年产20万吨丙烯烃项目初步说明书样本.doc

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 设计思想及标准11.4 工艺特点21.5 产品方案21.6 辅助设计软件应用3第二章 厂址选择42.1 选择标准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步骤模拟说明103.2.2 生产任务113.2.3合成工段模拟113.3 Aspen Plus 11.1步骤模拟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分离工段物料衡算173.3.4脱丙烷塔操作参数优化203.3.5乙烯塔操作参数优化283.3.6丙烯精馏塔操作参数优化323.3.7精馏工段各塔操作参数总结373.4 全步骤模拟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 设备自动控制40第五章 供电和通信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47第六章 供热486.1 概述486.2 标准和规范496.3 供热方案496.4 锅炉给水系统506.4.1 水质要求506.4.2 蒸汽冷凝水处理方法506.4.3 本分厂锅炉给水系统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 环境保护治理方法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 项目概况在中国现在多煤贫油自然资源条件下，降低烃原料化工对石油资源过分依靠，是中国经济和社会可连续发展所面临一项关键任务。所以发展以煤、气资源为源头烃原料生产技术成为中国科技界一个热点研究领域。 本项目标目标是为一石油化工综合企业设计一座C4烃综合利用分厂，要求采取来自醚化分厂混合C4烃裂解生成以乙烯、丙烯为主产物，而且考虑其它组分利用一个项目。同时需要考虑尽可能降低对自然环境污染和对污染治理方法。1.2 设计依据 1、化工工厂初步设计文件内容深度要求（06月01日国家石油和化工工业局公布）及相关专业国家标准。 2、国家经济、建筑等相关政策。 3、“三井化学杯”大学生化工设计竞赛指导书。1.3 设计思想及标准1、所选择工艺技术应优异、适用、可靠，确保项目投产后，能安全、稳定、长周期、连续运行。2、所选择设备和材料必需可靠，且尽可能国产化。3、充足依靠现有社会公共设施，以降低投资，加紧项目建设进度，采取切实可行方法节省用水。4、落实主体工程和环境保护、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、卫生及安全设施设置必需落实国家相关环境保护、劳动安全法规和要求，负荷石油化工行业相关标准。6、所选择产品方案和技术方案应是优化方案，以最大程度降低投资，提升项目经济效益和抗风险能力。科学论证项目标技术可靠性、项目标经济性，实事求是作出研究结论.1.4 工艺特点本项目所采取生产工艺特点是：含有较高丙烯收率，本工艺采取专有沸石催化剂和低磨损固定床反应器作为关键生产装置，利用低结焦催化剂能够降低再生循环次数，在反应温度下能够不连续再生，更有利于节省成本。1.5 产品方案 本项目产品关键为聚合级乙烯单体和聚合级丙烯单体，在工艺装置中副产品关键有丙烷等。 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进行步骤模拟和工艺优化；用Aspen Energy Analizer V7.3-aspenONE进行热能集成优化；用Auto-CAD 进行制图；用Autodesk 3dsMax Design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一个关键步骤，也是一项政策性技术性很强工作。厂址选择对工厂建设进度、投资数量、经济效益、环境保护及社会效益等方面全部有重大影响。因为只有厂址选择确定以后，才能估算其建设投资额和投产后生产成本，才能对经济效益环境影响社会效益进行分析评定，判定项目标可行性，所以厂址选择工作是可行性研究一部分。需要考虑原料、能源、水源、运输和环境等方面条件。2.1 选择标准1) 原料和市场厂址应靠近多种原料产地和销售市场。2) 能源化工厂需要大量动力和蒸汽，应靠近燃料供给点。3) 气候化工厂建厂地点应该温度适宜，湿度适中。4) 运输条件尽可能考虑铁路枢纽和利用河流、运河、湖泊或海洋进行运输可能性，公路运输可用作铁路和水路补充。5) 供水化工厂使用大量水，用于产生蒸汽、冷却、洗涤，有时还用做原料。所以，厂址必需靠近水量充足和水质良好水源。6) 对环境影响应得到当地环境保护部门认可，方便于妥善处理废物。7) 协作条件选择在贮运、机修、公用工程（电力、蒸汽）和生活设施等方面含有良好协作条件地域。8) 灾难及其它避免低于洪水水位或在采取方法后仍不能确保不受水淹地段，和地震、泥石流、滑坡、有开采价值矿藏、文物保护等地域。2.2厂址选定本项目厂址选在兰州市西固区，以兰州石油化工企业和兰州炼油厂为依靠。从而开发西北潜在价值资源。满足西北地域乙丙烯炼油和其它化工产品合成作为原料。西固区是兰州市下辖一个区，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，在黄河南岸，兰州市西面，是兰州市关键工业区，也是兰州大气污染关键污染源。西固区兰州石化企业是使兰州成为中国关键化工基地原因。西固，在兰州市西大门，是甘肃省和兰州市关键工业区、中国西部最大石油化工基地，素以“西部石化明珠”、“石化工业摇篮”著名遐迩。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个小区；总人口33万，其中城镇人口27万。以西固西路、西固中路、西固东路一线为界，以北为工业区，以南为生活区。