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工厂设计报告PVC

四川大学高分子科学与工程学院

高分子材料与工程专业

工厂设计

年产30万吨PVC树脂工程

项

目

报

告

书

设计者：

李庚午（0843001082）

罗维

郭超

王伟

何垚磊

指导老师：

李曹

2012年3月28日

第一部分可行性研究报告

第一章总论1

第一节项目概述1

第二节研究总论3

第二章市场预测4

第一节市场情况及预测4

第二节产品价格分析8

第三章产品方案及生产规模11

第一节产品方案11

第二节生产规模12

第四章工艺技术方案13

第一节工艺技术方案13

第二节工艺流程和消耗定额16

第三节全厂物料平衡方案17

第四节主要设备选择19

第五章原料及燃料的供应20

第一节原料的供应20

第二节原料的可靠性21

第三节燃料的供应21

第六章建厂条件和厂址方案21

第一节建厂条件21

第二节厂址方案23

第七章公用工程和辅助设施方案23

第一节总图运输23

第二节给排水25

第三节供电、电讯及供热25

第四节贮运设施26

第五节土建26

第八章环境保护与劳动安全27

第一节环境保护27

第二节劳动保护与劳动安全29

第三节消防29

第九章工厂组织与劳动定员29

第一节工厂体制及组织机构29

第二节生产班制和定员30

第三节人员来源及培训31

第十章项目实施规划31

第一节建设周期规划31

第二节实施进度规划31

第十一章投资估算与资金筹措32

第一节投资估算32

第二节资金筹措32

第十二章财务、经济评价及社会效益分析32

第一节产品成本估算32

第二节销售收入，税金及利润估算33

第三节不确定分析34

第二部分工艺设计说明书

第一章生产工艺流程34

第一节流程简述34

第二节乙炔工段36

第三节合成工段38

第四节聚合工段43

第五节工艺流程图48

第三章劳动定员49

第四章生产控制分析49

第五章项目预算55

第一节乙炔工段55

第二节合成工段55

第三节聚合工段56

第四节干燥工段58

第六章车间布置方案59

第七章存在的问题及相关建议60

附录61

附1.乙炔发生工艺流程：

附2.乙炔清净工艺流程：

附3.VC合成工艺流程：

附4.VC气体净化压缩系统工艺流程:

附5.VC精馏系统工艺流程：

附6.聚合工艺流程：

附7.汽提工艺流程：

附8.干燥工艺流程：

附9.聚合釜的结构及相关参数69

第一部分可行性研究报告

第1章总论

第一节项目概述

一、项目名称：

年产30万吨PVC树脂

企业名称：

重庆长江树脂有限责任公司

拟建地址：

重庆市涪陵区清溪镇

主办单位：

重庆工程建设有限公司

负责人：

杨玉军、杨彦章、万昌

二、可行性研究编制的依据和原则

<1>项目主办单位重庆长江树脂有限责任公司委托四川大学高分子科学与工程学院编制可行性研究委托书；

<2>重庆市涪陵区环保局关于本项目的环境综合评价报告；

<3>重庆市涪陵区国土局关于本项目的土地规划评价报告；

<4>中国化工协会、中国高分子协会及中国塑料协会关于本项目产品的市场调查报告；

<5>重庆市建设厅建筑概算定额；

<6>化工建设、安全工程概算定额

三、项目背景

1.建设单位概况

重庆长江树脂有限责任公司，位于重庆市涪陵区清溪镇，占地100万㎡，计划投资5.67亿元人民币，招纳员工200人。

公司主要为化工、石化、轻工、建筑以及民用等行业提供产品销售服务，公司主要产品有各种类型的PVC树脂、液体烧碱、固体烧碱，同时生产乳液法PVC树脂、液氯、盐酸、次氯酸钠等系列产品。

