化工過程設(shè)計作業(yè)概要.doc

化工學(xué)院 2012級 生物工程1班 李軒 3012207252天津市南港化工生態(tài)園區(qū)的構(gòu)建方案目 錄一.設(shè)計項目簡介二.設(shè)計內(nèi)容分析1.年生產(chǎn)能力1750萬噸石油煉制2.乙烯生產(chǎn)能力123萬噸3.聚乙烯(PE)生產(chǎn)能力16萬噸 4.聚丙烯6萬噸5.環(huán)氧乙烷/乙二醇生產(chǎn)能力3.3/6.3萬噸/年6.對苯二甲酸生產(chǎn)能力30萬噸/年7.純苯14萬噸 8.聚碳酸酯工程塑料（PC）生產(chǎn)能力20萬噸三.合成工藝流程分析和選擇及草圖繪制四.安全性與生態(tài)性分析五. 物質(zhì)集成鏈、能量鏈與產(chǎn)品鏈和資源設(shè)備信息共享六. 系統(tǒng)穩(wěn)定與區(qū)域整合一.設(shè)計項目簡介天津市南港工業(yè)區(qū)是以發(fā)展石油化工、冶金及重型裝備制造產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)，以承接重大產(chǎn)業(yè)項目為重點，以現(xiàn)代港口物流業(yè)為支撐，建成綜合性、一體化的現(xiàn)代工業(yè)港區(qū)。南港工業(yè)區(qū)化工生態(tài)工業(yè)園的設(shè)計生產(chǎn)能力為：l 年煉油生產(chǎn)能力1750萬噸l 乙烯生產(chǎn)能力123萬噸l 聚乙烯生產(chǎn)能力16萬噸l 聚丙烯6萬噸l 環(huán)氧乙烷/乙二醇生產(chǎn)能力3.3/6.3萬噸l 對苯二甲酸生產(chǎn)能力30萬噸l 純苯14萬噸l 聚碳酸酯工程塑料（PC）生產(chǎn)能力20萬噸結(jié)合化工過程設(shè)計概論課程所講內(nèi)容，提出南港化工生態(tài)工業(yè)園區(qū)（優(yōu)化的產(chǎn)業(yè)鏈、能量鏈與產(chǎn)品鏈）的構(gòu)建方案，以盡可能達到節(jié)能降耗減排（二氧化碳等廢氣）、原子經(jīng)濟性（變廢為寶、循環(huán)利用等）、零排放（環(huán)境友好）目標。二.設(shè)計內(nèi)容分析不難看出，南港區(qū)化工項目是以石油煉制和石油化工為主導(dǎo)的，而且石油化工的原料主要是石油煉制過程中所得到的石油餾分和煉廠氣。那么我們就應(yīng)該從石油煉制為起點，將煉油廠和石油化工廠進行聯(lián)合，組成石油、化工聯(lián)合工業(yè)園區(qū)，利用燃油廠提供的餾分油、煉廠氣為原料，生產(chǎn)各種基本有機化工產(chǎn)品和三大合成材料。1.年生產(chǎn)能力1750萬噸石油煉制在不同的地域出產(chǎn)的原油中，各組烴類含量相差較大，在同一種原油中，各組烴類在各個餾分中的分布也有很大差異。并且原油的組成和性質(zhì)對石油化工生產(chǎn)影響很大，對于以烯烴及其衍生物為主要產(chǎn)品的生產(chǎn)，應(yīng)盡量選用富含直鏈烷烴的烷基原油作原料，而不宜用環(huán)烷基原油。我國所產(chǎn)石油大多屬于直鏈烷烴石油，對于提高烯烴及其衍生物生產(chǎn)率大有裨益。原油一次加工原油預(yù)處理原油中含有少量的泥沙和鐵銹等固體雜質(zhì)以及水和各種油溶性鹽等。為了減少石油煉制過程中的能量消耗，穩(wěn)定蒸餾塔內(nèi)蒸餾操作減輕對鋼質(zhì)蒸餾塔的腐蝕及管路的結(jié)鹽堵塞，并減少二次加工過程的影響，必須對原油進行脫鹽脫水預(yù)處理。原油的常壓蒸餾在常壓下，將原有預(yù)熱至200240后送入初餾塔，塔頂蒸出大部分輕汽油，塔底油送至常壓加熱爐加熱至360370進入常壓塔。常壓塔塔頂汽油餾分與初餾塔的輕汽油合并，稱為直餾汽油，可作為催化重整生產(chǎn)芳烴的原料，也是裂解制取乙烯的重要原料。從常壓塔側(cè)線出抽出其他不同沸點范圍的餾分：航空煤油餾分，輕柴油餾分，重柴油餾分。原油的減壓蒸餾常壓塔底產(chǎn)物是常壓重油。要想從重油中分離出裂化原料和潤滑油餾分等各種高沸點餾分，且不破壞產(chǎn)品的質(zhì)量和收率，就必須對其進行減壓蒸餾，是高沸點餾分在較低的溫度下汽化，以避免高沸點餾分的分解。原油二次加工原油的二次加工有催化裂化、加氫裂化、延遲焦化、催化重整、烷基化、油品加氫精制、電化學(xué)精制以及潤滑油加工裝置等。其目的在于提高輕質(zhì)油收率，提高油品質(zhì)量，增加油品品種以及提高煉油廠的經(jīng)濟效益。通過二次加工，主要可獲得各種小分子烴類。原油常、減壓蒸餾工藝流程如圖1所示。 原油三次加工三次加工主要是件煉廠氣進一步加工生產(chǎn)高辛烷值汽油和各種化學(xué)品的過程，包括石油烴烷基化、異構(gòu)化、烯烴疊合等。因此，我們可以考慮將煉油產(chǎn)和石油化工廠聯(lián)合，組成石油化工聯(lián)合企業(yè)，利用燃油廠提供的餾分油、煉廠氣為原料，生產(chǎn)各種基本有機化工產(chǎn)品和三大合成材料。分析通過上面的分析，我們可以考慮使原油依次經(jīng)過初餾塔、常壓加熱爐、常壓塔、減壓加熱爐、減壓塔，依次完成對原油的預(yù)處理、常壓蒸餾和減壓蒸餾，并對各餾分進行相應(yīng)的產(chǎn)品化處理，得到直餾汽油、石腦油、航空煤油、輕柴油、重柴油、及減壓渣油。