年产12万吨氯乙烯合成工艺设计书.docx
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1、年产年产 12 万吨氯乙烯合成工艺设计书万吨氯乙烯合成工艺设计书第一章第一章 总论总论1.1项目建设依据项目建设依据HGT 20688-2000 化工工厂初步设计文件内容深度规定;国家相关政策、技术及市场相关资料。1.2项目建设范围项目建设范围根据课程设计的要求,本项目的设计内容为:初步设计说明书,项目可行性研究,工艺流程设计,设备选型,总厂的平面布局,车间设备的布局,创业规划书,用户手册。1.3主要设计原则主要设计原则 反应热及时移出:反应是放热反应,局部过热会影响催化剂的寿命(HgCl2升华,使其活性下降)。因此,在反应过程中,必须及时地移出反应热。反应器型式:工业上经常采用多管式的固定床
2、氯化反应器,管内盛放催化剂。经过干燥和已经净化的乙炔和氯化氢的混合气体,自上而下地通过催化剂床层,进行反应。管外用加压的循环热水进行冷却。发挥催化剂床层的效率,提高处理量:反应是放热反应,乙炔的空速大,则有局部过热现象(热点温度),因此,乙炔的空速也受到限制。如果整个床层温度都接近最佳的允许温度,就可以充分发挥催化剂床层的效率:采取分段进气、分段冷却和适当调整催化剂活性等方法,可以使床层温度分布得到改善,乙炔空速可以提高,因而催化剂的生产能力也可以显著提高。1.4设计特点设计特点本设计采用乙炔法。在氯化汞催化剂存在下,乙炔与氯化氢加成直接合成氯乙烯:CHCH+HClCH2=CHCl1.5设计标
3、准设计标准本设计按照原化工部制定的化工工厂初步设计文件内容深度规定及有关国家的专业标准。第二章第二章项目可行性论证项目可行性论证2.1项目背景项目背景1835 年法国人 V.勒尼奥用氢氧化钾在乙醇溶液中处理二氯乙烷首先得到氯乙烯。20世纪 30 年代,德国格里斯海姆电子公司基于氯化氢与乙炔加成,首先实现了氯乙烯的工业生产。初期,氯乙烯采用电石,乙炔与氯化氢催化加成的方法生产,简称乙炔法。以后,随着石油化工的发展,氯乙烯的合成迅速转向以乙烯为原料的工艺路线。1940 年,美国联合碳化物公司开发了二氯乙烷法。为了平衡氯气的利用,日本吴羽化学工业公司又开发了将乙炔法和二氯乙烷法联合生产氯乙烯的联合法
4、。1960 年,美国陶氏化学公司开发了乙烯经氧氯化合成氯乙烯的方法,并和二氯乙烷法配合,开发成以乙烯为原料生产氯乙烯的完整方法,此法得到了迅速发展。乙炔法、混合烯炔法等其他方法由于能耗高而处于逐步被淘汰的地位。随着国民经济的高速发展,社会需求的增长,刺激了 PVC 树脂生产的迅速发展,目前全国有生产企业 80 余家,但规模较小,年产十万吨以上的厂家仅有上海氯碱化工股份有限公司和齐鲁石化总公司。近年我国 PVC 树脂产量远远不能满足市场的需求,这与我国大部分生产厂家工艺技术落后,VC 原料短缺有直接关系。我国相关技术也基本处于比较落后的水平,且相关资源也不够丰富,致使我国有相当一部分生产氯乙烯厂
5、家还是使用的比较落后的乙炔法,但是此方法对于我国目前国情还是有相当大的适应性,虽然它是最古老但最简单的商业生产路线。乙炔法合成氯乙烯曾为我国聚氯乙烯工业的发展做出巨大贡献,至今仍约占我国氯乙烯总生产能力的 2/3、产量的 1/2 以上。目前我国以电石乙炔为原料的聚氯乙烯生产厂共 76 家,总生产能力 124 万吨/年。在能源成本愈来愈高以及国内外竞争日益激烈的今天,建立在高能耗电石基础上的乙炔法聚氯乙烯工业正面临严峻考验。2.2国内市场现状及预测国内市场现状及预测目前国内整体化工市场并未出现全面复苏的现象,仍然处于弱势格局,受房地产市场的影响 PVC 行业难改低迷态势,业内难言乐观,而作为电石
