全国化工设计大赛西北大学—朔方设计组年产20万吨环氧丙烷（PO）项目初步设计说明书.pdf

“中国石化三井化学杯”第七届全国大学生化工设计竞赛年产20万吨环氧丙烷（PO）项目初步设计说明书：目录第一章 总论.11.1 项目概况.11.1.1 项目名称.11.1.2 项目性质.11.1.3 项目简介.11.2 设计依据及原则.11.2.1 设计依据.11.2.2 设计原则.11.3 设计指导思想.21.4 工艺特点.21.5 原料及公用工程消耗.21.6 产品方案.31.7 厂址概括.31.8 综合经济指标.3第二章厂址选择.52.1 选址指导方针.52.2 选址原则.52.3 厂址选定.62.4 临港工业区投资环境.72.4.1 原料来源.72.4.2 自然条件.72.4.3 交通运输.82.4.4 电力能源.92.4.5 政策环境.92.5 厂址总述.10第三章工艺说明.113.1 概述.113.2 环氧丙烷主要工艺路线.113.2.1 氯醇法.113.2.2 共氧化法.123.2.3 直接氧化法.123.2.4 工艺方案比较.133.3 HPPO 法工艺.143.3.1 HPPO法工艺特点.143.3.2 本项目反应过程.153.3.3 本项目分离过程.163.4 工艺模拟说明.173.4.1 模拟结果及工艺分析.183.4.2 全流程模拟.203.5 工艺过程优化.213.5.1 脱过氧化氢塔优化设计.223.5.2 环氧丙烷塔优化设计.253.6 工艺创新点.29第四章 物料衡算和能量衡算.314.1 概述.314.2 物料衡算.314.2.1 物料衡算原理.314.2.2 物料衡算结果.324.3 能量衡算.384.3.1 热量衡算原理.384.3.2 热量衡算结果.39第五章热量集成系统.465.1 概述.465.2 全场主要物流数据分析.475.3 换热网络集成.475.4 工艺换热网络的设计.495.4.1 工艺优化换热网络.505.5 换热网络优化结果及应用.51第六章设备设计与选型.536.1 设备设计依据.536.2 塔设计及选型.536.2.1 概述.536.2.2 设计依据.536.2.3 设计原则.546.2.4 塔结构尺寸确定依据.546.2.5 塔设备设计影响因素.546.2.6 塔的分类与总体结构.556.2.7 典型设备设计.576.2.8 塔板流体力学实验.626.2.9 塔板负荷性能图.636.2.10 塔机械工程计算.656.2.11 设计结果.696.3 换热器设计及选型.726.3.1 概述.726.3.2 选型依据.726.3.3 换热器的分类.726.3.4 换热器选型标准.736.3.5 换热管.746.3.6 具体设计事例E405.766.4 反应器设计.816.4.1 概述.816.4.2 设备类型选择.816.4.3 催化剂的选择.816.4.4 反应器体积计算.826.4.5 反应器其他参数的计算.856.5 泵和储罐的选型.876.5.1 泵的选型.876.5.2 储罐的选型.926.6 压缩机选型.966.6.1 选型原则.966.6.2 具体设计事例.966.7 主要设备校核.976.7.1 换热器设备校核举例.976.7.2 塔设备校核举例.976.8 工艺设备一览表.99第七章 自动控制及仪表.1067.1 自动控制概述.1067.2 自动控制系统.1067.2.1 常用术语.1067.2.2 自控系统.1067.3 自动控制总方案.1077.4 主要设备控制方案举例.1077.4.1 反应器控制.1077.4.2 精镭塔控制.1087.4.3 泵控制.1097.4.4 换热器控制.1107.4.5 压缩机控制.1117.4.6 闪蒸罐控制.1117.4.7 储罐控制.1127.5 流程其它部分的控制.112第八章总图设计.1138.1 总图设计依据.1138.2 工厂布局.1138.2.1 基本任务.1138.2.2 设计内容.1138.2.3 布置原则.113824布置理念.1148.3 厂区结构.1148.3.1 概述.1148.3.2 生产区.1168.3.3 辅助生产区.1178.3.4 行政区.1198.3.5 罐区.1208.3.6 发展预留地.1208.4 布局说明.1218.4.1 生产安全.1218.4.2 