预计投产后树脂产能将达到30万t，烧碱产能达20万t，其它副产品的产能达15万t。

公司年产值预计超过20亿元，实现利税4亿元。

以质量求生存，以信誉求发展，公司将坚持“一流技术、科学管理、顾客至上”的原则，谋求快速稳步发展，创造更多价值，不断造福社会。

2.投资的必要性

聚氯乙烯（PVC）树脂是世界上最早实现工业化生产的塑料品种之一，在工业、农业、建筑、日用品、包装以及电力等方面具有广泛的应用。

另外，PVC树脂作为氯碱工业中最大的有机耗氯产品，在有机氯产品中耗氯量占首位，是氯碱工业的重要支柱，对氯碱工业的碱、氯平衡和发展具有重要的作用。

近年来，我国以电线电缆、各种用途的膜（根据厚度不同可分为压延膜、防水卷材、可折叠门等）、铺地材料、织物涂层、人造革、各类软管、手套、玩具、塑料鞋以及一些专用涂料和密封件等为主的PVC树脂软制品消费比例逐年下降。

而随着城镇化水平的不断提高，城市房地产的集中发展，各种型材、管材、板材、硬片和瓶等硬制品的消费比例不断提高。

目前，塑料管材和异型材在建筑用管材及门窗中的使用比例已经分别达到30.O％和15.0％。

预计今后几年，随着我国城市市政公用设施需求的不断增加，并将向城郊、小城镇和中心村延伸和扩大，以及房地产等行业的不断发展，我国对PVC树脂的需求量将稳步增长。

2010年总消费量达到11500kt，2015年将达到14500kt，其中硬制品的年均增长速度将达到约7.0％。

而在硬制品中异型材和管材的发展速度增长最快，年均增长率将达到约10.0％，未来我国PVC树脂消费将继续以硬制品为主的方向发展。

当前，我国PVC树脂消费主要集中在华南和华东两个地区，广东、浙江、福建、山东和江苏等省份的消费合计约占全国总消费量的70.0％。

其中，广东和福建的市场需求量最大，但生产能力不足，进口PVC树脂所占比例较高；华东地区中的江苏、山东和浙江PVC树脂加工业比较发达，三省的消费量约占国内总消费量的34.0％；华北地区产销基本平衡。

今后，随着中西部地区开发力度的加强以及大规模基础设施的兴建，中西部PVC树脂的消费量将会逐渐增加。

随着我国城镇化基础建设、包装材料以及电子电器制品等方面的快速发展，近年来我国对PVC树脂的需求量也不断增加。

今后几年我国PVC市场上将出现需求增长的高峰，并在相当长一段时间内仍处于国内自给率较低的状态，因此我国PVC市场存在着巨大的发展空间。

3.投资的可行性

（1）产品性价比较高

本项目引进的技术是四川大学高分子材料系的最新成果，在国内处于领先地位；与同类商品相比，本公司的产品价格适中、质量优异，因而具有较高的性价比，具有较强的竞争力和广泛的市场前景，能创造可观的经济效益。

工艺技术及设备：

本项目采用电石法制得氯乙烯单体（VCM）和悬浮法生产PVC的工艺技术，是目前国内较多同行企业成功采用的方法，该工艺流程相对简单，采用新的工艺、新技术、新设备达十几项，其中80m3聚合釜具有生产能力高、传热面积大、总传热系数高，搅拌速度、剪切力及循环次数适中的特点，非常适用于PVC生产。

且产品颗粒形态好，分子量分布均匀，吸油率较高，黑黄点及晶点少，辅以先进的DCS（分布式控制系统）系统,自动化程度较高。

其中，伴生的液体烧碱、液氯、盐酸、次氯酸钠等产品都是用途广泛的化工原料。

（2）先进的管理制度

严格按照国家相关质量标准和环境标准组织生产管理，保障配套设施齐全，采用流水线式的生产和处理方式，自动化程度高。

（3）重视安全生产和环保

本技术非常重视三废处理和安全生产的问题，采用了国内先进的处理和保障措施，完全能满足国家相应的环保和安全指标，社会效益显著。

三废治理：

在PVC生产中,造成环境污染的因素主要是“三废”和粉尘。

其中“三废”主要有乙炔工序产生的含有电石泥的渣浆、合成工序产生的水洗塔废水、精馏工序产生的含氯乙烯尾气,过去工艺中都直接排放,不仅污染环境,而且造成水和氯乙烯的大量流失；粉尘主要是电石破碎过程中产生的电石粉末。

