【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 塑劑醇生產(chǎn)成本或售價(jià)的高低，決定了該醇的鄰苯二甲酸酯生產(chǎn)成本或售價(jià)之間的相對(duì)高低關(guān)系。一個(gè)國(guó)家增塑劑醇產(chǎn)品品種的多少，決定了該國(guó)增塑劑品種的多寡；一個(gè)國(guó)家增塑劑醇的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和組成，決定了該國(guó)增塑劑產(chǎn)品結(jié)構(gòu)品質(zhì)的高低和特點(diǎn) [4]。 2丙基庚醇與苯酐酯化生成的新一代增塑劑 — 鄰苯二甲酸 (2丙基庚基 )酯 (DPHP)，是生產(chǎn)鄰苯二甲酸酯增塑劑的主要原料 [5]。鄰苯二甲酸 二辛酯 (DOP )增塑劑等因安全性問(wèn)題正在迅速退出工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的增塑劑市場(chǎng) [6]，作為替代產(chǎn)品，以 2丙基庚醇 (2PH)為主要原料的鄰苯二甲酸二 (2丙基庚 )酯 (DPHP)已成為當(dāng)今增塑劑生產(chǎn)的良好選 擇， 2丙基庚醇是未來(lái)環(huán)保型增塑劑醇的發(fā)展趨勢(shì)，擁有廣闊的市場(chǎng)空間 [7]。 同時(shí) 2丙基庚醇也 是制取 PVC 聚氯乙烯增塑劑使用的重要原材料。將 2PH 添加 PVC 中，可使 PVC 從一種脆性塑料成為柔性塑料 [8]。使用 2PH 增塑過(guò)的 PVC，可用于制造纜線(xiàn)隔熱、防水編織物、板材涂層、薄膜和汽車(chē)部件等。此外 2丙基庚醇可 與環(huán)氧乙烷等反應(yīng)，進(jìn)行烷氧基化合成表面活性劑，作為合成洗滌劑組分。 2丙基庚醇的丙烯酸酯聚合物可用作鋼鐵的粘結(jié)劑 [9]。 因此對(duì) 2丙基庚醇合成尤為必要，本設(shè)計(jì)擬定 2丙基庚醇合成的選擇性為 97%以上。 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展前景 (1) 2丙基庚醇國(guó)外現(xiàn)狀及發(fā)展前景 2021 年，巴斯夫公司開(kāi)始用自己的工藝在歐洲生產(chǎn) 2丙基庚醇 [10]，裝置規(guī)模為 65 kt/a， 2021 年巴斯夫公司共生產(chǎn) 2丙基庚醇 155 kt，其 105 kt 由其在美國(guó)的生產(chǎn)基地生產(chǎn)，美國(guó)消費(fèi) 90 kt，出口 15 kt； 50 kt 由其在德國(guó)的生產(chǎn)基地生產(chǎn)，西歐消費(fèi) 48 kt，出口 2 kt。截至 2021 年 11 月，巴斯夫公司在歐洲每年生產(chǎn) 13 萬(wàn)噸 2丙基庚醇，贏創(chuàng)工業(yè)公司產(chǎn)能為 6 萬(wàn)噸 /年。美國(guó)和西歐 2丙基庚醇的消費(fèi)量達(dá)世界消費(fèi)總量的 89%。未來(lái)幾年，美國(guó)基本上無(wú) 2丙基庚醇增能計(jì)劃，但歐洲 2021 年由 120 kt/a 的新裝置投產(chǎn) [11]。齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 近期 2丙烯庚醇新建及擴(kuò)建情況見(jiàn)表 11。 表 11 2丙基庚醇新建及擴(kuò)建情況 公司 裝置所在地 生產(chǎn)能力 (kta1) 投產(chǎn)年份 巴斯夫 德國(guó)， Ludwigahafen 80 2021 Evonik OXENO 德國(guó)， Mari 60 2021 巴斯夫 YPC 中國(guó)，南京化工區(qū) 80 2021 Prestorp 瑞典， Stenungsund 120 2021 目前，全球 DPHP 的消費(fèi)基本集中在美國(guó)和西歐 ， 2021 年世界 DPHP 消費(fèi)量約為 110~120 kt。