Analysis,Synthesis,andDesignofChemicalProcesses化學(xué)工業(yè)特點

1、化學(xué)工業(yè)的特點化學(xué)工業(yè)的特點n化學(xué)工業(yè)是化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)國家重要國家重要能源和原材料能源和原材料工業(yè)，生產(chǎn)過程是工業(yè)，生產(chǎn)過程是最典型的物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程。最典型的物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程。n2010年全國化工總產(chǎn)值年全國化工總產(chǎn)值 8.88 萬億元，萬億元，占工業(yè)總產(chǎn)值占工業(yè)總產(chǎn)值 12.7%；經(jīng)濟總量位居世界第二，經(jīng)濟總量位居世界第二，是產(chǎn)能大國，非技術(shù)強國是產(chǎn)能大國，非技術(shù)強國n化工能耗基數(shù)大：化工能耗基數(shù)大：2009年化工全行業(yè)能源消耗年化工全行業(yè)能源消耗占全國總量占全國總量15.2，占工業(yè)能源消耗量，占工業(yè)能源消耗量 22.6化工既是能源消耗者又是能源提供者?；ぜ仁悄茉聪?/p>

2、者又是能源提供者。滲透到社會建設(shè)、人民生活、國防等各個領(lǐng)域滲透到社會建設(shè)、人民生活、國防等各個領(lǐng)域n化學(xué)工業(yè)的地位化學(xué)工業(yè)的地位n乙烯工業(yè)是石油化工的乙烯工業(yè)是石油化工的“龍頭龍頭” 和發(fā)展標(biāo)志。和發(fā)展標(biāo)志。n我國乙烯產(chǎn)能我國乙烯產(chǎn)能 1430萬噸，居世界第二萬噸，居世界第二，但自給率僅有，但自給率僅有 40。迫切需要發(fā)展有競爭力的乙烯工業(yè)。迫切需要發(fā)展有競爭力的乙烯工業(yè)。n預(yù)計到預(yù)計到2020年我國將年我國將新建新建 68 套套百萬噸級乙烯工程，百萬噸級乙烯工程， 一套百萬噸乙烯需一套百萬噸乙烯需投資約投資約 200億億元元 。約有約有75化工產(chǎn)品化工產(chǎn)品來自乙烯工業(yè)生產(chǎn)來自乙烯工業(yè)生產(chǎn)化學(xué)

3、工業(yè)的特點化學(xué)工業(yè)的特點n現(xiàn)有現(xiàn)有 26 套乙烯裝置套乙烯裝置“工藝包（關(guān)鍵技術(shù)）工藝包（關(guān)鍵技術(shù)）” 全部從國全部從國外引進，外引進，缺乏自主創(chuàng)新技術(shù)；缺乏自主創(chuàng)新技術(shù)；n由于缺乏優(yōu)化運行技術(shù)，與國際先進水平相比，裝置由于缺乏優(yōu)化運行技術(shù)，與國際先進水平相比，裝置能耗平均高能耗平均高 20% 左右、主要產(chǎn)品收率低左右、主要產(chǎn)品收率低 4；n即使同類引進的乙烯裝置，其運行水平亦即使同類引進的乙烯裝置，其運行水平亦參差不齊，參差不齊，能耗差異為能耗差異為 13 左右；左右；n產(chǎn)品存在結(jié)構(gòu)性過剩。國內(nèi)聚烯烴產(chǎn)品存在結(jié)構(gòu)性過剩。國內(nèi)聚烯烴低端產(chǎn)品過剩，高低端產(chǎn)品過剩，高端技術(shù)及產(chǎn)品仍然依賴引進。端技

4、術(shù)及產(chǎn)品仍然依賴引進。我國乙烯工業(yè)面臨的主要問題：我國乙烯工業(yè)面臨的主要問題：化學(xué)工業(yè)的特點化學(xué)工業(yè)的特點化學(xué)工業(yè)特點產(chǎn)產(chǎn)品品液氣天然氣天然氣/ /油氣油氣固煤炭煤炭固生物質(zhì)生物質(zhì)固礦產(chǎn)資源礦產(chǎn)資源石油石油煉制煉制平臺化學(xué)品平臺化學(xué)品燃料燃料精細化學(xué)品精細化學(xué)品日用化學(xué)品日用化學(xué)品動力動力/ /電力電力精細化學(xué)品精細化學(xué)品日用化學(xué)品日用化學(xué)品化學(xué)轉(zhuǎn)化化學(xué)轉(zhuǎn)化平臺化學(xué)品平臺化學(xué)品燃料燃料動力動力/ /電力電力種類繁多、構(gòu)成復(fù)雜加工路徑多變、流程冗長、設(shè)備種類繁雜化學(xué)工業(yè)特點1.裝置型工業(yè) 設(shè)備投資占產(chǎn)能的設(shè)備投資占產(chǎn)能的151525%25%2.資金密集型工業(yè) 投資大、維修費高、流動資金占用時間長

