教程1.設(shè)計(jì)摘要-10版

1、目錄一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介1二、正丁醇市場(chǎng)分析1三、工藝設(shè)計(jì)23.13.23.3原料產(chǎn)品確定2工藝確定3工藝流程說(shuō)明33.3.13.3.23.3.33.3.4原料預(yù)分離及丙烷脫氫工段4丙烯氫甲?；ざ?加氫工段6產(chǎn)品精制工段7四、清潔生產(chǎn)7五、車間布置及廠區(qū)設(shè)計(jì)8六、節(jié)能設(shè)計(jì)11熱集成11熱泵精餾12七、 安全設(shè)計(jì)13八、 動(dòng)態(tài)模擬13九、 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)14九、 總結(jié)15一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介本項(xiàng)目設(shè)計(jì)兼顧經(jīng)濟(jì)效益性、綠色環(huán)保性和清潔生產(chǎn)理念。在考慮經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，積極使用節(jié)能環(huán)保生產(chǎn)技術(shù)，如熱泵精餾，夾點(diǎn)分析，三廢處理并兼顧經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。利用 Aspen 等完成了工藝方案選擇、工藝路線設(shè)計(jì)、工藝過(guò)程模擬與優(yōu)化

2、、換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、換熱器設(shè)計(jì)；采用 SW6-2011及 CUP-Tower對(duì)塔設(shè)備進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基本參數(shù)優(yōu)化和機(jī)械強(qiáng)度校核；利用 SW6-2011和 EDR對(duì)全部的換熱器進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)、選型、基本參數(shù)設(shè)計(jì)和機(jī)械強(qiáng)度校核；使用 CAD 繪制了工藝物料流程圖（PFD）、管道及儀表流程圖（）、關(guān)鍵設(shè)備裝配圖、車間設(shè)備布置圖；同時(shí)采用 CAD Worx 工程在對(duì)配管進(jìn)行設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用 3DMAX 設(shè)計(jì)了三維車間、三維工廠，利用 Fluent器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化；采用繪聲繪影對(duì)動(dòng)畫(huà)進(jìn)行后期處理。對(duì)反應(yīng)本項(xiàng)目所有設(shè)計(jì)均遵循 HSE 理念，HSE 是健康（Health）、安全（Safety）和環(huán)境（En

3、vironment）管理體系的簡(jiǎn)稱。其溝通。項(xiàng)目安全環(huán)保理念貫穿全廠。價(jià)值觀是責(zé)任、關(guān)愛(ài)、共享和二、正丁醇市場(chǎng)分析正丁醇是一種重要的有機(jī)化工原料，用途非常廣泛，主要用于鄰苯二甲酸正丁酯、脂肪二元酸和磷酸丁酯、丙烯酸丁酯及醋酸丁酯等，我國(guó)丁醇主要用于生產(chǎn)醋酸丁酯、丙烯酸丁酯、鄰苯二甲酸二丁酯及等，用量較大的是醋酸丁酯、丙烯酸丁酯和鄰苯二甲酸二丁酯（DBP），分別占我國(guó)丁醇消費(fèi)總量的33%、45%和 13%。這些正丁醇的酯類化合物可用于生產(chǎn)乳膠建筑用涂料。另外，正丁醇還可以用做織物制造以及硬質(zhì)聚氯乙稀抗沖擊改性劑，大約有十分之一的丁醇直接作為溶劑供應(yīng)市場(chǎng),其他少量用于生產(chǎn)增塑劑、氨基樹(shù)脂和丁胺等。

4、近年來(lái)，丁醇下游市場(chǎng)市場(chǎng)需求量不斷增大，但由于工藝技術(shù)受限，一直不能滿足下游實(shí)際生產(chǎn)的需求，對(duì)于附加值高、技術(shù)含量高的丁醇下游衍生物產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與國(guó)外較大差距，丁醇衍生的性能特殊、附加值高的增塑劑類大多需要進(jìn)口，在技術(shù)與市場(chǎng)方面目前還受制于國(guó)外。導(dǎo)致丁醇市場(chǎng)產(chǎn)需的主要原因是催化劑的技術(shù)生產(chǎn)要求。本工藝設(shè)計(jì)主要針對(duì)丁醇市場(chǎng)需求、煉廠氣副產(chǎn)品液化石油氣的資源化利用，提高液化石油氣的利用率和丁醇產(chǎn)量，滿足下游市場(chǎng)對(duì)丁醇的需求量。三、工藝設(shè)計(jì)3.1 原料產(chǎn)品確定本項(xiàng)目的主要原料是來(lái)自于茂名實(shí)華的重油催化裂化氣分裝置采用的公司石油化工科學(xué)（以下簡(jiǎn)稱石科院）開(kāi)發(fā)的 MIP（名實(shí)華izing Iso-Para