預(yù)計(jì) DPHP 未來(lái)幾年增速在 15%以上，遠(yuǎn)高于同期增塑劑 3%的年均增速。預(yù)計(jì)到 2021 年，美國(guó)的 2丙基庚醇的消費(fèi)量將達(dá)到 103 kt，年增長(zhǎng)率為 %，消費(fèi)結(jié)構(gòu)基本不變，西歐的 2丙基庚醇的消費(fèi)量將達(dá)到 145 kt，增長(zhǎng)率達(dá) [12]%， 其具體消費(fèi)預(yù)測(cè)情況見(jiàn)表 12。 表 12 2021 及 2021 美國(guó)和西歐增塑劑醇的消費(fèi)及預(yù)測(cè)情況 品種 美國(guó) 2021 年 2021 年 2021~2021 消費(fèi)量 kt 消費(fèi)量 kt 年增長(zhǎng)率 % 西歐 2021 年 2021 年 2021~2021 消費(fèi)量 kt 消費(fèi)量 kt 年增長(zhǎng)率 % 2乙基 1己醇 270 289 430 428 異壬醇 90 345 370 異癸醇 100 107 180 192 2丙基庚醇 100 103 116 145 可知，西歐市場(chǎng) 2丙基庚醇 2021~2021年增長(zhǎng)率遠(yuǎn)大于其他同期增塑劑醇的增長(zhǎng)率。未來(lái)幾年 ， 2丙基庚醇需求量將呈持續(xù)上漲的狀態(tài) 。 (2) 2丙基庚醇國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展前景 在中國(guó)， DPHP 剛剛開(kāi)始起步發(fā)展，在國(guó)內(nèi)僅有兩家 DPHP 生產(chǎn)企業(yè)。 2丙基庚醇是生產(chǎn) DPHP 的 主要 原料，其發(fā)展也剛剛開(kāi)始起步，在我國(guó)揚(yáng)子石化 巴斯夫有限責(zé)任公司 7 萬(wàn)噸 /年乙烯擴(kuò)增項(xiàng)目也將建設(shè) 8 萬(wàn)噸 /年產(chǎn)能的 2丙 基庚醇裝置 。 目前，我國(guó)已經(jīng)成為世界上最大的 PVC 生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。據(jù) 2021 年統(tǒng)計(jì)，我國(guó) PVC生產(chǎn)企業(yè) 104 家，總產(chǎn)能 1781 萬(wàn)噸，占世界總能力 37%。 2021 年中國(guó)新增近 500 萬(wàn)噸/年的 PVC 產(chǎn)能。近年來(lái)中國(guó) PVC 進(jìn)出口產(chǎn)需如表 13 所示。 表 13 今年中國(guó) PVC 產(chǎn)需平衡 項(xiàng)目 2021 2021 2021 2021 2021 2021 產(chǎn)量 /萬(wàn)噸 進(jìn)口量 /萬(wàn)噸 出口量 /萬(wàn)噸 表觀消費(fèi)量 /萬(wàn)噸 國(guó)內(nèi)自給率 /% 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 近年來(lái)，塑料行業(yè)的飛速發(fā)展，拉動(dòng)了增塑劑等塑料助劑行業(yè)以年均 %的速度增長(zhǎng)。由中國(guó)塑料加工工業(yè)協(xié)會(huì) (CPPIA)表示，受全球健康生活和環(huán)境保護(hù)理念升溫的影響，中國(guó)塑料助劑市場(chǎng)需求將加快增長(zhǎng)。 2021 年中國(guó)塑料助劑 (包括阻燃劑、增塑劑和發(fā)泡劑 )市場(chǎng)需求達(dá)到 282 萬(wàn)噸， 2021 年增長(zhǎng) %達(dá)到 301 萬(wàn)噸， 2021 年增長(zhǎng) 7%達(dá)到 322萬(wàn)噸。截至 2021年，我國(guó)主要有增塑劑生產(chǎn)企業(yè) 130多家，生產(chǎn)能力大于 3000 kt/a，其合計(jì)產(chǎn)能約為總產(chǎn)能的 %。 