年产10万吨年苯加氢制环己烷项目投资可行性研究报告.doc

10万吨/年苯加氢制环己烷项目可行性研究报告3目 录第一章 总 论11.1概述11.2 编制项目可行性研究报告的依据和原则11.3 项目背景、经营意义、投资意义21.4 项目的范围41.5 研究结果4第二章 市场分析和价格预测82.1产品市场分析和价格预测82.2原料供求及价格预测102.3 辅助材料、燃料的供应14第三章 生产规模、总工艺流程及产品方案153.1 生产规模153.2 总工艺流程153.3 产品方案1103.4 全厂自控水平17第四章 工艺装置184.1 工艺原理184.2 工艺技术选择224.3 环己烷装置工艺流程274.4 自控水平324.5 主要设备的选择3104.10 消耗指标374.7 装置界区内的公用工程设施384.8 装置“三废”排放38第五章 建厂地区条件和厂址选择405.1 建厂条件405.2 厂址选择43第六章 总图运输、储运、土建、厂内外管网4410.1 总图运输4410.2 储运41010.3土建4710.4 厂区外管48第七章 公用工程517.1给排水517.2 供电、电信527.3 供热、供风577.4脱盐水站587.5 采暖通风及空气调节58第八章 辅助生产设施1008.1消防设施1008.2 维修设施1028.3仓库1038.4中心化验室1038.5 火炬103第九章 能耗分析及节能措施1049.1概述1049.2 能耗构成分析1049.3工艺装置节能措施1010第十章 环境保护10710.1 编制依据10710.2 设计采用的环境质量标准和排放标准10710.3 建设地区环境现状10710.4 建设项目主要污染物状况及治理10910.5 环境保护工程所需投资和定员7210.10 环境影响评价分析72第十一章 劳动保护与安全卫生7311.1 设计依据7311.2 工程概述7411.3 建筑和场地布置71011.4生产过程中职业危险、危害因素的分析71011.5设计中采用的主要安全和劳动保护措施7811.10 预期效果评价7911.7劳动安全卫生机构设置及人员配备情况80第十二章 企业组织及定员8112.1企业经营体制8112.2企业管理体制8112.3装置定员8112.4人员来源和培训82第十三章 企业管理设施和生活福利设施8313.1 企业管理设施8313.2 生活福利设施83第十四章 项目实施规划8414.1 建设周期的规划8414.2 实施进度规划84第十五章 投资估算和资金筹措81015.1 投资估算81015.2 资金筹措8715.3 资金运筹计划88第十六章 生产成本费用估算89110.1 成本费用估算依据89110.2 成本费用估算及分析90第十七章 财务评价9117.1 财务评价的依据和说明9117.2 效益及财务评价指标计算92第十八章 不确定性分析9318.1 盈亏平衡分析9318.2 敏感性分析93第十九章 综合评价9419.1 综合评价9419.2 研究报告结论94第一章 总 论1.1概述1.1.1项目名称：10万吨/年苯加氢制环己烷项目1.1.2主办单位：山东菏泽玉皇化工有限公司 1.1.3法定地址：山东菏泽市经济技术开发区1.1.4企业性质：民营企业1.1.5 法人代表：王金书1.1.10注册资金：35000万元1.1.7项目建设投资（估算）：21089.10 万元1.2 编制项目可行性研究报告的依据和原则1.2.1 编制可行性研究报告的依据 (1) 山东菏泽玉皇化工有限公司提供的10万吨/年环己烷工程可行性研究报告设计委托书。(2) 与山东菏泽玉皇化工有限公司签订的“10万吨/年环己烷工程可行性研究”设计合同。(3) 山东菏泽玉皇化工有限公司提供的有关开展可行性研究的设计条件。(4) 中国石油化工总公司石油化工项目可行性研究报告编制规定1997年版。