南港生态化工园区设计方案.docx

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南港生态化工园区设计方案

南港化工生态园区

构建方案

2009级

化学工程与工艺2班

3009207054

项文雨

写在前面的话

生态工业园区作为循环经济的一种重要形态，是依据循环济理论和工业生态学原理建立的一种新型工业组织形态。

它仿照自生态系统物质循环方式，在各成员之问通过共生组达到副产物和废物的交换，能量和废水的逐级利用，基础设施的共享等来达到相互问资源的最优化配置，从而实现园区经济效益和环境效益的协调发展。

天津经济技术开发区（泰达是其英文TEDA名称缩写音译）是1984年国家设立的首批经济技术开发区之一，是滨海新区的核心区，连续11年主要经济指标和投资环境综合指数在国家级开发区中排名第一。

深入贯彻落实科学发展观，按照“两个走在全国前列，一个排头兵”的要求，把握滨海新区开发开放历史机遇，围绕滨海新区建设高水平现代制造业和研发转化基地、北方国际航运中心和国际物流中心的定位，紧跟世界重化产业发展趋势，统筹国内外两种资源、两个市场，以国家产业政策为导向，以实施“双城、双港”战略为契机，发挥临港、临海的区位优势，优化产业布局，坚持规模化、集约化、一体化发展方向，发挥优势、突出特色、集聚资源、做强产业，构建高水平的石油化工、冶金及装备制造和港口物流产业体系，推进自主创新、实施技术改造、生产高端产品、发展循环经济、保护生态环境、保证安全生产，将南港工业区建设成为具有世界级规模、现代化水平、国际竞争力突出、综合效益明显、可持续发展能力强、带动滨海新区和天津经济又好又快发展的重要产业功能区，打造中国最具竞争力的现代化产业园区

通过一个学期的学习，我对绿色生态工业园区的认识逐渐加深。

以下是我对开发区建设方案的初步设想，因自身学识有限，定有许多不妥之处，某些工艺流程可能难以满足实际生产需要，但我以尽力把绿色化工原子经济性的理念运用其中，希望可以通过这次寒假作业加深自己对化工行业的了解，也能提高自己查阅文献的能力。

生态工业园区产业链设计

传统经济的物质流动是一种单向的线性经济，即“资源一产品一废物”。

而循环经济的物质流动是一种闭环的反馈式流动，即变为“原料一产品一废料一原料”的模式，巩固生态工艺关系，尽量延伸资源的加工链，最大限度地开发和利用资源，既获得了价值增值，又保护了环境，为了减少园区开发对生态环境造成的影响，应遵循以上循环经济理念和工业生态学的原理，并结合南港工业区及周边地区的特点，构建以石油为主要原料，结合氯碱厂和硫酸厂的环境友好绿色化学产业链。

