全国化工设计大赛西北大学—朔方设计组年产20万吨环氧丙烷（PO）项目初步设计说明书.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流全国化工设计大赛西北大学朔方设计组年产20万吨环氧丙烷（PO）项目初步设计说明书.精品文档. 2013年“中国石化-三井化学杯” 第七届全国大学生化工设计竞赛 年产20万吨环氧丙烷（PO）项目初步设计说明书 参赛团队：朔方设计组 参赛队长：聂 艳 参赛队员：关文斌 李春霞邢 天 钟雨心 指导老师：陈立宇 禇雅志 键入文档标题键入文档副标题目录第一章 总论11.1 项目概况11.1.1 项目名称11.1.2 项目性质11.1.3 项目简介11.2 设计依据及原则11.2.1 设计依据11.2.2 设计原则11.3 设计指导思想21.4 工艺特点

2、21.5 原料及公用工程消耗21.6 产品方案31.7 厂址概括31.8 综合经济指标3第二章 厂址选择52.1 选址指导方针52.2 选址原则52.3 厂址选定62.4 临港工业区投资环境72.4.1 原料来源72.4.2 自然条件72.4.3 交通运输82.4.4电力能源92.4.5 政策环境92.5 厂址总述10第三章 工艺说明113.1 概述113.2 环氧丙烷主要工艺路线113.2.1 氯醇法113.2.2 共氧化法123.2.3 直接氧化法123.2.4 工艺方案比较133.3 HPPO法工艺143.3.1 HPPO法工艺特点143.3.2 本项目反应过程153.3.3 本项目分离

3、过程163.4工艺模拟说明173.4.1模拟结果及工艺分析183.4.2 全流程模拟203.5 工艺过程优化213.5.1 脱过氧化氢塔优化设计223.5.2 环氧丙烷塔优化设计253.6 工艺创新点29第四章 物料衡算和能量衡算314.1 概述314.2 物料衡算314.2.1 物料衡算原理314.2.2 物料衡算结果324.3 能量衡算394.3.1 热量衡算原理394.3.2 热量衡算结果39第五章 热量集成系统465.1 概述465.2 全场主要物流数据分析475.3 换热网络集成475.4 工艺换热网络的设计495.4.1工艺优化换热网络505.5换热网络优化结果及应用51第六章 设

4、备设计与选型536.1 设备设计依据536.2 塔设计及选型536.2.1 概述536.2.2 设计依据546.2.3 设计原则546.2.4 塔结构尺寸确定依据546.2.5 塔设备设计影响因素546.2.6 塔的分类与总体结构556.2.7 典型设备设计576.2.8 塔板流体力学实验626.2.9 塔板负荷性能图636.2.10 塔机械工程计算676.2.11设计结果726.3 换热器设计及选型756.3.1 概述756.3.2 选型依据756.3.3 换热器的分类756.3.4 换热器选型标准766.3.5 换热管786.3.6 具体设计事例E405806.4 反应器设计876.4.1

5、 概述876.4.2 设备类型选择876.4.3 催化剂的选择876.4.4 反应器体积计算886.4.5反应器其他参数的计算936.5 泵和储罐的选型966.5.1泵的选型966.5.2 储罐的选型1016.6 压缩机选型1066.6.1选型原则1066.6.2具体设计事例1066.7 主要设备校核1076.7.1 换热器设备校核举例1076.7.2 塔设备校核举例1086.8 工艺设备一览表111第七章 自动控制及仪表1187.1 自动控制概述1187.2 自动控制系统1187.2.1 常用术语1187.2.2 自控系统1187.3 自动控制总方案1197.4 主要设备控制方案举例1197

6、.4.1 反应器控制1197.4.2 精馏塔控制1207.4.3 泵控制1217.4.4 换热器控制1227.4.5 压缩机控制1237.4.6 闪蒸罐控制1237.4.7 储罐控制1247.5流程其它部分的控制124第八章 总图设计1258.1 总图设计依据1258.2 工厂布局1258.2.1 基本任务1258.2.2 设计内容1258.2.3 布置原则1258.2.4布置理念1268.3 厂区结构1268.3.1 概述1268.3.2 生产区1288.3.3 辅助生产区1298.3.4 行政区1318.3.5 罐区1328.3.6 发展预留地1328.4 布局说明1338.4.1 生产安

