【導(dǎo)讀】西北大學(xué)化工學(xué)院第四屆化工設(shè)計(jì)大賽——年產(chǎn)80kt1,4-丁二醇項(xiàng)目

　　

【正文】 團(tuán)場(chǎng)、哈密及中亞地區(qū)。通道內(nèi)的公路有烏 — 奎高速等“歐亞大陸橋”道路以及克 — 塔國(guó)家高速公路、省道 201 線與克 — 塔高速公路連接段高等級(jí)公路建設(shè)項(xiàng)目；鐵路有精 — 伊 — 霍、烏— 伊等多條鐵路。今后將推動(dòng)建設(shè)克 — 塔鐵路、克 — 烏鐵路和烏爾禾區(qū) — 陸梁、石西油田 — 莫北 — 149團(tuán)場(chǎng) — 石河子市公路網(wǎng)以及克 — 阿拉山口口岸高等級(jí)公路的建設(shè)，以實(shí)現(xiàn)三條通道快速互通、直通內(nèi)地和中亞國(guó)家的功能定位。 電力能源 克拉瑪依市每年發(fā)電 兆 /千瓦時(shí)，每年使用 2100 兆瓦時(shí)，每年結(jié)余電量 兆瓦時(shí)。由于克拉瑪依日照時(shí)比較長(zhǎng)，因此多家企業(yè)在我市投資風(fēng)能能新能源開(kāi)發(fā)建設(shè)。國(guó)電克拉瑪依 4 350 兆瓦熱電聯(lián)產(chǎn)工程一期 2 350 兆瓦工程，總投資約 31 億元，計(jì)劃 20xx 年年底投產(chǎn)發(fā)電。投產(chǎn)后，年供電量可達(dá) 億千瓦時(shí)，年供熱量 萬(wàn)吉焦，將成為新疆電網(wǎng)的主要支撐電源，同時(shí)也使克拉瑪依電網(wǎng)從受端電網(wǎng)的地位轉(zhuǎn)變?yōu)樗投??？死斠离娏Y源的充沛堅(jiān)強(qiáng)支撐著各類(lèi)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 便利的 交通 、充足的原料、完善的基礎(chǔ)配套設(shè)施及當(dāng)?shù)卣疄榛@區(qū)提 供的各種 稅費(fèi)減免、資金支持、融資擔(dān)保、人才引進(jìn)優(yōu)惠、通關(guān)便利等 的 扶持政策 ，都使工業(yè)園區(qū)成為本項(xiàng)目的最佳 落址點(diǎn) 。 政策環(huán)境 第一條 對(duì)投資能源資源開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)、能源下游加工產(chǎn)業(yè)的項(xiàng)目，自投產(chǎn)之日起 5 年內(nèi)，按企業(yè)對(duì)本市財(cái)政的貢獻(xiàn)額，由財(cái)政以一定比例支持企業(yè)用于新產(chǎn)品研制和開(kāi)發(fā)。 第二條 對(duì)投資石油、天然氣、煤、鹽、化工及其下游產(chǎn)品加工業(yè)產(chǎn)業(yè)的項(xiàng)目，自投產(chǎn)之日起 5 年內(nèi)按企業(yè)對(duì)我市財(cái)政的貢獻(xiàn)額，由財(cái)政以一定比例撥給企業(yè)用于新產(chǎn)品研制和開(kāi)發(fā)，其中：固定資產(chǎn)投資額在 1000 萬(wàn)元至 5000 萬(wàn)元 (含 西北大學(xué)化工學(xué)院第四屆化工設(shè)計(jì)大賽 —— 年產(chǎn) 80kt1,4丁二醇項(xiàng)目 11 5000 萬(wàn)元 )的，按前 2 年 40％、后 3 年 20%撥付；固定資產(chǎn)投資額在 5000 萬(wàn)元以上至 1 億元（含 1 億元）的，按前 2 年 50％、后 3年 25%撥付；固定資產(chǎn)投資額在 1億元以上的，按前 2 年 60％、后 3年 30%撥付。 