1. 研究目的与意义
丙烯是一种极其重要的基础有机化工原料，其产量和消耗量仅次于乙烯。除聚丙烯外，丙烯的下游产品还包括环氧丙烷、丙二醇、丙烯腈、丙烯酸、丙烯酸酯、异丙醇、丁醇、辛醇、环氧氯丙烷等。迄今为止，全球丙烯总产能达到1亿吨左右，其中90%左右的产能来自石油路线的乙烯蒸汽裂解联产和催化裂化副产。因此，开发可替代石油路线的独立丙烯生产技术受到广泛关注。
丙烷脱氢工艺是以丙烯为直接产物的生产过程，丙烯总收率可达80%-90%，远远高于蒸汽裂解的33%，而且相应的设备投资比蒸汽裂解技术低30%左右。在目前急需增产丙烯的环境下，丙烷脱氢技术越来越受到重视，丙烷脱氢技术不但可以有效缓解丙烯供需之间的矛盾，还可充分利用低碳烷烃，具有很好的应用前景。
2. 课题关键问题和重难点
采用Aspen Plus化工过程模拟软件，对丙烷脱氢及其强化工艺分离单元进行模拟和分析，确定分离单元的操作参数，对丙烷脱氢工艺、丙烷脱氢氧化工艺、丙烷水蒸汽脱氢工艺进行流程模拟和有效能分析，研究工艺各单元的能耗分布，比较各个工艺的优劣是课题的关键问题以及最后对丙烷脱氢工艺路线的选定是难点也是本课题的关键。
丙烯是一种极其重要的基础有机化工原料，其产量和消耗量仅次于乙烯。除聚丙烯外，丙烯的下游产品还包括环氧丙烷、丙二醇、丙烯腈、丙烯酸、丙烯酸酯、异丙醇、丁醇、辛醇、环氧氯丙烷等。因此对丙烯下游产品的利用也是本课题的难点。
丙烷脱氢属于强吸热反应，涉及丙烷、丙烯、氢气等易燃易爆物料，反应温度超过了物料的自燃温度，具有很大的火灾、爆炸危险性，稍有不慎就可能引起燃烧、爆炸事故，造成人员伤亡和经济损失。因此，丙烷脱氢实际生产中安全预测和防范也是关键。
3. 国内外研究现状（文献综述）
文献综述
1 丙烯简介
丙烯(propylene; propene)，其结构式为(CH3CH=CH2)，相对分子量42.081，丙烯在常压下是一种无色气体，比空气略重，有轻微芳香味, 由于丙烯分子中含有双键，因此丙烯的化学性质非常活泼。丙烯是一种极其重要的基础有机化工原料，其产量和消耗量仅次于乙烯。除聚丙烯外，丙烯的下游产品还包括环氧丙烷、丙二醇、丙烯腈、丙烯酸、丙烯酸酯、异丙醇、丁醇、辛醇、环氧氯丙烷等[1]。因此丙烯的制取极为重要。
为了增产丙烯，人们做了很多的努力，有丙烯为副产品的工艺技术和丙烯为主产品的生产技术。在直接生产丙烯的工艺技术中，丙烷催化脱氢制丙烯是增产丙烯的一条重要技术路径[2]。
2丙烷脱氢制丙烯工艺
2.1丙烷脱氢反应
丙烷脱氢反应的反应式为:C3H8C3H6 H2
反应的热力学数据如表1所示:
表1丙烷脱氢反应的热力学数据[3]
温度K | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
ΔH（kcal/mol） | 30.64 | 30.79 | 30.91 | 31.01 | 31.13 |
ΔG（kcal/mol） | 10.99 | 7.70 | 4.39 | 1.07 | -2.27 |
Kp | 1.0110-4 | 3.9710-3 | 6.3410-2 | 0.55 | 3.12 |
丙烷脱氢反应是一个分子数增大的吸热反应，低压、高温条件有利于反应的进行。
2.2丙烷脱氢工艺
目前，全球相对完善的丙烷脱氢技术有5种，包括UOP的Oleflex工艺，ABB Lummus公司的Catofin工艺，Linde/BASF公司的PHD工艺，Uhde公司的STAR工艺和Snamprogetti-Yarsintez公司的FBD工艺。其中Oleflex工艺和Catofin工艺是最为成熟也是工业化应用最为广泛的工艺[4]。
(1) Oleflex工艺[5]是20世纪80年代开发的，由长链烷烃脱氢工艺Pacol工艺改进而来，采用的是径向绝热床反应器，以Pt/Al2O3为催化剂。Oleflex工艺是使用C3LPG(C3液化石油气)为原料生产聚合级的丙烯产品[6]。整个工艺流程包括反应部分和产品回收部分。
(2)Catofin工艺[5,7]是美国ABB Lummus公司开发的低碳烷烃脱氢生产单烯烃技术。该工艺采用绝热的固定床反应器，反应器由4-8根并联的绝热管式反应器组成，脱氢反应在负压下进行，操作压力为0.03-0.05MPa.Catofin工艺的反应温度为560-6500C,使用Cr系催化剂。由于该工艺的反应温度很高，为了减少反应过程中催化剂的积碳，一般会在反应器中加入一定量的硫磺。Catofin工艺分为4个工段:反应工段、产品压缩工段、产品回收工段和丙烯精制工段。
(3)PDH工艺[5,8]是Linde公司与BASF公司合作开发的，采用的也是多管固定床工艺，反应器由3个平行反应器构成，采用周期性操作的方式运行。反应器进行6h的反应后再进行3h的再生操作。PDH工艺使用Pt-Sn/ZrO2催化剂(由BASF公司开发)，反应条件为:反应温度为600 0C，操作压力0.15MPa。PDH工艺也使用水蒸汽作为反应稀释剂，并且催化剂再生操作时同样也使用水蒸汽对催化剂进行处理。