其中石腦油引到石油化工廠進行脫硫、催化重整后，可分離得到苯、甲苯、二甲苯、氫氣以及重整汽油直餾煤油和直餾柴油的部分流股引出進行裂解后，也可得到苯、甲苯、二甲苯以及小分子烯烴，在后續(xù)生產(chǎn)過程中作為原料使用。另外，通過對其他餾分如減壓柴油、煉廠氣等的二次加工可以得到各種所需的烴類產(chǎn)品。乙烯生產(chǎn)能力123萬噸乙烯可通過直餾汽油、直餾煤油等餾分的裂解、分離處理得到。考慮到要達到123萬噸/年的乙烯生產(chǎn)能力，以及16萬噸的聚乙烯生產(chǎn)能力，這意味著必須要達到乙烯的實際生產(chǎn)能力要達到139萬噸/年。這是一個非常大的產(chǎn)量，而且是在1750萬噸/年的煉油能力基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。因此，可將減壓柴油進行加氫處理，然后再催化裂解生產(chǎn)乙烯。另外，聚丙烯生產(chǎn)過程中所要用到的原料丙烯也可通過與乙烯生產(chǎn)類似的途徑制得，只是在分離過程中的分離條件略有區(qū)別。烴類裂解是石油系原料中的較大分子的烴類在高溫下發(fā)生斷鏈反應(yīng)和脫氫反應(yīng)生成較小分子的乙烯和丙烯的過程。它包括脫氫、斷鏈、異構(gòu)化、脫氫環(huán)化、芳構(gòu)化、脫烷基化、聚合、縮合和焦化等諸多反應(yīng)，十分復(fù)雜，所以裂解是許多化學(xué)反應(yīng)的綜合過程。一般通過烴類裂解過程的一次反應(yīng)高溫裂解實現(xiàn)乙烯和丙烯的生產(chǎn)，主要包括烷烴的斷鏈反應(yīng)、脫氫反應(yīng)，烯烴的斷鏈反應(yīng)，以及環(huán)烷烴的開環(huán)裂解反應(yīng)。3.聚乙烯(PE)生產(chǎn)能力16萬噸聚乙烯樹脂(PE)是通用合成樹脂中產(chǎn)量最大的品種，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、包裝以及日常工業(yè)中具有廣泛的用途。近年來，在各工藝技術(shù)并存的同時，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。PE主要合成工藝比較詳見表 1。表1列出了4種有競爭力的PE生產(chǎn)工藝高壓法、淤漿法、溶液法及氣相法。綜合比較看出:高壓法需特別技術(shù)與設(shè)備，操作壓力高(150400MPa)，投資大,近年來盡管LDPE市場受LLDPE沖擊,但LDPE以其透光性、柔軟性及加工性好仍具有一定競爭力,其工藝技術(shù)仍在開發(fā)之中。淤漿法和溶液法都使用溶劑,生產(chǎn)成本高,生產(chǎn)能力受到限制。淤漿聚合中的一些低密度聚合物在溶劑中溶解度大,溶脹后使反應(yīng)體系粘度增大,導(dǎo)致操作困難溶液法生產(chǎn)高分子量產(chǎn)品時溶液粘度增大,攪拌困難，限制了生產(chǎn)能力的提高。氣相流化床工藝由于不受溶液法中粘度的限制和淤漿法中溶解度的限制、投資和操作費用低、原料及公用工程消耗低、產(chǎn)品范圍廣、操作彈性大等優(yōu)點而發(fā)展迅速,目前新建裝置約70%采用氣相法工藝。這是PE工藝的發(fā)展方向。流化床工藝可生產(chǎn)HDPE和LLDPE,尤其是LLDPE在主鏈旁生成短支鏈,結(jié)晶度比LDPE高,填補了HDPE和LDPE之間的性能空白帶,LLDPE與LDPE相比有優(yōu)異的抗刺穿性、抗沖擊性及抗拉伸性能，可廣泛用于薄膜,如包裝、襯里膜及農(nóng)膜。另外LLDPE比LDPE抗撕裂強度高,可用于模塑及管材等領(lǐng)域故LLDPE在近20年來消費量增長迅速。氣相流化床工藝可生產(chǎn)熔融流動指數(shù) (MFI從100)和密度(890970kg/m3)范圍非常寬的產(chǎn)品，從70年代初開始迅速成為PE主導(dǎo)工藝，目前(2000年),單線最大生產(chǎn)能力已達0.45Mt/a。因此從上述PE工藝比較看出,氣相流化床工藝是PE工藝中最具競爭力的生產(chǎn)工藝，也是未來的發(fā)展方向，加之采用茂金屬催化劑，其市場競爭力將更強。綜合上述分析,我們可以將聚乙烯生產(chǎn)工藝確定為采用茂金屬催化劑催化的氣相流化床工藝。4.聚丙烯6萬噸 聚丙烯樹脂是全球發(fā)展最快的熱塑性樹脂之一，全球消費量目前僅次于線形低密度聚乙烯(LLDPE)。不斷增加的市場需求不但加快了PP裝置的投資建設(shè)也推動了PP技術(shù)的開發(fā)這些開發(fā)主要集中于新催化劑、新工藝和新產(chǎn)品的研究。催化劑技術(shù)進展發(fā)揮先導(dǎo)作用傳統(tǒng)催化劑傳統(tǒng)的聚丙烯催化劑如Ziegler-Natta催化劑一直在不斷發(fā)展。Z/N催化劑近期的主要發(fā)展是拓寬Z/N催化劑體系的產(chǎn)品范圍和開發(fā)給電子體系。