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1、 集团年产20万吨丙烯烃项目初步设计说明书目 录第一章 总论11.1 项目概况11.2 设计依据11.3 设计思想及原则11.4 工艺特点21.5 产品方案21.6 辅助设计软件的应用3第二章 厂址选择42.1 选择原则42.2厂址选定52.3地理位置62.4 原料和市场62.5自然概况8第三章 工艺设计方案103.1设计目标103.1.1概述103.1.2生产规模103.2 工艺方案选择103.2.1流程模拟说明103.2.2 生产任务113.2.3合成工段的模拟113.3 Aspen Plus 11.1流程模拟133.3.1合成工段物料衡算133.3.2预分离工段物料衡算153.3.3分离
2、工段物料衡算173.3.4脱丙烷塔操作参数的优化203.3.5乙烯塔操作参数的优化283.3.6丙烯精馏塔操作参数的优化323.3.7精馏工段各塔操作参数总结373.4 全流程模拟37第四章 自动控制及仪表393.1 设计依据393.2 自动控制要求393.3 设备的自动控制40第五章 供电与通信405.1 设计说明405.1.1 设计范围405.1.2 设计标准、规范415.2 供电电源425.3 变电所和配电间425.3.1 高压供电系统设计435.3.2 总降压变电所设计435.4 照明系统445.5 接地防雷系统445.5.1 接地系统445.5.2 防雷保护系统455.6 电信工程4
3、7第六章 供热486.1 概述486.2 标准与规范496.3 供热方案496.4 锅炉给水系统506.4.1 水质要求506.4.2 蒸汽冷凝水的处理方法506.4.3 本分厂的锅炉给水系统516.5 供热系统配套设施516.5.1 蒸汽管道516.5.2 阻汽排水阀526.5.3 汽-水分离器52第七章 环境保护527.1 设计依据527.2 环保治理措施537.2.1 废气537.2.2 废水537.2.3 废渣547.2.4 噪声547.3 场内绿化54第一章 总论1.1 项目概况在我国目前的多煤贫油自然资源条件下，减少烃原料化工对石油资源的过度依赖，是我国经济和社会可持续发展所面临的
4、一项重要任务。因此发展以煤、气资源为源头的烃原料生产技术成为我国科技界的一个热点研究领域。 本项目的目标是为一石油化工综合企业设计一座C4烃综合利用的分厂，要求采用来自醚化分厂的混合C4烃裂解生成以乙烯、丙烯为主的产物，并且考虑其余组分的利用的一个项目。同时需要考虑尽可能减少对自然环境的污染以及对污染的治理措施。1.2 设计依据 1、化工工厂初步设计文件内容深度规定（2001年06月01日国家石油和化工工业局发布）及有关专业的国家标准。 2、国家经济、建筑等相关政策。 3、2011年“三井化学杯”大学生化工设计竞赛指导书。1.3 设计思想及原则1、所选择的工艺技术应先进、适用、可靠，保证项目投
5、产后，能安全、稳定、长周期、连续运行。2、所选择的设备和材料必须可靠，且尽可能国产化。3、充分依托现有社会公共设施，以降低投资，加快项目建设进度，采取切实可行的措施节约用水。4、贯彻主体工程与环境保护、劳动安全和工业卫生、消防同时设计、同时建设、同时投产。5、消防、卫生及安全设施的设置必须贯彻国家关于环境保护、劳动安全的法规和要求，负荷石油化工行业的相关标准。6、所选择的产品方案和技术方案应是优化的方案，以最大程度减少投资，提高项目经济效益和抗风险能力。科学论证项目的技术可靠性、项目的经济性，实事求是的作出研究结论.1.4 工艺特点本项目所采用的生产工艺特点是：具有较高的丙烯收率，本工艺采用专
6、有的沸石催化剂和低磨损的固定床反应器作为主要生产装置，利用低结焦催化剂可以降低再生循环次数，在反应温度下可以不连续再生，更有利于节省成本。1.5 产品方案 本项目产品主要为聚合级乙烯单体和聚合级丙烯单体，在工艺装置中的副产品主要有丙烷等。 项目产品产品纯度产量(吨/年)主产品乙烯99.9%（w%）7.4万丙烯99.6%（w%）20.6万副产品丙烷97.5（w%）1.8万1.6 辅助设计软件的应用在本设计中，应用了以下辅助设计工具软件：用Aspen Plus 11.1进行流程模拟和工艺优化；用Aspen Energy Analizer V7.3-aspenONE进行热能集成优化；用Auto-CA
