环保节能干法乙炔新技术装置项目可行性研究报告.docx
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环保节能干法乙炔新技术装置项目可行性研究报告
2500m3/h环保节能干法乙炔新技术装置项目
可行性研究报告
第一章概论………………………………………………1
第二章项目背景与建设可行性…………………………5
第三章建设条件与建设地址……………………………8
第四章项目主要内容……………………………………12
第五章总图运输与公用辅助工程………………………27
第六章环境保护与节能…………………………………31
第七章职业安全卫生与消防……………………………32
第八章项目实施计划与工程管理………………………38
第九章组织管理与劳动定员……………………………39
第十章投资估算与资金筹措……………………………41
第十一章经济效益分析……………………………………43
第十二章研究结论…………………………………………47
第一章概论
一、项目名称及承办单位
1、项目名称
2500m3/h环保节能干法乙炔新技术装置项目
2、项目建设性质
技改
3、项目建设单位
###集团聚氯乙烯有限公司
联系电话：
邮编：
通讯地址：
###市田柳镇
4、报告编制单位
山东宏嘉工程造价咨询事务所有限公司
工程咨询等级：
工程造价咨询等级：
甲级
证书编号：
甲
发证机关：
国家发展和改革委员会
国家建设部
二、可研工作依据
1、###集团聚氯乙烯有限公司与山东宏嘉工程造价咨询事务所有限公司签订的工程咨询委托书与合同书
2、《城市规划编制办法》（建设部第14号令）
3、《建筑设计资料集》、《工业建筑设计通则》、《建筑设计防火规范》
4、《###市城市总体规划》
5、《潍坊市城市规划标准》
6、有关部门提供的基础资料及证明文件
三、可行性研究范围
1、项目背景
2、建设地址与建设条件
3、项目建设内容
4、总图运输与公用工程
5、环境保护与节能
6、职业安全卫生与消防
7、组织管理与劳动定员
8、实施进度计划与工程管理
9、投资估算与资金筹措
10、经济效益分析
四、工作概况
山东宏嘉工程造价咨询事务所有限公司在接受###集团聚氯乙烯有限公司关于编制该项目可行性研究报告的委托后，立即成立可研工作小组，深入有关部门进行搜资调研，同时对该行业市场、项目建设规模及建设条件等进行广泛调查分析，在此基础上，提出规划设计方案，编制该可行性研究报告。
五、建设单位概况
###集团聚氯乙烯有限公司是###集团的全资子公司，坐落在###市王高新龙工业园，占地面积257亩，注册资金3000万元，公司总资产2.5亿元，公司现有干部职工400人，其中大中专毕业生200人。
该公司于2004年3月开始破土动工，2005年4月正式投料生产，2005年5-12月份实现销售收入13581万元，利税2745万元，其中实现利润2245万元，2006年实现销售收入3.5亿元，实现利税3300万元。
六、研究结论
1、建设地址
该项目拟建于###市田柳镇新龙工业园，现有###集团聚氯乙烯有限公司厂区内，该厂北临彭王路，东临###有限责任公司热电公司。
项目选址符合城市总体规划用地功能分区要求，该地块配套基础设施齐全，地势平坦，交通便捷，通讯畅通，适宜该项目的建设。
2、建设规模
该项目在原厂区内对2500m3/h乙炔发生装置进行技术改造，采用环保节能干法乙炔新技术装置，并购置配套部分设备。
3、劳动定员
该项目不需要增加工作人员，同时由于采用环保节能干法乙炔新技术装置可减少工作人员30人。
4、项目实施进度
该项目建设期计划为6个月。
计划于###6月份开工建设，期间完成项目的设备购置及安装等项工程，预计###12月工程全部竣工投产。
5、投资估算
该项目总投资估算为1050万元。