6、的主要下游消耗行业,电石市场难免受此牵连,市场僵持局面难以突破,因此预计后市仍将以平稳运行为主,小幅调整为辅,变化不大。此外,金融危机暴发以来,全球市场、贸易环境发生了很大改变,各国贸易保护主义抬头,针对我国企业产品的贸易摩擦显著增多。我国 PVC 产量自 20 世纪 90 年代以来有了快速发展,但仍然赶不上发展更快的 PVC制品加工需求,自给率只能保持在 70%左右。需求的旺盛,国内乙烯资源的不足,反倾销终裁后进口量的下降,国际原油和石化产品的价格不断上升使乙烯法生产成本相应升高,也使得电石法成为许多企业的首选工艺。随着近五年国际原油价格的居高不下,以石油天然气路线制聚氯乙烯的工艺路线将会受
7、到乙烯供应的限制及成本的影响,近一段时期内,在市场竞争上不如电石法 PVC 价格低。目前我国 PVC 生产以电石法为主。根据我国现有能源结构和 PVC 行业国内竞争力的状况分析,今后西部地区(包括宁夏)建设电石法 PVC 项目尚有竞争优势,但也不容乐观。电石法与乙烯法原料路线不同,前者约耗电 3000KWH/T(包括制氯气,氢气用电,)约耗电石 1.5T/T,后者约耗电 3000KWH/T,约耗乙烯 0.5T/T。电石耗电约 3500KWH/T,因此,电石法 PVC 实际上以电为主要原料,综合耗电约 8250KWH/T。所以,供电与电价是电石法 PVC 生产的关键所在。从自备热电平衡的角度出发
8、,将大大缩减 PVC 的生产成本。在建设周期尚不能同步的情况下,可先期收购并改造发电机组,为一期工程供电供汽,考虑正常发电利润(约8%)的电力成本比网上供电价格要低 50%左右,从而保证了把电石法PVC成本控制在较低的范围内的目标,与乙烯法 PVC 比较具有相当的市场价格竞争力。电石法与乙烯法 PVC 相比,前者生产中有一种副产品:电石渣浆,即含 20%左右Ca(OH)2 的饱和溶液,可用其作为发电烟气的脱硫剂,而剩余的部分可以进行压滤,其中Ca(OH)2 96%以上的固相用于生产水泥,其含 Ca(OH)2 5%左右的液相全部回收使用。现在有一种干法乙炔生产技术值得关注,可以较好的改善生产过程
9、对社会环境的影响,特别是节水、减少固体及气体废物的排放量,降低对电的使用量。大规模和联合生产是实现清洁工艺的基本条件。实际上,电石法 PVC 三废的处理技术上是基本成熟的。只是,以前电石法 PVC 企业主要分布在西部地区,规模小,实力差,技术落后,没有经济能力去解决。大规模和联合生产不仅具备综合利用,变废为宝,大幅度降低三废处理条件,还可为社会提供具有可观效益的产品。如用电石渣做水泥,20万吨/年规模可以保本,100 万吨/年的规模可盈利。西部的电石法 PVC 生产企业有望成为电石法 PVC 清洁生产工艺的开拓者。此外,从可持续发展的理念出发,采取诸如膜过滤,生化处理等技术达标排放。不管是电石
