100ktahppo法环氧丙烷生产项目初步设计说明书(编辑修改稿)

100ktahppo法环氧丙烷生产项目初步设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

于试验阶段新建厂选用过氧化氢氧化法(HPPO)生产环氧丙烷，选用丙烯和过氧化氢为原料，在甲醇水混合液中，使用特殊的钛硅催化剂(TS1)在固定床反应器中直接氧化生成环氧丙烷。 膜分离法是一种以分子级分离过滤作用的膜作为分离介质，当溶液或混和气体与膜接触时，在压力、电场或温度作用下，某些物质可以透过膜，而另些物质则被选择性的拦截，从而使溶液中不同组分，或混和气体的不同组分被分离的方法。 膜技术广泛应用于生物制备和医药生产中的分离、浓缩和纯化。 如血液制备的分离、抗菌素和干扰素的纯化、蛋白质的分级和纯化、中草药剂的除菌和澄清等。 膜技术在废水处理、污染防治和水资源综合利用方面也得到广泛应用。 在许多情况下，不仅处理了废水，还能回收有用物质和能量。 萃取精馏法是向精馏塔顶连续加入高沸点添加剂，改变料液中被分离组分间的相对挥发度，使普通精馏难以分离的液体混合物变得易于分离的一种特殊精馏方法。 萃取精馏按操作方式可分为连续萃取精馏和间歇萃取精馏。 采用萃取精馏的方法，关键在于萃取剂的选择。 萃取剂的选择一般方法：与较高沸点关键组分很类似的化合物相应系列中的一个同系物，这个同系物的沸点要足够高，不可能形成溶剂—非溶剂恒沸物，并且这个同系的沸点不可太高，以免造成溶剂循环要求的显热大的不合理。 根据这一标准，我们应该在与丙二醇单甲醚类似的化合物的同系物中寻找萃取剂，并且萃取剂的沸点至少要高于150℃。 但是这时萃取剂的沸点过高，必然造成溶剂循环要求的显热很大，大大增加系统的能耗。 而且用于水、丙二醇单甲醚萃取精馏的萃取剂未见文献报道，而 合适的萃取剂本身就是一项巨大的工作。 在被分离溶液中加入第三组分以改变原溶液中各组分的相对挥发度而实现分离，如果加入的第三组分能和原溶液中的一种组分形成最低恒沸物，以新的恒沸物形式从塔顶蒸出，称为恒沸精馏。 水和丙二醇单甲醚分离方法比较见表32所示：表32 水和丙二醇单甲醚分离各方法比较方法名称方法特点膜分离法无相变，能耗低，设备简单，操作方便。 萃取精馏法物料无相变过程因而节能明显，工艺流程简单，但很难找到分离水和丙二醇单甲醚的萃取剂。 恒沸精馏法要引入第三物质，是所得丙二醇单甲醚中混入该种物质。 由表31通过比较，我们采用比较经济，操作方便的膜分离法来分离出水和丙二醇单甲醚混合溶液中的丙二醇单甲醚。 通过方案对比及相关资料，我们采用萃取精馏的方法来分离甲醇和环氧丙烷，并且以水作为萃取剂。 根据以上各物质性质以及本项目设定的目标，本厂拟定初步设计路线如图35所示：图35 流程图液态丙烯和双氧水物料以及甲醇先进性混合，再通过进料泵送入反应器(R101)中充分反应，生成环氧丙烷产品及丙二醇单甲醚副产物。 其中未反应的甲醇以及未完全反应的丙烯沿着物流线113输出，具体物流反应工段如图36所示。 图36 物流反应工段图将物流113输送来的混合物输入到第一精馏塔(T201)进行分离，按照一定的回流比将不同沸点的各物质进行初步分离，多数丙烯及丙烷由第一精馏塔塔顶流出，少量丙烯丙烷、甲醇、环氧丙烷、丙二醇单甲醚以及其他高沸点物质由塔底输出。 塔底输出物质又沿着物流203进入第二精馏塔(T202)，第二精馏塔中将剩余丙烯丙烷、全部环氧丙烷以及少量甲醇由塔顶溜出，剩下的高沸点物质及大量甲醇由塔底输出。 具体初步精馏工段如图37所示：图37 初步精馏工段图该工段将第二精馏塔塔顶馏出的物料301通过汽提塔(T301)，汽提塔塔顶馏出全部剩余的丙烯丙烷以及少量的环氧丙烷和甲醇，这些蒸汽通过一个冷凝器(E301)，未被冷凝的气体被输出到脱丙烷塔，被冷凝的液体回流会汽提塔。 