7、全1338.4.2 竖向设计1348.4.3 运输1348.4.4 绿化1348.5 总图主要技术经济指标135第九章 车间布置设计1369.1车间设计依据1369.2布置原则1369.2.1 车间布置原则1369.2.2 主要设备间距原则1369.3 布置情况1379.4 车间主要设备及其布置方案1379.4.1 环氧化车间1379.4.2 产品精制车间1409.4.3 丙烯回收车间1429.4.4 副产品回收车间144第十章 管道布置设计14710.1 设计依据14710.2 管道布置设计14710.2.1 管道设计注意事项14710.2.2 管道设计要求14910.3 管道直径计算及选择

8、15010.3.1 液体管道直径计算及选择15010.3.2 气体管道直径计算及选择15110.4 单元设备的管道布置15110.4.1 塔的管道布置15110.4.2 容器类管道布置15210.4.3 换热器的管道布置15310.4.4 泵的管道布置15410.4.5 压缩机的管道布置15510.5 管廊管道布置15610.6管道轴测图15710.6.1 图面表示15710.6.2 尺寸和方位的标注157第十一章 土建15811.1 设计依据15811.1.1 国家规范和标准15811.1.2 国家通用标准图集15811.1.3 设计分类15811.2项目特点15911.2.1 化工行业特点

9、15911.2.2本项目地形特点15911.2.3本项目地震情况15911.3土建设计内容15911.3.1建筑设计15911.3.2结构设计16011.4 特殊措施16011.5安全疏散161第十二章 储存与运输16212.1 设计依据16212.2 储存系统16212.2.1 物料贮存天数、贮存量16312.2.2 罐区安全措施16312.3 运输系统16412.3.1 物料运输16412.3.2 运输线路布置16412.4 总述165第十三章 分析化验16613.1概述16613.2 设计依据16613.3 化验室分析16613.4 化验室通风16713.5 化验项目167第十四章 公用

10、工程建设16914.1 设计依据与标准16914.2 厂区所在地气候条件16914.3 冷公用工程系统16914.4 供热公用工程系统17014.4.1概述17014.4.2蒸汽系统17014.4.3蒸汽冷凝水回收系统171第十五章 供电工程及电信17215.1 设计依据17215.2 设计范围17215.3 电源17215.4 用电负荷17315.4.1电力节能技术17315.5 防雷及防静电17315.5.1 防雷等级17315.5.2 防雷措施17315.5.3 防静电设计17415.6 电信17415.6.1 设计范围17415.6.2 行政电话17415.6.3 调度电话站17515

11、.6.4 扩音对讲电话17515.6.5 无线对讲电话17515.6.6 火灾报警系统175第十六章 给排水系统17716.1设计依据17716.2 设计原则17716.3 给水系统17716.3.1 生活供水子系统17816.3.2 蒸汽供水子系统17816.3.3 消防用水供水子系统17816.4 排水系统17916.4.1 生活废水的排放17916.4.2 生产废水排放18016.4.3 消防废水排放18016.4.4 排水管线的敷设18016.5 节水措施181第十七章 采暖与通风18317.1 设计依据与标准18317.2 厂区所在地气候条件18317.3 采暖设计18317.3.1

12、设计参数18317.3.2 设计范围18417.4 采暖方案设计18417.4.1 采暖标准规定18417.4.2 采暖系统18517.4.3 采暖介质18617.5 通风方案设计18617.5.1 概述18617.5.2设计规定18717.5.3 空气调节187第十八章 维护及检修19118.1设计依据及原则19118.1.1 设计依据19118.1.2 设计原则19118.2维修体制概述19118.3设备的维护与检修19118.3.1 巡回检查19118.3.2 同步检修与协同检修19218.4维修的基本内容19218.4.1 设备基本维修内容19218.4.2 压力容器、管道的定期检修1