针对上述可能产生环境污染的因素,我公司在建设过程中,均采取相应的处理措施进行治理,效果显著。

在电石工序采用两级破碎,并新建除尘装置,减少可能产生粉尘的步骤,最大限度地降低了粉尘污染。

在乙炔工序,乙炔发生器溢流液经过初次沉淀除去矽铁等杂质后,送压滤装置压滤得到含水30%的电石渣和滤液,电石渣作为建筑材料出售；滤液经冷却后返回发生器,部分代替自来水循环使用,一方面避免废水、废渣排放造成的环境污染,另一方面每年可节约用水50万～60万t。

电石渣（13万t/a）按20元/t计,水按1.8元/t计,可节省资金100多万元/a。

在合成工序,氯乙烯水洗工艺采用密闭循环制盐酸工艺。

制得25%～30%盐酸作为商品出售,既避免了环境污染,又增加了经济效益,每年可回收盐酸8000t,减少氯乙烯夹带损失300多t,节约自来水10万多t,若盐酸按100元/t、氯乙烯按3500元/t计,以上3项每年可为企业增加经济效益近200万元。

氯乙烯精馏尾气处理采用“活性炭吸附、正压解吸”工艺。

该工艺具有以下特点:

（1）采用新型吸附器,用盘管式结构取代传统列管式结构,减少泄漏现象；

（2）利用活性炭选择性吸附,有效回收氯乙烯,减少环境污染；（3）采用“正压解吸”工艺,克服真空解吸含氧量高的缺点。

采用“活性炭吸附、正压解吸”工艺后,不但实现了精馏尾气达标排放,而且每年可回收单体560多t,为企业增加经济效益近200万元。

通过环保治理,不仅解决了“三废”排放和粉尘污染问题,而且可以为企业创造一定的经济效益,按5万t/a规模计算,大约可以增效500万元/a,1年即可收回绝大部分投资,做到一次投资,长期受益。

四、研究范围

<1>树脂厂的建设条件和机遇

<2>原料路线和工艺路线，工艺设备的选型

<3>本项目产品的应用领域及国内市场需求预测

<4>建设布局、环保与安全措施

<5>投资估算及经济效益分析

五、研究的主要过程

本项目产品为四川大学高分子学院开发的新型PVC树脂，主要工艺设计参照四川金路树脂有限公司的工艺。

其间，由委托单位、设计单位派负责人前往四川金路树脂有限公司进行实地考察。

委托四川恩典公司作了关于本项目产品的市场调查报告。

设备制造厂四川永通机械设备有限责任公司为本设计提供了关于成套设备的咨询意见。

第二节研究总论

一、研究的简要分析

（1）研究内容

本项目可行性研究在项目建议书的基础上，根据评估的意见和建议，对技术方案、市场、产品规模、原料供应、资金估算、资金筹措、财务评价、生产组织及存在的风险进行了较为详细的分析和研究。

（2）结论评估

①本项目所选厂址位置平坦、交通便利、供水充足，有丰富的煤炭、石灰石、原盐等资源；优惠的高载能工业电价，为发展电石法生产PVC树脂创造了极为有利的条件；生产所需的原料电石、氯气均可在当地满足供应。