(4) STAR工艺[5,9]是由美国Phillips石油公司开发，采用了列管式等温固定床反应工艺，催化剂采用的是Pt-Sn-Al体系，催化剂寿命约为1-2年，反应温度为570-5900C,操作压力0.5MPa，水蒸汽作为导热介质。
(5) FBD工艺[5,10]是Snamprogetti公司在俄罗斯开发的流化床脱氢制异丁烯的基础上发展起来的，其技术核心是流化床反应一再生系统，反应和再生分别在不同的流化床中完成。 FBD工艺采用了直径小于0.1mm的Cr2O3/A12O3小球作为催化剂，在空速100-1000h-1，温度560-580℃，压力略高于大气压的条件下反应，采用了气固逆流的进料方式。
3化工过程模拟
化工过程模拟[11]有稳态模拟和动态模拟两类，通常所说的化工过程模拟或者化工流程模拟一般是指稳态模拟。稳态流程模拟实际上是指使用计算机程序去再现一个化工生产过程。在这个再现的过程中，化工生产过程被抽象为不同的数学模型或者特征方程，而模拟就是通过计算机输入实际生产中物料的化工数据(温度、压力、物料组成、流量)和各个设备的操作参数(功率，压力等)，以这些物料数据和设备数据作为初始值对化工过程的数学模型和特征方程进行求解。化工过程模拟就是通过这种方式来再现实际化工生产过程的一些规律或者特征。
Aspen Plus[12]是生产装置设计，稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统，可用于医药，化工等多种工程领域的工艺流程模拟，工程性能监控，优化等贯穿于整个生命周期的过程行为。该软件源于美国能源部20世纪70年代后期在麻省理工学院(MIT)组织开发新型第三代流程模拟软件，项目称为先进过程工程系统，"( Advanced System for Process Engineering )，并于1981年年底完成。1982年为了将其商品化，成立了Aspen Tech公司，并称为Aspen Plus。
参考文献
[1]张灵玲. 甲醇制丙烯分离流程的模拟与优化[D].浙江：浙江大学，2016.
[2]张琦，隋志军，顾雄毅，周兴贵.丙烷脱氢分离工艺的模拟与分析[J].石油化工，2015,
44（4）：421-422.
[3]李庆.Pt催化剂上丙烷脱氢反应与结焦动力学[D].上海：华东理工大学，2012.
[4]张新平。丙烷脱氢氧化制丙烯过程的模型化与优化[D].上海：华东理工大学，2010.
[5]Caspary K J, Gehrke H, Heinritz-Adrian M, et al. Dehydrogenation of alkanes [M].Ertl G, Knozinger H, Sehuth F. Handbook of heterogeneous catalysis. Published Online:Wiley Online Library, 2008: 3206-3229.
[6]Jiangsheng Ding,Weiqi Hua.Game Changers of the C3 Value Chain: Gas,Coal,and Biotechnologies[J]. Chem. Eng. Technol. 2013, 36,(1):83-90..
[7]张琦. 丙烷脱氢及其强化工艺的模拟和分析[D].上海：华东理工大学，2015.
[8]吴恢庆,李笑笑,尚腾飞,吴佳亮.丙烷脱氢(PDH)制丙烯工艺及其危险性分析[J].广州化工，2016,44(14):237-239
[9]唐志华,崔岩,周雪.丙烷脱氢制丙烯STAR工艺简介[J].石油化工技术与经 济,2015,31(3):54-55
[10]刘乔，董秀芹，余英哲，张敏华.丙烷无氧脱氢制丙烯工艺和催化剂的研究进展[J].石油化工,2014,43(6):713-714.
[11]孙兰义.化工流程模拟实训一Aspen Plus教程[M].北京:化学工业出版社.2012：1.
[12]熊杰明. 化工流程模拟一Aspen Plus实例教程[M].北京:化学工业出版社.2016：1.4. 研究方案
1、基于Aspen plus进行设计丙烷制丙烯的工艺流程的过程模拟。
2、基于Aspen plus进行丙烷制丙烯的工艺流程的过程优化。
3、基于Aspen plus进行丙烷制丙烯的工艺流程中主要设备参数的设计与核算。
5. 工作计划
第一学期计划：
第19周完成任务书，看30篇左右的文献，一篇3000字英文文献翻译。
第20周完成开题报告及开题答辩及英文文献翻译的改进,然后提交。
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
