年产80kt1-4-丁二醇项目初步设计方案说明-毕业论文.doc

西北大学化工学院第四届化工设计大赛年产80kt1,4-丁二醇项目年产80KT1,4-丁二醇项目初步设计说明书目 录第一章 总论11.1项目概况11.2 设计依据11.3设计原则11.4设计指导思想2第二章 项目设计总说明32.1项目背景32.1.1 BDO概述32.1.2 BDO生产现状32.1.3 BDO主要用途分析32.1.4 项目意义42.2 消费市场42.3 厂址选择52.3.1 选择原则52.3.2厂址选定62.3.3地理位置62.3.4 原料和市场62.3.5 自然条件82.3.6 交通运输92.3.7 电力能源102.3.8 政策环境102.3.9 厂址附图11图2.4 厂址附图112.3.10 总述11第三章 产品工艺133.1工艺方案的选择133.2 正丁烷制备BDO工艺特点143.3正丁烷制备BDO催化剂选择143.4工艺模拟说明153.4.1模拟流程153.4.2模拟结果及工艺分析163.5工艺创新点163.6 工艺流程说明173.6.1 反应工段173.6.2精制工段193.7 热回收系统213.7.1 反应部分213.7.2 精制部分21第四章 物料衡算和能量衡算224.1 概述224.2 物料衡算224.2.1 衡算原理及依据224.2.2 物料衡算234.3 能量衡算334.3.1 衡算原理及依据334.3.2 热量衡算34第五章 原料采购与产品营销415.1 原料采购415.2 主要产品标准415.3 产品营销415.3.1 高质量化工产品是基础425.3.2 高素质的营销队伍是保证425.3.3 顺畅的市场销售渠道是途径425.3.4 销售进入精细化管理周期435.4 结语43第六章 总平面设计456.1 设计依据456.1.1 执行的主要标准规范456.1.2 设计原则456.2 设计基础资料456.3 设计范围456.4 厂址概况466.5 总平面布置466.5.1 总平面布置原则466.5.2 总平面布置的要求476.5.3 厂区总体布局概述476.5.4 分区说明486.6 工厂运输536.7 绿化布置536.8 总图主要指标附表53第七章 车间布置557.1 设计依据557.2 车间布置原则557.3 布置概况557.4 反应车间567.4.1 整体布置567.4.2 车间设备布置567.4.3 反应车间布置图587.5 精制车间627.5.1 整体布置627.5.2 车间设备布置637.5.3 精制车间布置图65第八章设备选型698.1泵的选型698.1.1选用依据698.1.2参数的确定698.1.3泵的选型要求698.1.4具体选型708.2 换热器计算及选型708.2.1 计算依据708.2.2 选型原则708.2.3 换热器选型示例748.2.4 换热器的结构设计778.2.5 其它换热器选型示例788.3 反应器选型798.3.1 催化剂的选择798.3.2 计算床层体积808.3.3 气体分布装置818.3.4 封头818.3.5 支座818.4 塔设备选型818.4.1 塔设备的设计目标828.4.2 塔设备类型及选择828.4.3与操作条件有关的因素838.4.4其他因素838.4.5具体类型868.4.6机械工程设计和校核978.4.7辅助装置及附件988.4.8塔设备载荷计算998.5储罐的选型104第九章 自动控制系统1079.1 自控水平和方案1079.1.1 自动控制系统1079.1.2 生产过程控制1089.2流程其他部分的控制116第十章 维修11710.1 维修体制的确定11710.2 维修人员要求11710.3 维修人员职责118第十一章 公用工程12011.1电气与通讯12011.1.1设计范围12011.1.3 设计原则12011.1.4供配电系统12011.1.5 电信方案12111.2给排水12111.2.1 设计规格与依据12111.2.2 给水12111.2.3 排水12211.3 供热12211.3.1 蒸汽系统12311.3.2 蒸汽系统供热能力要求12311.3.3 锅炉给水系统12311.4 采暖通风12311.4.1 