45kta1,3-丙二醇项目-创新性说明.pdf
45 kt/a 1,3-丙二醇项目 创新性说明 一、产品结构创新 本项目是以石化 1000 万吨/年炼油项目生产的丙烯为原料的 45kt/a 1,3-丙二醇项目。生产的 1,3-丙二醇可作为合成 PTT 聚酯纤维的原料。本工艺中，设计了原料丙烯回收系统，物料损失较少。除废酸处理系统、废气焚烧系统产生二氧化碳及失活催化剂外，基本没有其他三废排放。失活催化剂可通过再生或厂家回收进行处理，故项目对环境基本无害。二、工艺设计与节能 2.1 高效经济的丙烯回收技术 丙烯回收系统采用加压冷凝分离的方法回收余气中的大部分丙烯，以较低的成本回收丙烯原料。同时，该系统中我们采用冷量回收和传统深冷技术，实现了系统冷量的自给自足，达到了节能降耗的目的。图 1-2 丙烯回收流程图 45 kt/a 1,3-丙二醇项目 创新性说明 -1-2.2 环境友好的废酸处理技术 废酸处理系统采用北京东方化工厂的废酸处理工艺，通过湿式氧化对废酸液进行处理，运行费用低，有机物去除率高，工艺成熟，有效解决了丙烯酸废水对环境的污染问题。图 1-3 废酸处理流程图 2.3 经济节能的丙二醇精制技术 丙二醇精制系统中，由于粗产品中水含量过高，直接精馏能耗高，分离难度大，鉴于以上考虑，我们选择了减压“蒸发-精馏”的精制方案，在保证收率和产品质量的同时，大大地降低了能耗和设备投资成本。图 1-4 丙二醇精制流程图 2.4 节能设计 1,3-丙二醇分厂 四川大学 ET 团队-2-2.4.1 冷量回收节能 本项目中，采用两种形式对冷量进行回收。第一种是冷凝分离后的丙烯升至常温的冷量回收；第二个是利用传统深冷技术制冷得到的冷量。总的回收冷量达到了 1.099107kJ/h，副产轴功 1.155107kJ/h，实现了系统冷量的自给自足，避免了昂贵乙烯冷剂的耗费。2.4.2 废热回收节能 本项目中，采用废热回收技术对丙烯氧化反应器反应热进行了回收，来产生中压蒸汽。总的回收热量达到了3.112107kJ/h，年产中压蒸汽 14.49 万吨，达到了很好的节能效果。2.4.3 丙二醇精制系统节能 本项目中，考虑到粗丙二醇中水含量较大（约94.2%，摩尔分数），直接精馏热负荷过大，不经济，故我们采用减压“蒸发-精馏”操作，先进脱水釜脱去部分水，再进丙二醇精制塔精制，实现了分离能耗的降低。三、控制方案创新 3.1 概述 本项目控制方案的研究范围包括空压装置、催化氧化反应装置、废酸处理装置、加氢反应装置、精馏装置、储罐区以及与工艺生产装置相配套的公用工程部分的控制系统及相关仪表，并在设计控制系统时考虑引进FCS、ESD 等先进控制系统。对于较难控制的往复式压缩机，我们采用了 HydroCOM 气量无级调节系统进行流量控制。在本质安全设计考虑时，我们使用危险性和可操作性分析方法（HAZOP）对丙烯运输及储罐、压缩机组、丙烯氧化反应器、1,3-丙二醇精制塔这四个危险性较高的项目进行定性、定量分析和优化。利用 Aspen dynamics 软件增加了对丙烯醛回收塔、1,3-丙二醇精制塔的控制，通过添加干扰、设计控制方案进行动态模拟，进而观察控制的效果，对设备操作有一定的指导意义。45 kt/a 1,3-丙二醇项目 创新性说明 -3-3.2 往复式压缩机先进控制系统 本项目根据工艺参数要求选用了大量的往复式压缩机，并运用于先进的控制系统，贺尔碧格公司开发的 HydroCOM 气量无级调节系统便是这一方法的杰出代表，它通过仅仅压缩所需要的气量，最大限度地节约能源，通过智能化的液压调节机构，快速、精确地控制压力和流量，实现气量理论上 0100%的连续调节（实际因压缩机而异，一般在 10%100%范围内）。HydroCOM 系统为广泛存在的压缩机气量调节和控制问题提供了一种完美的解决方案。四、反应器设计优化 根据文献资料，我们确定了列管式氧化反应器的条件，在该条件下我们用Comsol Multiphysics 多物理场模拟软件进行了模拟，设定 3 种不同的长径比的管子尺寸建立 3D 模型进行模拟，得到了三种反应器中物质的浓度分布，以及单程反应丙烯醛的收率，从而确定了反应器管子更好的尺寸。Comsol Multiphysics 反应器模拟结果如下：方案一：尺寸选择：管径 30mm，管长 2.3m。图 4-1 丙烯浓度分布图 图 4-2 丙烯醛浓度分布图 1,3-丙二醇分厂 四川大学 ET 团队-4-方案二：尺寸选择：管径 25mm，管长 2.6m。图 4-3 丙烯浓度分布图 图 4-4 丙烯醛浓度分布图 方案三：尺寸选择：管径 20mm，管长 2.9m。图 4-5 丙烯浓度分布图 图 4-6 丙烯醛浓度分布图 45 kt/a 1,3-丙二醇项目 创新性说明 -5-经过上图和计算可以得出管径为 25mm，管长为 2.6m 的管子的丙烯的转化率达到 78%左右，丙烯醛的选择性可以达到 95%左右，反应转化率及选择性均达到最优，故我们选择该几何尺寸作为列管式反应器管子的几何尺寸。
