全国化工设计大赛西北大学队三井化学杯第五届大学生化工设计竞赛年产45万吨丙烯副产13万Word文档下载推荐.docx
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1.7本项目建设意义
塑料大部分是以原油为原料加工生产的，特别是用量最大的塑料原料-聚乙烯、聚丙烯，几乎都是以原油为原料（如石脑油）通过裂解生产的，由于原油资源的短缺和油价的持续走高，聚乙烯、聚丙烯日显短缺和价格一路走高，特别是中国目前对塑料的需求的快速增长，供需矛盾越来越大。
如聚乙烯2010年需求1588万吨，产量925万吨，缺口量633万吨；
聚丙烯2010年需求1213万吨，产量750万吨，缺口量463万吨。
因此说，国内还需要大量烯烃来填补这个很大的缺口。
但中国是多煤、少气、缺油的国家，以原油为原料制取烯烃，不能满足市场需求。
煤制甲醇已经成熟，关键是甲醇制烯烃技术，该技术是将甲醇转化为烯烃，并分离出单体乙烯、丙烯和丁烯等产物，供下游装置使用（如聚合等）。
近年来，甲醇制烯烃（MTO和MTP，MTP工艺主要生产丙烯，而MTO工艺可同时生产乙烯和丙烯）技术已经成为国内外C1化工的热点，是世界上工业化前景最为乐观的新型烯烃技术路线。
特别是在国内外均有即将建成投产的装置，其巨大的发展潜力，已经引起国内外的广泛关注，尤其是对于石油资源缺乏、煤炭资源丰富的我国有十分重要的意义。
甲醇制烯烃工业化局面即将到来，由甲醇制乙烯、丙烯等低碳烯烃是最有希望替代石脑油为原料制烯烃的工艺路线，目前工艺技术开发已趋于成熟。
由于甲醇可以由煤制取，甲醇制烯烃技术的工业化，将开辟由煤炭经气化生产基础有机化工原料的新工艺路线，有利于改变传统煤化工的产品格局，是实现煤化工向石油化工延伸发展的有效途径，同时高油价会为企业创造更多的发展空间，为企业带来更好的投资效益。
因此，通过甲醇制烯烃的生产工艺具有特别重大的战略的意义。
随着我国国民经济的发展及对低碳烯烃需求的日渐攀升，作为丙烯生产原料的石脑油、轻柴油等原料资源，面临着原油短缺而严重越来越短缺局面。
因此，加快甲醇制烯烃工艺的工业应用问题引起了各方面的重视。
乙烯是石油和化学工业的龙头，乙烯的生产装置规模、产量和技术装备水平标志着国家石油化学工业的发展水平，也极大的影响着下游产品的竞争能力。
乙烯项目具有资金密集和技术密集的现代化工业特点，产品链长，产品应用领域宽广，对相关产业带动性强。
目前乙烯主要用于PE、EO/EG/PET、VCM/PVC等产品的生产。
丙烯是继乙烯之后的第二大石化原料。
通常丙烯有三个级别：
即炼厂级丙烯（丙烯含量为50-70%）、化学级丙烯（丙烯含量为92-96%）和聚合级丙烯（丙烯含量≥99.5%）。
炼厂级丙烯通常用于生产异丙苯、异丙醇和内烯低聚物；
化学级丙烯通常用于生产丙烯腈、羰基合成醇、丙烯氧化物、异丙苯和丙烯酸；
聚合级丙烯通常用于生产聚丙烯、氯丙烯、乙烯和丙烯共聚弹性体。
甲醇制烯烃项目的建设对于促进一个企业和地方，甚至国家调整产业结构，促进下游产品发展，保证市场、繁荣经济、提供社会就业机会等方面，都会起到十分重要的作用。
当然，目前世界上，甲醇制烯烃技术目前还没有大型成功运行的装置，还处于摸索阶段，但一旦摸索成功，那在这个行业中具有相当的战略意义。
目前甲醇生产根据原料来源有三大工艺：
煤气化、天然气和焦炉煤气。
天然气制甲醇属于国家产业禁止类项目；
焦炉煤气很难形成经济规模；
煤制甲醇资源丰富，可以形成经济规摸。
