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1、 温州大学化学工艺学课程设计 1.前言丁醇是重要的有机化工原料，广泛用于医药、印染、塑料、有机等领域。丁醇是生产丁酸、丁胺、醋酸丁酯和丙烯酸丁酯等多种有机化合物的原料。丁醇分为两类：正丁醇和异丁醇。正丁醇主要用来生产邻苯二甲酸二丁酯、丙烯酸丁酯等。可直接作为合成塑料、涂料、助剂等的原料，也是良好的溶剂之一，大部分正丁醇是用来合成酯类，产品有丙烯酸丁酯、醋酸丁酯、乙醇醚、增塑剂DBP等。丁醇在许多化工领域得到了广泛应用，在2000年之前，全球丁醇生产主要集中在美国、欧洲、日本等地，这些地区丁醇市场趋于成熟，生产能力过剩，需求增长趋缓，而亚洲等其他地区，由于缺口较大，需求增长较快。在中国，特别是改
2、革开放以来，随着石化工业的快速发展，对丁醇的需求越来越大，因而引进了国外先进技术，相继建成了一批大型乙烯生产装置，其中有的配套了代表国际先进水平的羰基合成丁醇生产装置，如齐鲁石化公司、吉林化纤工业公司及大庆石油化工总厂、北京化工四厂、扬子巴斯夫公司，总产能为145kt/年，由于下游需求的快速增长，尽管这几套装置都在加大负荷生产，丁醇的产量有很大提高，但一直不能满足下游实际生产的需求,因而对这几套装置进行扩能改造、或新建生产装置势在必行。2. 设计基础条件2.1原料简介丙烯（propylene,CH2=CHCH3）常温下为无色、稍带有甜味的气体。分子量42.08，密度0.5139g/cm3(20
3、/4)，冰点-185.3，沸点-47.4。易燃，爆炸极限为2%11%。不溶于水，溶于有机溶剂，是一种属低毒类物质。丙烯是三大合成材料的基本原料，主要用于生产丙烯腈、异丙烯、丙酮和环氧丙烷等。2.2产品简介本项目产品为正丁醇和异丁醇，均为重要的有机化工原料，在医药工业、塑料工业、有机工业、印染等方面具有广泛用途。2.2.1 正丁醇正丁醇是优良的有机溶剂，也可转化为丁醇衍生物作特种溶剂；可用于生产多种增塑剂，如邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、邻苯二甲酸丁苄酯（BBP）、邻苯二甲酸丁辛酯、己二酸二丁酯等；也可用于生产乙酸丁酯、丙烯丁酯、甲基丙烯酸丁酯等化工产品，其主要衍生物系及用途见图1-1。图1-1
4、正丁醇主要衍生物系及其用途2.2.2 异丁醇异丁醇可用于合成异丁胺、醋酸异丁酯等，也可用作硝基纤维素、乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、多种天然树脂、橡胶的溶剂，以及用作石油添加剂、抗氧剂、增塑剂等合成原料以及钽锂盐的提纯用试剂等，其主要衍生物系及其用途见图1-2。 图1-2 异丁醇主要衍生物系及其用途2.3生产规模 本项目年生产丁醇23.5万吨，其中正丁醇21.8万吨，异丁醇1.7万吨。2.4环境要求2.4.1废气处理在建厂施工期间，工程及运输车辆排放的尾气及扬尘，主要污染物有CO、CO2氮氧化合物及烟尘。在正常生产期间产生的主要废气包括：来自锅炉房的燃烧产生的废气、烟气的排放以及工厂管道的泄露。
5、治理措施在于预防为主，对设备定期的检修，工厂内种植净化效果好的树木植被等；治理为辅，应回收或综合利用，如不能回收或综合利用时，应采取措施使其符合排放标准。在选择废气治理方法时应避免产生二次污染。废气治理的方法有：除尘法、冷凝法、吸收法和直接燃烧法。车间空气中有害物质的最高允许浓度及大气污染物综合排放标准为GB16297-1996。2.4.2废液处理本厂的废液主要来源如下：1、反应釜底部三苯基膦铑催化剂液相循环久了会使催化剂活性降低，一部分为废催化剂，故需排出处理后才能继续使用。2、丁醇重组分蒸馏塔塔底的废水，含有一定量的杂醇、缩醇醛、高碳醇和丁酸丁酯，且废液量大，需要处理才能回用，水洗塔塔底的