其中，设备（材料）购置费480万元,技术开发费用420万元，其他费用100万元，预备费50万元。
该项目建设资本金为210万元。
6、资金筹措
⑴申请国家财政资金100万元；
⑵其余资金由建设单位自筹解决。
7、主要技术经济技术指标
主要技术经济指标表
序号
指标
单位
数量
备注
一
生产规模
1
2500m3/h装置
套
1
二
项目计算期
年
11
1
建设期
年
1
2
生产经营期
年
10
三
项目总投资
万元
1050
四
减少劳动定员
人
25
五
正常年增量收入
万元
96
六
增量总成本费用
万元
943.5
七
增量销售税金及附加
万元
15
八
增量增值税
万元
146
九
增量利润总额
万元
878
十
所得税
万元
290
十一
税后利润
万元
588
十二
经济评价指标
1
增量财务内部收益率
%
74.2
2
增量财务净现值
万元
3207.6
Ic=12%
3
增量投资回收期
年
2.4
含建设期1年
十三
增量投资利润率
%
83.6
十四
增量投资利税率
%
98.8
第二章项目背景与可行性分析
一、项目背景
我国PVC行业经过十年来的蓬勃发展，至今生产能力已达1000万吨/年。
从生产原料来看，仍然是电石法、进口单体和乙烯法共存。
其中由乙烯法生产的PVC约95万吨，进口单体法生产的PVC100万吨，其余全由电石法生产。
电石法在国内聚氯乙烯行业中占有极其重要的地位。
我国的资源结构也决定了电石法PVC还将长期存在并将进一步快速发展。
目前国内PVC行业普遍使用湿法乙炔发生装置，全年排出电石渣多达1200万吨，产生电石渣浆将近9000万吨，这对环境形成了巨大的压力。
乙炔收率最高在96%以下，系统排空无法避免，造成了区大的资源浪费。
鉴于国内能源紧张和环保要求的提高，原有的湿法乙炔工艺因高耗能和高污染，将受到限制和淘汰。
因此，节能降耗和消除污染成为PVC行业继续发展的迫切需要。
开发干法乙炔生产工艺是提高收率、降低污染、节水降耗、安全生产、保证电石法聚氯乙烯行业持续发展的重要途径。
在此背景下，2004年，在国内尚无该类技术及装置的条件下，###集团聚氯乙烯有限公司和北京瑞思达化工设备有限公司全力开发该项目并于2006年10月取得成功。
二、项目可行性
1、干法乙炔生产工艺相对湿法而言更为安全
⑴加料单元的安全性
生产过程是连续的，无须置换。
成品电石粒径小于4mm，其中70%以上为1mm以下的粉末。
在料位高度大于2米时能形成可靠的料封，防止乙炔从加料口溢出。
而且上、下料仓中间加氮气密封，更增加了安全性。
⑵反应过程的安全性
反应温度设定在90～93度，发生器内气相含水量为75%，高速乙炔分子的浓度显著低于湿法工艺。
因而比湿法更安全。
在含氧量低于3%的情况下不会发生爆炸。
⑶故障状态的安全性
发生停电或设备故障时反应很快停止，无需特别处理，因而非常安全。
⑷排料单元的安全性
底部排渣螺旋输送器的密封可靠，可适用于含水量4%～24%的电石渣。
排料装置对电石质量有很强的适应能力，降低了整个工艺的操作要求。
使用发气量285～305立方米/吨的电石时几乎不需调整水比。
2、干法乙炔生产工艺相对湿法而言更为经济节能
⑴设备投资更为经济
干法乙炔工艺无需沉降及压滤处理即可节省超过1000万的设备投资，减少了占地面积。
⑵运行费用低
干法乙炔工艺无需渣浆处理的人工费用和设备运行费用。
⑶乙炔收率高
电石水解率高达99.85%，没有生电石排出，乙炔收率大于98.5%。
⑷节约水资源
干法工艺所需要的水量只有0.7吨/吨PVC，其余全部循环使用。
所加入的水为废次氯酸钠。
废次钠经一次循环使用后刚好与干法工艺用水量达到平衡，使的乙炔车间达到零排放。
⑸电石渣处理费用低
电石渣用于生产水泥无需干燥，即节约设备投资又减少生产成本。