竖向设计.1228.4.3 运输.1228.4.4 绿化.1228.5 总图主要技术经济指标.123第九章车间布置设计.1249.1 车间设计依据.1249.2 布置原则.1249.2.1 车间布置原则.1249.2.2 主要设备间距原则.1249.3 布置情况.1259.4 车间主要设备及其布置方案.1259.4.1 环氧化车间.1259.4.2 产品精制车间.1289.4.3 丙烯回收车间.1309.4.4 副产品回收车间.132第十章 管道布置设计.13510.1 设计依据.13510.2 管道布置设计.13510.2.1 管道设计注意事项.13510.2.2 管道设计要求.13710.3 管道直径计算及选择.13810.3.1 液体管道直径计算及选择.13810.3.2 气体管道直径计算及选择.13910.4 单元设备的管道布置.13910.4.1 塔的管道布置.13910.4.2 容器类管道布置.14010.4.3 换热器的管道布置.14110.4.4 泵的管道布置.14210.4.5 压缩机的管道布置.14310.5 管廊管道布置.14410.6 管道轴测图.14510.6.1 图面表示.14510.6.2 尺寸和方位的标注.145第H-章土建.14611.1 设计依据.14611.1.1 国家规范和标准.14611.1.2 国家通用标准图集.14611.1.3 设计分类.14611.2 项目特点.14711.2.1 化工行业特点.14711.2.2 本项目地形特点.14711.2.3 本项目地震情况.14711.3 土建设计内容.14711.3.1 建筑设计.14711.3.2 结构设计.14811.4 特殊措施.14811.5 安全疏散.149第十二章 储存与运输.15012.1 设计依据.15012.2 储存系统.15012.2.1 物料贮存天数、贮存量.15112.2.2 罐区安全措施.15112.3 运输系统.15212.3.1 物料运输.15212.3.2 运输线路布置.15212.4 总述.153第十三章分析化验.15413.1 概述.15413.2 设计依据.15413.3 化验室分析.15413.4 化验室通风.15513.5 化验项目.155第十四章 公用工程建设.15714.1 设计依据与标准.15714.2 厂区所在地气候条件.15714.3 冷公用工程系统.15714.4 供热公用工程系统.15814.4.1 概述.15814.4.2 蒸汽系统.15814.4.3 蒸汽冷凝水回收系统.159第十五章 供电工程及电信.16015.1 设计依据.16015.2 设计范围.16015.3 电源.16015.4 用电负荷.16115.4.1 电力节能技术.16115.5 防雷及防静电.16115.5.1 防雷等级.16115.5.2 防雷措施.16115.5.3 防静电设计.16215.6 电信.16215.6.1 设计范围.16215.6.2 行政电话.16215.6.3 调度电话站.16315.6.4 扩音对讲电话.16315.6.5 无线对讲电话.16315.6.6 火灾报警系统.163第十六章 给排水系统.16516.1 设计依据.16516.2 设计原则.16516.3 给水系统.16516.3.1 生活供水子系统.16616.3.2 蒸汽供水子系统.16616.3.3 消防用水供水子系统.16616.4 排水系统.16716.4.1 生活废水的排放.16716.4.2 生产废水排放.16816.4.3 消防废水排放.16816.4.4 排水管线的敷设.16816.5 节水措施.169第十七章 采暖与通风.17117.1 设计依据与标准.17117.2 厂区所在地气候条件.17117.3 采暖设计.17117.3.1 设计参数.17117.3.2 设计范围.17217.4 采暖方案设计.17217.4.1 采暖标准规定.17217.4.2 采暖系统.17317.4.3 采暖介质.17417.5 通风方案设计.17417.5.1 概述.17417.5.2 设计规定.17517.5.3 空气调节.175第十八章 维护及检修.17918.1 设计依据及原则.17918.1.1 设计依据.17918.1.2 设计原则.17918.2 维修体制概述.17918.3 设备的维护与检修.17918.3.1 