《HPPO法生产环氧丙烷的工艺初步设计说明书项目可行性报告中文摘要.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《HPPO法生产环氧丙烷的工艺初步设计说明书项目可行性报告中文摘要.pdf（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、天津石化年产 10 万吨丙烯制环氧丙烷项目 摘要摘要 1 1 项目背景与意义项目背景与意义 丙烯是源自石油 煤 天然气的重要基础有机化工原料 我国丙烯产量中约 75 用于生产聚丙烯 基于丙烯原料的有机化工产业明显低于全球平均水平 加 快除聚丙烯以外的丙烯化工的综合发展已成为我国烯烃化工可持续发展的一项 重要课题 环氧丙烷 PO 在丙烯衍生物中产量居第三位 下游产品近百种 是精 细化工产品的重要原料 因此我们确定本项目的目标为为某一石化 煤化总厂设 计一座丙烯制环氧丙烷的合成分厂 HPPO 法生产环氧丙烷的工艺过程 具有原料和辅助助剂可循环使用 基础建 设费用低 三废排放少 能源损耗低的优点 另
2、外 随着钛硅催化剂 TS l 的应用 以及第三代催化剂的成功开发 HPPO 法生产环氧丙烷工艺具有良好的工业前景 随着国家环保政策的陆续出台 采用环保的新型过氧化氢法生产工艺是未来环氧 丙烷的发展趋势 因此 本子化工厂的建设对节能 降耗 环境保护有着十分深远的意义 综合考虑原料来源 交通运输 气候环境 政 府政策 人力资源等因素 我们将厂址选在天津石 化公司 因其具有原料丙烯产量充足 厂区建设不 占用耕地资源 水文地质条件较好 交通运输网络 发达 产品有充分的国内储运及出口支撑等优势 2 2 工艺介绍工艺介绍与设备设计与设备设计 我们借助 Aspen Plus 的物性数据和初步的模拟计算 对
3、HPPO 环氧丙烷直接 氧化的工艺过程进行了深入分析与讨论 根据大连理工大学的专利 最终我们决 定将原理和结构比较复杂的反应器环节进行单独的计算 最终得到流程图 图 1 天津石化公司位置图 天津石化年产 10 万吨丙烯制环氧丙烷项目 图2 流程框图 2 1 2 1 环氧化反应工艺环氧化反应工艺 来自原料储罐的新鲜丙烯 30 2 5MPa 过氧化氢 30 0 092MPa 循环溶剂 循环丙烯首先进入混合器混合 然后经过原料液预热器预热到50 再由原料液进料泵送入装有 TS 1催化器的列管式固定床反应器 50 3 1MPa 内进行环氧化反应 反应工艺采用大连理工大学研发的 HPPO 法工艺流程 基
4、本 原理是用溶剂 甲醇和丙酮 在适当的温度和较高的压力下使丙烯溶解 并且和 过氧化氢溶液充分混合 然后通填装有 TS 1催化剂的过列管式固定床反应器 反应物在反应器内反应 由于是强放热反应 并且需要控制反应温度相对稳定 因此需要用冷却水在反应的过程中不断带出热量 以保证反应器反应温度在50 左右 通过列管式固定床反应器后出来物流的产品含量如表1所示 反应产物 50 3 1MPa 进入分离工艺进行分离 组成 丙烯 水 甲醇 环氧 丙烷 丙二醇 单甲醚 丙酮 双氧水 氧气 质量 分数 10 1 10 9 18 2 5 4 0 3 54 7 0 2 0 2 表1 产物组成 注 此反应结由专利获得 H
5、2O2溶 液 溶剂 丙烯 产物 原 料 溶剂 反 应 丙烯分 离 环氧丙 烷分离 溶剂分离 丙烯 氧气 循环丙烯 氧气 吸 收 环氧丙烷 水 PG 过氧化氢 循环溶 剂 水 PG 水 过 氧化氢 除 水 苯共沸 精馏 PG 水 苯 循环苯 水 液 液 清 析 天津石化年产 10 万吨丙烯制环氧丙烷项目 2 22 2 分离工艺分离工艺 2 2 1 2 2 1 丙烯分离工艺丙烯分离工艺 由反应器出来的物流直接进入丙烯分离塔 由于丙烯的沸点相对于溶剂 水 环氧丙烷等物质较低 因此丙烯分离工艺的主要目的是将产物中的丙烯分离出来 回收作为反应器的进料 节约原料 从反应器出来的物料 MIX 1经过换热 作