6、废水中含有部分烃类和醇类，需处理才能回用或排放；3、生活污水，厂区内工人们生活污水。废水系统应根据水量、水温、污染物的性质和含量，以及废水和污染物被回收利用或处理的方法合理划分做到清污分流，采用循环利用或重复利用。另外，选择先进的生产工艺可以不产生或少产生废弃物及其它不良影响。改革工艺、提高产品得率、降低原料的消耗、减少排污量是废水处理的根本途径。废水治理基本方法有：隔油法、气浮法、沉淀法、耗氧生物处理，厌氧生物处理。 在施工场地建设临时导流沟，并在排放口前设置雨水缓冲池，将暴雨径流引至缓冲池充分沉淀后再排放至排水管道。采取上述施工后，加强施工期环境管理，可以有效地做好施工污水地防治，减轻对水
7、环境的影响。在施工场地设置循环水池，将设备冷却水降温后循环使用，以节约用水。设置沉淀池，将设备、车辆洗涤水简单处理后循环使用。2.4.3废渣处理本集成工厂的废渣主要来自固定床列管式反应器的废催化剂，另外废渣还包括生活垃圾。废渣处理一般采取焚烧或者填埋，本厂的废渣送至本厂的三废处理处。生活垃圾排至城市废渣处理，多数采取焚烧或者填埋方案。2.5公用工程宁波石化经济技术开发区内配备了整套齐全的基础设施，为园企业正常运行提供了重要保障。化工区配套设施见下表。项目内容供电园区电力由中国华东电网供应，建有35/110/220KV变电站，可实现不间断双回路供电，保证区内企业的安全运行。园区目前建成110KV
8、变电站2座（澥浦、南洪），220KV变电站1座（殿跟）。规划新建110KV变电站4座，220KV变电站2座供水工业用水一期80,000t/d,二期300,000t/d。生活用水10000t/d工业废水处理园区内宁波爱普环保有限公司目前的工业污水处理能力为10,000吨/天，扩建后总处理能力50,000吨/天。北区污水处理有限公司一期城市污水处理能力为100,000吨/天，2007年底已投入运行，未来处理能力可达到400,000吨/天；另有日处理工业污水能力为60,000吨/天（一期30000吨/天）的污水处理厂在建供热一期形成3130t/h次高压循环流化床锅炉、125MW抽凝式汽轮发电机组、1
9、12MW背压式发电机组等三炉二机（已运行），可供1.3-4.1Mpa蒸汽。二期形成6130t/h次高压循环流化床锅炉、225MW抽凝式汽轮发电机组、212MW背压式发电机组等六炉四机。工业气体可供氮气、氧气、氢气、二氧化碳、重整氢、一氧化碳等雨污分流目前处理能力：10000t/d，扩建后总处理能力50000t/d天然气园区内部建有天然气调压站，可为企业提供天然气消防设施配备抢险救援车，重型水罐车，进口泡沫车，大型水罐车（21吨），泡沫、干粉联用车，洗消车， 高喷车，后勤指挥车等应急指挥中心监控系统涵盖化工区仓储区、管廊和大企业的自备罐区等。承担公安、消防、环保、抢救、防汛防台和危险源监控等方面
10、的协调管理工作仓储液体灌区正在建设中，低温乙烯储罐：20,000立方米2，低温丙烯储罐：30,000立方米1，覆土式压力储槽：3,300立方米11，低温液氨储罐：20,000立方米1。镇海液体化学品码头内建有液化品罐区。油品罐容400,000立方米，液体化学品罐容 208,000立方米工业管廊输送化工原料的管廊已经建成通讯采用地下光缆，拥有程控电话，因特网络等设施危险废物处理日焚烧处理化工废渣10吨的高温焚烧炉;日处理10吨废有机溶剂3. 工作内容及要求3.1项目可行性论证3.1.1建设意义1、符合国家相关产业政策本项目符合有关的国民经济和社会发展总体规划，符合产业结构调整目录中鼓励类第九项中