巡回检查.17918.3.2 同步检修与协同检修.18018.4 维修的基本内容.18018.4.1 设备基本维修内容.18018.4.2 压力容器、管道的定期检修.18018.4.3 安全检修要求.18118.4.4 高危设备的安全检修要求.18118.5 维修管理.18118.5.1 维修人员要求.18118.5.2 维修人员职责.182第十九章 劳动安全消防.18419.1 设计依据.18419.2 劳动安全.18419.3 安全生产原则.18419.3.1 安全生产责任.18419.3.2 生产车间防火安全管理规定.18519.3.3 安全操作.18619.4 厂区安全风险具体分析.18619.4.1 分析设计规范.18619.4.2 分析设计范围.18619.4.3 危险性分析.18719.4.4 建筑防火等级.18819.5 消防安全具体设计.18819.5.1 主要安全防范措施.1882.防尘措施.1891 9.5.2消防系统.19019.6 消防管理工作.19319.6.1 基础消防措施.19319.6.2 防火防爆措施.19319.6.3 紧急事故处理.19419.6.4 其他措施.19519.6.5 员工安全管理.19519.7 职业卫生.19519.7.1 卫生管理.19619.7.2 劳动保护用品及卫生安全管理.19619.8 总述.196第二十章 环境保护.19820.1 设计依据和标准.19820.1.1 法律法规.19820.1.2 设计标准.19820.2 工程概况.19920.2.1 本项目环境现状.19920.2.2 项目组成及规模.19920.3 资源利用及污染物排放.20020.3.1 能源的种类和用量.20020.3.2 污染物排放情况.20020.4 废气.20020.5 废水.20120.6 废渣.20220.7 噪声.20320.8 厂区绿化.20420.9 总述.205第二十一章工厂组织和劳动定员.20721.1 企业文化.20721.2 企业组织形式.20721.3 企业工作制度.20721.4 企业经营管理.20721.4.1 组织管理.20721.4.2 生产安全与环保.20721.4.3 物流管理.20821.4.4 技术管理.20821.5 劳动定员.20821.5.1 概述.20821.5.2 生产班次.20821.5.3 劳动定员.208第二十二章经济效益.21122.1 编制依据.21122.2 总投资估算.21122.2.1 固定资产投资.21122.2.2 建设期利息.21522.2.3 流动资金.2152224总投资汇总.215第二十三章 社会效益.21623.1 对节能的影响.21623.2 对环境保护和生态平衡的影响.21623.3 对提高国家、地区和部门科技进步的影响.21623.4 对发展地区或部门经济的影响.21623.5 对节约劳动力或提供就业机会的影响.21623.6 对提高人民物质文化生活及社会福利的影响.216参考文献.217第一章总论1.1 项目概况1.1.1 项目名称年产20万吨环氧丙烷项目。1.1.2 项目性质本项目是为中石化天津分公司设计的一座年产20万吨的环氧丙烷工厂，并 建厂于天津临港工业园，属新建项目。1.1.3 项目简介本项目以中国石化天津总厂生产的丙烯和天津临港工业园内大沽化工厂所 生产的双氧水为原料，充分合理的利用天津临港工业园区内的各种公用设施及总 厂的现有资源，并以意大利Enic hem公司的高效一体化HPPO工艺为基础，在 项目可行性研究和项目方案设计及初步工艺设计的基础上，完成中石化20万吨/年环氧丙烷主体装置工艺技术设计。1.2 设计依据及原则1.2.1 设计依据(1)2013年“三井化学杯”全国大学生化工设计大赛邀请赛参赛指导书；(2)化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定及有关专业的国家 标准；(3)天津市海滨新区相关资料，中石化天津有限公司和天津临港工业园相 关资料，包括自然条件、交通条件以及公用工程及配套设施条件等；(4)中华人民共和国环境保护法和中华人民共和国劳动安全法等相 关的国家法律、法规；(5)国家经济、建筑、环保等相关政策；1.2.2设计原则(1)所选择的工艺技术应先进、适用、可靠，保证项目投产后，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。