5、投資大、維修費高、流動資金占用時間長3.技術(shù)密集型工業(yè) 產(chǎn)品繁多、原料廣泛、工藝技術(shù)具有多樣性復(fù)雜性產(chǎn)品繁多、原料廣泛、工藝技術(shù)具有多樣性復(fù)雜性4.資源和能源密集型工業(yè) 原料成本是產(chǎn)品成本的主要構(gòu)成，能耗為產(chǎn)值的原料成本是產(chǎn)品成本的主要構(gòu)成，能耗為產(chǎn)值的15-20%15-20%。平均能耗。平均能耗高于國際先進水平高于國際先進水平15%15%25%25%。如：乙烯工業(yè)，。如：乙烯工業(yè)，20102010年國內(nèi)平均綜合年國內(nèi)平均綜合能耗能耗628628千克標(biāo)油千克標(biāo)油/ /噸，國外已達噸，國外已達500500千克標(biāo)油千克標(biāo)油/ /噸。噸。5.高污染行業(yè) 廢水、廢固、廢氣排放分別居全國工業(yè)排放量第廢水

6、、廢固、廢氣排放分別居全國工業(yè)排放量第1 1、5 5、4 4位。位。6.高危險行業(yè) 安全事故頻發(fā)，有毒、腐蝕、高溫高壓、低溫真空安全事故頻發(fā)，有毒、腐蝕、高溫高壓、低溫真空化學(xué)工業(yè)特點裝置大型化乙烯單套裝置百萬噸級別有: 天津石化天津石化 100100萬噸萬噸/a/a（乙烯裂解（乙烯裂解裝置為國內(nèi)規(guī)模最大單套裝置，裝置為國內(nèi)規(guī)模最大單套裝置，4545萬噸萬噸/a/a聚丙烯為全球規(guī)模最大聚丙烯為全球規(guī)模最大的單套裝置）的單套裝置） 獨山子獨山子 100100萬噸萬噸/a /a 鎮(zhèn)海煉化鎮(zhèn)海煉化 100100萬噸萬噸/a/a 茂名石化茂名石化 100 100 萬噸萬噸/a/a煉油單套裝置千萬噸級別

7、有:中海油惠州煉油中海油惠州煉油12001200萬噸萬噸/a/a大連石化大連石化 10001000萬噸萬噸/a/a大連西太平洋石化大連西太平洋石化 10001000萬噸萬噸/a/a青島煉油化工有限公司青島煉油化工有限公司10001000萬噸萬噸/a/a獨山子石化公司獨山子石化公司10001000萬噸萬噸/a/a廣西石化廣西石化 10001000萬噸萬噸/a/a四川石化四川石化 10001000萬噸萬噸/a/a臺灣中油股份有限公司臺灣中油股份有限公司12001200萬噸萬噸/a /a 和和15001500萬噸萬噸/a/a各一套各一套 化學(xué)工業(yè)特點技術(shù)密集型工業(yè)加工路徑冗長、品種繁多加工路徑冗長、

8、品種繁多石油開采原油常常壓壓蒸蒸餾餾減減壓壓蒸蒸餾餾合成氣合成氣蒸汽轉(zhuǎn)化蒸汽轉(zhuǎn)化油氣伴生氣油氣伴生氣熱裂解熱裂解甲烷甲烷乙烷乙烷丙烷丙烷丁烷丁烷戊烷戊烷乙烯乙烯催化裂化催化裂化煉廠氣煉廠氣液化石油氣液化石油氣苯、甲苯、二甲苯苯、甲苯、二甲苯催化重整催化重整丙烯丙烯正丁烯正丁烯異丁烯異丁烯加氫裂化加氫裂化生產(chǎn)乙烯裂解原料生產(chǎn)乙烯裂解原料加氫減壓油加氫減壓油正丁烷、異丁烷正丁烷、異丁烷生產(chǎn)乙烯裂解原料生產(chǎn)乙烯裂解原料重柴油重柴油氯代甲烷氯代甲烷乙烯乙烯醋酸醋酸乙烯下游產(chǎn)品乙烯下游產(chǎn)品干氣干氣拔頂氣拔頂氣聚氨酯樹脂、表面活性劑聚氨酯樹脂、表面活性劑合成纖維、合成纖維、ABSABS樹脂、增樹脂、增塑劑

