300Kta环氧丙烷项目-创新性说明书.doc

300Kt/a环氧丙烷项目300Kt/a环氧丙烷项目创新性说明书11第一章 工艺技术创新1.1 新工艺技术丙烯环氧化生产环氧丙烷（PO）的工艺技术目前有三种，氯醇法、共氧化法和过氧化氢法目前世界上生产环氧丙烷的厂家大都选用传统工艺氯醇法丙烯制环氧丙烷氯醇法自上个世纪20年代开发成功以来，一直沿用至今，但其工艺因使用大量的氯气和生石灰造成环境污染严重，同时对设备的腐蚀性很强，原料的利用率也比较低随着社会的不断进步，人们越来越注意到经济可持续性的重要性，因此开发无联产物、环境友好和工艺经济的环氧丙烷清洁生产工艺显得尤为迫切迎合市场和社会的需要，本设计选择了经济节能对环境友好的过氧化氢（HPPO）法制取环氧丙烷1.1.1 新型原料本设计以99%的丙烯和25%的过氧化氢溶液为原料，并以甲醇为溶剂，在催化剂的催化作用下反应生成环氧丙烷，同时产生副产品丙二醇和丙二醇单甲醚由于原料的选择经济合理，所以几乎无联产物产生，只有过氧化氢高温分解时产生少量的氧气本设计的原料配比见下表1-1表1-1 原料配比一览表组分过氧化氢H2O2水H2O丙烯C3H6丙烷C3H8甲醇CH3OH进料量kg/hr26315789454317343678945进料质量比133进料摩尔比11.321.1.2 催化剂对于一个化学反应，催化剂的选择直接决定反应的相关参数和转化率以及产品的选择性，所以在工艺选择中，催化剂的选择显得尤为重要。

通过对国内外现有环氧丙烷生产公司的工艺进行分析，结合厂区环境，我们最终确定沿用BASF-DOW公司的HPPO工艺用催化剂，即 TS-1催化剂催化剂的组成为(Ti O2)x(Si 02)l-x；(x=0.0 0 l～0.05)；n(Ti)：n(Ti+Si)=(0.01～0.1)：1吸附剂比表面积优选100～150m2/g，温度优选15～50℃，压力优选0.1～0.5MPa选用TS-1催化剂，可以使反应的过氧化氢转化率达到96%，大大提升了环氧丙烷是产率本设计中由催化剂决定的反应参数见下表1-2表1-2 反应参数表项目数据反应温度/℃40反应压力/MPa0.4过氧化氢转化率/%96环氧丙烷选择性/%（质量流率）96氧气的选择性/%（质量流率）2丙二醇的选择性/%（质量流率）2丙二醇单甲醚的选择性/%（质量流率）2丙烯与过氧化氢的物质的量比1.32～11.2 优选工艺流程本项目依托宁夏神华煤化工股份有限公司年产52万吨丙烯项目，为其设计一座丙烯下游产品环氧丙烷的生产分厂在化工原理及化工分离理论知识的指导下，融合国内外丙烯制环氧丙烷项目的调查资料，并且借助Aspen Plus的物性数据与计算，我们对本项目进行了深入的分析与讨论，通过对各设备的反复模拟和计算，最终得到了如下图1-1所示的流程示意图。

化学反应丙烯分离单甲醚提纯单甲醚分离丙二醇分离丙烯提纯脱水PO提纯PO分离H2O2循环丙烯循环主产品副产品进料甲醇分离甲醇提纯甲醇氧气图1-1 工艺流程示意图本工艺严格按照化工生产中对多组分分离的要求，选择性的将对产品和催化剂有影响，以及含量较多的组分先行分离，对于难分离的组分放到流程的最后分离，通过ASPEN PLUS的模拟运算，优化工艺流程，最终选用此流程为本设计的工艺流程选用该流程生产环氧丙烷，使得原料的利用率远远高于传统工艺，且产品纯度可到到99%以上第二章 分离技术创新2.1 萃取精馏分离环氧丙烷环氧丙烷中含有的杂质主要为甲醇，所以原料液中甲醇含量的高低直接影响后续环氧丙烷产品的纯度本设计中环氧丙烷分离塔出料中含有约74%的环氧丙烷，26%的甲醇溶液传统常压精馏分离的方式，工艺最高只能将环氧丙烷的纯度提升到98.4%，而且塔板数以及塔顶冷凝器的回流比都比较大，使得分离的热负荷增加而利用萃取精馏的分离方式，在很大程度上改变了上述常压精馏的缺陷，使得产品的纯度达到99%以上在此操作中，选用水作萃取剂，大大降低了原料成本，使得整体的经济效益明显增高下面就用一组数据表格对传统常压精馏以及用水萃取精馏的工艺进行对比。