通过反复气提，将物料中混合的气体全部分离出，塔底溜出环氧丙烷和甲醇。 具体气体洗提工段如图38所示。 图38 气体洗提工段图 PO精致工段本工段将汽提塔塔底输出的环氧丙烷及甲醇混合液体以及工艺水输入到环氧丙烷深度精馏塔(T302)进行萃取分离。 在塔顶得到较纯的环氧丙烷，塔底得到甲醇和水的混合物。 具体PO精制工段如图39所示：图39 PO精制工段图将第一精馏塔和汽提塔得到的气体输入到脱丙烷塔(T401)中，通过低温精馏，将丙烯和丙烷进行分离，丙烯由塔顶溜出再通入到物料进口进行循环，塔底溜出丙烷。 具体脱丙烷工段由图310所示：图310 脱丙烷工段图本工段将第二精馏塔塔底物流通入膜分离装置，通过膜分离技术将甲醇及水与丙二醇单甲醚分开。 具体膜分离工段如图311所示：图311 膜分离工段图本工段将膜分离后的丙二醇单甲醚与甲醇混合物流通入到脱丙二醇单甲醚塔中，通过精馏将甲醇和水由塔顶馏出，塔底的到丙二醇单甲醚产物，再将脱丙二醇单甲醚塔顶物料和膜分离后的甲醇和水的混合物通入到脱水塔中进行脱水处理。 最后，在塔顶的到较纯的甲醇进行循环。 具体甲醇循环工段如图312所示：图312 甲醇循环工段图以高质量、低损失、低能耗为指导思想，我们利用 Aspen Plus 软件完成了全流程模拟。 经文献调研以及实际模拟情况，选择热力学模型NRTL作为我们工艺流程模拟的总方程，对于不同的工段在模拟过程中对方程进行适当的修正，经调试得到结果与实际情况吻合，便达到了我们的目的。 通过流程模拟，达到了如下目的： (1)在模拟过程中，确定各关键工艺参数，对系统进行初步调优； (2)结合模拟过程，对所设工艺参数的可行性及效果进行了验证； (3)以全流程模拟所获得数据为基础，进一步完成了全流程与各单元设备物料与能量衡算。 总流程模拟如图313所示：图313 总流程模拟图反应器Aspen模拟结果如表33所示：表33 反应器模拟进料出料Temperature CPressure barVapor FracMole Flow kmol/hrMass Flow kg/hrVolume Flow cum/hrEnthalpy Gcal/hrMass Frac H2O H2O2 C3H6 C3H8 C3H6O C3H8O2 C4H10O2 CH4O O2 N2第一精馏塔Aspen模拟结果如表34所示：表34 第一精馏塔模拟物流进料塔顶出料塔底出料Temperature CPressure barVapor FracMole Flow kmol/hrMass Flow kg/hrVolume Flow cum/hrEnthalpy Gcal/hrMass Frac H2O H2O2 C3H6 C3H8 C3H6O C3H8O2 C4H10O2 CH4O O2 N2第二精馏塔Aspen模拟结果如表35所示：表35 第二精馏塔模拟物流COOUTMETH+POLIQUID2Temperature CPressure barVapor FracMole Flow kmol/hrMass Flow kg/hrVolume Flow cum/hrEnthalpy Gcal/hrMass Frac H2O H2O2 C3H6 C3H8 C3H6O C3H8O2 C4H10O2 CH4O O2 N2脱丙烷塔Aspen模拟结果如表36所示：表36 脱丙烷塔模拟物流HCC3H8C3H6AIRTemperature CPressure barVapor FracMole Flow kmol/hrMass Flow kg/hrVolume Flow cum/hrEnthalpy Gcal/hrMass