1(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。1.3 设计指导思想过氧化氢一环氧丙烷(HPPO)清洁生产工艺是当前环氧丙烷(P0)工业中 发展最快的一种方法，它具有环境友好、工艺和设备投资低等优点。本项目在充 分利用已有研究成果的基础上，结合相关领域的先进技术及先进催化剂，实现 HPPO工艺生产环氧丙烷的优势，并为推进环氧丙烷的大型工业化做出实质性的 贝献。1.4 工艺特点本工厂所用原料为中石化天津总厂生产的丙烯和天津临港工业园内大沽化 工厂所生产的双氧水，以中石化研制的空心钛硅分子筛HP0-1为催化剂，辅助 原料为甲醇、氨水、氮气及园区内自来水，主要产品为环氧丙烷，副产品为丙二 醇和丙二醇单甲醛。本项目采用HPPO工艺，混合原料在列管式固定床反应器中进行环氧化反 应，原料双氧水经双反应器反应后，选择性达到100%,经生成的环氧丙烷经精 福塔最终得到纯度达99.88%的环氧丙烷产品，为国家优等品。1.5 原料及公用工程消耗本项目主要原料由中石化天津分公司和大沽化工厂提供，催化剂来自中石 化。主要原料及公用工程消耗见表1-1。表1-1主要原料及公用工程消耗2项目物料消耗量（吨/年）单位成本（元/吨）年度成本（万元）合计（万 元）双氧水391576.4095037199.758丙烯156688.749500148854.303原料甲醇1010.482280230.39氮气447.421.0 元/n?0.045186741.0氨水153.491.00.01643公用 工程冷却水27976320.5139.88蒸汽3097623071.231电35060000.7元/千瓦时245.421.6 产品方案本项目通过HPPO工艺，以中国石化天津总厂生产的丙烯和天津临港工业园 内大沽化工厂所生产的双氧水为原料，生产环氧丙烷，副产物丙二醇和丙二醇单 甲醛。产品规格请见表1-2所示。表1-2主要产品的规格产品名称本厂规格等级产量（万吨/年）单价（元/吨）环氧丙烷（PO）99.88优等2011700丙二醇98.6优等0.279400丙二醇单甲醛92.2一等0.16130001.7 厂址概括本厂址选于天津临港工业区，此处具有得天独厚的自然资源优势和交通优 势，位于天津市海滨新区内，地理位置优越，投资政策优惠，且园区内具有丰富 的原料供给，能为本项目的发展提供便利的基础条件。临港工业区坚持以园区建设为依托，其发展目标是建设国家重要的化工基 地、造修船基地、装备制造业基地，同时，成为港口物流基地、研发转化基地，最终发展成为海上工业新城。1.8 综合经济指标通过项目实施规划以及财务评价，本项目规划建设期为3年，投产期为2年。第一年完成项目全部投资的30%,第二年完成项目全部投资的60%,第三年完成 项目全部投资的100%。全负荷生产期为7年，总工期为12年。本项目主要经济指3标见下表1-3：表1-3主要经济指标序号指标名称数值单位1设计规模20万吨/年2年操作时间8000小时3建设期3年4生产期10年5分厂用地面积76230平方米6总定员142人7项目总投资81179.7万元8固定资产投资41683.95万元9年总成本198554万元/年10年销售收入238618万元/年11年净利润总额40064万元/年12投资利润率29%13投资利税率40%14投资回收期5年15内部收益47.6%16投资净现值116870万元4第二章厂址选择厂址选择是前期工作的重要一环，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。另外，厂址选择与投产后工厂的生产管理工作，包括原材料和成品的 产销售、动力设施的安装和维修、交通运输和费用、产品结构与质量及职工生活 安排等方面，都有密切关系。2.1选址指导方针(1)遵守国家法律、法规，贯彻执行国家方针、政策规定诸如国家关于国土、森林、公路、文物保护、生态环境以及劳动、安全等法 规、不允许在国家风景区，名胜保护区，古建筑、估计、自然保护区，卫生防护 地带，流行病、传染病区，以及重要军事基地、国防军事区域等范围和区域内选 厂。