第三條 對(duì)以組建股份有限公司形式從事石油化工及下游產(chǎn)品加工業(yè)的企業(yè)，固定資產(chǎn)投資規(guī)模達(dá)到本條第一款相應(yīng)規(guī)模的，財(cái)政支持同比增加 10%。 第四條 工業(yè)企業(yè)采取節(jié)能減排措施新建的生產(chǎn)項(xiàng)目及通過(guò)廢棄物綜合利用發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的項(xiàng)目，投產(chǎn)后驗(yàn)收合格， 5年內(nèi)按企業(yè)對(duì)本市財(cái)政的貢獻(xiàn)額，由財(cái)政按前 2年 50%、后 3 年 25%支持企 業(yè) 。 廠址附圖 圖 廠址附圖 總述 克拉瑪依豐富的油田資源保證了液化氣的產(chǎn)量 ,同時(shí)也為本項(xiàng)目的順利實(shí)施提供了豐富的正丁烷原料來(lái)源 .便利的交通設(shè)施能夠保證在本項(xiàng)目發(fā)展期間，原料和產(chǎn)品能夠順利、快速、高效的運(yùn)進(jìn)運(yùn)出。同時(shí)，克拉瑪依是新疆境內(nèi)為數(shù)不多的水資源豐沛地區(qū) ,為化工業(yè)的發(fā)展提供了豐富的水資源 .近年來(lái) ,克拉瑪依經(jīng) 西北大學(xué)化工學(xué)院第四屆化工設(shè)計(jì)大賽 —— 年產(chǎn) 80kt1,4丁二醇項(xiàng)目 12 不斷的發(fā)展 ,自身已發(fā)展為特殊的品牌 ,在中亞及周邊都具有一定影響力 .在其境內(nèi)發(fā)展各類(lèi)產(chǎn)業(yè)的條件已經(jīng)完全具備。在克拉瑪依發(fā)展，不僅將帶動(dòng)克拉瑪依產(chǎn)業(yè)的合理化變革，也 將為我廠 BDO 及其下游產(chǎn)品提供足夠的市場(chǎng) .故我廠選址于克拉瑪依石化工業(yè)園 。 西北大學(xué)化工學(xué)院第四屆化工設(shè)計(jì)大賽 —— 年產(chǎn) 80kt1,4丁二醇項(xiàng)目 13 第三章 產(chǎn)品工藝 工藝 方案的選擇 隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅猛增長(zhǎng)，化工、石化和輕工等行業(yè)也呈現(xiàn)出飛速發(fā)展跡象。BDO 作為近年來(lái)新崛起的化工行業(yè)重要的化工基礎(chǔ)原料，目前主要制備方法有以下幾種： 甲醛和乙炔（電氣石）為原料的炔醛法。 以丁二烯和醋酸為原料的丁二烯乙酰氧基化法。 以環(huán)氧丙烷或烯丙醇為原料的環(huán)氧丙烷法或烯丙醇法。 以正丁烷、 MAH 為原料的馬來(lái)酸酐酯化加氫水解法。 以正丁烷為原料的順酐加氫法 。 各種工藝 或傳統(tǒng)或創(chuàng)新 ,都有各自的優(yōu)缺點(diǎn) .列表如下 : 表 31 BDO 各生產(chǎn)工藝的優(yōu)缺點(diǎn)一覽表 生產(chǎn)工藝 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) Reppe 法 經(jīng)典法 工藝成熟 流程短 ,產(chǎn)品收率高 操作費(fèi)用低 ,副產(chǎn)品少 原料乙炔遠(yuǎn)程運(yùn)輸有危險(xiǎn) 操作條件苛刻，壓力高 廉價(jià)乙炔獲得量有限 設(shè)備造價(jià)高 改良法 工藝先進(jìn)成熟 ,副產(chǎn)品較少 . 