环氧乙烷工艺概述经典分析解析.docx
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环氧乙烷工艺概述经典分析解析
环氧乙烷情况概述
1.1.装置概况及特点
1.1.1.装置建设规模（反应初期）
EO/EG装置能力为20.89万吨/年当量环氧乙烷（EOE）。
工况1：
10万吨/年高纯环氧乙烷（EO），13.89万吨/年一乙二醇（MEG），1.15万吨/年二乙二醇（DEG），0.06万吨/年三乙二醇（TEG）。
工况2：
5.21万吨/年高纯环氧乙烷（EO），20万吨/年一乙二醇（MEG），1.65万吨/年二乙二醇（DEG），0.087万吨/年三乙二醇（TEG）。
装置乙烯各工况下的反应初期与反应末期年消耗均为150000吨。
1.1.2.建设性质
本项目属于新建项目。
1.1.3编制依据
美国科学设计公司（SD）为辽宁北方化学工业有限公司环氧工程项目编制的EO/EG装置工艺包；
《石油化工装置基础工程设计内容规定》SHSG-033-2003
其他设计依据参见总说明的编制依据。
1.1.4装置的组成、设计范围和设计分工
EO/EG装置分为环氧乙烷反应和吸收系统、二氧化碳脱除系统、环氧乙烷解吸和再吸收系统、环氧乙烷精制系统、乙二醇反应和蒸发系统、乙二醇脱水和精制系统、多乙二醇分离系统、公用工程蒸汽和凝液系统等单元组成。
SD公司负责装置的工艺包设计，中国寰球工程公司负责初步设计与施工图设计。
1.1.5装置的年运行时数、操作班次和装置的定员
1.1.5.1年操作小时数
装置年操作小时数为7560小时。
1.1.5.2操作班次
本装置工作制度为四班三倒。
1.1.5.3装置的定员
装置定员为103人。
1.2原料、产品及副产品
1.2.1原料的规格、用量、运输方式及来源
EO/EG装置主要原料为乙烯、氧气、甲烷等，其规格见工艺说明部分，乙烯年消耗在各工况下均为150000吨，其余原料用量根据催化剂的活性调整。
各原料用量、运输方式及来源情况见表1.2-1。
表1.2-1原料规格、用量及来源
序号
物料名称
规格
年用量（吨）
运输
方式
来源
反应初期
反应末期
1
乙烯
见工艺
说明部分
150000
150000
管道
乙烯装置
2
氧气
132610
150900
管道
空分装置
3
甲烷
550
630
管道
乙烯装置
1.2.2产品和副产品产量、运输方式
装置的主要产品为高纯环氧乙烷、一乙二醇，副产品为二乙二醇、三乙二醇，其规格见工艺说明部分，产量与运输方式见表1.2-2。
表1.2-2产品和副产品产量、运输方式
序号
物料名称
年产量（吨）
运输方式
工况1
工况2
1
一乙二醇（MEG）
138850
200000
管道输送至罐区
2
二乙二醇（DEG）
11470
16522
管道输送至罐区
3
三乙二醇（TEG）
604
870
管道输送至罐区
4
高纯环氧乙烷（EO）
100000
52125
管道输送至罐区
合计
注：
以上表格中的产量为反应初期产量。
1.3生产方法和技术来源
1.3.1生产方法及技术来源
装置采用美国科学设计公司（SD）乙烯氧气直接氧化生产环氧乙烷，环氧乙烷水合生产乙二醇的专利技术。
1.3.2工艺技术特点
美国科学设计公司（SD）的乙烯氧气直接氧化生产环氧乙烷，环氧乙烷水合生产乙二醇的专利技术具有如下特点。
（1）工艺流程短，装置能耗较低。
（2）环氧乙烷反应器下部设置产品气冷却器，与反应器一体化设计。
这种结构大大减少了底部封头的死角，能有效避免催化剂粉末在反应器底部封头的沉积。