(2)符合城市规划和工业布局不得违背国家和各地政府关于城市的近期和远景规划，工业布局上注意城乡 结合、工农结合、大中小结合，符合安全环境保护要求，注意生产与生态的关系 等。(3)利于生产，便于生活在满足工业生产条件的同时，要考虑职工的生活安排和设施，一级诚征的 交通条件、农副产品和生活供应资源，把生活和生产同时考虑和兼顾。(4)节约投资、留有余地在满足工艺要求前提下，节约用地，节省投资，力求施工便利，工程建设 尽可能地快，并且为今后发展留有一定的余地。2.2 选址原则(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，应靠近燃料的供应点。(3)气候5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。2.3 厂址选定本项目厂址选于天津临港工业区，占地面积76730平方米。图2-1天津临港工业区地理位置62.4 临港工业区投资环境本项目厂址选在天津临港工业区，天津临港工业区是国家发改委规划的国家 级石化基地，是天津市及天津滨海新区“十一五”规划重点发展区域之一，是天 津滨海新区化学工业区、临港产业区的核心组成部分。其发展目标是建设国家重 要的化工基地、造修船基地、装备制造业基地，同时，成为港口物流基地、研发 转化基地，最终发展成为海上工业新城。天津临港工业区所位于的天津市位于北纬38。3440。15,东经11643-118。04之间，地处太平洋西岸环渤海湾边。从市中心区向西北行137公里即达首 都北京。天津处于国际时区的东八区。2.4.1 原料来源天津临港工业区内及其周边生产结构，具有本项目充足和便利的原料来源，该工业区内含有较多双氧水生产厂，其中以天津大沽化工厂为主，可以为本项目 提供充足的双氧水原料；其次，本项目是为石化天津总厂所建的一座环氧丙烷分 厂，该工业区邻近天津石化总厂，使得本项目所需丙烯的来源得到了充分的保障。本项目采用的工艺流程为HPPO法，所需催化剂为空心钛硅分子筛HPO-1,该催化是由中国石化自主研发的新型钛硅分子筛，催化性能高，从一定的程度上 降低了该分厂对催化剂方面的投资，提高了反应过程的催化效能，增加了经济收 nil o2.4.2 自然条件（1）气候条件天津位于中纬度欧亚大陆东岸，是东亚季风盛行的地区，属大陆性气候。主 要气候特征是，四季分明，春季多风，干旱少雨；夏季炎热，雨水集中；秋季气 爽，冷暖适中；冬季寒冷，干燥少雪。天津年平均气温在12.014.5。市区平 均气温最高为14.2O 1月最冷，平均气温在-2。（2；7月最热，平均气温在28。5 天津季风盛行，冬、春季风速最大，夏、秋季风速最小。年平均风速为24米/秒，多为东南风。天津平均无霜期为196246天，最长无霜期为267天，最短无 霜期为171天。在四季中，夏季和冬季大约在120-150天，春季和秋季大约在40-65 天。天津年平均降水量为520660毫米，降水日数为6370天。在地区分布上，山地多于平原，沿海多于内地。在季节分布上，6、7、8三个月降水量占全年的775%左右。天津日照时间较长，年日照时数为25002900小时。(2)水文地质天津地跨海河两岸，而海河是华北最大的河流，上游长度在10公里以上的 支流有300多条，在中游附近汇合于北运河、永定河、大清河、子牙河和南运河,五河又在天津金钢桥附近的三岔口汇合成海河干流，由大沽口入海。干流全长72 公里，平均河宽100米，水深35米，河通航3000吨海轮。引滦入津输水工程 是天津80年代兴修的大型水利工程，把水引到天津，每年引到天津，每年向天 津输水10亿立方米。天津地下水蕴藏量丰富，山区多岩溶裂隙水，水质最好，矿化度低，泉水流量一般在7.214.6吨/小时，雨季最大可达720800吨/小时。全市有库大型水库3座，总库容量3.4亿。2.4.3 交通运输天津位于海河下游，地跨海河两岸，境内有海河、子牙新河、独流减河、永 定新河、潮白新河和蓟运河等穿流入海。市中心距海岸50公里，离首都北京120 公里，是海上通往北京的咽喉要道。天津不仅是连接三北-华北、东北、西北地 区的交通枢纽，还是北方十几个省市通往海上的交通要道，拥有北方最大的人工 港-天津港，有30多条海上航线通往300多个国际港口，是从太平洋彼岸到欧亚 内陆的主要通道和欧亚大陆桥的主要出海口。其地理区位具显著优势，战略地位 十分重要。