该设计的中心是各化工厂之间实现化废为宝，原料和废料互相利用，尽量达到废物零排放。

如氯碱厂生产的氢氧化钠和盐酸为各厂利用，而炼油厂的废气可以供给硫酸厂。

制苯和聚乙烯公益的热交换过程则可实现对废热的重复利用，多于热量还可以供给周围民用热气。

主要工业流程图

四氯化碳

25

丙烯石脑油1乙烯

3

4

6汽油

苯苯酚7

丙酮

8

生产工艺简要说明

1管式炉石脑油裂解制乙烯

1.1消耗定额

石脑油3.304吨

催化剂3.46美元

电499kWh

冷却水434吨

燃料26.21×106kj

1.2制法

石脑油在高温下受热裂解为乙烯，丙烯及低碳数烃

1.3流程说明

原料石脑油与蒸汽混合送入约850℃的裂解炉中，裂解气经废热锅炉冷却.回收高压蒸汽后，送入初分馏塔进一步骤冷，分离出燃料油.裂解汽油和水后进入压缩系统。

经压缩和干燥后的裂解气送入裂解气分离系统

产品规格99.95％

2丙烯氯化法制四氯化碳

2.1消耗定额

丙烯（体积90％）0.15t

氯气（99％）1.80t

电350kWh

蒸汽45t

冷却水200m3

2.2制法

丙烯和氯气在500℃是合成制的四氯化碳和过氯乙烯

C3H6+7Cl→CCl4+C2Cl2+6HCl

2．3流程说明

丙烯和氯气以最佳比送入反应器中，反应生成四氯化碳和过氯乙烯。

反应温度控制在500℃左右。

反应生成的气体在骤冷塔中分出氯化氢经过四塔精馏获得最终产品四氯化碳和过氯乙烯。

分出的氯化氢经过压缩后送其他装置使用。

3乙烯氧气氧化法制环氧乙烷

3.1主要原料

乙烯（纯度>98％）

氧气（纯度>98％）

甲烷

氩

适量二氯乙烷作为抑制剂

3.2制法

在银催化剂存在下，乙烯用氧气直接氧化生成环氧乙烷。

主要反映式如下

CH2=CH2+0.5O2→CH2—CH2

O

3.3流程说明

乙烯和氧气与循环气一气通过与反应器流出物进行热交换升温到220℃，并在1.72MPa压力下进入管式反应器，反应在气相催化剂存在下进行，氧保持在9%，乙烯与氧的摩尔比保持在3.33，CO2.氩和甲烷分别保持在6%10%和45%（均为mol）

在反应条件下，环氧乙烷的选择性为77%，乙烯一次通过的转化率为11%。

反应为高放热反应，部分热量通过反应器中的温升所吸收，大部分热量用于生产蒸汽。

反应器流出物在与进料进行热交换后送入吸收塔，环氧乙烷被从循环水冷却塔来循环水所吸收，吸收塔塔底物是富含环氧乙烷的循环水的溶液，送入吸收塔。

吸收塔塔顶物进入汽提塔，除去轻组分，塔底物进入精馏塔，从塔顶得到精制的环氧乙烷。

4环氧乙烷水合法制乙二醇

4.1原料

环氧乙烷纯度＞98.7%

4.2制法

环氧乙烷经加压水合制得乙二醇。

其主要反应式为：

CH2—CH2+H2O→CH2-OH

CH2-OH

5美国杜邦公司低压法制低密度聚乙烯

5.1原料

乙烯纯度＞99.5%（质量）

5.2制法

在改性齐格勒型高效催化剂的作用下，乙烯在溶液中进行均相溶液聚合，生产低密度聚乙烯。

5.3流程说明

净化溶剂在吸附罐中，与30~45℃，2.5~3.0MPa压力下吸收乙烯，在进入聚合反应釜之前加入丁烯以调节产物聚乙烯的密度。

物料在150~310℃下进行聚合反应。

当乙烯在聚合釜中转化率达到95%时，在聚合釜的出口处加入脱活剂，物料通过加热器提高聚合物溶液温度，进入吸附塔除去催化剂残渣，然后聚合物溶液通过三段分离器泄压得到分离。

