華南賽區(qū)廣東石油化工學院dib團隊設計6創(chuàng)新性說明書

1、茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書2016“東華科技-陜鼓杯”第十屆大學生化工設計競賽82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目設計創(chuàng)新性說明書茂名參賽學校：石油化工學院參賽團隊：DIB參賽隊員：曾彬、 周順、銳指導：、黃完成時間：2016.3-2016.82茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書目錄第一章 原料和結(jié)構(gòu)方案創(chuàng)新11.1 原料方案的創(chuàng)新11.2方案的創(chuàng)新2第二章 工藝技術(shù)創(chuàng)新42.1 采用疊式反應器進行丙烷脫氫反應42.3 丙烯酸生產(chǎn)裝置中精制分離單元的改進工藝6第三章 過程節(jié)能降耗技術(shù)創(chuàng)新103.1 采用新型多熱泵精餾系統(tǒng)103.2 換熱的利用133.3 加熱爐黑體

2、技術(shù)強化輻射節(jié)能技術(shù)14第四章 新型過程的應用174.1 繞管式換熱器的應用174.2 采用性能更加優(yōu)良的 DJ-5 塔板184.3 “梯形”扇形筒代替“D 形”扇形筒21第五章 過程催化劑及試劑的創(chuàng)新235.1 新型催化劑 PT-SN-NA-LA/ZSM-5 的應用235.2 新型綠色脫劑的應用235.3 新型脫氯劑的應用24系統(tǒng)的創(chuàng)新27第六章6.1 安全儀表系統(tǒng) SIS 設計276.2 APC 和 DCS系統(tǒng)的應用28第七章環(huán)境保護技術(shù)創(chuàng)新297.1 廢水297.1.1 丙烯廢水291茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書7.1.2 丙烯酸廢水317.2 廢氣337.3 廢固3

3、77.3.1 預處理377.3.2 溶浸387.3.3 提取38第八章 輸送系統(tǒng)的創(chuàng)新398.1 固體催化劑輸送創(chuàng)新398.1.1 輸送結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新398.1.2 輸送介質(zhì)的創(chuàng)新418.2 氣體輸送創(chuàng)新自密封旋轉(zhuǎn)式管道補償節(jié)能技術(shù)的應用418.3 液體輸送創(chuàng)新43第九章 總結(jié)459.1 原料和結(jié)構(gòu)方案創(chuàng)新459.1.1 原料來源的創(chuàng)新459.1.2結(jié)構(gòu)方案的創(chuàng)新459.2 工藝技術(shù)創(chuàng)新459.2.1 采用疊式反應器進行丙烷脫氫反應459.2.2 丙烯酸精致單元汽提塔的應用469.3 過程節(jié)能降耗技術(shù)創(chuàng)新469.3.1 丙烯熱泵精餾的應用469.3.2 換熱. 469.3.3 加熱爐采用黑體輻射技

4、術(shù)469.4 新型過程的應用479.4.1 繞管式換熱器的應用479.4.2 采用性能更加優(yōu)良的 DJ-5 塔板479.4.3“梯形”扇形筒代替“D 形”扇形筒472茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書9.5 過程催化劑及試劑的創(chuàng)新479.5.1 新型催化劑 Pt-Sn-Na-La/ZSM-5 的應用479.5.2 新型綠色脫劑的應用489.5.3 新型脫氯劑的應用489.6系統(tǒng)489.7 環(huán)境保護技術(shù)創(chuàng)新499.7.1 廢水499.7.2 廢氣499.7.3 廢固509.8 輸送系統(tǒng)的創(chuàng)新509.8.1 固體催化劑輸送創(chuàng)新509.8.2 氣體輸送創(chuàng)新509.8.3 液體輸送創(chuàng)新5

5、13茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書第一章 原料和結(jié)構(gòu)方案創(chuàng)新1.1 原料方案的創(chuàng)新由本項目模擬資料可知，丙烷脫氫反應進料丙烷純度需達到 97%，預處理進料要求見下表：表 1-1-1預處理進料組成由上表可知進料液化石油氣中丙烷含量需達到 64%，才能滿足反應需求。原料組合方案見表 1-1-2：1組分組成C2H40.00%C2H61.00%C3H60.10%C3H864.00%iC4H1016.81%nC4H1014.44%nC4H80.57%iC4H80.57%順丁烯-2/M-20.12%反丁烯-2/A-20.18%IC5H121.54%nC5H100.10%H2O0.01%C

6、3H4-10.28%C3H4-20.28%茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書表 1-1-2 原料組合方案注：本項目液化石油氣由茂名煉油裝置買進的液態(tài)烴，液化石油氣中丙烷所占比例為 45.4%，價格為 2400，丙烷價格為華南地區(qū)市場平均價格。表 1-1-3 所選方案和原方案的成本對比由上表對比可知，液化石油氣和丙烷以 1.37:1 進料，成本最低，平均每噸原料節(jié)省成本 636 元，且進料純度滿足生產(chǎn)需要；另一方面，液化石油氣的加入使得本工藝降低了對丙烷原料價格的依賴，生產(chǎn)利益更加有保障。1.2方案的創(chuàng)新采用以丙烯為主、年產(chǎn) 82 萬噸丙烯/丙烯酸聯(lián)產(chǎn)的方案本項目采用丙烯/氫/丙烯