7、D 2007进行制图；用Autodesk 3dsMax Design2010制作三维厂区效果图第二章 厂址选择厂址选择是化工装置建设的一个重要环节，也是一项政策性技术性很强的工作。厂址选择对工厂的建设进度、投资数量、经济效益、环境保护及社会效益等方面都有重大影响。由于只有厂址选择确定之后，才能估算其建设投资额和投产后的生产成本，才能对经济效益环境影响社会效益进行分析评估，判断项目的可行性，因此厂址选择工作是可行性研究的一部分。需要考虑原料、能源、水源、运输和环境等方面的条件。2.1 选择原则1) 原料和市场厂址应靠近各种原料产地和销售市场。2) 能源化工厂需要大量的动力和蒸汽，应靠近燃料的供应
8、点。3) 气候化工厂的建厂地点应该温度适宜，湿度适中。4) 运输条件尽量考虑铁路枢纽以及利用河流、运河、湖泊或海洋进行运输的可能性，公路运输可用作铁路和水路的补充。5) 供水化工厂使用大量的水，用于产生蒸汽、冷却、洗涤，有时还用做原料。因此，厂址必须靠近水量充足和水质良好的水源。6) 对环境的影响应得到当地环保部门的认可，以便于妥善处理废物。7) 协作条件选择在贮运、机修、公用工程（电力、蒸汽）和生活设施等方面具有良好协作条件的地区。8) 灾害及其他避免低于洪水水位或在采取措施后仍不能确保不受水淹的地段，以及地震、泥石流、滑坡、有开采价值的矿藏、文物保护等地区。2.2厂址选定本项目厂址选在兰州
9、市西固区，以兰州石油化工公司和兰州炼油厂为依托。从而开发西北潜在价值资源。满足西北地区乙丙烯炼油以及其他化工产品的合成作为原料。西固区是兰州市下辖的一个区，总面积385平方公里，总人口33.6万，距兰州市中心区约20公里，位于黄河南岸，兰州市的西面，是兰州市的主要工业区，也是兰州大气污染的主要污染源。西固区的兰州石化公司是使兰州成为中国重要化工基地的原因。西固，位于兰州市西大门，是甘肃省和兰州市的核心工业区、中国西部最大的石油化工基地，素以“西部石化明珠”、“石化工业摇篮”闻名遐迩。全区总面积385平方公里，辖2镇4乡41个行政村、9个街道78个社区；总人口33万，其中城镇人口27万。以西固西
10、路、西固中路、西固东路一线为界，以北为工业区，以南为生活区。2009年，实现地区生产总值186.9亿元，增长12.32%；完成固定资产投资84.04亿元，增长27.18%；实现社会消费品零售总额56.91亿元，增长23.24%；单位生产总值能耗下降5.7%；完成一般性财政收入3.24亿元，增长30.66%；城镇居民人均可支配收入、农民人均纯收入分别达到13748元、6741元，增长13.65%、12.01%。2.3地理位置位于东经10319至10441，北纬3538至3613之间。东与七里河区接壤，西与红古区交界，南与永靖县为邻，西北部与永登县毗邻。东北部以黄河为界与安宁区隔河相望。距兰州市政
11、府驻地约18公里，总面积383平方公里，是市西郊中心区。2.4 原料和市场（1）原料来源本项目所采用的原料为C4原料。经HZSM-5分子筛催化裂化生产丙烯，以兰州石油化工公司和兰州炼油厂为依托。兰州石化公司是集炼油、化工和化肥生产为一体，是中国西部地区最大的石化企业。公司拥有原油一次加工能力1050万吨/年。并具备相配套的二次加工能力，能生产汽油、柴油、煤油、润滑油、催化剂、合成橡胶等400余种石化产品，是我国生产石化产品品种比较齐全的企业之一。其石油产品、合成树脂、合成橡胶、催化剂等在国内外市场上享有良好的声誉。目前，兰州石化公司是国内三大催化裂化催化剂生产基地之一。 国家的西部大开发战略，
12、给兰州石化公司带来了极大的发展机遇。中国石油股份公司适时提出了在兰州建设大型炼油化工基地的战略构想，并把兰州石化公司作为西部投资和发展的重点，在“十五”计划以及2015年远景目标中，作为四大炼油和化工生产基地之一进行规划建设。（2）产品市场据中国石油和化学工业协会统计，2008年，我国乙烯产量为1025万t，乙烯当量进口量近1000万t，对外依存度接近50。虽然中石油独山子、中石化镇海、中石化天津等大型乙烯装置将在2009年-2010年陆续投产，但随着石化行业的新一轮扩能，乙烯产量仍然无法满足下游市场的需求。据有关部门预测，2010年，我国乙烯当量需求量约2484万I，产量约1784万t，供需
13、缺口700万t。乙烯主要用于生产聚乙烯。2006年，我国聚乙烯树脂产能为7225万t，产量599万t，表观消费量约10834万t，进口量达495万t，进口量占表观消费量的比例为457。预计2010年，我国聚乙烯的产量约950万t，需求量约1588万t，供需缺口638万t。 同样，国内的丙烯产量也远远不能满足市场需求。近年来，由于丙烯下游产品的快速发展，丙烯需求量增长迅速，从当量需求来看，丙烯供需矛盾十分突出。预计到2010年，我国对丙烯的当量需求量约1905万t，产量约1315万t，供需缺口约590万to丙烯主要用于生产聚丙烯。2006年，我国聚丙烯产能约694万t，产量约5842万t，分别比