(1)公路沟通天津中心城区和滨海新区的公路有天津大道、港城大道、京津塘高速公 路、津滨高速公路和津塘路，高速公路纵横交错，贯通临港。止匕外，建设中的核 心区内、中、外三环路和“十横八纵”的快速路网也不断提升滨海新区的公路交 通水平。(2)铁路滨海新区的铁路网发达，有津滨城际铁路(京津城际铁路延长线)、津秦客 运专线、津山铁路、蓟港铁路、疏港铁路、北环铁路、大北环铁路和规划中的环 渤海城际铁路等在此交汇。其中，滨海站和于家堡站在建成为将成为滨海新区的 主要的对外铁路枢纽和城市交通枢纽。除此之外，建设中的天津新港北铁路集装 箱中心站也位于滨海新区的东疆保税港区，北塘西站编组站也正在扩建，建成后 将有效提高天津港的铁路疏港能力。8(3)水路临港工业区与中国北方最大的国际贸易港口天津港隔海河相望，可与170 多个国家和地区的300多个港口相连。临港工业港区作为天津港五大港区之一，可利用岸线20余公里，将自主建设30公里深水航道和33个1-25万吨级码头。目前，临港工业区已形成1万吨级航道，建成2个万吨级以上液体化工码头泊位 和1个2万吨级通用码头泊位。(4)航空中国最大的航空货运中心天津滨海国际机场距临港仅38公里，中国最大的 客运机场北京首都机场距临港160公里。2.4.4 电力能源至“十一五”末，滨海电网搦有变电站65座，变电总容量增加175%。区域 内35千伏以上输电线路达到1840多千米，10千伏配电线路464条，达到3372 千米。同时，风电产业在天津滨海新区迅速发展，目前已成为支柱产业之一。新 区已有9个风电项目被纳入“十二五”风电项目核准计划，建设规模总计38.9 万千瓦。风能资源丰富、电力需求大、地理位置优越、风电产业聚集等多重优势,让滨海新区在风能资源利用方面走在了全市前列。因此，该地区供电设施正好可以为本项目的实施提供必要的电力供应保障，以使得本项目可以顺利实施。2.4.5 政策环境天津临港工业区位于天津海滨新区，享受国家对于海滨新区的一系列优惠政 策。(1)对在天津滨海新区设立并经天津市科技主管部门按照国家有关规定认 定的内、外资高新技术企业，减按15%的税率征收企业所得税。(2)天津滨海新区内企业的固定资产(房屋、建筑物除外)，可在现行规定 折旧年限的基础上，按不高于40%的比例缩短折旧年限。(3)技术先进型企业可以得到工业区特殊扶持。(4)国家鼓励类基础设施项目可以享受“免五减五”政策优惠。(5)国家赋予天津滨海新区的其他特殊优惠政策也均可在临港工业区内实行。92.5 厂址总述天津临港工业区为本项目提供了丰富的原料，便利的交通运输设施能够保证 在本项目发展期间，原料和产品能够顺利、快速、高效的运进运出。同时，稳定 的电力保障，淡水供应园区绿化风景及排水设施、污水处理、工业气体、公共管 廊、消防、通讯等的规划建设，可为入区企业提供全方位的安全、稳定、高效的 服务。优惠的投资政策，成为吸引众多企业投资者的不二之选。对本项目的建设 是一个较好的选择。10第三章工艺说明3.1 概述环氧丙烷是有机合成的重要原料，是丙烯除聚丙烯和丙烯月青外的第三大衍生 物。环氧丙烷的主要用途是生产聚氨酯泡沫塑料用的聚酸树脂、聚氨酯弹性体，即为生产塑料和合成纤维的重要中间体，是精细化工产品的重要原料。本项目选择过氧化氢氧化法生产环氧丙烷（HPPO法），是一种新型的绿色 生产工艺，一方面克服了氯醇法反应过程腐蚀大，环境污染严重的缺点；另一方 面较共氧化法有流程简单，联产品少，投资低，反应条件温和等优点，具有广阔 的发展前景。3.2 环氧丙烷主要工艺路线环氧丙烷生产工艺主要有氯醇法、共氧化法和直接氧化法，目前大量投产使 用的是氯醇法和共氧化法，其中共氧化法又分为乙苯共氧化法、异丁烷共氧化法 和异丙苯共氧化法。下面对各个工艺路线进行具体分析。3.2.1 氯醇法氯醇法生产历史悠久，该法的主要工艺过程为丙烯氯醇化、石灰乳皂化和产 品精制，其特点是生产工艺成熟、操作负荷弹性大、选择性好，对原料丙烯的纯 度要求不高，从而可提高生产的安全性，建设投资少，产品成本较低，具有较强 的成本竞争力。氯醇法的缺点是水资源消耗大，产生大量废水和废渣，生产It 环氧丙烷产生4050t含氯化物的皂化废水和2t以上的废渣,该废水具有温度高、PH值高、氯根含量高、COD含量高和悬浮物含量高的“五高”特点，难以处理。同时，氯醇法还消耗大量高能耗的氯气和石灰原料，而氯和钙在废水和废渣中排 放掉，生产过程中产生的次氯酸对设备的腐蚀也比较严重。