②采用国内先进的工艺技术，设备齐全，技术方案可靠。

③本项目有望获得良好的经济效益，项目有能力保障资金的安全运作，具备一定的抗风险能力，项目可行。

二、存在的问题和建议

①原项目公司获批准的环境影响报告，存在已经到期的可能性，按国家规定需要与当地环保

机构进行确认；

②原项目公司得到批准的取水协议，也需要得到进一步确认；

③按照计划，本项目将在2012年1月正式投入营运，进度安排相当紧凑，关键设备聚合釜的供货周期长达一年以上，而项目的进度对公司初运营极其关键。

因此，建议在工程阶段采取有效措施，对设计、采购、供货、施工、安装进行有效的协调和管理，以保证项目的进度。

第二章市场预测

第一节市场情况及预测

一、PVC树脂市场情况

（1）世界PVC市场需求分析

聚氯乙烯（PVC）是五大热塑性合成树脂之一，是最早实现工业化的塑料品种之一，具有阻燃、耐磨损、耐蚀、价格低廉、原材料来源广泛等优点。

PVC制品广泛应用于建筑、轻工、农业、电力、电子电器、包装及日常生活等多方面。

PVC的用途越来越广泛，需求量也逐年上升。

PVC工业化生产已经60多年了，但PVC工业的发展从未停止过，随着氯乙烯单体（VCM）生产技术的发展，进一步降低了VCM的生产成本，也提高了VCM的质量；通过聚合生产工艺和助剂的改进，生产出高质量多品种树脂；通过新型加工助剂的研制，其应用领域逐年扩大，需求量逐年增加。

目前，国外PVC的发展方向是专用化，通过调整反应体系和工艺条件生产更适合产品性能、更易于加工的PVC树脂。

随着世界经济一体化进程的加快，为了更有效地占领市场，进一步提高企业的竞争力，美、欧、日等生产PVC的大公司主要致力于VCM生产技术和PVC树脂生产技术的改进，开发出多种性能更优越的专用树脂。

为了替代昂贵的工程塑料，进一步开发耐热、抗冲击、耐候性好的PVC专用树脂，如超高聚合度PVC、超低聚合度PVC、

PVC合金等。

同时，因为世界经济的一体化，市场竞争的日益激烈，为了进一步降低成本，提高企业的竞争力，这些企业大都经历了重组、兼并以及强强联合的过程，世界各国的PVC行业在调整中得到了不断的充实和发展。

聚氯乙烯是合成树脂中重要的品种，从世界范围内PVC消费看，PVC仅次于聚乙烯排在五大通用树脂中消费量的第二位，在中国，PVC的消费量是五大通用树脂之首，高于聚乙烯的消费量。

从生产工艺路线看，除中国和极少几个国家以电石法工艺路线生产，绝大部分国家都是采用石油天然气路线，因此在成本和市场价格不尽一致。

据美国Nexant化学系统公司统计，全球PVC树脂生产企业有160多家，2004年世界PVC产能为3380万吨，目前按地区产能分布为:

北美852万吨/年；南美142万吨/年；西欧640万吨/年；东欧129万吨/年；中东137万吨/年；亚太1480万吨/年。

2006年全球PVC产能约4291.1万吨，较2005年的4041.1万吨，增长了6.48%，其中：

北美866.6万吨、南美143.5万吨、西欧628.5万吨、东欧252.2万吨、亚洲2160.5万吨、中东227.5万吨。

2003～2006年全球PVC产能状况见表1。

据统计，2006年世界主要PVC生产商的产能状况为：

信越化学345万吨/年、台塑287万吨/年、OxyVinyls176.9万吨/年、欧洲乙烯基132.5万吨/年、LG化学127万吨/年、吉昂122.5万吨/年。

这几家PVC生产商产能占2006年总产能的27.75%。

表1：

2003～2006年全球PVC产能单位：

万吨/年

地区

2003年

2004年

2005年

2006年

北美

857

854.3

868

866.6

南美

139.5

143.5

西欧

618

628.5

东欧

232.2

252.2

亚洲

1535.4

1671.4

1950.1

2160.5

中东

144.5

186.5

227.5

全球总计

3526.6

3659.9

4018.3

4278.8

增幅

178.5

133.3

358.4

260.5

增长率/%

5.33

3.78

9.79

6.48

受2004年全球经济转好的影响，2005年是PVC产能增加最多的一年，增长率由2004年的4.19%增加到9.72%，尤其仅中国产能就增加了280万吨，增长率达到35.45%之多。