2021 年我國(guó)增塑劑產(chǎn)能約為 2200 kt，產(chǎn)量 1300 kt，消費(fèi)量為 1700 kt。 2021 年我國(guó)增塑劑產(chǎn)量 1400 kt，消費(fèi)量為 1800 kt，預(yù)計(jì) 2021 年我國(guó)增塑劑需求量將達(dá)到 3000 kt。但目前我國(guó)生產(chǎn)和使用的增塑劑品種少，低端產(chǎn)品所占比例大，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)質(zhì)量有必要大力提升。另外，增塑 劑進(jìn)口量大， 2021~2021 年均為400~500 kt/a，國(guó)際依存度高，進(jìn)口嚴(yán)重失衡。目前，國(guó)內(nèi)增塑劑主要是以鄰苯二甲酸酯類(lèi)增塑劑為主，在實(shí)際消費(fèi)中約占總消費(fèi)的近 90%，其中 DOP(鄰苯二甲酸二辛酯 )約占總消費(fèi)量的 70%。已被國(guó)外淘汰的 DOP 等增塑劑在我國(guó)還大有市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上 80%的增塑劑都是 DOP、 DBP(鄰苯二甲酸二丁酯 )等增塑劑，價(jià)格低廉是最關(guān)鍵的因素。但隨著全球 PVC 加工業(yè)的發(fā)展及國(guó)際、國(guó)內(nèi)先后頒布各種關(guān)于增塑劑產(chǎn)品的環(huán)保指令，DOP 必將退出食品類(lèi)材料。因此，新型環(huán)保型增塑劑 DPHP 在我國(guó)的 需求量將呈持續(xù)上漲的態(tài)勢(shì)。 設(shè)計(jì)依據(jù) 本設(shè)計(jì)依據(jù)化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)下達(dá)的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，設(shè)計(jì)題目為年產(chǎn) 6 萬(wàn)噸 2丙基庚醇車(chē)間合成工段工藝初步設(shè)計(jì)，年工作時(shí)間 8 000 小時(shí)，合成 2丙基庚醇的選擇性可達(dá)到 97%以上。 《齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文工作手冊(cè)》； 《化工物性參數(shù)手冊(cè) 無(wú)機(jī)卷、有機(jī)卷》； 《 壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè) 》 ； 《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè) 上、下冊(cè)》； 《化工裝置布置設(shè)計(jì)手冊(cè)》； 《化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)》； 《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》； 《 化工設(shè)計(jì)概論 》 ； 《 化學(xué)反應(yīng)工程 》 ； 《泵選用手冊(cè)》； 《化 工原理》； 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 廠址選擇 廠址確定 計(jì)劃在 內(nèi)蒙古包頭工業(yè)園區(qū) 建一座年產(chǎn) 6萬(wàn)噸 2丙基庚醇的 工廠。 內(nèi)蒙古包頭九原工業(yè)園區(qū)，位于內(nèi)蒙古包頭市九原區(qū)，東起宋召公路，西至哈德門(mén)溝以西，北至包蘭鐵路，南至黃河二道壩北。 園區(qū) 規(guī)劃總面積約 。 園區(qū)作為包頭市工業(yè)拓展的重點(diǎn)地區(qū)和重要工業(yè)增長(zhǎng)基地，是 2021年 4月經(jīng)國(guó)家發(fā)展改革委審核，被自治區(qū)政府批準(zhǔn)設(shè)立的自治區(qū)級(jí)工業(yè)園區(qū)。 