如果通过甲醇制烯烃一旦工业化，那将会在石油化工领域翻开新的一页，这对于我国化工行业，甚至是整个社会的发展都将具有建设性的意义。
1.8建设规模
考虑到原料甲醇的来源，以及本厂属于初次建设，各项技术和条件都有待进一步加强，因此，经过ChemCAD软件模拟计算，本项目选择年产45万吨丙烯、副产13万吨乙烯和7万吨高级烃的建设规模较为合理。
当丙烯的需求量继续增加，本厂在经过一段时间的发展之后，可以利用厂区预留地来扩大企业规模，此时，本项目的生产技术和流程将会更加的成熟，此时扩大生产规模，将会极大的增加本厂的经济效益，为国民经济的发展带来更大的收益。
1.9结论
通过以上的分析，本项目在技术方案上较为成熟，具有较高的可操作性，本厂厂址选择也较为合理，因此，本项目可以进行施工建设。
第二章产品市场分析
2.1物质性质
2.1.1丙烯
1）物理性质
丙烯（CH2=CHCH3）常温下为无色、无臭、稍带有甜味的气体。
是一种属低毒类物质。
丙烯是三大合成材料的基本原料，主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、异丙烯、丙酮和环氧乙烷等。
现将丙烯的基本性质列于下表2-1：
表2-1丙烯物理性质
中文名称
丙烯
UN编号
1077
英文名称
propylene
CAS号
115-07-1
英文名称2
propene
危险货物编号
21018
分子式
C3H6
危险标记
4（易燃气体）
分子量
42.081
外观与性状
无色、有烃类气味的气体
熔点
-191.2℃
饱和蒸汽压（kPa）
602.88（0℃）
相对（水=1）密度
0.5
溶解性
不溶于水，溶于有机溶剂
相对（蒸汽=1）密度
1.48
稳定性
稳定
海关HS编号
29012200
主要用途
制备丙烯腈、环氧乙烷、丙酮等
2）化学性质
丙烯不但可以在双键上发生加成反应，而且还可以在甲基上起反应。
丙烯在酸性催化剂（硫酸、无水氢氟酸）存在下聚合，生成二聚体、三聚体和四聚体的混合物，可用作高辛烷值燃料。
在齐格勒催化剂存在下丙烯聚合生成聚丙烯。
丙烯与乙烯共聚可生成乙丙橡胶。
丙烯与硫酸其加成反应，生成异丙基硫酸，后者则可水解生成异丙醇：
丙烯与氯和水气加成反应，生成1-氯-2-丙醇，后者与碱反应生成环氧丙烷，加水生成丙二醇。
丙烯在酸性催化剂存在下与苯反应，生成异丙苯，它是合成苯酚和丙酮的原料。
丙烯在硫酸、氢氟酸等酸性催化剂存在下，可与异丁烷发生烃基化反应，生成的支链烷烃可用作高辛烷值燃料。
丙烯在催化剂存在下与氨和空气中的氧起氨氧化反应，生成丙烯腈，它是合成塑料、橡胶、纤维等高聚物的原料。
丙烯在高温下氯化，可生成烯丙基氯，它是合成甘油的原料。
2.1.2乙烯
乙烯（CH2=CH2）在常温下是无色、稍有气味的气体，其密度比空气的小。
乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，它是石油化工产业的核心，乙烯产品占石化产品的70%以上，在国民经济中占有重要的地位。
世界上已经将乙烯产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。
现将乙烯的基本物理性质列于下表2-2：
表2-2乙烯的基本物理性质
乙烯
主要成分
含量
99.95%
ethylene（ethene）
ethene
1962
C2H4
74-85-1
28.06
EINECS登陆号
200-815-3
-169.4℃
比甲烷不稳定
0.61
相对（空气=1）密度
0.98
4083.40（0℃）