3、干法乙炔生产工艺的相对湿法而言更为环保
⑴干法乙炔生产工艺可实现水的零排放，没有水污染。
⑵干法乙炔生产工艺从破碎到排渣均为密闭进行，可避免大气污染。
⑶生产过程的副产物干电石渣含水量低且可控，便于利用。
4、操作更为简单
操作人员只需用一个钮调整产量即可。
5、技术先进性
⑴本技术和装置属国内领先，实现了工业化生产，填补了国内空白。
⑵创新的工艺设计使该装置较目前国内普遍采用的湿式发生技术和装置安全性更高。
综上所述，该装置是可行的、必要的。
第三章建设条件与建设地址
一、建设地址
该项目拟建于###市王高新龙工业园，现有###集团聚氯乙烯有限公司厂区内，该厂北临彭王路，东临###有限责任公司热电公司。
项目选址符合城市总体规划用地功能分区要求，该地块配套基础设施齐全，地势平坦，交通便捷，通讯畅通，适宜该项目的建设。
附：
区域位置图
二、建设地区概况
###市地处莱州湾南畔，东临风筝都潍坊，西依石油城东营，南接古城青州，总面积2180平方公里，海岸线长56公里，辖10镇24乡，人口108万，行政区划隶属潍坊市。
铁路横贯东西，国道及城乡公路四通八达，通达全国各地。
济青高速公路横贯###市东西，益羊铁路纵贯南北，大莱龙铁路横穿东西，潍高、羊临等省道、国道纵横交错，新修的外环路四通八达，全市实现了村村通柏油路，公路通车里程达2600公里，公路密度达到每百平方公里55.6公里。
国家二类开放口岸羊口港，可直达周边国家和地区。
2006年，完成地区生产总值231.2亿元，实现财政总收入19.8亿元，其中地方财政收入突破10亿元，同比分别增长22.2%、54.7%和37.4%；农民人均纯收入达到5566元，比上年增加550元。
###经济和各项社会事业发展迅速，经济实力明显加强。
连续八届跨入全国农村经济综合实力百强县（市）行列，2004年度列全国百强县（市）第49位，比上届提升了4个位次，列第五届全国县域经济基本竞争能力百强县（市）第29位，比上届提升9个位次。
三、自然条件
1、自然资源
###市中南部地下水源丰沛，土质肥沃，宜于多种农作物生长。
北部地下卤水储量40亿立方米，富含钠、溴、钾、碘等几十种元素，宜盐面积260万公亩，年产盐183万吨，占全国总产量的三分之一，被列为全国三大重点盐业开发区之一。
西北部石油、天然气储量可观。
中北部煤炭资源丰富，开发前景广阔。
沿海滩涂达45万亩，渔业资源丰富，主要经济鱼类20多种，贝螺虾蟹等10多种。
2、地形、地貌、地质资料
###市位于东经118°36′—119°8′，北纬36°47′—37°19′，在大地构造上属华北台地，处在鲁西隆起，沂沭断裂带、鲁东隆起三个次级构造交汇处。
地处弥河冲积平原，为第四系冲积层，地势平坦开阔，东南高，西北低，地貌单一。
根据国家地震局《中国地震烈度区划图》，该项目所在区为7度烈度区，该项目所有建构筑物均按国家工程抗震设计规范执行。
3、水文、气象资料
###市属暖温带沿海平原内陆季风性气候区，气候温和适宜，光照充足，四季分明，雨量集中，雨热同期。
气温
年平均气温：
12.4℃
极端最高气温：
41.0℃
极端最低气温：
-22.3℃
一月份平均最低气温：
-3.4℃
七月份平均最高气温：
26.2℃
降水量：
年平均降水量：
591.9毫米
年最大降雨量：
1286.7毫米
年最小降雨量：
382.3毫米
年最大积雪深度：
280毫米
相对湿度：
年平均相对湿度：
66%
年最高湿度：
82%
年最低湿度：
55%
风向风力：
夏季主导风向为东南风
冬季主导风向为北风
年平均风速：
3.5米/秒
最大风速：
22.3米/秒
日照蒸发：
年平均日照时数：
2610.0小时
年平均蒸发量：
2108.5毫米
最大冻土深度：
540毫米
从水文、气象和地质条件来看，对项目的实施无不利影响。
四、基础设施条件
1、交通运输