6、为 T 101 S 精馏塔进料 精馏塔顶部分离出丙烯和氧气 由于氧气的沸点更低 为 保证氧气不在整个系统内累积 需要将一部分塔顶馏分气相采出 放空的 VAPOR 中还含有大量的丙烯 因此还需要进入 T 106的丙烯吸收塔 再由从溶剂循环塔 塔顶出来的循环溶剂洗吸收以达到回收其中的丙烯的目的 而塔顶的 LIQUID 直 接循环进入反应器入口前的缓冲罐 塔底产出的物流 F 3包括水 过氧化氢 甲 醇 丙酮和丙二醇单甲醚 这股物流进入第二个塔环氧丙烷分离塔 2 2 2 2 2 2 环氧丙烷分离工艺环氧丙烷分离工艺 环氧丙烷分离工艺主要是分离来自 T 101底部物流中的环氧丙烷 得到环氧 丙烷产品 丙
7、烯分离塔塔底出来的物流经过换热器与节流阀 降温减压 进入丙 烯分离塔 T 102 T3B 物流来自溶剂循环塔底 用来萃取精馏 PO 经换热器降温 再由泵送至环氧丙烷分离塔 环氧丙烷分离塔 T 102塔顶馏出物为质量含量 99 96 的 PO 塔底馏出物 T2 B 为过氧化氢 甲醇 水 丙酮和丙二醇单甲醚 图 3 物料流程图 1 2 2 3 2 2 3 循环溶剂工艺循环溶剂工艺 天津石化年产 10 万吨丙烯制环氧丙烷项目 来自环氧丙烷分离塔 T 102塔底的物流经过加热由泵送入溶剂分离塔 T 103 将溶剂进行分离 以使溶剂循环利用 由溶剂分离塔 T 103塔顶出来的物流为需 要循环回收的甲醇和
8、丙酮溶剂 将这股物流分为两股 一股由泵直接送到反应器 另一股作为丙烯吸收塔的吸收剂 塔底出来的物流为水 过氧化氢 丙二醇单甲 醚 也分为两股 一股作为 PO 分离塔的萃取剂 另一股流入除水塔 进行副产 物的回收 2 2 4 2 2 4 初步除水工艺初步除水工艺 本单元主要是除大部分的水 由于丙二醇单甲醚与水能形成共沸物 不能由 普通精馏分离 必须采用共沸精馏 而来自于 T 103塔底物流中含水量过多 为 了节约夹带剂和能源 先用 T 104除去大部分的水 由溶剂循环塔 T 103塔底出 来的一股直接由泵送入除水塔 T 104 除水塔塔顶物料中有恰好为与丙二醇单甲 醚形成共沸的的水量 塔底物料为
9、水和过氧化氢 送去总厂进行废水处理 图 4 物料流程图 2 2 2 5 2 2 5 丙二醇单甲醚分离工艺丙二醇单甲醚分离工艺 本工艺单元是利用加入夹带剂苯与来自于除水塔塔顶物流混合 进入丙二醇 单甲醚分离塔 使苯与水形成沸点更低的共沸物 丙二醇单甲醚分离塔塔顶物流 为水和苯 塔底产出副产物丙二醇单甲醚经过换热降温 送入丙二醇单甲醚储罐 塔顶物流经过液液倾析器 将苯进行循环 水送到总厂处理 该流程主要包括一 个共沸精馏塔 一个液相倾析器 天津石化年产 10 万吨丙烯制环氧丙烷项目 图 5 物料流程图 3 2 2 6 2 2 6 丙烯吸收工艺丙烯吸收工艺 本工艺单元主要将来自于 T 101塔顶放空
10、的气体 56 9 2 5MPa 中的丙 烯进行吸收 同时回收氧气 该工艺主要包括吸收塔 从吸收塔塔顶得到的是纯 度为98 的氧气 塔底为带有丙烯的溶剂 2 2 3 3 工艺工艺创新点创新点 1 丙烯分离塔塔顶采用分冷凝器 将部分丙烯和氧气通过气相采出后 通 过丙烯吸收吸收丙烯 而丙烯吸收塔的吸收剂为溶剂循环塔塔顶的循环溶剂 这 样 我们既减少分凝器的冷剂用量 又充分的利用了原料 2 环氧丙烷分离塔的萃取剂来自于溶剂分离塔塔底 这样省去了萃取剂的 费用 3 在副产物分离车间 通过加入一个初步除水塔 大大减少夹带剂苯的使 用和能耗 具有很好的节能效果 并且用于 PG 分离塔的苯并不需要纯度 因此
11、我们就不再需加入一个苯水分离塔 而直接用一个液液倾析器代替 这样就节省 了设备投资和能耗 2 4 2 4 主要设备设计主要设备设计 本项目的换热器设计与模拟借助Aspen Exchanger Design Rating完成 精 馏塔设计基于专业手册 行业标准以及Aspen Plus的数据结果 并用KG Tower 对塔盘设计作为人工设计的补充 并针对自己的设计的丙烯回收塔和固定管板式 换热器进行了详细的参数计算和机械核算 另外还离心泵 压缩机等仪器进行了 天津石化年产 10 万吨丙烯制环氧丙烷项目 设计 满足了既定的工艺要求 3 3 过程控制系统过程控制系统 本厂的控制模式为集中监测 分散控制