(5) 山东菏泽玉皇化工有限公司提供的10万吨/年环己烷装置有关资料。1.2.2 编制可行性研究报告的指导思想和原则 (1) 采用国内成熟先进的工艺技术和设备,尽量消化吸收国外引进装置的先进技术，并力求稳妥、先进、可靠。自动控制采用先进的集散型控制系统(DCS)以减轻操作强度，并确保生产安全。(2) 本项目原材料和产品涉及易燃、易爆的气体和液体，装置建设必须安全可靠，装置布置合理，并严格执行国家防火规范。(3) 根据原材料的供应情况及产品的市场需求，确定合理的建设规模。(4) 在设计中严格贯彻执行国家环境保护和工业安全卫生的有关规定，采取积极有效措施减少“三废”排放量，对装置排放的废气、废渣、废水经过处理后，达标排放。 (5) 节约能源、节约动力，做到充分利用装置内的余热。(10) 充分依托山东荷泽玉皇化工有限公司原料以及公用工程、维修、消防力量，做到少投入，多产出，以提高经济效益。1.3 项目背景、经营意义、投资意义1.3.1 项目背景山东菏泽玉皇化工有限公司为山东玉皇化工有限公司独立子公司，山东玉皇化工有限公司始建于19810年，目前已发展成为集开发、生产、销售于一体的中型精细化工企业。现有员工750余人，总资产7.2亿元，固定资产3.98亿元，是中国优秀品牌企业、山东省高新技术企业、菏泽市重点工业企业第六位、菏泽市经济增幅最快的企业之一，于20010年入选“中国化工企业经济效益500强、中国化工企业500强、中国化工助剂行业50强”。公司主要产品有：气雾剂级二甲醚、燃料级二甲醚、双环戊二烯、异戊二稀、间戊二烯、液化天然气、MTBE、TAME、混合苯、精苯、精C5、丙烯、轻油、化工原料油及化工中间体。产品主要应用于杀虫剂、合成洗涤剂及农药、医药、合成树脂、涂料、橡胶、塑料等化工行业。20010年公司实现销售收入10.5亿元，利税7000万元。 山东菏泽玉皇化工有限公司，位于菏泽市经济开发区上海路以东，淮河路以南，占地107公顷。北临日东高速、南临菏兰高速、京九铁路，新石铁路横贯东西，交通便捷，四通八达。针对公司现状及市场调研分析，公司制定了“十一五”发展规划总体目标：重点建设10万吨/年苯加氢项目、20万吨/年苯乙烯项目、40万吨/年芳构化项目、40万吨/年柴油加氢项目、120万吨/年甲醇制低碳烯烃项目和100万吨/年煤制甲醇项目。十一五末，实现销售收入80亿元，利税8.2亿元，为菏泽市的经济腾飞做出更大的贡献。山东菏泽玉皇化工有限公司自身具有生产环己烷所需的苯、氢气等原料，现有的公用工程设施裕量可以满足装置需要，而且装置副产蒸汽可以作为苯乙烯装置加热热源使用，减少苯乙烯的生产成本，而且通过采用技术成熟的工艺技术方案，达到降低装置能耗物耗的目的，因此从自身的建设、公用工程条件、采用的工艺技术以及原材料供应的优势来说也是可行的，因此建议新建10万吨/年环己烷装置。1.3.2 经营体制类别 山东荷泽玉皇化工有限公司是一家集研发、生产、销售于一体的民营股份制企业1.3.3 投资意义 (1) 本项目投资的意义在于充分利用山东菏泽玉皇化工有限公司现有的原料及公用工程，通过低价格原料及低能耗生产环己烷，成本优势明显，市场竞争力强。山东荷泽玉皇化工有限公司具备建设环己烷装置良好的建厂条件，现有厂区有足够的空闲土地，不需另外征地，环己烷所需的主要原料苯及氢气通过现有装置得到供应，现有的公用工程（水、电、蒸汽等）均能满足10万吨/年环己烷项目的要求，而不需要新建或扩建。山东菏泽玉皇化工有限公司仅需投入装置部分投资以及很少的配套工程便可建设10万吨/年环己烷装置，生产市场上急需的化工及精细化工中间体环己烷。做到少投入、多产出，这样既充分利用了企业现有的资源，又可以得到良好的经济效益。(2) 本项目采用国内较先进的工艺流程，消耗定额低，环己烷生产成本也低，在市场上具有一定的竞争力。