13、9218.4.3 安全检修要求19318.4.4 高危设备的安全检修要求19318.5维修管理19318.5.1 维修人员要求19318.5.2 维修人员职责194第十九章 劳动安全消防19619.1 设计依据19619.2劳动安全19619.3 安全生产原则19619.3.1安全生产责任19619.3.2生产车间防火安全管理规定19719.3.3安全操作19819.4厂区安全风险具体分析19819.4.1 分析设计规范19819.4.2分析设计范围19819.4.3 危险性分析19919.4.4 建筑防火等级20019.5消防安全具体设计20019.5.1 主要安全防范措施2002. 防尘措

14、施20119.5.2 消防系统20219.6 消防管理工作20519.6.1基础消防措施20519.6.2防火防爆措施20519.6.3紧急事故处理20619.6.4其他措施20719.6.5员工安全管理20719.7 职业卫生20719.7.1 卫生管理20819.7.2 劳动保护用品及卫生安全管理20819.8 总述208第二十章 环境保护21020.1 设计依据和标准21020.1.1 法律法规21020.1.2 设计标准21020.2 工程概况21120.2.1本项目环境现状21120.2.2项目组成及规模21120.3 资源利用及污染物排放21220.3.1 能源的种类和用量2122

15、0.3.2 污染物排放情况21220.4 废气21220.5 废水21320.6废渣21420.7 噪声21520.8 厂区绿化21620.9 总述217第二十一章 工厂组织和劳动定员21921.1企业文化21921.2企业组织形式21921.3企业工作制度21921.4企业经营管理21921.4.1 组织管理21921.4.2 生产安全与环保21921.4.3 物流管理22021.4.4 技术管理22021.5劳动定员22021.5.1概述22021.5.2 生产班次22021.5.3 劳动定员220第二十二章 经济效益22322.1 编制依据22322.2 总投资估算22322.2.1 固

16、定资产投资22322.2.2建设期利息22722.2.3 流动资金22722.2.4总投资汇总227第二十三章 社会效益22823.1 对节能的影响22823.2 对环境保护和生态平衡的影响22823.3 对提高国家、地区和部门科技进步的影响22823.4 对发展地区或部门经济的影响22823.5 对节约劳动力或提供就业机会的影响22823.6 对提高人民物质文化生活及社会福利的影响228参考文献229第一章 总论1.1 项目概况1.1.1 项目名称年产20万吨环氧丙烷项目。1.1.2 项目性质本项目是为中石化天津分公司设计的一座年产20万吨的环氧丙烷工厂，并建厂于天津临港工业园，属新建项目。

17、1.1.3 项目简介本项目以中国石化天津总厂生产的丙烯和天津临港工业园内大沽化工厂所生产的双氧水为原料，充分合理的利用天津临港工业园区内的各种公用设施及总厂的现有资源，并以意大利Enichem公司的高效一体化HPPO工艺为基础，在项目可行性研究和项目方案设计及初步工艺设计的基础上，完成中石化20万吨/年环氧丙烷主体装置工艺技术设计。1.2 设计依据及原则1.2.1 设计依据（1）2013年“三井化学杯”全国大学生化工设计大赛邀请赛参赛指导书；（2）化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定及有关专业的国家标准；（3）天津市海滨新区相关资料，中石化天津有限公司和天津临港工业园相关资料，包括自然条

18、件、交通条件以及公用工程及配套设施条件等；（4）中华人民共和国环境保护法和中华人民共和国劳动安全法等相关的国家法律、法规；（5）国家经济、建筑、环保等相关政策；1.2.2 设计原则 （1）所选择的工艺技术应先进、适用、可靠，保证项目投产后，能安全、稳定、长周期、连续运行。 （2）所选择的设备和材料必须可靠，且尽可能国产化。 （3）充分依托现有社会公共设施，以降低投资，加快项目建设进度，采取切实可行的措施节约用水。 （4）贯彻主体工程与环境保护、劳动安全和工业卫生、消防同时设计、同时建设、同时投产。 （5）消防、卫生及安全设施的设置必须贯彻国家关于环境保护、劳动安全的法规和要求，负荷石油化工行业