10、法还是乙烯法 PVC 生产路线,最后都是由氯乙烯单体聚合生成 PVC。氯乙烯单体合成方法主要有乙炔法、联合法、烯烃法、乙烯氧氯化法、乙烷一步氧氯化法五种,我国目前普遍采用的为乙炔法(电石法)和乙烯氧氯化法两种。当前我国氯碱工业大部分采用电石法生产 PVC 以平衡氯气。虽然此法耗能较高,但因此方法具有投资低,设备简单、转化率及产品纯度较高等特点,所以,电石法在我国 PVC 生产中占有很大比例。2.3.原原料路线料路线2.3.1原料选择原料选择本次设计采用乙炔法生产氯乙烯,固原料采用电石,氯化氢。2.3.2原料价格原料价格生产氯乙烯的主要原料是电石。国内电石市场整体来说维持稳的基调,但其中不免震荡
11、调整,西北地区整体报价在 3150-3200 元/吨左右,高点在 3250-3350 元/吨左右,实际成交略有浮动。电石用量还算可以,主要是由于 PVC 企业受液氯胀库影响维持不错的开工率,导致电石用量尚可,加上运输紧张,到货不平衡,部分小幅灵活上调报价,但由于电石开工未见提升,实际成交价格比较灵活,加上 PVC 整体行情偏弱,故电石价格整体走势维稳。2.4 产品结构产品结构本项目的主要产品为氯乙烯,设计产量为 120000 吨/年。第三章第三章工艺技术方案工艺技术方案3.1工艺技术方案的选择工艺技术方案的选择尽管氯乙烯生产流程很多,但衡量一个流程的优劣应根据实际条件的不同,如生产规模,成品纯
12、度要求,原料成本及公用工程费用等,采用不同流程。由于本设计的生产规模是年产 12 万吨氯乙烯,所以本设计选用乙炔法来生产氯乙烯。3.2生产工艺简介生产工艺简介3.2.1工艺简介工艺简介来自机后冷却器的 VC 气体进入全凝器,用 5的水将大部分氯乙烯冷凝成液体,VC液体去聚结器除去水分全凝器为冷凝下来的气体进入尾气冷凝器,经35盐水冷却后,VCM 进入聚结器除去水分。尾气冷凝器中未冷凝的气体,去尾气吸附器经吸附氯乙烯和乙炔后定压排空。从聚结器出来的氯乙烯气体进入低沸塔,低沸塔釜用热水见解加热使氯乙烯气化,在塔中上升的氯乙烯蒸汽同下降的液体在各层塔板上进行充分接触,进行传质传热。将沿各层塔板下流的
13、液相中的低沸物蒸出,经塔顶冷凝器用 5水控制回流比后,低沸物由塔顶冷凝器出口进入尾气冷凝器,使塔釜氯乙烯由液位控制器进入高沸塔。高沸塔釜用热水加热,上升的氯乙烯蒸汽用下降的液体在各层塔板上进行充分接触们进行传质传热,使氯乙烯蒸出,经塔顶冷凝器冷凝用 5水将氯乙烯冷凝,控制部分氯乙烯回流。由塔顶出来的大部分精氯乙烯进入成品冷凝器,用 5水将氯乙烯冷凝,送氯乙烯液体贮存工序。高沸塔釜分离出高沸物,压入高沸物贮槽至一定量后送入蒸馏塔,经塔蒸馏,塔顶流出的氯乙烯经塔顶冷凝器用 5水控制回流比后,回收氯乙烯进入气柜,塔釜放出物排往二氯乙烷槽。3.3.23.3.2 项目产品及建设规模项目产品及建设规模设计
14、规模:产量为 12 万吨/年的氯乙烯的生产,每年 300 个工作日,即 7200 小时。第四章第四章环境保护环境保护4 4.1 1环保治理措施环保治理措施4.1.14.1.1“三废三废”处理处理电石渣一直都是电石法制取氯乙烯的生产者最烦恼的问题。电石渣由于含有大量的氢氧化钙固体,具有强烈的碱性,并含有较高的硫化物,以及其它微量的杂质。目前,多数工厂只将发生器排出的电石渣浆经过一级沉降分离,对干渣进行利用。而将分离后的沉清水直接排放,这是不妥当的,因为沉清水即使达到“眼见不混”,其 pH 值也高达 14,硫化物含量等都超过国家的“三废”排放标难,因此有必要对电石渣浆沉清水进行中和及脱硫处理。4.
