18万吨丙烷资源化利用项目3-创新性说明.docx

炼化18万吨丙烷资源化利用项目 创新性说明 18万吨丙烷资源化利用项目 创新性说明 目录一、原料方案及其体系创新 11.1 原料方案 11.2 产品结构方案创新 1二、清洁生产技术创新 32.1TS-1分子筛催化剂的应用 32.2三废资源化处理 32.3单产碳排放的减少 4三、反应技术及分离技术创新 63.1带有水蒸气稀释剂的丙烷脱氢工艺 63.2变压吸附（PSA） 63.3反应分离集成技术 7四、过程节能技术创新 94.1蒸汽透平 94.2热泵精馏 104.3双效精馏 124.4中间再沸技术 13五、新型过程设备应用技术创新 165.1环氧化板式反应器 165.2热管等温反应器 175.3新型塔板的运用 185.4新型节能屏蔽泵 195.5新型可连续空载磁力泵 195.6高效急冷废热锅炉的运用 20 22 / 22一、原料方案及其体系创新1.1 原料方案本项目为炼化18万吨/年丙烷资源化利用的新建项目，主要原料来自中石化炼化轻烃回收装置的C3LPG和气体分馏装置的精制碳三。

经过对原料方案的性能经济指标对比和总厂炼化装置目前生产能力，本项目采用较低丙烷含量的C3LPG（60%）和较高丙烷含量的精制碳三（92%）以2.36:1的质量比例混合进料，既能充分利用不同装置的丙烷资源，又能保证本项目的产量达标原料结构见表1-1表1-1 原料结构方案原料名称主要组成与含量用量（万吨/年）来源C3LPG粗品C3H860.0%17.8来自总厂轻烃回收装置C4H810.7%C4H1023.0%精制碳三C3H892.1%7.6来自总厂气体分馏装置C3H65.3%本工艺流程以此实现了丙烷的资源化利用，增长了石油化工的产业链，符合可持续发展战略，为国内炼化行业开启了一条低碳生产、高效创收的新方法途径1.2 产品结构方案创新本项目秉持着丙烷资源化利用和与总厂乃至园区产品体系有效融合的理念，为了将取自轻烃回收装置的C3LPG和气体分馏装置的精制碳三充分利用，本项目在产品结构方案上进行了调整与创新，详情见表1-2表1-2 产品结构方案产品名称产量（万吨/年）利用去向环氧丙烷21.9去往下游聚酯产业链丙二醇甲醚1.08去往下游硝基纤维产业氢气0.70去往总厂加氢管网本项目的产品结构多样，提高了原子利用率，实现充分资源化；同时产品体系与总厂乃至园区集成，形成有效融合体系，即从炼化到下游聚酯产业链的一体化。

二、清洁生产技术创新2.1TS-1分子筛催化剂的应用环氧化反应选择具有沸石微孔结构的TS-1催化剂，以SiO为载体，Ti为活性中心，是一种具有MFI拓扑结构、骨架中含有钛原子的杂原子分子筛，其具有与ZSM-5分子筛相同的孔道结构，结构如图3-1所示其在催化转化反应过程中，甲醇溶剂中的过氧化氢和丙烯反应只生成环氧丙烷和水，原子利用率高催化剂在45℃、0.4MPa下进行反应，反应条件温和、活性高催化剂主要成分为SiO与Ti，基本无毒、对环境友好、安全性高、能耗低，基本不产生环境污染，符合绿色催化剂的生产工艺运用 图3-1 TS-1催化剂骨架2.2三废资源化处理本项目过程中会产生四种废水、三种废气、九种废固，其中可利用的轻组分气体、重组分液体可循环至总厂再利用，甲醇废液、富氧气体可送至燃烧管网利用，充分实现三废资源化利用，其具体利用如表2-1所示2-1 三废资源化利用情况序号三废名称有害物组成排放量t/h排放去向处理方法名称含量%1甲醇废液CH3OH99.360.02送至总厂燃烧管网燃烧利用C4H10O0.322重组分液体C4H827.938.68回总厂轻烃回收装置循环利用C4H1061.53C5H129.073冷凝水C3H80.0032.12送至凉水塔循环利用C3H60.0074轻组分气体CH418.821.53送往总厂干气回收装置循环利用C2H454.81C2H616.1C3H67.72.5轻组分气体CH458.760.30送往总厂干气回收装置循环利用C2H66.05C3H615.51C3H817.876富氧气体O299.320.53送至燃烧管网助燃本项目废气充分利用，基本实现无排放，废液基本实现回收循环利用，其中的含醚废水经过氧化分解处理后达标排放，包括催化剂废固均送至厂家回收处理，生活废固送至园区统一处理，从而保证清洁生产。

