年产100k吨HPPO法环氧丙烷生产项目可行性实施报告

摘要环氧丙烷是重要的有机化工原料，传统的生产方法产生大量废水废渣或大量联产品。

过氧化氢直接氧化法（HPPO）在TS-1催化剂催化下使过氧化氢直接氧化丙烯，理论副产物只有水，反应转化率高，选择性高，属于环境友好的合成路线。

环氧丙烷的需求量逐年增长，而目前国内产能大部分为氯醇法工艺，设备老旧腐蚀严重，环保处理难，面临淘汰，HPPO法有良好的发展空间。

使用Aspen Plus软件对HPPO法生产环氧丙烷进行研究，模拟10万吨/年环氧丙烷车间工艺流程，确定相关操作参数，并使用灵敏度分析工具对各塔进料位置进行优化。

甲醇作为体系内溶剂，用量大，然而使用原有的单塔精馏回收甲醇耗能高，本文采用双效精馏回收甲醇，使高压塔塔顶冷凝器与常压塔再沸器热耦合，对比单塔精馏回收可节约能耗35.8%。

在化工生产中，换热设备所需的装置费用约占装置成本的近30%和运行费用的近90%，选择合适的换热器能显著降低成本，然而换热器结构复杂，流体流动状态难以预测，不易计算。

为提高计算准确性，本文使用Aspen EDR软件设计环氧丙烷分离塔再沸器。

关键词：环氧丙烷；直接氧化法；流程模拟Process Design and Optimization for 100kton/y Propylene Oxide PlantAbstractPropylene oxide is an important raw material of organic chemical engineering, the traditional production process will produce a large number of waste water or coproducts. Hydrogen peroxide Process (HPPO process) catalyzes the direct oxidation of propylene over hydrogen peroxide catalyzed by TS-1 catalyst. The theoretical byproduct is water, the reaction have high reaction conversion and high selectivity, and is an environmental friendly synthetic routes.Propylene oxide demand growth year by year, and most of the current domestic production capacity is chlorine alcohol process, which the equipment was serious corrosion, environmental management difficult, HPPO process has a good development space.This article use Aspen Plus software to simulate the process for 100kt/a propylene plant. determine the relevant operating parameters, and use the sensitivity analysis tool to optimize the feed stage of towers. The recycle of methanol cost huge energy, this paper uses double-effect distillation to recycle methanol as solvent. Compared to single tower distillation , this process can save energy consumption about 35.8%.In the chemical production, the heat exchanger equipment costs about 30% of the equipment cost and nearly 90% of the operating costs. That means select an appropriate heat exchanger can significantly reduce the cost, but it is hard to calculate the heat exchanger because of the complex structure and unpredictable fluid flow. This article uses the Aspen EDR software to design the reboiler of propylene oxide separation column reboiler, improve the accuracy of design.Key Words：Propylen Oxide；HPPO Process；Process simulation目录摘要 (I)1 文献综述 (1)1.1 环氧丙烷介绍 (1)1.1.1 环氧丙烷性质 (1)1.1.2 环氧丙烷应用 (1)1.2环氧丙烷生产工艺 (2)1.2.1 氯醇法 (2)1.2.2共氧化法 (4)1.2.3 过氧化氢直接氧化法 (6)1.3 环氧丙烷市场供需情况 (7)1.3.1 环氧丙烷消费现状 (7)1.3.2 环氧丙烷生产现状 (8)1.1TS-1催化剂 (9)2工艺流程模拟 (9)2.1 反应器 (9)2.2 丙烯分离塔 (10)2.2.1 简捷计算 (10)2.2.2 严格计算 (12)2.2.3 最佳进料位置 (13)2.3 环氧丙烷分离塔 (14)2.3.1 简捷计算 (14)2.3.2 严格计算 (16)2.3.3 最佳进料位置 (17)2.4 环氧丙烷提纯塔 (18)2.4.1 简捷计算 (19)2.4.2 严格计算 (21)2.4.3 最佳进料位置 (21)2.5 溶剂回收 (23)2.5.1 甲醇常规精馏 (23)2.5.2 甲醇双效精馏 (25)2.5.3 甲醇回收工艺对比 (26)2.6 小结 (27)3换热器选型及设计 (27)3.1 设备选型 (27)3.2 工艺数据 (28)3.3 物性数据 (29)3.4 结构数据 (29)3.5 热虹吸管线 (31)3.6 设计计算结果分析 (31)3.7 圆整数据 (32)3.8 模拟计算结果 (33)1 文献综述1.1 环氧丙烷介绍1.1.1 环氧丙烷性质环氧丙烷（Propylene Oxide，简称PO）是重要的有机化合物原料，分子式为CH3CHCH2O。

