2013全國(guó)化工設(shè)計(jì)大賽二等獎(jiǎng)作品

1、一 工程簡(jiǎn)介1.1環(huán)氧丙烷的開(kāi)展形勢(shì)環(huán)氧丙烷，又名氧化丙烯、甲基環(huán)氧乙烷，是非常重要的有機(jī)化合物原料， 是僅次于聚丙烯和丙烯月青的第三大丙烯類衍生物。環(huán)氧丙烷主要用于生產(chǎn)聚醴多 元醇、丙二醇和各類非離子外表活性劑等，其中聚醴多元醇是生產(chǎn)聚氨酯泡沫、 保溫材料、彈性體、膠粘劑和涂料等的重要原料，各類非離子型外表活性劑在石 油、化工、農(nóng)藥、紡織、日化等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)，環(huán)氧丙烷也是重要的 根底化工原料。中國(guó)環(huán)氧丙烷生產(chǎn)始于 2020 世紀(jì) 6060 年代，采用自行開(kāi)發(fā)的氯醇法工藝路線。 2020 世紀(jì)8080 年代末和 9090 年代初，中國(guó)先后引進(jìn)了日本旭硝子公司、三井東壓公 司、昭和電工

2、公司和美國(guó)陶氏公司氯醇法技術(shù)，錦化化工、山東濱化、中石化上 海高橋石化、天津大沽化工等企業(yè)環(huán)氧丙烷裝置建成投產(chǎn)后取得了較好的經(jīng)濟(jì)效 益，生產(chǎn)水平得到較大提高。如今，除中海殼牌 2525 萬(wàn) t/at/a 環(huán)氧丙烷裝置采用共氧 化法外， 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有 80%80%的環(huán)氧丙烷產(chǎn)能使用氯醇法。隨著我國(guó)精細(xì)化工和聚氨酯工業(yè)的開(kāi)展，環(huán)氧丙烷產(chǎn)品市場(chǎng)前景日益廣闊， 但是目前我國(guó)環(huán)氧丙烷生產(chǎn)全部采用的是氯醇法生產(chǎn)工藝，該工藝存在對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、產(chǎn)生的含氯化鈣廢水嚴(yán)重污染環(huán)境等缺點(diǎn)。隨著環(huán)氧丙烷在國(guó)內(nèi)的需求日益增加， 國(guó)內(nèi)總體呈現(xiàn)供不應(yīng)求的態(tài)勢(shì)，且在 未來(lái)幾年內(nèi)需求量仍有增加，世界范圍內(nèi)對(duì)環(huán)氧丙烷的需求也在持續(xù)增

3、長(zhǎng)。 鑒于 國(guó)內(nèi)環(huán)氧丙烷的開(kāi)展現(xiàn)狀，建設(shè)一條環(huán)氧丙烷生產(chǎn)線是非常必要的?？紤]到世界對(duì)能源的利用方向逐漸趨向于無(wú)污染、能耗小的方向研究，本項(xiàng)目經(jīng)研討決定采用過(guò)氧化氫HPPOHPPO法生產(chǎn)環(huán)氧丙烷?，F(xiàn)今此法受關(guān)注度較高， 此法的經(jīng)濟(jì)效益較高，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)開(kāi)展戰(zhàn)略的重要的一步。1.2原料供給與廠址確定由于環(huán)氧丙烷的主要原料是丙烯、甲醇、雙氧水，為了便于購(gòu)置原料，本生產(chǎn)線最好臨近石油化工廠。經(jīng)過(guò)對(duì)全國(guó)各地區(qū)的石油化工企業(yè)的調(diào)查、環(huán)境因素 的分析及市場(chǎng)需求狀況的調(diào)查后發(fā)現(xiàn)。寧波具有很強(qiáng)的地理位置優(yōu)越性。寧波市 具有豐富的能源，便利的交通，有利于原料的運(yùn)輸，其中華東地區(qū)占全國(guó)環(huán)氧丙 烷消費(fèi)的 58%,58

4、%,由寧波市向外輻射，因此有助于產(chǎn)品的銷售，降低運(yùn)輸本錢，具 有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性。綜合上述因素，本工程在寧波市鎮(zhèn)海區(qū)，為中國(guó)石油化工股份鎮(zhèn)海 煉化分公司擬建年產(chǎn) 200kt200kt 的環(huán)氧丙烷工程的一座分廠，并在廠區(qū)內(nèi)引進(jìn)國(guó)外先 進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)與管理模式，生產(chǎn)設(shè)備齊全，生產(chǎn)效率高。產(chǎn)品包括優(yōu)等品、一等 品以及合格品。二生產(chǎn)工藝本生產(chǎn)工藝共分四段，分別為：環(huán)氧化反響段、產(chǎn)物預(yù)處理段、C3C3 別離段、甲醇精制回收段四個(gè)工段。工藝流程模擬總圖見(jiàn)圖 2.12.1。圖2.1環(huán)氧丙烷生產(chǎn)工藝流程圖1 1、環(huán)氧化反響段環(huán)氧化階段主要是環(huán)氧丙烷的生成階段， 主要是原料丙烯與雙氧水進(jìn)行環(huán)氧 化反響。環(huán)氧化反響