19、的相关标准。 （6）所选择的产品方案和技术方案应是优化的方案，以最大程度减少投资，提高项目经济效益和抗风险能力。科学论证项目的技术可靠性、项目的经济性，实事求是的作出研究结论。1.3 设计指导思想过氧化氢环氧丙烷（HPPO）清洁生产工艺是当前环氧丙烷（PO）工业中发展最快的一种方法，它具有环境友好、工艺和设备投资低等优点。本项目在充分利用已有研究成果的基础上，结合相关领域的先进技术及先进催化剂，实现HPPO工艺生产环氧丙烷的优势，并为推进环氧丙烷的大型工业化做出实质性的贡献。1.4 工艺特点本工厂所用原料为中石化天津总厂生产的丙烯和天津临港工业园内大沽化工厂所生产的双氧水，以中石化研制的空心钛

20、硅分子筛HPO-1为催化剂，辅助原料为甲醇、氨水、氮气及园区内自来水，主要产品为环氧丙烷，副产品为丙二醇和丙二醇单甲醚。本项目采用HPPO工艺，混合原料在列管式固定床反应器中进行环氧化反应，原料双氧水经双反应器反应后，选择性达到100%，经生成的环氧丙烷经精馏塔最终得到纯度达99.88%的环氧丙烷产品，为国家优等品。1.5 原料及公用工程消耗本项目主要原料由中石化天津分公司和大沽化工厂提供，催化剂来自中石化。主要原料及公用工程消耗见表1-1。表1-1主要原料及公用工程消耗项目物料消耗量（吨/年）单位成本（元/吨）年度成本（万元）合计（万元）原料双氧水391576.4095037199.7581

21、86741.043丙烯156688.749500148854.303甲醇1010.482280230.39氮气447.421.0元/m20.045氨水153.491.00.016公用工程冷却水27976320.5139.88蒸汽3097623071.231电35060000.7元/千瓦时245.421.6 产品方案本项目通过HPPO工艺，以中国石化天津总厂生产的丙烯和天津临港工业园内大沽化工厂所生产的双氧水为原料，生产环氧丙烷，副产物丙二醇和丙二醇单甲醚。产品规格请见表1-2所示。表1-2 主要产品的规格产品名称本厂规格等级产量（万吨/年）单价（元/吨）环氧丙烷（PO）99.88优等20117

22、00丙二醇98.6优等0.279400丙二醇单甲醚92.2一等0.16130001.7 厂址概括本厂址选于天津临港工业区，此处具有得天独厚的自然资源优势和交通优势，位于天津市海滨新区内，地理位置优越，投资政策优惠，且园区内具有丰富的原料供给，能为本项目的发展提供便利的基础条件。临港工业区坚持以园区建设为依托，其发展目标是建设国家重要的化工基地、造修船基地、装备制造业基地，同时，成为港口物流基地、研发转化基地，最终发展成为海上工业新城。1.8 综合经济指标通过项目实施规划以及财务评价，本项目规划建设期为3年，投产期为2年。第一年完成项目全部投资的30，第二年完成项目全部投资的60，第三年完成项目

23、全部投资的100。全负荷生产期为7年，总工期为12年。本项目主要经济指标见下表1-3：表1-3 主要经济指标序号指标名称数值单位1设计规模20万吨/年2年操作时间8000小时3建设期3年4生产期10年5分厂用地面积76230平方米6总定员142人7项目总投资81179.7万元8固定资产投资41683.95万元9年总成本198554万元/年10年销售收入238618万元/年11年净利润总额40064万元/年12投资利润率29%13投资利税率40%14投资回收期5年15内部收益47.6%16投资净现值116870万元第二章 厂址选择厂址选择是前期工作的重要一环，是一项政策性、技术性很强的工作。厂址

24、选择对工厂的建设进度、投资数量、经济效益、环境保护及社会效益等方面都有重大影响。另外，厂址选择与投产后工厂的生产管理工作，包括原材料和成品的产销售、动力设施的安装和维修、交通运输和费用、产品结构与质量及职工生活安排等方面，都有密切关系。2.1 选址指导方针（1）遵守国家法律、法规，贯彻执行国家方针、政策规定 诸如国家关于国土、森林、公路、文物保护、生态环境以及劳动、安全等法规、不允许在国家风景区，名胜保护区，古建筑、估计、自然保护区，卫生防护地带，流行病、传染病区，以及重要军事基地、国防军事区域等范围和区域内选厂。 （2）符合城市规划和工业布局 不得违背国家和各地政府关于城市的近期和远景规划，