7、酸的設計方案，先利用液化石油氣預處理后生產(chǎn)丙烯，生成的丙烯部分用于生產(chǎn)丙烯酸。根據(jù)市場分析和，本項目設計生產(chǎn)丙烯80 萬噸，其中 74 萬噸作為銷售給下游企業(yè)，其余丙烯用于聯(lián)產(chǎn) 8 萬噸丙烯酸。年產(chǎn) 82 萬噸丙烯/氫/丙烯酸設計方案有很好的市場調(diào)控功能，可根據(jù)丙烯、丙烯酸的市場需求對方案進行有效調(diào)整，靈活性與市場適應性強。年產(chǎn) 82 萬噸丙烯/氫/丙烯酸生產(chǎn)方案，確保了規(guī)模效應，提高了原料的綜合利用率，單耗和能耗大幅度降低，增強了抵御市場風險的能力，效益會大幅度提高。年產(chǎn) 82 萬噸丙烯/丙烯酸生產(chǎn)方案利用原料液化石油氣搭配丙烷生產(chǎn)丙烯，同時生產(chǎn)高附加值的下游丙烯酸，拓寬基本有機化工產(chǎn)業(yè)鏈，

8、有利于效益和提高市場競爭力，規(guī)避市場風險，丙烯酸經(jīng)過側(cè)線采出，不同位置采出的包含聚合級、酯化級丙烯酸，加大了市場的調(diào)控能力。促進我國丙烯、丙烯酸等有2項目工業(yè)丙烷液化石油氣工業(yè)丙烷改進結(jié)果原料價格（元/噸）35002864-636進料方案原料比例丙烷純度是否進料要求價格（元/噸）工業(yè)丙烷195%滿足3500液化石油氣（液態(tài)烴）145.4不滿足2400液化石油氣+工業(yè)丙烷1.37:166.1%滿足2864茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書機化工行業(yè)的健康有序發(fā)展。表 1-2-1 本項目方案注：表中的液化石油氣項目擬從茂煉油裝置的液態(tài)烴，丙烷含量為 45.4%在年產(chǎn) 82 萬噸丙烯/

9、丙烯酸搭配進料多種進料方式，單一生產(chǎn)的過程中，丙烯工藝技術(shù)先進，單一進料、，轉(zhuǎn)化率高。丙烯酸工藝采取多種節(jié)能減排措施，降低了三廢排放量采用原子和綠色化學的生產(chǎn)模式，符合未來產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。3丙烯氧化制丙烯酸工藝丙烷脫氫制丙烯工藝氫氣 4 萬噸外售供氫原料 135 萬噸丙烯 80 萬噸供熱外售油 10 萬噸供丙烯6 萬噸丙烯酸 8 萬噸外售原料方案方案設計要求：丙烷工業(yè)丙烷價格較高芳烴成本比煤制芳烴高丙烯酸下業(yè)發(fā)展迅速液化石油氣丙烷純度較低丙烯專業(yè)制丙烯工藝聚丙烯煤化工成本更低液化石油氣丙烷物美價廉丙烯腈污染較大環(huán)氧丙烷污染大、產(chǎn)能充足一級茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書第二章

10、工藝技術(shù)創(chuàng)新2.1 采用疊式反應器進行丙烷脫氫反應1、基環(huán)，2、筋板，3、蓋板，4、排氣孔，5、催化劑卸料接管，6、11、13、15、17、19、21、23、25、27、29、31、33、35、37、39、，7、人孔，8、螺柱，9、螺母，10、下部還原氣接管，12、還原氣出口接管，14、上部還原氣接管，16、催化劑接管，18、第一反應器接管，20、第一反應器出口接管，22、第二反應器接管，24、第二反應器出口接管，26、第三反應器接管，28、第三反應器出口接管，30、第四反應器接管，32、第四反應器出口接管，34、接管，36、催化劑出口接管，38、裙座檢查孔圖 2-1-1 四合一連續(xù)疊式徑向移

11、動床反應器4茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書圖 2-1-2 原 OLEFLEX 工藝反應器反應器的對比見下表 2-1-1：表 2-1-1 四合一反應器與原反應器的對比5參數(shù)原反應器四合一連續(xù)疊式移動床反應器改進效果設計/MPa設計溫度/0.70.78-550-650639-643-操作介質(zhì)（氫烴比）1：11：51：11：5-占地面積（不含裙座）/m2424126-298茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書由比較看出，四合一連續(xù)反應器具有更加優(yōu)良的特性，且占地面積小、反應物料均勻、催化劑利用充分、動能消耗低，所以本項目選擇它為脫氫反應器。2.3 丙烯酸生產(chǎn)裝置中精制分

12、離單元的改進工藝圖 2-3-1 丙烯酸改進前急精制工藝流程6催化劑Pt-sn/Al2O3Pt-Sn-Na-La/ZSM-5-壓降大較小動能消耗橫向串聯(lián)，動能消耗大豎向布置，動能消耗低丙烷轉(zhuǎn)化率（單程）/%35-4037-42+2丙烯收率/%8589.6+4.6茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書圖 2-3-2 精餾單元改進示意圖（1）改變反應物冷卻器 E-506 的操作條件，增設氣液分離罐 V-504在現(xiàn)有工藝中，反應物冷卻器 E-506，其作用是將第二反應器出來的丙烯酸氣體冷卻。己有裝置中冷卻后反應物仍為氣體，氣體的吸收全部在吸收塔 T-502 中進行。本項目采用新型的工藝進行改