12、 设置中央控制室 采用现场总线控 制系统 FCS 集散控制系统 DCS 配合 对全厂的生产装置及相配套的公用工程 进行监控 对离心泵 压缩机 换热器 反应器等设备分别从温度 压力 流量 和液位等方面进行控制 现场仪表检测所得参数经总线送往中央控制室及全厂数 据网络 各装置间由现场总线串行 实现数据交换 由此实现对整个生产过程的 集中监视与自动控制 装置的安全联锁系统将由独立于DCS 系统的紧急停车系统 ESD 完成 ESD 主要用于加压精馏工艺系统安全联锁和压缩机系统安全联锁 图6 精馏塔控制系统 来自带控制点的工艺流程图 4 4 能量集成能量集成 基于夹点理论 结合热力学与系统工程知识 我们
13、采用 Aspen Plus Energy Analyzer 导入 Aspen plus 全流程模拟数据 将 Tmin 最小允许传热温差 设 为 20 得到过程的温焓图和过程的总组合曲线 然后利用 Aspen Energy Analyzer 的推荐设计功能得到两个初步的设计方案 由比较两个方案的换热器 设备个数和年度总投资费用可知方案二略优于方案一 于是我们初步拟定采用方 案二的换热网络 由此软件推荐的分离工序的换热网络方案并不是最优方案 因 其并没有考虑换热网络的回路的合并 因此可能会使得设备的投资费用增大 因 而对方案二的换热网络进行改进得到以下的换热网络方案 此项目的反应为强放 天津石化年
14、产 10 万吨丙烯制环氧丙烷项目 热反应 为保持温度在 50 左右 需要有大量冷却水不断带走反应产生的热量 故可显著降低热公用工程用量 公用工程需提供 13 9 MW 热量和 126 5 MW 冷量 系统集成最多可节约 55 1MW 能量 通过此热集成 能量消耗量可减少 39 2 图 7 能量集成网络 热公用工程 MW 冷公用工程 MW 匹配前能耗 MW 59 2 171 8 匹配后能耗 MW 13 9 126 5 节能率 76 523 26 37 表 2 能量集成节能情况 5 5 厂区布局设计 厂区布局设计 厂区总面积 38000 东西方向长 200m 南北方向长 190m 严格按照危险 处
15、于下风区的原则 将可能发生危险的罐区放置在下风区 而将生活区和行政管 理区安排在上风侧 防止由于意外泄漏或者发生爆炸事故 有害气体的排放受到 风向影响导致人员伤亡和财产损失 具体的布置为 西北区为罐区 东北区为装 卸台 机修楼 供电站等辅助生产区 西南区为生产区 包括分离车间和生产车 间 东南区为行政管理区和生活区 我们应用了一些软件来对厂区进行设计 包 括Auto CAD CAD Worx Autodesk 3D Plant等 天津石化年产 10 万吨丙烯制环氧丙烷项目 图 8 厂区平面图 图 9 厂区三维图 6 6 经济效益分析经济效益分析 序号序号 项目名称项目名称 数额数额 1 总成本
16、 万元 111695 33 2 固定成本 Cf 万元 7052 84 3 单位可变成本 Cv 元 吨 10444 82 4 单位产品价格 P 元 吨 12792 12 5 盈亏平衡点产量 Q 万吨 3 74 6 盈亏平衡点价格 P 元 吨 11569 98 7 盈亏平衡点生产能力利用率 E 35 2 表 3 厂区经济效益指标表 7 7 总结总结 Chem Band 团队为天津石化设计了一座承担以丙烯和过氧化氢为主要原料 年产 10 万吨的环氧丙烷生产项目的分厂 合成工艺采用大连理工大学研发的 HPPO 法工艺流程 在此项目中 我们以 Aspen Plus 7 3 完成了工艺流程的模拟 以 Aspen Energy Analyzer 完成了项目的换热网络和热量集成 并以 Exchanger Design Rating KG TOWER 完成了对换热器和塔设备的设计和选型 以 CAD2010 完成了项目的 PFD 和 P ID 图和车间的平立面布置图和厂区平面总图并 绘制了塔设备的装配图 以 AutoCAD 3D Plant 完成了三个车间的三维和配管设 天津石化年产 10 万吨丙烯制环氧
