【文章內(nèi)容簡介】 ............................................................................... 78 廠內(nèi)運(yùn)輸設(shè)計(jì)要求 ................................................................................................... 78 本廠運(yùn)輸設(shè)計(jì) ........................................................................................................... 78 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 79 項(xiàng)目初 步設(shè)計(jì)說明書 1 1 總論 項(xiàng)目綜述 丙烯是源自石油、煤、天然氣的重要基礎(chǔ)有機(jī)化工原料，全球丙烯的產(chǎn)能已超 1億噸 /年，隨著我國今后幾年中丙烯產(chǎn)能的快速增長，加快除聚丙烯以外的丙烯化工的綜合發(fā)展已成為我國烯烴化工可持續(xù)發(fā)展成為重要課題。 本項(xiàng)目的目標(biāo)是為一石油化工綜合企業(yè)設(shè)計(jì)一座異丙苯的分廠 ，采 用丙烯和石油苯作為原料經(jīng)濟(jì)價(jià)值更高的異丙苯，同時(shí)產(chǎn)生副產(chǎn)物二異丙苯、重芳烴。除考慮到主產(chǎn)物異丙苯的經(jīng)濟(jì)效益外，還考慮到副產(chǎn)物的出路問題。 同時(shí)需要考慮盡可能減少對自然環(huán)境的污染以及對污染的治理措施。 設(shè)計(jì)依據(jù) 1) 國 家經(jīng)濟(jì)、建筑、環(huán)保相關(guān)政策，黑龍江省、大慶市化 工工程建設(shè)相關(guān)建設(shè)規(guī)劃 。 2) 化 工工程設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定 。 3) 《化工工廠初步設(shè)計(jì)文件內(nèi)容深度規(guī)定》（ 2021 年 06 月 01 日國家石油和化工工業(yè)局發(fā)布）及有關(guān)專業(yè)的國家標(biāo)準(zhǔn) 4) 2021 年第七屆 ―三井杯 ‖化工設(shè)計(jì)大賽 參賽指導(dǎo)書 。 5) 項(xiàng)目可行性 報(bào)告。 [1] 設(shè)計(jì)思想及原則 1) 所選擇的工藝技術(shù)應(yīng)先進(jìn)、適用、可靠，保證項(xiàng)目投產(chǎn)后，能安全、穩(wěn)定、長周期、連續(xù)運(yùn)行。 2) 所選擇的設(shè)備和材料必須可靠，且盡可能國產(chǎn)化。 3) 充分依托現(xiàn)有社會(huì)公共設(shè)施，以降低投資，加快項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度，采取切實(shí)可行的措施節(jié)約用水。 4) 貫徹主體工程與環(huán)境保護(hù)、勞動(dòng)安全和工業(yè)衛(wèi)生、消防同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)建設(shè)、 項(xiàng)目初 步設(shè)計(jì)說明書 2 同時(shí)投產(chǎn)。 5) 消防、衛(wèi)生及安全設(shè)施的設(shè)置必須貫徹國家關(guān)于環(huán)境保護(hù)、勞動(dòng)安全的法規(guī)和要求，負(fù)荷石油化工行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 6) 所選擇的產(chǎn)品方案和技術(shù)方案應(yīng)是優(yōu)化的方 案，以最大程度減少投資，提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益和抗風(fēng)險(xiǎn)能力?？茖W(xué)論證項(xiàng)目的技術(shù)可靠性、項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)事求是的作出研究結(jié)論 . 7) 促進(jìn)國丙烯工業(yè)綜合發(fā)展，提高我國丙烯工業(yè)的產(chǎn)業(yè)多樣性，是我國丙烯化工實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。 [3] 工藝特點(diǎn) 采用固定床催化反應(yīng)器，大大提高主產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率，減少了混合物分離操作的成本，減少了能耗的使用。 