14、2005年增长了126和116，进口2945万t，出口26万t，表观消费量876万t，进口量占表观消费量的比例为333。预计到2010年，我国聚丙烯产量约725万t，表观消费量约1212万t，供需缺口约487万t。 我国乙烯和丙烯的市场缺口较大，特别是近年来丙烯的需求增长已超过乙烯。由于需求强劲，一般的石脑油蒸汽裂解和催化裂解方法所得丙烯产品已远远满足不了市场的需求，因此人们纷纷研究开发增产丙烯的新技术，甲醇制丙烯技术就是其中之一。由此可见，乙烯和丙烯的市场前景广阔，特别是国内的丙烯生产原料不足，市场需求增长较快，更为市场所看好。2.5自然概况地形地貌南北环山，中间为黄河谷地。南北由高渐低向中
15、部黄河盆地倾斜，形成山、台、川三个阶段，黄河由西向东横贯全境。山区可分为南北两部分，平均海拔1800米。川区主要分布于黄河两岸，平均海拔1540米，地势平坦。 气候属温带半干旱气候，山区垂直性气温变化较显著。年平均气温8.5，最高36.1，最低23.4。年均降雨量330毫米。无霜期169天。年平均日照2780小时。 资源区内土地资源丰富，有耕地6.4万亩，其中山塬地4.14万亩，河谷川地1.26万亩。有果园1.17万亩。林地10.36万亩，草地27.32万亩，水域2万亩。未开发利用土地1.71万亩，水能资源富集，黄河纵贯全境，年径流量3459亿立方米。湟水在境内流经3公里汇入黄河，年径流量7亿
16、立方米。黄河干流 第三章 工艺设计方案3.1设计目标3.1.1概述本项目的目标是为化工综合企业一座混合C4综合加工子系统分厂。要求利用C4分厂的催化裂化生产制备以乙烯、丙烯为主的烯烃，并考虑C4+组份的综合利用。尽量采取可行的措施减少系统对环境的不利影响，并对排出的污染物提出合理的治理方案。3.1.2生产规模本设计拟建产量为20万吨/年的丙烯厂，同时年产7.5万吨的高聚合度乙烯产品，以满足各个行业对其日益增长的需求。3.2 工艺方案选择3.2.1流程模拟说明在对整个工艺流程提出方案以后，我们要做的就是通过计算得出每一个设备、每一股物流的工艺参数。然而如果通过手算，这个工作量是相当大的，而且似乎
17、并不可靠，于是，我们决定让计算机来做这一部分工作。我们选择了当前主流的化工模拟计算软件aspen plus来模拟计算整个工艺过程。我们要模拟的是由富含烯烃的混合C4烃催化裂解生产丙烯的整个工艺过程，实际生产中，这是一个相当复杂的过程，但是由于条件限制，而且软件有其局限性，这就要求我们不得不做出一些合理的假设因为我们必须使工作进行下去，这些假设将在后面的陈述中一一说明。3.2.2 生产任务我们的目标是年产20万吨丙烯，并联产乙烯和丙烷，在保证产量和质量的前提下，我们必须使产品的回收率达到97%以上。3.2.3合成工段的模拟1、模拟说明及相关假设混合C4烯烃催化裂解反应非常复杂，而且其反应机理尚无
18、定论，我们无法得知其确切的反应以及动力学数据。于是，我们决定根据任丽萍、赵国良、滕加伟、王仰东、谢在库教授于2007年发表的La修饰 ZSM - 5 分子筛催化剂用于烯烃催化裂解制丙烯一文中给出的相关数据，通过收率反应器模拟计算，我们又根据相关文献及报道，做出如下假设：1C5+烃以己烯为模型；异丁烯不参与裂解；2烷烃的存在不影响裂解；3不生成丁烷；4正丁烯、顺2丁烯和反2丁烯裂解程度相同。2、合成工段工艺参数催化剂目前，在已经工业化，或者即将工业化的技术中，其催化剂有以下几种，即：1Superflex工艺特制的流化床专用催化剂；2OCP工艺固定床专用催化剂；3Propylur工艺固定床ZSM-
19、5分子筛催化剂；4Omega工艺固定床绝热反应器专用分子筛催化剂。Superflex工艺、OCP工艺、Propylur工艺、Omega工艺的关键技术我们是无法得知的，综合考虑，只有选择ZSM-5分子筛催化剂才能使我们的工作进行下去。温度根据朱向学等于2005年发表的丁烯催化裂解制丙烯/ 乙烯反应的热力学研究一文，我们得知反应温度在550620时烯烃具有较高的转化率，并且丙烯具有较高选择性。操作压力根据朱向学等于2005年发表的丁烯催化裂解制丙烯/ 乙烯反应的热力学研究一文，当压力在0.02-0.2 MPa 时,随着压力的升高，丙烯的平衡浓度有所增长。水蒸气用量 水蒸气的作用主要是稀释剂和清焦，
20、可提高烯烃的转化率，并且延长设备寿命。但是过多使用水蒸气又会造成生产成本急剧增加，并且给后续工段的分离带来困难，同样根据丁烯催化裂解制丙烯/ 乙烯反应的热力学研究一文，当烃分压在0.1MPA左右时即可使其转化率达到40%以上。综合考虑，我们决定每小时通入2500KG水蒸气，其主要作用是清焦，兼顾稀释剂的作用。反应器我们已经决定使用ZSM-5分子筛催化剂，参考Propylur工艺，我们决定使用列管式固定床反应器，管程填充催化剂，壳程通入加热介质，维持反应温度。空速 丁烯催化裂解制丙烯/ 乙烯反应的热力学研究一文中指出，适当提高进料空速（1.88.8）h-1可提高丙烯的选择性。合成工段工艺参数初步