主要表現(xiàn)在如下方面：能夠在反應(yīng)器中不經(jīng)減黏裂化得到高熔融流動指數(shù)(MFR)的產(chǎn)品;通過改進催化劑，提高聚合物的結(jié)晶性和等規(guī)度;生產(chǎn)剛性更好的產(chǎn)品;降低產(chǎn)品的熱封溫度;改進光學(xué)性能;采用兩段聚合雙峰樹脂生產(chǎn)技術(shù)使聚丙烯樹脂的分子量分布更寬，使產(chǎn)品具有最優(yōu)的剛性和抗沖擊性能的綜合性能;用兩個均聚反應(yīng)器組成的反應(yīng)器體系可以生產(chǎn)分散度為3.210的產(chǎn)品;產(chǎn)品的撓曲模量可以達到2300MPa以上。另外，傳統(tǒng)Z/N催化劑和茂金屬的混合催化劑體系也將有所發(fā)展，目前的主要發(fā)展是在單個反應(yīng)器中生產(chǎn)雙峰分布或多峰分布的樹脂，工藝更容易控制，分子量分布更穩(wěn)定共聚產(chǎn)品的柔韌性更好。茂金屬催化劑茂金屬催化劑是20世紀90年代以來最受關(guān)注的烯烴聚合催化劑。茂金屬催化劑的工業(yè)化為生產(chǎn)物理機械性能明顯改進的聚丙烯樹脂創(chuàng)造了條件如可生產(chǎn)超剛性等規(guī)聚丙烯、高透明的間規(guī)聚丙烯、等規(guī)聚丙烯和間規(guī)聚丙烯的共混物及超高性能的聚丙烯抗沖共聚物。非茂金屬單活性中心催化劑近幾年才開始發(fā)展的非茂金屬單活性中心催化劑由于具有合成相對簡單,產(chǎn)率高且有利于降低催化劑成本，可以生產(chǎn)多種聚烯烴產(chǎn)品的特點，預(yù)計將是今后若干年的研究熱點。聚合工藝向簡化流程方向發(fā)展自1957年聚丙烯商業(yè)化投產(chǎn)以來，聚丙烯催化劑和工藝技術(shù)的進步及產(chǎn)品應(yīng)用的不斷開發(fā)，使聚丙烯成為全世界范圍內(nèi)最有活力的聚合物之一。在7080年代開發(fā)了高活性和高等規(guī)度的催化劑，使聚丙烯工藝技術(shù)得到很大發(fā)展,簡化了流程，省去了脫除催化劑殘渣和副產(chǎn)品無規(guī)聚合物等工序。同時催化劑和工藝技術(shù)等各方面的改進使裝置的投資和生產(chǎn)成本不斷下降,企業(yè)效益不斷改善,世界上許多聚丙烯工業(yè)公司都發(fā)展了自己的專有技術(shù)。PP生產(chǎn)工藝主要分為淤漿法，本體法、氣相法及液相本體和氣相相結(jié)合的工藝。在20世紀80年代前，占主導(dǎo)地位的PP工藝是溶劑淤漿聚合工藝，但目前溶劑淤漿法由于工藝長,操作復(fù)雜和能耗高等原因已被逐漸淘汰，而氣相和本體法顯現(xiàn)了旺盛的生命力。近幾年新上的PP裝置幾乎90以上都是氣相和本體聚合工藝,而這些氣相和本體聚合工藝新的發(fā)展趨勢就是大型化,目前各工藝大都接近4010t/a的生產(chǎn)能力;另一個就是不斷優(yōu)化工藝流程、設(shè)備布置和控制系統(tǒng)使工藝投資更低、產(chǎn)品質(zhì)量更好,產(chǎn)品單耗和能耗更低。下面表2是對幾種典型工藝及其最新進展進行分析。生產(chǎn)裝置大型化減低能耗和最大限度生產(chǎn)高性能化的產(chǎn)品,是PP成套技術(shù)的發(fā)展方向。因此考慮到提高生產(chǎn)能力，進一步減低PP產(chǎn)品的能耗和單耗,降低生產(chǎn)成本,提高工藝的市場競爭力,以及技術(shù)上可行、工藝上合理、確保健康、安全、環(huán)保的基礎(chǔ)上,宜選用氣相本體法進行合成。5.環(huán)氧乙烷/乙二醇生產(chǎn)能力3.3/6.3萬噸/年環(huán)氧乙烷合成工業(yè)上生產(chǎn)環(huán)氧乙烷有兩種方法,其一是氯醇法,其二是乙烯直接氧化法。氯醇法于70年代在世界范圍內(nèi)已被淘汰，目前只有少數(shù)發(fā)展中國家有少量生產(chǎn)。乙烯直接氧化法又分為空氣氧化法及氧氣氧化法,由于氧氣氧化法具有環(huán)氧乙烷收率高,成本低,裝置投資少等優(yōu)點,逐漸取代了空氣氧化法而成為占絕對優(yōu)勢的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)氧乙烷方法。因此,在這里,考慮到綠色環(huán)保的因素,我們直接排除對氯醇法的考慮,使用氧氣氧化法進行生產(chǎn)?？紤]到后面乙二醇的生產(chǎn)是以環(huán)氧乙烷為原料進行的,故應(yīng)使環(huán)氧乙烷的年生產(chǎn)能力達到7.8萬噸。 乙烯氣化過程可分為深度氧化及有選擇性的氧化兩種反應(yīng)，前者直接生成二氧化碳和水，后者可有選擇地氧化成環(huán)氧乙烷，所適用的催化劑為銀。在銀催化劑作用下乙烯有選擇性地發(fā)生氧化反應(yīng)其主副反應(yīng)如下:乙烯氧化是強放熱反應(yīng),尤其深度氧化反應(yīng),為選擇性氧化反應(yīng)放熱的十多倍。因此催化劑的選擇性非常重要,否則會因副反應(yīng)進行而引起操作條件的惡化,甚至變得無法控制,造成反應(yīng)器“飛溫”事故。在乙始直接氧化制環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)工藝中原料乙烯消耗占環(huán)氧乙烷生產(chǎn)成本的2/3,因此,降低乙烯消耗,或者說提高催化劑的活性和選擇性是提高過程經(jīng)濟效益的最有效手段。