2.3单产碳排放的减少本项目在工艺流程中采用高效绿色的反应技术，丙烯环氧化工艺选择的是Dow-BASF公司的HPPO法，相比其他环氧化工艺，该工艺绿色环保，能耗较传统工艺降低30%~45%，能有效减少单产碳排放本项目在丙烷脱氢工段采用天然气燃烧生成烟道气对脱氢反应加热，天然气燃烧过程产生大量二氧化碳，项目选择将烟道尾气统一送至总厂对二氧化碳回收捕集再利用，从而减少单产碳排放，其碳排放节能算表见表2-2表2-2 单产碳排放节能算表烟道尾气二氧化碳流率（t/h）产品环氧丙烷流率（t/h）单产碳排放减少量（吨二氧化碳/吨产品）10.8127.380.39从上表可知，将烟道尾气中的二氧化碳回收捕集能够有效减少单产碳排放量为了进一步节能降耗，本项目在采用热泵精馏、双效精馏、中间再沸器等热集成技术对原工艺系统进行优化后，公用工程能耗显著降低，有效地减少了每吨产品的碳排放量，具体节能减排情况见表2-3表2-3 优化后节能减排信息表项目热公用工程/(kJ/h)冷公用工程/(kJ/h)匹配前1.4651091.339109匹配后7.4931085.936108物流匹配节能百分率48.9%55.7%能量优化量1.461109kJ/h每年碳排放减少量39.9万吨标煤/年每吨产品碳排放减少量1.82吨标煤/吨产品 三、反应技术及分离技术创新3.1带有水蒸气稀释剂的丙烷脱氢工艺本项目丙烷脱氢反应所选用催化剂为Pt/Sn-Al2O3，与Catofin工艺中的Cr系催化剂相比，Pt系催化剂有着更好的催化活性且对环境友好。

但Pt系催化剂有着容易结焦失活、操作循环周期短的缺点，为了克服这一缺点，本项目在丙烷原料中混入一股水蒸气一并送入丙烷脱氢反应器进行反应与不添加稀释剂的丙烷脱氢工艺相比，添加水蒸气作为稀释剂有着以下两方面的优点：（1）添加水蒸气作为稀释剂能够有效抑制Pt系催化剂的结焦速率，延长反应循环周期时间；（2）添加水蒸气作为稀释剂能够适当降低原料丙烷的分压，丙烷脱氢是分子数增加的反应，降低丙烷分压能够促进反应往正方向移动3.2变压吸附（PSA）本装置采用变压吸附技术（PSA），从氢气与轻质烷烃混合气中分离提纯氢气变换气在温度25℃下进入变压吸附塔，在吸附塔中弱吸附质组分H2从吸附塔上部流出储罐以便后续利用；强吸附质组分CH4等被吸附，通过逆放和抽空等步骤解吸出来作为燃料使用本方案将主要含有H2、CH4的轻组分气体规格如下表3-1所示表3-1 轻组分气体主要组成 图3-1 变压吸附模拟该变压吸附过程采用装载5A分子筛的床层实现对富氢气体的提纯利用Aspen Adsorption软件对变压吸附过程进行了模拟模拟如图3-1通过变压吸附模拟，调整各吸附步骤的循环时间和床层高度使床层出口气体达到较高的值，最终出口的H2的质量分率达到了99.8%（摩尔分率99.995%）。