中东地区PVC产能长期短缺，为了适应需求增长，一些厂家也开始扩大产能，2005年产能增幅也达到了29%。

近两年北美PVC产能并没有增长，但2008年以后北美PVC产能增加接近100万吨，增幅达到12.60%。

（2）国内PVC市场需求分析

近年来，随着建筑业以及塑料加工等行业的强劲拉动，我国PVC树脂工业发展十分迅速。

2003年以来，我国聚氯乙烯行业发展速度惊人，新建、扩建项目纷纷上马，产能迅速扩大，2000～2007年，我国聚氯乙烯产能年均增长率达25%，但从2006年起，产能增速呈现放缓趋势。

2007年我国PVC树脂的生产能力达到14480kt／a，超过美国成为世界第一大生产国。

2008年PVC产能为1581万吨／年，同比增长9%。

2008年尽管受到世界经济危机、原料价格上涨以及下游需求萎缩等不利因素的影响，多套生产装置的开工率有所下降，但生产能力仍不断增长，达到15810kt／a，较2007年增长9.18％。

2009年，随着我国扩大内需等一系列有效措施的实施，使得我国PVC树脂的生产能力得到进一步的增加。

2009年的生产能力进一步增加到17805kt／a（含聚氯乙烯糊树脂，下同），同比增长12.62％，其中采用电石法路线的生产能力合计达到约13975kt／a，占总生产能力的78.49％；而采用乙烯法工艺路线的生产能力只有3830kt／a，占总生产能力的21.51％。

2009年我国PVC树脂的主要生产厂家情况见表2。

表2：

2009年我国PVC树脂的主要生产厂家单位：

kt／a

生产厂家生产能力原料

天津大沽化工股份有限公司700电石／氯乙烯

中国石化齐鲁石化股份有限公司600乙烯

上海氯碱化工股份有限公司450乙烯

四川宜宾天原股份有限公司500电石

天津乐金大沽化学有限公司340氯乙烯

新疆天业股份有限公司500电石

四川金路集团股份有限公司340电石

台塑工业（宁波）有限公司300乙烯

新疆中泰化学股份有限公司400电石

江苏江东化工股份有限公司280电石／氯乙烯

天津渤海化工有限责任公司250电石／氯乙烯

昊华宇航化工有限责任公司400电石

浙江巨化集团公司200电石／氯乙烯

青岛海晶化工集团有限公司200电石

无锡格林艾普化工股份有限公司200电石／氯乙烯

中盐内蒙古吉兰泰盐化集团公司200电石

山西榆社化工股份有限公司370电石

河北沧州化工实业集团有限公司290电石／氯乙烯

日本东曹（广州）化工有限公司220氯乙烯

唐山三友化工股份有限公司250电石

山东海化氯碱树脂有限公司200电石

湖北宜化集团有限责任公司250电石

中盐湖南株洲化工集团有限责任公司220电石

四平昊华化工有限公司360电石

甘肃北方三泰化工有限公司200电石

河南神马氯碱化工有限责任公司550电石

南宁绿洲化工有限责任公司320电石

内蒙古君正能源化工公司240电石

内蒙古宜化化工有限公司400电石

目前国内PVC生产企业近100家，分布在27个省市（自治区）。

中国已经成为世界上最大的PVC生产国，2007年我国PVC产量达971.7万吨，同比增长19.8%，自给率约为90%，在我国通用树脂中，自给率最高。

2008年受国内外各种因素影响，产量同比下降9%，为882万吨，自给率约为95%，其中电石法的产量接近75%。

图1中国PVC产能情况图2PVC产量及增长率

随着生产能力的不断增加，我国PVC树脂的产量不断增加。

2004年我国PVC树脂的产量为5032.0kt，2007年增加到9716.8kt，创造历史最高纪录，2009年产量达到9154.9kt，2004-2009年产量的年均增长率约为12.71％。