21、确定之后我们又参考诸多文献及工艺，最终做出如下决定：催化剂温度压力水蒸气用量反应器空速HZSM-55800.13MPA2500KG/h固定床列管式反应器（外热式）3.3h-1表3-13.3 Aspen Plus 11.1流程模拟3.3.1合成工段物料衡算 1、Aspen plus模拟合成工段示意图如下 2、物料衡算列表如下表3-2Stream ID FeedC1-outH1-outSteamM1-outH2-outRe-out温度()2534.9300101.9295580550压力(bar)1.0131.31.31.0131.0131.0131.3气相分率1111111摩尔流率(kmol/h
22、r)1327.321327.321327.32138.7711466.0931466.0931753.797质量流率(kg/hr)750000750007500075000775007750077500 MASS FLOW (kg/hr)C4H8-133450334503345033450334508690.641C4H8-5150150150150150150C4H8-27717.57715.57715.57717.57717.52004.156C4H8-318480184801848018480184804801.624C4H10-110402.510402.510402.510402.5
23、10402.510402.5C4H10-2480048004800480048004800C6H12-36913.145H2O2500250025002500C3H6-225725.96C2H49257.290C3H82254.675 MASS FRACTIONC4H8-10.4460.4460.4460.4320.4320.112C4H8-50.0020.0020.020.0020.0020.002C4H8-20.1030.1030.1030.1000.1000.026C4H8-30.2460.2460.2460.2380.2380.062C4H10-10.1390.1390.1390.13
24、40.1340.134C4H10-20.0640.0640.0640.0620.0620.062C6H12-30.089H2O10.0320.0320.032C3H6-20.332C2H40.119C3H80.0293.3.2预分离工段物料衡算1、 Aspen plus模拟预分离工段流程图如下：2、物料衡算列表如下表3-3Stream ID H3-OUTH4-OUTF1-OUT1F1-OUT2C2-OUTH5-OUTH6-OUT温度()30040404081.6255压力(bar)1.31.31.31.3333气相分率10.9681010.9600.953摩尔流率(kmol/hr)1753.7
25、971753.7971698.14655.5611698.1461698.1461698.146质量流率(kg/hr)775007750076497.4331002.56776497.43376497.43376497.433 MASS FLOW (kg/hr)C4H8-18690.6418690.6418690.6410.0018690.6418690.6418690.641C4H8-5150150150TRACE150150150C4H8-22004.1562004.1562004.1560.0012004.1562004.1562004.156C4H8-34801.6244801.624
26、4801.6240.0014801.6244801.6244801.624C4H10-110402.510402.510402.50.00110402.510402.510402.5C4H10-2480048004800TRACE480048004800C6H12-36913.1456913.1456913.145TRACE6913.1456913.1456913.145H2O250025001497.4351002.561497.4351497.4351497.435C3H6-225725.96725725.96725725.960.00125725.9625725.9625725.96C2