9、、醫(yī)藥、溶劑、甘油塑劑、醫(yī)藥、溶劑、甘油生產(chǎn)乙烯裂解原料生產(chǎn)乙烯裂解原料溶劑、酚醛樹脂溶劑、酚醛樹脂農(nóng)藥、醫(yī)藥等農(nóng)藥、醫(yī)藥等輕柴油輕柴油輕柴油輕柴油煤油煤油減壓餾分油減壓餾分油減壓渣油減壓渣油順酐、合成橡膠、抗氧劑順酐、合成橡膠、抗氧劑乙烯、丙烯、表面活性劑乙烯、丙烯、表面活性劑甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸甲酯惠州煉油廠工藝簡圖煤炭資源潔凈利用過煤炭資源潔凈利用過程系統(tǒng)技術(shù)路線圖程系統(tǒng)技術(shù)路線圖煤炭煤炭液化液化氣化氣化焦化焦化化工化工發(fā)電發(fā)電焦炭焦炭煤焦油煤焦油煤氣煤氣直接液化直接液化間接液化柴油柴油汽油汽油車用燃油車用燃油FTFT 柴油柴油異丁醇異丁醇、異丁烯異丁烯乙烯乙烯、丙烯丙烯PEPE、P

10、PPP甲醛甲醛聚甲醛聚甲醛、甲醛樹脂甲醛樹脂甲醇甲醇甲酸甲酸甲酸甲酯甲酸甲酯醋酸酐醋酸酐醋酸醋酸草酸草酸二甲醚二甲醚氫氣氫氣氣化燃燒氣化燃燒直接燃燒直接燃燒IGCCIGCCPCPCCFBCCFBCPFBCPFBC-CCCC電力電力熱熱合成氣合成氣天天然然氣氣合成氣合成氣氨氨尿素尿素甲醇甲醇乙酸、甲酸甲酯、醋酐、甲酸、甲醛等乙酸、甲酸甲酯、醋酐、甲酸、甲醛等C1化學(xué)品化學(xué)品C1C6混合醇混合醇人造液體燃料人造液體燃料蒸汽轉(zhuǎn)化蒸汽轉(zhuǎn)化氨氧化氨氧化氫氰酸氫氰酸裂解裂解炭黑炭黑氯化、硝化、硫化氯化、硝化、硫化甲烷的各種衍生物甲烷的各種衍生物乙炔乙炔乙炔化學(xué)品乙炔化學(xué)品選擇性氧化選擇性氧化甲醇、甲醛甲醇

11、、甲醛有氧或無氧轉(zhuǎn)化有氧或無氧轉(zhuǎn)化芳烴芳烴氧化偶聯(lián)氧化偶聯(lián)乙烯、乙烷乙烯、乙烷雙酚雙酚A染料中間體染料中間體甲苯二異氰酸酯甲苯二異氰酸酯苯酐苯酐天然氣化工產(chǎn)業(yè)鏈 醋酸乙烯酯 醋（酸）酐 阿司匹林 醋酸纖維素 除莠劑 羧甲基鈉 氯醋酸 纖維素 醋酸乙酯 氫硫基醋酸醋酸 調(diào)味品 醋酸鹽 香料 溶劑 聚醋酸乙烯酯 醋酸乙烯酯 聚氯乙烯-醋酸乙烯酯 樹脂 乙酰乙酸乙酯 雙乙烯酮 色酚AS-G 1，3，5吡唑酮醋酸的部分產(chǎn)品樹1. 乙炔2. 乙醇 乙醛3. 乙烯 乙酸4. 丁烷5. 甲醇水合氧化 氧化氧化氧化羰基化乙酸（醋酸）的原料路線化學(xué)工業(yè)特點高危險行業(yè)l化學(xué)品的危險性 易燃、易爆；易燃、易爆； 有

12、毒、腐蝕有毒、腐蝕l化學(xué)反應(yīng)危險性 氧化、還原、硝化、氧化、還原、硝化、 磺花、聚合磺花、聚合l運行過程危險性 流程復(fù)雜、高溫高壓、工況波動流程復(fù)雜、高溫高壓、工況波動生產(chǎn)事故導(dǎo)致的人員傷害和財產(chǎn)損失十萬從業(yè)十萬從業(yè)人員事故人員事故死亡率死亡率我國安全事故造我國安全事故造成的直接經(jīng)濟損成的直接經(jīng)濟損失失(2006)(2006)我國我國美美國國總值總值( (億億元元) )占行業(yè)占行業(yè)GDP工礦商工礦商貿(mào)行業(yè)貿(mào)行業(yè)3.92.1 2400 3%化工化工/石石化行業(yè)化行業(yè)12.44.0 750 5%Safety Issues in Design化工行業(yè)是我國社會經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)值1.5萬億元

