年产20万吨丙烯烃项目初步设计说明书(编辑修改稿)

年产20万吨丙烯烃项目初步设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

我国乙烯和丙烯的市场缺口较大，特别是近年来丙烯的需求增长已超过乙烯。 由于需求强劲，一般的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的需求，因此人们纷纷研究开发增产丙烯的新技术，甲醇制丙烯技术就是其中之一。 由此可见，乙烯和丙烯的市场前景广阔，特别是国内的丙烯生产原料不足，市场需求增长较快，更为市场所看好。 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 10 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。 川区主要分布于黄河两岸，平均海拔 1540 米，地势平坦。 气候 属温带半干旱气候，山区垂直性气温变化较显著。 年平均气温 ℃ ，最高 ℃ ，最低－ ℃。 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 万亩，其中山塬地 万亩，河谷川地 万亩。 有果园 万亩。 林地 万亩，草地 万亩，水域 2 万亩。 未开发利用土地 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 11 第三章 工艺设计方案 概述 本项目的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 分厂的催化裂化生产制备以乙烯、丙烯为主的烯烃，并考虑 C4+组份的综合利用。 尽量采取可行的措施减少系统对环境的不利影响，并对排出的污染物提出合理的治理方案。 生产规模 本设计拟建产量为 20 万吨 /年的 丙烯 厂， 同时年产 万吨的高聚合度乙烯产品， 以满足各个行业对其日益增长的需求。 工 艺方案选择 流程模拟说明 在对整个工艺流程提出方案以后，我们要做的就是通过计算得出每一个设备、每一股物流的工艺参数。 然而如果通过手算，这个工作量是相当大的，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。 我们选择了当前主流的化工模拟计算软件 — aspen plus来模拟计算整个工艺过程。 我们要模拟的是由富含烯烃的混合 C4 烃催化裂解生产丙烯的整个工艺过程，实际生产中，这是一个相当复杂的过程，但是由于条件 12 限制，而且软件有其局限性，这就要求我们不得不做出一些合理的假设因为我们必须使工作进行下去 ，这些假设将在后面的陈述中一一说明。 生产任务 我们的目标是年产 20 万吨丙烯，并联产乙烯和丙烷，在保证产量和质量的前提下，我们必须使产品的回收率达到 97%以上。 合成工段的模拟 模拟说明及相关假设 混合 C4 烯烃催化裂解反应非常复杂，而且其反应机理尚无定论，我们无法得知其确切的反应以及动力学数据。 于是，我们决定根据任丽萍、赵国良、滕加伟、王仰东、谢在库教授于 20xx 年发表的《 La修饰 ZSM 5 分子筛催化剂用于烯烃催化裂解制丙烯》一文中给出的相关数据，通过收率反应器模拟计算，我 们又根据相关文献及报道，做出如下假设：○ 1C5+烃以己烯为模型；异丁烯不参与裂解；○ 2 烷烃的存在不影响裂解；○ 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。 合成工段工艺参数 催化剂 目前，在已经工业化，或者即将工业化的技术中，其催化剂有以下几种，即：○ 1Superflex 工艺特制的流化床专用催化剂；○ 2OCP 13 工艺固定床专用催化剂；○ 3Propylur 工艺固定床 ZSM5 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 工艺的关键技术我们是无法得知的，综合考虑，只有选择 ZSM5 分子筛催化剂才能使我们的工作进行下去。 温度 根据朱向学等于 20xx 年发表的《丁烯催化裂解制丙烯 / 乙烯反应的热力学研究》一文，我们得知反应温度在 550~620℃时烯烃具有较高的转化率，并且丙烯具有较高选择性。 操作压力 根据朱向学等于 20xx 年发表的《丁烯催化裂解制丙烯 / 乙烯反应的热力学研究》一文，当压力在 MPa 时 ,随着压力的升高，丙烯的平衡浓度有所增长。 水蒸气用量 水蒸气的作用主要是稀释剂和清焦，可提高烯 烃的转化率，并且延长设备寿命。 但是过多使用水蒸气又会造成生产成本急剧增加，并且给后续工段的分离带来困难，同样根据《丁烯催化裂解制丙烯 / 乙烯反应的热力学研究》一文，当烃分压在 左右时即可使其转化率达到 40%以上。 综合考虑，我们决定每小时通入 2500KG 水蒸气，其主要作用是清焦，兼顾稀释剂的作用。 反应器 我们已经决定使用 ZSM5 分子筛催化剂，参考 Propylur 工艺， 14 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 / 乙烯反应的热 力学研究》一文中指出，适当提高进料空速（ ~） h1 可提高丙烯的选择性。 