30万吨年丙烷脱氢制丙烯生产项目8-2 附录二 能量平衡计算书

30万吨年丙烷脱氢制丙烯生产项目反应器设计说明书目录第一章脱氢反应器的设计 (3)1.1 反应器类型的选择 (3)1.2 反应器结构的选择 (4)1.2.1 反应器流型的确定 (4)1.2.2 反应器结构简介 (7)1.3 催化剂的选择 (7)1.4 反应动力学分析 (9)1.4.1 反应方程式 (9)1.4.2 反应历程 (9)1.4.3 反应动力学方程 (9)1.5 反应热力学分析 (10)1.5.1 气体热容 (10)1.5.2 反应热 (11)1.6 反应条件的选择 (11)1.6.1 温度 (11)1.6.2 压力 (12)1.6.3 空速 (12)1.6.4 氢烃比 (13)1.7 基于Comsol的反应器尺寸设计 (16)1.7.1 反应体积的确定 (16)1.7.2 反应器尺寸的设计 (18)1.7.3 分析总结 (25)1.8 反应器结构设计 (25)1.8.1 扇形筒设计 (25)1.8.2 壳体壁厚设计 (26)1.8.3 中心管设计 (27)1.8.4 催化剂管道设计 (27)1.8.5 封头设计 (27)1.8.6 使流体均匀分布的结构设计 (28)1.8.7 催化剂封的设计 (28)1.8.8 防止催化剂颗粒吹入分流、集流流道的措施 (28)1.9 反应器结构校核 (29)1.10 催化剂再生 (39)1.10.1 催化剂失活机理 (39)1.10.2 催化剂烧焦再生 (40)1.11 反应器尺寸和工艺参数 (41)第二章选择加氢反应器 (42)2.1 反应方程式 (42)2.2 反应器类型的选定 (42)2.3 催化剂的选择 (43)2.4 动力学分析 (43)2.5 反应热力学分析 (44)2.6 反应体积的确定 (44)2.7 反应器结构设计 (47)2.8 反应器结构校核 (48)参考文献 (67)第一章脱氢反应器的设计1.1 反应器类型的选择丙烷脱氢反应是常见的气固催化反应，工业上一般选用的气固催化反应器有固定床和移动床、流化床三大类，气体流经固定不动的催化剂床层进行反应装置称为固定床反应器；催化剂可以在反应器内移动，连续进出反应器，反应气体以近似于平推流的方式连续与固体催化剂接触反应的称为移动床反应器；流体以较高速通过催化剂床层，带动床内固体颗粒运动，使之悬浮在流动的主体流中进行反应的装置称为流化床反应器。