廠址優(yōu)勢(shì)分析 包頭市位于中國(guó)內(nèi)蒙古自治區(qū)中西部，坐落在著名的黃河河套的頂端，北 與蒙古國(guó)接壤，南 與鄂爾多斯相鄰，東西兩側(cè)為土默川平原和河套平原 (地理位置如圖 11)，是連接環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)帶和西北地區(qū)的戰(zhàn)略要地，是自治區(qū)戰(zhàn)略布局中腹地開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵地區(qū) ， 是最具經(jīng)濟(jì)發(fā)展活力的 “呼和浩特 包頭 鄂爾多斯金三角 ”經(jīng)濟(jì)區(qū)域的中部，正處于規(guī)模擴(kuò)張階段。包頭市作為主要的 “西產(chǎn)東銷(xiāo) ”城市，原料及工廠在中西部地區(qū)而銷(xiāo)地主要在江浙地區(qū)。因此該工廠的地理優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在離原料地較近而離銷(xiāo)地很遠(yuǎn)，并且可以利用發(fā)達(dá)的公路、鐵路或水路來(lái)彌補(bǔ)銷(xiāo)地很遠(yuǎn)的缺陷。包頭交通四通八達(dá)，已形成鐵路、公路、航空的立體交通網(wǎng)絡(luò)，這樣復(fù)合型的交通網(wǎng)絡(luò)，為發(fā)展 提供了有利條件。為了進(jìn)一步改善投資環(huán)境，加快外向型經(jīng)濟(jì)發(fā)展，鼓勵(lì)外商來(lái)包頭市投資，根據(jù)國(guó)家和內(nèi)蒙古自治區(qū)有關(guān)法律、法規(guī)的規(guī)定，結(jié)合包頭市實(shí)際，制定 了 條例。鼓勵(lì)外國(guó)的公司、企業(yè)和其他經(jīng)濟(jì)組織或者個(gè)人來(lái) 該 市舉辦中外合資經(jīng)營(yíng)企業(yè)、中外合作經(jīng)營(yíng)企業(yè)和外資企業(yè)。將享受三大政策：一是 稅收優(yōu)惠政策 ，二是 土地優(yōu)惠政策 ，三是 規(guī)劃與建設(shè)政策。本廠生產(chǎn) 的 2丙基庚醇 ，實(shí)現(xiàn)了碳四的高附加值利用。本廠的建立有利于提高西部地區(qū)在塑化劑方面的完整性。 因此 內(nèi)蒙古包頭九原工業(yè)園區(qū)非常適合作為本次設(shè)計(jì)的廠址 。 圖 11 包頭市地理位置圖 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 設(shè)計(jì)規(guī)模與生產(chǎn)制度 設(shè)計(jì)規(guī)模 本設(shè)計(jì)擬定的設(shè)計(jì)規(guī)模為年產(chǎn) 6 萬(wàn) 噸 2丙基庚醇，則需要消耗純度為 97%的 正戊醛200 t/a，純度為 99 %的 氫氣 t/a。反應(yīng)所得粗 2丙基庚醇 180 t/a，其中含有 2丙基2 庚烯醛 t/a，異戊醛 t/a， 正戊醛 t/a， 2甲基丁醛 t/a，水 t/a。合成 2丙基庚醇的選擇性可達(dá) 97%以上 。 生產(chǎn)制度 本 年產(chǎn) 6萬(wàn)噸 2丙基庚醇項(xiàng)目 生產(chǎn)為連續(xù)化生產(chǎn)，但由于電廠運(yùn)行受用電量不同所限制，年運(yùn)行時(shí)間為 8000 小時(shí)。生產(chǎn)三班輪值，根據(jù)《中華人民共和國(guó)勞動(dòng)法》，每周工作 40 小時(shí)，為保證生產(chǎn)順利進(jìn)行，生產(chǎn)部、質(zhì)保安全部、維修部門(mén)采用 “四班三運(yùn)轉(zhuǎn) ”， 每班 8 小時(shí) ， 其余部門(mén)采用一班制，個(gè)別操作按照需要進(jìn)行一班制定員，夜間輪值管理。 