5、ffins）工藝技術(shù)的改造產(chǎn)生的丙烷。項(xiàng)目為茂年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸丁醇項(xiàng)目，廠址選于省茂名市電白區(qū)茂名工業(yè)園區(qū)北片區(qū)，現(xiàn)公司兩套氣分裝置處理能力達(dá) 54 萬(wàn)噸/年，居業(yè)第二位。項(xiàng)目還需要的原料氣和氫氣來(lái)自于茂名工業(yè)區(qū)園區(qū)企業(yè)，氫氣主要來(lái)源于丙烷脫氫工段的副產(chǎn)氫氣，少量來(lái)源于為于茂名工工業(yè)區(qū)內(nèi)的茂名，國(guó)內(nèi)最大的煤制氫裝置，采用水煤漿氣化和低溫甲醇洗工藝技術(shù)生產(chǎn) 98%v 的氫氣。表 3-1 產(chǎn)品方案序號(hào)產(chǎn)品規(guī)格（%）產(chǎn)量（噸/年）備注1正丁醇99.928.6主產(chǎn)品3.2 工藝確定丙烷脫氫丙烯的路線有丙烷催化脫氫、丙烷氧化脫氫、膜反應(yīng)器上的丙烷脫氫新技術(shù)和CO2氧化丙烷制丙烯。其中丙烷催化脫氫制丙烯技

6、術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，丙烷氧化脫氫等技術(shù)尚在積極的研究當(dāng)中。丙烷催化脫氫制丙烯已工業(yè)化的工藝技術(shù)主要是 UOP 公司的 Oleflex 工藝、Lummus-Houdry 公司的 Catofin工藝和 Kruppg 公司的 STAR 工藝。丙烯制丁醇主要有高壓法:(Ruhr)技術(shù)、巴斯夫(BASF)技術(shù)、三菱(MCC)技術(shù)、殼牌(S)技術(shù)。中壓法: 殼牌(S)技術(shù)、-化學(xué)(Ruhrchemic)技術(shù)、三菱(MCC)銠法技術(shù)。低壓法: 雷普法(Reppe)技術(shù)(Eastman)技術(shù)(Davy UCC Johnson Mat they )技術(shù)、三菱化成(MCC)技術(shù)，目前運(yùn)用較廣泛的主要是they )技

7、術(shù)。(Davy UCC Johnson Mat綜合工藝原料資源可行性，丁醇生產(chǎn)工藝技術(shù)的成熟性以及產(chǎn)品市場(chǎng)分析，對(duì)本項(xiàng)目工藝路線進(jìn)行工藝技術(shù)、投額、抗風(fēng)險(xiǎn)能力分析、工藝優(yōu)缺點(diǎn)和建設(shè)規(guī)模的比較，可知 UOP 公司的 Oleflex 工藝技術(shù)對(duì)于丙烷脫氫過(guò)程具有工藝成熟，丙烷轉(zhuǎn)化率高，催化劑長(zhǎng)且環(huán)保，可連續(xù)再生，連續(xù)式反應(yīng)器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷，工藝流程短、裝置能耗優(yōu)點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)，公司的 UCC/DAVY 工藝在制取丁醇過(guò)程具有工藝成熟，催化劑活性高，選擇性好；消耗低；操作溫度、壓力低；正異構(gòu)比高；流程短，設(shè)備少；不需要特殊材質(zhì)；操作平穩(wěn)，維修方便；液相循環(huán)新技術(shù)先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，且項(xiàng)目所需原料來(lái)源充足，原料價(jià)格低，