Frac H2O H2O2 C3H6 C3H8 C3H6O C3H8O2 C4H10O2 CH4O O2 N2脱丙二醇单甲醚塔Aspen模拟结果如表37所示：表37 脱丙二醇单甲醚塔模拟物流ETH+METHC4H10O2METH2Temperature CPressure barVapor FracMole Flow kmol/hrMass Flow kg/hrVolume Flow cum/hrEnthalpy Gcal/hrMass Frac H2O H2O2 C3H6 C3H8 C3H6O C3H8O2 C4H10O2 CH4O O2 N2环氧丙烷深度精馏塔Aspen模拟结果如表38所示：表38 环氧丙烷深度精馏塔模拟物流PO+METHWATERINMETH3PRODUCTTemperature CPressure barVapor FracMole Flow kmol/hrMass Flow kg/hrVolume Flow cum/hrEnthalpy Gcal/hrMass Frac H2O H2O2 C3H6 C3H8 C3H6O C3H8O2 C4H10O2 CH4O O2 N2第4章 物料衡算及能量衡算 概述本项目以丙烯和双氧水为原料，通过HPPO法工艺，经四段普通精馏、一段萃取精馏分离出环氧丙烷，经列管式固定床反应器制备环氧丙烷，产物的净化步骤有：普通精馏分离丙二醇、甲醇和环氧丙烷，膜分离法分离甲醇和水，从而实现了环氧丙烷的制备，大大提高了双氧水和丙烯的利用率。 年产环氧丙烷10万吨。 设计过程中利用AspenPlus对全流程进行模拟，并在此基础上完成物料衡算、能量衡算，Aspenplus模拟流程如图41所示： 图41 Aspenplus模拟流程本流程为连续生产过程，发生化学反应的工段主要有HPPO合成工段和产物精馏工段以及物料循环工段，本厂所需主要设备有压缩机、泵、换热器、反应器、再沸器、精馏塔等，涉及到的物料主要有丙烯、双氧水、环氧丙烷、甲醇、丙二醇单甲醚、丙二醇、丙烷、水等。 输入整个生产系统的能量主要有电能、蒸汽带入的能量和进入物料的焓，输出的能量有冷却水带走的能量和输出物料的焓。 物料衡算物料衡算的基本原则质量守恒定律，利用进出化工单元过程中某些已知物流的流量和组成，通过建立有关物料的平衡式和约束式，求出其他未知物料的流量和组成。 系统中物料衡算的一般表达式为： 系统累计的质量=输入系统的质量输出系统的质量+反应生成的质量反应消耗的质量。 对于一个连续、稳态过程，可写出下式： i=1NsFixij+m=1Nrvjmrm=0(j=1,2,….,Nc)式中：Fi第i 股物流物质的量流量，流入系统时取“+” ，流出系统时取“ – ”；xij第j 组分在第i 股物流中的摩尔分数；vjm第j 股组分在第m个化学反应中的化学计量系数, 对生成物取“+”，对反应物取“”，对惰性组分为零； rm第m个化学反应的反应速率；Nr过程中所包含的化学反应个数。 对于无化学反应的稳定过程，上式又可简化为：i=1NsFixij=0(j=1,2,…., Ns)通过对系统整体以及部分主要单元的详细物料衡算，得到主、副产品的产量，原料的消耗量，“三废”的排放量以及最后产品的质量指标等关键经济技术指标，对所选工艺路线、设计流程进行定量评述，为后阶段的设计提供依据。 (1)反应工段我们将本厂系统分为四个子系统，以独立的车间为单位进行物料衡算。 本工段进料包括101(丙烯原料)、102(回流丙烯原料)、104(过氧化氢原料)、106(回流甲醇原料)、108(甲醇原料)；出料包括113(反应器出口)。 本子系统物料衡算见表41所示。 表41 反应工段物料衡算表物流进料出料101102104106108113温度 ℃压力ba。