流程短 ,產(chǎn)品收率高 催化劑活性高，壽命長(zhǎng) 投資低 ,適用于大規(guī)模生產(chǎn) . 操作壓力低，生產(chǎn)安全 原料乙炔遠(yuǎn)程運(yùn)輸有危險(xiǎn) 廉價(jià)乙炔獲得量有限 丁二烯法 原料來(lái)源豐富 操作條件溫和無(wú)公害 流程長(zhǎng)，過(guò)程復(fù)雜 投資高 西北大學(xué)化工學(xué)院第四屆化工設(shè)計(jì)大賽 —— 年產(chǎn) 80kt1,4丁二醇項(xiàng)目 14 可同時(shí)得到高價(jià)值的 THF 公用工程費(fèi)用大 丁二烯醋酸法設(shè)備腐蝕嚴(yán)重 環(huán)氧丙烷法 催化劑可循環(huán)使用、壽命長(zhǎng) 產(chǎn)品收率高 能耗低 生產(chǎn)負(fù)荷容易調(diào)節(jié) 環(huán)氧丙烷難以廉價(jià)得到時(shí)成本高 羥基化反應(yīng)選擇性低 全過(guò)程收率低 順酐法 投資少，生產(chǎn)成本低 三廢量少 可聯(lián)產(chǎn) THF 和 GBL 受原料順酐的影響 流程長(zhǎng) 從上述各生產(chǎn)工藝的工藝特點(diǎn)可知 ,目前國(guó)外 BDO 新技術(shù)不斷成熟，低成本的生產(chǎn)工藝和 BDO 的良好發(fā)展前景刺激了大量投資者。未來(lái)大多數(shù)新生產(chǎn)裝置都將采用正丁烷 /順酐工藝來(lái)生產(chǎn) BDO。 正丁烷制備 BDO 工 藝特點(diǎn) 本項(xiàng)目采用 Geminox 工藝。該工藝的關(guān)鍵是加氫反應(yīng)中的催化技術(shù) ,BP 公司開(kāi)發(fā)的混合金屬氧化物及釕基催化劑具有選擇性高和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。該工藝在正丁烷 /順酐傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上 ,簡(jiǎn)化了 BDO 生成技術(shù)路線 ,工藝采用過(guò)程步驟較少，投資和操作費(fèi)用較低，與其他競(jìng)爭(zhēng)性技術(shù)相比，可節(jié)約生產(chǎn)費(fèi)用 25%~40%，生產(chǎn)工藝更合理和經(jīng)濟(jì)。 正丁烷制備 BDO 催化劑選擇 Geminox BDO 生產(chǎn)工藝包括三個(gè)關(guān)鍵部分 ,所用的催化劑有： ： 在第一生產(chǎn)階段，丁烷與空氣在固定床反應(yīng)器中發(fā)生催化氧化生產(chǎn)出順 酐。催化劑為：納米 VPO 催化劑，具體含量如下 V:P:Bi:DMSO=1:::。反應(yīng)氛圍為正丁烷 /空氣 =:（體積比）、空速為 1500h溫度為 4000C時(shí)，正丁烷的轉(zhuǎn)化率為 81%(mol)，順酐的選擇性為 68%(mol)、 CO15%(mol)、CO217%(mol)。（劉先明 .具有納米結(jié)構(gòu)的 VPO 催化劑及其氧化正丁烷制順酐 .西南 西北大學(xué)化工學(xué)院第四屆化工設(shè)計(jì)大賽 —— 年產(chǎn) 80kt1,4丁二醇項(xiàng)目 15 石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及中國(guó)石油新疆油田公司采油工藝研究院， 20xx 年 8 月 。 ） ： 順?biāo)嵴魵庠谳^高壓力、中 等溫度下，在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行加氫反應(yīng)，生成1， 4 一丁二醇。