年產(chǎn)20萬噸環(huán)氧丙烷項(xiàng)目-項(xiàng)目設(shè)計(jì)摘要

1、年產(chǎn) 20 萬環(huán)氧丙烷項(xiàng)目項(xiàng)目設(shè)計(jì)摘要一、設(shè)計(jì)范圍本項(xiàng)目根據(jù) 2013 年“中國石化 三井化學(xué)杯”第七屆全國大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競賽參賽指導(dǎo)書，以及其他相應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)范圍包括：項(xiàng)目規(guī)模、工藝流程、設(shè)備選型、自動(dòng)控制、輔助工程、廠址廠區(qū)、經(jīng)濟(jì)分析等設(shè)計(jì)內(nèi)容。計(jì)劃將分廠建設(shè)在化工園區(qū)內(nèi)，可通過管道輸送利用園區(qū)生產(chǎn)的原料、蒸汽等；亦可利用相應(yīng)公用系統(tǒng)，如火炬、鍋爐、三廢處理廠等；園區(qū)高壓電輸送并經(jīng)分廠變電處理后使用， 生產(chǎn)及生活用水分別由園區(qū)提供；可減少相應(yīng)建設(shè)成本及運(yùn)營成本。二、項(xiàng)目簡介本項(xiàng)目是為中國石油化工股份有限公司設(shè)計(jì)的一座用丙烯年產(chǎn) 20 萬噸環(huán)氧丙烷的分廠。該分廠名為中國石化濟(jì)寧光

2、之海石化有限責(zé)任公司， 位于山東省濟(jì)寧市化學(xué)工業(yè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)。 該化學(xué)工業(yè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)簡稱濟(jì)寧化學(xué)工業(yè)開發(fā)區(qū)，現(xiàn)為中石化聯(lián)合會(huì)園區(qū)委員會(huì)副主任單位，該園區(qū)內(nèi)的 60 萬噸 /年烯烴項(xiàng)目每年可生產(chǎn)丙烯 24 萬噸；本項(xiàng)目與總廠合作， 應(yīng)用丙烯年產(chǎn) 20 萬噸環(huán)氧丙烷；采用高效一體化 hppo 綠色潔凈生產(chǎn)工藝， 集成了氫氧直接氧化合成過氧化氫，再利用丙烯環(huán)氧化法合成環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)工藝。 綠色環(huán)保同時(shí)高效， 符合可持續(xù)發(fā)展，具有非常好的發(fā)展前景。本項(xiàng)目的產(chǎn)品主要為兩種，即年產(chǎn) 20 萬噸純度在 99.9%以上的環(huán)氧丙烷，以及年產(chǎn) 2000 噸純度為 94.0%環(huán)氧丙烷作為副產(chǎn)物。產(chǎn)品具體規(guī)格

3、如表 1 所示：表 1本項(xiàng)目產(chǎn)品規(guī)格表純度（ %）產(chǎn)量單價(jià)產(chǎn)品名稱檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)級別（元 /噸）（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（萬噸）高純環(huán)氧丙烷gb/t14491-200199.9優(yōu)等品2013000低純環(huán)氧丙烷gb/t14491-200194.0合格品0.210000本項(xiàng)目的產(chǎn)品主要為年產(chǎn)20 萬噸純度大于 99.9%的環(huán)氧丙烷，該產(chǎn)品是優(yōu)等品，產(chǎn)品水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.01%， 符合 gb/t14491-2001 國家標(biāo)準(zhǔn)。此純度1年產(chǎn) 20 萬環(huán)氧丙烷項(xiàng)目的環(huán)氧丙烷可銷售給生產(chǎn)丙二醇、丙烯醇、丙醛、聚醚、異丙醇胺、高級脂肪酸酯類表面活性劑、增塑劑、醫(yī)藥、農(nóng)藥、香料、泡沫塑料產(chǎn)品的相關(guān)廠商。本項(xiàng)目的副產(chǎn)品為年產(chǎn)2