潍坊市是山东省重要的交通枢纽，素有“半岛走廊”之称，胶济铁路横贯东西，国道及城乡公路四通八达，通达全国各地。
###市位于潍坊市北部，交通、通讯发达。
济青高速公路横贯###市东西，益羊铁路纵贯南北，大莱龙铁路横穿东西，潍高、羊临等省道、国道纵横交错，新修的外环路四通八达，全市实现了村村通柏油路，公路通车里程达2600公里，公路密度达到每百平方公里55.6公里。
国家二类开放口岸羊口港，可直达周边国家和地区。
该项目选址于###市田柳镇，北临彭王公路，交通条件十分优越。
2、给水
该项目用水利用原有的自备井供给，公司现有自备深水井5眼，开三备二，供水能力600m3/h，能保证项目的正常用水。
3、排水
该项目排水采用雨、污分流制，雨水经雨水管道就近排入市政雨水管道，生活污水经化粪池处理后，就近排入市政污水管道，生产过程中采取填补国内空白的干法乙炔工艺，生产污水可实现零排放。
4、供电
该项目用电由###集团热电公司供给，电力供应有保障。
5、采暖
该项目生产用热和冬季采暖利用原有的供给条件，由###市xldh有限责任公司热电公司供给，可保证该项目的生产和冬季采暖需求。
6、电讯
###市以程控电话、移动电话、高速宽带为主形成高效迅捷的通讯网络，各类信息能够及时传输交流，为该项目提供了便利的基础条件。
第四章项目主要内容
一、项目简介
环保节能干法乙炔新技术装置所属有机化工领域，是应用于电石法生产乙炔气的创新工艺生产装置，该新技术装置突破性的设计了连续入料、连续出料工艺方式和专用生产设备，对促进聚氯乙烯及电石制乙炔行业全面向安全、环保、节能方向发展具有划时代的重要意义。
目前国内聚氯乙烯行业普遍使用湿法乙炔发生装置，全年排出电石渣多达1000万吨，产生电石渣浆近9000万吨，这对环境形成了巨大压力。
节能降耗和减轻污染成为PVC发展的迫切需要。
开发环保节能干法乙炔新技术装置是节约能源、降低污染的重要途径。
在此背景下，###集团聚氯乙烯有限公司和北京瑞思达化工设备有限公司全力开发该项目，于2006年10月取得成功，于2006年12月29日取得山东省科技厅组织鉴定的科学技术成果鉴定证书，该项目已申请专利，专利申请号：
200710013526.3。
环保节能干法乙炔新技术装置主要工艺过程是利用干式发生破碎系统将50-80cm电石粉碎到一定粒度，通过加料系统连续加入到发生器中，根据控制系统提供的水比，加入与电石量相对应的水量开始反应，乙炔气逸出经洗涤降温进入清净系统，干电石灰经出料系统排出。
本装置技术的关键科技发现和创新点在于完全消除了常规湿式电石法生产乙炔气过程中产生的上清液和清静废水；没有了乙炔排空置换损失和水溶乙炔损失，减掉了投资大、运行消耗高的压滤工序，既节约了投资、又减少了土地占用；连续入料和出料，从根本上解决了湿法乙炔工艺中存在的入、出料系统安全隐患；独特的工艺设计使乙炔生产全程实现了自动化控制；因此，该技术装置比传统技术装置更环保、更安全、更节能、自动化程度更高。
近几年，世界范围内氯碱市场产品需求旺盛，国内扩产势头非常猛烈，鉴于国内能源紧张和环保要求的提高，原有的湿法乙炔工艺因高耗能和高污染，将受到限制和替代，因此干法乙炔新技术装置应用前景非常广阔。
二、项目科学技术内容
1、总体思路
鉴于传统乙炔湿式发生工艺中存在的高污染、高能耗、高危险、高劳动强度、压滤投资和占地面积大的缺点，环保乙炔新技术装置在设计之初即着力消除和改善上述缺点，通过借鉴国内60年代引进装置的部分设计思想及国内当前设备制造和自动化控制水平的基础上，确定了环保节能干法乙炔新技术装置采用连续加料和连续排料，乙炔气发生后经洗涤冷却后进入清净系统的工艺流程；排料电石渣湿度控制在15%以下，以保证去掉压滤工序；发生器采用立式、上搅拌、耙齿布料，保证密闭、布料均匀和不会局部过热；进料选用计量星形加料器，出料选用螺旋输送器，保证与加入水分和排出水分对应；洗涤器采用喷淋洗涤，乙炔冷却采用间接换热，保证使乙炔气达到合适温度进入下道工序。
