年产10万吨HPPO法环氧丙烷项目项目总结.docx
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年产10万吨HPPO法环氧丙烷项目项目总结
年产10万吨HPPO法环氧丙烷项目
项目总结
项目总结
一、HPPO工艺生产系统设计思路
本项目突出作为母厂子系统中转站的地位，纵观整套HPPO生产系统由总厂供应原料丙烯、溶剂甲醇和共沸剂苯，有两家公司双重保证双氧水供应，年产10吨环氧丙烷通过管网运输至园区内的可利亚多元醇和南京红宝丽有限公司用于聚醚多元醇生产；副产的丙二醇甲醚和丙二醇输回总厂利用或者销售；将系统产生的少量废水输回总厂三废处理中心统一处理，形成与总厂的物料大集成。
图1物料集成图
二、工艺流程介绍
本项目包括三个工段：
反应及预分离工段、环氧丙烷（PO）提纯工段及重组分回收工段。
反应及预分离工段工艺流程如下图所示：
图2反应及预分离工段流程图1
图3反应及预分离工段流程图2
如图2、图3所示：
丙烯、双氧水在甲醇作为溶剂，改良的TS-1作为催化剂，20bar，40-65℃的体系下，在逐层外取热模拟移动床反应器中进行反应。
反应器出口混合物流进入预分离塔进行丙烯的预分离。
塔顶所得的丙烯和氧气混合物流股经“冷凝-加热-冷凝”三级平衡，最终除去体系中的氧气，剩余丙烯循环回原料预混罐，重复利用。
环氧丙烷（PO）提纯工段工艺流程如下图所示：
图4环氧丙烷提纯工段流程图1
图5环氧丙烷提纯工段流程图2
如图4、图5所示：
由反应及预分离工段的预分离塔塔釜所得的混合物流股，经萃取精馏后，塔顶得到粗环氧丙烷，粗环氧丙烷首先通过离子交换树脂除醛塔，经化学吸附除去醛类物质，然后通入环氧丙烷提纯塔，塔顶除去轻组分，塔釜得到合格的环氧丙烷产品。
此外，为减少产品的损失，本项目增设了一个环氧丙烷回收塔。
重组分回收工段工艺流程如下图所示：
图6重组分回收工段流程图1
图7重组分回收工段流程图2
如图6、图7所示：
由环氧丙烷（PO）提纯工段的萃取精馏塔塔釜所得的混合流股首先进入甲醇的双效精馏工序，从含少量其他有机物的水中分离出甲醇，甲醇循环回原料预混罐，重复利用。
考虑到水中含有丙二醇和丙二醇甲醚，本项目拟用渗透蒸发和共沸精馏耦合的方式分离并回收水中的重组分，以提高项目的经济效益。
如图7所示，由双效精馏常压塔塔釜所得含重组分的水，首先经渗透蒸发除去80%水分，再进入共沸精馏塔，以苯作共沸剂，从塔顶带出水分，塔釜所得的丙二醇及丙二醇甲醚混合物继续分离，最后得到本厂高纯度的副产：
丙二醇及丙二醇甲醚。
三、工艺及设备创新
3.1逐层外取热模拟移动床反应器设计
该反应器针对本环氧化反应具有强放热，允许温度窄，催化剂失活时间特殊三个特点，引入精密的操作控制系统，以原料进料口的切换与“6+1”的催化剂床层模式来实现催化剂生产和再生的一体化，生产能力大，生产效率高。
3.2“冷凝-加热-冷凝”新型除氧工艺
该工序作用是从丙烯中将氧气除去。
由于分离体系的特殊性，精馏无法保证从丙烯中除氧的安全性，且设备投资大，能耗高，故采用“冷凝+加热+冷凝”的三级气液平衡从丙烯中除去大部分氧气，该方案能同时达到丙烯氧气分离，降低能耗，降低设备投资的目的，并且通过安全联锁系统保证体系安全性。
3.3离子交换树脂除醛的引入
本项目拟将烟气除醛工艺移植到环氧丙烷提纯工艺中，用一种多胺基化的离子交换树脂通过化学吸附除去环氧丙烷中的醛类物质。
与其他除醛工艺相比，该工艺具有能耗低，污染少，除醛效果好，易再生等优点。
3.4渗透蒸发与共沸精馏耦合回收重组分