表2-1 两种精馏方式的对比参数表项目常压精馏分离萃取精馏分离状态参数进料塔顶塔釜进料塔顶塔釜温度/℃48.534.763.448.434.467.1压力/KPa101.3101.3101.3101.3101.3101.3流量/kg/hr50000170003300053860.940219.915641.1环氧丙烷质量分率0.800.9740.0260.7460.9960.008甲醇质量分率0.200.1070.8930.2540.0020.869再沸器热负荷/KJ/hr55000043589塔板数4540回收率/%96.797.2从上述表格中分析可得，常压精馏塔与萃取精馏塔在同温同压的进料情况下，采用水作萃取剂的萃取精馏法分离环氧丙烷和甲醇，不仅可以提高环氧丙烷的质量分率（纯度），同时塔釜再沸器的热负荷也有明显降低，分离塔的塔板数也有所降低所以，采用萃取精馏的方式来分离环氧丙烷与甲醇对工艺过程设计和改造具有突破性的意义2.2 萃取精馏分离丙烷丙烯丙烷和丙烯在精馏分离过程中，由于其沸点低于273K，通常不易实现2.2.1 操作压力丙烷和丙烯的分离根据操作压力的不同可分为低压精馏、高压精馏和低压热泵精馏三种操作方式。

高压法由于塔顶温度高于40℃, 可以用冷却水冷凝产生回流, 塔釜可用低压蒸汽或热水加热，使得设备简单, 但是回流比却比较大, 塔板数野偏多采用低压法，使得丙烯丙烷相对挥发度增高, 从而可以减少塔板数和回流比，但塔顶需采用比冷却水低的冷凝剂进行冷凝, 此时往往采用热泵系统, 即以塔顶蒸出的低温烃蒸气作为制冷循环冷剂, 经压缩提高压力和温度后送去塔釜换热,放出热量而凝成液体, 部分出料, 部分回流, 这种流程比较复杂综合分析三种操作方式，本设计丙烯提纯塔采用高压及冷却水系统进行操作2.2.2 萃取精馏参数确定近年来，随着人们对产品质量要求的不断提升，工艺技术也在不断更新，普通精馏所达到的分离效果已经远远达不到工业上的要求，通过对各类文献资料的分析，最终决定用含水乙腈作为萃取剂对丙烷丙烯进行分离利用ASPEN PLUS对分离操作中温度、压力、理论塔板数、进料板位置、塔顶回流比以及塔顶出料与进料比进行灵敏度分析，最终找到萃取精馏的最佳工艺参数表2-2 萃取精馏塔塔板设计结果项目参数操作温度/℃40操作压力/MPa0.16理论塔板数45原料进料位置8萃取剂进料位置3实际回流比25塔顶出料与进料比0.342.2.3 普通精馏与萃取精馏对比分析利用ASPEN PLUS对普通精馏与萃取精馏进行模拟对比，得到以下信息。

表2-3 普通精馏塔工艺参数表参数1～9091～120塔内径/m55板间距/m0.60.6开孔率/%88溢流型式四溢流四溢流堰长/m1212堰宽/m0.40.4堰高/m0.030.03降液管底隙/m0.10.1降液管截面积/m23.63.6溢流强度/ m2/h47.7952.69空塔气速/m/s0.1410.138孔动能因子11.5211.44板上液层高度/m69.1171.73塔板压降/KPa0.640.65降液管液层高度/mm155.3175.9停留时间/s7.997.24雾沫夹带0.0030.003表2-4 萃取精馏塔工艺参数表参数1～88～45塔内径/m4.84.8板间距/m0.80.8开孔率/%99溢流型式单溢流单溢流堰长/m88堰宽/m0.40.4堰高/m0.0350.035降液管底隙/m0.10.1降液管截面积/m233溢流强度/ m2/h42.5942.59空塔气速/m/s1.321.67孔动能因子8.2910.27板上液层高度/m66.368.6塔板压降/KPa400450降液管液层高度/mm9095停留时间/s6.45.2雾沫夹带0.0010.002　第三章 换热网络优化本设计中使用Aspen Energy Analyzer优化全厂换热网络。

根据Aspen Plus模拟出来的相关数据，利用Aspen Energy Analyzer软件对其流股信息进行提取，然后根据每股物流的信息，用能量分析软件来集成全厂的换热网络全厂换热网络图如下：图3-1 优化前的换热网络根据相关原则，对换热网络进行优化，优化后的换热网络如下：图3-2 优化后的换热网络从图中可以看出，本项在换热方面，不仅仅是依靠公用工程来提供冷量和热量，同时也进行流股之间的换热，以达到节约能耗减少公用工程用量的目的此项创新完全符合国家对于节能减排的政策方针。