石化8.5萬噸年丙烷資源化利用項目0 -項目摘要

石化8.5萬噸/年丙烷資源化利用項目項目摘要石化8.5石化8.5萬噸/年丙烷資源化利用項目項目摘要1.項目簡介目前，丙烷主要來自于油田伴生氣，濕性天然氣，以及煉油廠催化裂化裝置等。而傳統(tǒng)上丙烷主要直接用作燃料，或調(diào)入液化氣使用。近年來，隨著國際社會對環(huán)境保護的高度關(guān)注和新能源技術(shù)的發(fā)展，可再生能源被廣泛利用，對石化能源的依賴有所降低，丙烷作為一種不可再生礦產(chǎn)，逐漸從能源化利用轉(zhuǎn)向資源化利用。丙烷下游產(chǎn)業(yè)鏈較為豐富，其中以丙烷脫氫制丙烯為丙烷最重要和最基本的資源化利用手段。該項目是受石化公司委托，為其1800萬噸/年煉油改造工程產(chǎn)出的年產(chǎn)約8.5萬噸丙烷進行資源化綜合利用的配套設(shè)計項目。考慮到石化產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)下游建有聚醚-聚氨酯項目，需要環(huán)氧丙烷原料從外部購買。如果我們將煉油改造工程副產(chǎn)的這部分丙烷作為原料來生產(chǎn)環(huán)氧丙烷，并提供給該聚醚-聚氨酯項目，不僅可以實現(xiàn)丙烷的資源化利用，而且彌補了上下游產(chǎn)業(yè)鏈之間的缺失環(huán)節(jié)，形成“丙烷-丙烯-環(huán)氧丙烷-聚醚-聚氨酯”這一完整的產(chǎn)業(yè)鏈。綜上所述。我們選擇丙烷脫氫制丙烯，丙烯環(huán)氧化制環(huán)氧丙烷作為我們的產(chǎn)品路線?！懂a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整目錄[2015年本]》（國家發(fā)展改革委令2015年第21號令修正）中“第二類限制類”中指出“四、石化化工2、新建80萬噸/年以下石腦油裂解制乙烯、13萬噸/年以下丙烯腈、100萬噸/年以下精對苯二甲酸、20萬噸/年以下乙二醇、20萬噸／年以下苯乙烯（干氣制乙苯工藝除外）……300噸/年以下皂素（含水解物，綜合利用除外）生產(chǎn)裝置”屬于限制類。擬新建8.5萬噸丙烷資源化利用不屬于限制類。同時本項目符合《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2015年本）》中的第一類鼓勵類第七項石油、天然氣第4條“油氣伴生資源綜合利用”。石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院開展了《石油和化工行業(yè)“十三五”規(guī)劃前期研究》。研究提出，要以化工新能源、化工新材料、高端石化、傳統(tǒng)化工產(chǎn)業(yè)升級作為主要發(fā)展方向，著力提升產(chǎn)業(yè)的國際競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力。因此擬建項目符合國家產(chǎn)業(yè)政策要求。2.工藝介紹丙烷脫氫制丙烯反應(yīng)目前常用的催化劑有Pt系催化劑和Cr系催化劑，其中Cr系催化劑含有重金屬Cr，對環(huán)境造成污染，而Pt系催化劑活性成分為貴金屬Pt，在自然環(huán)境中呈惰性，因而清潔無污染。因此選擇Pt系催化劑。我們比較了伍德公司和撫順石化研究院的兩種Pt系催化劑，二者的轉(zhuǎn)化率，選擇性比均較高，工業(yè)壽命均較長，我們選用后者國產(chǎn)催化劑。丙烷脫氫的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，需要在高溫下進行，但高溫下也容易發(fā)生裂解與結(jié)焦，正常操作期間，少量焦炭沉積在催化劑上，需要頻繁再生催化劑。如果向系統(tǒng)中引入水蒸汽，可以將沉積的焦炭轉(zhuǎn)化成二氧化碳。這樣可以使運行周期更長。丙烷向丙烯的轉(zhuǎn)化受到特定壓力和溫度下熱力學(xué)平衡的限制。當(dāng)轉(zhuǎn)化接近平衡時，反應(yīng)速度降低且催化劑活性不會得到有效利用。但是如果讓氧氣進入系統(tǒng)，則會與部分氫形成水，轉(zhuǎn)而將脫氫反應(yīng)的平衡向正方向移動。水的形成是放熱反應(yīng)，所以也可以為丙烷進一步吸熱轉(zhuǎn)化提供反應(yīng)熱量。3清潔生產(chǎn)3.1原料清潔在原料選擇方面，石化1800萬噸/年煉油擴能改造工程正在實施，完成后丙烯產(chǎn)量將達到34.6×104t/a，丙烷產(chǎn)量將達到8.17×104t/a。