(3) 本项目利用苯乙烯装置的尾气，通过变压吸附装置处理后，送至环己烷装置，原料苯由厂区粗苯精制装置供应，减少了该项目原料由外商操纵的风险。 (4) 本项目具有较好的经济效益，项目的新建对山东荷泽玉皇化工有限公司产品结构的调整和整个公司的盈利极为重要。(5) 从能源综合利用来看，原料氢气来源为苯乙烯装置的脱氢尾气，现有的设施未对该尾气进行充分利用，而是通过火炬进行燃烧，一方面造成能源浪费，另一方面对环境造成一定影响，通过建设环己烷项目，可以通过PSA提氢充分利用该脱氢尾气，使能源得到综合利用；另外装置副产大量的低压蒸汽，应用到苯乙烯装置的加热设备中，减少苯乙烯装置的蒸汽消耗，降低苯乙烯生产成本。因此，新建环己烷项目对整个公司的节能将耗有重要意义。1.4 项目的范围1.4.1本项目可行性研究的范围包括：10万吨/年环己烷装置的市场预测、生产规模和生产工艺流程选择；技术和设备的先进性、适用性、可靠性；财务上的盈利性、合法性；消防和环境上的可行性；对本项目建设上的可行性进行论证，为项目法人和领导机关提供决策依据。1.4.2项目范围 主要生产装置：10万吨/年环己烷装置，包括8000立方变压吸附提氢工段及苯加氢制环己烷工段。1.5 研究结果1.5.1 项目的概况 山东荷泽玉皇化工有限公司建设10万吨/年环己烷装置可以利用现有的原料供应及公用工程配套的优势，节约投资，具有良好的经济效益，厂址选择在厂内现有空地。环己烷生产采用变压吸附提氢及苯气相加氢工艺，技术先进，原材料消耗、公用工程消耗在国内处于领先地位。1.5.2 环己烷装置主要技术经济指标表(见附表1-1)1.5.3 结论 (1) 山东荷泽玉皇化工有限公司建设10万吨/年环己烷工程，充分利用现有的资源，减少生产成本。 (2) 环己烷生产采用变压吸附提氢及苯气相加氢工艺，工艺路线先进成熟可靠，控制手段达到国内的先进水平，技术协作条件好。 (3) 采用的工艺流程中，尽量采取回收措施，减少三废排放量，同时对装置三废处理，使其达到国家排放标准，不会对周围环境造成影响。1.5.4 存在的主要问题和建议本项目与厂区粗苯加氢装置、苯乙烯装置有密切联系，要做好各装置的协调工作。附表1-1 10万吨/年环己烷装置主要技术经济指标表序号项目名称单 位数 量备 注一生产规模1环己烷kt/a100二产品方案环己烷kt/a100三年操作时小时8000四主要原材料、燃料用量苯kt/a510.8含氢尾气Nm3/a10.4107(体积含量91%)五公用工程消耗量1水工业水t/h1间歇循环水t/h271.52供电年耗电量kW8.810103供汽副产蒸汽t/h7.10t/h0.4 MPa消耗蒸汽t/h1.7t/h1.0MPat/h0.83t/h0.4 MPa4冷冻水t/h3.39t/h六三废排放量处理前1废水m3/h1.5间歇2废气Nm3/h14913废催化剂t/a11.3开车装填量100.1t七运输量kt/a120.0221运入量kt/a100.0112运出量kt/a100.011八装置定员人43其中：生产工人人38管理人员人5九总占地面积m22324十单位产品综合能耗kg标油/t1010.59十一工程项目投资1本项目建设总投资万元31085.7资本金占筹措资额100%(1)建设投资万元22102.8(2)固定资产投资方向调节税万元0(3)建设期利息万元0(4)流动资金万元1422.92本项目筹资额万元22102.8十二年销售收入（不含税）万元435110.3十三成本和费用年平均总成本（不含税）万元401050.10十四年平均利润总额万元28105.7十五年平均销售税金及附加万元7110.4十六财务评价指标1年平均投资利润率%710.22年平均投资利税率%97.73年平均资本金利润率%710.24贷款偿还期年0含建设期5投资回收期所得税前年2.3含建设期所得税后年2.8含建设期10所得税前内部收益率%1110.57所得税后内部收益率%78.108自有资金内部收益率%78.109所得税前净现值万元11720.1基准收益率取12%10所得税后净现值万元7909.0基准收益率取12%11盈亏平衡点%13.9用生产能力利用率表示第二章 市场分析和价格预测2.1产品市场分析和价格预测2.1.1国内外生产能力与产量的历史及现状(1) 国外生产能力与产量的历史及现状1898年首次用苯加氢制得环己烷，发展至今环己烷已经成为一种重要的石油化工原料。