2、技术原理及基础实验
⑴电石的水解反应原理
C
Ca|||+2H2OCa（OH）2+CH≡CH+130KJ（31kcal）/mol
C
工业电石中还含有不少杂质，其水解反应如下：
CaO+H2OCa（OH）2+63.6KJ（15.2kcal）/mol
CaS+2H2OCa（OH）2+H2S
Ca3N2+6H2O3Ca（OH）2+2NH3
Ca3P2+6H2O3Ca（OH）2+2PH3
Ca3Si2+4H2O2Ca（OH）2+SiH4
Ca3As2+6H2O3Ca（OH）2+2AsH3
当水量不足时，除上述反应外还发生如下反应：
Ca2C2+Ca（OH）22CaO+C2H2
电石不仅能被液态或气态的水分解，而且能被物理或化学的结合水分解。
⑵电石的水解反应速度
电石的水解反应速度与粒径、反应温度、加入水的状态有关。
图2-1所示为粒径3.5毫米，反应温度为100℃、水蒸汽分压为0.075Mpa、搅拌速度为3rpm时的发气量与时间关系曲线。
由该曲线可以确定发生器喷水量在不同料层的分布。
图4-1
⑶加水量与温度的关系
①基本条件
3毫米电石颗粒在100℃时与水蒸汽完全反应的时间约为6分钟。
实际设定的物料滞留时间为24分钟。
电石处理量为10吨/小时的反应容积为45立方米。
电石品质为一级，CaC含量为80.6%，CaO含量为10%。
反应条件下乙炔的定压比热容为0.442kcal/kg.K
反应条件下水蒸汽的定压比热容为0.487kcal/kg.K
反应条件下水的汽化潜热热为538.9kcal/kg.K
②物料衡算
下面以1t发气量300L/kg的电石95℃为例，进行物料衡算的简化计算。
该电石含CaC2：
80.6%，CaO：
10%，CaO：
10%，CaS：
1%，Ca3P2：
0.4%，不计入其余8.0%杂质的反应。
上述水解的平衡方式如下所示：
CaC2+2H2OC2H2+Ca（OH）2+31kcal/mol
643674
CaO+H2OCa（OH）2+15.2kcal/mol
561874
CaS+2H2OCa（OH）2+H2S
72367434
Ca3P2+6H2O3Ca（OH）2+2PH3
18210822268
计算：
a、在20℃，压力101，3kpa（760mmHg），每吨纯度80.6%石水解可得于乙炔气量300立方米，获得干乙炔重量是：
320.5千克，
a、损失乙炔重量为：
320.5×（1-0.98）=6.5kg
b、反应后可得干渣总量：
1159.3千克
c、化学反应所需的水量：
492.5千克
d、加入过量的水用于移走反应热。
在计算加入水量时，首先要计算水解反应的放热量，水解反应的放热量只计算反应式a+b，其余不计，此外不计热量损失和电石加料时所带入的热量。
①水解反应放热Q由反应式可得：
CaC2水解放热：
Q1=1000*80.6%*1000*31/64=390406kcal
CaO水解放热：
Q2=1000*10%*1000*15.2/56=27143kcal
总的放热量为：
417549kcal
②乙炔夹带走的热Q3：
Q3=320.5×0.442×85-13457kcal
式中0.442—乙炔95℃时的热容，cal/g·℃
③干渣带走热量Q4：
由上述计算后得干渣总量为1159.3kg。
则Q4=1159.3×0.26×95=28634kcal
式中0.26—干渣热容，cal/g·℃
④需要水蒸汽带走热量：
Q5=Q-Q3-Q4=417549-13457-28634=375458kcal
预估反应温度下的水的汽化潜热为：
538.98kcal/kg
所需水量为：
375458/538.98=696.7kg