13、進，在反應物冷卻器 E506 中，殼程采用氣提塔 T501塔底循環(huán)廢水進行冷卻丙烯酸氣體，E-506 管程的反應物出口溫度為 65-70，此時介質(zhì)為氣液混合物，經(jīng)氣液分離罐 V-504 分離后氣相去吸收塔吸收，液相直接去輕組份分離塔進行分離，E-506 的冷卻介質(zhì)采用廢水循環(huán)利用，殼程出口的廢水進入 T-501 塔頂氣提用。表 2-3-1 改進后反應物冷卻器 E-506 操作條件通過此項改進，減少了進入 T-502 塔的進料量和降低了進料溫度，最終節(jié)省 T-5027操作條件改進前操作參數(shù)改進后操作參數(shù)改進結(jié)果P1/MPa溫度 T1/MPa出口P2/MPa出口溫度 T2/0.130.130250

14、265+150.130.126-0.00417065-70-105茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書洗滌用脫鹽水 2100kg/h。（2）取消吸收塔 T-502 塔底冷卻器改進后裝置 T-502 的進料溫度低，所以不需要在塔底設置塔底冷凝器，隨著進入T-502 塔的進料溫度的降低，塔底的溫度和進料溫度相近，取消了 T-502 塔底的冷卻系統(tǒng)。表 2-3-2 吸收塔 T-502 塔底操作條件表 2-3-2 改進前后節(jié)能對比通過此項改進，減少一個冷卻器，減少循環(huán)水用量 285t/h。（3）吸收塔 T-502 頂尾氣全部循環(huán)利用在現(xiàn)有裝置中吸收塔 T-502 頂部的尾氣，只有小部分循環(huán)

15、至第二反應器參與反應，其余全部進入催化系統(tǒng)，后達標排放;改進后工藝將去催化的氣體循環(huán)利用，該股氣體作為氣提塔 T-501 氣提操作介質(zhì)，將廢水提濃。表 2-3-3 吸收塔 T-502 塔頂操作條件表 2-3-4 改進前后對比通過此項改進將 T-502 塔頂尾氣直接送到氣提塔 T-501，去除原 E-506 副產(chǎn)蒸汽外，仍可節(jié)約蒸汽 5900kg/h。8項目改進前改進后改進結(jié)果T-502 塔尾氣利用05900kg/hkg/h操作條件操作參數(shù)塔頂P2/MPa塔頂溫度 T2/0.09760-62改進前冷卻水用量改進后冷卻水用量改進結(jié)果T-502 塔底冷卻器285t/h0-285t/h操作條件改進前操

16、作參數(shù)改進后操作參數(shù)塔底P1/MPa塔底溫度 T1/0.1070.10773.371-74茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書（4）增加氣提塔 T-501,最大限度減少廢水排放量丙烯酸精制過程產(chǎn)生大量廢水(9200kg/h)，該股廢水含有機物不能直接排放，需要進入催化單元，運行費用昂貴，操作難度大。在丙烯酸精制單元增加氣提塔，將產(chǎn)生的廢水經(jīng)氣提塔 T-501 提濃。最終產(chǎn)生 225-230kg/h 的廢液。極大的減少了廢水的排放量。表 2-3-4 氣提塔 T-501 操作條件表 2-3-5 運行費用對比表此項改進大大減少了廢水的處理量，節(jié)約了廢水處理單元的運行費用。對于一套 8 萬

17、噸規(guī)模的丙烯酸裝置而言，每年可節(jié)省裝置運行成本 710。效益十分顯著。同時對丙烯酸生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣和廢水循環(huán)利用，減少了丙烯酸廢氣和廢水的排放量，積極響應關(guān)于節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)政策。有顯著的效益。9序號項目耗量消耗量改造前改造后改進結(jié)果單價（元/t） 費用對比（元）1循環(huán)水t/a3016000026450000-37100000.23-8533002蒸汽t/a-31200-105300-7410082.49-61125093脫鹽水t/a7040055180-152208.70-132414合計-7098223操作條件操作參數(shù)塔頂P1/MPa 塔頂溫度 T1/ 塔底P2/MPa塔底溫度 T2/0

18、.011720.01460茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書第三章 過程節(jié)能降耗技術(shù)創(chuàng)新3.1 采用新型多熱泵精餾系統(tǒng)T304/T305 常壓恒沸精餾塔塔頂溫度 44.14、塔釜溫度 52.10，頂?shù)诇夭钶^小，僅 8，符合使用熱泵的條件。如下圖所示，常壓恒沸精餾塔熱泵精餾是以塔頂采出氣體作為工質(zhì)的熱泵精餾，精餾塔塔頂氣體與塔底采出的釜液換熱，冷凝放熱使釜液再沸，冷凝液經(jīng)節(jié)流閥減壓降溫后，一部分作為出料，另一部分作為精餾塔塔頂?shù)幕亓?。熱泵精餾取消了塔頂冷凝器，以塔底再沸器代替，這實際上是用一個換熱器兼作塔頂冷凝器和塔底再沸器。圖 3-1-1常規(guī)精餾塔模擬圖 3-1-2 熱泵精餾示意

19、圖10茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書表 3-1-1 常規(guī)精餾與熱泵精餾模擬結(jié)果對比與單塔精餾相比，塔頂蒸汽直接壓縮式熱泵精餾可節(jié)省熱耗：1-22.7629×3.29/235.8045=68.24%與單塔精餾相比，可節(jié)省冷耗 1-42.2883/283.138=85%。圖 3-1-3 常規(guī)精餾塔模擬11序號項目常規(guī)精餾塔塔頂蒸汽直接壓縮式熱泵12塔頂溫度/44.1444.16塔頂/MPa1.81.83塔釜溫度/52.1052.084塔頂采出/(kmol/h)2627.55(液體)70628.2(氣體)5塔頂冷凝器熱負荷/MW-283.138/6塔釜再沸器熱負荷/MW2