一、项目背景和意义HPPO法制备环氧丙烷是一种绿色、高效的制备环氧丙烷的方法，在丙烷和过氧化氢的催化反应中通过氢气氧化反应生成环氧丙烷。

该方法具有高转化率、高选择性、无废水废气排放等优点，被广泛应用于合成树脂、涂料、粘合剂等行业。

本项目的建设旨在满足市场对环氧丙烷的需求，并推动石化工业的绿色发展。

年产20万吨的规模可以满足当地及周边地区的市场需求，并带动相关产业链的发展。

项目的成功建设将有效促进环境保护和经济发展的良性互动。

二、项目建设内容和规模1.建设地点：项目将选址于具备丰富的丙烷和过氧化氢资源的化工园区。

2.建设规模：年产20万吨HPPO法制备环氧丙烷装置。

3.建设内容：-丙烷供应系统：包括储气罐、输送管道。

-过氧化氢供应系统：包括储罐、输送管道。

-催化剂供应系统：包括储罐、输送管道。

-反应系统：包括反应釜、加热装置、冷却装置等。

-分离系统：包括分离塔、蒸馏装置等。

-产品储存和包装系统：包括储罐、包装设备等。

-辅助设施：包括供水、供气、供电等设施。

三、项目实施及技术方案1.项目实施：-项目招标：根据项目需求，进行设备和材料的招投标工作。

-设备采购：购买符合要求的制备环氧丙烷的设备和催化剂。

-建设施工：按照设计方案进行项目场地的平整、设备安装等建设工作。

-调试运行：对已建设完毕的项目进行调试运行，验证其功能和性能。

-项目验收：对项目进行全面的验收，确保项目达到设计要求。

2.技术方案：-丙烷供应系统：选用优质丙烷供应商，采用密闭输送管道，并配备气体泄漏监测系统，保证供气的安全性和稳定性。

-过氧化氢供应系统：选用优质过氧化氢供应商，并配备泄漏报警装置，确保供氢的安全性和稳定性。

-催化剂供应系统：选用优质催化剂供应商，采用密闭输送管道，并配备泄漏监测系统，保证供催化剂的安全性和稳定性。

-反应系统：选用高效反应釜和先进的加热、冷却装置，优化反应条件，提高环氧丙烷的产率和纯度。

-分离系统：采用先进的分离技术，确保环氧丙烷的纯度和产品收率。

HPPO工艺技术及其生产工艺中涉及的关键问题HPPO（过氧化氢-环氧丙烷生产工艺）工艺属于一种新型的绿色工艺技术，其整体的工艺流程较为简单，且不会产生过多的副产物，不会对周边环境造成污染，所以这种工艺技术也成为了多方面关注的重点，通过双氧水直接氧化丙烯完成环氧丙烷的制造，其中所应用的原料并不具备腐蚀性，且整体的反应条件较为温和，十分符合当前绿色化学发展的相关要求。

一、HPPO工艺技术概述HPPO这种工艺技术最早源自于意大利，应用在HPPO工艺技术中的钛硅分子筛催化剂于20世纪末期研制成功，并将其应用在环氧丙烷的生产工艺当中。

目前HPPO 生产工艺主要有Basf/Dow化学HPPO工艺和赢创/伍德HPPO工艺。

前者已经投入生产的HPPO装置包括了比利时的安特卫普和泰国的马塔堡，在这2套HPPO装置当中，都是通过管式反应器来实现丙烯对双氧水的环氧化反应，并利用甲醇作为溶剂，有着较为温和的反应条件。