產(chǎn)品及原料方案 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)年產(chǎn)異丙苯 10 萬噸，采用石油苯 和丙烯作為原料，在催化劑作用下進(jìn)行生產(chǎn)。原料苯選用中國石油大慶石化煉油廠的產(chǎn)品石油苯。原料丙烯選用中國石油大慶石化公司化 工一廠生產(chǎn)的產(chǎn)品丙烯。主產(chǎn)物為異丙苯 ,副產(chǎn)物二異丙苯 、 重芳烴 。 輔助設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用 在本設(shè)計(jì)中，應(yīng)用了以下輔助設(shè)計(jì)工具軟件： 用 AutoCAD 2021 進(jìn)行制圖； 用 Aspen Plus 進(jìn)行流程模擬和工藝優(yōu)化； 用 Aspen Energy Analyzer 進(jìn)行熱能集成優(yōu)化； 用 Autodesk 3dsMax Design2021 制作三維廠區(qū)效果圖 。中北大學(xué) 重結(jié)晶隊(duì) 項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)說明書 3 2 廠址選擇 選擇原則 廠區(qū)選擇基本原則 (1) 廠址應(yīng)符合國家工業(yè)布局，城市或地區(qū)的規(guī)劃要求。 (2) 廠 址宜選在原料、燃料供應(yīng)和產(chǎn)品銷售便利的地區(qū)。 (3) 廠址應(yīng)靠近水量充足、水質(zhì)良好的水源地。 (4) 廠址應(yīng)盡可能靠近原有交通線，即交通運(yùn)輸便利地區(qū)。 (5) 廠址地區(qū)應(yīng)具有熱、電的供應(yīng)。 (6) 選址時(shí)注意節(jié)約用地，不占用或少占用良田。廠區(qū)的大小、形狀和其條件應(yīng)滿足工藝流程合理布置的需要，并應(yīng)有發(fā)展的余地。 (7) 選址得注意當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境條件，并對工廠投產(chǎn)后可能造成的環(huán)境影響做出預(yù)評價(jià)。 (8) 廠址應(yīng)避開低于洪水位或在采取措施后仍不能確保不受水淹的地段。 (9) 廠址附近應(yīng)建立生產(chǎn)污水和生活污水的處理裝 置。 (10) 廠址應(yīng)不妨礙或不破壞農(nóng)業(yè)水利工程，就盡量避免拆遷。 (11) 廠址應(yīng)具有滿足建設(shè)工程需要的工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件。 (12) 散發(fā)有害物質(zhì)的工業(yè)企業(yè)廠址，應(yīng)位于城鎮(zhèn)相鄰工業(yè)企業(yè)和居住區(qū)全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)，且不應(yīng)位于窩風(fēng)地段。 [3] 廠址選定 黑龍江省大慶市龍鳳區(qū) ,龍鳳區(qū)位于黑龍江省西部、大慶市東部，是大慶中心城的 ―三顆星 ‖之一，東部與大慶高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)隔路相望，西鄰大慶石油管理局采油二廠、四廠，北靠大慶市人民政府，南與安達(dá)市接壤。龍鳳區(qū)地域廣闊，共分龍鳳、臥里屯、興化三 個(gè)區(qū)塊。下轄一鎮(zhèn) —龍鳳鎮(zhèn)，面積 410 平方公里，人口 20 萬， 其中，農(nóng)村人口 萬，現(xiàn)有耕地面積 萬畝，草原面積 萬畝，荒水面積 萬畝。有 ―一田三草二水五分荒 ‖之稱，極具開發(fā)前景 。 中北大學(xué) 重結(jié)晶隊(duì) 項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)說明書 4 地理位置 大慶市龍鳳區(qū)位于大慶市東部，是三個(gè)中心城區(qū)之一。轄區(qū)面積 410 平方公里，人口 萬。區(qū)轄 1 個(gè)鎮(zhèn)、 5 個(gè)街道辦事處，轄區(qū)內(nèi)有大慶石化總廠、大慶石化公司等中、省、市直企業(yè) 38 家。大慶石油化工總廠、大慶石化公司創(chuàng)建于 1962 年，經(jīng)過 40多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了油、化、纖、肥、塑一體化的生產(chǎn)格局?，F(xiàn)有生產(chǎn) 裝置和輔助裝置 112 套，原油一次加工能力 600 萬噸 /年，年產(chǎn)汽、煤、柴、潤四大類產(chǎn)品 300 多萬噸?？