据有关资料报道：1992年全世界环己烷的生产能力约为300万t/a，主要的环己烷生产厂家是美国菲利浦石油公司、英国帝国化学工业公司、美国埃克森化学公司、美国德士古公司、日本宇部工业公司，以上生产能力约占世界总生产能力的43%，2004年世界环己烷生产能力约350万t/a，2010年将达390万t/a。主要增长点在亚洲，亚洲的平均增长率约4%。(2) 国内生产能力与产量的历史及现状 我国早期的环己烷装置为国外引进技术，生产产量较少，随着下游产业的发展，我国环己烷产能、产量不断增长。2004年我国环己烷产能21.2万t/a左右，到2007年，我国有10家环己烷生产企业，总产能44万t/a左右，其中巴陵石化公司是国内最大的生产企业，产能达到10t/a。近几年，随着环己烷产量的提高，我国进口数量呈现递减趋势，近几年国内环己烷产能见表2-1。表2-1 近几年国内环己烷产能年份200020012002200320042005产能10.412.4110.118.721.228.10年份200102007200820092010产能310.844.1051.358.2108目前国内环己烷生产厂家主要有以下公司：江苏扬农化工集团有限公司、河南神马、河北石焦化集团有限公司、山东昌邑大安、山东洪业化工有限公司、中石化巴陵分公司、浙江巨化集团公司、南京东方化工公司等，总产量占全国产能的90%以上。 我国环己烷生产能力如表22。表2-2我国环己烷生产能力现状厂 名生产能力万吨/年备 注中石化巴陵分公司10自用为主江苏扬农化工集团有限公司1.5自用为主河南神马集团1自用为主河北石焦化集团有限公司2.5外销山东昌邑大安精细化工有限公司0.8外销浙江巨化集团公司9自用为主山东洪业化工有限公司10自用为主山东海力化工有限公司20自用为主山东方明10南京东方化工公司8自用为主合 计108.8 目前，由于环己烷市场前景看好，许多厂家纷纷增加环己烷产量，预计2010年我国环己烷生产能力将达到108万t/a。2.1.2国内外市场需求和价格的历史及现状2.1.2.1 国内外市场需求环己烷主要用于制备环己醇和环己酮，另外，在涂料工业中广泛用作溶剂，是树脂、脂肪、石蜡油类、丁基橡胶等的极好溶剂。环己烷90%用于环己酮生产，环己酮为己内酰胺生产的中间产品，通常由己内酰胺厂生产，自产自用。目前己内酰胺生产需求扩大，带动上游环己烷、环己酮的产量，环己烷需求量猛增，2002年全世界环己烷需求量为240万t/a，2005年达到330万t/a预计2010年需环己烷390万t/a 。国内市场竞争日趋激烈，近年环己烷生产装置建设改造进入一个高潮，市场需求稳步增加，预计2010年国内需环己烷75万吨。随着扩建及新建产能的投产，我国环己烷需求量将得到部分缓解。 另外，进口环己烷对国内市场冲击较大，国际上荷兰的DSM集团、日本的旭化成公司等大公司，以及德国和中国台湾省的环己烷生产规模都很大，并且仍在不断扩大生产能力，其中有部分生产能力是针对我国市场扩建的。这些大公司有着明显的规模效益和低成本优势，势必对国内环己烷市场构成较大冲击。国内企业不得不早作打算，及早制定应对措施，保持竞争的主动地位。