20、35.8045/78輔助冷凝器熱負荷/MW/-42.2883輔助負荷/MW/22.7629茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書圖 3-1-4 熱泵精餾示意圖表 3-1-2 常規(guī)精餾與熱泵精餾模擬結(jié)果對比與單塔精餾相比，塔頂蒸汽直接壓縮式熱泵精餾可節(jié)省熱耗：1-22.7731×3.29/219.027=65.79%與單塔精餾相比，可節(jié)省冷耗 1-38.5421/219.026=82.40%。12序號項目常規(guī)精餾塔塔頂蒸汽直接壓縮式熱泵12塔頂溫度/43.9043.89塔頂/MPa1.81.83塔釜溫度/48.0047.694塔頂采出/(kmol/h)2414.36(液體)6

21、4786.94 (氣體)5塔頂冷凝器熱負荷/MW-219.026/6塔釜再沸器熱負荷/MW219.027/78輔助冷凝器熱負荷/MW/-38.5421輔助負荷/MW/22.7731茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書3.2 換熱的利用對于我們這套年產(chǎn) 82 萬噸丙烯/氫/丙烯酸 生產(chǎn)裝置，工藝流程比較復雜，運行成本較高。我們通過換熱流程的設計和換熱的優(yōu)化盡可能的進行內(nèi)部熱量的集成和最大化利用。換熱的設計，度較大，所獲得的方案數(shù)目眾多，但是合理的換熱需要經(jīng)過篩選與優(yōu)化。在設計換熱時，需要考慮工藝流股換熱的可能性，最好還要將設備費用等因素也考慮進去，以便獲得最為合理的換熱。優(yōu)化后進行比

22、較。設計方案如圖 3-2-1我們選取換熱優(yōu)化前與換熱和圖3-2-2 所示：優(yōu)化前：圖 3-2-1優(yōu)化前的換熱13茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書優(yōu)化后：圖 3-2-2 優(yōu)化后的換熱我們對優(yōu)化前后冷熱公用工程系統(tǒng)進行了數(shù)據(jù)對比，如表 3-2-1 所示：表 3-2-1 換熱優(yōu)化前后數(shù)據(jù)對比由表中數(shù)據(jù)可知，換熱優(yōu)化后，節(jié)能效果顯著。雖然換熱單元數(shù)增加，但是減少的公用工程總費遠大于增加的總費，因此該換熱優(yōu)化達到了節(jié)能降耗的目。3.3 加熱爐黑體技術(shù)強化輻射節(jié)能技術(shù)集"增大爐膛面積、提高爐膛發(fā)射率和增加輻照度"三項功能于一體的工業(yè)標準黑體黑體元件將眾多的黑體元件安裝于

23、爐膛內(nèi)壁適當部位，與爐膛共同紅外加熱系統(tǒng)；既可增大傳熱面積，又可提高爐膛的發(fā)射率到 0.95，對爐膛內(nèi)的熱射線進行有效調(diào)控，使之從漫射的無序狀態(tài)調(diào)控到有序，從而提高爐膛熱效率，取得較好的節(jié)能效果。14項目熱公用系統(tǒng)/MW冷公用系統(tǒng)/MW換熱單元數(shù)優(yōu)化前1666.13710.3725優(yōu)化后1475.06519.329能耗-11.46%-26.89%+4茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書黑體技術(shù)是采用“黑體強化輻射傳熱節(jié)能”的節(jié)能機理，在加熱爐熱流的，對熱射線進行有效調(diào)控，提高其加熱能力和加熱質(zhì)量，降低能源消耗，可以使消耗各種能源的加熱爐在現(xiàn)有的基礎上再節(jié)約 10%15%。圖 3-3

24、-1 節(jié)能原理圖由于黑體元件的高發(fā)射率,由其幾何參數(shù)和表面特性獲得,具有很高的性，故基本不老化。黑體元件本身不是熱源，勿需改變原爐子結(jié)構(gòu)，工業(yè)實施方便可靠。表 3-3-1 黑體技術(shù)與傳統(tǒng)節(jié)能技術(shù)參數(shù)對比15工藝參數(shù)傳統(tǒng)節(jié)能技術(shù)黑體技術(shù)對比結(jié)果節(jié)能效率/%/a減排/%1015+513+21015+5改造方向改變爐結(jié)構(gòu)、工業(yè)實施復雜不需改變結(jié)構(gòu)、工業(yè)實施方便-茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書表 3-3-2改造結(jié)果16改造參數(shù)節(jié)能效果減少消耗 t/a減少碳排放 t/a噸CO2 減少量/t 效益06754140茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書第

25、四章 新型過程的應用4.1 繞管式換熱器的應用繞管式換熱器的主要優(yōu)點：管程可采用多股物流與殼程的單股物流進行傳熱，可同時實現(xiàn)多個普通管式換熱器的功能；適用于大負荷物流傳熱；適用于高壓物流的傳熱；傳熱管的熱膨脹可自行補償；結(jié)構(gòu)緊湊，容積傳熱面積大；裝置容易實行大型化，可減少數(shù)量，最大換熱面積可達 25000m2；傳熱系數(shù)大，傳熱效率高。在較小的溫差下運行，系統(tǒng)的降比較小，從而減少了丙烯的循環(huán)量，降低了電、和蒸汽的消耗；因傳熱效果好，的回收較為徹底，從而降低了系統(tǒng)的消耗；強勁的設計性能，可以承受啟動和關(guān)閉操作中的熱沖擊。其缺點主要為檢修、，所以一般用于較清潔的工藝介質(zhì)。圖 4-1-1 繞管式換熱器