结果如图3-2具体操作过程详见《附录五 变压吸附说明书》图3-2 变压吸附模拟结果3.3反应分离集成技术图3-3 脱氧分解塔工艺流程本项目环氧丙烷合成工段中，经环氧化反应器（R0301）出口物流含有未反应完全的双氧水与氧气双氧水在高温、中性条件下不稳定，其存在不仅会使生产系统产生安全隐患，同时作为杂质会影响主副产品的质量为将双氧水与氧气一并脱除，本项目利用了反应精馏技术并在脱氧分解塔（T0301）中得到体现，其工艺流程图如图3-3所示从图3-3可知，反应器出口物流进入脱氧分解塔（T0301），该塔为填料塔并装填有二氧化锰催化剂用于分解双氧水，双氧水分解产生的氧气与进塔物流中的氧气一并通过精馏脱除在脱氧分解塔（T0301）内部既存在双氧水的分解反应，又存在对氧气的分离，由此实现反应分离集成技术的创新四、过程节能技术创新4.1蒸汽透平经丙烷脱氢后的物流温度较高且含有有大量能量，本项目采用急冷废锅回收大量高品位能量（产生300℃，6.4MPa的汽水混合物）这部分能量若能合理利用，将会在一定程度降低生产装置的能耗与操作成本在原有的丙烷脱氢工艺（Oleflex，Catofin）中并未涉及到该类能量的融合与利用。

为了合理地将高品味能量利用并融入工艺体系中，本项目在原丙烷脱氢的工艺基础上进行改进并对这部分高品味能量的利用进行了设计从急冷废热锅炉得到的汽水混合物分流后，一小股物流作为丙烷脱氢稀释剂与原料混合后进入丙烷脱氢反应单元大部分气液混合物在汽包内经由气液分离后，饱和水蒸汽经过热后推动透平产电，经直接代替原有的电能供能方式工艺流程如图2-1图4-1 蒸汽透平压缩做功流程示意图电耗节约结果与成本节约对比结果见表2-1、表2-2表4-1 全厂电力能耗对比算表原工艺全厂电耗功率（kW）采用蒸汽透平工艺全厂电耗功率（kW）电力能耗节约百分比15809.26781.357.1%原工艺全厂每年电耗（kW•h）采用蒸汽透平工艺全厂每年电耗（kW•h）1.2651085.425107表4-2 成本节约算表透平发电量（kW）年操作时间（小时/年）电价（元/kW•h）节约成本（万元/年）9027.980000.72777.9从上表可知，采用高压蒸汽推动透平带动压缩机运转即能够极大地回收高品味能量、大幅度降低电耗，又能节约大量的资金，降低每吨产品的能耗，具有切实可观的经济效益4.2热泵精馏丙烷与丙烯物性非常接近，常规的精馏分离难度大、能耗高。

现有分离丙烷和丙烯的低压精馏法，设备投资和能耗都较大；而对于分离丙烷和丙烯的高压精馏法，需要的更多的理论板数和较大的回流比通过分析塔设备相关数据，发现丙烯塔塔顶与塔底温差仅有9.5℃，采用热泵精馏的节能优势便体现了出来热泵精馏是将塔顶的气相物料经压缩机加压升温后进入塔底再沸器，对塔底物流进行加热，塔顶物流再经加压阀减压、辅助冷凝器冷却后进入回流罐热泵精馏工艺流程图见图4-2图4-2 开式B型热泵精馏流程图热泵精馏有着不同的形式，如：闭式热泵、开式热泵在分离效果相同的条件下，拟将开式A型热泵、开式B型热泵与普通精馏的能耗效果进行对比需要注意点是，机械能和电能是比热能更高价值的能量形式，电热转换系数约为3.29；在经过相关计算后，具体对比结果见表4-3表4-3 普通精馏与热泵精馏能耗对比算表操。