2.1.2.2 国内外产品价格环己酮的行情同原料苯的价格密切相关，2009年1月份国内环己烷价格为4200元/吨，基本无生产利润，生产情况在8月份逐步好转，至2009年底价格达到7500元/吨左右，在2010年价格稳步攀升，最高达到10000元/吨，最近回落并稳定在81000元/吨左右，2009-2010年价格趋势，见表2-3：表2-3 2009-2010年价格趋势月份2009-11122010-123价格/元/吨750082008100092009000月份451078价格/元/吨91000910008500850085002.1.3目标市场分析和价格预测2.1.3.1目标市场分析 本项目产品环己烷主要的用户是山东及周边地区环己酮生产厂商，山东地区有多家环己酮生产商，生产原料为环己烷，由于不具备环己烷生产所需的原料等因素，生产的环己烷价格较高或需要外购环己烷，因此为山东荷泽玉皇化工有限公司环己烷销售提供广阔市场，因此荷泽玉皇化工生产的环己烷可以在山东及周边地区的市场上销售。2.1.3.2价格预测今年1月份环己烷价格为8400元/吨，并逐步增长到5月份最高达到10000元/吨，到8月份价格在8500元/吨，总体看来，2010年的价格相对稳定在8500以上，由于环己烷的主要下游产品环己酮，需求继续增大，预计环己烷的价格会继续小幅增长。2.2原料供求及价格预测2.2.1原料市场供求和价格的历史及现状 (1) 苯纯苯的工业生产有四种工艺：1、煤焦油经过分离出粗苯后经精制生产纯苯；2、石油炼制过程中得到的C10C8烃馏分，在催化剂作用下芳构化生成苯等芳烃，再经分离得到纯苯；3、乙烯装置副产的裂解汽油，经过两次催化加氢再经分离得到纯苯；4、甲苯歧化，烷基转移生产纯苯。纯苯的主要消费领域是苯乙烯（占50）、苯酚、己内酰胺、苯胺、顺酐、氯苯、硝基苯、烷基苯以及溶剂使用等。表2-4 纯苯下游产品 2005/2010年纯苯需求量（万吨） 年产品2005*2010*苯乙烯1145100苯酚37150己内酰胺2040顺酐2880苯胺、硝基苯5090氯苯1520烷基苯1820合计2829100*为实际消耗值*按下游产品需求值折算中国的纯苯主要是中国两大石油石化企业垄断，仅自供平衡。2005年纯苯产量为3010.11万吨，进口25.5万吨，表观消费330万吨。20010年纯苯产能超过380万吨/年，产量达到3100万吨/年。由于乙烯产能和石油炼制能力扩大，2010年中国石油纯苯总产能有望突破500万吨/年，另从焦化苯的精制，经加氢脱硫可得到纯苯。2005年我国焦炭产量为2.25亿吨，可得粗苯225万吨。现建的焦化苯处理装置的有山焦集团、山东海化集团、山西宏特集团和宝钢集团，预计到2010年焦化纯苯可达100150万吨/年，预计到2010年石油纯苯和焦化纯苯的总产能将达到1000万吨/年以上。2005年全球纯苯产能为4450万吨/年，需求量为3840万吨/年，预计20010年2010年均增速为2.4。到2010年全球纯苯产能将达到5010万吨/年。200102010年需求量的增速为3.7，到2010年全球纯苯需求量将达到41010万吨/年。世界纯苯的生产和消费主要集中在亚洲、北美和西欧。20002010年中国纯苯供需状况见表2-5。表2-5 20002010年中国纯苯供需状况（单位 万吨）项目200020012002200320042005200102010*进口量7.510.24.21.05.325.57050出口量93.9910.91.391.10产量185199214238.9252.193010.131001000表观需求183.5201.3209.22292510.13304301050*为预测值图21 国内苯价格走势图根据国内苯价格走势图，2003年苯平均价格在3350元/吨，20010年均价基本上为7500元/吨以上。苯市场的价格起伏较大，与国际原油价格变化有关，另外还与苯的下游产品市场需求有关，若市场平淡，国内苯市场价格将会平移或下降。