考虑到副产物丙二醇及丙二醇甲醚具有较高的经济价值，因此本项目拟从水中分离并回收重组分，将渗透蒸发与共沸精馏耦合的分离方式引入本工艺中，采用具有高通量高分离效率的PDMS膜作为渗透蒸发膜，用苯作为共沸剂，实现重组分在水中的分离，并同时降低废水处理难度。
3.5双效精馏分离甲醇
本工艺所采用的反应体系是用大量甲醇作为溶剂（甲醇的质量分数为64.5%），甲醇不参与反应，因此在后续分离中需要将甲醇分离提纯后循环回反应器重新利用。
本项目拟用双效精馏工艺分离甲醇与水，以二塔代替单塔，且根据塔压由高到低的顺序排列，充分利用能源，用高压塔的塔顶蒸汽作为常压塔再沸器的热源，从而使整个精馏过程的能耗大大降低。
3.6中间再沸器的使用
本工艺的预分离塔提馏段温度分布有明显变化，因此，我们考虑在预分离塔中增设中间再沸器，将塔釜再沸器能耗分配到塔体中间段，以降低对蒸汽品质的要求，此举也属于节能的一方面，同时也降低了产生成本。
四、控制方案
本工艺为双氧水直接氧化丙烯制环氧丙烷的工艺，为保证工艺生产过程的安全性及产品质量，本项目针对各工序特点及工艺要求设计了专门的控制方案。
如原料配比控制方案中用到了双闭环比值控制系统及前馈-反馈控制系统，在能量集成控制方案中用到了分流调节控制，在预分离塔塔釜控制方案中用到了串级均匀控制系统，为除氧工序设计了安全联锁控制系统，等等。
此外，本项目还对各个设备进行了危险和操作性分析（HAZOP），以保证工艺安全性。
五、厂区布置
本系统针对总厂内部预留空地进行扩建，总图设计时充分考虑与总厂原有布局的协调统一。
合理确定安全防火间距，优化管廊排布，充分保证了安全生产、人车分离、节约用地、合理绿化等要求。
本团队应用GoogleSketchup、Navisworks、PDMS等三维软件进行了三维仿真模拟、5D车间模拟。
图8厂区三维效果图
六、经济分析
表1主要技术经济指标
序号
项目名称
单位
数量
备注
1
生产规模
1.1
主产品
环氧丙烷
万吨/年
10.0
1.2
副产品
丙二醇甲醚
万吨/年
0.7
丙二醇
万吨/年
0.175
2
年操作日
天
330
四班三运转
3
主要原、辅料用量
3.1
丙烯
万吨/年
7.8
提供
3.2
35%双氧水
万吨/年
18
外购
4
公用工程消耗量
4.1
电
度/年
7×106
提供
4.2
中压蒸汽（4MPa）
万吨/年
10.3
提供
4.3
低压蒸汽（0.8MPa）
万吨/年
17.7
提供
4.4
循环冷却水
万吨/年
1023.4
提供
4.5
冷冻盐水
万吨/年
221.2
提供
5
工厂运输量
万吨/年
38
5.1
工厂运入量
万吨/年
27
5.2
工厂运出量
万吨/年
11
6
项目总投资
万元
44273.1
6.1
固定资产投资
万元
29289.1
6.2
流动资金
万元
3514.7
6.3
建设期利息
万元
2748.0
7
年销售收入
万元
128530
8
成本和费用
8.1
年均总成本费用
万元
108626.5
9
财务评价指标
9.1
投资利润率
%
32.5
9.2
投资利税率
%
38.2
9.3
投资回收期
年
4.55
9.4
净现值
万元
47962.26
9.5
内部收益率
%
36.52
10
盈亏平衡分析
10.1
产量盈亏平衡点
万吨
1.99
七.总结
在本套HPPO生产工艺系统中，我们从资源可靠性、技术可行性、经济合理性和环保等各方面综合考虑，对工艺模块进行了设计与集成，在产品方案、反应器设计、分离技术、自动控制及节能减排等方面进行了创新，最终实现了年产10万吨/年环氧丙烷的目标。
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