中国环氧丙烷生产始于20世纪60年代，采用自行开发的氯醇法工艺路线。20世纪80年代末和90年代初，中国先后引进了日本旭硝子公司、三井东压公 司、昭和电工公司和美国陶氏公司等氯醇法技术，锦化化工、山东滨化、中石化 上海高桥石化、天津大沽化工等环氧丙烷装置建成投产后生产水平得到较大提 高。目前国内现有80%的环氧丙烷产能使用氯醇法。113.2.2 共氧化法(1)乙苯共氧化法(PO/SM)该工艺先在液相反应器中用氧气氧化生成乙苯过氧化物，生成的乙苯过氧化 物经提浓后在一定的温度和压力条件下与丙烯发生环氧化反应生成环氧丙烷和 甲基芳醇。PO/SM装置生产规模较大，经济性良好，该装置必须考虑对联产品 的需求，才显示出优越性。(2)异丁烷共氧化法(PO/TAB)该法采用异丁烷在液相中与纯氧反应得到叔丁基氢过氧化物和叔丁醇混合 液，在铝基催化剂的催化作用下与丙烯进行环氧化反应，得到的环氧化溶液经蒸 微分离和精制得到环氧丙烷。一段时间内，由于甲基丁基酸成为一种良好的汽油 掺合剂，为异丁烷法的联产物叔丁醇开拓了新的市场，同时叔丁醇本身能作为汽 油掺合剂广泛的使用在燃料工业中。因而异丁烷法在1969年实现工业化生产后 的儿年内，在两种共氧化法中占有优势。但该工艺法投资较大，联产物较多，对 原料要求高，操作条件苛刻，使该工艺法具有一定的局限。(3)异丙苯共氧化法(CMHP)异丙苯共氧化法包括四个工艺步骤：异丙苯空气氧化生产CHP；CHP氧化 丙烯制环氧丙烷；环氧丙烷精制；异丙苯回收。该法使用异丙苯替代了乙苯，并 且异丙苯循环使用，不产生联产品。由于该工艺无需联产苯乙烯所需的辅加设备,装置投资费用比共氧化法约低1/3。但环氧化反应收率低，特别是异丙苯损失大,反应要求苛刻，循环量少，副产物多。2003年5月，住友化学公司投资1亿多美元，在日本千叶建成采用其独有 异丙苯氧化法工艺的20万t/a环氧丙烷装置。止匕外，住友与沙特阿拉伯-美国石 油公司(Sa u diAr a mc o)在沙特的合资企业也将采用住友异丙苯氧化法技术建设 20万t/a的环氧丙烷装置。我国中海壳牌25万t/a环氧丙烷装置采用共氧化法。323直接氧化法直接氧化法分为双氧水直接氧化法(HPPO)和氧气直接氧化法。均属近年 来开发的新工艺。双氧水直接氧化法(HPPO法)是由过氧化氢和丙烯在钛硅分子筛的催化作 用下制环氧丙烷，该过程主要包括丙烯的环氧化和环氧丙烷的精制。12氧气直接氧化法氧气将丙烯直接氧化为PO的工艺具有最高的原子经济性，也是目前催化剂研究领域中最具挑战性的课题之一。丙烯的直接氧化因丙烯分子 中的甲基较活泼，常被优先氧化生成副产物而导致P0产率降低。国内外学者在 催化剂和工艺方面展开了积极的研究，目前仍处于实验室开发试验阶段。3.2.4 工艺方案比较表3-1对以上儿种主要工艺路线进行比较。表3-1主要生产工艺比较工艺类型 氯醇法 共氧化法 直接氧化法生产方法乙苯共氧 异丁烷共 异丙苯共化法 氧化法 氧化法双氧水直 接氧化法氧气直接 氧化法主要原料次氯酸、丙烯、石灰乳乙苯、丙 烯、氧气异丁烷、丙烯、氧 气过氧化氢、异丙苯、丙 烯过氧化氧气、氢 氢、丙烯气、丙烯催化剂铝络合物钥钛-硅分子 钛-硅分子 杷-钛硅酸 筛 筛 盐催化剂工艺流程丙烯氯醇化、石 灰乳皂化和产品 精制乙化化加品苯、氢精过环脱、制氧氧水产异丁烷过异丙苯空氧化、环气氧化、异 丙烯环氧丙烯直接氧化、脱丙苯环氧化反应、环氧化、产水加氢、化、产品精产品精制品精制盐酸、二氯丙烷、苯乙醇、二甲基芾 丙二醇、副产物 二氯二异丙酸、苯乙酮、;2、叔醇、甲基苯丙二醇单 丁醇丙二醇 苯甲酸 乙烯 甲醛优点(1)流程短，投资 较低(2)操作弹性大(3)产品单一(4)选择性好、效 率高对丙烯纯度 要求相对较低(6)生产较安全(1)废水量小(2)无腐蚀(3)产品成本低(4)副产品经济价值高(1)工艺流程简单(2)副产品少(3)占地少、投资相对少(4)三废少，环境友好(5)能源损耗低(6)新型催化剂选择性高(7)反应条件温和，易操 作缺点(1)氯醇化过程 要求防腐材料(2)废水量大(50 吨/吨)，需生化处 理(3)废渣量大(1)高COD废水，含多种芳烧，处理 困难(2)流程长(3)对丙烯纯度要求高(4)联产品数量大，是主产品的2-3 倍工业化时间短工艺待完 善，国内仅有中试装置13由上表3-1生产路线的比较可知，氯醇法以其成熟的工艺在环氧丙烷生产领 域中占有重要的地位，如我国现有的环氧丙烷工厂大多数利用的是氯醇法。