前年，受到世界金融风暴的冲击，国际原油价格一路走低，纯苯价格也跌倒谷底，最低价达31000元/吨。去年9月份开始较快回升，后价格稳定在10300-10500元/吨。20010至2010年的平均价（见表210）。2010年前8月的市场价格一直比较稳定，维持在5800-10300之间。表2-10 20052009年各年苯平均价格年份20010年2007年2008年2009年2010年前8月5年均价价格（元/吨）710105.4194258430.834030100007110 (2) 氢气氢气是环己烷生产的另一种主要原料。由于氢气贮存运输等原因，一般用氢企业均自产自用，其价格取决于制造成本。本项目氢气来源于20万吨/年苯乙烯装置乙苯脱氢产生的含氢尾气，该尾气的氢气体积含量为91%左右，经过变压吸附装置处理后供苯加氢使用，生产的氢气量基本满足环己烷装置生产需要。2.2.2 原料来源及供应状况 本工程所需的原料苯由公司粗苯加氢装置供应，由罐区经管道输送至环己烷装置区，原料氢气来源于苯乙烯装置的含氢尾气，经变压吸附吸附后送苯加氢反应器使用，因此，两种基本原料可由厂区自行解决，减少原料外购带来的风险。原材料来源见表2-7：表2-7 原材料来源表序号物 料来 源数 量规 格1苯粗苯加氢装置510240吨/年纯苯2氢气苯乙烯装置尾气经变压吸附10.4107Nm3/年2.2.3 产品价格确定的原则为使项目在经济上具有较强的抗风险能力，本项目在财务分析中原料和产品不使用十年平均价格，而是采用市场现行价格，即原料苯按10500元/吨，产品环己烷价格按市场价格8500元/吨计。2.3 辅助材料、燃料的供应2.3.1主要辅助材料来源见表2-8表2-8 主要辅助材料来源表序号物 料来 源数量规 格备 注1加氢催化剂外购10.5吨/次Ni-Al2O3寿命2年2吸附剂外购109.8吨/次CNA-133、 CNA-229、 CNA-314、CNA-421寿命15年3除油剂外购8.3吨/次CNA-110、 CNA-229寿命2年4预处理剂外购12.7吨/次CNA-314、CNA-421寿命3年第三章 生产规模、总工艺流程及产品方案3.1 生产规模 生产规模：10万吨/年环己烷。年操作时: 8000小时。3.2 总工艺流程本工程利用公司粗苯加氢生产的纯苯、苯乙烯装置的含氢尾气为原料，通过8000m3变压吸附提氢工段（PSA）、苯气相加氢工段生产环己烷。化学反应式为：C10H10+3H2=C10H123.2.1 8000m3变压吸附提氢工段流程简述 ：苯乙烯装置含氢尾气经过压缩机增压后，原料气在P=1.3MPa、t40条件下进入变压吸附提氢工段。首先进入气液分离器除去游离水，然后经过两台可串并联操作的除油器除去压缩机油，再进入由两台预处理器和一系列程控阀组成的预处理系统，除去芳烃等高沸点组分，从预处理出来的净化气送往PSA后系统。除油器一开一备，吸附饱和后一次性更换吸附剂，约两年一换。预处理再生时，先用经换热器加热到150的PSA解吸气进行加热，再用未经加热的解吸气进行冷吹。 PSA后系统由10台吸附器和一系列程控阀等组成，采用10-2-3/V工艺流程。在变压吸附系统中，任一时刻总有2台吸附器处于吸附步骤，由入口端通入原料气，在出口端获得氢气。每台吸附器在不同时间依次经历吸附(A)、多级压力均衡降(EiD)、逆向放压(D)、抽空（V）、多级压力均衡升(EiR) 和最终升压(FR)等步骤，采用多次均压的目的使尽可能的回收有效组分。逆放步骤排出了吸附器中吸附的部分杂质组分，剩余的杂质通过冲洗抽空步骤进一步完全解吸。产品气在1.2MPa的压力下由吸附塔顶部出来，解吸气在0.02MPa下输出界外。3.2.2苯气相加氢工段流程简述 ：原料苯经换热器預热，加热器加热汽化后，再送至汽化器中与氢气一起过热进入反应器，其中氢气由新鲜氢和循环氢混合而成。