純度平均值為99.93%，最低值為99.83%，供應(yīng)充足可靠，質(zhì)量和數(shù)量滿足要求。我們將這部分丙烷產(chǎn)品進行資源化利用，為園區(qū)下游聚醚-聚氨酯產(chǎn)業(yè)提供環(huán)氧丙烷產(chǎn)品，將能獲得較好的經(jīng)濟效益，達到清潔生產(chǎn)的目的。表1原料需求清單項目名稱規(guī)格單位小時用量年用量來源運輸方式原料丙烷99.82%wtkg9474.58.30E+07母廠提供儲罐氧氣99.2%wtkg3202.80E+06園區(qū)提供管道過氧化氫30.4%wtkg219441.92E+08園區(qū)提供儲罐輔助材料甲醇99.99%wtkg4063.56E+06園區(qū)提供儲罐苯99.99%wtkg151.31E+05母廠提供儲罐工藝軟水99.99%wtkg720.66.31E+06自來水廠管道3.2生產(chǎn)清潔在工藝選擇上，我們注重清潔生產(chǎn)，力求原料的最大利用率，在生產(chǎn)流程中，我們采用了未轉(zhuǎn)化原料循環(huán)回反應(yīng)器，輔助原料甲醇、夾帶劑苯進行回收循環(huán)利用，（具體循環(huán)見可行性報告“13.2.1物料集成”），同時通過工藝路線優(yōu)化，得到了物料的最大利用，做到了工藝流程清潔化。3.3環(huán)境清潔3.3.1廢水本項目工藝廢水只有三股：冷凝廢水0.9t/h，質(zhì)量組成為水99.99%，含醚廢水10.6t/h，質(zhì)量組成為水99.57%，丙二醇單甲醚0.43%；含苯含醇廢水8.33t/h，質(zhì)量組成為水99.26%，苯0.18%，甲醇0.56%。其余主要廢水為生活污水。 表2廢水排放一覽表序號排污液排放點排放量有害物濃度COD含量排放方式處理去向（t/h）（wt%）（mg/L）1含醚廢水脫水塔底10.6水99.57%3.377連續(xù)達到國家一級廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，可納管丙二醇單甲醚0.43%2含苯含醇廢水分液器出口8.4水99.26%，苯0.18%5.762連續(xù)送石化PTA污水處理裝置甲醇0.563冷凝廢水冷凝器底0.9水99.9996%0.02連續(xù)達到國家一級廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，可納管4生活污水生活設(shè)施1.2COD、氨氮、SS230間歇送完總廠，經(jīng)化糞處理后排放含醚廢水是本工藝產(chǎn)生的兩種主要廢水之一。雜質(zhì)含量較少，不具備回收價值，可直接排放至第Ⅲ類水域。含苯廢水是本工藝產(chǎn)生的兩種主要廢水之一，苯含量未達到直接排放標(biāo)準(zhǔn)，故廢水需送往總廠石化PTA污水處理裝置進行處理。經(jīng)多年實際運行證明，該工藝的達標(biāo)排放是完全可靠。生活污水采用重力流排出裝置區(qū)，接入廠區(qū)生活污水管道。送污水處理站處理。裝置內(nèi)排水按其水質(zhì)劃分成生產(chǎn)污水系統(tǒng)、生活污水系統(tǒng)、污染雨水系統(tǒng)和雨水系統(tǒng)，在設(shè)計上層層把關(guān)，做到清污分流。本項目設(shè)有初期雨水調(diào)節(jié)池，收集裝置內(nèi)被污染地面的污染雨水，生產(chǎn)污水后地面沖洗水，經(jīng)初級雨水調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)后，用調(diào)節(jié)池上的污水泵提升至廠區(qū)內(nèi)的污染雨水管道，排入全廠污水處理場經(jīng)行處理。雨水系統(tǒng)接受本項目污染區(qū)的后勤雨水和生產(chǎn)裝置其他地區(qū)沒有污染的雨水，以重力流的形式分散、就近排入廠區(qū)的排水系統(tǒng)。3.3.2廢氣廢氣處理后的排放濃度應(yīng)符合《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB16297-1996中相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。本丙烷脫氫工段轉(zhuǎn)化爐采用液化石油氣燃燒供熱，空氣與丙烯環(huán)氧化工段丙烯回收塔頂分出的富氧氣一道供燃料燃燒。轉(zhuǎn)化爐經(jīng)輻射段反應(yīng)吸熱，并經(jīng)過轉(zhuǎn)化爐對流段進行原料預(yù)熱，生蒸汽，空氣預(yù)熱，煙道尾氣經(jīng)引風(fēng)機送總廠脫硫脫硝裝置處理后排放。