26、剖面結(jié)構(gòu)相比于光管，螺紋管在增加內(nèi)外傳熱面積的同時，還可以減弱管內(nèi)滯留層流體對傳熱性能的影響，同時在管內(nèi)凸起處，過渡區(qū)的層流會形成縱向渦流，增強管內(nèi)外流體的湍動程度，可提高換熱系數(shù)。17茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書換熱管的螺紋結(jié)構(gòu)能進一步強化換熱，該形式繞管的總傳熱性能為光滑直管的25 倍。表 4-1-1常用換熱器對比表螺旋繞管式換熱器的傳熱管通常采用管徑 825 毫米的傳熱管，其材料根據(jù)、溫度及介質(zhì)的性質(zhì)選定。常用的傳熱管材質(zhì)為、不銹、銅管。綜上所述，本項目選用螺旋繞管式換熱器，性能優(yōu)良，造價低廉，節(jié)省能源符合綠色、節(jié)能的生產(chǎn)要求。4.2 采用性能更加優(yōu)良的 DJ-5 塔

27、板（1）DJ-5 塔板簡介一般的固定閥塔板，常發(fā)生對沖現(xiàn)象，減小塔板的處理能力和操作彈性，而且需要消耗大量能量，增大塔板的壓降，增大漏液量，降低傳質(zhì)效率。新型的固定閥 DJ 塔板（DJ-5 型），該塔板的固定閥閥面?zhèn)冗吘哂邢蛳聫澢恼圻?。DJ-5 型塔板改變了從固定閥側(cè)吹出的氣體的方向，使氣體從固定閥側(cè)斜向下吹到塔板板面上，減少夾帶量和漏液量，提高塔板的處理能力和操作彈性，同時強化塔板上汽液接觸傳質(zhì)，提高塔板傳質(zhì)效率。18性能與參數(shù)對比普通列管式螺旋繞管式改進效果承壓范圍（MPa）010.0022.0+12溫度范圍（）-20200-200400+200斷面溫差（）換熱面積（m2/m3） 占地面

28、積 S（年）壓降（KPa）252-2340100170+60+13011/3-2/32060+40205010-10-40體積(V)11/3-2/3重量(G)11/3-2/3同工況耗能(%)10085-15茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書1、塔板；2、矩形降液管；3、受液鼓泡區(qū)；4、懸掛式降液管防沖擊漏液裝置；5、降液管底孔；6、斜孔圖 4-2-1 DJ-5 型塔板結(jié)構(gòu)示意圖（左）和固定閥塔板DJ-5 型塔板采用新型固定閥作為鼓泡原件，降液管型式采用矩形懸掛式降液管。新型固定閥較好地綜合了篩孔塔板和浮閥塔板的優(yōu)點，克服了浮閥塔板耗材量大、成本高、易堵塞、浮閥容易吹掉或卡住和篩孔

29、塔板夾帶量大、漏液嚴重的缺點。液相氣相圖 4-2-2 新型固定閥結(jié)構(gòu)DJ-5 型塔板采用一根或多根矩形懸掛式降液管作為降液通道，上下相鄰兩層塔板降液管的排列方向互相垂直，液體直接從降液管中流到下層塔板上，形成緩流區(qū)，液體中所夾帶的固體物難以堵塞降液管，同時由于塔板上始終處于鼓泡狀態(tài)，固體顆粒難19茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書以沉積，也不浮動部件，因此具有十分良好的抗堵特性。液相圖 4-2-3 矩形懸掛式降液管（左）與弓形降液管（右）表 4-2-1 矩形懸掛式降液管與弓形降液管性能比較（2）塔板特點抗堵性能好DJ-5 型塔板所用矩形懸掛式降液管底端懸空在下層塔板液層上方，液體

30、直接從降液管流到下層塔板上，形成緩流區(qū)，液體所夾帶的顆粒難以在降液管中堆積。同時由于不采用浮動鼓泡部件(浮閥)，因此卡住閥腿、閥體粘連等現(xiàn)象，塔板上始終處于均勻的鼓泡狀態(tài)，從而具有十分良好的抗堵特性。塔板效率高一般的固定閥塔板，氣流均從固定閥側(cè)以水平方向吹人液層，與從相鄰的固定閥側(cè)噴出的氣流在兩固定閥中間發(fā)生對沖現(xiàn)象，兩股對沖的氣流不僅使塔板上的液體向上飛濺，增大液沫夾帶，減小塔板的處理能力和操作彈性，而且需要消耗大量能量，增大塔板的壓降。同時，氣流以水平方向吹入液層，會將液體吹入相鄰固定閥側(cè)成為漏液，增大漏液量，減小塔板的操作彈性，降低塔板的傳質(zhì)效率。20降液管類型弓形降液管矩形懸掛式降液管