反应产品气能及时冷却，减小了高温反应产品气的停留时间，能有效抑制环氧乙烷的异构化反应。
（3）二氧化碳吸收塔、循环气预饱和器、洗涤塔、气液分离罐一体化设备设计，一方面设备布置紧凑减小占地，另一方面能大大减少大口径不锈钢管线及仪表等。
（4）采用再吸收、汽提工艺，一方面可配置乙二醇反应进料所需配比的环氧乙烷水溶液，去除回收系统的轻组分；另一方面又大大减少了高浓度环氧乙烷水溶液在生产过程中的存在，有效提高了装置运行的安全性。
（5）采用冷凝式多效蒸发。
环氧乙烷水合压力及乙二醇蒸发部分压力较低，能有效降低设备费用。
1.3.3节能措施
EO/EG装置在工艺流程设置上采取了如下节能措施：
（1）采用水力透平回收富碳酸盐溶液的能量，降低装置能耗。
（2）采用优化的换热流程，合理利用余热，提高有效能效率。
（3）严格控制循环水换热温差，节省循环水用量。
（4）最大限度回收及再利用蒸汽凝结水，减少装置的能耗和物耗。
（5）合理采用高效板式换热器降低装置能耗。
1.4自动控制
辽宁北方化学工业有限公司乙烯改扩建项目20万吨EO/EG装置控制和仪表系统的设计要求和目标是保证整个装置安全生产和优化操作，提高生产装置的稳定性，确保装置的安全可靠性，降低原料的消耗。
1.4.1生产自动化水平
本装置将设置先进、可靠、完备的仪表和控制系统，以确保生产装置安全、平稳、长周期、高质量的运行。
EO/EG生产装置的过程控制系统由DCS，安全仪表系统SIS,基于PLC的成套机组（如：
循环气压缩机）控制系统组成。
在线分析仪表PAS，包括气相色谱仪，氧气分析仪，红外分析仪等，用于进料气，循环气等的组分分析和安全检测。
此外还设有可燃和有毒气体检测系统FGDS，全厂火灾报警系统FAS。
DCS通过串行通讯对其它系统的信息进行监视。
EO/EG装置的生产过程直接在中央控制室中监测和控制。
中央控制室设在相邻的乙醇胺装置北侧，按EO/EG装置、乙醇胺装置和空分空压等设不同操作区。
EO/EG装置在主控制室操作间中设置的操作监控设备包括：
DCS操作站，辅助操作台，可燃气体及火灾报警系统盘和相应的报警打印设备。
这些设备用于提供装置正常安全运行和紧急状态时的各项操作平台。
系统设备机柜布置在机柜间内。
自控系统及主要仪表选型原则为：
先进可靠、性能价格比高的成熟系统及仪表。
在便于操作管理的同时也考虑今后生产技术及经营管理上的发展需要。
生产装置控制系统为分散型控制系统，系统分检测控制层，操作层及上位机。
电源、通信都用冗余配置。
控制回路I/O采用冗余配置，检测系统采用单一配置。
由于大型石化装置中国产DCS系统较少运用，因而DCS系统拟采用进口（含主机、通讯系统及元件、操作站），但机柜及机架尽量用合资厂产品，并由其成套。
主装置安全联锁采用进口的SIS系统，由国内集成供应。
1.4.2主要仪表选型
由于EO/EG装置大部分为爆炸区，现场仪表选用防爆型仪表，以本安型为主，也有隔爆型或其他防爆类型。
原则上变送器、执行机构、信号转换器等现场仪表设备采用4~20mA标准信号,支持HART通信协议。
流量测量优先选用差压式流量仪表。
涉及原料和成品计量的仪表采用质量流量计，容积式流量计或带直管段及温度压力补偿的孔板差压变送器。
液位仪表以差压式液位变送器为主，采用普通差压变送器或双法兰差压变送器。
贮罐或球罐液位测量采用雷达或伺服式浮子液位计，在精度要求不高的常压环境也可选用液位变送器。
对量程小于1000mm的场合也可以用浮筒液位计。
就地液位指示选用玻璃板液位计或磁性翻板液位计。
