年产20万吨丙烯烃项目初步设计说明书学士学位论文文档格式.docx
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4、贯彻主体工程与环境保护、劳动安全和工业卫生、消防同时设计、同时建设、同时投产。
5、消防、卫生及安全设施的设置必须贯彻国家关于环境保护、劳动安全的法规和要求，负荷石油化工行业的相关标准。
6、所选择的产品方案和技术方案应是优化的方案，以最大程度减少投资，提高项目经济效益和抗风险能力。
科学论证项目的技术可靠性、项目的经济性，实事求是的作出研究结论.
1.4工艺特点
本项目所采用的生产工艺特点是：
具有较高的丙烯收率，本工艺采用专有的沸石催化剂和低磨损的固定床反应器作为主要生产装置，利用低结焦催化剂可以降低再生循环次数，在反应温度下可以不连续再生，更有利于节省成本。
1.5产品方案
本项目产品主要为聚合级乙烯单体和聚合级丙烯单体，在工艺装置中的副产品主要有丙烷等。
项目
产品
产品纯度
产量（吨/年）
主产品
乙烯
99.9%（w%）
7.4万
丙烯
99.6%（w%）
20.6万
副产品
丙烷
97.5（w%）
1.8万
1.6辅助设计软件的应用
在本设计中，应用了以下辅助设计工具软件：
用AspenPlus11.1进行流程模拟和工艺优化；
用AspenEnergyAnalizerV7.3-aspenONE进行热能集成优化；
用Auto-CAD2007进行制图；
用Autodesk3dsMaxDesign2010制作三维厂区效果图
第二章厂址选择
厂址选择是化工装置建设的一个重要环节，也是一项政策性﹑技术性很强的工作。
厂址选择对工厂的建设进度、投资数量、经济效益、环境保护及社会效益等方面都有重大影响。
由于只有厂址选择确定之后，才能估算其建设投资额和投产后的生产成本，才能对经济效益﹑环境影响﹑社会效益进行分析评估，判断项目的可行性，因此厂址选择工作是可行性研究的一部分。
需要考虑原料、能源、水源、运输和环境等方面的条件。
2.1选择原则
1）原料和市场
厂址应靠近各种原料产地和销售市场。
2）能源
化工厂需要大量的动力和蒸汽，应靠近燃料的供应点。
3）气候
化工厂的建厂地点应该温度适宜，湿度适中。
4）运输条件
尽量考虑铁路枢纽以及利用河流、运河、湖泊或海洋进行运输的可能性，公路运输可用作铁路和水路的补充。
5）供水
化工厂使用大量的水，用于产生蒸汽、冷却、洗涤，有时还用做原料。
因此，厂址必须靠近水量充足和水质良好的水源。
6）对环境的影响
应得到当地环保部门的认可，以便于妥善处理废物。
7）协作条件
选择在贮运、机修、公用工程（电力、蒸汽）和生活设施等方面具有良好协作条件的地区。
8）灾害及其他
避免低于洪水水位或在采取措施后仍不能确保不受水淹的地段，以及地震、泥石流、滑坡、有开采价值的矿藏、文物保护等地区。
2.2厂址选定
本项目厂址选在兰州市西固区，以兰州石油化工公司和兰州炼油厂为依托。
从而开发西北潜在价值资源。
满足西北地区乙丙烯炼油以及其他化工产品的合成作为原料。
西固区是兰州市下辖的一个区，总面积385平方公里，总人口33.6万，距兰州市中心区约20公里，位于黄河南岸，兰州市的西面，是兰州市的主要工业区，也是兰州大气污染的主要污染源。
西固区的兰州石化公司是使兰州成为中国重要化工基地的原因。
西固，位于兰州市西大门，是甘肃省和兰州市的核心工业区、中国西部最大的石油化工基地，素以“西部石化明珠”、“石化工业摇篮”闻名遐迩。
全区总面积385平方公里，辖2镇4乡41个行政村、9个街道78个社区；
总人口33万，其中城镇人口27万。
以西固西路、西固中路、西固东路一线为界，以北为工业区，以南为生活区。
2009年，实现地区生产总值186.9亿元，增长12.32%；
完成固定资产投资84.04亿元，增长27.18%；
实现社会消费品零售总额56.91亿元，增长23.24%；
单位生产总值能耗下降5.7%；
完成一般性财政收入3.24亿元，增长30.66%；
城镇居民人均可支配收入、农民人均纯收入分别达到13748元、6741元，增长13.65%、12.01%。
2.3地理位置
位于东经103°
19′至104°
41′，北纬35°
38′至36°
13′之间。
东与七里河区接壤，西与红古区交界，南与永靖县为邻，西北部与永登县毗邻。
东北部以黄河为界与安宁区隔河相望。
距兰州市政府驻地约18公里，总面积383平方公里，是市西郊中心区。
2.4原料和市场
（1）原料来源
本项目所采用的原料为C4原料。
经HZSM-5分子筛催化裂化生产丙烯，以兰州石油化工公司和兰州炼油厂为依托。
兰州石化公司是集炼油、化工和化肥生产为一体，是中国西部地区最大的石化企业。
公司拥有原油一次加工能力1050万吨/年。
并具备相配套的二次加工能力，能生产汽油、柴油、煤油、润滑油、催化剂、合成橡胶等400余种石化产品，是我国生产石化产品品种比较齐全的企业之一。