缮a(chǎn)石油化工產(chǎn)品 77 種 303 個(gè)牌號，產(chǎn)品暢銷全國 28 個(gè)省、市、自治區(qū)，遠(yuǎn)銷世界 29 個(gè)國家和地區(qū)。大慶石化已成為我國重要的石化產(chǎn)品生產(chǎn)基地之。 原料和市場 中石油大慶石化公司位于大慶市每年的 生產(chǎn)大量石油苯和丙烯 為我公司提供了充足的原料來源 。本區(qū)有大慶石化總廠、大慶石化公司等中、省、市直企業(yè) 38 家， 已經(jīng)形成了油、化、纖、肥、塑一體化的生產(chǎn)格局 。 自然狀況 大慶光照充足，降水偏少，冬長嚴(yán)寒，夏秋涼爽。全 市年平均氣溫 ℃ ，最冷月平均氣溫 ℃ ，極端最低氣溫 ℃ ；最熱月平均氣溫 ℃ ，極端最高氣溫 ℃ ，年均 無霜期 143天；年均風(fēng)速 ，年 16級風(fēng)日數(shù)為 30天；年降水 mm，年蒸發(fā) 635 mm，年干燥度為 ，大陸度為 ；年日照時(shí)數(shù)為 2726 小時(shí)，年太陽總輻射 量 。 由于地處溫帶季風(fēng)性氣候所以受溫帶和季風(fēng)共同影響，大慶市年氣候變化多端，春夏秋冬四季，寒來暑往，周而復(fù)始的循環(huán)。冬季受大陸冷高壓控制影響，盛行偏北風(fēng)，寒冷少雪，熱量嚴(yán)重匱乏；夏季受副熱帶海洋氣團(tuán)影響，盛行偏南風(fēng)， 夏季 前期干熱，后期降水集中且變率大，時(shí)有旱澇；春秋兩季為過渡季節(jié) ， 春季 冷暖多變，干旱多風(fēng)，風(fēng)借旱情，旱助風(fēng)威， 水資源 嚴(yán)重匱乏；秋季多寒潮，降溫急劇，春溫高于秋溫，春雨少于秋雨。 中北大學(xué) 重結(jié)晶隊(duì) 項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)說明書 5 大慶市氣候受大陸的影響遠(yuǎn)甚于海洋，陸地因素在氣候形成中起決定作用，全市大陸度 K 在 ~ 之間（遠(yuǎn)大于 50），為典型的大陸性 氣候。由于氣候的大陸性和季風(fēng)交替共同影響，在春季的增溫和秋季的降溫過程中，溫度升降頻繁且劇烈；同時(shí)，由于晴天日數(shù)多，晝夜溫度變差大。 年日照時(shí)數(shù)在 2600 至 2900 小時(shí)，生長期（五至九月）日照時(shí)數(shù)為 1300 至 1350 小時(shí)。 年降水量在 400 至 550 毫米之間，生長期降水量一般在 350 至 480 毫米之間，占年降水量的 85%以上。中北大學(xué) 重結(jié)晶隊(duì) 項(xiàng)目 初步 設(shè)計(jì)說明書 6 3 工藝 流程 設(shè)計(jì) 及優(yōu)化 設(shè)計(jì)目標(biāo) 概述 本項(xiàng)目的目標(biāo)是為中石油大慶石化建立一座以異丙苯為主要產(chǎn)品的分廠。要求以丙烯和苯為原料，其中丙烯由中石化生產(chǎn)過程催化裂化生產(chǎn)出來，苯 由外購入，兩者在優(yōu)化的化工工藝中反應(yīng)生成異丙苯，異丙苯作為中間產(chǎn)物或其他用途售予其他化工廠或單位個(gè)人。盡量采取可可行的措施減少系統(tǒng)對環(huán)境的不利影響，并對排出的污染物提出合理的治理方案。 生產(chǎn)規(guī)模 由于各行業(yè)對異丙苯的需求， 本場建設(shè)規(guī)模定為每年生產(chǎn)異丙苯 10萬噸。 合成異丙苯基本工藝流程 目前工業(yè)上合成異丙苯所用的催化劑不盡相同，但其工藝流程基本相同。原料丙烯經(jīng)過預(yù)處理進(jìn)入到烷基化反應(yīng)器，原料苯經(jīng)過預(yù)處理送到苯塔，在苯塔中進(jìn)行脫水后由側(cè)線才出送到烴化和反烴化反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)液混合 后送入分離系統(tǒng)，即依次送到苯塔，異丙苯塔，二異丙苯塔進(jìn)行分離，在苯塔塔頂脫出苯，水等組分，在異丙苯塔頂?shù)玫疆a(chǎn)品異丙苯，二異丙苯塔側(cè)線得到二異丙苯送回反烴化反應(yīng)器，副產(chǎn)物重芳烴由二異丙苯塔釜采出。 [4] 中北大學(xué) 重結(jié)晶隊(duì) 項(xiàng)目 初步 設(shè)計(jì)說明書 7 圖 31 合成異丙苯原工藝流程簡圖 異丙苯合成過程中存在的問題是：二異丙苯由二異丙苯塔側(cè)線采出返回反烴化反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，而烴化反應(yīng)生成的重芳烴三異丙苯?jīng)]有經(jīng)過任何處理直接有塔釜排除，既造成了重組分的排放也增加了單位產(chǎn)品的原料消耗和能量消耗。