30万吨年丙烯腈生产项目设计.docx

1、30万吨年丙烯腈生产项目设计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

2、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

3、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/,890920K温度下发生脱氢反应生成丙烯及一些副产

4、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，0.050.2MPa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

5、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Aspen Energy Analyzer

6、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3 Risk System 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

7、法分析了油水分离器的控制机制，并提出了改进方案。3.3 HAZOP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Aspen Plus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Aspen HTFS+对全部

8、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

9、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Auto CAD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

10、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202占地面积平方米60724.233建筑面积平方米19656.54年操作时间小时/年87005工程项目总投资万元356149.666固定资产投资万元169346.267直接材料及燃料费万元/年1043892.68总定员人4359年成本费用万元/年10143851.6910全厂总产值万元/年3366652.0211年净利润总额万元/年169935.6012投资利润率%39.7613投资利税率%43.6314内部收益率%38.5815投资回收期年6.416投资净现值（税后）万元/年18361.689

11、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Aspen Plus软件完成全流程的详细计算，再根据模拟数据并结合Aspen Energy Analyzer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Aspen plus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Aspen Dynamics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Comsol Multiphysics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。