压力远传选用压力变送器，测量压差或微压力选用差压变送器，测量腐蚀性或易堵介质的压力选用膜片密封式法兰压力变送器。
就地压力指示一般选用Ф100mm弹簧管压力表，小量程及绝对压力测量选用膜盒压力表，有腐蚀或易堵介质压力测量选用膜片隔离式压力表。
温度测量采用热电偶（T/C）和Pt100热电阻（RTD），需要进入控制回路或SIS的采用一体化温度变送器。
关键场合，测温元件采用双支型，一支与温度变送器连接供实际测量使用，另一支与温度变送器连接作为测量备用。
就地温度指示选用双金属温度计。
调节阀和联锁切断阀全部采用气动执行机构，仅切断循环气流路用的大阀门用电动闸阀。
调节阀以柱塞型为主，也有采用V型球阀和蝶阀。
切断阀以球阀为主，少量也采用柱塞型。
分析仪表用质谱仪测量进出EO反应器循环气组分和C-115出口循环气组分，根据分析数据可进行相关计算。
用磁氧分析仪测量氧气含量，用红外分析仪测量乙烯含量。
红外、磁氧气分析仪放在成套供应的现场分析器小屋内。
采样和预处理系统由分析系统集成商设计提供。
采用可燃气体检测器测量环境中可燃气体含量，有些场合需要可燃介质含量超标时进行联锁。
采用EO毒气检测器测量EO的泄漏量以保护操作人员安全。
1.5装置位置
EO/EG装置西侧为环氧操作室与乙醇胺装置，北侧是乙烯罐区与丁二烯装置，东侧为第二循环水场，南侧为脱盐水装置。
装置长为205米，宽120米，占地面积约24600m2。
装置总图位置见1070-30-40-310-0000-001。
1.6公用工程的技术规格
表1.6-1公用工程规格
序号
公用工程名称
单位
规格参数
1
生活水
水质
符合《生活饮用水卫生标准》GB5749-85
压力
Mpa.G
≥0.30（暂定）
温度
ºC
常温
2
新鲜水（过滤水）
压力（供给）
MpaG
0.3
温度
ºC
常温
PH
7-9
浊度
mg/l
≤5.6
溶解固形物（TDS）
mg/l
390-520
盐
mg/l
390-520
总硬度
mmol/l
7.3
碱度
mmol/l
5.72
氯离子
mg/l
46.44
3
冷却水
压力（供给）
MpaG
0.4
压力（回水）
MpaG
0.2
温度（供给）
ºC
30
温度（回水）
ºC
40
CL¯
Mg/l
≤300
浓缩倍数
3-5
污垢系数
K/W
3.44x10-4
4
脱盐水
压力（供给）
MpaG
≥0.4
温度
ºC
常温（≤40）
PH
6-9
电导率（25ºC）
μs/cm
≤0.3
二氧化硅含量
μg/l
≤20
总铁
Mg/l
≤0.02
铜
μg/l
≤5
油
Mg/l
≤0.3
5
高压消防水
压力
MpaG
≥0.8
温度
ºC
常温
6
高压蒸汽
压力
MpaG
4.177
温度
ºC
385±10
7
中压蒸汽
压力
MpaG
1.4
温度
ºC
260±10
8
低压蒸汽
压力
MpaG
0.35
温度
ºC
190
9
回收冷凝液
压力
MpaG
0.3
温度
ºC
95
10
热水（伴热）：
供水压力
MpaG
0.8
供水温度
ºC
95
回水压力
MpaG
≧0.5
回水温度
ºC
70
11
仪表空气
压力
MpaG
≧0.6
温度
ºC
环境（≤40）
油含量
8ppm,或10mg/m3
尘含量
mg/m3
1
尘直径
μm
3
露点（操作压力下）
ºC
≤-40
12
工厂空气
压力
MpaG
0.6
温度
ºC
环境（≤40）
13
低压氮气（连续）
压力
MpaG
0.6
温度
ºC
环境（≤40）
纯度
Vol%
≧99.99
含氧量
Ppmvol