13、，占工業(yè)總產(chǎn)值的12. 近年來我國化工行業(yè)的規(guī)模、產(chǎn)值和利潤均以20%以上的增速發(fā)展。主要化工產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模居世界前三位?；どa(chǎn)涉及高溫高壓和各種化學(xué)品，設(shè)備爆炸、物料泄漏等事故常有發(fā)生，危及人身安全，生產(chǎn)損失巨大，環(huán)境污染嚴重。171984年 印度 UniCarbon農(nóng)藥廠毒氣泄漏，2萬人死亡，20多萬人中毒，5萬人失明，10萬人終身致殘。1997年 北京東方化工廠爆炸事故，8人遇難，經(jīng)濟損失十多億人民幣。2000年 科威特 Al-Ahmedhi 煉油廠爆炸事件，損失4億美元。2005年 美國德州BP煉油廠爆炸，15死亡，180人受傷，損失逾15億美元。 2005年 吉林石化雙苯廠爆炸事故，

14、68人傷亡。硝基苯泄漏流入松花江，大面積流域被污染，影響人民生活，造成重大的國際影響。重大化工安全事故案例182003年12月23日，重慶市開縣的川東北氣礦16號井發(fā)生特大井噴事故，大量含有劇毒硫化氫的天然氣四處彌漫。243人中毒死亡，2142人入院治療、65000人被緊急疏散安置。此次災(zāi)難造成的直接經(jīng)濟損失高達6400余萬元。2004年4月16日，重慶天原化工廠冷凝管破裂，氯氣罐發(fā)生爆炸，導(dǎo)致氯氣外泄。該廠位于人口稠密地區(qū)，氯氣的毒性較強，共造成9人死亡，15萬群眾被轉(zhuǎn)移。 l 2006年7月28日，江蘇射陽氟源化工廠石化車間，氟化反應(yīng)釜發(fā)生爆炸，死亡人，受傷人，疏散群眾多人； l 2006

15、年6月16日，安徽盾安化工有限公司發(fā)生爆炸，造成至少人死亡，人受傷；l 2006年月日，寧夏鑫爾特化學(xué)有限公司發(fā)生液氯泄漏事故，導(dǎo)致123人中毒；l 2007年5月11日13時28分，中國化工集團公司滄州大化TDI公司硝化裝置發(fā)生爆炸事故，5人死亡，80人受傷，幾千名群眾疏散轉(zhuǎn)移。21一、立項依據(jù)我國我國20062006年年工礦商貿(mào)行業(yè)安全事故損失工礦商貿(mào)行業(yè)安全事故損失24002400億元，占行業(yè)億元，占行業(yè)GDPGDP的的3%3%。其中石油化工安全事故損失其中石油化工安全事故損失 750750億元億元，占行業(yè)，占行業(yè)GDPGDP的的5 5。生產(chǎn)事故導(dǎo)致的人員傷害和財產(chǎn)損失化工事故死亡人數(shù)中

16、國：2002-2007年均 298人美國：2001-2006年均 52人發(fā)達國家(2002年)10萬人死亡率 4.0 英國英國 0.90.9 澳大利亞澳大利亞 2.02.0 德國德國 2.92.9 美國美國 4.24.2 日本日本 4.54.5中國全行業(yè)全行業(yè)1010萬人死亡率萬人死亡率 9.09.0工礦商貿(mào)業(yè)工礦商貿(mào)業(yè)3.9 3.9 化學(xué)工業(yè)化學(xué)工業(yè) 12.412.4 1 1交通運輸業(yè)；交通運輸業(yè)；2 2采礦業(yè)；采礦業(yè)；3 3化學(xué)工業(yè)?；瘜W(xué)工業(yè)?；瘜W(xué)工業(yè)生產(chǎn)安全問題的特征：化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)安全問題的特征： 化工生產(chǎn)涉及大量易燃易爆化學(xué)；化工生產(chǎn)涉及大量易燃易爆化學(xué)； 大多化工原料和產(chǎn)品具有毒性和

