年产 20 万吨环氧丙烷项目-项目设计摘要

项目设计摘要

一、设计范围

本项目根据2013年“中国石化—三井化学杯”第七届全国大学生化工设计竞赛参赛指导书，以及其他相应设计标准进行设计；设计范围包括：项目规模、工艺流程、设备选型、自动控制、辅助工程、厂址厂区、经济分析等设计内容。计划将分厂建设在化工园区内，可通过管道输送利用园区生产的原料、蒸汽等；亦可利用相应公用系统，如火炬、锅炉、三废处理厂等；园区高压电输送并经分厂变电处理后使用，生产及生活用水分别由园区提供；可减少相应建设成本及运营成本。

二、项目简介

本项目是为中国石油化工股份有限公司设计的一座用丙烯年产20万吨环氧丙烷的分厂。该分厂名为中国石化济宁光之海石化有限责任公司，位于山东省济宁市化学工业经济技术开发区内。该化学工业经济技术开发区简称济宁化学工业开发区，现为中石化联合会园区委员会副主任单位，该园区内的60万吨/年烯烃项目每年可生产丙烯24万吨；本项目与总厂合作，应用丙烯年产20万吨环氧丙烷；采用高效一体化HPPO绿色洁净生产工艺，集成了氢氧直接氧化合成过氧化氢，再利用丙烯环氧化法合成环氧丙烷的生产工艺。绿色环保同时高效，符合可持续发展，具有非常好的发展前景。

本项目的产品主要为两种，即年产20万吨纯度在99.9%以上的环氧丙烷，以及年产2000吨纯度为94.0%环氧丙烷作为副产物。产品具体规格如表1所示：

表1 本项目产品规格表

本项目的产品主要为年产20万吨纯度大于99.9%的环氧丙烷，该产品是优等品，产品水分质量分数低于0.01%，符合GB/T14491-2001国家标准。此纯度

的环氧丙烷可销售给生产丙二醇、丙烯醇、丙醛、聚醚、异丙醇胺、高级脂肪酸酯类表面活性剂、增塑剂、医药、农药、香料、泡沫塑料产品的相关厂商。

本项目的副产品为年产2000吨的纯度为94%的环氧丙烷，可卖给制造农药的厂家，环氧丙烷是除草剂异丙甲草胺的中间体，可用于进一步生产酰胺类除草剂；另外此浓度的环氧丙烷也可提供给生产杀菌消毒剂的厂家，环氧丙烷可用于生产防腐杀虫剂、消毒剂、抗微生物剂等。

三、工艺设计

本工艺采用高效一体化HPPO绿色生产工艺，集成了过氧化氢的生产过程，利用过氧化氢和丙烯环氧化合成环氧丙烷，并实现了溶剂的循环利用。整个工艺过程得到纯度为99.9%和94%的两种环氧丙烷产品，无联产产品生成，工艺简单，废物处理难度低，绿色环保。整个工艺流程可以分为三个工段：过氧化氢工段、环氧丙烷工段、溶剂回收工段，具体流程示意图如图1所示：

图1工艺流程示意图

3.1 过氧化氢工段

如图2示，原料气O2和H2、循环溶剂、添加剂以及保护气N2在双金属催化剂Pd-Pt存在下直接氧化合成过氧化氢，闪蒸出未反应的气体后得到7%的过氧化氢溶液，作为环氧化反应的原料进入环氧丙烷工段。

图2 过氧化氢工段工艺流程图

3.2 环氧丙烷工段

如图3所示，来自第一工段的H2O2溶液与丙烯在钛硅分子筛TS-1催化作用下进行三级环氧化反应，反应后经过三级预分离塔、脱丙烷塔、PO预分离塔、PO精制塔后得到纯度为99.9%的环氧丙烷产品。

图3 环氧丙烷工段工艺流程图

3.3 溶剂回收工段

如图4所示，该工段的主要任务是回收循环溶剂甲醇，实现溶剂的循环利用，主要由过氧化氢分解塔、溶剂回收塔、水洗塔以及甲醇分离塔组成。

图4 溶剂回收工段工艺流程图

四、热集成与节能设计

4.1热集成

为了提高能量的利用率，采用夹点技术对换热网络进行设计。以操作费用和公用工程费用作为目标函数，利用Aspen energy analyzer V7.2对本厂的换热网络进行年成本最优化设计，使得热公用工程降低42.3%，冷公用工程降低33.4%，总费用降低36.4%，结果如图5所示：

图5 最优换热网络

在换热网络优化的基础之上，利用Aspen plus对换网络进行模拟，并充分回收工艺废料的能量，我们利用甲醇回收塔釜高温废液加热冷工艺物流，模拟结果如图6所示：

图6 模拟结果图

4.2 其他节能设计

变径塔设计：本项目共设计4个变径塔，塔的直径有所改变，与普通的塔相比有所区别，减小了塔设备的材料成本等其他相关成本，减少材料使用，有助于节能减排。

反应精馏塔设计：本项目一共设计了1个反应精馏塔，该塔也符合我们节约能源的设计理念，利用一个精馏塔同时实现了反应和分离的任务，代替了一个反应器和一个精馏塔，减少了设备的费用，提高了经济效益。

此外本项目的循环水系统，建筑、设备保温设计，催化剂再生技术设计，高效节能设备设计也可以达到相应的节能效果。

五、设备设计

根据Aspen plus的模拟结果，我们对工艺流程中的第三级环氧化反应器

R0202、PO预分离塔T0205、换热器进行了详细设计，包括基本的设备设计参数和特殊内构件的设计。利用SW6-98及KG-tower软件对流程中的典型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SW6-98和Exchanger Design and Rating对全部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、反应精馏塔、闪蒸罐、气液分离罐、压缩机、储罐、缓冲罐、回流罐等设备进行了选型。

六、自动控制系统

本项目采用现场总线控制（FCS）与集散控制系统（DCS）,控制方案的研究范围包括空分装置，过氧化氢合成装置，环氧丙烷合成装置，储罐区以及与工艺生产装置相配套的公用工程控制系统与仪表。由于工艺流股中含有可燃性气体丙烯、丙烷、氢气以及助燃性气体氧气等，存在着安全隐患，因此，对工艺流股中氧气的监控尤为重要。我们主要采用PLC进行过程控制与监测，在线控制仪表实时监测工艺流股中氧气的含量并将数据送往中心控制室，及时调控装置参数，从而保证整套装置的安全可靠性。

七、厂址选择及厂区布置

济宁光之海石化公司规划建设于山东省济宁市化学工业经济技术开发区（简称济宁化学工业开发区）内，位于开发区南北中心大道东侧与新兴路南侧的预留用地位置。济宁是著名的“孔孟之乡、运河之都”，项目所在地具有地理位置优越、交通运输便利、资源优势突出、原料供应充足，产品需求量大、工业基础坚实、科研实力雄厚、人力资源丰富、高起点的产业规划、公用工程设施健全等优点。项目所在开发区区位图如图7所示：

图7 项目所在开发区区位图