27、H49257.7929257.2929257.2910.0019257.2919257.2919257.291C3H82254.6752254.6752254.6750.0012254.6752254.6752254.675 MASS FRACTIONC4H8-10.1120.1120.11433PPB0.1140.1140.114C4H8-50.0020.0020.002TRACE0.0020.0020.002C4H8-20.0260.0260.02622PPB0.0260.0260.026C4H8-30.0620.0620.06332PPB0.0630.0630.063C4H10-10.1
28、340.1340.13612PPB0.1360.1360.136C4H10-20.0620.0620.0632PPB0.0630.0630.063C6H12-30.0890.0890.090TRACE0.0900.0900.090H2O0.0320.0320.02010.0200.0200.020C3H6-20.3320.3320.336873PPB0.3360.3360.336C2H40.1190.1190.121907PPB0.1210.1210.121C3H80.0290.0290.02921PPB0.0290.0290.029表3-4Stream IDF2-OUT1F2-OUT2SEP
29、-OUT1SEP-OUT2Temperature()5555Pressure(bar)3333Vapor fraction1010Mole flow(kmol/hr)1618.87979.2671532.88489.995Mass flow(kg/hr)75069.4181428.01568086.8526982.566C4H8-18690.6410.0018690.641C4H8-5150TRACE150C4H8-22004.156TRACE2004.156C4H8-34801.6240.0014801.624C4H10-110402.5TRACE10402.5C4H10-24800TRAC
30、E4800C6H12-36913.145TRACE6913.145H2O69.4211428.01469.421C3H6-225725.9650.00125725.965C2H49257.2900.0019257.290C3H82254.675TRACE2254.675C4H8-10.1168PPB0.128C4H8-50.002TRACE0.002C4H8-20.0277PPB0.029C4H8-30.0649PPB0.071C4H10-10.1392PPB0.153C4H10-20.064TRACE0.070C6H12-30.092TRACE0.990H2O925PPM10.010C3H6
31、-20.343404PPB0.378C2H40.123646PPB0.136C3H80.0307PPB0.0333.3.3分离工段物料衡算1、 asnpen plus模拟计算示意图如下：2、物料衡算列表如下：表3-5Stream ID F2-OUT1SEP-OUT1SEP-OUT2C3-OUTC2C3C4C4-OUTTemperature()5.05.05.047.9-5.759.945.6Pressure(bar)3.0003.0003.0007.0007.0007.02416.000Vapor fraction1.0001.0001.0001.0001.0001.0001.000Mole
32、flow(kmol/hr)1618.8971532.88485.9951532.884992.378540.507992.378Mass flow(kg/hr)75069.41868086.8526982.56668086.85237234.53630852.31637234.536 MASS FLOW (kg/hr)C4H8-18690.6418690.648690.6410.4218690.220.421C4H8-5150.000150.000150.0000.009149.9910.009C4H8-22004.1562004.152004.1560.0012004.150.001C4H8
33、-34801.6244801.624801.6240.0104801.610.010C4H10-110402.50010402.510402.500.04110402.40.041C4H10-24800.0004800.004800.0000.5974799.400.597C6H12-36913.1456913.145C3H6-225725.96525725.925725.925722.83.08925722.87C2H49257.2909257.299257.2909257.299257.29C3H82254.6752254.672254.6752253.291.3852253.290MAS