近几年我国PVC树脂的生产情况如表3所示。

表3:

近几年我国PVC树脂的生产情况

年份

2004

2005

2006

2007

2008

2009

生产能力/（kt·a-1）

6562

8872

10585

14480

15810

17805

产量/kt

5032.0

6681.6

8112.1

9716.8

8816.4

9154.9

产量同比增长率，%

25.58

32.78

21.41

19.78

-9.27

3.84

开工率，%

76.68

75.31

76.64

67.10

55.76

51.42

随着我国城镇化基础建设、包装材料以及电子电器制品等方面的快速发展，近年来我国对PVC树脂的需求量也不断增加（详见表4）。

表4：

近年来我国PVC树脂的供需情况单位：

年份

进口量

出口量

表观消费量

2004

2002.0

20.0

7013.0

2005

1654.3

135.4

8200.5

2006

1451.7

509.2

9054.6

2007

1303.8

753.0

10267.6

2008

1126.7

646.3

9296.8

2009

1955.2

275.1

10835.0

目前，我国PVC树脂消费主要集中在华南和华东两个地区，广东、浙江、福建、山东和江苏等省份的消费合计约占全国总消费量的70.0％。

今后，随着中西部地区开发力度的加强以及大规模基础设施的兴建，中西部PVC树脂的消费量将会逐渐增加。

从PVC产业链格局看，我国电石法PVC原料的生产主要集中在新疆、宁夏、内蒙等煤炭资源较多的省份，而下游加工企业更多的集中在天津、山东、河北、浙江、辽宁等东部沿海省市。

从我国PVC产业发展来看，具有以下特点：

①生产地域分布广泛，集中度低。

从区域分布来看，华东、华北地区是我国PVC的主要产地，产量合计达到全国的60％左右，而西北地区虽然企业数量较少，但是凭借其发展氯碱工业的优势大有后来居上的趋势。

图3中国PVC产量分布

从集中度来看，尽管近年来我国聚氯乙烯装置规模水平虽在不断提高，但仍不及国际平均水平。

目前我国聚氯乙烯生产装置平均规模不足15万吨／年，而国际上聚氯乙烯装置平均规模为15～20万吨／年，最大装置规模超过100万吨／年。

发达国家如美国，平均装置规模为30万吨／年，相比差距更大。

②PVC市场竞争充分，不存在垄断。

我国PVC生产大多源于电石而非乙烯，因此，与LLDPE等石化中间体行业不同的是，中石化和中石油很少参与PVC生产领域。

这种投资机构上的差异，弱化了中石化和中石油对价格的控制能力，使PVC的市场化程度相对较高，竞争较为充分。

③产能从东部沿海地区逐步向中西部转移。

由于中西部地区资源丰富、具有劳动力优势、国家环保政策及国家对西部开发的优惠等因素，PVC产能将逐渐由东部沿海地区向中西部转移。

近年来，随着我国国民经济的持续高速发展以及建筑业等对聚氯乙烯消费的强劲拉动，我国聚氯乙烯的生产能力增长很快。

2005年我国聚氯乙烯的生产能力只有877．2万吨／年，2008年生产能力增加到1581万吨／年，成为世界第一大聚氯乙烯生产国。

截至2009年lO月底，我国聚氯乙烯的生产能力达到约1700万吨/年。

其中天津大沽化工股份有限公司是目前我国最大的聚氯乙烯生产厂家，生产能力为7O万吨／年，约占我国聚氯乙烯总生产能力的4.2％；其次是中国石化齐鲁石油化工股份有限公司，生产能力为60万吨/年，约占国内总生产能力的3.5％。

预计今后几年我国聚氯乙烯树脂的需求量将以年均7.1％的速度增长，到2012年我国聚氯乙烯的总产能将超过2400万吨，总消费量将达1

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