根据要求，我将简要介绍30万吨年丙烷脱氢制丙烯及下游加工项目环境影响评价报告。

该项目旨在建设一个年产30万吨丙烯的生产基地，丙烯是一种重要的化工原料，用于生产塑料、合成纤维等产品。

本报告通过对项目在建设和运营过程中可能对环境产生的影响进行综合评估，为项目的环境保护和可持续发展提供参考建议。

首先，报告对项目的环境背景进行了分析。

该项目位于一片崇山峻岭的地区，周围有保护区和水源地。

报告指出，该地区的生态环境较为脆弱，需要采取一系列环境保护措施，以减少对环境的不良影响。

其次，报告对项目在建设和运营过程中可能产生的污染源进行了识别和评估。

由于丙烷脱氢制丙烯是一种化学反应过程，可能产生废水、废气和固体废物等污染物。

报告对这些污染物的种类、产生量以及对环境的潜在影响进行了详细分析，并提出了相应的污染防治措施。

报告还对项目可能对土地利用、水资源、大气环境和生态系统等方面产生的影响进行了评估。

例如，项目可能占用大量土地，导致土地资源的浪费和生态系统的破坏；项目的废气排放可能导致大气污染，对周围居民和生态环境造成不良影响。

对于这些潜在问题，报告提出了相应的规划和管理建议，以最大程度地减少对环境的不良影响。

此外，报告还对项目可能带来的社会影响进行了评估。

项目的建设和运营可能带来一定的经济效益和就业机会，但也可能给周边社区带来噪音、交通拥堵等问题。

报告建议项目方应与相关部门和社区进行充分沟通，制定相关的社会管理和调节措施，以减少可能引发的社会矛盾和不良影响。

最后，报告总结了项目的环境影响评价结果，并提出了相关的环境保护建议。

报告强调，在项目的全生命周期中，项目方应积极采取环境保护措施，以减少对环境的影响，并定期开展环境监测和评估工作，及时采取相应的改善措施。

总的来说，30万吨年丙烷脱氢制丙烯及下游加工项目环境影响评价报告对该项目的环境影响进行了全面、具体的评估，并提出了相应的环境保护建议。

报告的结果和建议对项目的环境保护和可持续发展具有重要的指导意义。

30万吨年丙烷脱氢制丙烯生产项目反应器设计说明书目录第一章脱氢反应器的设计 (3)1.1 反应器类型的选择 (3)1.2 反应器结构的选择 (4)1.2.1 反应器流型的确定 (4)1.2.2 反应器结构简介 (7)1.3 催化剂的选择 (7)1.4 反应动力学分析 (9)1.4.1 反应方程式 (9)1.4.2 反应历程 (9)1.4.3 反应动力学方程 (9)1.5 反应热力学分析 (10)1.5.1 气体热容 (10)1.5.2 反应热 (11)1.6 反应条件的选择 (11)1.6.1 温度 (11)1.6.2 压力 (12)1.6.3 空速 (12)1.6.4 氢烃比 (13)1.7 基于Comsol的反应器尺寸设计 (16)1.7.1 反应体积的确定 (16)1.7.2 反应器尺寸的设计 (18)1.7.3 分析总结 (25)1.8 反应器结构设计 (25)1.8.1 扇形筒设计 (25)1.8.2 壳体壁厚设计 (26)1.8.3 中心管设计 (27)1.8.4 催化剂管道设计 (27)1.8.5 封头设计 (27)1.8.6 使流体均匀分布的结构设计 (28)1.8.7 催化剂封的设计 (28)1.8.8 防止催化剂颗粒吹入分流、集流流道的措施 (28)1.9 反应器结构校核 (29)1.10 催化剂再生 (39)1.10.1 催化剂失活机理 (39)1.10.2 催化剂烧焦再生 (40)1.11 反应器尺寸和工艺参数 (41)第二章选择加氢反应器 (42)2.1 反应方程式 (42)2.2 反应器类型的选定 (42)2.3 催化剂的选择 (43)2.4 动力学分析 (43)2.5 反应热力学分析 (44)2.6 反应体积的确定 (44)2.7 反应器结构设计 (47)2.8 反应器结构校核 (48)参考文献 (67)第一章脱氢反应器的设计1.1 反应器类型的选择丙烷脱氢反应是常见的气固催化反应，工业上一般选用的气固催化反应器有固定床和移动床、流化床三大类，气体流经固定不动的催化剂床层进行反应装置称为固定床反应器；催化剂可以在反应器内移动，连续进出反应器，反应气体以近似于平推流的方式连续与固体催化剂接触反应的称为移动床反应器；流体以较高速通过催化剂床层，带动床内固体颗粒运动，使之悬浮在流动的主体流中进行反应的装置称为流化床反应器。

30万吨年丙烷脱氢制丙烯生产项目创新性说明目录1.原料方案创新 (2)2.产品结构方案创新 (3)3.反应技术创新 (4)3.1 脱氢副反应 (4)3.2 选择加氢反应的创新 (4)3.3 纤维膜脱硫技术的创新 (5)4.分离技术创新 (7)4.1 丙烯-丙烷复叠式制冷 (7)4.2 变压吸附技术 (8)5.过程节能技术创新 (9)5.1 有机朗肯循环 (9)5.2 换热网络设计 (11)5.3 热泵双塔精馏 (11)5.4 急冷锅炉的应用 (13)5.5 余热回收技术 (15)6.环境保护技术创新 (15)7.新型过程设备的应用 (16)7.1 反应器 (16)7.2 塔器 (20)7.3 四合一加热炉 (23)8. 控制方案的创新 (25)8.1 动态模拟 (25)8.2 SIS概念设计 (27)创新性说明经过详细对比和仔细讨论后，我们选用来自总厂液化石油气为原料，历经原料预处理工段，丙烷脱氢反应工段和氢气分离及选择加氢工段完成年产30万吨PDH项目。

在流程设计和模拟过程中，我们秉持“安全、绿色、经济、高效”的设计理念对现有工艺流程进行优化创新，在满足生产要求的前提下，进行节能减排，实现能量和物质的循环利用，实现了C3资源化利用，且与企业的产品体系进行了有效融合。