≤5
CO
Ppmvol
≤5
温度
ºC
环境（≤40）
14
高压氮气（间断）
压力
MpaG
≧6.0
其它指标同低压氮
15
燃料气
备用燃料气为LPG蒸汽
压力
MpaG
0.4
温度
ºC
环境（≤40）
15
电力
1）
66kV
进全厂总变
2）
10kV
10kV电源
66kV/10.5kV
（用于≧5000kW电机，由66kV变电站66kV/10.5kV变压器直供）
供电形式
AC/3相3线/中线不接地
电压
V
10000±5%
频率
Hz
50±1%
3）
6kV电源
66kV/6.3kV
供电形式
AC/3相3线/中线不接地
电压
V
6000±7%
频率
Hz
50±1%
4）
380V/220V电源
电压
V
380V/220V
供电形式
AC/3相4线/中线接地
电压
V
380+7/-10%，220+7/-10%
频率
Hz
50±1%
短路容量
66kv:
31.54A/6kv:
43.3A
1.7主要技术经济指标
表1.7-1装置技术经济指标一览表
序号
指标名称
单位
数量
备注
工况1
工况2
一
设计规模（反应初期）
一乙二醇（MEG）
t/a
138850
200000
高纯环氧乙烷（EO）
t/a
100000
52125
二乙二醇（DEG）
t/a
11470
16522
三乙二醇（TEG）
t/a
604
870
二
主要原料和辅助原料
1
主要原料
乙烯
t/a
150000
氧气
t/a
132610（SOR）/150900（EOR）
甲烷
t/a
550（SOR）/630（EOR）
2
辅助原料
二氯乙烷（EC）
kg/a
3000
碳酸钾
kg/a
7600（初始装填76000）
NaOH（20%wt）
t/a
1180
H2SO4（98%wt）
t/a
190
NaHSO3（100%wt）
t/a
210
消泡剂（CO2系统）
kg/a
320
消泡剂（吸收水系统）
kg/a
1120
硼酸100%wt
kg/a
630（初始装填6300）
五氧化二钒100%wt
kg/a
1250（初始装填12500）
三
催化剂
EO反应催化剂
m3
191（初始装填）
3年
乙烯脱硫催化剂
m3
10（初始装填）
4年
MEG精制树脂
m3
5.7（初始装填）
5年
脱醛树脂
m3
13.4（初始装填）
4年
阳离子交换树脂
m3
13.6（初始装填）
4年
阴离子交换树脂
m3
24.6（初始装填）
4年
四
燃料气
kg/h
70
五
动力和公用物料消耗
循环水
m3/h
10938
脱盐水
m3/h
9.7
14.2
高压蒸汽（4.0MPaG）
t/h
3.43
23.55
反应初期
2.61
24.93
反应末期
中压蒸汽（1.4MPaG）
t/h
27.97
20.97
反应初期
9.18
0.32
反应末期
低压蒸汽（0.35MPaG）
t/h
25.13
7.95
反应初期
33.22
23.96
反应末期
仪表空气
Nm3/h
300
氮气（0.6MPaG）
Nm3/h
285（2000MAX）
冷凝液120℃
t/h
40.62
34.22
反应初期
29.52
30.87
反应末期
工厂空气
Nm3/h
150（400MAX）
间歇
电
kWh
7902（8334MAX）
六
三废（废气、废液、废渣）
废气
t/h
13.793
废液
t/h
20.582
22.625
废渣
m3
268
3-4年
七
装置占地面积
m2
24600（205mX120m）
九
装置总定员
人
103
升级会员 