廠區(qū)在生產(chǎn)過程中因進料和裝卸問題會產(chǎn)生少量烴類物質(zhì)的泄露，故應(yīng)做好泄漏警報工作，同時在易泄漏處做好泄露廢氣的收集，防止其擴散。泄漏廢氣主要由各種烴類組成，故可將收集的廢氣直接送往總廠火炬作燃燒處理。表3廢氣排放一覽表序號排放氣名稱排放點排放量（m3/h）濃度（v%）排放方式處理去向1轉(zhuǎn)化爐煙道廢氣轉(zhuǎn)化爐對流段出口8.913CO6.52%，N227.13%，CO65.50%，SO20.87%，連續(xù)轉(zhuǎn)化爐尾氣經(jīng)引風(fēng)機送總廠“碧水藍天”脫硫脫硝除塵裝置處理后排放3.3.3固體廢物裝置定期更換的廢催化劑含有貴金屬，送生產(chǎn)廠家回收；污水污泥、生產(chǎn)包裝物和生活垃圾送往垃圾處理站或有資質(zhì)的企業(yè)進行回收處理。處理含苯廢水的活性炭產(chǎn)生的固廢無再生的經(jīng)濟效益，直接用作燃料燃燒。表4固體廢物排放一覽表序號排放物排放點產(chǎn)生量有害物組成排放方式固廢類別處理去向名稱（t/a）1丙烷脫氫催化劑反應(yīng)器5.6Sn、Al2O35年/次危廢HW06供應(yīng)商回收2丙烯環(huán)氧化催化劑反應(yīng)器10.9SiO23年/次危廢HW06供應(yīng)商回收3吸水分子篩分子篩吸水罐3.52SiO2Al2O33年/次危廢HW06供應(yīng)商回收4生產(chǎn)包裝物生產(chǎn)使用300低毒或腐蝕性間歇一般固廢送資質(zhì)單位處理5生活垃圾生活區(qū)37.8生活垃圾間歇一般固廢送至垃圾處理站處理3.3.4全廠主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)表5技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)表序號項目名稱單位數(shù)值一生產(chǎn)規(guī)模萬噸/年9.16二產(chǎn)品方案1環(huán)氧丙烷萬t/a915582丙烯萬t/a61253丙二醇甲醚萬t/a8101三年操作時間hour8000四主要原材料、輔助材料用量1丙烷t/a830002氧氣萬Nm3/a1963工業(yè)雙氧水t/a2122474甲醇t/a35605苯t/a1316水蒸氣t/a63107STAR催化劑t/a5.68TS-1催化劑t/a10.9五公用動力消耗量1低壓蒸汽萬t/a57.42中壓蒸汽萬t/a8.33循環(huán)冷卻水萬t/a24574循環(huán)冷凍劑萬t/a37.65電萬kw·h/a36066氮氣萬Nm3/a448.67儀表空氣萬Nm3/a141.1六三廢排放量1含醚廢水萬t/a8.482含苯醇廢水萬t/a6.663冷凝廢水萬t/a0.724生活污水萬t/a0.965富氧廢氣萬Nm3/a7.136丙烷脫氫催化劑t/a5.67丙烯環(huán)氧化催化劑t/a10.98吸水分子篩t/a3.529污水處理站污泥t/a24010生產(chǎn)包裝物t/a30011生活垃圾t/a37.8七全廠定員人250八總占地面積萬m23.17九單位產(chǎn)值能耗噸標(biāo)煤/萬元十單位產(chǎn)品綜合能耗噸標(biāo)煤/噸PO十一工程項目總投資萬元52627.791建設(shè)投資萬元44058.952建設(shè)期利息萬元19603流動資金萬元6608.84十二年銷售收入萬元102771.4十三成本和費用年均總成本費用萬元69517.19年均運營成本萬元65929.15十四年均凈利潤總額萬元21230.2十五年均銷售稅金萬元4947.3十六財務(wù)評價指標(biāo)1投資利潤率%53.82投資利稅率%63.23資本金凈利潤率%40.44投資回收期（靜態(tài)）年5.175投資回收期（動態(tài)i=0.11）年6.286全投資財務(wù)內(nèi)部收益率（稅后）%28.37全投資財務(wù)凈現(xiàn)值（稅后，i=0.11)萬元57691.71十七清償能力指標(biāo)人民幣借款償還期（含投產(chǎn)期）年74過程節(jié)能我們通過熱集成和熱泵精餾對能量進行了回收利用。其中熱集成全廠節(jié)能45.8%，熱泵精餾單元節(jié)能86.1%。5安全設(shè)計安全是工業(yè)生產(chǎn)最重要的考慮因素。本項目生產(chǎn)采用先進的本質(zhì)安全理念，從流程設(shè)計、操作條件、儲存運輸、設(shè)備選型等方面來減少事故發(fā)生的可能性和危害性。