但大 的腐蚀性和高的废物排放量，不符合现代化工的发展需求，使得该方法的规模发 展受到了一定的限制。共氧化法是对氯醇法的一种改进，该方法自问世以来，技术不断的发展。该 种技术的显著特点是价格低廉，且联产产品收益较高，产品成本低，污染少；但 该法工艺复杂、流程长、设备要求高，需平衡大量联产产品，对原料质量要求较 高，操作条件苛刻。直接氧化法中HPPO法较前两种方法具有一定的优越性,该法在适当温度和 低压液相情况下，以甲醇为溶剂，使丙烯与过氧化氢发生环氧化反应，反应具有 较高的转化率和良好的P0选择率，过氧化氢被彻底转化，未转化的丙烯可循环 再利用。该工艺无联产物，投资较少，基础建设费用比常规工艺大大降低，此外 还具有明显的环保效益，与目前使用的技术相比，废水量可减少70%80%,能 耗可减少35%。该工艺流程简单，产品收率高，基本无污染，属于环境友好的清 洁生产工艺。因为工业化时间短，工艺尚待完善。该法作为一种流程简单、副产 物少和绿色无污染的生产PO的绿色清洁生产工艺，将成为生产环氧丙烷工艺发 展的主要方向。过氧化氢（HP）是一种公认的绿色氧化剂，其氧化副产物只有水。以过氧化氢为氧化剂，钛硅分子筛可以以较高的转化率和选择性催化丙烯环氧化 反应合成PO。该过程具有条件温和、原料无毒、无腐蚀性等优点。根据上述各种工艺方案的比较，综合考虑经济性、操作方便性、产品可调性 以及催化剂性能等条件，本项目采用HPPO法作为制备环氧丙烷的工艺方案。3.3 HPPO法工艺3.3.1 HPPO法工艺特点Enic hem公司开发的一体化HPPO技术包括两个主要工段：（1）在双金属 催化剂存在下H2与。2直接反应合成H2O2;（2）在钛硅分子筛催化剂存在下丙 烯与氏。2在甲醇溶剂中反应生成POo其中，丙烯和双氧水的环氧化反应在甲醇和水的混合溶剂中进行，催化剂 选用为钛硅分子筛。环氧化反应可间歇或连续，反应器优选列管式固定床反应器,环氧化温度优选3570,压力满足使丙烯在反应温度下保持液态，所用丙烯原 14料可用工业品，含有质量分数4%的丙烷。为防止催化剂的酸性使P0发生副 反应，选用一定浓度的氨水作为缓冲溶液来调整溶液酸碱度。我国天津大学、大连理工大学、华东理工大学、华南理工大学、中科院大 连化物所、上海石油化工研究院等单位也相继开展了 HPPO技术的研究，并取得 了良好的结果。本项目采用HPPO工艺作为制备环氧丙烷的总工艺方案，以意大利 Enic hem公司的高效一体化HPPO工艺为基础，进行了年初20万吨环氧丙烷项 目设计，在工艺设计中进行了一系列的优化与创新。332本项目反应过程3.3.2.1 原料选择本工艺的原料主要为丙烯和过氧化氢，选择过氧化氢为30%的水溶液,30%过氧化氢价格比50%的过氧化氢水溶液低，产品成本较低；丙烯为工业丙烯体积 分数96%的丙烯气体，其中0.4%的丙烷。3.3.2.2 反应工艺选择HPPO法丙烯与过氧化氢的环反应是一个强放热反应，反应物以液相参加 反应，随着反应的进行，反应器内温度会逐渐升高，偏离理想温度，要求及时移 走反应器内部的反应热，使催化床层的温度控制在一个合理稳定的范围内。同时,在反应过程中，还需保证催化剂颗粒的充分接触和床层温度、浓度的均匀分布，因此本项目选择列管式固定床反应器。在反应工艺设计方面，本项目采用两个列管式固定床反应器串联的环氧化 反应，第一个反应器出口产物经过分离后，将产物以及过氧化氢分解的氧气等分 离后，补充丙烯原料进入第二个反应器，在第二个反应器中剩余过氧化氢继续反 应。该工艺能充分利用原料，提高过氧化氢原料的转化率，过量原料丙烯循环使 用。3.3.2.3 催化剂选择HPPO法制备环氧丙烷的催化剂为空心钛硅分子筛HPO-1,本项目选择石 科院开发的具有自主知识产权的空心钛硅分子筛为催化组元、经改性和成型后制 备的丙烯双氧水环氧化专用催化剂。催化剂主要性质见表3-2o表3-2环氧化催化剂HPO-1的主要性质15项目数据外观白色活性组元改性空心钛硅分子筛堆密度/(g/ml)0.78孔体积/(ml/g)0.41比表面积/(n？/g)360双氧水转化率%95环氧丙烷选择性953.3.3本项目分离过程HPPO工艺的分离