5、采用固定床反響器，反響溫度為50C,50C,反響壓強(qiáng)為 3MPa,3MPa,保證反響物在液相條件下進(jìn)行。 反響 POPO 的選擇性大于 97%97%。雙氧水進(jìn)料的質(zhì)量 空速為0.7-1.1h-1,0.7-1.1h-1,丙烯，甲醇，雙氧水按一定摩爾比投料，反響產(chǎn)物通往下一個(gè)工段。工藝流程模擬如圖 2.22.2圖2.2環(huán)氧化反響2 2、產(chǎn)物預(yù)處理段本車間主要是對(duì)一車間的產(chǎn)物進(jìn)行初步的提純。一車間產(chǎn)出產(chǎn)物主要含有PO.PO.、未反響的雙氧水和甲醇，副產(chǎn)物有丙二醇，丙二醇單甲醴，丙烷，甲酸甲酯，乙醛等。主要為高壓液相，經(jīng)過(guò)二級(jí)閃蒸罐處理，可得到含甲醇、C3C3 氣液混合相，經(jīng)過(guò)精儲(chǔ)，塔頂輕組分通入到

6、C3C3 別離段，塔底重組分通入甲醇精制回 收車間；和富含甲醇的液相，通過(guò)精儲(chǔ)預(yù)別離，塔頂輕組分通入C3C3 別離段，塔底重組分通入甲醇精制回收車間。工藝模擬如圖2.32.3。本車間主要是上一工段過(guò)來(lái)的物流組分主要為 PO,PO,丙烯，丙烷，甲醇，極 少量氧氣的混合體系。首先經(jīng)過(guò)丙烯二級(jí)精儲(chǔ)塔得到高純度的丙烯，進(jìn)行回收利 用，其余組分經(jīng)過(guò)POPO 二級(jí)精儲(chǔ)塔得到符合要求的產(chǎn)品環(huán)氧丙烷。除氧器的方法 為反響吸收法，將丙烯一級(jí)精儲(chǔ)塔頂?shù)漠a(chǎn)物通入到飽和亞硫酸鈉的儲(chǔ)罐中，即可有效除去氧氣。甲醇那么通入甲醇精制回收段進(jìn)行回收利用。工藝模擬如圖2.42.4。圖2.4 C3別離段4 4 甲醇精致回收段經(jīng)過(guò)丙

7、烯的回收，POPO 的精制，剩余的物料主要成分為水和甲醇，和一些高 沸點(diǎn)雜質(zhì)。經(jīng)過(guò)甲醇的三級(jí)精儲(chǔ)，可得到符合要求規(guī)格的甲醇進(jìn)行回收再利用。 在水的精制回收時(shí)，可將含有高沸點(diǎn)雜質(zhì)的水通入到閃蒸罐中，得到純潔的水。 工藝流程模擬如圖 2.52.5。精品文檔就在這里各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊(cè)，應(yīng)有盡有三熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化節(jié)約能源是我國(guó)的一項(xiàng)根本國(guó)策， 為推動(dòng)全社會(huì)展開(kāi)節(jié)能降耗， 緩解能源瓶 頸的制約，建設(shè)節(jié)能型社會(huì)，國(guó)家發(fā)改委制定了?節(jié)能中長(zhǎng)期專項(xiàng)規(guī)劃?，并在20042004 年 1111 月 2525 日向全社會(huì)發(fā)布。該“規(guī)劃明確指出：能源是戰(zhàn)略資源，是 全面建設(shè)小康社會(huì)

8、的重要物質(zhì)根底的能源約束問(wèn)題，必須堅(jiān)持節(jié)約優(yōu)先。為了能夠更好的節(jié)約工程的投資本錢， 提高經(jīng)濟(jì)效益，本工程對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)的 熱集成進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化過(guò)程主要是利用了夾點(diǎn)技術(shù)，通過(guò)確定火點(diǎn)然后對(duì)整個(gè) 換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了真實(shí)性的優(yōu)化，到達(dá)了經(jīng)濟(jì)效益最大化，能量理由效率最大化， 設(shè)備投資費(fèi)用最小化，能源損失最小化的目的。換熱是化工生產(chǎn)不可缺少的單元操作過(guò)程。對(duì)于一個(gè)含有換熱物流的工藝流 程，將其中的換熱物流提取出來(lái)，組成了換熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)其中被加熱的物流稱為冷 物流，被冷卻的物流稱為熱物流。換熱的目的不僅是為了使物流溫度滿足工藝要 求，而且也是為了回收過(guò)程余熱，減少公用工程消耗?；谶@種思想進(jìn)行的換熱 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)稱為

