word20100-项目摘要

30万吨/年PDH项目项目摘要目录一、项目简介2二、工艺介绍2原料及产品方案2工艺流程3三、设备与控制4设备选型与设计4控制方案4四、节能降耗4夹点技术4热泵精馏5有机朗肯循环6其他6五、安全与环境6安全风险分析7HAZOP分析7三废处理7ALOHA分析7六、厂址选择与厂区布置7总厂布置8车间及管道布置9七、经济效益分析9八、总结10一、项目简介丙烯是重要的有机化工原料，除了用于制造聚丙烯（约占60%）外，还作为生产丙烯腈、丁醇、辛醇、环氧丙烷、异丙苯及壬基酚等下游产品的主要原料。当前，世界丙烯需求增长率己经高于乙烯，丙烯/乙烯需求比例呈持续增高的趋势。国内丙烯处于供不应求的局面，市场缺口虽有所减小，但依然存在。未来几年，虽然国内规划有多套丙烷脱氢装置建设，但根据目前各家企业的生产状况来看，各套装置均有完善的下游配套设施，而煤制烯烃项目也基本完全配套，因此进入市场的丙烯商品量仍然不多。未来丙烯供应短缺还将加剧。丙烷脱氢制丙烯项目如果能够在国内建设，将缓解我国丙烯供不应求的现状。目前我国丙烯供不应求的局面为广东惠州大亚湾石化园区发展丙烯项目提供了大好机遇。本着资源化化利用能源的思想和“低碳、安全、环保”的理念，在大量文献调研的基础上，创新性利用中海油惠州炼化总厂的液化石油气资源，设计一座年产30万吨丙烯的分厂。项目采用Oleflex工艺丙烷脱氢生产丙烯，具有安全可行、生产效率高、能源利用合理等特点。二、工艺介绍 原料及产品方案本产品主要原料是液化石油气，量为58.61万吨/年，具体组成如下：表2-1 液化石油气组成表成分乙烷乙烯丙烷丙烯异丁烷含量(w%)1.710.0134.4225.8222.58成分正丁烷丁烯丁二烯硫化氢甲硫醇含量(w%)5.525.464.450.010.02本项目的产品，包括聚合级丙烯、C4液化气、氢气等，其规格如表2-2所示：表2-2 本项目产品规格名称年产量单位备注主产品丙烯32.26万吨聚合级副产品氢气1.51万吨99.99wt%C4液化气22.39万吨99.6wt%，自用其中3.5万吨低压蒸汽10.02万吨急冷锅炉副产、自用其中7.2万吨C2燃料气2.05万吨93wt%、自用PSA副产燃料气1.13万吨/年自用 工艺流程本项目采用液化石油气制取丙烯路线，历经原料预处理（第一工段），丙烷脱氢反应工段（第二工段），氢气分离及选择性加氢工段（第三工段），得到聚合级丙烯，副产C4液化气，C2燃料气，高纯度氢气等产品。图2-1 产品总工艺路线图液化石油气（LPG）脱硫后进入脱丙烷塔、脱乙烷塔、丙烯精制塔（原料预处理工段）进行原料预处理，得到99.6wt%聚合级丙烯产品和高纯度丙烷。高纯度丙烷与新鲜氢气、经变压吸附的99.99wt%的循环氢气混合进入“丙烷脱氢反应工段”进行丙烷脱氢反应，反应产物进入“氢气分离及选择加氢工段”经过急冷、多级压缩、丙烯-乙烯复叠式制冷分离出富氢气和丙烯、丙烷混合物，富氢气经变压吸附得到99.99wt%氢气，丙烯、丙烷混合物与变压吸附产品氢气混合进入选择加氢反应器，反应产物循环回脱乙烷塔，脱去轻组分。三、设备与控制 设备选型与设计本项目根据Aspen Plus的模拟结果，我们对工艺流程中的丙烷脱氢反应器R0201、脱丙烷塔T0102、换热器E0302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COMSOL Multiphysics对丙烷脱氢反应进行反应体积的模拟以及反应器的长径比的优化和确定。利用SW6-2011及KG-Tower软件对流程中的全部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EDR和SW6-2011对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、压缩机、储罐、气液分离器、回流罐等设备进行了合理选型。 控制方案在本项目设计中，我们首先考虑了正常生产时的稳态控制策略。我们设计的控制系统主要由DCS集散型控制系统组成，主要用信息反馈来控制泄压阀的开启、阀门流量以及显示各压力容器和管路的压力、温度、液位等。用到的复杂控制系统有进料量的比值控制、塔顶温度-回流量串级控制、塔釜液位-出料量均匀控制等。反应器控制中，我们设置独立于DCS控制系统，安全级别高于DCS控制系统的ESD紧急停车系统进行反应器内温度的联锁保护，当生产装置出现紧急情况时，不需要经过DCS系统，而直接由ESD发出保护联锁信号，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成巨大损失。对一些关键设备，特别是塔设备，我们考虑了非正常情况下（进料流量发生）控制，利用Aspen Dynamics软件对其进行了动态模拟。四、节能降耗 夹点技术通过使用Aspen Energy Analyzer软件，根据夹点设计法，结合本厂设备布置的实际情况，将全厂分为三个车间，在满足设计目标公用工程费用最小和设备费用最小的情况下，对全厂设计出最优的冷热流股匹配方案。