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丙烯是我国重要的基础有机化工原料,近年来我国丙烯市场处于供需同步增长的趋势。以FCC催化裂化为代表的石油裂解路线是我国丙烯的主要来源,近年来以甲醇制烯烃(MTO)、甲醇制丙烯(MTP)、丙烷脱氢(PDH)工艺为代表的非石油路线技术生产丙烯占比逐年提高,成为我国丙烯来源的重要补充。MTO/MTP工艺等煤化工路线与我国“多煤少气缺油”的能源格局相匹配,因此我国在“十二五”期间大力发展煤化工生产乙烯、丙烯等项目,逐步提高非石油路线生产乙烯、丙烯的比重。与FCC催化裂化工艺相比,MTO/MTP工艺有投资额大、能耗高等缺点。在石油价格低迷期间,其工艺缺乏经济竞争优势,因此如何降低能耗和提高丙烯收率成为提高MTO/MTP工艺竞争力的关键。为了降低MTP工艺能耗高以及提高丙烯收率,本文以Lurgi固定床MTP工艺为研究对象,通过计算机模拟的方法,从反应和再生两个方面展开研究。针对反应过程,考察改变回炼烃组成、进料组成对丙烯收率的影响,给出丙烯收率较高的进料组成范围,该范围内丙烯最高收率可达72.4%,比工业设计值提高7个百分点;针对再生过程,考察不同再生参数对再生效果的影响,提出以“氮气消耗最小”为目标的再生优化方案,能减小氮气消耗30%,降低能耗,为固定床MTP装置的运行和技术改造提供指导。此外,积炭是连接反应和再生过程的媒介,积炭堵孔失活是ZSM-5催化剂失活的主要原因。因此在第五章使用离散模型对MTP反应的积炭堵孔行为进行研究,考察积炭堵孔效应对催化剂性能的影响,具体研究内容如下:(1)建立一维非均相稳态模型,模拟固定床MTP反应过程,考察改变回炼烃组成、进料组成对丙烯收率的影响。结果表明,在回炼烃总流量不变的情况下,改变C4～C6烯烃之间的质量比对丙烯收率影响不大。进料中回炼烃与甲醇的质量比有一个最佳范围,在该范围内丙烯收率较高,最高收率可达72.4%,比工业设计值提高7个百分点。(2)建立一维非均相动态模型,模拟固定床MTP反应过程,考察改变C4回炼烃流量对现有工况的影响。结果表明,在现有工况下,提高C4回炼烃流量至稳定运行后,C4回炼烃流股中丁烷比例增加,丙烯收率反而下降。说明在固定床MTP工艺流程中单纯提高C4回炼烃流量是较难提高丙烯收率的,需要增加烷烃分离装置才能让甲醇、回炼烃质量比落在最佳范围内。(3)建立一维拟均相动态模型,模拟固定床MTP再生过程,获得再生规律的初步认识,并进一步通过考察氧浓度、入口温度、再生气流量等操作参数对再生效果的影响。结果表明,氧浓度对再生效果影响最大,入口温度其次,再生气流量影响最小。提出了“提高再生气流量”的优化方案,该方案可减少新鲜氮气用量30%,有效降低能耗。(4)应用离散模型研究MTP反应的堵孔效应,建立二维正方形孔道网络,考察堵孔效应对催化剂性能的影响。结果表明,由于ZSM-5分子筛存在较严重的扩散限制,MTP反应主要集中在催化剂外表面进行,积炭优先在外表面形成,并阻碍反应物进一步向催化剂中心区域扩散,导致ZSM-5催化剂有效因子下降。孔道网络空间分布对催化剂性能影响较大,大孔径孔道靠近催化剂外表面时,堵孔效应最小,催化剂整体性能会大大提高。