9、換熱網(wǎng)絡(luò)合成。為了能夠更好的到達(dá)換熱網(wǎng)絡(luò)所需要的目標(biāo)， 本工程利用夾點(diǎn)技術(shù)，對(duì)換熱 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化。夾點(diǎn)技術(shù)的根本原理夾點(diǎn)技術(shù)是以化工熱力學(xué)為根底，以經(jīng)濟(jì)費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)的整體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 優(yōu)化過(guò)程包括冷熱物流之間的 匹配，冷熱公用工程的類型和能級(jí)選擇；加熱器、冷卻器及系統(tǒng)中一些別離器、 蒸發(fā)器等設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的適宜放置位置；節(jié)能、投資和可操作性的三維權(quán)衡。換熱網(wǎng)絡(luò)合成的任務(wù)，是確定換熱物流的合理匹配方式，從而以最小的消耗 代價(jià)，獲得最大的能量利用效益。最終的優(yōu)化目標(biāo)是確定出具有最小的設(shè)備換熱器、加熱器和冷卻器投資費(fèi)用和操作公用工程加熱與冷卻費(fèi)用，并滿足 把每一個(gè)工藝物流由初始溫度加熱

10、或冷卻到目標(biāo)溫度的換熱網(wǎng)絡(luò)。換熱網(wǎng)絡(luò)的消耗代價(jià)來(lái)自三個(gè)方面：換熱單元設(shè)備數(shù)，傳熱面積，公用 工程消耗，換熱網(wǎng)絡(luò)合成追求的目標(biāo)，是使這三方面的消耗都為最小值。在換熱網(wǎng)絡(luò)中存在一個(gè)最小的允許傳熱溫差 T Tmin,這一點(diǎn)即為夾點(diǎn)。最小 溫差是換熱網(wǎng)絡(luò)綜合中的一個(gè)關(guān)鍵因素。Tmin=。是冷熱物流能量回收到達(dá)最大 的極限值，此時(shí)冷、熱公用工程最小，但是設(shè)備費(fèi)用卻無(wú)限增大。隨著Tmin越精 品文精品文檔就在這里各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊(cè)，應(yīng)有盡有檔精品文檔就在這里各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊(cè)，應(yīng)有盡有精品文檔大，能量回收減少，同時(shí)增加冷、

11、熱公用工程用量，且能量回收的減少正好等于冷、熱公用工程用量的增加值。最小傳熱溫差可由經(jīng)驗(yàn)值給定， 此時(shí)需考慮公用 工程和設(shè)備投資的價(jià)格、換熱工質(zhì)、傳熱系數(shù)、操作彈性等因素的影響。因?yàn)閵A點(diǎn)之上使用外部冷卻器會(huì)使總公用工程消耗增大，從而達(dá)不到能量最 優(yōu)的目的，相反，為了防止在夾點(diǎn)之下使用加熱器，以保證能量最優(yōu)，夾點(diǎn)之下 的流股數(shù)應(yīng)滿足因此流股數(shù)目準(zhǔn)那么為：1 1對(duì)于火點(diǎn)上方，熱物流包括其分支物流的數(shù)目要小于或等于冷物2 2對(duì)于火點(diǎn)上方，熱物流包括其分支物流的數(shù)目要大于或等于冷物夾點(diǎn)技術(shù)的黃金法那么由上述確定夾點(diǎn)的方法可以看出，夾點(diǎn)具有兩個(gè)特征:是該處熱、冷物流間的傳熱溫差最小，剛好等于規(guī)定的Tmi

12、n；二是該處溫位過(guò)程系統(tǒng)的熱流量為零根據(jù)火點(diǎn)原理，由 AspenAspen EnergyEnergy AnalyzerAnalyzer 7.27.2 模擬出來(lái)的換熱網(wǎng)絡(luò)如圖 5.1,5.1, 通過(guò)軟件計(jì)算得到的夾點(diǎn)數(shù)據(jù)，由火點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)生成的換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，可得到 優(yōu)化后的熱集成網(wǎng)絡(luò)如圖 5.25.2 所示。流包括其分支物流數(shù)目，即:NH- NC流包括其分支物流數(shù)目，即:NH- NC圖3.1優(yōu)化前的熱集成網(wǎng)絡(luò)精品文檔就在這里各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊(cè)，應(yīng)有盡有精品文檔圖3.2優(yōu)化后的熱集成網(wǎng)絡(luò)通過(guò)對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化后使本工程的能耗降低了 30%,30%,到達(dá)了企業(yè)

