3-创新性说明书

洛阳石化8.29万吨/年丙烷资源化利用项目 可行性研究报告 洛阳石化8.5万吨/年丙烷资源化利用项目浙江大学 TEAM 戴进成 林王旻 任 想 徐晨光 徐舒曼创新性说明书I洛阳石化8.5万吨/年丙烷资源化利用项目 创新性说明书目录第一章 清洁生产技术创新- 1 -1.1 原料清洁- 1 -1.2 生产清洁- 1 -1.3 环境清洁- 1 -第二章 过程节能技术创新- 2 -2.1 热集成- 2 -2.2 热泵精馏- 2 -第三章 新型过程设备应用技术创新- 3 -3.1 新型反应设备转化炉- 3 -3.2 新型分离设备分子筛脱水罐- 5 -3.3 新型换热设备转化炉对流段- 5 -3.4 新型反应设备填充床振荡流反应器- 6 -浙江大学Sailor- 7 -第一章 清洁生产技术创新1.1 原料清洁在原料选择方面，我们在使用炼化厂分馏产出丙烷作为生产原料，绿色催化剂：Pt系催化剂，Ti-Si分子筛，将其他厂中需要燃烧处理的废物利用起来，实现了对整个地区生态环境保护，达到了清洁生产的目的，从原料来源做到清洁生产。1.2 生产清洁在工艺选择上，我们注重清洁生产，力求原料的最大利用率，在尽可能少地损失原料的前提下进行操作，在工艺模拟中，我们采用了未转化原料循环，辅助原料甲醇循环，共沸剂苯循环。具体循环见可行性报告7.2.1物料集成。同时通过工艺路线优化，得到了物料的最大利用话。各主要循环物料的损失率都在0.1%以下，做到了工艺流程清洁化。表1-1 循环物质损失量损失物质损失量丙烷0.08%丙烯0.06%甲醇0.001kmol/hr苯0.001kmol/hr1.3 环境清洁在三废处理方面，由于工艺流程的清洁化，本工艺只产生两股废水、一股废气，其中废水中一股为浓度为99.6%的含硝酸废水，经过污水处理站后可部分中水回用用作厂区其他基本用水，另一股为含醇废水，可以直接送到火炬燃烧；而废气中一股为羰化废气，含60.5%氮气、17.9%NO、17.7%甲醇、2.6%CO和1.3%DMC的低污染废气，经过火炬燃烧后可直接排放，另一股加氢废水含有大量的有机物，可送往燃气管网作为燃料燃烧。在废物利用和三废排放中做到了环境清洁。第二章 过程节能技术创新2.1 热集成本项目使用了加点分析和热集成节能技术，运用了Aspen Energy Analyzer V8.6软件，实现了较大能量回用的换热网络设计。使厂区内的冷热物流在合理范围内自己换热，从而达到节省能量的目的。相较不采用热集成技术直接用公用工程进行换热的换热网络，能量回收率（节能率）达到41.8%。详细热集成过程见初步设计说明书附录三：能量回收的换热网络设计。2.2 热泵精馏当精馏塔的塔顶塔底温度跨越夹点的时候，如果进行热泵精馏可以有效回收一部分能量，从而使得冷热公用工程用量均可以明显减小，从而节约能量。通过热泵精馏，将功转化为热能，提升流股的温度品位，使原本不能换热的流股可以进行换热，从而使得冷热公用工程的用量均有所减少。这样，消耗少量电能（用于做功），节省大量的热量与冷量，便可以有效节约能量。通过热集成分析，T0301脱水塔塔顶底温度跨越夹点，且温差较小，对其进行热泵精馏操作，将其塔顶冷凝器取消，直接引出塔顶气相，通过压缩机加压，使得塔顶气相的温度提高一个等级，从而可以跨过夹点，给塔底的物料的汽化提供能量。其结构如图2-1所示。1-精馏塔；2-压缩机；3-节流阀；4-辅助冷却器；5-塔底再沸器图2-1 塔顶气相压缩式热本精馏流程第三章 新型过程设备应用技术创新3.1 新型反应设备转化炉丙烷脱氢工艺分为两段：第一段丙烷无氧脱氢，选用类似制氢工业一段蒸汽转化炉的管式固定床反应器； 第二段氧化脱氢，是以二段转化炉为基础设计的绝热固定床反应器。图3-1 二段转化炉示意图蒸汽脱氢管式反应器催化剂装填在竖直的炉管内，烃类原料气和一定比例的水蒸汽混合后从反应器顶部进入，流经催化剂床层后自底部引出。反应器的顶部装有燃烧喷嘴，燃料气在燃烧后提供丙烷脱氢反应所需的热量；反应器的四壁装有耐火砖以隔绝高温介质。