无色气体，略具烃类特有的臭味。
少量的具有淡淡的甜味
不溶于水，溶于四氯化碳等有机溶剂
制造塑料、合成乙醇、乙醛、合成纤维等重要原料
乙烯是由两个碳原子和四个氢原子组成的化合物。
两个碳原子之间以双键连接。
乙烯是合成纤维、合成橡胶、合成塑料（聚乙烯及聚氯乙烯）、合成乙醇（酒精）的基本化工原料，也用于制造氯乙烯、苯乙烯、环氧乙烷、醋酸、乙醛、乙醇和炸药等，尚可用作水果和蔬菜的催熟剂，是一种已证实的植物激素。
2.2产品消费领域
2.2.1丙烯消费领域
1）丙烯用于生产聚丙烯
由丙烯生产的聚丙烯，约占全球丙烯需求量的58%，在我国这一比例更是高达约75%，而随着国民经济的持续快速发展，社会对于聚丙烯的需求量势必将会继续增加，因此用于生产聚丙烯的主要原料丙烯的用量也将随着加大，所以丙烯的产量也应该跟上其需求量的步伐，以满足社会对于其下游产品聚丙烯的需求。
2）丙烯用于生产丙烯腈
丙烯腈属于大众基本有机化工产品，是三大合成材料——合成纤维、合成橡胶、塑料的最基本的重要的原料，在有机合成工业和人民经济生活中用途广泛。
例如，生产丙烯腈的主要原料就是丙烯。
3）丙烯用于生产环氧丙烷
环氧丙烷又名氧化丙烷、甲基环氧乙烷，是非常重要的有机化合物原料，是仅次于聚丙烯和丙烯腈的第三大丙烯类衍生物。
环氧丙烷主要用于生产聚醚多元醇、丙二醇和各类非离子表面活性剂等，其中聚醚多元醇是圣餐聚氨酯泡沫、保温材料、弹性体、胶黏剂和涂料等的重要原料，各类非离子表面活性剂在石油、化工、农药、纺织、日化等行业得到广泛应用。
同时，环氧丙烷也是重要的基础化工原料。
4）丙烯用于生产丙酮
丙烯的另外一个重要的用途就是生产丙酮。
工业上主要将丙酮用作溶剂，用于炸药、塑料、橡胶、纤维、制革、油脂、喷漆等行业中，也可作为烯酮、醋酐、碘仿、聚异戊二烯橡胶、甲基丙烯酸、甲酯、氯仿、环氧树脂等物质的重要原料。
在精密铜管制造行业中，丙酮经常被用于擦拭铜管上面的黑色墨水。
另外，丙酮还是一种良好的有机溶剂，在工业或是实验一些有机物的萃取方面有广泛应用，如在果蔬、食品、饲料、茶叶等农药残留检测方面用来提取里面的有机农药成分，同时出常与其他一些有机溶剂配合使用，如正己烷类的配合，提高其萃取效果。
2.2.2乙烯消费领域
乙烯是化工行业极其重要的最基本的基础化工原料，它是无机化学和有机化学之间的桥梁。
因此，乙烯在化工行业中有着广泛的用途。
其中乙烯用量最大的是生产聚乙烯，约占乙烯消耗量的45%，其次是由乙烯生产的二氯乙烷和氯乙烷，另外乙烯氧化还可以制取环氧乙烷和乙二醇，乙烯氧化制乙醛、乙烯合成酒精、乙烯制取高级醇。
乙烯烃化还可制苯乙烯。
因此，乙烯在化工行业有个广泛的应用领域，市场对于丙烯的消费在短期内将会是供不应求的状态。
1）乙烯用于生产合成树脂
合成树脂最重要的应用是制造塑料。
它是塑料的最主要的成分，其再塑料中的含量一般在40%-100%。
合成树脂还是制造合成纤维、涂料、胶黏剂、绝缘材料等的基础原料。
生产合成树脂的最主要的原料就是乙烯。
目前，乙烯最大的用途也是生产合成树脂，其中PE（HDPE、LDPE、LLDPE）所耗用的一下占51.1%，在我国，更是高度61%。
2）乙烯用于生产合成纤维
合成纤维作为重要的纺织纤维，其地位已经超过天然纤维，广泛应用于各个行业，其中最重要的就是服装行业。
合成纤维时化学纤维的一种，是用合成高分子化合物做原料而制得的化学纤维的统称。
它以小分子的有机化合物为原料，其中乙烯为生产合成纤维的一种重要原料。
3）乙烯用于生产醇类物质