因此致力于銀催化劑的研究,包括活性組分、制造方法、載體、測試評價方法等一直是非?；钴S的領(lǐng)域。乙二醇合成乙二醇是石油化工的重要原料,是乙烯的重要衍生物之一,也是二元醉中產(chǎn)量最大的產(chǎn)品，其用途很廣泛,是生產(chǎn)合成纖維、塑料、油漆、膠黏劑、表面活性劑、炸藥等產(chǎn)品不可缺少的物質(zhì),也可直接用作溶劑、防凍劑等。生產(chǎn)乙二醇有很多途徑,可采用不同的原料和不同的方法進行生產(chǎn),通常以乙烯和合成氣為原料。以乙烯為原料常通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為二氯乙烷、氯乙醇、環(huán)氧乙烷、乙二醇單醋酸酯,乙二醇二醋酸酯等物質(zhì),通過它們的水解即可得乙二醇。亦可由合成氣(CO,H2)通過化學(xué)反應(yīng)生成乙二醇。由乙烯直接氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，再由環(huán)氧乙烷催化水合生產(chǎn)乙二醇的方法是目前世界各國普遍采用生產(chǎn)乙二醇的方法。但這條工藝路線由于乙烯氧化生成環(huán)氧乙烷的選擇性較低，使乙烯的消耗定額高，而且進一步提高選擇性的困難較大。因而隨著合成纖維及塑料生產(chǎn)的迅速發(fā)展，對乙二醇需要量的不斷增加，同時也由于石油資源的限制及石油價格的上漲，促進了以合成氣為原料生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)，從目前研究情況看，許多合成乙二醇的過程均可與傳統(tǒng)的乙烯直接氧化再水合的工藝相爭。結(jié)合本生產(chǎn)項目的實際，在前面的工藝步驟中已經(jīng)制備出環(huán)氧乙烷，因此考慮直接以環(huán)氧乙烷為原料，直接水合生產(chǎn)乙二醇。在液相中，環(huán)氧乙烷與水反應(yīng)即可生成乙二醇：在通常條件下，此反應(yīng)進行得很慢，無工業(yè)價值，要使反應(yīng)較快進行，就必須升溫或使用催化劑。目前環(huán)氧乙烷催化水合生產(chǎn)乙二醇的方法主要有：液相酸催化水合法，陽離子交換樹脂水合法，加壓水合法等。6.對苯二甲酸生產(chǎn)能力30萬噸/年對苯二甲酸(TA)是一種重要的、具有廣闊應(yīng)用前景的基礎(chǔ)化工原料，廣泛應(yīng)用于化工和聚酯工業(yè)生產(chǎn)中。TA工業(yè)上傳統(tǒng)生產(chǎn)方法主要以對二甲苯為原料、金屬鹵化物為催化劑的液相空氣氧化技術(shù)，但此技術(shù)會產(chǎn)生重金屬污染物，且鹵化物腐蝕設(shè)備。20世紀50年代以來，國外相繼開發(fā)了幾種非硝酸氧化法合成TA的新工藝，例如英國諾丁漢大學(xué)與杜邦聚酯技術(shù)公司合作，開發(fā)了在超臨界水中從對二甲苯生產(chǎn)TA的連續(xù)法綠色工藝。下面首先就當前主要的對苯二甲酸的合成方法作簡要說明。 上述合成方法中，有幾種是以對二甲苯為原料的合成TA方法，還有幾種是以其它原料合成TA的方法。其中液相氧化法技術(shù)已日趨成熟，是現(xiàn)在主要工業(yè)生產(chǎn)方法，缺點是使用了有毒催化劑，不符合綠色化學(xué)標準。加氫精制法特點是溶劑損失很小，能有效控制結(jié)晶的粒徑大小，生產(chǎn)成本較低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。該方法是目前世界上TA生產(chǎn)的主要方法，目前裝置產(chǎn)能占世界TA總量的80以上。精密氧化法的缺點是溶劑醋酸(HAc)的消耗量比較大。其生產(chǎn)的MTA用于生產(chǎn)聚酯，對聚合反應(yīng)要求較高，要添加某些助劑來封閉醛基。 超臨界法使用無毒溶劑代替環(huán)境不友好的有機溶劑，是實現(xiàn)綠色化學(xué)的有前景的方法之一。以前對合成TA的經(jīng)濟性評估有又很多，Jennifer等對高溫水中合成對苯二甲酸的經(jīng)濟性和環(huán)保性做了最新評估。結(jié)果顯示這兩種方法的總投資基本相同。但由于高溫水氧化法可以減少污染物(如溴)的排放，所以它作為乙酸法合成對苯二甲酸的替代法前景非常樂觀。消極的方面，基于超臨界水的過程涉及高溫水，需要動力成本消耗，還存在反應(yīng)器材料的腐蝕問題，而且如果將這個過程用于商業(yè)目的，需要進一步研究，必須使得對苯二甲酸的收率高于文獻報道的值。生物酶氧化法優(yōu)勢在于在相對溫和的條件下進行且?guī)缀醪划a(chǎn)生廢物，前景非常樂觀，但需要克服一些技術(shù)上的困難?，F(xiàn)行合成TA所用的無機催化劑都是在高溫高壓的操作條件下，而且產(chǎn)生大量的重金屬廢物。而酶氧化法在相對溫和的條件下進行且?guī)缀醪划a(chǎn)生廢物。但生物轉(zhuǎn)化對二甲苯的現(xiàn)行系統(tǒng)還不能工業(yè)化，它存在兩個缺點：1)理論上的限制就是對二甲苯的第二個甲基不能被氧化，過氧化氫會減弱CPO的活性：2)系統(tǒng)中的對二甲苯在水中的溶解度小。目前的研究表明這些技術(shù)上的困難在將來有可能被克服。