设计摘要.docx
《设计摘要.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《设计摘要.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
设计摘要
30万吨/年丙烯腈生产项目
摘要：
我国丙烯腈一直处于供不应求的状态，截至2014年底，产能达到141.9万吨/年。
随着新建、扩建项目投产，预计到2015年将突破200万吨/年。
下游产品ABS/SAN树脂、丙烯酰胺及丁腈橡胶等产能增速较快，将带动对原料丙烯腈的需求，预计2014～2018年行业需求增长率将保持在5%。
我国是石油资源丰富，以丙烯为原料制合成气生产丙烯腈技术成熟。
中国石油兰州石化是拥有1050万吨原油一次加工能力和70万吨乙烯生产能力。
符合地区产业政策及原料优势。
因此可以推荐采用丙烷氨氧化两步法，为生产丙烯腈的原料路线。
目前我国丙烯腈主要生产企业大多用丙烯氨氧化法工艺。
因而有必要寻求原料的替代路线，从资源相对丰富的煤和天然气出发，开辟新的丙烯腈生产路线。
本项目是为中国石油兰州石化公司设计一座年产30万吨丙烯腈的分厂。
利用总公司产生的丙烯为原料气，以及该公司生产的液氨作为辅助原料共同合成丙烯腈。
关键词：
石油丙烷液氨氨氧化丙烯腈
1工艺设计
1.1原料及产品方案
1.1.1主要原料、燃料规格及消耗
本项目中所涉及到的主要原料是丙烷、氧气、工艺软水、液氨。
本项目的原料消耗量见表1-2：
表1-2原料消耗表
物料
来源
产量
丙烯腈
总厂提供
2000万吨/年
液氨
总厂提供
1000万吨/年
工艺软水
来自水库
100万吨/年
氧气
空气提供
14563吨/年
Pt/Al2O3催化剂
外购
13.64吨/年
Bi-Mo-Al-Ox催化剂
外购
25.74吨/年
项目动力及公用工程消耗估算见下表：
表1-3项目动力及公用工程消耗估算表
物料
数量
单位
电
2780
万度
190℃低压蒸汽
15.48
万吨
270℃中压蒸汽
25.38
万吨
30℃循环冷却水
7200.30
万吨
1.2工艺流程
本项目可分为：
丙烷脱氢反应工段、丙烯氨氧化反应工段、粗产品分离工段以及产品精制工段四个工段。
1丙烷脱氢反应工段
图1丙烷脱氢反应工段流程图
原料气丙烷经过压缩机加压至0.2-05MPa,进入加热器加热至670℃，进入脱氢反应器，在催化剂Pt/,890~920K温度下发生脱氢反应生成丙烯及一些副产物如丙烯醛等，然后进入压缩机加压至3MPa，再进入精馏塔分离出丙烯与丙烷及少量副产物，丙烯进入下一工段，未反应的丙烷经换热器冷凝，与入口原料气丙烷混合在进行脱氢反应。
2：
丙烯氨氧化反应工段
图2丙烯氨氧化工段流程图
从第一工段的丙烯精馏塔塔顶流出来的组分与被加热至气态的氨气和空气在混合器混合，经压缩机增压至0.2MPa，经加热器加热至450℃进入反应器，在催化剂Bi-Mo-Al-Ox、673-773K，0.05—0.2MPa下反应生成丙烯腈、乙腈、丙烯醛、二氧化碳等混合气。
3粗产品分离工段
图3粗产品分离工段流程图
从丙烯氨氧化工段出来的产物经急冷塔1进行降温除杂，冷却至240℃急冷塔里的浓硫酸中和混合器中的氨气进入硫酸铵储罐，少量催化剂被洗脱下来，剩余气体经急冷塔2冷却至80℃，由塔底进入水吸收塔与由塔顶进入的水逆流接触，将混合气吸收与水中，由塔底进入萃取塔，以水为萃取剂利用丙烯和乙腈的溶解度不同，将乙腈从塔底分离出来，混合气由塔顶出去，进入到脱氰塔精馏脱除氢氰酸，由塔底进入储罐，剩余气体由塔顶出，进入下一工段。
4产品精制工段
图4
由上一工段脱氰塔上部出来的气体，进入减压精馏塔除去杂质，得到含有少量水的丙烯腈，通入脱水塔中脱除水分，得高精制的丙烯腈，进入储罐中储存。
1.3工艺创新
（1）废水的处理
（2）原料利用创新
（3）节能
2节能设计
通过用AspenEnergyAnalyzer软件，然后根据夹点设计法，结合本厂设备布置的实际情况，在满足设计目标公用工程和设备费用最小的情况下，设计出一种最优的冷热流股匹配方案，热用工程节能47.7%，冷用工程节能33.45%，见图2.1所示。
图2.1匹配优化后的HEN图
3.安全设计