各种醇类物质是化工生产中的重要原料，其中乙醇在汽车燃料、消毒和饮料的生产中都有着广泛的应用。
乙烯直接水化法制取乙醇是工业上常用的方法之一，此外，乙烯还可用来制取高级醇。
4）乙烯用于生产合成橡胶
橡胶是制造飞机、军舰、汽车、拖拉机、收割机、水利排灌机械、医疗器械等所必须的材料。
合成橡胶一般在性能上不如天然橡胶全面，但它具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油、耐高温或低温等性能，因而广泛应用于工农业、国防、交通及日常生活中，其中的乙丙橡胶以乙烯和丙烯为主要原料合成，耐老化、电绝缘性能和耐臭氧性能突出。
5）乙烯用于生产各种化工中间产品和最终产品
以乙烯为原料通过多种合成途径可以得到一系列重要的石油化工中间产品和最终产品。
其中环氧乙烷和乙二醇，二氯乙烷和氯乙烯，乙苯和苯乙烯，以及乙醇和乙醛，是乙烯的主要消费产品。
另外乙烯还可制取二氯乙烷和氯乙烯；
乙烯氧化制环氧乙烷和乙二醇等重要的化工产品。
乙烯烃化制取的苯乙烯是合成橡胶工业中重要的原料，一下氧化制取的乙醛在日常生活中有广泛的应用。
6）乙烯在农业方面的应用
乙烯作为一种植物激素，具有促进果实成熟的作用，可拟制茎和根的增粗生长、幼叶的伸展、芽的形成，因此农业上把乙烯作为一种植物催熟剂大量使用。
2.3产品市场分析
2.3.1丙烯市场分析
丙烯是仅次于乙烯的一种重要有机石油化工基本原料，它主要用于生产聚丙烯、苯酚、丙酮、丁醇、辛醇、丙烯腈、环氧丙烷、丙烯酸以及异丙醇等，其他用途还包括烷基化油、催化叠合和二聚，高辛烷值汽油调合料等。
近年来，受下游衍生物需求快速增长的驱动，全球丙烯消费量大幅提高。
与此同时，世界丙烯的生产发展也很快。
亚洲、北美和西欧一直是世界上最集中的丙烯生产和消费地区，但从近年的发展趋势来看，北美和西欧的产需增长速度要明显低于世界平均水平，在世界丙烯市场的比例正在逐渐下降。
与此同时，亚洲，尤其是中东地区在世界丙烯市场却扮演着越来越重要的角色，2012年以前世界新增的丙烯产能也主要集中在这一地区，约占全球新增总能力的76%。
20世纪90年代，随着石油化工产业的快速发展，我国丙烯产能有了较大幅度的增长。
2008年我国丙烯总产能约为1050万吨，其装置主要集中在中石化和中石油两大集团，约占我国丙烯总产能的90%。
此外中海油旗下有一套40万吨/年丙烯装置，其他如中国化工集团、中化国际等公司旗下还有一些小规模的炼油企业生产丙烯，再加上一些小型炼油企业，每年丙烯生产能力在百万吨上下。
同时，随着大型乙烯生产装置的建成及现有乙烯生产装置的挖潜改造工作完成，我国乙烯装置联产丙烯的生产能力得到了增加，同期炼厂丙烯的产出也在逐渐提高。
近年来，由于丙烯下游产品的快速发展，极大的促进了中国丙烯需求量的快速增长。
中国2011年的丙烯产能达到1380万吨/年。
2008～2011年间，中国丙烯产能年均增长率为12.3%，高于全球平均增长率4.1%。
据专家预测，将来将有大量丙烯衍生物进口，中国丙烯开发利用前景广阔。
2.3.2乙烯市场分析
乙烯是石油化工的基本有机原料，约有75%的石油化工产品由乙烯生产，它主要用来生产聚乙烯、聚氯乙烯、环氧乙烷/乙二醇、二氯乙烷、苯乙烯、聚苯乙烯、乙醇、醋酸乙烯等多种重要的有机化工产品，实际上，乙烯产量已成为衡量一个国家石油化工工业发展水平的标志。
20世纪80年代，世界乙烯产业主要集中在北美、欧洲和日本。
这三个地区的基础石化行业产品产量占到全世界的80%，到2005年这个比例已经降到50%。