31、改進結(jié)果溢流周邊/D（D 為直徑）0.6653.325+2.66受液區(qū)鼓泡面積/S11.2+0.2液體通量/Q11.5+0.5板間距/L10.75-0.25茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書處理能力大DJ-5 型塔板采用矩形懸掛降液管，降液管設在塔板中部，溢流周邊較弓形降液管要大 1 倍以上，同時受液區(qū)開孔，鼓泡面積也相應增大，因此可承受更大的液體通量和氣體負荷川，同時由于塔板上液層厚度適宜，板壓降較小，可減少漏液和夾帶量。另一方面，DJ-5 型塔板采用新型固定閥作為鼓泡元件(如圖 6 所示)，由于其特殊的結(jié)構(gòu)， 可以大大降低夾帶量，增大塔板的氣體處理能力。因此 DJ-5 型塔板

32、具有處理能力大、操作彈性大的特點，當負荷在較大范圍波動時也可正常操作。（3）選擇依據(jù)丙烯精餾丙烯和丙烷的相對揮發(fā)度較低，分離難度大，因此所需的塔板數(shù)多，回流比大，能量消耗高。中國燕山分公司乙烯裝置丙烯精餾塔塔釜丙烯損失嚴重。采用 DJ-5 型塔板對丙烯精餾塔進行改造，改造方案利用原塔體并且不增加塔的高度，本次技術(shù)改造取得了成功，使質(zhì)量和塔釜損失得到明顯，處理能力明顯提高，表 4-2-2 丙烯精餾塔改造前后操作情況的對比。表 4-2-2 改造前后操作情況對比從表中數(shù)據(jù)可以看出，丙烯精餾塔使用 DJ-5 型塔板更換原塔板后，分離效率有了明分數(shù)為 99. 76 %，塔釜丙烯損失由改造前的分數(shù) 42.

33、 69%顯的提高，塔頂丙烯下降到了 7. 67%。減少了丙烯損失，增大了丙烯產(chǎn)量，達到了改造的目的。4.3“梯形”扇形筒代替“D 形”扇形筒本工藝中采用的四合一疊式徑向反應器，其內(nèi)件扇形筒是關(guān)鍵部件之一，是高溫原料油氣進人催化劑床層并均勻分配的通道。傳統(tǒng)的扇形筒為“D 形”結(jié)構(gòu)，此種扇形筒機械強度低，扇形筒間催化劑死區(qū)，催化劑利用效率低。本裝置設計中首次采用21項目一般固定閥塔板DJ-5 塔板改進結(jié)果進料量/（t·h -1）19.120.3+1.2塔頂采出/（t·h -1）14.9718.02+3.05回流比丙烯分數(shù)/%塔釜丙烯分數(shù)/%25.720.3-5.499.699.

34、76+0.1642.697.67-35.02茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書Johnson Screens 公司優(yōu)化的“梯形”結(jié)構(gòu)扇形筒 OptiMiser扇形管，結(jié)構(gòu)形式見下圖。圖 4-3-1“梯形”和“D 形”扇形筒結(jié)構(gòu)形式圖圖 4-3-2 “梯形”扇形筒實物與安裝效果圖這種結(jié)構(gòu)形式結(jié)合了外籃式結(jié)構(gòu)與“D 形”扇形筒的安裝及維護方便的優(yōu)點，保證了均勻的床層厚度，從而使床層接觸范圍最大化。與“D 形”扇形筒相比，“梯形”扇形筒具有如下優(yōu)點:(1)機械強度更大，具有更好的壓縮和抗爆性能，能夠在更差的工藝條件下使用，使用長。可與反應器本體的停車檢修時間一致，裝置的長周期運轉(zhuǎn)，從而

35、實現(xiàn)超長周期運轉(zhuǎn)，節(jié)約了成本；(2)催化劑每一水平床層都是均勻的厚度，扇形筒之間沒有死區(qū)，無堆積炭，催化劑的使用效率更高；(3) 扇形筒橫截面積大，流體分布更好，創(chuàng)造了高流量環(huán)境。(4) 更好的壓縮和抗爆性能，軸向縫隙和光滑的絲網(wǎng)確保催化劑在工作中沿床層流動時不被磨損。22茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書第五章 過程催化劑及試劑的創(chuàng)新5.1 新型催化劑 Pt-Sn-Na-La/ZSM-5 的應用該工藝目前所用的 Pt-Sn/Al2O3 催化劑雖然大面積應用，但仍然一些，比如在催化反應過程中其載體 -Al2O3 表面易積炭，導致其比表面積、孔徑和都呈下降趨勢，隨著積炭量的增加其下

36、降幅度更為明顯，明顯降低了催化劑的活性，使催化劑的使用受到影響。經(jīng)查閱資料發(fā)現(xiàn) ZSM-5篩具有高性，有很寬硅鋁比變化范圍以調(diào)變表面酸性，獨特三維直通道體系以限制大的形成，十元環(huán)開孔與許多石油化工過程中烴類大小相近，形成了優(yōu)異的性，其可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 -A12O3 作為催化劑的載體，新的催化劑在反應過程中具有更加優(yōu)良的性，原料具有更高的選擇性和轉(zhuǎn)化率。表 5-1-1 Pt-Sn-Na-La/ZSM-5 與 Pt-Sn/Al2O3 性能對比表經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn) Pt-Sn-Na-La/ZSM-5 的性能指標要優(yōu)于 Oleflex 的 Pt-Sn/Al2O3。所選催化劑的主要性質(zhì)：表 5-1-2 Pt-Sn