图4-1 全厂匹配后的换热网络全厂节能效果如下表所示：表4-1 全厂冷热公用工程对比项目热公用工程/kW冷公用工程/ kW匹配前4.4371048.869104匹配后2.9431047.376104物流匹配节能百分率33.67%16.83% 热泵精馏在原料预处理工段中丙烷和丙烯分离塔采用了热泵精馏技术，流程图如下：图4-3 丙烯精制热泵双塔模拟流程图使用热泵精馏技术后的节能效果如下表所示：表4-2 普通精馏与热泵精馏能耗对比项目冷凝器负荷（kW）再沸器负荷（kW）普通精馏57551.857271.8热泵精馏16766.40电热能转化：50959.139总节能效果41.02% 有机朗肯循环由变压吸附吸附的循环氢气压力为11bar，需要降压至2.5bar才能与丙烷混合进入丙烷脱氢装置。因此采用膨胀机降压至2.5bar，膨胀机出口温度为-76.9。降压后的氢气属于低温热源可以通过有机朗肯循环回收其冷量，带动汽轮机发电。图4-4 有机朗肯循环模拟流程图利用有机朗肯循环可以将-76.9的氢气温度升至3，回收了其冷能，并产生298.845kW的电能带动发电机转动。 其他本项目中，加热炉产生的高温烟道气用来产中压蒸汽借以驱动汽轮机，急冷锅炉将副产低压蒸汽。五、安全与环境 安全风险分析本项目采用RiskSystem软件对工厂的罐区及生产区进行了重大危险源辨识，并根据物质的物性进行了罐区物质的源相分析，继而根据源相分析的结果进行了池火事故模型预测、沸腾液体扩展蒸汽爆炸预测、蒸汽云爆炸模型预测分析了事故的伤害范围。采用道化学火灾、爆炸危险指数评价对重大危险源进行风险预评估。 HAZOP分析本项目采用HAZOP分析方法，分别以脱丙烷塔（T0102）、C4液化气储罐、脱丙烷塔塔顶冷凝器为节点进行分析。根据该设备可能产生的偏差如：进料流量增大、回流比增大等进行系统分析，根据分析结果对可能产生的危险源和隐患进行有效的预测，研究出偏离后果如：传热效果下降，分离效果降低等，采取一系列安全措施如：液位指示、进料流量控制等，以此实现对该设备和系统的稳定控制。 三废处理废水处理采用采用三级处理工艺，由预处理、生化处理、深度处理组成。预处理后用A/O生化处理工艺达到一级排放标准，然后用多介质过滤器和活性炭过滤器进一步去除悬浮物质和有机物。事故状态时，高浓度有机污水切换至事故池，然后用事故污水泵定量送入污水调节池。废气送往预处理装置处理后高空燃烧排放。催化剂由厂家回收再利用。三废安全排放无污染。并且，选用低噪音设备，做好隔声、消声、吸声措施。另外，在厂区进行绿化，改善生态平衡。 ALOHA分析在厂区布置中使用ALOHA软件对危险有害物质进行了事故伤害范围的模拟，总图布置严格按照石油化工企业设计防火规范等设计规范。六、厂址选择与厂区布置厂址选在广东省惠州市惠阳区环大亚湾经济园石化园区内，园区作为广东省石油化工重点发展的化学工业基地之一，公共设施完善，企业集群使内部产业链优势明显。原料液化石油气直接来自园区内中海石油炼化有限责任公司惠州炼油分公司，方便快捷。三废处理、公用工程均有配套产业供应。园区还得到了政府的政策扶助优惠和资金技术支持，注重产业的健康可持续发展。 总厂布置总图布置贯彻“十分珍惜和合理利用每寸土地，切实保护耕地”的基本国策，因地制宜，节约用地，提高土地利用率。坚持做到：符合国情，布置合理，生产安全，技术先进，保护环境，节省投资，运营费低。根据人车分离理念，分设车流通道和人员通道，减少交通阻力。采用了平行布置，将生产区与生活区布置在厂区径向干道两侧，使二者互不影响。并且根据紧凑集中理念，合理布置厂区内建筑及车间位置，达到高效稳定安全的生产布置。厂区长360m，宽260m，总占地面积96200m2，主要包括厂前区、生产辅助区、生产区和储运区等区域。我们使用AutoCAD进行厂区的平面设计（厂区平面布置图如图6-1所示），并用PDMS、Sketch Up、Lumion等软件绘制了厂区的立体效果图，有助于直观地了解厂区的全貌。图6-1 厂区总平面布置图 车间及管道布置本项目使用PDMS对三个工段进行了设备布置和详细的管道布置，确定了管道的走向，并得到了每根管道的轴测图。另外，还利用AutoCAD对进行了设备布置图的绘制。车间三维布置图如图6-2所示。图6-2 车间三维布置图七、经济效益分析过对该项目进行投资估算和财务评价，全厂的综合经济技术指标如表7-1所示。表7-1 综合经济技术指标序号指标名称单位数值1设计规模万吨/年302占地面积平方米962003建筑面积平方米279254年操作时间小时/年80005工程项目总投资万元59290.996固定资产投资万元38577.937直接材料费万元/年214405.248总定员人1309年成本费用万元/年241508.9410全厂总产值万元/年287574.0011年净利润总额万元/年29369.7812投资利润率%49.5313投资利税率%77.6914内部收益率%32.0015投资回收期年5.1716投资净现值（税后）万元/年58127.53八、总结本项目依据化工设计相关规范，完成了Oleflex法丙烷脱氢30万吨/年丙烯生产项目的初步设计。项目采用Aspen Plus完成了全流程的模拟计算，根据模拟结果采用夹点技术结合Aspen Energy Analyzer进行热集成分析，大幅降低能耗；利用KG-Tower和SW6等软件进行了设备设计与校核；采用Comsol Multiphysics进行了反应器设计和