本項目中要實現(xiàn)對苯二甲酸年產(chǎn)量30萬噸的設(shè)計，本著經(jīng)濟合理并且綠色環(huán)保的設(shè)計要求，宜選擇加氫精制法進行合成。該工藝以石油煉制二次加工裂解抽提出的對甲苯為原料，分為粗對苯二甲酸生產(chǎn)(即圖2中的步驟3a)及其精制(即圖2中的步驟4)兩部分。它是以Co2+-Mn2+-Br為催化劑，乙酸為溶劑，空氣為氧化劑，將對二甲苯氧化成對苯二甲酸。在對二甲苯生成TA同時，還產(chǎn)生了一部分副產(chǎn)品，如4羧基苯甲醛(4-CBA)、對甲苯甲酸、苯甲酸和間苯二甲酸等，所有這些雜質(zhì)除4-CBA以外都經(jīng)過結(jié)晶、過濾處理除掉。精制段是以水為溶劑，將雜質(zhì)4-CBA加氫催化轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品TA。由于加氫精制法成為合成對苯二甲酸的主要工業(yè)方法，所以一直以來人們致力于對此法的反應(yīng)條件和催化劑的研究，因此在技術(shù)上、設(shè)備上更加成熟可行。純苯14萬噸苯是重要的石油化工原料，產(chǎn)量大，來源廣泛?，F(xiàn)在工業(yè)上有多種生產(chǎn)苯的方法，其一為煤煉焦過程副產(chǎn)的輕焦油，歷史上曾是唯一的工業(yè)來源，隨著苯的需要量增加，石油苯的出現(xiàn)，煤焦油苯已降為次要地位。原油中僅含有少量的苯及其它芳烴，沒有分離的價值，石油必須經(jīng)各種加工后才能得到含苯等芳烴的餾分，再經(jīng)分離提純得到高純度的苯。其中最主要的方法是催化重整過程及由石油餾分裂解生產(chǎn)乙烯過程副產(chǎn)焦油分離苯。石油芳烴是目前及將來相當長時期內(nèi)苯的主要來源，其中以催化重整生產(chǎn)芳烴為主要工藝。但催化重整生成的芳烴中苯的收率較低，甲苯及二甲苯的收率較高，催化重整的發(fā)展規(guī)模常受到直餾汽油供應(yīng)量的限制。因此，各煉油廠多利用二次加工汽油加氫處理后作為催化重整的原料以擴大其原料來源，以期增產(chǎn)芳烴。與此同時在連續(xù)催化重整技術(shù)的基礎(chǔ)上催化芳構(gòu)化技術(shù)應(yīng)運而生，其特點是可以利用丙烷、丁烷等輕質(zhì)烴、以及劣質(zhì)油品生產(chǎn)芳烴，從而大大擴大了石油芳烴的原料來源。其次是乙烯工廠的副產(chǎn)裂解焦油，其中苯含量較其它芳烴高。生產(chǎn)乙烯的原料和裂解條件不同，乙烯收率不同，裂解焦油的組成以及苯等芳烴收率也不同。因此，苯的來源和規(guī)模受到乙烯裝置裂解原料的制約。裂解焦油組成復(fù)雜，含不飽和化合物較多，必須經(jīng)過加氫才能作為進一步分離芳烴或脫烷基制苯的原料。苯和二甲苯是芳烴中需要量較大的產(chǎn)品，甲苯則較少，因此甲苯脫烷基歧化將其轉(zhuǎn)化為苯和二甲苯，滿足了市場的需要。甲苯脫烷基制苯有熱脫烷基法與催化脫烷基法。熱脫烷基法反應(yīng)溫度較高，過程無需催化劑，空速大、反應(yīng)器體積小，運轉(zhuǎn)周期長，可達一年以上，對原料的適應(yīng)性強，允許原料中芳烴含量可低達30%，補充氫的雜質(zhì)含量不受限制，氫耗低，產(chǎn)品苯的純度高，因此較催化脫烷基優(yōu)越，廣泛被采用。甲苯歧化及烷基轉(zhuǎn)移雖增加二甲苯的收率，但卻減少了苯的收率，因此要考慮二者間的供需平衡，實現(xiàn)本項目中苯的生產(chǎn)需求和對苯二甲酸生產(chǎn)過程中對二甲苯的需求。聚碳酸酯工程塑料（PC）生產(chǎn)能力20萬噸聚碳酸酯(Polycarbonate，簡稱PC)作為一種綜合性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，具有突出的抗沖擊性能、耐蠕變性能、較高的抗張強度、抗彎曲強度、伸長率和剛性，并具有較高的耐熱性和耐寒性，可在-100140溫度范圍內(nèi)使用，電性能優(yōu)良、吸水率低、透光性好。由于性能優(yōu)異，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，已進入到汽車、電子電氣、建筑、辦公設(shè)備、包裝、運動器械、醫(yī)療保健、家庭用品等領(lǐng)域，而且正迅速地擴展到航空、航天、電子計算機、光盤等高新技術(shù)領(lǐng)域，尤其在光盤的應(yīng)用上發(fā)展更快。PC工業(yè)化生產(chǎn)工藝主要分為兩大類。第一類是使用光氣的生產(chǎn)工藝。第二類是完全不使用光氣的生產(chǎn)工藝。截止2004年底，全世界PC總生產(chǎn)能力接近3.0Mt/a。其中，光氣法PC生產(chǎn)工藝約占總生產(chǎn)能力的90。除美國GE公司少部分生產(chǎn)裝置(生產(chǎn)能力約170kt/a)和中國臺灣奇美公司65kt/a生產(chǎn)裝置外，世界其他PC生產(chǎn)裝置全部使用光氣作為生產(chǎn)原料。但該方法要使用劇毒的光氣 (COCl2)，而且還有許多環(huán)境和經(jīng)濟方面的不足，不符合環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展的社會潮流。