8、抗風(fēng)險(xiǎn)能力強(qiáng)，故確定本項(xiàng)目的工藝方案采用 UOP 公司的 Oleflex 工藝和英國(guó)公司和英國(guó)馬瑟公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的第二代低壓銠法羰基工藝液相循環(huán)工藝相結(jié)合的工藝技術(shù)，項(xiàng)目共分為原料預(yù)分離及丙烷脫氫工段、丙烯氫甲?；磻?yīng)工段、加氫工段及產(chǎn)品精制工段四個(gè)工段。本項(xiàng)目技術(shù)實(shí)現(xiàn)了原料綜合利用，丙烷脫氫工段的副產(chǎn)氫氣經(jīng)變壓吸附純度達(dá)到 99%，可作為加氫工段的原料、經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)化，且生產(chǎn)過(guò)程中有害物質(zhì)較少，實(shí)現(xiàn)了從原料到產(chǎn)品的清潔、安全生產(chǎn)，并采用熱泵精餾，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。3.3 工藝流程說(shuō)明本工藝以精丙烷為原料，從丙烷經(jīng)過(guò)催化脫氫后生成丙烯和氫氣，丙烯再與2異丁醇971.4副產(chǎn)品氣發(fā)生氫甲?；磻?yīng)生成混合，混

9、合加氫生成產(chǎn)品正異丁醇。主要流程包括原料預(yù)分離及丙烷脫氫工段、丙烯氫甲?；磻?yīng)工段、加氫工段和產(chǎn)品精制工段四個(gè)工段。圖 3-1 工藝物料集成圖3.3.1 原料預(yù)分離及丙烷脫氫工段原料液化石油氣（溫度：45壓力：1.58MPa）進(jìn)入脫碳四塔，除去液化石油氣中碳四及以上組分，丙烷及少量輕烴進(jìn)入四臺(tái)連續(xù)的脫氫反應(yīng)器，高溫脫氫后反應(yīng)器出料丙烷丙烯及少量輕烴進(jìn)入脫乙烷塔出去少量輕烴，丙烷丙烯混合物進(jìn)入丙烷丙烯分離塔，分離出的丙烯進(jìn)入丙烯羰基化反應(yīng)工段、大量未反應(yīng)的丙烷返回反應(yīng)器。該工段的工藝流程圖如下圖所示：圖 3-2 原料預(yù)分離及丙烷脫氫工段流程圖（1）圖3-3 原料預(yù)分離及丙烷脫氫工段流程圖（2）3

10、.3.2 丙烯氫甲?；ざ蝸?lái)自丙烷脫氫工段的丙烯和羰基氣、催化劑混合后經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入兩臺(tái)串聯(lián)的羰基反應(yīng)器，反應(yīng)器為帶攪拌的鼓泡式反應(yīng)器，第一反應(yīng)器的氣、液相出料進(jìn)入第二反應(yīng)器，第二反應(yīng)器的氣相出料經(jīng)液分離器后液相循環(huán)回反應(yīng)器，氣相作為馳放氣放空，第二反應(yīng)器液相出料經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器后分離出高濃度的催化劑作為循環(huán)使用，分離出的粗中由于溶解有丙烷丙烯，經(jīng)過(guò)冷凝后進(jìn)入汽提塔，利用進(jìn)料氣汽提出大部分的丙烷丙烯，粗與馳放氣混合后進(jìn)入丁醛穩(wěn)定塔，將溶解在粗中的氣體分離，塔底得到度的混合進(jìn)入加氫工段。丙烯氫甲?；ざ蔚墓に嚵鞒虉D如下圖所示：圖3-4丙烯氫甲酰化工段流程圖（1）圖3-5丙烯氫甲酰化工段流程圖（2）3.3

11、.3加氫工段來(lái)自羰基工段的進(jìn)入蒸發(fā)器，生成的氣相與氫氣混合后進(jìn)入加氫反應(yīng)器，加氫反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率及選擇性均較高，反應(yīng)器出料經(jīng)過(guò)冷凝后進(jìn)行氣液分離器，分離出的氫氣作循環(huán)使用。加氫工段的工藝流程圖如下：圖 3-6加氫工段流程圖3.3.4 產(chǎn)品精制工段混合丁醇液體進(jìn)入丁醇異構(gòu)物塔，分離后得到產(chǎn)品正丁醇和異丁醇。產(chǎn)品精制工段流程圖如下：圖 3-7 產(chǎn)品精制工段流程圖四、清潔生產(chǎn)本項(xiàng)目為茂名實(shí)華丙烷資源化利用丁醇分廠，選擇丙烷含量為 97%的液化石油氣為原料，脫氫工段副產(chǎn)的氫氣經(jīng)變壓吸附過(guò)程后可作為加氫工段的原料，項(xiàng)目中未參與反應(yīng)的烷烴等可燃性氣體經(jīng)預(yù)處理后進(jìn)入，作為為項(xiàng)目提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)能源的合理利用，對(duì)經(jīng)