該工藝中催化劑為 PdAgReFe 炭載體催化劑，反應(yīng)氛圍壓力、溫度 1560C ,H2/馬來(lái)酸原料比例： 88， H2 補(bǔ)給 /循環(huán)比： ，空速。 (J?R?巴治 。T?G?阿蒂格 。S?E?佩德森、標(biāo)準(zhǔn)石油公司、美國(guó)俄亥俄州 )它的選擇性高，使用壽命長(zhǎng)，副產(chǎn)物生成量少，催化劑體系可保證BDO 的收率在 88％ (mol)以上，四氫呋喃 %、丁醇 %、琥珀酸 %、丁內(nèi)酯 %。 ） 工藝模擬說(shuō)明 本設(shè)計(jì)工藝模擬采用美國(guó) Chemstations 公司開(kāi)發(fā)的用于對(duì)化學(xué)和石油工業(yè)、煉油、油氣加工等領(lǐng)域中的工藝過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬的應(yīng)用軟件 ChemCAD，以下為 ChemCAD 模擬流程圖： 模擬流程 西北大學(xué)化工學(xué)院第四屆化工設(shè)計(jì)大賽 —— 年產(chǎn) 80kt1,4丁二醇項(xiàng)目 16 天藍(lán)設(shè)計(jì)組 圖 CHEMCAD 模擬流程圖總圖 模擬結(jié)果及工藝分析 如模擬所示，本設(shè)計(jì)流程分為兩大部分：反應(yīng)工段、精制工段。其中反應(yīng)工段是將原料正丁烷經(jīng)三步反應(yīng)生成 1,4丁二醇混合物，包括 1,4丁二醇，丁內(nèi)酯，琥珀酸，丁醇，四氫呋喃和水等；精制工段是經(jīng)過(guò)冷卻 降溫、壓縮、精餾等技術(shù)將混合物中大量的水、丁內(nèi)酯，琥珀酸，丁醇，四氫呋喃等產(chǎn)物分離出去，最終達(dá)到純度》 %的 精制 1， 4丁二醇。 工藝創(chuàng)新點(diǎn) 本設(shè)計(jì)在氫氣的分離上，采用了膜處理技術(shù)。日本 Ube 工業(yè)公司生產(chǎn)的 6051聚酰亞胺薄膜是由均苯四甲酸二酐與 — 二氨基二苯醚在極強(qiáng)性溶劑中反應(yīng)產(chǎn)生的樹(shù)脂溶液，再經(jīng)成膜、高溫脫水等加工而成的。該薄膜具有優(yōu)良的耐熱性（ 200）耐嚴(yán)寒（ 60）、抗輻射性能、耐水性、耐酸性、耐溶劑和耐氟里昂性。該產(chǎn)品為H 級(jí)絕緣材料，可用于電機(jī)、電器絕緣，也可用作聚酰亞胺薄膜粘帶 。如，熱固性亞胺薄粘帶， HF 聚酰亞胺 F46 帶、塔帶、多膠少膠亞胺粘帶及復(fù)合制品 NHN、OHO 的基材。 使用時(shí)技術(shù)要求 ： 1． 薄膜表面應(yīng)光滑、平整，不應(yīng)有氣泡、針孔和導(dǎo)電雜質(zhì)，邊緣整齊無(wú)破損。 2． 薄膜成卷供應(yīng)，幅寬 250550mm，每卷總長(zhǎng)度不少于 60m，用于復(fù)合制品及繞包絕緣的薄膜，每段不少于 30m，用于其他電工材料的每卷不多于 5 段，每段不少于 3m。 表 32 厚度及允許偏差 表 標(biāo)稱(chēng)厚度 允許偏差 177。 177。 西北大學(xué)化工學(xué)院第四屆化工設(shè)計(jì)大賽 —— 年產(chǎn) 80kt1,4丁二醇項(xiàng)目 17 天藍(lán)設(shè)計(jì)組 表 33 P6051 的性能要求 表 序號(hào) 指標(biāo)名 稱(chēng) 單位 指標(biāo)值 1 密度 g/cm ≥ 2 抗拉強(qiáng)度 縱向 橫向 MPa ≥ 115 ≥ 135 3 斷裂伸長(zhǎng)率 縱向 橫向 % ≥ 25 ≥ 20 4 介電強(qiáng)度 常態(tài) 200177。 