4、000 噸的純度為 94%的環(huán)氧丙烷，可賣給制造農(nóng)藥的廠家，環(huán)氧丙烷是除草劑異丙甲草胺的中間體，可用于進(jìn)一步生產(chǎn)酰胺類除草劑；另外此濃度的環(huán)氧丙烷也可提供給生產(chǎn)殺菌消毒劑的廠家，環(huán)氧丙烷可用于生產(chǎn)防腐殺蟲劑、消毒劑、抗微生物劑等。三、工藝設(shè)計(jì)本工藝采用高效一體化hppo 綠色生產(chǎn)工藝，集成了過氧化氫的生產(chǎn)過程，利用過氧化氫和丙烯環(huán)氧化合成環(huán)氧丙烷，并實(shí)現(xiàn)了溶劑的循環(huán)利用。 整個(gè)工藝過程得到純度為99.9%和 94%的兩種環(huán)氧丙烷產(chǎn)品， 無聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)品生成，工藝簡單，廢物處理難度低，綠色環(huán)保。整個(gè)工藝流程可以分為三個(gè)工段：過氧化氫工段、環(huán)氧丙烷工段、溶劑回收工段，具體流程示意圖如圖1 所示：圖 1

5、工藝流程示意圖3.1 過氧化氫工段如圖 2 示，原料氣 o2 和 h2、循環(huán)溶劑、添加劑以及保護(hù)氣n2 在雙金屬催化劑 pd-pt 存在下直接氧化合成過氧化氫，閃蒸出未反應(yīng)的氣體后得到7%的過氧化氫溶液，作為環(huán)氧化反應(yīng)的原料進(jìn)入環(huán)氧丙烷工段。2年產(chǎn) 20 萬環(huán)氧丙烷項(xiàng)目圖 2 過氧化氫工段工藝流程圖3.2 環(huán)氧丙烷工段如圖 3 所示，來自第一工段的h2o2 溶液與丙烯在鈦硅分子篩ts-1 催化作用下進(jìn)行三級環(huán)氧化反應(yīng)，反應(yīng)后經(jīng)過三級預(yù)分離塔、脫丙烷塔、 po 預(yù)分離塔、 po 精制塔后得到純度為 99.9%的環(huán)氧丙烷產(chǎn)品。圖 3 環(huán)氧丙烷工段工藝流程圖3.3 溶劑回收工段如圖 4 所示，該工段

6、的主要任務(wù)是回收循環(huán)溶劑甲醇， 實(shí)現(xiàn)溶劑的循環(huán)利用，主要由過氧化氫分解塔、溶劑回收塔、水洗塔以及甲醇分離塔組成。3年產(chǎn) 20 萬環(huán)氧丙烷項(xiàng)目圖 4 溶劑回收工段工藝流程圖四、熱集成與節(jié)能設(shè)計(jì)4.1 熱集成為了提高能量的利用率， 采用夾點(diǎn)技術(shù)對換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)。以操作費(fèi)用和公用工程費(fèi)用作為目標(biāo)函數(shù)， 利用 aspen energy analyzer v7.2對本廠的換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行年成本最優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得熱公用工程降低42.3%，冷公用工程降低33.4%，總費(fèi)用降低 36.4%，結(jié)果如圖 5 所示：圖 5 最優(yōu)換熱網(wǎng)絡(luò)在換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的基礎(chǔ)之上， 利用 aspen plus 對換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬， 并充分回

7、收工藝廢料的能量， 我們利用甲醇回收塔釜高溫廢液加熱冷工藝物流，模擬結(jié)果如圖 6 所示：4年產(chǎn) 20 萬環(huán)氧丙烷項(xiàng)目圖 6 模擬結(jié)果圖4.2 其他節(jié)能設(shè)計(jì)變徑塔設(shè)計(jì)： 本項(xiàng)目共設(shè)計(jì) 4 個(gè)變徑塔，塔的直徑有所改變， 與普通的塔相比有所區(qū)別， 減小了塔設(shè)備的材料成本等其他相關(guān)成本， 減少材料使用， 有助于節(jié)能減排。反應(yīng)精餾塔設(shè)計(jì)： 本項(xiàng)目一共設(shè)計(jì)了 1 個(gè)反應(yīng)精餾塔， 該塔也符合我們節(jié)約能源的設(shè)計(jì)理念， 利用一個(gè)精餾塔同時(shí)實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)和分離的任務(wù)， 代替了一個(gè)反應(yīng)器和一個(gè)精餾塔，減少了設(shè)備的費(fèi)用，提高了經(jīng)濟(jì)效益。此外本項(xiàng)目的循環(huán)水系統(tǒng)，建筑、設(shè)備保溫設(shè)計(jì)，催化劑再生技術(shù)設(shè)計(jì)，高效節(jié)能設(shè)備設(shè)計(jì)也可以