近年来，世界新增乙烯投资大部分东移，一是集中投向资源丰富而廉价的中东地区，二是向具有旺盛市场需求及巨大增长潜力的亚洲市场，尤其是向中国和印度市场转移。
改革开放以来，特别是最近十年，与美国、韩国和日本等乙烯工业已经成熟或日趋成熟的国家相比，中国的乙烯工业取得了显著进展，已经成为国民经济的重要产业。
中国乙烯工业的发展带动了精细化工、轻工纺织、汽车制造、机械电子、建材工业以及现代农业的发展，在经济领域中发挥着积极作用。
表2-32008-2009年我国乙烯产量表
年份
乙烯产量（万吨/年）
增幅（%）
2008
1025.6
2009
1069.7
4.3
2010
1418.9
32.6
2009年5月份出台的《石化产业调整和振兴规划》细则提出乙烯产业发展目标，到2011年我国乙烯产量将达到1550万吨，将形成11个百万吨乙烯基地，企业平均规模将提高至60万吨/年。
中国经济的健康发展和需求的强劲增长已成为世界石化工业发展的重要推动力，中国也已成为全球石化产品竞争的共同市场。
未来中国乙烯市场容量仍将以较快的速度增长，根据国内企业新增乙烯产能计划，预计到2015年国内乙烯生产能力达到2000万-2300万吨/年，自给能力将有较大提高。
2.4产品市场需求与发展动向
2.4.1丙烯市场需求与发展动向
目前，中国在不断新增大型乙烯生产装置，同时炼厂生产能力还将继续扩大，这将增加丙烯的产出。
到2010年，乙烯联产丙烯的生产能力达到约722万吨/年，丙烯总生产能力将达到1080万吨/年。
乙烯装置联产的丙烯占丙烯总供给的比例将进一步提高。
但同期下游装置对丙烯的需求量年均增长速度达到5.8%，丙烯资源供应略微紧张。
到2010年，中国丙烯的表观消费量达到1049万吨。
从当量需求来看，丙烯供需矛盾十分突出。
到2010年，丙烯当量需求的年均增长率达到7.6%，超过丙烯生产能力的增长速度。
预计到2012年，中国对丙烯的当量需求将达到1905万吨，供需缺口将达到825万吨，届时还将有大量丙烯衍生物进口，中国丙烯开发利用前景的广阔。
2.4.2乙烯市场需求与发展动向
乙烯上下游产业链很长，一个“大乙烯”项目就可带动数个相关项目。
一个百万吨级乙烯项目投产，可带动下游1000多亿元产业投资。
市场政策下的产能扩张，乙烯被称为“石化工业之母”，乙烯超长的产业链渗透到纺织、服装、汽车、电子、建材、塑料和化工等绝大多数行业。
作为一个汽车生产大国、家电消费大国、纺织品出口大国，随着加工制造业产量的不断攀升，国内市场对乙烯及其下游产品的需求正在不断增加。
统计显示，从1990年到2003年，我国乙烯当量消费量年均增长12%，此后的增长速度更加惊人，2003年我国乙烯当量消费量为1350万吨，2005年这一数字便达到1876万吨，两年间徒增了近40%，中国乙烯市场已成为全球增长速度最快、增长持续时间最长的国家。
从美国、西欧、日本等发达国家和一些发展中国家和地区的石化工业发展历程来看，在经济起飞阶段，乙烯当量需求的增长速度往往是同期GDP增长速度的1.5倍左右。
随着我国经济的持续快速发展，国内市场对石化产品的需求仍将呈现快速增长的势头。
2005年至2010年间，我国乙烯当量消费量的年均增长率为7.8%，到2010年达到2700万吨。
专家预测，2012年至2015年间，我国乙烯当量消费量年均增长率为6.6%，到2015年达到3700万吨。
2010年我国乙烯消费结构大概为：
聚乙烯占总消费量的55.4%，乙二醇为18.1%，PVC为12％，苯乙烯为10%。