15、1.2噪声处理噪声处理本项目的主要噪声源为乙炔发生器、清净塔、乙炔水环泵。为保证周边环境噪声达标,采取噪声治理措施如下:对各类泵基座采取柔性连接,在冷却塔表面敷设适量海绵等柔性材料,以降低水滴声。箱内衬吸声材料,设减振基础,吸气口装消声器;风机的进出风管加装消声器;对各设备电动机加装隔声罩。设备间采用隔音门、密闭窗;墙面和顶棚贴吸音材料。调整不合理的布局,使高噪声设备尽可能远离噪声敏感区,并使高噪声设备尽可能安置在低位处,减少声能对远距离的传播。合理布置噪声敏感区中的建筑物功能和合理调整建筑物平面布局,把非噪声敏感建筑物或房间靠近噪声源,噪声敏感建筑物或房间远离噪声源。搞好厂区绿化工作,特别是
16、四周厂界、厂前区应多种植草木和高大乔木,以达到隔声降噪、阻隔废气的作用。对于长期在噪声分贝过高的车间工作的员工,可以采取消除或降低哭声措施,如设置消声墙等,也可以采取相应的个人防护,如可以佩戴耳塞、防声帽、防声耳罩。4.1.3绿化情况绿化情况项目在建设同时必须加强绿化工作和景观建设。建议厂前建文化景观区,该区域应进行大面积绿化,除种植适合当地生长条件的树木、草坪外,还应因地制宜地布设凉亭、长廊、雕塑等景观小品。厂区道路两旁、建筑物周围及围墙周边种植乔灌木或草坪、并辅以爬山虎等藤类植物,使绿地遍及厂内各处,营造出整洁优美的厂区环境。保证厂区绿化率不低于 30%。4.2环境可行性及评价结论环境可行
17、性及评价结论综合环境空气、地表水环境、声环境影响评价结论及厂址合理性分析、环境经济损益分析结论,本项目在确保清洁生产工艺正常运行、全面严格落实本报告书所提各项污染防治措施并正常运行的前提下,通过加强环境管理和环境监测,杜绝事故排放,同时,对本项目增加的污染物排放总量,在地方环保进行区域平衡的前提下,对地表水环境、环境空气及声环境等影响较小,可以被周围环境所接受,能够实现社会效益、经济效益和环境效益的统一,因此,从环境保护角度分析,本项目在拟建厂址建设是可行的。第五章第五章通风和空气调节通风和空气调节5.1设计依据设计依据采暖通风与空气调节术语标准GB 50155-2008环境空气质量标准GB
18、3095-2001通风与空调工程施工质量验收规范GB 50234-2002采暖通风与空气调节设计规范GB 50019-20035.2设计范围设计范围按照各车间生产的实际情况,结合相关设计规范设计各车间通风设施。按照各房间空气调节的设计参数,提出对空调的要求:相关空调的设计、安装由空调提供方依据相关行业标准及设计规范进行设计。设计范围为办公大楼、科研楼、消防中心等各建筑物的通风、空调的初步设计。在生产车间、库房内部设置了通风系统,以排除可能积聚的有害粉尘及细小固体颗粒。5.3设计方案设计方案5.3.1通风要求通风要求加强和改善厂房的自然通风设计是提高厂房内环境质量的重要环节,组织好厂房内部的进、
19、排气流,使厂房内获得充足的新鲜空气,并带走影响工人健康和产品质量的大量污浊气流和有害固体粉尘,使厂房内作业地带的空气保持适宜的温度、湿度和卫生要求,以保证劳动者的劳动时正常的环境卫生条件和产品质量。当通风、空气调节系统的关、回风管通过贵重设备,如火灾危险性大的厂房隔墙和楼板处应设防火阀;通风、空气调节系统的风管采用不燃烧材料制作;风管和设备的保温材料、消气材料及其粘结剂,应采用非燃烧材料或难燃烧材料;空气中含有易燃或爆炸危险物质的厂房或库房,其送、排风系统采用防爆型的通风设备,并设有除静电的接地装置;排除有爆炸或燃烧危险的气体蒸气的排风管不暗设,直接通到室外的安全处。排他含有比空气轻的可燃气体
20、与空气的混合物时,其排风水平管全长应顺气流方向的向上坡度敷设。5.3.2通风设计通风设计(1)通风设计要达到形成合理的室内气流组织、提高厂房内部环境质量的要求,因此必须满足以下三个条件:足够的室内风速和空气流量;合理的气流通路,即气流应当经过需要换气和降温的地方;良好的气流质量,即进入厂房的应是低温洁净的空气。(2)充分掌握通风设计知识后,我们按照以下五个原则来设计通风系统:合理设计进、排气口面积。利用厂房内外空气的温度差所形成的热压作用和室外空气流动时产生的风压作用,使厂房内外空气不断交换,形成自然通风。在设计厂区总图方位时,避免有大面积的窗和墙受日晒影响,使之有良好的通风条件。克服进气短流