蒸发后的苯氢混合气由两台前反应器顶部进入并进行反应，反应热用于副产低压蒸汽，未反应的原料在后反应器中完全反应，从后反应器出来的反应物料，经冷凝冷却后在分离器中进行气液分离。气相经深冷器和吸附器回收微量环己烷后，未反应的氢气经压缩机增压后循环使用，液相环己烷则送入稳定塔处理后，经冷却储存在环己烷贮槽中。3.3 产品方案3.3.1 环己烷表3-1 产品环己烷规格表项目指标 试验方法色度（Hazen）15GB3143密度0.777-0.782GB4472纯度%（m/m）99.70GB7534苯mg/kg100SH11074正己烷mg/kg500SH11074甲基环己烷mg/kg500SH11074甲基环戊烷mg/kg400SH11074馏程1.5GB7534硫2GB121088产品环己烷为液态，年产环己烷100000吨，以槽车运输的形式出厂销售。3.3.2 中间产品氢气表3-2 氢气规格表项目指标 备注氢气99.99体积分率CO+CO210ppm压力MPa1.2温度403.4 全厂自控水平 环己烷装置主要分为PSA工段及环己烷工段，PSA工段程控阀多、动作频繁，操作对自动化要求高，本项目采用S7-300冗余控制系统；环己烷工段采用集散型控制系统(DCS) 对整个生产过程进行监视、操作、报警、联锁和控制，同时对关键的电气设备进行远距离控制。为保证装置安全生产，所有现场仪表均选择符合安装地点的危险区域等级划分的防爆仪表，并在危险区域内设置可燃气体报警传感器，此信号送至DCS系统进行监视和报警。第四章 工艺装置4.1 工艺原理4.1.1变压吸附原理4.1.1.1吸附吸附是指当两种相态不同的物质接触时，其中密度较低物质的分子在密度较高的物质表面被富集的现象和过程。有吸附作用的物质（一般为密度相对较大的多孔固体）被称为吸附剂，被吸附的物质（一般为密度相对较小的气体或液体）称为吸附质。吸附按其性质的不同可分为四大类，即：化学吸着、活性吸附、毛细管凝缩、物理吸附。化学吸附是指吸附剂与吸附质间发生有化学反应，并在吸附剂表面生成化合物的吸附过程。其吸附过程一般进行的很慢，且解吸过程非常困难。活性吸附是指吸附剂与吸附质间生成有表面络合物的吸附过程。其解吸过程一般也较困难。毛细管凝缩是指固体吸附剂在吸附蒸气时，在吸附剂孔隙内发生的凝结现象，一般需加热才能完全再生。物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力（即范德华力）进行的吸附。其特点是：吸附过程中没有化学反应，吸附过程进行的极快，参与吸附的各相物质间的平衡在瞬间即可完成，并且这种吸附是完全可逆的。PSA制氢装置中的吸附主要是物理吸附。4.1.1.2 变压吸附 在实际工业应用中，吸附分离一般分为变压吸附和变温吸附两大类。从吸附剂的吸附等温线可以看出，吸附剂在高压下对杂质的吸附容量大，低压下吸附容量小。同时从吸附剂的吸附等压线可以看到，在同一压力下吸附剂在低温下吸附容量大，高温下吸附容量小。利用吸附剂的前一性质进行的吸附分离称为变压吸附(PSA)，利用吸附剂的后一性质进行的吸附分离就称为变温吸附(TSA)。在物理吸附中，各种吸附剂对气体分子之所以有吸附能力是由于处于气、固相分界面上的气体分子的特殊形态。一般来说，只处于气相中的气体分子所受的来自各方向的分子吸引力是相同的，气体分子处于自由运动状态；而当气体分子运动到气、固相分界面时(即撞击到吸附剂表面时)，气体分子将同时受到固相、和气相中分子的引力，其中来自固相分子的引力更大，当气体分子的分子动能不足以克服这种分子引力时，气体分子就会被吸附在固体吸附剂的表面。被吸附在固体吸附剂表面的气体分子又被称为吸附相，其分子密度远大于气相，一般可接近于液态的密度。