25、工业布局上注意城乡 结合、工农结合、大中小结合，符合安全环境保护要求，注意生产与生态的关系等。 （3）利于生产，便于生活 在满足工业生产条件的同时，要考虑职工的生活安排和设施，一级诚征的交通条件、农副产品和生活供应资源，把生活和生产同时考虑和兼顾。（4）节约投资、留有余地 在满足工艺要求前提下，节约用地，节省投资，力求施工便利，工程建设尽可能地快，并且为今后发展留有一定的余地。2.2 选址原则（1）原料和市场 厂址应靠近各种原料产地和销售市场。（2）能源 化工厂需要大量的动力和蒸汽，应靠近燃料的供应点。（3）气候 化工厂的建厂地点应该温度适宜，湿度适中。（4）运输条件 尽量考虑铁路枢纽以及利用

26、河流、运河、湖泊或海洋进行运输的可能性， 公路运输可用作铁路和水路的补充。（5）供水 化工厂使用大量的水，用于产生蒸汽、冷却、洗涤，有时还用做原料。因此，厂址必须靠近水量充足和水质良好的水源。（6）对环境的影响 应得到当地环保部门的认可，以便于妥善处理废物。（7）协作条件 选择在贮运、机修、公用工程（电力、蒸汽）和生活设施等方面具有良好协作条件的地区。（8）灾害及其他 避免低于洪水水位或在采取措施后仍不能确保不受水淹的地段，以及地震、泥石流、滑坡、有开采价值的矿藏、文物保护等地区。2.3 厂址选定本项目厂址选于天津临港工业区，占地面积76730平方米。图2-1 天津临港工业区地理位置2.4 临

27、港工业区投资环境本项目厂址选在天津临港工业区，天津临港工业区是国家发改委规划的国家级石化基地，是天津市及天津滨海新区“十一五”规划重点发展区域之一，是天津滨海新区化学工业区、临港产业区的核心组成部分。其发展目标是建设国家重要的化工基地、造修船基地、装备制造业基地，同时，成为港口物流基地、研发转化基地，最终发展成为海上工业新城。天津临港工业区所位于的天津市位于北纬383440l5，东经ll643ll804之间，地处太平洋西岸环渤海湾边。从市中心区向西北行137公里即达首都北京。天津处于国际时区的东八区。2.4.1 原料来源天津临港工业区内及其周边生产结构，具有本项目充足和便利的原料来源，该工业区

28、内含有较多双氧水生产厂，其中以天津大沽化工厂为主，可以为本项目提供充足的双氧水原料；其次，本项目是为石化天津总厂所建的一座环氧丙烷分厂，该工业区邻近天津石化总厂，使得本项目所需丙烯的来源得到了充分的保障。本项目采用的工艺流程为HPPO法，所需催化剂为空心钛硅分子筛HPO-1，该催化是由中国石化自主研发的新型钛硅分子筛，催化性能高，从一定的程度上降低了该分厂对催化剂方面的投资，提高了反应过程的催化效能，增加了经济收益。2.4.2 自然条件（1）气候条件天津位于中纬度欧亚大陆东岸，是东亚季风盛行的地区，属大陆性气候。主要气候特征是，四季分明，春季多风，干旱少雨；夏季炎热，雨水集中；秋季气爽，冷暖适

29、中；冬季寒冷，干燥少雪。天津年平均气温在12.014.5C，市区平均气温最高为14.2C。1月最冷，平均气温在-2C；7月最热，平均气温在28C。天津季风盛行，冬、春季风速最大，夏、秋季风速最小。年平均风速为24米/秒，多为东南风。天津平均无霜期为196246天，最长无霜期为267天，最短无霜期为171天。在四季中，夏季和冬季大约在120-150天，春季和秋季大约在40-65天。天津年平均降水量为520660毫米，降水日数为6370天。在地区分布上，山地多于平原，沿海多于内地。在季节分布上，6、7、8三个月降水量占全年的75%左右。天津日照时间较长，年日照时数为25002900小时。（2）水文