21、问题。所谓进气短流,系指由进气口进入厂房内的新鲜空气,在未进入作业区范围之前,就已经被加热而上升至天窗排气口排出室外的现象。通常设置在厂房吊车轨面以上的高侧窗,采用造价低廉的固定式采光带即可。但是考虑到吊车检修时操作人员的换气需要,尚须每隔一定距离在该采光带上设置一个换气口。设计采用高侧窗作为排气口时,必须像避风天窗一样,设置挡风板装置。将高侧排风窗的位置设在紧靠厂房的檐口部位,排风窗上部严禁留有实墙面,避免产生涡流而导致飘雨。将高侧排风窗的垂直挡风板加高,设计成象全封闭式矩形通风天窗的挡风板一样,挡风板上部折向屋面成倾斜状,以防止任何角度的飘雨。创造良好的风源环境。良好的气流质量应当具备低温
22、、无毒、无尘、不潮湿四个条件。为了达到低温进风效果,我们将进风口设在日照时间少的建筑阴面,避免处于有大量热能散发的装置或设施的下风向。而且在厂区内尽可能多的配置绿化,降低地面对空气的加温作用。第六章第六章电气电气6.1设计原则设计原则(1)根据工业企业照明设计标准GB50034-92、供配电系统设计规范GB50052-95的规定,该厂供电系统应满足“二级负荷”要求,保证两回线路供电。本工程两回线路供电均由市政公用电网供给。(2)厂内为爆炸危险场所,按化工企业爆炸和火灾危险环境电力设计技术规定HG/T20687-1989 要求进行设计。电气设备选择隔爆型,照明线路穿钢管明敷,事故应急照明电缆采用
23、耐火电缆,其它环境按一般建筑物设计。车间的变电室按规程要求设两道防火门,门向外开,门框间距的净距大于两米。厂内电气装置采用接零保护,接地方式为 TN-S 系统,工艺设备采取防静电接地。(3)厂区的电力电缆和热力管道分别设在不同的管沟内。(4)变配电室及电缆沟处设置阻火墙,电缆穿越构建物处刷防火漆。6.2防雷、防静电防雷、防静电高度超过 15 米的建筑物及年计雷击次数大于 0.01 的构建物,设防雷击接地装置。本厂的电气装置采用 TN-S 系统,接地阻值符合规范要求。第七章第七章消防消防7.1消防系统消防系统7.1.1水源水源本厂中的消防系统包括厂区内的全部建筑物。站内生活及消防用水由市政给水管
24、道接入,接口管径 DN100,供水压力不低于 0.15Mpa。7.1.2用水量用水量消防用水采用低压制,在生产、生活及消防给水管网上每隔一定距离设置地上式消火栓,由消防车加压后实施消防。根据建筑设计防火规范GBJ16-87(2001 年版)第 8.2.2 条及 8.3.4 条规定,生产辅助用户及门卫室属民用建筑,可不设室内消防用水,其室外消防水量为 10 升/秒,火灾延续时间为 2 小时。储罐区消防水量为 50L/s,同一时间内的火灾次数按 1 次考虑,火灾延续时间以 2h计,则一次消防用水量为 360m3(消防水量贮存在水池内);火灾后消防水量 2d 内补完。生产、生活及消防给水管成环网布置
25、,管网供水压力不小于 0.250MPa。消火栓间距不大于120m,保护半径不小于 150m。生产、生活及消防给水管径不小于 DN100。灭火器配置:在具有火灾爆炸危险的场所设置移动式灭火器材干粉灭火器,其配置应根据建筑灭火器配置设计规范GBJ140-90(1997 年版)进行。除利用自身消防力量外,还应同当地消防部门密切配合,充分利用当地消防力量。7.1.3给水系统给水系统本工程采用生活和消防分流制给水系统,即生活用水由一个系统供水,消防利用专用消防给水系统供水。厂内给水管线接自城市供水管网,接口管径 DN100,采用球型给水铸铁管,橡胶圈柔性接口。7.2消防实施消防实施7.2.1室内消防设施
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