，实现地域生产总值186.9亿元，增加12.32%；完成固定资产投资84.04亿元，增加27.18%；实现社会消费品零售总额56.91亿元，增加23.24%；单位生产总值能耗下降5.7%；完成通常性财政收入3.24亿元，增加30.66%；城镇居民人均可支配收入、农民人均纯收入分别达成13748元、6741元，增加13.65%、12.01%。2.3地理位置在东经10319至10441，北纬3538至3613之间。东和七里河区接壤，西和红古区交界，南和永靖县为邻，西北部和永登县毗邻。东北部以黄河为界和安宁区隔河相望。距兰州市政府驻地约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）原料起源本项目所采取原料为C4原料。经HZSM-5分子筛催化裂化生产丙烯，以兰州石油化工企业和兰州炼油厂为依靠。兰州石化企业是集炼油、化工和化肥生产为一体，是中国西部地域最大石化企业。企业拥有原油一次加工能力1050万吨/年。并含有相配套二次加工能力，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，是中国生产石化产品品种比较齐全企业之一。其石油产品、合成树脂、合成橡胶、催化剂等在中国外市场上享受良好声誉。现在，兰州石化企业是中国三大催化裂化催化剂生产基地之一。 国家西部大开发战略，给兰州石化企业带来了极大发展机遇。中国石油股份企业适时提出了在兰州建设大型炼油化工基地战略构想，并把兰州石化企业作为西部投资和发展关键，在“十五”计划和远景目标中，作为四大炼油和化工生产基地之一进行计划建设。（2）产品市场据中国石油和化学工业协会统计，中国乙烯产量为1025万t，乙烯当量进口量近1000万t，对外依存度靠近50。即使中石油独山子、中石化镇海、中石化天津等大型乙烯装置将在-陆续投产，但伴随石化行业新一轮扩能，乙烯产量仍然无法满足下游市场需求。据相关部门估计，中国乙烯当量需求量约2484万I，产量约1784万t，供需缺口700万t。乙烯关键用于生产聚乙烯。，中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百分比为457。估计，中国聚乙烯产量约950万t，需求量约1588万t，供需缺口638万t。 一样，中国丙烯产量也远远不能满足市场需求。多年来，因为丙烯下游产品快速发展，丙烯需求量增加快速，从当量需求来看，丙烯供需矛盾十分突出。估计到，中国对丙烯当量需求量约1905万t，产量约1315万t，供需缺口约590万to丙烯关键用于生产聚丙烯。，中国聚丙烯产能约694万t，产量约5842万t，分别比增加了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百分比为333。估计到，中国聚丙烯产量约725万t，表观消费量约1212万t，供需缺口约487万t。 中国乙烯和丙烯市场缺口较大，尤其是多年来丙烯需求增加已超出乙烯。因为需求强劲，通常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需求，所以大家纷纷研究开发增产丙烯新技术，甲醇制丙烯技术就是其中之一。由此可见，乙烯和丙烯市场前景宽广，尤其是中国丙烯生产原料不足，市场需求增加较快，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。川区关键分布于黄河两岸，平均海拔1540米，地势平坦。 气候属温带半干旱气候，山区垂直性气温改变较显著。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概述本项目标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分厂催化裂化生产制备以乙烯、丙烯为主烯烃，并考虑C4+组份综合利用。尽可能采取可行方法降低系统对环境不利影响，并对排出污染物提出合理治理方案。3.1.2生产规模本设计拟建产量为20万吨/年丙烯厂，同时年产7.5万吨高聚合度乙烯产品，以满足各个行业对其日益增加需求。3.2 工艺方案选择3.2.1步骤模拟说明在对整个工艺步骤提出方案以后，我们要做就是经过计算得出每一个设备、每一股物流工艺参数。然而假如经过手算，这个工作量是相当大，而且似乎并不可靠，于是，我们决定让计算机来做这一部分工作。我们选择了目前主流化工模拟计算软件aspen plus来模拟计算整个工艺过程。我们要模拟是由富含烯烃混合C4烃催化裂解生产丙烯整个工艺过程，实际生产中，这是一个相当复杂过程，不过因为条件限制，而且软件有其不足，这就要求我们不得不做出部分合理假设因为我们必需使工作进行下去，这些假设将在后面陈说中一一说明。3.2.2 生产任务我们目标是年产20万吨丙烯，并联产乙烯和丙烷，在确保产量和质量前提下，我们必需使产品回收率达成97%以上。3.2.3合成工段模拟1、模拟说明及相关假设混合C4烯烃催化裂解反应很复杂，而且其反应机理尚无定论，我们无法得悉其确切反应和动力学数据。于是，我们决定依据任丽萍、赵国良、滕加伟、王仰东、谢在库教授于发表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相关数据，经过收率反应器模拟计算，我们又依据相关文件及报道，做出以下假设：1C5+烃以己烯为模型；异丁烯不参与裂解；2烷烃存在不影响裂解；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现在，在已经工业化，或立即工业化技术中，其催化剂有以下多个，即：1Superflex工艺特制流化床专用催化剂；2OCP工艺固定床专用催化剂；3Propylur工艺固定床ZSM-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工艺关键技术我们是无法得悉，综合考虑，只有选择ZSM-5分子筛催化剂才能使我们工作进行下去。温度依据朱向学等于发表丁烯催化裂解制丙烯/ 乙烯反应热力学研究一文，我们得悉反应温度在550620时烯烃含有较高转化率，而且丙烯含有较高选择性。操作压力依据朱向学等于发表丁烯催化裂解制丙烯/ 乙烯反应热力学研究一文，当压力在0.02-0.2 MPa 时,伴随压力升高，丙烯平衡浓度有所增加。