表 14 工廠人員編制 序號(hào) 崗位名稱(chēng) 管理員 技術(shù)員 生產(chǎn)人員 輔助人員 共計(jì) 1 班長(zhǎng) — — 5 — 5 2 操作 — — 25 — 25 3 主任、書(shū)記 5 — — — 5 4 技術(shù)員 — 5 — — 5 5 統(tǒng)計(jì) — — — 1 1 6 補(bǔ) 勤 — — — 4 4 合計(jì) — — — — 45 原料和產(chǎn)品規(guī)格 表 15 為主要原料和消耗品規(guī)格。 表 15 主要原料和消耗品規(guī)格 原料 規(guī)格 數(shù)量 (t/a) 正戊醛 工業(yè)級(jí) 催化劑 NaOH 溶液 工業(yè)級(jí) 氫氣 工業(yè)級(jí) 循環(huán)冷卻水 30℃ 低壓蒸汽 180℃ ； 2bar 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 產(chǎn)品主要是 2丙基庚醇。表 16 為產(chǎn)品規(guī)格表。 表 16 產(chǎn)品規(guī)格表 產(chǎn)品名稱(chēng) 本廠規(guī)格 國(guó)家規(guī)定 產(chǎn)量 (t/a) 單價(jià) (元 /噸 ) 2丙基庚醇 ≥ % 優(yōu)等品 經(jīng)濟(jì)核算 為了明確 2丙基庚醇車(chē)間和成工段的總成本 (/年 )，分別對(duì)車(chē)間定員、原料用量、冷熱公用工程消耗量、設(shè)備投資及車(chē)間占地面積投資等方面對(duì)本工段進(jìn)行了簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)核算，核算結(jié)果見(jiàn)下表： 表 17 經(jīng)濟(jì)核算表 序號(hào) 指標(biāo)名稱(chēng) 單位 設(shè)計(jì)指標(biāo) 成本 (萬(wàn)元 ) 1 生產(chǎn)規(guī)模 ta1 60 000 — 2 車(chē)間定員 人 45 170 3 原材料量： 正戊醛 ta1 200 1200 原材料量： H2 ta1 800 4 蒸汽耗量 ta1 7 5 冷凝水耗量 ta1 10 6 設(shè)備數(shù)量及投資 臺(tái) 23 12 000 7 車(chē)間建筑面積 m2 504 96 合計(jì) — — — 14283 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 2 章 工藝設(shè)計(jì)和計(jì)算 工藝路線(xiàn)的選擇 2丙基庚醇工藝介紹 2丙基庚醇 目前已經(jīng)工業(yè)化的合成工藝路線(xiàn)按其主要原料為 1丁烯羰基合成路線(xiàn)和1丁烯和 2丁烯混合羰基合成路線(xiàn) [13]。 2丙基庚醇生產(chǎn)工藝技術(shù)包括 DOW/Davy 聯(lián)合公司 低壓羰基合成技術(shù)， BASF公司 2丙基庚醇合成技術(shù)，中石化 2丙基庚醇制備方法等 [14]。對(duì)幾種方法進(jìn)行比較，確定本廠工藝流程。 (1) DOW/Davy 聯(lián)合公司低壓羰基合成技術(shù) DOW/Davy的 2丙基庚醇生產(chǎn)工藝是以混合碳四、合成氣 (CO， H2)為原料 [15]，在銠/NORMAXTM催化劑作用下 [16]，進(jìn)行低壓羰基合成反應(yīng)生成混合戊醛，分離出的混合戊醛在氫氧化鈉的催化作用下縮合脫水生成不飽和 C10醛，不飽和 C10醛加氫生產(chǎn)出粗 2丙基庚醇 [17]，最后經(jīng)過(guò)精餾得到 2丙基庚醇產(chǎn)品。其發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)如 下： CH3CH2CH=CH2(1丁烯 )+CO+H2 CH3CH2CH2CH2CHO(正戊醛 ) CH3CH=CHCH3(2丁烯 )+ CO+ H2 CH3CH2CH2CH2CH