其石油产品、合成树脂、合成橡胶、催化剂等在国内外市场上享有良好的声誉。
目前，兰州石化公司是国内三大催化裂化催化剂生产基地之一。
国家的西部大开发战略，给兰州石化公司带来了极大的发展机遇。
中国石油股份公司适时提出了在兰州建设大型炼油化工基地的战略构想，并把兰州石化公司作为西部投资和发展的重点，在“十五”计划以及2015年远景目标中，作为四大炼油和化工生产基地之一进行规划建设。
（2）产品市场
据中国石油和化学工业协会统计，2008年，我国乙烯产量为1025万t，乙烯当量进口量近1000万t，对外依存度接近50％。
虽然中石油独山子、中石化镇海、中石化天津等大型乙烯装置将在2009年-2010年陆续投产，但随着石化行业的新一轮扩能，乙烯产量仍然无法满足下游市场的需求。
据有关部门预测，2010年，我国乙烯当量需求量约2484万I，产量约1784万t，供需缺口700万t。
乙烯主要用于生产聚乙烯。
2006年，我国聚乙烯树脂产能为722．5万t，产量599万t，表观消费量约1083．4万t，进口量达495万t，进口量占表观消费量的比例为45．7％。
预计2010年，我国聚乙烯的产量约950万t，需求量约1588万t，供需缺口638万t。
同样，国内的丙烯产量也远远不能满足市场需求。
近年来，由于丙烯下游产品的快速发展，丙烯需求量增长迅速，从当量需求来看，丙烯供需矛盾十分突出。
预计到2010年，我国对丙烯的当量需求量约1905万t，产量约1315万t，供需缺口约590万to丙烯主要用于生产聚丙烯。
2006年，我国聚丙烯产能约694万t，产量约584．2万t，分别比2005年增长了12．6％和11．6％，进口294．5万t，出口2．6万t，表观消费量876万t，进口量占表观消费量的比例为33．3％。
预计到2010年，我国聚丙烯产量约725万t，表观消费量约1212万t，供需缺口约487万t。
我国乙烯和丙烯的市场缺口较大，特别是近年来丙烯的需求增长已超过乙烯。
由于需求强劲，一般的石脑油蒸汽裂解和催化裂解方法所得丙烯产品已远远满足不了市场的需求，因此人们纷纷研究开发增产丙烯的新技术，甲醇制丙烯技术就是其中之一。
由此可见，乙烯和丙烯的市场前景广阔，特别是国内的丙烯生产原料不足，市场需求增长较快，更为市场所看好。
2.5自然概况
地形地貌
南北环山，中间为黄河谷地。
南北由高渐低向中部黄河盆地倾斜，形成山、台、川三个阶段，黄河由西向东横贯全境。
山区可分为南北两部分，平均海拔1800米。
川区主要分布于黄河两岸，平均海拔1540米，地势平坦。
气候
属温带半干旱气候，山区垂直性气温变化较显著。
年平均气温8.5℃，最高36.1℃，最低－23.4℃。
年均降雨量330毫米。
无霜期169天。
年平均日照2780小时。
资源
区内土地资源丰富，有耕地6.4万亩，其中山塬地4.14万亩，河谷川地1.26万亩。
有果园1.17万亩。
林地10.36万亩，草地27.32万亩，水域2万亩。
未开发利用土地1.71万亩，水能资源富集，黄河纵贯全境，年径流量3459亿立方米。
湟水在境内流经3公里汇入黄河，年径流量7亿立方米。
黄河干流
第三章工艺设计方案
3.1设计目标
3.1.1概述
本项目的目标是为化工综合企业一座混合C4综合加工子系统分厂。
要求利用C4分厂的催化裂化生产制备以乙烯、丙烯为主的烯烃，并考虑C4+组份的综合利用。
尽量采取可行的措施减少系统对环境的不利影响，并对排出的污染物提出合理的治理方案。
3.1.2生产规模
本设计拟建产量为20万吨/年的丙烯厂，同时年产7.5万吨的高聚合度乙烯产品，以满足各个行业对其日益增长的需求。
3.2工艺方案选择
3.2.1流程模拟说明
在对整个工艺流程提出方案以后，我们要做的就是通过计算得出每一个设备、每一股物流的工艺参数。
然而如果通过手算，这个工作量是相当大的，而且似乎并不可靠，于是，我们决定让计算机来做这一部分工作。
我们选择了当前主流的化工模拟计算软件—aspenplus来模拟计算整个工艺过程。
我们要模拟的是由富含烯烃的混合C4烃催化裂解生产丙烯的整个工艺过程，实际生产中，这是一个相当复杂的过程，但是由于条件限制，而且软件有其局限性，这就要求我们不得不做出一些合理的假设因为我们必须使工作进行下去，这些假设将在后面的陈述中一一说明。
3.2.2生产任务
我们的目标是年产20万吨丙烯，并联产乙烯和丙烷，在保证产量和质量的前提下，我们必须使产品的回收率达到97%以上。
3.2.3合成工段的模拟
1、模拟说明及相关假设
混合C4烯烃催化裂解反应非常复杂，而且其反应机理尚无定论，我们无法得知其确切的反应以及动力学数据。
于是，我们决定根据任丽萍、赵国良、滕加伟、王仰东、谢在库教授于2007年发表的《La修饰ZSM-5分子筛催化剂用于烯烃催化裂解制丙烯》一文中给出的相关数据，通过收率反应器模拟计算，我们又根据相关文献及报道，做出如下假设：