合成工段工艺参数初步确定之后我们又参考诸多文献及工艺，最终做出如下决定： 表 31 Aspen Plus 流程模拟 合成工段物料衡算 Aspen plus 模拟合成工段示意图如下 物料衡算列表如下 催化剂 温度 压力 水蒸气用量 反应器 空速 HZSM5 580℃ 2500KG/h 固定床列管式反应器（外热式） 15 表 32 Stream ID Feed C1out H1out Steam M1out H2out Reout 温度 (℃ ) 25 300 295 580 550 压力 (bar) 气相分率 1 1 1 1 1 1 1 摩尔流率 (kmol/hr) 质量流率 (kg/hr) 750000 75000 75000 75000 77500 77500 77500 MASS FLOW (kg/hr) C4H81 33450 33450 33450 33450 33450 C4H85 150 150 150 150 150 150 C4H82 C4H83 18480 18480 18480 18480 18480 C4H101 C4H102 4800 4800 4800 4800 4800 4800 C6H123 H2O 2500 2500 2500 2500 C3H62 C2H4 C3H8 MASS FRACTION C4H81 C4H85 C4H82 C4H83 C4H101 C4H102 C6H123 H2O 1 C3H62 C2H4 C3H8 16 预分离工段物料衡算 Aspen plus 模拟预分离工段流程图如下： 物料衡算列表如下 表 33 Stream ID H3OUT H4OUT F1OUT1 F1OUT2 C2OUT H5OUT H6OUT 温度 (℃ ) 300 40 40 40 25 5 压力 (bar) 3 3 3 气相分率 1 1 0 1 摩尔流率 (kmol/hr) 质量流率 (kg/hr) 77500 77500 3 3 3 3 MASS FLOW (kg/hr) C4H81 C4H85 150 150 150 TRACE 150 150 150 C4H82 C4H83 C4H101 C4H102 4800 4800 4800 TRACE 4800 4800 4800 C6H123 TRACE H2O 2500 2500 17 C3H62 C2H4 C3H8 MASS FRACTION C4H81 33PPB C4H85 TRACE C4H82 22PPB C4H83 32PPB C4H101 12PPB C4H102 2PPB C6H123 TRACE H2O 1 C3H62 873PPB C2H4 907PPB C3H8 21PPB 表 34 Stream ID F2OUT1 F2OUT2 SEPOUT1 SEPOUT2 Temperature(℃ ) 5 5 5 5 Pressure(bar) 3 3 3 3 Vapor fraction 1 0 1 0 Mole flow (kmol/hr) Mass flow (kg/hr) C4H81 C4H85 150 TRACE 150 C4H82 TRACE C4H83 C4H101 TRACE C4H102 4800 TRACE 4800 C6H123 TRACE H2O C3H62 C2H4 C3H8 TRACE C4H81 8PPB 18 C4H85 TRACE C4H82 7PPB C4H83 9PPB C4H101 2PPB C4H102 TRACE C6H123 TRACE H2O 925PPM 1 C3H62 404PPB C2H4 646PPB C3H8 7PPB 分离工 段物料衡算 asnpen plus 模拟计算示意图如下： 物料衡算列表如下： 表 35 Stream ID F2OUT1 SEPOUT1 SEPOUT2 C3OUT C2C3 C4 C4OUT Temperature (℃ ) 19 Pressure (bar) Vapor fraction Mole flow (kmol/hr) Mass flow (kg/hr) MASS FLOW (kg/hr) C4H81 C4H85 C4H82 C4H83 C4H101 C4H102 C6H123 C3H62 C2H4 C3H8 MASS FRACTION C4H81 11PPM 11PPM C4H85 245PPM 245PPB C4H82 40PPB 40PPB C4H83 257PPB C4H101 1PPM 1PPM C4H102 16PPM 16PPM 20 C6H123 H2O 925PPM 1 C3H62 100PPM C2H4 C3H8 45PPM 表 36 Stream ID C2H4 BX+BW PUOUT BX BW+BX BX2 BW Temperature(℃ ) Pressure(bar) Vapor fraction Mole flow (kmol/hr) Mass flow (kg/hr) MASS FLOW (kg/hr) C4H81 C4H85 C4H82 C4H83 C4H101 C4H102 C6H123 H2O C3H62 C2H4 C3H8 MA。