12、濟(jì)和環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。所有的廢水、廢氣、廢物均采取了可行的處理方法進(jìn)行處理，處理后的廢水、廢氣可以達(dá)到規(guī)定的排放指標(biāo)；廢固經(jīng)過(guò)回收預(yù)處理返回經(jīng)銷商，工藝反應(yīng)條件溫和，設(shè)備安全規(guī)范，保證生產(chǎn)安全；因此本項(xiàng)目符合清潔生產(chǎn)的要求并且在原料利用上在經(jīng)濟(jì)和環(huán)保兩方面達(dá)到了雙贏。五、車間布置及廠區(qū)設(shè)計(jì)考慮了原料、市場(chǎng)、交通、政策、環(huán)境承受能力等各方面，廠址選擇在省茂名市電白區(qū)茂名工業(yè)區(qū)北片區(qū)。在總圖布置合理利用每寸土地，切實(shí)保護(hù)耕地的基本國(guó)策基礎(chǔ)上，因地制宜，節(jié)約用地，提高土地利用率。堅(jiān)持做到：符合國(guó)情，布置合理，生產(chǎn)安全，技術(shù)先進(jìn)，保護(hù)環(huán)境，節(jié)省投資，運(yùn)營(yíng)費(fèi)低。根據(jù)人車分離理念，分設(shè)車流通道和

13、通道，減少交通阻力。本設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)采用 CAD Worx 和 Auto CAD 進(jìn)行了廠區(qū)布置、車間布置和管道布置，如下圖所示：圖 5-1 廠區(qū)布置總圖圖 5-2三維管道布置圖圖 5-3加氫車間平面布置圖圖 5-4車間三維布置圖圖 5-5 茂名工業(yè)區(qū)地理位置六、節(jié)能設(shè)計(jì)6.1 熱集成在本項(xiàng)目中，涉及公用工程量較多。為了充分利用能量，本項(xiàng)目通過(guò)使用Aspen Energyyzer，根據(jù)夾點(diǎn)設(shè)計(jì)法，結(jié)合本廠設(shè)備布置的實(shí)際情況，進(jìn)行流股匹配，以經(jīng)濟(jì)節(jié)能為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)選定最佳最小傳熱溫差 6后進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)的自行設(shè)計(jì)，再進(jìn)一步手動(dòng)優(yōu)化，結(jié)合人工校核，設(shè)計(jì)出了一種最優(yōu)的冷熱流股匹配方案。同時(shí)將優(yōu)化后的換

14、熱網(wǎng)絡(luò)返回流程模擬和圖紙，對(duì)比分析得出最優(yōu)。詳見(jiàn) Aspen 流程模擬源文件和最終配結(jié)果如下所示：圖紙。圖 6-1 換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化方案經(jīng)過(guò)熱集成對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化后，所需的冷熱公用工程耗量如下表所示：表 6-1 熱集成前后冷熱公用系統(tǒng)對(duì)比表6.2 熱泵精餾為達(dá)到節(jié)能降耗的目的在丙烷丙烯分離時(shí)采用“熱泵精餾分離技術(shù)”，根據(jù)選擇的塔設(shè)備和分離任務(wù)的特點(diǎn)，選擇熱泵精餾，經(jīng)計(jì)算節(jié)能效果明顯，節(jié)能如下表所示：表6-2 節(jié)能效果表熱公用工程能耗/KW冷公用工程能耗/KW無(wú)熱泵精餾含熱泵精餾節(jié)能177916.667164333.33383555.55675111.11153.037%54.293%項(xiàng)目熱公用

15、系統(tǒng)/kW冷公用系統(tǒng)/kW匹配前匹配后節(jié)能99777.77891361.11183555.55675111.11116.258%17.787%七、 安全設(shè)計(jì)安全是工業(yè)生產(chǎn)最重要的考慮，本項(xiàng)目“安全第一，預(yù)防為主，綜合治理”的指導(dǎo)，設(shè)計(jì)了從上至下的五個(gè)安全保護(hù)層次。的 HSE 管理體系，把健康、安全、環(huán)境整合在一首先，整個(gè)工廠建立起形成一個(gè)管理體系綜合管理。從項(xiàng)目的 HSE 管理方針、管理機(jī)構(gòu)、人力資源、物質(zhì)保障和遵循出發(fā)，進(jìn)行整系的設(shè)計(jì)。其次，項(xiàng)目生產(chǎn)采用先進(jìn)的本質(zhì)安全理念，從流程設(shè)計(jì)、操作條件、運(yùn)輸、設(shè)備選型等方面來(lái)減少事故發(fā)生的可能性和危害性。再次，本項(xiàng)目生產(chǎn)中涉及到了國(guó)家工藝中的加氫工藝