具体创新点如下：1.原料方案创新丙烷脱氢制丙烯，要求原料丙烷纯度至少达到97%。

现有国外丙烷脱氢装置，都采用湿性油田伴生气为来源的高纯低硫丙烷为原料。

而我国湿性油田伴生气资源较匮乏，且国产液化气是石油炼制过程中产生的副产品，是一种杂质含量较高的混合气体，国产液化气中丙烷质量无法满足丙烷脱氢工艺原料要求。

因此，国内建设的丙烷脱氢装置均采用以国外油田伴生气为来源的非炼油厂生产的高纯度液化丙烷，必须进口。

进口则必须要承担能否获得长期、稳定、相对低廉的丙烷原料的风险，意味我国丙烷脱氢产业要受到国外条件的制约。

而我国本身的石油资源非常丰富，炼化企业在催化裂化加工过程中会生产大量的C3馏分，液化石油气中约占60%，它们一般是作为燃料使用或者放空烧掉，资源浪费较大，将丙烷转化为丙烯是充分利用丙烷的有效途径。

30万吨年丙烷脱氢制丙烯生产项目项目摘要目录一、项目简介 (3)二、工艺介绍 (3)原料及产品方案 (3)工艺流程 (4)三、设备与控制 (5)设备选型与设计 (5)控制方案 (5)四、节能降耗 (5)夹点技术 (5)热泵精馏 (6)有机朗肯循环 (7)其他 (7)五、安全与环境 (7)安全风险分析 (8)HAZOP分析 (8)三废处理 (8)ALOHA分析 (8)六、厂址选择与厂区布置 (8)总厂布置 (9)车间及管道布置 (10)七、经济效益分析 (10)八、总结 (11)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➢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。

30万吨环氧丙烷项目初步设计说明书附录第一章物料衡算氢化反应器氢化反应器时放热反应，蒽醌转化为氢蒽醌，并放出大量热。

由于aspen数据库中尚无蒽醌类物质，采用文献查得的蒽醌工作液整体性质基本物性导入aspen中进行简化模拟。

具体物料及能量平衡可用下表表示：表1-1 氢化反应器进出料状况物流进料原料出料反应物蒽醌工作液氢气温度/℃50 50 50压力/MPa 气相分率0.30.310.30.523摩尔流量kmol/h 8856.0837 3100 13275.33质量流量kg/h 1714692.786 6249.228 1720942.014体积流量m3/h1804.93 209.140 1811.733869各组份质量流量kg/hEAQ 395064 0 158114.051H2 0 6249.228 4223.345重芳烃989721.589 0 989721.589磷酸三辛酯329907.19 0 329907.19HEAQ 0 0 239181.001氢化液气液分离器氢化反应后产生的氢蒽醌和蒽醌工作液以及一部分为反应的氢气进入气液分离器，进行气相和液相的分离。

分离后分为氢气相回氢气原料储罐，有机相去预氧化塔。

表1-2 氢化液气液分离器进出料状况物流进料原料气相出料产物液相出料产物温度/℃50 50 50压力/aMP0.3 0.3 0.3气相分率0.523 1 0摩尔流量kmol/h 13275.33 2111.67 7153.849质量流量kg/h 1720942.014 4223.345 1716923.831体积流量3m/h 1811.733869 141.34 1807.288各组份质量流量kg/hEAQ 158114.051 158114.051H2 4223.345 4223.345重芳烃989721.589 989721.589磷酸三辛酯329907.19 329907.19HEAQ 239181.001 239181.001 预氧化反应氢化反应产生的氢化液进预氧化反应器，氧化一部分氢蒽醌产生过氧化氢和蒽醌。

30万吨年丙烷脱氢制丙烯生产项目有机朗肯循环说明书目录1. 有机朗肯循环ORC简介 (2)1.1 有机朗肯循环 (2)1.2 有机工质 (2)1.3 有机朗肯循环的特点 (3)2. 利用有机朗肯循环回收低温氢气的余热 (4)2.1 项目概述 (4)2.2 有机工质选择 (4)2.3 Aspen Plus模拟有机朗肯循环 (4)有机朗肯循环1. 有机朗肯循环ORC简介1.1 有机朗肯循环有机朗肯循环通常包括泵、蒸发器、膨胀机和冷凝器四个部分，如图1-1所示。

经冷却介质冷却后的工质通过泵输送到蒸发器（过程12→），与热源流体经热交换后成为饱和蒸汽或过热蒸汽（过程23→），该蒸汽进入膨胀机经膨胀推动汽轮机做功后被排出，随后进入冷凝器与冷却介质进行热交换后成为液体工质（过程34→），最后再由泵输入系统，如此循环，实现将热转化成有用功。