30、地质天津地跨海河两岸，而海河是华北最大的河流，上游长度在10公里以上的支流有300多条，在中游附近汇合于北运河、永定河、大清河、子牙河和南运河，五河又在天津金钢桥附近的三岔口汇合成海河干流，由大沽口入海。干流全长 72公里，平均河宽100米，水深35米，河通航3000吨海轮。引滦入津输水工程是天津80年代兴修的大型水利工程，把水引到天津，每年引到天津，每年向天津输水10亿立方米。天津地下水蕴藏量丰富，山区多岩溶裂隙水，水质最好，矿化度低，泉水流量一般在7.214.6吨/小时，雨季最大可达720800吨/小时。全市有库大型水库3座，总库容量3.4亿。2.4.3 交通运输天津位于海河下游，地跨海河

31、两岸，境内有海河、子牙新河、独流减河、永定新河、潮白新河和蓟运河等穿流入海。市中心距海岸50公里，离首都北京120公里，是海上通往北京的咽喉要道。天津不仅是连接三北-华北、东北、西北地区的交通枢纽，还是北方十几个省市通往海上的交通要道，拥有北方最大的人工港-天津港，有30多条海上航线通往300多个国际港口，是从太平洋彼岸到欧亚内陆的主要通道和欧亚大陆桥的主要出海口。其地理区位具显著优势，战略地位十分重要。（1）公路沟通天津中心城区和滨海新区的公路有天津大道、港城大道、京津塘高速公路、津滨高速公路和津塘路，高速公路纵横交错，贯通临港。此外，建设中的核心区内、中、外三环路和“十横八纵”的快速路网也

32、不断提升滨海新区的公路交通水平。（2） 铁路滨海新区的铁路网发达，有津滨城际铁路（京津城际铁路延长线）、津秦客运专线、津山铁路、蓟港铁路、疏港铁路、北环铁路、大北环铁路和规划中的环渤海城际铁路等在此交汇。其中，滨海站和于家堡站在建成为将成为滨海新区的主要的对外铁路枢纽和城市交通枢纽。除此之外，建设中的天津新港北铁路集装箱中心站也位于滨海新区的东疆保税港区，北塘西站编组站也正在扩建，建成后将有效提高天津港的铁路疏港能力。（3） 水路临港工业区与中国北方最大的国际贸易港口天津港隔海河相望，可与170多个国家和地区的300多个港口相连。临港工业港区作为天津港五大港区之一，可利用岸线20余公里，将自主

33、建设30公里深水航道和33个1-25万吨级码头。目前，临港工业区已形成1万吨级航道，建成2个万吨级以上液体化工码头泊位和1个2万吨级通用码头泊位。（4）航空中国最大的航空货运中心天津滨海国际机场距临港仅38公里，中国最大的客运机场北京首都机场距临港160公里。2.4.4电力能源至“十一五”末，滨海电网拥有变电站65座，变电总容量增加175%。区域内35千伏以上输电线路达到1840多千米，10千伏配电线路464条，达到3372千米。同时，风电产业在天津滨海新区迅速发展，目前已成为支柱产业之一。新区已有9个风电项目被纳入“十二五”风电项目核准计划，建设规模总计38.9万千瓦。风能资源丰富、电力需求

34、大、地理位置优越、风电产业聚集等多重优势，让滨海新区在风能资源利用方面走在了全市前列。因此，该地区供电设施正好可以为本项目的实施提供必要的电力供应保障，以使得本项目可以顺利实施。2.4.5 政策环境天津临港工业区位于天津海滨新区，享受国家对于海滨新区的一系列优惠政策。（1）对在天津滨海新区设立并经天津市科技主管部门按照国家有关规定认定的内、外资高新技术企业，减按15%的税率征收企业所得税。（2）天津滨海新区内企业的固定资产(房屋、建筑物除外)，可在现行规定折旧年限的基础上，按不高于40%的比例缩短折旧年限。（3）技术先进型企业可以得到工业区特殊扶持。（4）国家鼓励类基础设施项目可以享受“免五减