我们用RiskSystem软件对工厂的液氨、丙烷、储罐区及生产区进行了重大危险源辨识，并根据物质的物性进行了罐区物质的源相分析，继而根据源相分析的结果进行了池火事故模型预测、沸腾液体扩展蒸汽爆炸预测、蒸汽云爆炸模型预测分析了事故的伤害范围。
分析结果如图3.1所示：
图3RiskSystem沸腾液体扩展蒸汽爆炸模型预测结果
3.2事件树分析方法
采用事件树方法分析了油水分离器的控制机制，并提出了改进方案。
3.3HAZOP分析
采用HAZOP分析方法，根据系统设备可能产生的偏差进行系统分析，根据分析结果对可能产生的危险源和隐患进行有效的预测，通过预测结果提出对系统的合理解决方案和措施，并有效消除偏差，实现对系统和设备的稳定控制。
4.设备设计
根据AspenPlus的模拟结果，我们对工艺流程中的脱氢反应器、丙烯分离塔、氨氧化反应器、脱氰塔进行了详细设计，包括基本的设备设计参数和特殊内构件的设计。
利用SW6-2011及KG-Tower软件对流程中的全部塔设备进行了工艺设计、基本参数设计和机械强度校核。
利用SW6-2011和AspenHTFS+对全部的换热器进行了工艺设计、选型、基本参数设计和机械强度校核。
此外还对泵、鼓风机、压缩机、储罐、缓冲罐、回流罐等设备进行了合理选型。
5.控制方案
本着“安全第一、技术先进、经济合理、运行可靠、操作方便”的原则，根据工艺装置的生产规模、流程特点、产品质量、工艺操作要求，并参考国内外类似装置的自动化水平，对主要生产装置实施集中监视和控制，对辅助装置实施岗位集中监视和控制。
本项目对精馏塔、反应器、泵、压缩机等设备进行了基本控制，以反应精馏塔T-102为例：
其控制方案如图5.1所示：
图5.1反应精馏控制图
6.总图运输
我们通过对湖北地区的地理位置的考察，确定最终的选址为兰州石化荆门化工厂，其具有优越的地理位置，丰富的原料来源、便捷的交通运输和优惠的园区政策等优点。
总图布置遵循“节约用地，合理规划，安全为主，美观结合”的原则，对全厂进行了有序的布置，厂区包括生产区，辅助生产区，行政区和罐区，本设计团队首先利用AutoCAD进行厂区和车间的二维绘制，再采用CADWorx、Lumion等软件进行三维制作，详细图示如6.1所示。
图6.1厂区平面布置图
7.环境评价
从宏观角度对本项目的选址、规模、性质对当地环境和生态系统的影响进行了评价，根据环境分析的结果对本项目影响进行预测。
并且以问卷调查的方式进行公众参与分析，使得本项目得到了当地公民的认可。
经过对该项目进行投资估算和财务评价，全厂的综合经济技术指标如表7.1所示:
8经济分析
表8.1综合经济技术指标
序号
指标名称
单位
数值
1
设计规模
万吨/年
20
2
占地面积
平方米
60724.23
3
建筑面积
平方米
19656.5
4
年操作时间
小时/年
8700
5
工程项目总投资
万元
356149.66
6
固定资产投资
万元
169346.26
7
直接材料及燃料费
万元/年
1043892.6
8
总定员
人
435
9
年成本费用
万元/年
10143851.69
10
全厂总产值
万元/年
3366652.02
11
年净利润总额
万元/年
169935.60
12
投资利润率
%
39.76
13
投资利税率
%
43.63
14
内部收益率
%
38.58
15
投资回收期
年
6.4
16
投资净现值（税后）
万元/年
18361.68
9总结
对于本项目我们坚持以“安全稳健、节能环保、和谐发展”的设计原则，对该项目进行了初步设计。
通过查阅文献、市场调研以及小组集中讨论确定了原料与产品方案。
然后采用AspenPlus软件完成全流程的详细计算，再根据模拟数据并结合AspenEnergyAnalyzer软件对过程进行了热集成分析，确定了本项目的节能方案。
在此基础上再用Aspenplus软件对所需的公用工程进行了模拟计算；安全上引入道氏化学火灾、爆炸危险指数评价系统对罐区进行安全评估；用RiskSystem软件进行了事故伤害范围的预测；在控制上我们运用HAZOP危险性和可操作性分析方法以及事件树分析法对部分设备进行了分析；用AspenDynamics模拟了原料预分离塔的控制；利用PDMS软件对工厂进行了三维布置和设计；利用SW6和KG-Tower对设备进行校核；对反应器，我们运用了ComsolMultiphysics软件进行了反应器的设计和优化。
综上所述，我们根据以上内容完成了本项目的初步设计。
升级会员 