8、達(dá)到相應(yīng)的節(jié)能效果。五、設(shè)備設(shè)計(jì)根據(jù) aspen plus 的模擬結(jié)果，我們對工藝流程中的第三級環(huán)氧化反應(yīng)器r0202、po 預(yù)分離塔 t0205、換熱器進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)， 包括基本的設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)和特殊內(nèi)構(gòu)件的設(shè)計(jì)。利用sw6-98 及 kg-tower 軟件對流程中的典型塔設(shè)備進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)、基本參數(shù)設(shè)計(jì)和機(jī)械強(qiáng)度校核。 利用 sw6-98 和 exchanger designand rating對全部的換熱器進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)、選型、基本參數(shù)設(shè)計(jì)和機(jī)械強(qiáng)度校核。此外還對泵、反應(yīng)精餾塔、閃蒸罐、氣液分離罐、壓縮機(jī)、儲(chǔ)罐、緩沖罐、回流罐等設(shè)備進(jìn)行了選型。5年產(chǎn) 20 萬環(huán)氧丙烷項(xiàng)目六、自動(dòng)控制系統(tǒng)本

9、項(xiàng)目采用現(xiàn)場總線控制（fcs）與集散控制系統(tǒng)（ dcs）,控制方案的研究范圍包括空分裝置， 過氧化氫合成裝置， 環(huán)氧丙烷合成裝置， 儲(chǔ)罐區(qū)以及與工藝生產(chǎn)裝置相配套的公用工程控制系統(tǒng)與儀表。由于工藝流股中含有可燃性氣體丙烯、丙烷、氫氣以及助燃性氣體氧氣等，存在著安全隱患，因此，對工藝流股中氧氣的監(jiān)控尤為重要。我們主要采用plc 進(jìn)行過程控制與監(jiān)測，在線控制儀表實(shí)時(shí)監(jiān)測工藝流股中氧氣的含量并將數(shù)據(jù)送往中心控制室，及時(shí)調(diào)控裝置參數(shù)，從而保證整套裝置的安全可靠性。七、廠址選擇及廠區(qū)布置濟(jì)寧光之海石化公司規(guī)劃建設(shè)于山東省濟(jì)寧市化學(xué)工業(yè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)（簡稱濟(jì)寧化學(xué)工業(yè)開發(fā)區(qū)） 內(nèi)，位于開發(fā)區(qū)南北中心大道東

10、側(cè)與新興路南側(cè)的預(yù)留用地位置。濟(jì)寧是著名的 “孔孟之鄉(xiāng)、運(yùn)河之都 ”，項(xiàng)目所在地具有地理位置優(yōu)越、交通運(yùn)輸便利、資源優(yōu)勢突出、原料供應(yīng)充足，產(chǎn)品需求量大、工業(yè)基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)、科研實(shí)力雄厚、人力資源豐富、高起點(diǎn)的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、公用工程設(shè)施健全等優(yōu)點(diǎn)。項(xiàng)目所在開發(fā)區(qū)區(qū)位圖如圖7 所示：圖 7 項(xiàng)目所在開發(fā)區(qū)區(qū)位圖6年產(chǎn) 20 萬環(huán)氧丙烷項(xiàng)目本項(xiàng)目廠區(qū)，整體布置為長方形，東西長450m，南北長約 230m，總面積為103500 ，廠區(qū)內(nèi)常年盛行東南風(fēng)， 因此將貯罐及生產(chǎn)車間置于廠內(nèi)的西北部，行政生活區(qū)位于東南部， 這樣能大大減少廠房排出的尾氣對人們生活辦公的影響，為職工提供良好的生活辦公環(huán)境。本廠按照生產(chǎn)功能