37、-Na-La/ZSM-5 催化劑的主要性質(zhì)5.2 新型綠色脫劑的應用本項目原料進料反應前需進行預處理，由于原料中含有少量會影響反應和質(zhì)量所以預先通過脫床對進行脫除。23催化劑類型催化劑組成(質(zhì)量分數(shù))表面積孔隙容量堆密度納米篩Pt：0.5%，Sn：1.0%Na：1.0%，La：1.4%306.3m2/g0.188m3/g800kg/m3催化劑種類Pt-Sn-Na-La/ZSM-5Oleflex 的 Pt-Sn/Al2O3改進結(jié)果/a空速/h-13-3.52-2.5+13.02.0+1.0丙烯選擇性/%9485+10丙烷轉(zhuǎn)化率/%37423540+2茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明

38、書表 5-2-1脫劑對比表 5-2-2 ZnCl2 改性竹炭改性竹炭的參數(shù)可見，ZnCl2 改性竹炭綠色、本項目對的脫除。、環(huán)保、活性高，符合清潔生產(chǎn)要求，適合用于5.3 新型脫氯劑的應用由于本項目采用的是 UOP 公司的 CCR 催化再生技術(shù)，該技術(shù)在運行過程當中，其再生放空氣中含有 HCl 和 ，為了使再生排放氣體中的有害氣體 HCl 含量達到環(huán)保排放標準，目前其處理大致有三種：1.傳統(tǒng)的處理是利用酸堿中和的原理，將含 HCl 和 的再生煙氣和稀堿液在文洗滌器和放空氣洗滌充分接觸，即堿洗技術(shù)；24脫 劑載硫活性炭ZnCl2 改性竹炭（本項目選擇）改進結(jié)果活性組分含量/%105-5比表面積/

39、m2/g 脫 率/%10h 后脫 率/%價格（元/噸）105085.12-964.8899100+146.099.2+53.270003000-4000脫 劑類型載硫活性炭ZnCl2 改性竹炭優(yōu)點缺點高溫下硫與活性炭的結(jié)合更為牢固，在約600下，硫損失率為 0，不易脫落，有利于提高載硫活性炭的使用；適用于常規(guī)除的場合除去氣體流中的含 蒸氣。吸附量低；成本高； 脫除能力受溫度影響較大竹材豐富，成才周期短，繁殖能力強，其竹炭在燒制的過程在高溫缺氧條件下得到的竹炭是天然可再生的多孔材中保持了竹子的基本形態(tài),料；但也有明顯的塌陷和變價格便宜，約為活性碳的 1/3-1/5；對 的脫除形。能力強，在 16

40、0時，脫 效率為 100%。化學吸附占主導，吸附 后結(jié)構(gòu)。茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書2. Chlorsorb 技術(shù)，即在再生器的下部增設氯吸附區(qū)，該技術(shù)的是利用重整催化劑作為吸附劑，吸附再生放空氣體中的氯化物。該氯吸附技術(shù)利用了催化劑在低溫比高溫具有更氯能力的特點，使高溫燒焦區(qū)催化劑上脫附的氯化物在低溫 Chlorsorb 吸附區(qū)催化劑上重新吸附，從而達到氯回收的目的；3. 采用石科院開發(fā)的固體脫氯技術(shù)和 GL-1 再生煙氣脫氯劑進行脫氯。此三種脫氯對比如下：表 5-3-1三種脫氯對比表 5-3-2 GL-1 再生煙氣脫氯劑物化性質(zhì)25項目數(shù)據(jù)外觀灰白色條狀直徑/mm3.

41、4長度/mm3-12堆密度/（kg. ）0.68-0.72技術(shù)類型優(yōu)點缺點脫除效果堿洗技術(shù)成熟可靠，堿液便宜易得1. 操作復雜；2. 投資費用高；3. 廢堿渣不易處理。再生煙氣中HCl 含量小于 1.0 µL/L ，能滿家關(guān)于排放廢氣HCl 含量的要求。Chlorsorb 氯吸附GL-1 固體脫氯相對于堿洗技術(shù)，該技術(shù)省去了尾氣堿洗系統(tǒng)，減少了廢堿液的處理，也降低了氯的注入量。引起催化劑比表面積下降加快、 縮短及 腐蝕等 。再生煙氣中HCl 含量小于 1.0 µL/L ，能滿家關(guān)于排放廢氣HCl 含量的要求。1. 脫氯效果好，投資??；2. 工藝流程簡單；3. 廢脫氯劑可直接

42、填埋處理，安全無污染。填充方式要求嚴格， 脫氯后再生氣中 HCl 必須按照要求的填料 含量小于 0.5 µL/L ， 可以達到預期 可滿足重整催化劑再的效果。生工藝要求。茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書表 5-3-3 GL-1 再生煙氣脫氯劑應用的工藝條件圖 5-3-1 固體脫氯與 Chlorsorb 氯吸附對催化劑比表面積的影響由以上對比可知 GL-1 固體脫氯具有優(yōu)良的特性，非常適合 CCR 催化劑再生單元的再生氣脫除，故本工藝選擇 GL-1 固體脫氯技術(shù)。26200比表面積/（.g- 1901）180Chlorsorb氯170吸附160GL-1固體脫150氯14

43、0050100150200再生周期數(shù)/次項目數(shù)據(jù)溫度/MPa體積空速/ 300-580常壓-3.02000W(H2O),%10 （ ，%16 （ ，%0-8 （ ，%w（氯化氫）/（ug. ） 出口 w（氯化氫）/（ug. ）7830000.5強度/（N. ）128穿透氯容/%35茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書第六章系統(tǒng)的創(chuàng)新6.1 安全儀表系統(tǒng) SIS 設計本項目所用的反應器為四合一疊式徑流反應器，操作條件高溫高壓，該工藝屬于危險的化工工藝，其需要進行特殊的，以降低工藝生產(chǎn)過程的性。為此，在原有的基本過程系統(tǒng)之外，單獨設計了一套安全儀表系統(tǒng)。本項目丙烯反應器安全連鎖系統(tǒng)如下

