15万吨年丙烯腈项目8项目摘要.docx

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15万吨年丙烯腈项目8项目摘要

15万吨年丙烯腈项目-项目摘要

设计摘要

一、项目背景

目前我国炼厂气大多制取石油液化气作燃料使用，C3组分利用率低。

为提高丙烷的利用率，本项目以石化丙烷为原料，建立一座年产15万吨丙烯腈的分厂。

丙烯腈主要用于生产腈纶、ABS/SAN、丙烯酰胺和聚醚多元醇等产品，2015年我国丙烯腈的消费结构为：

47.7%用来生产腈纶，28.1%生产ABS/SAN，其余用来生产丙烯酰胺等。

我国丙烯腈大量依托进口，自2011年以来年进口量都在50万吨以上，可见生产丙烯腈前景乐观。

二、工艺路线

本项目选址石化，以丙烷为原料生产高附加值产品丙烯腈。

采用两步法路线制取丙烯腈：

参考UOP公司的Oleflex工艺与BP公司的Sohio工艺，并对两工艺进行优化。

两步法工艺优势在于收率高，技术安全稳定。

由于氨氧化工艺对丙烯纯度要求不高，所以自产自用丙烯方案可行；同时丙烷脱氢为强吸热反应，丙烯氨氧化为强放热反应，可耦合两个反应热以节约能量。

三、设计新型移动床膜反应器反应收率，节约能量

丙烷脱氢反应创新性地使用移动床膜反应器，使反应与分离耦合，增大丙烷单程转化率，降低后续分离能耗。

四、用膜分离代替深冷分离，极大减少能耗

由膜分离系统代替深冷分离，简化工艺流程，且分离温度由-100℃左右升高至-28℃,极大的降低了冷耗。

综合考虑节能与操作弹性优化的换热网络与热泵精馏技术的应用减少了对公用工程的使用，实现了能量的优化。

五、使用新型过程设备缩短工艺流程，使生产稳定运行

流化床反应使用新型进气分布器与旋风分离器，保证产品的质量和收率；水洗填料塔内使用新型填料有利于丙烯腈的吸收；T201脱乙烷塔顶回流泵内使用了新型干气密封结构，使生产高效、连续；用急冷换热器代替急冷塔冷却脱氢反应器的出料液,缩短工艺流程。

六、清洁与安全生产

项目坚持清洁生产与安全生产的原则：

两个反应工段的固体催化剂可在本厂完成再生循环；采用吸附分离处理废气、四效蒸发处理废水等手段实现了清洁生产与资源的循环利用；热泵精馏、换热网络优化减少单产碳排放；采用分散型控制系统、安全仪表系统、可燃和有毒气体检测系统、工业电视监视系统方案等完成自动控制，对罐区使用Risksystem软件进行风险模拟并做足预案。

保证了厂区的安全稳定的运行。

第1章项目可行性

1.1项目政策符合性分析

1.1.1产业政策符合性

《产业结构调整指导目录（2011年本）》（修正）中的限制类包含第四类第二项新建13万吨/年以下丙烯腈项目，由于本项目丙烯腈产量是15万吨/年，所以不属于限制类项目。