11、的第二十条；采用先进工艺技术的大型基本有机化工原料生产；第二十七条：生产醇、醚燃料。2、进一步繁荣经济、带队地方经济的发展由于该项目生产的基础化工原料关联度高，对下游产业具有很大的带动作用。该项目的建设对园区及当地的经济发展起到强有用的带动作用，带动当地石化工业的复苏，拉长石化产业链，促进地方经济均衡发展。3.1.2建设规模本项目年生产丁醇23.5万吨，其中正丁醇21.8万吨，异丁醇1.7万吨。3.1.3技术方案丙烯制丁醇流程首先是将丙烯和合成气在搅拌式反应釜中生成混合丁醛，然后送至固定床反应器气相加氢生产正（异）丁醇，最后在精馏塔中将正丁醇和异丁醇分离。丙烯制丁醇流程如图2-1所示。图2-1
12、丙烯制丁醇流程示意图3.1.4厂址选择 本厂选择建设在宁波石化经济技术开发区。宁波石化经济技术开发区位于杭州湾南岸，宁波镇海区西北侧辽阔的海涂上，规划面积56.22平方公里。区内地势平坦，依江临海，水源充沛，环境容量大，自然条件优越，同时园区提供“九通一平”，配套设施齐全。宁波及周边地区经济的快速发展和宁波杭州湾大桥的建设给园区带来了无限商机和发展机会，具有发展石油化学工业得天独厚的优势。园区水陆交通便捷、四通八达，区域优势明显。园区距宁波市区仅14公里，距东方深水良港北仑港仅24公里，紧邻中国最大的液体化工码头。园区总规划面积56.22平方公里，化工区将本着外向型、高起点、跨世纪和持续、快速
13、、安全、健康的发展理念，按照建设现代化工园区的要求和化工行业的特点，努力营造一个高科技产业和支柱产业相对集聚、以大炼油和大乙烯项目为支撑、生产与生态均衡协调、可持续发展的世界一流的国家级石化产业基地。3.1.5社会及经济效益分析1）经济效益分析23.5万吨/年丁醇总投资约需21.03亿元，其中建设投资约需16.80亿元。资金筹措采取自筹和银行贷款相结合的方法，其中自筹6.53亿元，银行贷款14.5亿元。丙烯价格按9500元/吨，正丁醇价格按12500元/吨，异丁醇价格按11500元/吨。投产后年均销售收入约29.20亿元，年均利税约8.92亿元。2）社会效益分析本项目用NMP法抽提丁二烯，NM
14、P溶剂不仅无毒无刺激气味，其挥发量小，减少了经济损失，而且对设备无腐蚀性，降低了设备成本，NMP工艺的能源消耗较其他工艺都小，使得项目具有良好的环境效益和经济效益。生产过程中“三废”少，并且都采取了综合治理的相应的处理措施，因此装置对周边环境影响较小，有利于环境保护。本项目的建立可提供部分就业机会，从而缓解了企业和社会的负担。坚持走新型工业化道路，大力推进石油化工产业化进程，为我国的C4的综合利用可持续发展做出新的贡献。3.2工艺流程设计3.2.1工艺方案选择及论证所谓工艺技术路线，就是把原料加工成为产品的方法，包括工艺流程、生产方法、工艺设备和技术方案等。工艺技术路线的选择就是要在各种可能的
15、工艺技术路线中，经过比较确定一条效果最好的工艺技术路线为拟建项目采用。工艺技术路线影响到项目的投资、产品的成本、产品的质量、劳动条件、环境保护等各个方面，因而决定了项目投资后的经济效益和社会效益。项目投资后的效益如何，其实是工艺技术路线选择的必然结果，能否选到好的工艺技术路线，是项目能否成功的关键，所以，工艺技术路线的选择是项目可行性研究工作的核心。工艺技术方案的比较1、UCC/Daw/Johnson Mattey低压羰基合成工艺美国UCC和英国Davy及Johnson Mattey 3家公司共同开发的铑催化剂低压羰基合成技术，简称UCC/Davy法或U.D.J法，于1976年工业化装置投入生产，目前世界约60%左右的丁醇装置采用该技术。该工艺依据羰基合成催化剂循环方式的不同又分为气相循环工艺和液相循环工艺。液相循环工艺于1984年投入工业化应用。与气相循环工艺相比，液相循环工艺将两台并联反应器操作改为两台串联操作，不仅增大了反应器的容积利用率，而且加快了反应速率，可使同样大小反应器的能力提高50%80%。采用液相循环工艺已在世界建成若干套生产装置。UCC/Davy低压羰基合成工艺原料消耗低、产物正异构比较高，反应压力低、操作容易，物料对设备腐蚀低，流程短，设备较少，投资低。液相循环工艺问世后，生产效率