含杂质的溶剂经回收热量后进入进料塔，再用泵打入低沸塔。

塔顶分出乙烯和共聚单体进入乙烯塔，在此将共聚物单体和共聚单体异构物分开，塔顶共聚物单体循环使用，异构体排放掉。

从低沸塔底排出的物料进入高沸塔，分出溶剂循环使用，塔底油状物送去作燃料。

6丙烯一步氧气氧化法制丙酮

6.1原料

丙烯90%以上（体积）

6.2制法

丙烯在含少量氯化钯的氯化铜催化剂存在下用氧气一步氧化生成丙酮。

反应式如下：

CH3CH=CH2+0.5O2→CH3C=O

CH3

6.3流程说明

原料为丙烯和催化剂溶液强制通入连续反应器。

丙烯在此实际上全部转化成丙酮。

反应在中压（0.7~1.0）和100℃下进行。

每生成1mol的丙酮放出255kJ的热量。

反应液出反应器后减压，送入粗丙酮分馏塔，丙酮被汽提出来，而催化剂溶液送回再生器。

最后用空气处理催化剂溶液并循环回反应器。

获得的粗丙酮用两个粗馏塔提纯产品丙酮。

氧化段使用的空气几乎耗尽全部的氧，因此尾气可作为惰性气体。

7离子交换树脂法生产双酚A

7.1主要原料组成

苯酚83.4%

丙酮5.1%

水0.1%

7.2制法

1、以不溶解性强酸性离子交换树脂作为苯酚丙酮缩合剂生产双酚A，因离子交换树脂不溶于反应物，极易分离，简化了生产流程。

PhOH+CH3C=O离子交换树脂BPA+H2O

CH3

流程说明将苯酚和丙酮经计量槽计量后，依次加入混合釜，控制釜内苯酚和丙酮的mol比为10：

1，在65~75℃经充分混合后，用送料泵将混合物打入高位槽。

高位槽内混合液连续流入合成塔。

塔内装有经巯基化的磺酸基苯乙烯型阳离子交换树脂催化剂。

控制反应温度为75~85℃。

物料与催化剂的平均接触时间为1~3h，双酚A转化率以丙酮计为40~50%。

反应物从合成塔底连续流至混合物料储槽，然后送至浓缩器。

浓缩器为连续薄膜蒸发器，采用逆流气-液流动，并在负压下操作，蒸出未反应的丙酮，部分苯酚和反应生成的水进入蒸馏塔A，塔底分离出苯酚返回循环使用，塔顶出来的丙酮和水进入蒸馏塔B，分离水和丙酮。

从蒸馏塔B顶部出来的丙酮经冷凝器冷凝流入丙酮储槽返回循环使用，水从塔底流出。

浓缩器内的苯酚和双酚A混合液经结晶冷却至40~45℃，放至过滤器进行真空过滤。

过滤器底部出来的母液主要是苯酚，并含有少量的双酚A返回循环使用。

滤饼含双酚A和残余之苯酚，送入蒸馏釜进行真空蒸馏，蒸出残余苯酚，经冷凝器入苯酚储槽返回循环使用。

粗双酚A由釜底放至结晶器结晶包装。

8酯交换法合成聚碳酸酯

8.1主要原料

双酚A

碳酸二苯酯

二甲苯

8.2制法

精制双酚A和碳酸二苯酯在催化剂存在下，进行酯交换反应生成简聚体，同时生成副产物苯酚。

简聚体进行进一步缩聚反应生成聚碳酸酯。

流程说明

酯交换反应预热酯交换反应釜，按照配料依次加入碳酸二苯酯双酚A和醋酸锂，加料过程应间断的进行搅拌，使物料均匀混合。

当物料表面层已融化成液态是，开动搅拌和真空泵。

反应过程中生成大量苯酚，酯交换反应结束后将物料送至缩聚反应釜。

缩聚反应缩聚反应釜预热到一定温度后，接受来自酯交换釜的物料，开动搅拌和真空泵，在规定的时间内使剩余压小于133Pa，进行缩聚反应。

当搅拌电动机功率达到预定值是，反应即达到终点。

将树脂用氮气压出釜底，冷却后造粒。

缩聚反应中产生的副产物苯酚-碳酸二苯酯回收利用。

酸浸中和将树脂颗粒放入酸浸槽中，压人10%的盐酸溶液，加热至85~90℃，保温1h，然后停止加热。

使冷却降温，酸浸中和操作即告完成。

用蒸馏水洗涤树脂颗粒，再将树脂移到水洗槽中进行第二次洗涤，直至pH值呈中性为止。

然后干燥包装出场。

副产业之一：

硫酸厂

石油炼制气体、石油气、天然气、焦炉气和发生炉煤气等可燃性气体中，都含有硫化氢，脱除并回收期中的硫化氢可供制造硫酸。

在以上生态工业园内石油炼制甲烷、乙烯、丙烯等过程势必会产生大量的含硫化氢的废气，为体现循环经济和原子经济的理念，在园区内设置一硫酸厂，在产生更大的经济效益的同时硫酸厂生产的硫酸可就近运送至附近有需要的工厂，从而进一步减少运输成本。