参考依据：

《产业结构调整指导目录（2011年本）》（修正）。

1.1.2产业准入符合性

根据《产业结构调整指导目录（2011年本）》（修正），新建丙烯腈项目产量应大于13万吨/年，本项目丙烯腈产量是15万吨/年大于13万吨/年，符合行业准入政策。

1.1.3园区发展规划符合性

项目厂址选在甘肃西峰工业园区，该园区是2006年由甘肃省政府审批，并经国家发改委、国土资源部予以审核公告的、以石油炼化、精细化工为主的的工业园区。

本项目由丙烷经两步法制丙烯腈，符合西峰工业园区发展规划。

1.1.4国家产业政策符合性

国家“十三五”和《石油化工和化学工业“十三五”发展指南》指出，深入实施西部大开发，发展优势产业，保护生态环境。

推动传统工业升级改造，增强石化产业的创新力和安全水平，提高资源的综合利用率。

支持西部大开发战略，选址在甘肃省市，利用石化副产物丙烷，加工合成丙烯腈，提高丙烷的利用价值，缓解国内丙烯腈供给不足的现状，拉动甘肃的经济增长，符合国家产业政策。

1.1.5建设规模

我国丙烯腈大量依托进口，自2011年以来年进口量都在50万吨以上，可见生产丙烯腈前景乐观。

国内丙烯腈需求量年增长率为5%，结合国家对新建丙烯腈项目的规模要求，确定年产15万吨丙烯腈，占国内市场份额的8%。

1.2产品方案

1主要产品

名称

规格

产量（万吨/年）

丙烯腈

99.5%

15

2.副产品

名称

规格

产量（万吨/年）

乙腈

90%

0.4

氢氰酸

85.8%

0.3

氢气

99.5%

0.64

1.3.原料、辅助材料的用量和来源

原料的选择应该满足环境友好型、成本经济性和来源稳定性三要求。

本项目中所涉及到的主要原料及其用量和规格见表1-1。

表1-1原料消耗表

项目

名称

数量

来源

运输方式

原料

丙烷

19.2万吨/年

总厂提供

从总厂通过管道运输

空气

94.8万吨/年

来自大气

液氨

6.4万吨/年

外购

公路运输

催化剂A

16吨/年

外购

公路、铁路运输

催化剂B

50.5吨/年

外购

公路、铁路运输

辅料

工艺软水

15.5万吨/年

总厂提供

从总厂通过管道运输

蒸汽

1.2万吨/年

总厂提供

从总厂通过管道运输

注：

比赛前期调研可知总厂可以提供本项目所需原料与辅料。

表1-2项目动力及公用工程消耗估算表

编号

材料名称

年消耗量/万吨

使用方式

来源

1

冷却水

1523

连续使用

总厂

2

低压蒸汽（0.8MPa）

15.5

连续使用

总厂

3

中压蒸汽（4MPa）

0.08

连续使用

总厂

4

电

3951

连续使用

总厂

注：

比赛前期调研可知总厂可以提供本项目所需公用工程。

（比赛题目规定分厂所需公用工程由总厂提供）

1.4经济分析

本项目旨在中国石油石化公司的基础上建立一个丙烷资源化利用分厂，通过丙烷脱氢制丙烯，丙烯氨氧化制纯度99.5%的高纯丙烯腈，原料丙烷全部来自石化。

本项目设计建设期为2年，投产期为2年，生产能力分别为全负荷的60%和80%；全负荷生产期为10年，总工期为15年。

详见经济分析一览表。

表1-3成本和费用估算表

序号

项目

投产期

生产期

合计/万元

第3年

第4年

第5-7年

第8-15年

生产负荷（%）

60

80

100

100

1

原接材料费

41938.2

55917.6

69897

69897

237649.8

2

燃料动力费

3322.2

4430.2

5537.7

5537.7

21862.5

3

工资福利费

1215.8

1621

2026.3

2026.3

6889.3

4

折旧费

1377.3

1869.7

2362.1

2362.1

8371.2

5

修理费

389.9

519.8

649.8

649.8

2209.3

6

摊销费

103.3

103.3

103.3

103.3

413.2

7

管理费

389.0

518.7

648.4

648.4

2204.6

8

财务费

1748.7

2331.6

2914.5

2914.5

13309.3

9

销售费

1800

2400

3000

3000

10200

10

利息支出

4117.6

5489.6