其中，低密度／线型低密度聚乙烯消费量为788万吨，占乙烯消费量的29%；
高密度聚乙烯的消费量为716万吨，占乙烯消费量的26.4%。
巨大的需求为我国乙烯工业的加快发展提供了广阔的市场空间，与此同时，作为工业生产的上游产品，乙烯的生产能力也往往被看作是一个国家经济实力的体现。
面对世界乙烯工业发展的新趋势，加快我国石化工业的发展步伐，提高我国石化产品的国际竞争力势在必行。
2.4.3产品目标市场
根据本厂的生产规模，适合为大中型企业提供丙烯、乙烯原料。
燃料气、LPG以及汽油由于生产量有限，可于当地市场进行消化。
同时，随着本厂的发展，市场也将会逐步扩大。
在本厂扩大到一定规模后，随着技术的逐渐改进，本项目的生产能力也将得到进一步的提高，此时，在满足国内市场需求的情况下，本项目所生产的产品也可进行出口，以增加本厂的经济效益。
第三章工艺方案的确定
3.1工艺方案的选择与比较
丙烯作为仅次于乙烯的一种石油基础化工原料，使得它随着经济的飞速发展，各行业对丙烯的需求也在不断的增加。
目前，丙烯的主要制法有以下几种：
3.1.1石油路线法
1）蒸气裂解法
丙烯最重要的生产工艺是作为石脑油蒸气裂解制乙烯的副产物。
其中乙烯与丙烯的产量比为2:
1，无论从技术角度还是工业角度来看，乙烯裂解装置副产C3、C4都作为副产品处理，理论上说，裂解厂商可连续不断地获得副产，并获得与乙烯生产相等的利润。
然而实际上C4及以上馏分更容易储存与运输，而C3馏分不一处理、储存，因此裂解厂商在乙烯需求量大时不得不设法将乙烯移出裂解装置，而在乙烯需求量小时则减少生产，也就是说裂解厂商是从乙烯产品的角度来考虑生产的。
蒸气裂解法的现金收益低于20%，这是支持新投资的最低长期获利标准，所以，该工艺需要更好的收益才能得到更大的发展。
2）C3馏分抽提法
从炼厂C3馏分中抽提丙烯在北美是一个重要的路线，该法采用流化床催化裂解装置，将约4%的真空瓦斯油转化为C3馏分，并裂化成70%丙烯和30%丙烷，将大部分丙烷提纯至浓度为93%-99%，用于生产石化产品，剩余丙烯用于生产烷基化汽油。
炼厂丙烯产量占市场总产量的30%左右，是蒸气裂解法的主要补充。
3）丙烷脱氢法
该法是第三重要的丙烯工艺，目前比利时、韩国及泰国等8套装置总计生产能力为120万吨/年左右。
建一套30万吨/年脱氢装置耗资约1.19亿美元，丙烷转化率为80%左右。
4）歧化法
该工艺是新开发的，其投资成本比丙烷脱氢法低得多。
歧化法选择性高，可将乙烯和2-丁烯转化成丙烯，或将2-丁烯与1-丁烯转化成丙烯和戊烯。
丙烷脱氢法工艺和歧化法工艺的竞争力取决于乙烯价格。
当价格比丙烯：
乙烯=0.79:
1时，歧化法具有较高的竞争力；
当价格比上升到0.83:
1时，可采用任一种方法投资；
当价格比为0.91:
1时，丙烷脱氢法则具有较高的竞争优势。
我国目前所采用的丙烯生产方法主要来源于石油路线，而随着全球石油资源的紧缺，已经影响到下游的化工产业的发展，因此此种方法制取丙烯的生产工艺也将不能长久进行下去。
而我国具有相当丰厚的煤炭资源，因此，随着技术的发展与革新，近年来新开发的一些以煤炭资源为初始原料，经过煤气化合成甲醇，再经过甲醇制取烯烃的新技术就成为了最有希望取代传统的以石油为原料制取烯烃的路线，也是实现煤化工向石油化工延伸的有效途径。
3.1.2煤制烯烃路线法
目前以煤炭为资源制取烯烃的主要技术有两种，即分别为甲醇制取烯烃（MTO）和甲醇制取
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