34、S FRACTIONC4H8-10.1160.1280.12811PPM0.28211PPMC4H8-50.0020.0020.002245PPM0.005245PPBC4H8-20.0270.0290.02940PPB0.06540PPBC4H8-30.0640.0710.071257PPB0.156256.PPBC4H10-10.1390.1530.1531PPM0.3371PPMC4H10-20.0640.0700.07016PPM0.15616PPMC6H12-3H2O925PPM0.0101C3H6-20.3430.3780.3780.691100PPM0.691C2H40.1230
35、.1360.1360.2490.249C3H80.0300.0330.0330.06145PPM0.061表3-6Stream ID C2H4BX+BWPU-OUTBXBW+BXBX2BWTemperature()-38.836.537.043.845.023.130.7Pressure(bar)15.00015.13318.00018.00018.08911.00011.099Vapor fraction1.0001.0001.0001.0000.0001.0000.000Mole flow(kmol/hr)329.620662.757662.757332.841329.916279.175
36、50.741Mass flow(kg/hr)9250.00027984.5327984.5314000.0013984.5311750.002234.533 MASS FLOW (kg/hr)C4H8-10.4210.4210.4210.421C4H8-50.0090.0090.0090.009C4H8-20.0010.0010.0010.001C4H8-30.0100.0100.0100.010C4H10-10.0410.0410.0410.041C4H10-20.5970.5970.5970.597C6H12-3H2OC3H6-28.49425714.325714.3813944.0011
37、770.3811703.466.995C2H49241.28216.00816.00816.008C3H80.2242253.062253.0639.9942213.07346.5732166.499MASS FRACTIONC4H8-115PPM15PPM30PPM189PPMC4H8-5327PPB327PPB654PPB4PPMC4H8-253PPB53PPB106PPB663PPBC4H8-3342PPB342PPB684PPB4PPMC4H10-11PPM1PPM3PPM18PPMC4H10-221PPM21PPM43PPM267PPMC6H12-3H2O3.3.4脱丙烷塔操作参数的
38、优化对脱丙烷塔而言，其轻关键组分为丙烷，重关键组分为异丁烷。下面逐个考察单个条件的影响：1塔板数的影响取Reboiler duty= 6500 kw（塔底再沸器）,Reflux ratio= 2.47（质量比)（回流比），P=7bar（操作压力），Feed stage=14（进料板位置），改变塔板数，经Aspen模拟后得到下表：（其中下面曲线中TC3H6/(BC3H6+TC3H6)表示塔顶丙烯回收率，TYDW表示塔顶异丁烷的质量百分含量。表3.7. 塔板数的影响塔板数塔顶冷耗塔釜热耗塔顶丙烯收率塔底丙烯损失率塔顶异丁烷20-8.614025.5890740.9979820.0020180.00
39、046521-8.612175.5890740.9988690.0011310.00015722-8.611285.5890740.9992760.0007242.14E-0523-8.611085.5890740.9993580.0006423.37E-0624-8.610995.5890740.9993910.0006091.25E-0625-8.61095.5890740.9994160.0005846.71E-0726-8.610825.5890740.9994380.0005624.55E-0727-8.610825.5890740.9994380.0005624.55E-0728-8.610825.5890740.9994380.0005624.55E-0729-8.610825.5890740.9994380.0005624.55E-0730-8.610825.5890740.9994380.0005624.55E-07从Aspen导出塔板数与各因素的关系图：图3.1 塔顶丙烯的回收率与塔板数的关系图3.2塔底丙烯损失率，塔顶异丁烷百分含量与塔板数的关系