5℃ MV/m ≥ 130 ≥ 100 5 表面電阻 MΩ ≥ 106 6 體積電阻率 常態(tài) 200177。 5℃ MΩ .m ≥ 107 ≥ 104 7 介質(zhì)損耗因數(shù) 50HZ 常溫 ≤ 8 相對(duì)介電常數(shù) 50HZ 常溫 ≤ 4 該膜分離器（ Upilex）主要用于本國(guó)從煉廠氣中回收氫氣。例如，從催化重整尾氣中回收氫氣，處理能力 7500NM3/H，氫氣回收率為 80％，氫氣濃度 97％。武漢石油化工廠采用了膜和變壓吸附（ PSA）聯(lián)合流程從催化裂化干氣中回收氫氣。由于干氣中氫含量低（ H2＝ 35％），單獨(dú)采用膜或 PSA 氫回收率都低?，F(xiàn)采用聯(lián)合流程，即先用膜分離來(lái)予提濃氫氣（ H2≥ 80％），氫氣回收率＞ 90％，同時(shí)還可脫除大部分 C2~C4 烴類(lèi)；然后再用 PSA 把氫氣由 80％提濃到 99％。由于進(jìn)入 PSA時(shí)，原料氣中 H2≥ 80％，而且已脫除了 大部分 C2~C4 烴類(lèi)。所以，這時(shí)， PSA 的氫氣回收率也可達(dá)到 90％。由此聯(lián)合工藝可得到氫氣濃度 99％，氫氣總回收率＞80％的好結(jié)果。 工藝流程說(shuō)明 反應(yīng)工段 西北大學(xué)化工學(xué)院第四屆化工設(shè)計(jì)大賽 —— 年產(chǎn) 80kt1,4丁二醇項(xiàng)目 18 天藍(lán)設(shè)計(jì)組 圖 順酐反應(yīng)工段 1 西北大學(xué)化工學(xué)院第四屆化工設(shè)計(jì)大賽 —— 年產(chǎn) 80kt1,4丁二醇項(xiàng)目 19 天藍(lán)設(shè)計(jì)組 圖 順酐反應(yīng)工段 2 圖 順?biāo)峒託涔ざ? 順酐反應(yīng)工段： 原料 正丁烷 （ 95%）在 20℃、 條件下 經(jīng)正丁烷 進(jìn)料泵 （ P0101A/B） 加壓至 ，再 經(jīng)正丁烷汽化器（ E0101A/B） 汽化與來(lái)自壓縮機(jī)的空氣在混合器（ V0102） 中充分混合，經(jīng)多級(jí)加熱器（ E0102， E0103） 加熱至300℃ 后進(jìn)入固定床反應(yīng)器（ R0101） ，在納米 VPO 催化劑作用下生成順酐及少量CO,CO2?；旌衔锪辖?jīng)多級(jí)冷凝后進(jìn)入單相水洗塔 (TO101)中，生成順?biāo)帷? 順?biāo)峒託涔ざ危簩⑸鲜鲰標(biāo)峒訅褐?,與升溫后于經(jīng)壓縮機(jī)的氫氣充分混合（混合器 V0201） 后再換熱至 156℃ ，進(jìn)入固定床反應(yīng)器（ R0201） ,在催化劑PdAgReFe 炭載體作用下，生成 1,4丁二醇及少量 THF,丁醇等副產(chǎn)物。由于反應(yīng)后混合物料中含有大量的氫氣，故設(shè)立氫氣膜分離器（ V0202） ,回收循環(huán)利用其中的氫氣。而其他反應(yīng)后的物料則 送入后續(xù)的精制分離系統(tǒng)進(jìn)行分離。 精制工段 西北大學(xué)化工學(xué)院第四屆化工設(shè)計(jì)大賽 —— 年產(chǎn) 80kt1,4丁二醇項(xiàng)目 20 天藍(lán)設(shè)計(jì)組 圖 產(chǎn)品精制工段 1 西北大學(xué)化工學(xué)院第四屆化工設(shè)計(jì)大賽 —— 年產(chǎn) 80kt1,4丁二醇項(xiàng)目