近年來，全世界環(huán)境保護呼聲日益高漲，各國都相繼頒布了更為嚴厲的環(huán)保法規(guī)，相應(yīng)的排放標準也更為苛刻，光氣法必然會被逐漸淘汰。因此，發(fā)展一種環(huán)境友好、經(jīng)濟效益高的合成方法，成為綠色化學(xué)迫切需要解決的問題。 作為南港化工生態(tài)工業(yè)園區(qū)新上馬的年產(chǎn)20萬噸超大規(guī)模雙酚A型聚碳酸酯項目，環(huán)保問題不容忽視。本著技術(shù)可行、經(jīng)濟合理、環(huán)境友好以及安全生產(chǎn)的宗旨，我們應(yīng)該選取更為綠色的非光氣法生產(chǎn)工藝。下面就對非光氣法生產(chǎn)工藝作簡要闡述。以碳酸二甲酯(DMC)和苯酚作為原料生產(chǎn)DPC，可以完全避免使用劇毒的光氣。反應(yīng)式如下所示：反應(yīng)在串連的雙塔中進行。苯酚從第一塔的中上部進料，新鮮的DMC以及從第二塔循環(huán)回來的部分物料混合后在中下部進料，通過反應(yīng)精餾，在第一塔的底部采出甲基苯基碳酸酯進入第二塔中部，甲醇和少量DMC由第一塔上部蒸出。在第二塔中，甲基苯基碳酸酯經(jīng)過自身的酯交換反應(yīng)，生成的DPC由塔底抽出，DMC從塔頂抽出后循環(huán)回第一塔重新參加反應(yīng)。其中DPC的原料DMC工業(yè)化生產(chǎn)工藝主要有酯交換法和甲醇羰基氧化法。酯交換法是以CO2為原料生產(chǎn)PC的工藝流程：先以CO2、環(huán)氧乙烷為原料，在氣相條件下，通過高壓和催化劑作用生產(chǎn)碳酸乙烯酯(EC)，然后EC和甲醇進行酯交換反應(yīng)生產(chǎn)DMC。DMC再和苯酚進行酯交換反應(yīng)生產(chǎn)DPC，副產(chǎn)物乙二醇可以作為聚合級PC原料出售。反應(yīng)式如下所示：該工藝已有生產(chǎn)能力約65kt/a的工業(yè)裝置(2006年，以DMC計)，原料CO2可以是環(huán)氧乙烷/乙二醇(EO/EG)裝置的副產(chǎn)物。除此之外，乙二醇通過此方法生產(chǎn)，與傳統(tǒng)的蒸餾提純工藝相比，可以節(jié)約大量蒸汽耗量。 非光氣法PC工藝完全擺脫使用劇毒的光氣作為生產(chǎn)原料。同時聚合階段采用本體聚合，不用溶劑，主要原料是CO(來自氣化裝置)、CO2(來自乙二醇排放氣)，具有成本低、容易得到等優(yōu)點。主要缺點是，由于后期的熔融縮聚反應(yīng)時體系黏度逐漸增大。導(dǎo)致體系中小分子物質(zhì)排放困難，因此設(shè)備較復(fù)雜，工藝操作要求高。甲醇羰基氧化法是以CO和甲醇為原料，通過甲醇羰基氧化法生產(chǎn)DMC。甲醇羰基氧化法的成熟工藝有意大利Enichem公司的液相催化工藝和日本宇部公司氣相催化工藝，催化劑分別是CuC12和CuC12、NO。液相工藝的主要缺點是設(shè)備腐蝕問題，甲醇最大轉(zhuǎn)化率98；氣相工藝是20世紀90年代的新技術(shù)，甲醇轉(zhuǎn)化接近100。GE公司的非光氣法PC裝置采用以CO為原料合成DMC的工藝，然后再合成DPC,最后通過DPC和雙酚A熔融縮聚反應(yīng)生產(chǎn)PC。綜合考慮項目生產(chǎn)實際以及綠色生產(chǎn)的要求,我們決定應(yīng)該采用非關(guān)起發(fā)進行生產(chǎn)。以碳酸二甲酯(DMC)和苯酚作為原料生產(chǎn)DPC，而DMC的生產(chǎn)工藝宜采用酯交換法進行，這樣可以充分利用前面環(huán)氧乙烷的合成。三.合成工藝流程分析和選擇及草圖繪制下面對各產(chǎn)物的合成工藝逐個列出。四.安全性與生態(tài)性分析生態(tài)工業(yè)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)該遵循減量化原則、再利用原則、再資源化原則這三個原則。 減量化原則注重將產(chǎn)品靈活化，根據(jù)消費的功能需求來優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，開發(fā)出性能更好、更加“靈巧”的產(chǎn)品或技術(shù)，以此減少資源和能源的消耗。在減量化原則中，要遵循物質(zhì)轉(zhuǎn)化中低物耗、低能耗工藝優(yōu)先的原則，使資源的利用率達到最高。 再利用原則指的是重要元素在工業(yè)系統(tǒng)中的循環(huán)代謝。如通過化學(xué)加工，將副產(chǎn)物分解進行資源循環(huán)利用。 再資源化原則是針對廢棄物的回收利用而言。 所以一個生態(tài)化工項目或者園區(qū)的“靜脈產(chǎn)業(yè)”建設(shè)是十分重要的，“誰制造，誰分解；誰銷售，誰回收；誰污染，誰治理”等理念的推進是十分必要的。所謂靜脈產(chǎn)業(yè)，即資源再生利用產(chǎn)業(yè)，是以保障環(huán)境安全為前提，以節(jié)約資源、保護環(huán)境為目的，運用先進的技術(shù)，將生產(chǎn)和消費過程中產(chǎn)生的廢物轉(zhuǎn)化為可重新利用的資源和產(chǎn)品，實現(xiàn)各類廢物的再利用和資源化的產(chǎn)業(yè)，包括廢物轉(zhuǎn)化為再生資源及將再生資源加工為產(chǎn)品兩個過程。