16、，運(yùn)用、ESD等控制對(duì)加氫反應(yīng)器和氫氣壓縮機(jī)進(jìn)行重點(diǎn)，并對(duì)整個(gè)工藝流程運(yùn)用自動(dòng)化進(jìn)行工藝控制。然后，本項(xiàng)目在全廠布置上嚴(yán)格遵循石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范和建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范，使設(shè)計(jì)做到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)；在平時(shí)生產(chǎn)操作時(shí)，通過(guò)多次的安全培訓(xùn)，提高員工安全意識(shí)，規(guī)范安全操作，降低人為事故發(fā)生的概率。最后，本項(xiàng)目制定全面的事故應(yīng)急預(yù)案，運(yùn)用 Risk System進(jìn)行模擬，為應(yīng)急措施的制定提供依據(jù)。對(duì)泄漏事故八、 動(dòng)態(tài)模擬Aspen plus 進(jìn)行的是工藝的穩(wěn)態(tài)模擬，是工廠連續(xù)操作后，工藝條件處于穩(wěn)定時(shí)，物流參數(shù)在某一范圍內(nèi)處于穩(wěn)定值，因此 Aspen plus 模擬得到的是理想情況下的各種物流信息。但是在實(shí)際

17、生產(chǎn)中，不可避免會(huì)遇到由于設(shè)備的故障或者其他的工藝條件改變（開(kāi)、停車過(guò)程）造成流程處于非穩(wěn)態(tài)操作條件下，從而影響的產(chǎn)品的產(chǎn)量和和純度?；?fluent對(duì)加氫反應(yīng)器進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新：通過(guò) Fluent 模擬列管式反應(yīng)器進(jìn)料口出兩種物料的體積分?jǐn)?shù)，從兩種物料接觸情況間接反映出反應(yīng)情況，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化前在進(jìn)料口的封頭出形成明顯的物料真空區(qū)域（圖 8-1.藍(lán)色部分），對(duì)反應(yīng)的進(jìn)行不利，影響反應(yīng)質(zhì)量，從液體分布器得到啟發(fā)，在進(jìn)料口下方放置一塊類似篩子的檔板進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)模擬，效果明顯，如圖 8-2.所示。圖 8-1 優(yōu)化前的動(dòng)畫(huà)截圖圖 8-2 優(yōu)化后的動(dòng)畫(huà)截圖九、 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò) Aspen

18、Pros Economicyzer 進(jìn)行初步估算。從總投資估算、產(chǎn)品成本估算、收入分析、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析幾個(gè)方面對(duì)本項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，從投資利潤(rùn)率、投資利稅率、靜態(tài)投資收益率、投資回收期等指標(biāo)可以看出本項(xiàng)目具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)濟(jì)可行。詳細(xì)內(nèi)容參照可行性研究第章。表 9-1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)九、 總結(jié)本次設(shè)計(jì)競(jìng)賽要求為某一大型綜合化工企業(yè)設(shè)計(jì)一座以丙烷為原料且與企業(yè)的產(chǎn)品體系有效融合的丙烷資源化利用分廠。通過(guò)資料查詢，確定本項(xiàng)目的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為正丁醇和異丁醇，建設(shè)規(guī)模為 30 萬(wàn)噸/年，經(jīng)過(guò)對(duì)產(chǎn)品的綜合分析，我們采用 UOP（油品）公司的 Oleflex 工藝和英國(guó)公司和英國(guó)馬瑟公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的第二代低壓銠法羰基工藝液相循環(huán)工藝相結(jié)合的工藝技術(shù)，建廠地址在省茂名市電白區(qū)茂名工業(yè)區(qū)北片區(qū)工業(yè)用地內(nèi)，以含 97%丙烷的液化石油氣為原料，原料直接來(lái)源于總廠，原料豐富方便。丙烷制丁醇工藝是一條新興的工藝路線，其可以在一定程度上資源化利用煉序號(hào)指標(biāo)名稱數(shù)值1234567891011121314設(shè)計(jì)規(guī)模萬(wàn)噸/年30占地面積平方米66420建筑面積平方米21135.5年操作時(shí)間小時(shí)/年7200工程項(xiàng)目總投資億元5.52固定資產(chǎn)投資億元3.6直接材料費(fèi)億元/年9.2總定員人224年成本費(fèi)用億元