針對此問題，本節(jié)對異丙苯合成過程中的分離工段的二異丙苯塔進(jìn)行了優(yōu) 化，從而對異丙苯合成工藝進(jìn)行節(jié)能改造。 [5] 二異丙苯的優(yōu)化 優(yōu)化流程 在二異丙苯塔中增加一個(gè)下側(cè)線采出以回收三異丙苯。采出物進(jìn)入反烴化反應(yīng)器。三異丙苯和反烴化反應(yīng)器中多余的苯發(fā)生反應(yīng)生成二異丙苯，二異丙苯進(jìn)一步反烴化生成異丙苯。因此在苯與丙烯進(jìn)料不變的情況下，異丙苯產(chǎn)量增加，從而降低了單位產(chǎn)品的能耗。 圖 32 合成異丙苯優(yōu)化流程工藝 中北大學(xué) 重結(jié)晶隊(duì) 項(xiàng)目 初步 設(shè)計(jì)說明書 8 優(yōu)化流程分析 1) 二異丙苯塔下側(cè)采出時(shí)苯塔冷凝器和再沸器能耗，圖 33 說明，隨下側(cè)采出量的增加，冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷都逐漸增加，但因 為總產(chǎn)量的增加而是單位產(chǎn)品上的冷凝器和再沸器負(fù)荷逐漸降低，與原流程相比，單位產(chǎn)品苯塔冷凝器負(fù)荷最大可降低 5%，單位產(chǎn)品再沸器負(fù)荷最大可降低 %。 [6]由此說明二異丙苯塔增加一個(gè)下線采出時(shí)，苯塔能夠達(dá)到節(jié)能降耗的目的。 [8] （ a） 1冷凝器負(fù)荷； 2單位產(chǎn)品的冷凝負(fù)荷，采出量為零時(shí)即為原流程 （ b） 1再沸器熱負(fù)荷； 2單位產(chǎn)品的再沸器負(fù)荷 圖 33 隨二異丙苯塔新增側(cè)線采出量變化苯塔熱負(fù)荷變化曲線 2) 二異丙苯塔下側(cè)采出量的變化對異丙苯塔冷凝器和再沸器能耗的影響 圖二說中北大學(xué) 重結(jié)晶隊(duì) 項(xiàng)目 初步 設(shè)計(jì)說明書 9 明隨二異丙苯塔下 側(cè)采出量的增加，異丙苯塔的冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷逐漸增加，但因?yàn)楫惐剿敭a(chǎn)品總量增加從而使單位產(chǎn)品上的冷凝器和再沸器負(fù)荷都逐漸降低，由此說明二異丙苯塔增加一個(gè)下側(cè)線采出時(shí)，異丙苯塔能夠達(dá)到節(jié)能降耗的目的。 3) 二異丙苯塔下側(cè)采出量的變化對二異丙苯塔冷凝器和再沸器能耗的影響圖三說明，隨著二異丙苯塔下側(cè)采出量的增加，二異丙苯塔的冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷迅速下降，之后基本保持不變，單位產(chǎn)品的冷凝器和再沸器負(fù)荷亦是如此，由此說明二異丙苯塔增加一個(gè)下側(cè)線采出時(shí)，二異丙苯塔本身也能夠達(dá)到節(jié)能降耗的目的。 [7,8] （ a） 1單位產(chǎn)品的冷凝負(fù)荷； 2冷凝器負(fù)荷 （ b） 1再沸器熱負(fù)荷； 2單位產(chǎn)品的再沸器熱負(fù)荷 圖 34 隨二異丙苯塔新增側(cè)線采出量變化異丙苯塔熱負(fù)荷變化曲線 4) 整個(gè)分離過程中所有冷凝器和再沸器總熱負(fù)荷 表 31 給出了優(yōu)化流程與原流程冷凝器和再沸器熱負(fù)荷對比情況，二異丙苯塔新增側(cè)線采出量不同時(shí)，整個(gè)工藝流程中的冷凝器總負(fù)荷（苯塔、異丙苯塔和二異丙苯塔中冷凝器負(fù)荷之和）及總的再沸器負(fù)荷中北大學(xué) 重結(jié)晶隊(duì) 項(xiàng)目 初步 設(shè)計(jì)說明書 10 不同，可見單位產(chǎn)品總冷凝器負(fù)荷最大可降低 %，單位產(chǎn)品再沸器負(fù)荷最大可降低%。 [8] 圖 35 隨二異丙苯塔新增側(cè)線采出量變化二異丙苯塔熱負(fù)荷變化曲線中北大學(xué) 重結(jié)晶隊(duì) 項(xiàng)目 初步 設(shè)計(jì)說明書 11 表 31 隨側(cè)線采出量的增加異丙苯產(chǎn)量和三異丙苯回收量的變化表 下線采出量 /kgh1 產(chǎn)量 /kmolh1 異丙苯塔頂中異丙苯摩爾分?jǐn)?shù) /% 三異丙苯采出率/% 0 100 200 300 400 500 600 700 泡點(diǎn)反應(yīng)器合成異丙苯 苯與丙烯催化反應(yīng)器主要有 :固定床反應(yīng)器、固定床催化精餾塔和懸浮床催化精餾塔。一般在固定床催化精餾塔中催化劑的構(gòu)件的內(nèi)傳質(zhì)問題嚴(yán)重，而且催化劑再生困難，為降低異丙苯等的進(jìn)一步烷基化反應(yīng)大都采用過量的苯烯比，選擇高的苯烯比，有利于提高催化劑的穩(wěn)定性及異丙苯的比例。苯烯比低時(shí)，催化劑失活速率很快。這是由于