再次，本項目生產(chǎn)中，運用DCS和SIS等控制手段對反應(yīng)器，精餾塔等設(shè)備進行重點監(jiān)控，并對整個工藝流程運用自動化手段進行工藝控制。然后，本項目在全廠布置上嚴(yán)格遵循《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》和《建筑設(shè)計防火規(guī)范》，使設(shè)計做到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)；在平時生產(chǎn)操作時，通過多次的安全培訓(xùn)，提高員工安全意識，規(guī)范安全操作，降低人為事故發(fā)生的概率。最后，本項目制定全面的事故應(yīng)急預(yù)案，運用ALOHA和riskysytem軟件對泄漏事故進行模擬，為應(yīng)急措施的制定提供依據(jù)。6技術(shù)設(shè)備創(chuàng)新我們采用振蕩流反應(yīng)器這種新型反應(yīng)器，采用分子篩脫水罐這種新型分離設(shè)備，在換熱方面，利用轉(zhuǎn)化爐對流段預(yù)熱原料及副產(chǎn)蒸汽。并采用了分離集成技術(shù)——萃取精餾，采用反應(yīng)換熱集成設(shè)備——轉(zhuǎn)化爐，采用了新型分離技術(shù)——分子篩脫水，深冷分離。具體詳見《創(chuàng)新性說明書》。7設(shè)備設(shè)計和選型本項目設(shè)計過程中主要對反應(yīng)器、精餾塔、氣液分離器、儲罐等設(shè)備進行了設(shè)計，對換熱器、泵、壓縮機等設(shè)備進行了選型。具體詳見《初步設(shè)計說明書》第九章：設(shè)備。8自動控制本廠所有的工藝裝置和大部分公用工程、輔助設(shè)施等，均采用DCS控制系統(tǒng)進行過程控制和檢測，輔助SIS安全儀表系統(tǒng)，實現(xiàn)分布式集中操作，并建立全廠實時數(shù)據(jù)庫，同時對控制系統(tǒng)中檢測的結(jié)果實施報警動作或調(diào)節(jié)或停機控制，為全廠計算機信息管理和生產(chǎn)調(diào)度建立基礎(chǔ)。9車間布置及廠區(qū)設(shè)計本項目設(shè)計過程中采用SmartPlant3D軟件對精餾車間進行了設(shè)備建模和詳細(xì)的管道布置，并得到了各個方向的視圖及管道軸測圖。利用AutoCAD繪制了車間布置圖。具體詳見SmartPlant3D源文件及設(shè)計圖冊。本項目設(shè)計過程中根據(jù)相關(guān)規(guī)范對廠區(qū)進行了布置，利用AutoCAD繪制了廠區(qū)平面布置圖。具體詳見AutoCAD圖紙繪制源文件及設(shè)計圖冊。10經(jīng)濟評價本項目設(shè)計過程中通過AspenProcessEconomicAnalyzer進行初步估算。從總投資估算、產(chǎn)品成本估算、收入分析、經(jīng)濟指標(biāo)分析幾個方面對本項目的經(jīng)濟性進行了分析，從投資利潤率、投資利稅率、靜態(tài)投資收益率、投資回收期等指標(biāo)可以看出本項目具有良好的經(jīng)濟效益，經(jīng)濟可行。詳見《經(jīng)濟分析》。11軟件應(yīng)用本項目設(shè)計過程中應(yīng)用了多種相關(guān)軟件進行輔助設(shè)計。流程模擬AspenPlusV8.6換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與優(yōu)化AspenEnergyAnalyzer設(shè)備設(shè)計與選型塔設(shè)備：AspenPlusV8.6、SW6-2011換熱器：AspenPlusV8.6、ExchangerDesignandRatingV8.4自動控制AutoCAD廠區(qū)設(shè)計AutoCAD車間布置SmartPlant3D、AutoCAD泄漏擴散模型模擬ALOHARisksystem初步經(jīng)濟分析AspenProcessEconomicAnalyzer12項目總結(jié)本項目設(shè)計過程中，我們通過文獻查閱設(shè)計了丙烷制環(huán)氧丙烷工藝，完成了AspenPlus流程設(shè)計與模擬，對設(shè)計的工藝流程進行了充分的驗證。采用AspenEnergyAnalyzer對系統(tǒng)進行了換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和優(yōu)化；應(yīng)用多種選型軟件對各設(shè)備進行了設(shè)計與選型，完成了反應(yīng)器圖（2張），精餾塔圖（1張）