水蒸气用量 水蒸气作用关键是稀释剂和清焦，可提升烯烃转化率，而且延长设备寿命。不过过多使用水蒸气又会造成生产成本急剧增加，而且给后续工段分离带来困难，一样依据丁烯催化裂解制丙烯/ 乙烯反应热力学研究一文，当烃分压在0.1MPA左右时即可使其转化率达成40%以上。综合考虑，我们决定每小时通入2500KG水蒸气，其关键作用是清焦，兼顾稀释剂作用。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/ 乙烯反应热力学研究一文中指出，合适提升进料空速（1.88.8）h-1可提升丙烯选择性。合成工段工艺参数初步确定以后我们又参考很多文件及工艺，最终做出以下决定：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步骤模拟3.3.1合成工段物料衡算 1、Aspen plus模拟合成工段示意图以下 2、物料衡算列表以下表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/hr)1327.321327.321327.32138.7711466.0931466.0931753.797质量流率(kg/hr)750000750007500075000775007750077500 MASS FLOW (kg/hr)C4H8-133450334503345033450334508690.641C4H8-5150150150150150150C4H8-27717.57715.57715.57717.57717.5.156C4H8-318480184801848018480184804801.624C4H10-110402.510402.510402.510402.510402.510402.5C4H10-2480048004800480048004800C6H12-36913.145H2O2500250025002500C3H6-225725.96C2H49257.290C3H82254.675 MASS FRACTIONC4H8-10.4460.4460.4460.4320.4320.112C4H8-50.0020.0020.020.0020.0020.002C4H8-20.1030.1030.1030.1000.1000.026C4H8-30.2460.2460.2460.2380.2380.062C4H10-10.1390.1390.1390.1340.1340.134C4H10-20.0640.0640.0640.0620.0620.062C6H12-30.089H2O10.0320.0320.032C3H6-20.332C2H40.119C3H80.0293.3.2预分离工段物料衡算1、 Aspen plus模拟预分离工段步骤图以下：2、物料衡算列表以下表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)1753.7971753.7971698.14655.5611698.1461698.1461698.146质量流率(kg/hr)775007750076497.4331002.56776497.43376497.43376497.433 MASS FLOW (kg/hr)C4H8-18690.6418690.6418690.6410.0018690.6418690.6418690.641C4H8-5150150150TRACE150150150C4H8-2.156.156.1560.001.156.156.156C4H8-34801.6244801.6244801.6240.0014801.6244801.6244801.624C4H10-110402.510402.510402.50.00110402.510402.510402.5C4H10-2480048004800TRACE480048004800C6H12-36913.1456913.1456913.145TRACE6913.1456913.1456913.145H2O250025001497.4351002.561497.4351497.4351497.435C3H6-225725.96725725.96725725.960.00125725.9625725.9625725.96C2H49257.7929257.2929257.2910.0019257.2919257.2919257.291C3H82254.6752254.6752254.6750.0012254.6752254.6752254.675 MASS FRACTIONC4H8-10.1120.1120.11433PPB0.1140.1140.114C4H8-50.0020.0020.002TRACE0.0020.0020.002C4H8-20.0260.0260.02622PPB0.0260.0260.026C4H8-30.0620.0620.06332PPB0.0630.0630.063C4H10-10.1340.1340.13612PPB0.1360.1360.136C4H10-20.0620.0620.0632PPB0.0630.0630.063C6H12-30.0890.0890.090TRACE0.0900.0900.090H2O0.0320.0320.02010.0200.0200.020C3H6-20.3320.3320.336873PPB0.3360.3360.336C2H40.1190.1190.121907PPB0.1210.1210.121C3H80.0290.0290.02921PPB0.0290.0290.029表3-4Stream IDF2-OUT1F2-OUT2SEP-OUT1SEP-OUT2Temperature()5555Pressure(bar)3333Vapor fraction1010Mole flow(kmol/hr)1618.87979.2671532.88489.995Mass