水在100℃，1个大气压下的汽化潜热为538.98kcal/kg，随温度变化不大。
设反应温度下饱和水蒸汽压力：
X（绝压）。
设发生器操作压力为500mmH2O（表压），反应器内压力为当地大气压+0.005Mpa（绝压），设当地大气压为0.1Mpa，则有：
（320.5*1000/26）39157=（0.1+0.005-X）/X
X=0.0798对应的反应温度为93.4℃
⑷1000kg电石加水量与温度的关系
图4-2加水量与反应温度
见图4-2，我们把加水量分成a、b、c、d四个区间，分别讨论它们的反应状况。
在a区，由于加水量小，加入的水大部分参加水解反应，反应温度随加水量而增高。
由于加水量小，水解反应不完全。
在b区，由于温度的升高，水的蒸发速度显著地高于反应吸水的速度，反应速度达到最高点并开始下降。
在c区，由于加水量的增加，能够完全带走反应热。
它是干法乙炔能够正常操作的唯一区域，能够完全带走反应热。
在d区，过多的水会结露。
⑸乙炔发生器内乙炔/水蒸气混气的安全性
湿法乙炔工艺反应温度为85℃，产物中乙炔/水蒸汽体积比为1：
1。
干法乙炔工艺反应温度为100-110℃，产物中乙炔/水蒸汽体积比为1：
3。
两者反应压力基本相同，均为50-100kpa。
绝对温度相差不大，由此可知湿法中乙炔分压是干法的2倍。
反应物的浓度决定碰撞机会；分子的运动速度决定碰撞的有效性。
下面我们从数理统计的角度来讨论干法工艺的安全性。
我们假定在反应过程中气相中乙炔和水蒸气混合均匀，温度、压力均匀。
气体分子的速度分布函数符合麦克斯韦速率分布率。
-mv2
2KT
m
2πKT
F（v）=4π（）3/2eV2
其中：
K为波尔兹曼常数，K=1.38×10-23J.K
m为分子的质量
T为气体的绝对温度
乙炔分子的质量：
m=26×1.66×10-27kg
由于干法乙炔工艺中乙炔分压显著低于湿法工艺，因而干法工艺中单位体积内可能的活化的乙炔分子数量和碰撞机会都显著低于湿法工艺。
所以进就气相而言，干法工艺更安全。
⑹局部反应的安全性
湿法乙炔工艺中，水的密度约1克/立方厘米，每平方厘米电石接触水的分子个数为4.18x1015，干法工艺中，水的分压为0.075Mpa，每平方厘米电石接触水的分子个数为6.02x1012，两者相差690倍。
因而干法工艺的反应比较温和。
事实上干法工艺是通过把反应表面积增加150倍以上来提高反应速度的。
湿法乙炔工艺中，由于电石形状的原因，局部环境甚至具备乙炔分解或产生加成反应的条件。
对于干法工艺而言，反应温度更均匀，局部出现极端情况的可能性更小，因而也更安全。
3、装置技术和工艺特点
⑴开发干法乙炔生产工艺的意义
①干法乙炔工艺简述
干法乙炔发生是用略多于理论量的水以雾态喷在电石粉上使之水解，产生的电石渣为含水量4%～15%干粉末，粗乙炔含水量为75%，反应温度气相为90～93℃，固相温度为100～110℃，水与电石的比例约为1.2：
1，反应热由水汽化带走，经由非接触式换热器传给循环水（没有溶解损失），电石的粒径小于4毫米，水解率大于99%，乙炔收率大于98.5%。
②湿法乙炔工艺简述
湿法乙炔发生是用多于理论量17倍的水分解电石，产生的电石渣浆含水量为90%。
反应热由渣浆水带走，有将近1%的溶解损失。
并且每次加料都需要置换，会排掉斗内的乙炔从而造成额外损失。
每生产1吨PVC就要产生150吨含有大量硫、磷的污水，只有一小部分能够回用。
电石渣浆经过压滤成为含水量约35%的滤饼。
乙炔的极限收率为96%。
③开发干法乙炔新工艺的意义
a、干法工艺比湿法工艺提高收率2.5%---减少成本，增大收益。
b、节水90%，可实现水的零排放，没有水污
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