6862

6826

33743.0

11

其他费用

600

800

1000

1000

3400

12

总成本费用

57537.9

76715.4

95893.6

95857.6

326404.5

13

可变成本

45796.3

61061.7

76327.2

76327.2

259512.3

14

固定成本

7903.9

10503.4

13103.5

13067.5

44578.3

15

经营成本

51939.7

69252.8

86566.2

86566.2

283877.1

表1-4销售收入一览表

产品

规格

价格（元/吨）

投产期

生产期

3年

4年

5-15年

产量/万吨

总价/万元

产量/万吨

总价/万元

产量/万吨

总价/万元

丙烯腈

99.5%

10000

9

90000

12

120000

15

150000

氢气

99.4%

23000

0.38

8740

0.51

11730

0.64

14720

总计

9.38

98740

12.51

131730

15.64

164720

本项目综合各种创新技术可使本项目投资回收期缩短，经计算本项目投资回收期为4.7年＜15年（化工行业标准投资回收期），故本项目经济可行。

本节内容参见《可行性报告》

第2章反应技术

2.1催化剂优选

选取价格便宜,高效,反应条件相对温和的催化剂

本工艺丙烷脱氢选用大连化物所开发的NDC-8催化剂，该催化剂已于2013年完成工业化示范；丙烯氨氧化选用中石油兰州石化公司开发的XYA-5催化剂，该催化剂已于2009年完成工业化示范。

2.2通过开发移动床膜反应器,增加单程转换率

移动床膜反应器可连续移走氢气,增加单程转化率，减少后续分离难度。

选择高效透氢的Pd膜，且Pd膜可涂在管内，不与反应体系接触，保证了膜的长时间稳定运行。

本反应器主要针对丙烷脱氢制备丙烯反应，该反应的高效反应温度在500-550℃范围内，反应压力为5bar。

图2-1移动床膜反应器串联操作

团队创新性地设计了移动床膜反应器。

该反应器实现了分离与反应的耦合，加入Pd管选择性透过氢气，在反应体系中选择性地移走氢气使反应正向进行。

在膜反应器中膜的存在可以使得本反应在较高压下保持高转化率，有利于反应器的设计。

移动床反应器串联操作，反应器之间设置换热器，使反应体系温度保持在525℃左右的高效低副产反应温度范围，采用移动床反应器工艺进行催化剂的外循环，有效解决催化剂失活再生问题，生产能力大、效率高。

Pd管可以在反应体系温度下选择性透过氢气，遵循“溶解-扩散”机理。

我们以一根Pd管为例详细计算Pd膜透氢行为：

图2-2Pd管透氢计算示意图

将得到的结果输入comsol软件中完成移动床膜反应器的设计：

将得到的结果输入comsol软件中完成移动床膜反应器的设计。

移动床反应器在comsol多物理场数值计算软件中的设计：

在comsol软件中选择稀物质传递场与层流场的耦合计算该反应器，在软件中以1:

1的比例设计该反应器，得到反应器的数据指导反应器的设计：

图2-3移动床膜反应器

2.3流化床反应器

反应器的类型多种多样，按其结构可大致分为管式、釜式、塔式、固定床和流化床等。

每种反应器均有其自身的特点，选型时需要结合反应器的特性进行综合分析，做出合理选择。

本项目丙烯氨氧化制丙烯腈选用流化床反应器。

反应为气固反应。

反应在固体催化剂上进行，主要反应为丙烯氨氧化生成丙烯腈，副反应生成乙腈、氰化氢等。

反应器设计计算详见设备计算说明书。

本章内容参见《初步设计说明书》第三章和《设备计算说明书》第三章

第3章分离技术

3.1采用膜分离回收氢气，降低能耗78.7%

用膜分离代替深冷分离，简化了流程，减少了投资费用和操作费用。

本团队使用Hysys并编程计算，严格模拟膜分离单元，详见初步设计说明书与Hysys源文件。

深冷分离系统能量消耗量为15.0Gcal/hr，膜分离系统能量消耗量为3.2Gcal/hr，采用膜分离后可节约能耗78.7%。

膜分离与深冷分离工艺流程对比:

图4-1深冷分离流程图

图4-2膜分离流程图

传统工艺采用深冷分离氢气，温度为-100℃左右，此工艺成熟，但冷耗需求量特别大，需要采用丙烯乙烯复迭压缩制冷。

冷耗消耗量为-5.8Gcal/hr。

能量消耗量为15.0Gcal/