巴斯夫公司研制出的环氧丙烷的连续制造方式，通过钛硅沸石分子筛作为催化剂，使得丙烯与过氧化氢之间进行反应，最终形成环氧丙烷。

后来韩国SKC公司在本世纪初采用赢创/伍德HPPO工艺建立了第一套HPPO工业化生产装置，到了2017年该装置已经具备了15万t/a的产能。

当前我国企业存在的问题在于催化剂的性能、双氧水的生产、后续的PO提纯问题，本文将对这些关键问题进行分析和探究，为HPPO工艺技术在我国的发展提供一些建议和意见。

二、HPPO生产工艺中的关键问题分析1、双氧水制造在HPPO生产工艺中所使用的双氧水大多是由蒽醌法生产制造的，双氧水的浓度和质量直接影响环氧化反应的进行。

为获得最佳的HPPO生产工艺转化率，赢创工艺选择的是70%浓度的双氧水，并且双氧水应该满足以下几方面要求：首先，其中的碱金属质量比应该达到相应的要求。

其次，阴离子质量含量应该达到相应的标准。

最后，PKb小于4.5的胺的质量比小于10PPM。

在HPPO生产工艺当中，确保双氧水的质量是其中的重要关键内容，以催化剂性能为前提来进行双氧水的选择是十分重要的环节。

目录第一章总论 (4)1.1项目背景及由来 (4)1.2评价目的及原则 (4)1.2.1评价目的 (4)1.2.2评价原则 (4)1.3编制依据 (5)1.3.1与环境保护有关的法律、法规 (5)1.3.2有关技术规定 (6)1.3.3项目规划依据 (6)1.4评价标准 (6)1.4.1环境质量标准 (6)1.4.2污染物排放标准 (7)1.5评价范围 (7)第二章建设项目概况 (9)2.1项目概况 (9)2.1.1项目名称 (9)2.1.2项目地点 (9)2.1.3项目性质 (9)2.2项目规模、占地面积及厂区平面布置 (10)2.2.1项目规模 (10)2.2.2占地面积 (10)2.2.3厂区平面布置 (10)2.3原材料及产品 (11)2.3.1主要原料 (11)2.3.2辅助物料 (11)2.3.3产品方案 (11)2.4总物料平衡 (12)2.5生产工艺及产污环节 (12)2.5.1过氧化氢合成工段 (13)2.5.2丙烯环氧化工段 (13)2.5.3溶剂回收工段 (14)第三章项目所在地环境现状 (15)3.1项目地理位置 (15)3.2自然环境 (15)3.2.1地质、地形、地貌及土壤情况 (15)3.2.2水文情况 (16)3.2.3气候及气象情况 (16)3.3社会环境状况 (17)第四章污染源调查与评价 (18)4.1废气污染源及污染物 (18)4.2废液污染源及污染物 (18)4.3固体废物污染源及污染物 (18)4.4噪声污染源分析 (18)第五章环境影响预测及评价 (19)5.1施工期间环境影响预测及评价 (19)5.1.1施工期环境空气影响分析 (19)5.1.2 施工期的水环境影响分析 (20)5.1.3 施工噪声的影响分析 (20)5.1.4 施工固体废物的影响分析 (21)5.2生产期间环境影响预测及评价 (21)5.2.1 环境空气影响预测与评价 (21)5.2.2水环境影响预测与评价 (21)5.2.3 噪声环境影响预测与评价 (22)5.2.4固废环境影响预测与评价 (22)第六章环境保护措施及其技术经济论证 (23)6.1 三废及噪声治理措施 (23)6.1.1废气 (23)6.1.2废水 (23)6.1.3废渣 (24)6.1.4噪声 (24)6.2 环保投资估算 (24)第七章环境经济损益简要分析 (25)7.1建设项目的经济效益 (25)7.2建设项目的环境效益 (25)7.3建设项目的社会效益 (25)第八章实施环境监测的建议 (26)第九章结论 (27)第一章总论1.1项目背景及由来丙烯是源自石油、煤、天然气的重要基础有机化工原料，全球丙烯的产能已超1亿吨/年，而我国2012年的丙烯产能1800万吨/年，产量1500万吨，其中约75%用于生产聚丙烯，基于丙烯原料的有机化工产业明显低于全球平均水平。

第一章项目总论1.1项目总览国内环氧丙烷行业自20 世纪90 年代初期开始，消费量保持高1990-200年环氧丙烷消费量年均增长率高达22.6%。

2005 年以来，随着中国聚氨酯工业进入新一轮发展期，上游原料环氧丙烷需求增长进一步加快。

国内环氧丙烷最大的用途是在碱金属氧化物和起始剂作用下开环聚合生成聚醚多元醇。

由于所用起始剂不同，聚醚可分为软泡聚醚、硬泡聚醚和弹性体聚醚。

软泡聚醚用于生产聚氨酯软泡，以制造衬垫、包装用品等；硬泡聚醚用于生产聚氨酯硬泡，用作保温材料等；弹性体聚醚用于生产聚氨酯弹性体，用作跑道、涂料、粘合剂、密封剂等。