固体吸附剂表面分子对吸附相中气体分子的吸引力可由以下的公式来描述：分子引力F=C1/rm-C2/rn (mn)其中：C1表示引力常数，与分子的大小、结构有关 C2表示电磁力常数，主要与分子的极性和瞬时偶极矩有关 r表示分子间距离因而对于不同的气体组分，由于其分子的大小、结构、极性等性质各不相同，吸附剂对其吸附的能力和吸附容量也就各不相同。PSA制氢装置所利用的就是吸附剂的这一特性。由于吸附剂对混合气体中的氢组分吸附能力很弱，而对其它组分吸附能力较强，因而通过装有不同吸附剂的混合吸附床层，就可将各种杂质吸附下来，得到提纯的氢气。吸附平衡是指在一定的温度和压力下，吸附剂与吸附质充分接触，最后吸附质在两相中的分布达到平衡的过程。在实际的吸附过程中，吸附质分子会不断地碰撞吸附剂表面并被吸附剂表面的分子引力束缚在吸附相中；同时吸附相中的吸附质分子又会不断地从吸附剂分子或其它吸附质分子得到能量，从而克服分子引力离开吸附相；当一定时间内进入吸附相的分子数和离开吸附相的分子数相等时，吸附过程就达到了平衡。对于物理吸附而言，动态吸附平衡很快就能完成，并且在一定的温度和压力下，对于相同的吸附剂和吸附质，平衡吸附量是一个定值。 由于压力越高单位时间内撞击到吸附剂表面的气体分子数越多，因而压力越高平衡吸附容量也就越大；由于温度越高气体分子的动能越大，能被吸附剂表面分子引力束缚的分子就越少，因而温度越高平衡吸附容量也就越小。在温度一定时，随着压力的升高吸附容量逐渐增大；在压力一定时，随着温度的升高吸附容量逐渐减小。 PSA制氢装置的工作原理利用的是气体的吸附与解吸。吸附剂在常温高压下大量吸附原料气中除氢以外的杂质组分，然后降低压力使各种杂质得以解吸。4.1.2苯加氢原理4.1.2.1 热力学分析苯加氢反应是一个复杂的反应体系。在反应条件下, 除主反应生成目标产物环己烷外，苯与氢可能发生以下各种反应：a.苯的加氢裂解, 最终产物为碳和甲烷; b.环己烷的异构化反应生成甲基环戊烷;c 环己烷的裂解反应生成甲烷。对于主反应及各副反应而言, 主反应和反应a是平行反应。主反应和反应b为可逆反应, 但前者为放热反应, 后者为吸热反应。各反应的平衡常数相差较大, 温度对各个反应的影响不一。苯加氢制环己烷的主反应是一个放热的、体积减小的可逆反应, 反应的平衡常数在高温下显著降低，因此，低温和高压对该反应是有利的。当温度超过5100K 以后,主反应的苯转化率将减小,苯加氢制环己烷的适宜反应温度不应超过5100K;否则只有提高系统压力才能保证高的转化率, 而这无疑将增加设备投资和操作费用。反应b 是一个可逆吸热反应, 低温有利于反应向逆方向进行。因此, 苯加氢制环己烷的反应温度不宜过高; 当然也不能太低, 否则反应分子不能很好地活化, 进而导致反应速率比较慢。4.1.2.2 反应机理关于苯催化加氢的反应机理, 众说纷纭。分歧主要集中在：1) 作用物在催化剂表面是发生单位吸附还是多位吸附 。一种观点认为苯分子在催化剂表面发生多位吸附, 然后与氢反应, 生成环己烷; 另一种观点则认为苯分子只与催化剂表面的1个活性中心发生化学吸附, 形成键合吸附物, 然后吸附的氢逐步加到吸附的苯分子上。2) 大多数研究者均认为表面化学反应为速率控制步骤, 但涉及到具体哪一步则产生了分歧。有人认为往苯环上加第1个氢原子或第1个氢分子是速率控制步骤, 因为这要破坏苯环的共振结构。但也有文献指出, 同时往苯环上加3个氢分子才是控制步骤。3) 关于吸附项, 一般都认为氢气和苯均吸附, 而对环己烷是否吸附、氢吸附是分子吸附还是解离吸附、吸附活性位是一类还是两类等问题, 研究者们持有不同的观点。但目前被大多数研究者接受的反应机理如下：苯加氢按L-H机理进行.苯为非解离吸附，氢为解离吸附，解离产生的吸附态氢原子逐步加到苯环上。假设催化剂表面存在一类活性中心，用*表示，则： H2+2*=2H*（a）C