图1-1有机朗肯循环示意图图1-2 有机流体的T-S图1.2 有机工质根据图中工质饱和蒸汽曲线的斜率性质，有机工质分为干流体、等熵流体和湿流体三种。

如图1-2所示，若饱和蒸汽曲线斜率为正，则为干流体；若为负，则为为湿流体；若为无穷大，则为等熵流体。

由于湿流体在饱和状态下膨胀可能会产生液滴，对膨胀机造成损坏，故实际应用中都对湿流体进行过热处理。

有机工质与水的应用背景、临界压力、临界温度和比热等特性对比结果汇总于表1-1。

从表中可以看出，与水相比，有机工质的临界温度和临界压力相对较低，这也是其适合作为回收低温余热的朗肯循环的工质的主要原因。

有机朗肯循环可应用的工质种类有：（1）碳氢化合物（HC）；（2）氢氟碳化物（HFC）；（3）氯氟烃化合物（HCFC）；（4）氯氟烃（CFC）；（5）全氟化碳（PFC）；（6）硅氧烷；（7）醇类；（8）醛类；（9）醚类；（10）氢氟醚（HFE）；（11）胺类；（12）有机混合物（非共沸和共沸）。

表1-1 有机工质与水特性对比结果汇总表1.3 有机朗肯循环的特点（1）对较低温度热源的利用有更高的效率。

30万吨/年丙烷脱氢制丙烯项目简介一、项目概况1、1丙烯介绍：丙烯是利用最早的石油化工原料，也是生产石油化工产品的重要烯烃之一，丙烯的需求增长速度已超过乙烯，而且这种趋势还将持续。

2000-2005年丙烯的消费需求年均增长率为 4.3%，比乙烯高出0.9个百分点。

预计2005-2010年，世界丙烯年均需求增长率将为5.1%，是世界经济增长率的1.5倍，比同期乙烯增长率高0.5个百分点。

全球的丙烯消费量已由2000年的52000kt发展到2010年100000kt。

其中，中国的增长速度最快，2000-2009年世界近一半的丙烯需求量来自亚洲。

拥有丰富而廉价资源的中东地区是丙烯产能增长最快的地区。

丙烯作为重要的有机化工原料，主要用于生产聚丙烯，同时大量生产丙烯腈、丁醇、辛醇、环氧丙烷、异丙醇、异丙苯、丙烯酸、羰基醛及壬基酚等。

此外丙烯的齐聚物也可以提高汽油的辛烷值。

近年来，丙烯机器衍生物的需求和产能均以较高的增长率发展，2000-2005年，世界丙烯及其下游的聚丙烯、苯酚丙酮等年均增长率均在3%以上，其中聚丙烯的增长率较高。

1、2丙烯发展现状1、2、1速增长状态近年来，世界丙烯及其衍生物需求旺盛，市场多呈供不应求状态。

受下游衍生物产品需求快速增长的驱动，丙烯的消费量大幅提高。

主要丙烯下游衍生物需求增长情况见表1。

表1 丙烯下游衍生物需求增长率1、2、2 需求推动丙烯及其衍生物产能快速增长为满足下游需求，世界丙烯及衍生物产能和产量增长快速，装置开工率持续较高。

2005年丙烯装置开工率达到88%。

许多丙烯下游衍生物生产能力和产量也快速增长。

未来几年丙烯及其下游衍生物产能还将继续高速发展。

预计2010年世界丙烯产能将超过1亿吨/年，达到1.018亿吨/年。

丙烯下游衍生物如聚丙烯、环氧丙烷、异丙苯、苯酚、丙酮等产品的产能年均增长率将达到4%以上，预计2010年它们的产能将分别达到8600万吨/年、760万吨/年、1400万吨/年、1080万吨/年和660万吨/年。

年产30万吨环氧丙烷生产工艺项目工艺方案的选择1.1总工艺流程1. 1. 1主要化学反应—TS1+ H2O2------------------ - + H2O1.2产品方案选择1.2.1产品方案本项目产品单一，为环氧丙烷。