2007 年，国内环氧丙烷用于聚醚多元醇的消费量约82 万t。

本项目是以丙烯为原料，利用双氧水氧化生产环氧丙烷(即HP-PO 工艺）。

环氧丙烷的主要原料为丙烯和双氧水，年用量分别为12.6、9.6 万吨。

生产所用原料准备新建配套项目或外购解决。

1.2 设计依据➢化工工程设计相关规定➢国家经济、建筑、环保等相关政策➢ 2013 第七届“三井化学"杯大学生化工设计大赛指导书➢本组编制的项目可行性报告1.3 设计指导思想随着世界聚氨酯行业中心向中国大陆的转移将大大促进了我国聚氨酯行业的发展同时建筑节能政策的推进、汽车家具行业的持续发展使得聚氨酯行业保持较好的增长从而拉动PO行业的发展。

本设计认真贯彻“工厂布置一体化、生产装置露天化、建(构)筑物轻型化、公用工程社会化、引进技术国产化”的基本设计原则。

用先进技术，贯彻勤俭方针，精心设计，保证质量。

要严格执行国家、部门和项目所在省、区、市颁布的标准、规范、规定，设计出符合节约型社会标准的安全、实用的方案。

1.4 建设规模及产品方案第二章原料采购与产品营销2.1 原料供应本厂原料主要有丙烯、甲醇和双氧水，以下主要介绍丙烯、甲醇和双氧水的来源。

2.1.1 丙烯丙烯，是略带甜味的气体,化学性质活泼，易发生氧化、加成、聚合等反应。

6.1反应部分在PO的反应过程中，C3H6与H2O2的反应发生在甲醇/水的环境中，反应发生在装有有TS-1催化剂的固定床反应器中。

反应过程平缓，在100℃一下，少副产物，反应单元的压力大约为30 bar。

由于使用了最优化的工艺过程参数，一个高可以获得超过95%的PO。

大量放热的过程所放出的热量被一个综合冷却系统转移，反应之后，混合产物（包括绝大多数的甲醇，水，丙烯和PO）在一个减压装置中以稍微高于大气压的条件分离。

6.2丙烯循环利用混合产物离开反应装置，减压加热，致使富含丙烯气体阶段压缩浓缩返回到反应装置。

尾气，包含绝大多数的惰性化合物和少量由H2O2的分解产生的氧气，被分离出送到设备区。

6.3 PO净化压缩混合液体产物被输送到预分离缓解，在这里，PO和溶解的丙烯会从甲醇和水中分离开来。

一个C3脱离器会出去剩下的C3烃（从PO和甲醇的混合物中）。

PO馏出物将在PO塔纯净，残留的甲醇和水还有少量的杂质都沉降在塔下被分离带走。

这是的PO馏出液已经达到了高质量的标准。

6.4 甲醇处理把甲醇从来自预分离塔的底部和PO塔底部的甲醇和水混合物中分离出来。

从上部传输来的甲醇蒸气被送回到PO反应装置。

从甲醇塔底部分离出来的含有水合少量高度沸腾的副产物被分送到设备区。

6.5 化学级丙烯的净化如果聚合级丙烯被用作生产原料，回收的丙烯直接输送到反应装置。

这装置需要的是化学剂的丙烯，相当大量的丙烷和丙烯蒸气。

丙烷充当的是惰性稀释剂，在反应中，为了丙烷集度保持在一个不变的水平，多余的丙烷被转移打丙烯净化塔中。

增加净化塔顶部的产物中的丙烯的集中度，而塔底产物用于丙烷的平衡，塔底产物被送往设备区，同时，丙烯蒸气回到PO反应装置。

年产20万吨HPPO法制备环氧丙烷项目初步设计说明书院系：化学工程与工艺班级：队名：指导教师：目录第1章总论.............................................................................................. 错误!未定义书签。

1.1工厂筹建情况简述........................................................................ 错误!未定义书签。

1.2设计依据.......................................................................................... 错误!未定义书签。

1.3设计指导思想.................................................................................. 错误!未定义书签。

1.4 设计范围与设计分工 ...................................................................... 错误!未定义书签。

1．5建设规模及产品方案..................................................................... 错误!未定义书签。

第2 章总图运输....................................................................................... 错误!未定义书签。

2.1 设计依据.......................................................................................... 错误!未定义书签。

丙烯制环氧丙烷（HPPO）项目建议书一.性质：环氧丙烷分子式:C3H6O 分子量:58.08 摩尔质量:58.08 g/mo环氧丙烷（英文名称 Propylene Oxide，简称 PO），又名甲基环氧乙烷或氧化丙烯，在常温常压下为无色透明液体，具有类似醚类气味，主要物性：沸点34.5℃，凝固点-111.93℃，密度（25℃）0.823g/cm3，蒸汽压（25℃）75.86kPa，闪点 -37℃，爆炸极限（在空气中）2.5~38.5%（VOL），可与丙酮、四氯化碳、乙醚、甲醇等多种溶剂互溶。