11、分區(qū)集中布置，分為儲(chǔ)罐區(qū)、工藝區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、行政生活區(qū)及其他設(shè)施等。 行政管理區(qū)與其他區(qū)域以綠化帶及公路進(jìn)行隔開，以保證安全，為職工提供貨良好、適宜的生產(chǎn)生活條件。廠區(qū)總平面圖如圖8 所示，廠區(qū)立體圖如圖 9 所示：圖 8 廠區(qū)總平面圖圖 9 廠區(qū)立體總圖7年產(chǎn) 20 萬環(huán)氧丙烷項(xiàng)目本設(shè)計(jì)中，廠區(qū)道路總體呈網(wǎng)格狀， 主體道路設(shè)計(jì)寬度為12 米 (雙向四車道 )，次干道設(shè)計(jì)寬度為9 米(雙向兩車道 )。整個(gè)廠區(qū)的道路及建、構(gòu)筑物都進(jìn)過嚴(yán)格規(guī)劃，布置規(guī)整。同時(shí)，人流與貨流分離，并留有消防安全通道。八、經(jīng)濟(jì)分析通過對本項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)預(yù)算與評估，得出經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)表，如表2 所示。表 2經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)表序號

12、指標(biāo)單位數(shù)值1設(shè)計(jì)規(guī)模萬噸 /年202年操作時(shí)間小時(shí) /年80003分廠用地面積平方米1035004總定員人2185工程項(xiàng)目總投資萬元143356.9546固定資產(chǎn)投資萬元95408.254337直接材料費(fèi)用萬元 /年201242.88年總成本費(fèi)用萬元 /年213931.29全廠總產(chǎn)值萬元 /年26200010年凈利潤總額萬元 /年32232.31511投資利潤率%32.6312投資利稅率%41.2713投資回收期年5.5714內(nèi)部收益率%2315投資凈現(xiàn)值（稅后）萬元44403.5九、環(huán)境分析通過本項(xiàng)目的環(huán)境影響評價(jià)報(bào)告分析，本項(xiàng)目采用高效一體化hppo 綠色工藝、多種物料循環(huán)使用、催化劑再

13、生技術(shù)，最大限度的節(jié)能減排，優(yōu)化設(shè)備，節(jié)約物料，注重 “三廢 ”及噪音的處理，注重施工和生產(chǎn)兩大階段的環(huán)境保護(hù)工作。8年產(chǎn) 20 萬環(huán)氧丙烷項(xiàng)目從長遠(yuǎn)角度看， 企業(yè)在提高環(huán)境績效的同時(shí)，進(jìn)而影響企業(yè)的競爭力， 促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，有利于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。 最重要的是本項(xiàng)目的環(huán)保工作，不僅可以給本公司帶來長遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，而且可以給社會(huì)帶來不可估量的利益。十、項(xiàng)目總結(jié)中國石化濟(jì)寧光之海石化有限責(zé)任公司堅(jiān)持了以“安全穩(wěn)健、節(jié)能環(huán)保、和諧發(fā)展 ”的設(shè)計(jì)原則，通過查閱相關(guān)的參考文獻(xiàn)、書籍，閱讀相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)、法律、法規(guī)，以及相關(guān)的市場調(diào)研，對該項(xiàng)目進(jìn)行了可行性研究以及初步設(shè)計(jì)，初步設(shè)計(jì)了工藝流程、熱集成及節(jié)能技術(shù)、設(shè)備選型、自動(dòng)控制、總圖運(yùn)輸、環(huán)境分析、經(jīng)濟(jì)分析、公用工程、勞動(dòng)定員等方面，確定了項(xiàng)目的可行性。本設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)注重項(xiàng)目的合理性、可行性、創(chuàng)新性、節(jié)能性。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用 aspen plus 軟件完成全流程的詳細(xì)計(jì)算， 再根據(jù)模擬數(shù)據(jù)并結(jié)合 aspen energy analyzer軟件對過程進(jìn)行了熱集成， 確定了本項(xiàng)目的節(jié)能方案，在此基礎(chǔ)上再用aspen plus 軟件對所需的公用工程進(jìn)行了模擬計(jì)算。采用kg-tower 軟件對項(xiàng)目工程進(jìn)行水力學(xué)校核