○1C5+烃以己烯为模型；
异丁烯不参与裂解；
○2烷烃的存在不影响裂解；
○3不生成丁烷；
○4正丁烯、顺2丁烯和反2丁烯裂解程度相同。
2、合成工段工艺参数
催化剂
目前，在已经工业化，或者即将工业化的技术中，其催化剂有以下几种，即：
○1Superflex工艺特制的流化床专用催化剂；
○2OCP工艺固定床专用催化剂；
○3Propylur工艺固定床ZSM-5分子筛催化剂；
○4Omega工艺固定床绝热反应器专用分子筛催化剂。
Superflex工艺、OCP工艺、Propylur工艺、Omega工艺的关键技术我们是无法得知的，综合考虑，只有选择ZSM-5分子筛催化剂才能使我们的工作进行下去。
温度
根据朱向学等于2005年发表的《丁烯催化裂解制丙烯/乙烯反应的热力学研究》一文，我们得知反应温度在550~620℃时烯烃具有较高的转化率，并且丙烯具有较高选择性。
操作压力
根据朱向学等于2005年发表的《丁烯催化裂解制丙烯/乙烯反应的热力学研究》一文，当压力在0.02-0.2MPa时,随着压力的升高，丙烯的平衡浓度有所增长。
水蒸气用量
水蒸气的作用主要是稀释剂和清焦，可提高烯烃的转化率，并且延长设备寿命。
但是过多使用水蒸气又会造成生产成本急剧增加，并且给后续工段的分离带来困难，同样根据《丁烯催化裂解制丙烯/乙烯反应的热力学研究》一文，当烃分压在0.1MPA左右时即可使其转化率达到40%以上。
综合考虑，我们决定每小时通入2500KG水蒸气，其主要作用是清焦，兼顾稀释剂的作用。
反应器
我们已经决定使用ZSM-5分子筛催化剂，参考Propylur工艺，我们决定使用列管式固定床反应器，，管程填充催化剂，壳程通入加热介质，维持反应温度。
空速
《丁烯催化裂解制丙烯/乙烯反应的热力学研究》一文中指出，适当提高进料空速（1.8~8.8）h-1可提高丙烯的选择性。
合成工段工艺参数初步确定之后我们又参考诸多文献及工艺，最终做出如下决定：
压力
空速
HZSM-5
580℃
0.13MPA
2500KG/h
固定床列管式反应器（外热式）
3.3h-1
表3-1
3.3AspenPlus11.1流程模拟
3.3.1合成工段物料衡算
1、Aspenplus模拟合成工段示意图如下
2、物料衡算列表如下
表3-2
StreamID
Feed
C1-out
H1-out
Steam
M1-out
H2-out
Re-out
温度（℃）
25
34.9
300
101.9
295
580
550
压力（bar）
1.013
1.3
气相分率
1
摩尔流率
（kmol/hr）
1327.32
138.771
1466.093
1753.797
质量流率
（kg/hr）
750000
75000
77500
MASSFLOW（kg/hr）
C4H8-1
33450
8690.641
C4H8-5
150
C4H8-2
7717.5
7715.5
2004.156
C4H8-3
18480
4801.624
C4H10-1
10402.5
C4H10-2
4800
C6H12-3
6913.145
H2O
2500
C3H6-2
25725.96
C2H4
9257.290
C3H8
2254.675
MASSFRACTION
0.446
0.432
0.112
0.002
0.02
0.103
0.100
0.026
0.246
0.238
0.062
0.139
0.134
0.064
0.089
0.032
0.332
0.119
0.029
3.3.2预分离工段物料衡算
1、Aspenplus模拟预分离工段流程图如下：
2、物料衡算列表如下
表3-3
H3-OUT
H4-OUT
F1-OUT1
F1-OUT2
C2-OUT
H5-OUT
H6-OUT
40
81.6
5
3
0.968
0.960
0.953
1698.146
55.561
76497.433
1002.567
<
0.001
TRACE
1497.435
1002.56
25725.967
9257.792
9257.292
9257.291
0.114
33PPB
22PPB
0.063
32PPB
0.136
12PPB
2PPB
0.090
0.020
0.336
873PPB
0.121
907PPB
21PPB
表3-4
StreamID
F2-OUT1
F2-OUT2
SEP-OUT1
SEP-OUT2
Temperature（℃）
Pressure（bar）
Vaporfraction
Moleflow
1618.879
79.267
1532.884
89.995
Massflow
75069.418
1428.015
68086.852
6982.566
69.421
1428.014
25725.965
C4H
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