作為解決廢棄物快速增長的一個良好途徑，靜脈產(chǎn)業(yè)應(yīng)當在新上馬的南港化工項目中得到充分應(yīng)用，以有利于生態(tài)化工建設(shè)。在生態(tài)化工園區(qū)的建設(shè)中，我們應(yīng)當充分運用工業(yè)生態(tài)學(xué)、系統(tǒng)工程、化學(xué)工程的理論和方法，從元素代謝與物質(zhì)循環(huán)、工業(yè)共生、柔性、演變進化、能量集成、水集成、關(guān)鍵鏈結(jié)技術(shù)、與自然生態(tài)協(xié)調(diào)、信息系統(tǒng)等多個方面，對南港生態(tài)工業(yè)系統(tǒng)的生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈進行定量的分析與比較，得到平均路徑長度、原子利用率、共生效益、柔性指數(shù)、生態(tài)生產(chǎn)力等一系列生態(tài)系統(tǒng)特性指標，建立了一套系統(tǒng)的生態(tài)工業(yè)分析方法和指標。在上述分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)今已有的生態(tài)化工園區(qū)的建設(shè)經(jīng)驗及案例，完成南港生態(tài)化工建設(shè)。在前面的工藝分析中，已經(jīng)在簡要的分析基礎(chǔ)上挑選出了較為適宜的產(chǎn)品合成路線。在對各合成路線進行深入開發(fā)試驗分析之后，再通盤考慮園區(qū)的產(chǎn)品物料網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，以及熱交換網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。并且在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的過程中，應(yīng)當同步考慮到經(jīng)濟合理、技術(shù)可行、環(huán)境友好等諸多因素。五. 物質(zhì)集成鏈、能量鏈與產(chǎn)品鏈和資源設(shè)備信息共享1. 物質(zhì)集成鏈、能量鏈與產(chǎn)品鏈構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈，整個生產(chǎn)過程形成“資源-廢棄物-再生資源”的物質(zhì)和能量的閉路循環(huán)流動，盡量實現(xiàn)廢棄物的“零排放”。這樣極大地降低了生產(chǎn)成本和環(huán)境成本。通過加強上下游生產(chǎn)單位之間的合作與交流，在一定程度上能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強生產(chǎn)單位的競爭力。同時，園區(qū)內(nèi)布局的網(wǎng)絡(luò)化和集中化，不僅大大節(jié)約了工業(yè)用地，而且能夠產(chǎn)生極大的集聚效應(yīng)。在石化產(chǎn)業(yè)方面，南港工業(yè)區(qū)將重點發(fā)展石油化工、聚酯化纖、精細化工和能量綜合利用四條循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈，延伸30條產(chǎn)品鏈，打造國家級石化產(chǎn)業(yè)基地。建設(shè)原油、成品油國家戰(zhàn)略儲備庫和商業(yè)儲備庫，儲備能力達到2000萬噸；建設(shè)煉化一體化項目和10個百萬噸級通用樹脂、工程塑料項目。例如：環(huán)氧乙烷產(chǎn)業(yè)鏈：包括乙二醇醚、聚對苯二甲酸丙二醇酯、乙醇胺、甲硝唑等4個系列5套裝置。其中聚對苯二甲酸丙二醇酯是性能優(yōu)異的工程塑料，也是一種新型的化纖原料，其纖維制品具有良好的回彈性、尺寸穩(wěn)定性和染色性能，在服裝領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，國內(nèi)尚無工業(yè)生產(chǎn)裝置。生物質(zhì)乙烯產(chǎn)業(yè)鏈：包括乙醇制乙烯、OCT、乙烯-醋酸乙烯共聚物等4個系列。采用生物質(zhì)發(fā)酵制得的乙醇為原料制乙烯，在石油資源日益緊張的情況下具有重要意義，其競爭力將會隨著技術(shù)水平的提高逐步顯現(xiàn)。乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）無毒，是綠色環(huán)保型產(chǎn)品，有優(yōu)異的綜合性能，廣泛用于建筑、紡織、農(nóng)用薄膜、汽車、包裝、鞋業(yè)、電子等領(lǐng)域。丙烯產(chǎn)業(yè)鏈：包括聚碳酸酯、ABS、環(huán)氧氯丙烷及其衍生物等三個系列。其中：聚碳酸酯作為綜合性能優(yōu)良的非晶型熱塑性樹脂，是發(fā)展最快的工程塑料之一。ABS樹脂具有優(yōu)異的綜合性能。這兩個品種在汽車、建材、電子電器等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，等等。