13、節(jié)能的要 求，并提精品文檔就在這里各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊(cè)，應(yīng)有盡有精品文檔升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。由于火點(diǎn)技術(shù)的節(jié)能減排效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益顯著， 其在石油、化工等過(guò)程工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。四工廠設(shè)計(jì)布置4.1工廠平面布置經(jīng)過(guò)對(duì)生產(chǎn)工藝的研究和當(dāng)?shù)丨h(huán)境氣候的調(diào)查后，我們最終將工廠分為生產(chǎn) 區(qū)、生活區(qū)、行政區(qū)、控制中心四個(gè)區(qū)域，在存在危險(xiǎn)隱患的地方加高加固圍墻， 工廠生活區(qū)與生產(chǎn)區(qū)之間建立消防站以防止出現(xiàn)重大災(zāi)難。通過(guò)CADCAD 繪圖軟件畫(huà)出工廠平面布置圖如圖 4.14.1。精品文檔就在這里各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊(cè)，應(yīng)有盡有精品

14、文檔圖4.2環(huán)氧丙烷車間分布 口日 口cfn應(yīng)建 水池，0_n_原Din加0I裝卸醐消P PM M圖4.1工廠平面布置圖4.2車間布置生產(chǎn)車間布置根據(jù) 3D3D 圖示如下：生產(chǎn)車間4 it r晨JE-B-e-et:MB:em w E F陞筑物I-車間0掾化帶IHTITTFriIHTITTFri朝本 區(qū)巨百人行追 H 三3 3小泥皿rTTTi i砒 門門口存車位I-I-水精品文檔就在這里各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊(cè)，應(yīng)有盡有精品文檔五經(jīng)濟(jì)分析本工程中生產(chǎn)環(huán)氧丙烷采用的 HPPOHPPO 法具有投資本錢低，污染小，產(chǎn)率高， 能耗低等優(yōu)點(diǎn)，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。環(huán)氧丙

15、烷市場(chǎng)需求逐年增加，具有良好 市場(chǎng)前景。止匕外，寧波市還是化工產(chǎn)品高消費(fèi)的地區(qū)，有非?？捎^的市場(chǎng)需求與 經(jīng)濟(jì)效益。本工程可取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表5.15.1。表5.1工程主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)廳 P工程名稱單位數(shù)量1生產(chǎn)規(guī)模萬(wàn)噸/年20202年操作日小時(shí)/年720072003原料及輔助材料消耗萬(wàn)噸/年59594工廠建筑面積平方廠總定員人2862866工程總投資萬(wàn)元52406.55752406.5577固定資產(chǎn)投資萬(wàn)元30924.55730924.5579流動(dòng)資金萬(wàn)元5000500010年銷售投入萬(wàn)元11年均總本錢費(fèi)用萬(wàn)元175129.92175129.9212年均

16、利潤(rùn)總額萬(wàn)元13平均投資利潤(rùn)率%14平均投資利稅率%434315投資回收期年4.714.711616內(nèi)部收益率%六總結(jié)本次采用 AspenAspen plusplus 軟件完成全流程模擬和熱量集成與優(yōu)化， 并在此根底上進(jìn)行了物料衡算、能量衡算、設(shè)備設(shè)計(jì)、設(shè)備選型等；止匕外，還運(yùn)用 CADCAD 繪制 車間平面精品文檔就在這里各類專業(yè)好文檔，值得你下載，教育，管理，論文，制度，方案手冊(cè)，應(yīng)有盡有精品文檔布置圖、廠房布置圖、三維布置圖，并對(duì)車間管道進(jìn)行了布置。本生產(chǎn) 工藝環(huán)氧丙烷選擇性高達(dá) 97%,97%,并具有耗能少，污染少，投資低等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的設(shè)計(jì)，本小組完成了 200kt/a200kt/a 環(huán)氧丙烷工程的初步設(shè)計(jì)，上交 的文檔主要包括?可行性研究報(bào)告?、?初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)?、?創(chuàng)新性概述?、?設(shè)備 一覽表?，計(jì)算機(jī)輔助程序有工藝模擬流程，熱量集成與優(yōu)化，塔設(shè)備內(nèi)件的設(shè) 計(jì)和水利校核，換熱器設(shè)計(jì)，PFPFD D圖，PIDPID 圖，車間平立面布置圖，廠區(qū)平面布 置圖，車間布置 3D3D 圖，廠區(qū)布置 3D3D 圖，廠區(qū)漫游。采用的軟件及版本主要為 AspenAspen V7.2V7.2、AspenAspe