表3・1产品方案表产品规格一般情况下，在上述三种工艺路线中，住友化学公司的CHP 工艺的P0的丙烯收率是最高的。

CHP工艺的固定资产投资大约在五千八百万美元到六千三百万美元之间，比其他两种工艺低21%〜23%。

然而，CHP 工艺的P0产品的可变成本比其他两种工艺每磅要高出13- 19美分。

因此，尽管装置固定资产投资要低一些，但是CHP 工艺每磅产品成本仍然要比其他两种工艺高10〜16美分。

考虑SM和TBA历年来的平均价格，住友CHP 工艺的PO 产品的成本比PO/SM工艺和PO/TBA工艺的PO产品的成本高。

产品经济性的最大差异在于，在住友CHP工艺中副产的乙醇和DMBA经脱水加氢后变成异丙苯返回循环使用，而乙醇在PO/SM工艺和PO/TBA工艺的中则作为高价值的副产品出售。

总之，与PO/SM法和PO/TBA法相比，CHP工艺的总投资最低，但产品成本最高。

1.4.4 HP-PO法工艺路线的比较无论BASF工艺还是Evonik I艺，20万吨/年环氧丙烷装置都需要配置一个12.3万吨/年的过氧化氢工段与之配套。

然而，Evonik工艺的过氧化氢工段（采用传统的意醍法）的界区内固定资产投资比BASF工艺的过氧化氢工段（采用氢气和氧气直接反应法）的界区内固定资产投资要高。

与芯醒法相比，氢气和氧气直接反应法生产过氧化氢在较高的压力下进行，但流程相对简单。

Evonik工艺独特的产品分离设计使得其产品分离工段的固定资产投资较低，但是考虑到要增加循环气压缩机的费用，两种工艺路线的丙烯环氧化、产品分离、P0精制三个工段加起来的投资基本相同。

1.4.5 HP-P0法和PO/SM法工艺路线的比较与PO/SM工艺相比，HP-PO工艺的环氧化反应器的操作温度和操作压力相对较低，P0的丙烯收率稍高一些。

30万吨/年丙烯腈生产项目摘要：我国丙烯腈一直处于供不应求的状态，截至2014年底，产能达到141.9万吨/年。

随着新建、扩建项目投产，预计到2015年将突破200万吨/年。

下游产品ABS/SAN 树脂、丙烯酰胺及丁腈橡胶等产能增速较快，将带动对原料丙烯腈的需求，预计2014～2018年行业需求增长率将保持在5%。

我国是石油资源丰富，以丙烯为原料制合成气生产丙烯腈技术成熟。

中国石油兰州石化是拥有1050万吨原油一次加工能力和70万吨乙烯生产能力。

符合地区产业政策及原料优势。

因此可以推荐采用丙烷氨氧化两步法，为生产丙烯腈的原料路线。

目前我国丙烯腈主要生产企业大多用丙烯氨氧化法工艺。

因而有必要寻求原料的替代路线，从资源相对丰富的煤和天然气出发，开辟新的丙烯腈生产路线。

本项目是为中国石油兰州石化公司设计一座年产30万吨丙烯腈的分厂。

利用总公司产生的丙烯为原料气，以及该公司生产的液氨作为辅助原料共同合成丙烯腈。

关键词：石油丙烷液氨氨氧化丙烯腈1 工艺设计1.1原料及产品方案1.1 .1主要原料、燃料规格及消耗本项目中所涉及到的主要原料是丙烷、氧气、工艺软水、液氨。

本项目的原料消耗量见表1-2：表1-2 原料消耗表物料来源产量丙烯腈总厂提供2000万吨/年液氨总厂提供1000万吨/年工艺软水来自水库100万吨/年氧气空气提供14563吨/年Pt/Al2O3催化剂外购13.64吨/年Bi-Mo-Al-Ox催化剂外购25.74吨/年项目动力及公用工程消耗估算见下表：表1-3 项目动力及公用工程消耗估算表物料数量单位电2780 万度190℃低压蒸汽15.48 万吨270℃中压蒸汽25.38 万吨30℃循环冷却水7200.30 万吨1.2 工艺流程本项目可分为：丙烷脱氢反应工段、丙烯氨氧化反应工段、粗产品分离工段以及产品精制工段四个工段。

1 丙烷脱氢反应工段图1丙烷脱氢反应工段流程图原料气丙烷经过压缩机加压至0.2-05MPa,进入加热器加热至670℃，进入脱氢反应器，在催化剂Pt/,890~920K温度下发生脱氢反应生成丙烯及一些副产物如丙烯醛等，然后进入压缩机加压至3MPa，再进入精馏塔分离出丙烯与丙烷及少量副产物，丙烯进入下一工段，未反应的丙烷经换热器冷凝，与入口原料气丙烷混合在进行脱氢反应。