35、五”政策优惠。（5）国家赋予天津滨海新区的其他特殊优惠政策也均可在临港工业区内实行。2.5 厂址总述天津临港工业区为本项目提供了丰富的原料，便利的交通运输设施能够保证在本项目发展期间，原料和产品能够顺利、快速、高效的运进运出。同时，稳定的电力保障，淡水供应园区绿化风景及排水设施、污水处理、工业气体、公共管廊、消防、通讯等的规划建设，可为入区企业提供全方位的安全、稳定、高效的服务。优惠的投资政策，成为吸引众多企业投资者的不二之选。对本项目的建设是一个较好的选择。第三章 工艺说明3.1 概述环氧丙烷是有机合成的重要原料，是丙烯除聚丙烯和丙烯腈外的第三大衍生物。环氧丙烷的主要用途是生产聚氨酯泡沫塑料

36、用的聚醚树脂、聚氨酯弹性体，即为生产塑料和合成纤维的重要中间体，是精细化工产品的重要原料。本项目选择过氧化氢氧化法生产环氧丙烷（HPPO法），是一种新型的绿色生产工艺，一方面克服了氯醇法反应过程腐蚀大，环境污染严重的缺点；另一方面较共氧化法有流程简单，联产品少，投资低，反应条件温和等优点，具有广阔的发展前景。3.2 环氧丙烷主要工艺路线环氧丙烷生产工艺主要有氯醇法、共氧化法和直接氧化法，目前大量投产使用的是氯醇法和共氧化法，其中共氧化法又分为乙苯共氧化法、异丁烷共氧化法和异丙苯共氧化法。下面对各个工艺路线进行具体分析。3.2.1 氯醇法氯醇法生产历史悠久，该法的主要工艺过程为丙烯氯醇化、石灰乳

37、皂化和产品精制，其特点是生产工艺成熟、操作负荷弹性大、选择性好，对原料丙烯的纯度要求不高，从而可提高生产的安全性，建设投资少，产品成本较低，具有较强的成本竞争力。氯醇法的缺点是水资源消耗大，产生大量废水和废渣，生产1t环氧丙烷产生4050t含氯化物的皂化废水和2t以上的废渣，该废水具有温度高、PH值高、氯根含量高、COD含量高和悬浮物含量高的“五高”特点，难以处理。同时，氯醇法还消耗大量高能耗的氯气和石灰原料，而氯和钙在废水和废渣中排放掉，生产过程中产生的次氯酸对设备的腐蚀也比较严重。中国环氧丙烷生产始于20世纪60年代，采用自行开发的氯醇法工艺路线。20世纪80年代末和90年代初，中国先后引

38、进了日本旭硝子公司、三井东压公司、昭和电工公司和美国陶氏公司等氯醇法技术，锦化化工、山东滨化、中石化上海高桥石化、天津大沽化工等环氧丙烷装置建成投产后生产水平得到较大提高。目前国内现有80%的环氧丙烷产能使用氯醇法。3.2.2 共氧化法（1）乙苯共氧化法（PO/SM）该工艺先在液相反应器中用氧气氧化生成乙苯过氧化物，生成的乙苯过氧化物经提浓后在一定的温度和压力条件下与丙烯发生环氧化反应生成环氧丙烷和甲基苄醇。PO/SM装置生产规模较大，经济性良好，该装置必须考虑对联产品的需求，才显示出优越性。（2）异丁烷共氧化法（PO/TAB）该法采用异丁烷在液相中与纯氧反应得到叔丁基氢过氧化物和叔丁醇混合液

39、，在钼基催化剂的催化作用下与丙烯进行环氧化反应，得到的环氧化溶液经蒸馏分离和精制得到环氧丙烷。一段时间内，由于甲基丁基醚成为一种良好的汽油掺合剂，为异丁烷法的联产物叔丁醇开拓了新的市场，同时叔丁醇本身能作为汽油掺合剂广泛的使用在燃料工业中。因而异丁烷法在1969年实现工业化生产后的几年内，在两种共氧化法中占有优势。但该工艺法投资较大，联产物较多，对原料要求高，操作条件苛刻，使该工艺法具有一定的局限。（3） 异丙苯共氧化法（CMHP）异丙苯共氧化法包括四个工艺步骤：异丙苯空气氧化生产CHP；CHP氧化丙烯制环氧丙烷；环氧丙烷精制；异丙苯回收。该法使用异丙苯替代了乙苯，并且异丙苯循环使用，不产生联