17、污染性；大多化工原料和產(chǎn)品具有毒性和污染性； 化工生產(chǎn)過程和裝置多處于高溫高壓；化工生產(chǎn)過程和裝置多處于高溫高壓； 許多化工反應(yīng)過程是強放熱、非線性的。許多化工反應(yīng)過程是強放熱、非線性的。 化工生產(chǎn)安全特性與過程裝置的基礎(chǔ)設(shè)計密切相關(guān)?；どa(chǎn)安全特性與過程裝置的基礎(chǔ)設(shè)計密切相關(guān)。Four Phases of Emergency Management! Prevention Preparedness Response Recovery“As the professional with the best knowledge of the risks of a chemical operation

18、, the chemical engineer has a responsibility to communicate those risks to employers, employees, clients, and the public”Role of the Chemical Engineer安全生產(chǎn)的安全生產(chǎn)的洋蔥模型洋蔥模型 多層次的保護措施多層次的保護措施24國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020) 安全領(lǐng)域的優(yōu)先主題安全領(lǐng)域的優(yōu)先主題重點研究開發(fā)燃燒、爆炸、毒物泄漏等重點研究開發(fā)燃燒、爆炸、毒物泄漏等重大工業(yè)事故防控重大工業(yè)事故防控與救援技術(shù)與救

19、援技術(shù)。應(yīng)急救援應(yīng)急救援屬于外圍層次屬于外圍層次; ; 事故防控事故防控處于核心層次；處于核心層次；過程設(shè)計處于模型中心過程設(shè)計處于模型中心是安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)是安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)一、立項依據(jù)根本解決安全問題，必須從過程設(shè)計入手化工過程全生命周期的安全問題化工過程全生命周期的安全問題 從源頭上來預(yù)防事故 強化 代替 緩和 簡化 柔性 賦予過程在本質(zhì)上具有維持其穩(wěn)定運行及減少事故發(fā)生的特征 本質(zhì)安全過程本質(zhì)安全過程Inherently Safe Design 牢記預(yù)防為主，邁向本質(zhì)安全牢記預(yù)防為主，邁向本質(zhì)安全中石化青島東黃輸油管道泄漏爆炸事故 人員傷亡：共造成62人死亡，136人受傷。經(jīng)濟損失

20、：7.5億48名責(zé)任人紀(jì)律處分，15名責(zé)任人追究法律責(zé)任搶修現(xiàn)場共有中石化施工人員21人。其中，除1人站位較遠外，17人遇難，3人受傷?；瘜W(xué)工業(yè)特點我國化學(xué)工業(yè)存在的問題：1.1.產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)：輕重比例產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)：輕重比例2.2.技術(shù)落后，設(shè)備陳舊技術(shù)落后，設(shè)備陳舊3.3.投資效益差，重復(fù)建設(shè)多投資效益差，重復(fù)建設(shè)多4.4.管理水平低管理水平低5.5.污染嚴重污染嚴重6.6.安全水平低安全水平低工廠應(yīng)避免定位在下列地區(qū)：工廠應(yīng)避免定位在下列地區(qū)：(1)(1)震斷層地區(qū)和基本烈度震斷層地區(qū)和基本烈度9 9度以上的地震區(qū)；度以上的地震區(qū)；(2)(2)厚度較大的厚度較大的IIIIII級自重濕陷性黃土地區(qū)；

21、級自重濕陷性黃土地區(qū)；(3)(3)易遭受洪水、泥石流、滑坡等危害的山區(qū)；易遭受洪水、泥石流、滑坡等危害的山區(qū)；(4)(4)有開采價值的礦藏地區(qū)；有開采價值的礦藏地區(qū)；(5)(5)對機場、電臺等使用有影響的地區(qū)；對機場、電臺等使用有影響的地區(qū)；(6)(6)國家規(guī)定的歷史文物、生物保護和風(fēng)景游覽地區(qū)；國家規(guī)定的歷史文物、生物保護和風(fēng)景游覽地區(qū)；(7)(7)城鎮(zhèn)等人口密集的地區(qū)。城鎮(zhèn)等人口密集的地區(qū)。需注意的是，工廠定位除考慮以上因素外，考慮的更多需注意的是，工廠定位除考慮以上因素外，考慮的更多的是經(jīng)濟問題。的是經(jīng)濟問題。工廠的定位、選址和布局工廠的定位、選址和布局三、工廠選址的安全問題三、工廠選址的安全問題隔開距離，把廠址選擇在一個孤立地區(qū)。如果客觀條件不允許，可以隔開距離，把廠址選擇在一個孤立地區(qū)。如果客觀條件不允許，可以依據(jù)主導(dǎo)風(fēng)，把工廠置于社區(qū)的下風(fēng)區(qū)。依據(jù)主導(dǎo)風(fēng)，把工廠置于社區(qū)的下風(fēng)區(qū)。工廠的高建、構(gòu)筑物要留有