对于各厂产生的含硫化氢的废气需要我们对其进行脱除并回收，以供硫酸厂制取硫酸。

主要原料：

可燃气体脱硫时副产的硫化氢气体和克劳斯厂脱硫尾气（

低浓度硫化氢气体）都可用来生产硫酸。

1、湿接触法制硫酸流程

反应如下：

H2S（g）+

O2（g）=SO2（g）+H2O（g）

出来的热气在废锅炉冷却至450oC，不经干燥直接进入转化器使之转化为SO3。

转化后的热气体首先进入93％硫酸循环的文丘里洗涤器内。

文丘里控制温度180~230oC，在此温度条件下，气体中的SO3首先和蒸汽结合为硫酸蒸汽：

SO3（g）+H2O（l）=H2SO4（l）+Q

再冷凝为硫酸。

离开的蒸汽经冷凝塔再次回收剩余的少量酸气（利用除雾器）才能排放至大气。

2、绿色循环利用

生产过程中产生的废渣可以作为制水泥的原料或用于制砖。

在接触法制硫酸中需要耗费大量的能量,其能量主要来自于生产硫酸过程中产生的大量废热。

此外能量的利用还有:

在沸腾炉旁边设置废热锅炉,也可以在接触室里设置热交换装置。

副产业之二：

氯碱厂

由于以上园区内工厂对氯气和氢氧化钠产品用量较大，且南港工业园地处海边，海水来源丰富，因此需在园区内配备相应氯碱工业的设施。

离子交换膜法是电解食盐水溶液制造氯气和高纯度烧碱的新方法。

主要原料：

精盐水、氯化钠、氯酸钠、硫酸钠、钙镁铁镍等阳离子、游离氯、固体悬浮物。

1、流程说明

反应如下：

阳极：

CI-

CI2+e

阴极：

H2O+e

H2+OH-

盐水精制：

原盐送入熔盐槽，用脱氯的淡盐水溶解。

在粗盐水中加入精制剂使之除去Ca、Mg，在得到的澄清盐水中加入助滤剂，过滤，经过两个串联的树脂塔制得精盐水，供电解使用。

电解：

电解时从电解槽的下部往阳极室注入经过严格精制的NaCl溶液，往阴极室注入水。

在阳极室中Cl-放电，生成C12，从电解槽顶部放出，同时Na+带着少量水分子透过阳离子交换膜流向阴极室。

在阴极室中H+放电，生成H2，也从电解槽顶部放出。

但是剩余的OH-由于受阳离子交换膜的阻隔，不能移向阳极室，这样就在阴极室里逐渐富集，形成了NaOH溶液。

随着电解的进行，不断往阳极室里注入精制食盐水，以补NaCl的消耗；不断往阴极室里注入水，以补充水的消耗和调节产品NaOH的浓度。

所得的碱液从阴极室上部导出。

阴极室产生烧碱和氢气分离去各自的后处理工序，阳极室出来的淡盐水及氯气经分离，淡盐水去脱氯工序，氯气去氯处理工序。

碱液蒸发浓缩：

电解工序来的碱液含NaOH30％~32％浓缩蒸发至50％NaOH,使用双效蒸发即可完成。

2、优点及绿色循环利用

设备占地面积小、能连续生产、生产能力大、产品质量高、能适应电流波动、污染小等优点。

用这种方法制得的产品比用隔膜法电解生产的产品浓度大，纯度高，而且能耗也低，所以它是目前最先进的生产氯碱的工艺。

副产物H2可精制后出售。

高纯盐酸也可产生进一步经济效益，工业盐酸可用于园区内其他工业如聚碳酸酯的生产过程。

参考文献

《化工生产流程图解》

《化工过程设计概论》

《关于聚乙烯生产过程的几个问题》

《有机合成工艺手册》

《化工安全与环境保护》

心得

我想这份作业是目前为止耗费心思最多的一份作业吧，提前归校和好友在图书馆连续奋战几天，加之学长的建议才完成这份设计。

诚然，结果和预期相差甚远，由于专业知识过于有限，许多设想无法应用于该设计，实属憾事。

做这份作业最大的收获就是学会了如何查阅文献，同时也认识到最为未来工程师身上的重任，今后一定更加努力学习专业知识，同时关注行业动态，为将来成为一名合格的工程师打下坚实的基础。