44、所示：圖 6-1 丙烷脫氫反應器 SIS 設計圖此設計收到的效果如下：1. 當操作出現(xiàn)異常時，如反應器溫度過高或過低，靠基本過程系統(tǒng)無法使反應器溫度快速恢復正常時，出塔氣體就會大大偏離的設定值，信號傳遞給安全邏輯器，通過 2oo3 表決機制，如果確實有兩個不正常，邏輯器輸出信號使三通電磁閥失電，從而使丙烷原料進料切斷閥關(guān)閉。與此同時，反應器頂部放空閥打開，將氣體排放至火炬系統(tǒng)進行處理。當解除后，可通過系統(tǒng)設定恢復正常；2. 使得系統(tǒng)具有容錯能力，避免因測量錯誤等而導致的停車。27茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書6.2 APC 和 DCS系統(tǒng)的應用在丙烷脫氫裝置內(nèi)采用 APC 先

45、進系統(tǒng)，對主要工藝參數(shù)進行優(yōu)化，在滿足工藝要求的基礎上實現(xiàn)“卡邊”，從而有效降低裝置的操作費用，避免能量浪費。并且可質(zhì)量，APC 先進以未來使之達到應有的系統(tǒng)在多家化工廠的常減壓裝置投用后，對裝置操作平穩(wěn)率、質(zhì)量及側(cè)線收率的提升效果。表明 APC 系統(tǒng)的應用可使裝置操作更加平穩(wěn)，降低了操作的勞動強度；提高了質(zhì)量的精度，提高了目標的收率。28茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書第七章環(huán)境保護技術(shù)創(chuàng)新7.1 廢水7.1.1 丙烯廢水本項目出料干燥再生氣中 H2S 含量較高，硫化物含量高、堿性強等特點，因此需單獨處置。生氣堿洗塔洗滌后，含硫廢堿液具有表 7-1-1-1 堿洗塔污水組成兩種

46、含硫廢水處理的比較：圖 7-1-1-1 原有濕式氧化法處理流程圖 7-1-1-2 新型濕式氧化處理流程29組分NaOH（wt.%）Na2S（wt.%）NaHS（wt.%）含油（mg/L）COD（mg/L）BOD5（mg/L）pH范圍2.06.834.852801173501000013.4茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書表 7-1-1-2 新工藝操作參數(shù)具體工藝流程如下：氣浮除油：在廢堿液中通入空氣，使廢堿液中產(chǎn)生氣泡，廢堿液中夾帶的微量輕質(zhì)油粘在氣泡上，隨氣體浮在水面上加以去除。廢堿液中油含量降至 18mg/L。去除硫氫化鈉：向廢堿液中加入 35wt%的氫氧化鈉溶液，如果處理

47、后所得到循環(huán)氫氧化鈉溶液，則使用循環(huán)的氫氧化鈉溶液。每 1m3 廢堿液中投加 35wt%的氫氧化鈉溶液315L，廢堿液中的硫氫化鈉全部轉(zhuǎn)化為硫化鈉，反應后的廢堿液中氫氧化鈉濃度為4.9wt%。濕式氧化處理：濕式氧化處理的反應溫度為 190，反應3.0MPa，反應停留時間 50min。出水 S2-濃度為 0.7mg/L，COD 為 186mg/L，硫酸鈉濃度為 259600mg/L，氫氧化鈉濃度為 4.6wt%。蒸發(fā)濃縮：經(jīng)濕式氧化處理后，廢堿液蒸發(fā)濃縮至原液體積的 40%。經(jīng)蒸發(fā)濃縮后，廢堿液中氫氧化鈉濃度為 11wt%，廢堿液中硫酸鈉濃度由 295600mg/L 降至 168200mg/L，

48、回收析出的硫酸鈉。調(diào)節(jié)堿濃度：向蒸發(fā)濃縮后的廢堿液中投加固體氫氧化鈉，使廢堿液中氫氧化鈉濃度升至 35wt%。冷卻至室溫（25）后，廢堿液中硫酸鈉濃度降至 10863mg/L，回收大量析出的結(jié)晶硫酸鈉。高濃度的氫氧化鈉濃度可回用到去除硫氫化鈉的步驟；也可稀釋至氫氧化鈉濃度為 10wt%后，回用至堿洗塔。30步驟項目參數(shù)濕式氧化處理蒸發(fā)濃縮反應溫度/190反應/MPa3.0反應時間/min50濃縮程度/%濃縮至 40調(diào)節(jié)堿濃度調(diào)節(jié)后氫氧化鈉濃度/%35wt溫度/25茂名82 萬噸/年丙烯/丙烯酸項目-創(chuàng)新性說明書表 7-1-1-3 處理效果對比采用新型處理工藝，可高效去除乙烯廢堿液中的 COD 和硫化物，同時可以回收硫酸鈉，回用處理后的氫氧化鈉溶液，實現(xiàn)丙烷脫氫廢堿液的零排放。7.1.2 丙烯酸廢水丙烯酸廢水中含有丙烯酸、乙酸、丙烯醛等多種有機物，成分復雜，這使得丙烯酸及其酯類廢水的處理十分。表 7-1-2-1 丙烯酸生產(chǎn)廢水的水質(zhì)（mg/L）丙烯酸生產(chǎn)過程產(chǎn)生