flow(kg/hr)75069.4181428.01568086.8526982.566C4H8-18690.6410.0018690.641C4H8-5150TRACE150C4H8-2.156TRACE.156C4H8-34801.6240.0014801.624C4H10-110402.5TRACE10402.5C4H10-24800TRACE4800C6H12-36913.145TRACE6913.145H2O69.4211428.01469.421C3H6-225725.9650.00125725.965C2H49257.2900.0019257.290C3H82254.675TRACE2254.675C4H8-10.1168PPB0.128C4H8-50.002TRACE0.002C4H8-20.0277PPB0.029C4H8-30.0649PPB0.071C4H10-10.1392PPB0.153C4H10-20.064TRACE0.070C6H12-30.092TRACE0.990H2O925PPM10.010C3H6-20.343404PPB0.378C2H40.123646PPB0.136C3H80.0307PPB0.0333.3.3分离工段物料衡算1、 asnpen plus模拟计算示意图以下：2、物料衡算列表以下：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 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)C4H8-18690.6418690.648690.6410.4218690.220.421C4H8-5150.000150.000150.0000.009149.9910.009C4H8-2.156.15.1560.001.150.001C4H8-34801.6244801.624801.6240.0104801.610.010C4H10-110402.50010402.510402.500.04110402.40.041C4H10-24800.0004800.004800.0000.5974799.400.597C6H12-36913.1456913.145C3H6-225725.96525725.925725.925722.83.08925722.87C2H49257.2909257.299257.2909257.299257.29C3H82254.6752254.672254.6752253.291.3852253.290MASS FRACTIONC4H8-10.1160.1280.12811PPM0.28211PPMC4H8-50.0020.0020.002245PPM0.005245PPBC4H8-20.0270.0290.02940PPB0.06540PPBC4H8-30.0640.0710.071257PPB0.156256.PPBC4H10-10.1390.1530.1531PPM0.3371PPMC4H10-20.0640.0700.07016PPM0.15616PPMC6H12-3H2O925PPM0.0101C3H6-20.3430.3780.3780.691100PPM0.691C2H40.1230.1360.1360.2490.249C3H80.0300.0330.0330.06145PPM0.061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)329.620662.757662.757332.841329.916279.17550.741Mass flow(kg/hr)9250.00027984.5327984.5314000.0013984.5311750.002234.533 MASS FLOW (kg/hr)C4H8-10.4210.4210.4210.421C4H8-50.0090.0090.0090.009C4H8-20.0010.0010.0010.001C4H8-30.0100.0100.0100.010C4H10-10.0410.0410.0410.041C4H10-20.5970.5970.5970.597C6H12-3H2OC3H6-28.49425714.325714.3813944.0011770.3811703.466.995C2H49241.28216.00816.00816.008C3H80.2242253.062253.0639.9942213.07346.5732166.499MASS 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。下面逐一考察单个条件影响：1塔板数影响取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表示塔顶异丁烷质量百分含量。表3.7. 塔板数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20-8.614025.5890740.9979820.000.00046521-8.612175.5890740.9988690.0011310.00015722-8.611285.5890740.9992760.0007242.14E-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导出塔板数和各原因关系图：图3.1 塔顶丙烯回收率和塔板数关系图3.2塔底丙烯损失率，塔顶异丁烷百分含量和塔板数关系经过初步分析我们把脱丙烷塔板数设定在20-30块之间，由上图分析可知，精馏塔操作能耗受塔板数影响不大，所以我们做出组分质量分率和收率随塔板数改变曲线：由图可知，塔顶丙烯回收率和塔板数增加而上升，当塔板数超出26块后，曲线基础持平，改变很小；塔底丙烯损失率，塔顶异丁烷含量随塔板数增加而降低，当塔板数超出26块后，两条曲线趋于平，不再减小，所以我们选择脱丙烷塔理论塔板数为26块。2进料板位置影响取Nstage= 26块（理论塔板数），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），改变进