這種可以將生產(chǎn)丙烯腈產(chǎn)生的廢氣氫氰酸，用于生產(chǎn)重要的化工中間體甲基丙烯酸甲酯；將乙烯裝置產(chǎn)生的廢氣二氧化碳回收利用，用于生產(chǎn)工程塑料和聚碳酸酯。整合特定區(qū)域內(nèi)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)，在生產(chǎn)的源頭投入資源，把上游企業(yè)產(chǎn)生的廢棄物作為中游企業(yè)的資源，把中游企業(yè)產(chǎn)生的廢棄物作為下游企業(yè)的資源，直到園區(qū)生產(chǎn)末端廢棄物趨向零排放。不同生產(chǎn)單位之間通過資源共享和廢棄物交換構(gòu)成互惠共生的產(chǎn)業(yè)鏈。這是生態(tài)園區(qū)的本質(zhì)特征，能夠解決傳統(tǒng)園區(qū)中由于各單位生產(chǎn)過程相互獨立造成資源高消耗、廢棄物高排放的問題。生態(tài)園區(qū)中沒有真正的廢棄物，通過橫向耦合，上游生產(chǎn)單位的生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢棄物可以作為下游生產(chǎn)單位的資源進行再利用，各生產(chǎn)單位之間形成共生網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)資源共享和能量多級利用，變污染負效益為經(jīng)濟正效益。通過模擬自然生態(tài)系統(tǒng)，對園區(qū)企業(yè)及產(chǎn)業(yè)進行重新設(shè)計，將非生態(tài)企業(yè)及沒有完全實現(xiàn)內(nèi)部耦合的生態(tài)企業(yè)產(chǎn)生的廢棄物重新投入生產(chǎn)，能夠提高資源利用率，并在園區(qū)層面降低資源的整體消耗水平。同時，通過構(gòu)建資源共享和廢棄物交換的產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)，最終能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域廢棄物的“零排放”，減輕區(qū)域環(huán)境治理的壓力。水系統(tǒng)集成：這里特意把它提出來，是想強調(diào)生態(tài)園區(qū)，節(jié)能減排，節(jié)約用水和高效率的用水時極其必要的。水系統(tǒng)集成也可視為上述物質(zhì)集成的一個特例。生態(tài)工業(yè)園區(qū)中，可以將水細分成更多的等級，例如超純水（用于半導(dǎo)體芯片制造）、去離子水（用于生物或制藥工藝）、飲用水（用于廚房、餐廳、噴水池）、清洗水（用于清洗車輛、建筑物）和灌溉水（用于草坪、灌木、樹木等景觀園藝）等。由于下一級使用的水質(zhì)要求較低，因而可以采用上一級使用后的出水。例如目前許多企業(yè)采用的水循環(huán)利用系統(tǒng)，即“清水第一次清循環(huán)水第二次濁循環(huán)水”的循環(huán)過程以及蒸汽冷凝回用、間接冷卻水循環(huán)利用、封閉水循環(huán)等技術(shù)，都可以在生態(tài)工業(yè)園區(qū)中跨企業(yè)采用。 在水的多用途使用時，有時需要進行必要的水處理，以除去進水中的有害固體物質(zhì)和液體物質(zhì)，盡量提高水的純凈度。 處理后的水再回用于同一工段，或用于質(zhì)量要求低一級的用水。水處理方法可根據(jù)不同的情形采用冷卻、分離、過濾、超濾、反滲透、消毒、沉淀、生物處理、濕地處理等工藝。與此同時，園區(qū)也要實現(xiàn)總能源的優(yōu)化利用，最大限度地使用可再生資源（包括太陽能、風能、生物質(zhì)能等）。在某些情況下，園區(qū)總能源消耗量甚至可能減少50%。一種途徑是能源的梯級利用。根據(jù)能量品位逐級利用，提高能源利用效率。在園區(qū)內(nèi)根據(jù)不同行業(yè)、產(chǎn)品、工藝的用能質(zhì)量需求，規(guī)劃和設(shè)計能源梯級利用流程，可使能源在產(chǎn)業(yè)鏈中得到充分利用。 另一種途徑是熱電聯(lián)產(chǎn)。我國的熱電聯(lián)產(chǎn)已經(jīng)有40多年的歷史，在園區(qū)中，應(yīng)因地制宜地利用工業(yè)鍋爐或改造中低壓凝汽機組為熱電聯(lián)產(chǎn)，向園區(qū)和社區(qū)供熱、供電，從而達到節(jié)約能源，改善環(huán)境，提高供熱質(zhì)量的作用，同時節(jié)約成本、提高經(jīng)濟效益。如把熱電廠產(chǎn)生的大量灰渣作為生產(chǎn)水泥或新型建筑材料的原料；將通常用作燃料使用的乙烯焦油，用于提取萘等重要化工原料。要極大程度上達到物質(zhì)集成，在企業(yè)之間，將廢物作為潛在的原料或副產(chǎn)品相互利用，通過物質(zhì)、能量和信息的交換，優(yōu)化園區(qū)內(nèi)所有物質(zhì)的使用和減少有毒物質(zhì)的使用；在園區(qū)之外，充分利用物質(zhì)需求信息，形成輻射區(qū)域，使園區(qū)在整個經(jīng)濟循環(huán)中發(fā)揮鏈接作用，拓展物質(zhì)和能量循環(huán)空間。 可以