环氧丙烷化学性质活泼，易开环聚合，可与水、氨、醇、二氧化碳反应，生成相应的化合物或聚合物。

在含有两个以上活泼氢的化合物上聚合，生成的聚合物通称聚醚多元醇。

环氧丙烷是除了聚丙烯和丙烯腈以外的第三大丙烯衍生物，是重要的基本有机化工原料。

环氧丙烷主要用于聚醚多元醇的生产；其次是用于表面活性剂、碳酸丙烯酯和丙二醇的生产。

另外，在丙二醇醚、羟丙基甲基纤维素（HPMC）、改性淀粉、丙烯酸羟丙酯以及其它方面有所应用。

环氧丙烷的衍生物产品有近百种，是精细化工产品的重要原料，广泛用于汽车、建筑、食品、烟草、医药及化妆品等行业。

二．市场需求分析及预测2.1国外市场分析2007年世界环氧丙烷的生产能力约746万吨/年，产量约664万吨；2008年世界环氧丙烷生产能力增加至780.8万吨/年，产量增至676万吨。

新增生产能力主要来自韩国SKC公司在蔚山的世界第一套10万吨/年过氧化氢直接氧化法环氧丙烷（HPPO）装置，以及一批中国企业的扩能改造项目。

西欧、北美和亚洲是世界环氧丙烷主要生产和消费地区。

国外环氧丙烷产业集中度很高，美国Dow化学和Lyondell公司是世界上最大的两个生产商，两大公司控制了世界环氧丙烷的大部分市场。

Dow化学分别在美国、德国、巴西等地建有生产装置，均采用氯醇法技术。

Lyondell公司分别在美国、法国、荷兰等地建有生产装置，采用共氧化法技术。

巴斯夫公司HPPO工艺用过氧化氢使丙烯环氧化生产环氧丙烷，可使用化学级丙烯，与过氧化氢的反应在甲醇溶剂中进行。

使用管式反应器，在中温、低压和液相条件下操作。

过氧化氢完全耗用掉，丙烯转化率接近定量值。

未反应丙烯可用于其他过程或回收。

生产环氧丙烷后，排气（丙烯）、粗环氧丙烷和甲醇从反应器出口物流中用蒸馏方法分步分离。

废水流在检查乙二醇属微量后排向处理单元。

甲醇溶剂循环至反应中，粗环氧丙烷进一步蒸馏提纯至工业规格。

2000年4季度以来，巴斯夫公司在路德维希港投运了100吨/年中型装置，并用工业原料和全集成的过程回路验证了该工艺过程。

放大至世界规模级环氧丙烷装置的放大因子为3000，不存在任何大的放大风险。

对整个工艺包的投资决策可在2年内作出，跨越的主要障碍是过氧化氢费用，但索尔维的开发成果已可允许建设15万~20万吨/年单系列装置来解决这一问题，它比常规的4万~6万吨/年装置大出好几倍。

进一步的关键开发内容是工艺过程用稳定的、高活性和选择性的多相催化剂：专有的硅酸钛催化剂。

巴斯夫环氧丙烷生产能力为37.5万吨/年，相当于全球能力的7%，在欧洲和亚洲均有生产装置，但巴斯夫仍是环氧丙烷的净购买商，其需求占全球的份额大大高于其能力所占的份额。

巴斯夫公司和陶氏化学公司将联合使过氧化氢直接氧化法生产环氧丙烷（HPPO）技术推向工业化，将在巴斯夫安特卫普生产地建设30万吨/年HPPO装置，2006年投入建设，计划2008年投产。

在HPPO工艺中，在管式反应器中，在中温和液相低压下，使用甲醇作为溶剂，丙烯采用H2O2被环氧化，使用TS-1 Ti-硅酸盐催化剂，该催化剂使之有高的转化率和产品选择性：H2O2可完全转化，丙烯转化接近定量值。

少量的丙烯排气流进入现有的丙烯网络或循环至反应器。

反应出口物流中的排气（丙烯）、粗PO和甲醇通过蒸馏进行分步分离。

甲醇循环之。

最终的含水物流在检出乙二醇为微量后，排向水处理设施。

粗PO通过蒸馏提纯至必要的纯度。