40、产品。由于该工艺无需联产苯乙烯所需的辅加设备，装置投资费用比共氧化法约低1/3。但环氧化反应收率低，特别是异丙苯损失大，反应要求苛刻，循环量少，副产物多。2003年5月，住友化学公司投资1亿多美元，在日本千叶建成采用其独有异丙苯氧化法工艺的20万t/a环氧丙烷装置。此外，住友与沙特阿拉伯-美国石油公司（SaudiAramco）在沙特的合资企业也将采用住友异丙苯氧化法技术建设20万t/a的环氧丙烷装置。我国中海壳牌25万t/a环氧丙烷装置采用共氧化法。3.2.3 直接氧化法直接氧化法分为双氧水直接氧化法（HPPO）和氧气直接氧化法。均属近年来开发的新工艺。双氧水直接氧化法（HPPO法）是由过氧化

41、氢和丙烯在钛硅分子筛的催化作用下制环氧丙烷，该过程主要包括丙烯的环氧化和环氧丙烷的精制。氧气直接氧化法氧气将丙烯直接氧化为PO的工艺具有最高的原子经济性，也是目前催化剂研究领域中最具挑战性的课题之一。丙烯的直接氧化因丙烯分子中的甲基较活泼，常被优先氧化生成副产物而导致PO产率降低。国内外学者在催化剂和工艺方面展开了积极的研究，目前仍处于实验室开发试验阶段。3.2.4 工艺方案比较表3-1对以上几种主要工艺路线进行比较。表3-1 主要生产工艺比较工艺类型氯醇法共氧化法直接氧化法生产方法乙苯共氧化法异丁烷共氧化法异丙苯共氧化法双氧水直接氧化法氧气直接氧化法主要原料次氯酸、丙烯、石灰乳乙苯、丙烯、氧

42、气异丁烷、丙烯、氧气过氧化氢、异丙苯、丙烯过氧化氢、丙烯氧气、氢气、丙烯催化剂钼络合物钼钛-硅分子筛钛-硅分子筛钯-钛硅酸盐催化剂工艺流程丙烯氯醇化、石灰乳皂化和产品精制乙苯过氧化、环氧化、脱水加氢、产品精制异丁烷过氧化、环氧化、脱水加氢、产品精制异丙苯空气氧化、异丙苯环氧化、产品精制丙烯环氧化反应、产品精制丙烯直接环氧化、产品精制副产物盐酸、二氯丙烷、二氯二异丙醚、丙二醇苯乙醇、苯乙酮、苯甲酸丁烯、叔丁醇二甲基苄醇、甲基苯乙烯丙二醇、丙二醇单甲醚优点(1)流程短，投资较低(2)操作弹性大(3)产品单一(4)选择性好、效率高(5)对丙烯纯度要求相对较低(6)生产较安全(1)废水量小(2)无腐蚀

43、(3)产品成本低(4)副产品经济价值高(1)工艺流程简单(2)副产品少(3)占地少、投资相对少(4)三废少，环境友好(5)能源损耗低(6)新型催化剂选择性高(7)反应条件温和，易操作缺点(1)氯醇化过程要求防腐材料(2)废水量大(50 吨/吨),需生化处理(3)废渣量大(1)高COD废水,含多种芳烃,处理困难(2)流程长(3)对丙烯纯度要求高(4)联产品数量大,是主产品的2-3倍工业化时间短工艺待完善，国内仅有中试装置由上表3-1生产路线的比较可知，氯醇法以其成熟的工艺在环氧丙烷生产领域中占有重要的地位，如我国现有的环氧丙烷工厂大多数利用的是氯醇法。但大的腐蚀性和高的废物排放量，不符合现代化工的发展需求，使得该方法的规模发展受到了一定的限制。共氧化法是对氯醇法的一种改进，该方法自问世以来，技术不断的发展。该种技术的显著特点是价格低廉，且联产产品收益较高，产品成本低，污染少；但该法工艺复杂、流程长、设备要求高，需平衡大量联产产品，对原料质量要求较高，操作条件苛刻。直接氧化法中HPPO法较前两种方法具有一定的优越性，该法在适当温度和低压液相情况下，以甲醇为溶剂，使丙烯与过氧化氢发生环氧化反应，反应具有较高的转化率和良好的PO选择率，过氧化氢被彻底转化，未转化的丙烯可循环再利用。该工艺无