逡逑发性能更为优异的来完成。此外，自１９９０年以来，燕山石化又开始研究高选择性的逡逑银催化剂，现今高选择性银催化剂制备技术及活化工艺均取得了很大的突破。逡逑研…逦｜在国内银催化剂市场的逡逑我国银催化剂的研冗逦占有率达到８５％邋，约逡逑占世界市场萨６％逡逑１９８９年该院研制的｜逦／逡逑ＹＳ－４型银催化剂首次逦／逡逑实现；Ｄｌｋ化逦逦Ｌ逦逡逑逦逦１逦２０次应用于国内不逡逑Ｘ邋Ｘ逦同工艺路线、不同工逡逑ｙ逦＼逦况条件楙逡逑，逦Ｘ邋Ｘ邋—逡逑栛研究院自１９７３逦｜邋ＹＳ系列银催化剂相逡逑年开始研究乙烯氧化继用于国内１0＠逡逑制环氧乙}牬呋铃危跻彝殄义贤迹保倒谝呋恋姆⒄故峰义希疲椋纾澹保靛澹模铮恚澹螅簦椋沐澹螅椋欤觯澹蝈澹悖幔簦幔欤螅翦澹颍澹螅澹幔颍悖桢澹瑁椋螅簦铮颍义细荽呋恋男阅芴氐悖壳坝糜诠ひ瞪爸玫拇呋量梢苑治呋钚浴⒅械儒义涎≡裥浴⒏哐≡裥浴⒏咝Т呋了闹植煌嘈
本文编号：2776170
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ223.26
【图文】：
１．２．２国内生产状况逡逑最近十年，国内的环氧乙烷生产取得了跨越式的发展，为世人瞩目。在取得成绩逡逑的同时，我国的环氧乙烷从产能、产量的对比来看，发生了巨大的变化，如下图１－１逡逑所示。随着利润的增加，为了扩大环氧乙烷商品的市场，我国环氧乙烷产量相应提高逡逑［１５］。在过去的三年内，产能增幅约六倍，超过４１０万吨，今年还将多增加５５万吨［１６］。逡逑杨斌［１２］表示：中国环氧乙烷产业既可以开发新领域，又可以与国际竞争，双管齐下。逡逑中小民营环氧乙烷企业为摆脱大型石化企业对商品环氧乙烷价格和市场垄断，纷纷通逡逑过项目建设扩大自供商品环氧乙烷产能，这也是近几年国内商品环氧乙烷快速扩展的逡逑一个最主要因素［１７］。逡逑■■产量八逡逑ｔｉｌ逡逑２０１２逦２０１３逦２０１４逦２０１５逦２０１６逡逑图１－１国内近五年环氧乙烷产量和产能统计（万吨／年）逡逑Ｆｉｇ．１－１邋Ｄｏｍｅｓｔｉｃ邋ｅｔｌｉｙｌｅｎｅ邋ｏｘｉｄｅ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｃａｐａｃｉｔｙ邋ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｐａｓｔ邋ｆｉｖｅ邋ｙｅａｒｓ邋（１０，０００逡逑ｔｏｎｓ／ｙｅａｒ）逡逑由于中国ＥＯ和ＥＧ的缺口不断加大，刺激了投资者新建ＥＯ／ＥＧ装置的欲望。“十逡逑二五”期间中国环氧乙烷供应结构发生根本变化
来发展需要通过寻找更对口的产品消耗，才能够解决“过剩”以及环氧乙烷下游产品逡逑产量低、种类少等问题。对比现在环氧乙烷市场的布局，下游商品市场仍可扩长，环逡逑氧乙烷生产仍有良好前景，我国主要生产环氧乙烷的企业如图１－２所示。逡逑表１－２邋２０１６年我国商品环氧乙烷主要生产企业逡逑Ｔａｂｌｅｌ－２邋Ｍａｊｏｒ邋ｅｔｈｙｌｅｎｅ邋ｏｘｉｄｅ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ邋ｉｎ邋２０１６逡逑分类逦企业名称逦产量／万吨？年心逡逑上海石油化工股份有限公司逦１８逡逑中沙（天津）石化有限公司逦２９逡逑天津分公司逦６逡逑燕山石化分公司逦５逡逑中石化逦茂名石化分公司逦２逡逑镇海炼化分公司逦１０逡逑扬子－巴斯夫有限责任公司逦１８逡逑武汉石化分公司逦１５逡逑上海石油化工股份有限公司逦１５逡逑抚顺石化分公司逦５逡逑辽阳石化分公司逦１９逡逑中石油逡逑四川石化逦５逡逑吉林石化分公司逦１１逡逑宿州生物化工逦２逡逑泰兴丹天化工逦６逡逑奥克化
国内银催化剂的研发工作起步较晚，从１９７０年开始，陆续有一些科研院所从事逡逑银催化剂的研宄工作。燕山石化自１９７３年开始研宄乙烯氧化制环氧乙烷银催化剂，逡逑到如今，在国内银催化剂市场的占有率达到８５％，约占世界市场的６％［４２’５７］。图１－５逡逑清晰地描述了我国主要研究银催化剂单位的发展历史。商品环氧乙烷的市场需求骤然逡逑增大，国内环氧乙烷生产装置陆续的进行扩能改造，但是当时国内尚无自主研发设计逡逑的环氧乙烷反应器，所以在当时的情况下，产能和产量的提高必须依靠银催化剂的开逡逑发性能更为优异的来完成。此外，自１９９０年以来，燕山石化又开始研究高选择性的逡逑银催化剂，现今高选择性银催化剂制备技术及活化工艺均取得了很大的突破。逡逑研…逦｜在国内银催化剂市场的逡逑我国银催化剂的研冗逦占有率达到８５％邋，约逡逑占世界市场萨６％逡逑１９８９年该院研制的｜逦／逡逑ＹＳ－４型银催化剂首次逦／逡逑实现；Ｄｌｋ化逦逦Ｌ逦逡逑逦逦１逦２０次应用于国内不逡逑Ｘ邋Ｘ逦同工艺路线、不同工逡逑ｙ逦＼逦况条件楙逡逑，逦Ｘ邋Ｘ邋—逡逑栛研究院自１９７３逦｜邋ＹＳ系列银催化剂相逡逑年开始研究乙烯氧化继用于国内１0＠逡逑制环氧乙}牬呋铃危跻彝殄义贤迹保倒谝呋恋姆⒄故峰义希疲椋纾澹保靛澹模铮恚澹螅簦椋沐澹螅椋欤觯澹蝈澹悖幔簦幔欤螅翦澹颍澹螅澹幔颍悖桢澹瑁椋螅簦铮颍义细荽呋恋男阅芴氐悖壳坝糜诠ひ瞪爸玫拇呋量梢苑治呋钚浴⒅械儒义涎≡裥浴⒏哐≡裥浴⒏咝Т呋了闹植煌嘈
本文编号：2776170
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