该种工艺的反应条件比较温和，催化剂的生焦量比较少，在操作一段时间后反应器需要切换到再生状态，除去催化剂的结焦。采用两台反应器并列，各自独立操作、依次再生，每台操作周期为7h反应，1h再生。管式固定床结构如图3-2所示。图3-2 二段转化炉示意图-丙烷脱氢管式固定床反应器辐射段为箱型设计。炉内布置多排转化管。上部由可变弹簧吊架悬挂，保证转化管可自由伸缩，下部直接焊接在带有耐火衬里的下集气管上，即所谓的下支撑上吊挂结构。工艺气通过分气管与猪尾管进入转化管，分气管及猪尾管视作一个整体，采用恒力弹簧吊架悬挂支撑。炉顶设置多排强制无焰烧嘴，对转化管进行加热。每排烧嘴对应一条烟气通道。对流段以水平方式设置，分组预制成模块，现场组合而成。内部按被加热介质温度的高低不同，依次设置多组换热盘管，利用辐射段来的高温烟气对后续工序各种介质进行加热，以达到热量回收的目的。过渡段起连接辐射段和对流段并补偿两端膨胀的作用。辐射段燃烧后的高温气流从烟道排出，通过过渡段进入对流段。为保证后排各组盘管的操作温度，在过渡段设有多台平衡烧嘴，用于必要时的热量补充。该转化炉具有如下特点。（1）出口集气管设计为炉外“冷底式”结构，采用内部保温隔热结构，在中等温度下操作，免维护运行，可靠性高。（2）HP40Nb材质转化管具有更好的耐高温性能，其蠕变强度是传统HK40 合金的1.83 倍，炉管壁厚也较传统厚壁管大为降低，内外壁温差更低。氧化脱氢绝热固定床反应器采用类似合成氨工业二段转化炉的绝热固定床反应器。其主要作用是将前段反应器出口气体与HPPO工艺中副产的富氧气流混合，通过燃烧部分氢气，以自热形式提供热量促进丙烷进一步脱氢。氧化脱氢反应器结构如下图3-3所示。图3-3 丙烷氧化脱氢反应器3.2 新型分离设备分子筛脱水罐丙烷脱氢工段产物进入冷箱进行深冷分离之前需要进行彻底脱水，我们采用分子筛脱水技术。分子筛脱水是一个物理吸附过程。物理吸附主要由范氏引力或扩散力所引起，气体的吸附类似于气体的凝聚，一般无选择性，是可逆过程，吸附热小，吸附所需的活化能小，所以吸附速度快，较易达到平衡。目前工业用的脱水吸附器主要是固定床吸附塔，为保证装置连续操作，至少需要两个吸附塔。分子筛工艺一般分为两塔流程、三塔或多塔流程。在两塔流程中，一塔进行脱水操作，另一塔进行吸附剂的再生和冷却，然后切换操作。在三塔或多塔流程中，受进料条件等因素影响切换程序可以有多种选择，例如三塔流程可采用一塔吸附、一塔再生、另一塔冷却或二塔吸附、一塔再生及冷却的切换程序。本工段中采取分子筛两塔吸附脱水流程。分子筛脱水由吸附和再生两部分组成，吸附采用双塔流程，再生加热气和冷吹气采用干气，加热方式采用导热油炉加热。其主要设备由分子筛吸附器、再生气加热炉、再生气冷却器、再生气分离器。3.3 新型换热设备转化炉对流段本设备中转化炉预热段主要起到预热原料，副产蒸汽的作用。对流段以水平方式设置，分组预制成模块,到厂吊装组合即可,内部按被加热介质温度的高低不同，依次设置5组换热盘管。其中前2组为光管,后3组为翅片管。图3-4 转化炉对流段示意图靠近辐射室端为高温侧，远辐射室端为低温侧。对流段设置5组加热盘管。在高温侧有3组盘管：急速锅炉、原料预热器、蒸汽过热器。在对流段的低温侧有2组加热盘管：空气预热器、锅炉给水预热器。为强化传热，对流段加热盘管分为光管和翅片两种。在烟道气入口端，由于烟气温度很高易含有明火，以辐射传热为主，故采用光管。在对流传热占主要部分的加热盘管，则广泛采用翅片管，低温侧部分盘管全部为翅片管。对流段这种布置方式的最大特点是结构紧凑，投资省，占地面积少，能充分利用余热。3.4 新型反应设备填充床振荡流反应器填充床振荡流反应器的示意图如图3-5所示。图3-5 填充床振荡流反应器示意图该反应器的设计过程与列管式固定床反应器相同，在满足设计与校核要求的反应器的入口处添加一脉冲振荡发生器，振荡发生器产生的脉冲振荡叠加在流体平均流速上，推