冬季室外计算气象参数12411.4.2 夏季室外计算气象参数124第十二章 土建设计12512.1 设计依据12512.1.1 设计标准及规范12512.1.2 设计内容12512.1.3 设计分类12512.2本项目设计12612.2.1建筑设计12612.2.2结构设计12712.3安全疏散127第十三章 环境保护12813.1建设项目概况12813.2 资源利用及污染物排放12813.2.1 能源的种类和用量12813.2.2 水的来源12813.2.3 污染物排放情况12813.4 环境影响预测与评价12813.4.1 施工期废水排放影响预测12913.4.2 运营期污水排放分析12913.4.3声环境影响预测12913.4.4 大气环境影响预测12913.4.5 运营期大气环境影响预测12913.4.6 固体废物影响分析13013.5 环境影响减缓措施13013.5.1 施工期环境影响减缓措施13013.5.2 施工期水污染防治措施13013.5.3 运行期环境保护减缓措施13013.6 环境影响评价主要结论131第十四章 劳动安全消防13314.1劳动安全13314.1.1化工厂主要危害因素13314.1.2主要防危措施13314.2工厂安全13314.2.1厂房安全13314.2.2工艺安全13314.2.3车间及设备安全13414.3消防13414.3.1 设计规范13414.3.2设计范围13414.3.3 危险性分析13414.3.4 消防方案134第十五章 工厂组织和劳动定员13815.1 工厂组织13815.2 经营管理13915.2.1 组织管理13915.2.2 生产安全与环保13915.2.3 物流管理13915.2.4 人力资源管理13915.2.5 技术管理14015.3 劳动定员14015.3.1 生产班次14015.2.2 劳动定员140第十六章 原料与产品运输14316.1 设计依据与标准14316.2 储存14316.2.1 原料储存14316.2.2 产品储存14316.3 运输14416.3.1 原料运输14416.3.2 产品运输144第十七章 技术经济分析14617.1 成本的估算14617.2产品报价及产量14617.3社会效益的评价14617.3.1对节能的影响14617.3.2对环境保护和生态平衡的影响14617.3.3对提高国家、地区和部门科技进步的影响14617.3.4对发展地区或部门经济的影响14717.3.5对节约劳动力或提供就业机会的影响14717.3.6对提高人民物质文化生活及社会福利的影响147参考文献148附录一 主要设备选型一览表149第一章 总论1.1项目概况本项目为中石油集团开发的以正丁烷为原料生产制备1，4丁二醇工艺，建厂于新疆克拉玛依石化工业园。该项目采用BP Amoco/Lurgi共同开发的正丁烷/顺酐工艺Geminox，它是将BP公司的气体流化床顺酐工艺的液相回收工序与Lurgi公司的液相酸加氢工艺相结合，由液相马来酸直接加氢生成BDO。在顺酐水洗生成马来酸的过程中，转化率可达100%。本项目注册资金为15亿元，由总公司注入部分自有资金，并通过克拉玛依市政府向银行贷款以筹措资金。项目建设进度在考虑建设过程中的各环节时间安排情况和干扰因素的影响，建设期定为两年，生产期10年。1.2 设计依据化工工程设计相关规定；国家经济、建筑、环保等相关政策；2012年西北大学化工学院化工设计大赛竞赛指导书；化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定（2005）及有关专业的国家标准。1.3设计原则1.严格贯彻执行国家的消防、安全、卫生、劳动保护等有关规定、规范，保障生产安全顺利进行和操作人员的安全。2.严格执行国家环境保护的相关条例：大气环境质量标准 GB3095-82污水综合排放标准 GB8978-96工业“三废”排放试行标准 GBJ4-73地表水环境质量标准 GB3838-20023.产品生产和质量指标符合国家及地方颁发的各项相关标准。4.体现“社会经济效益、环保效益和企业经济效益并重”的原则，按照国民经济和社会发展的长远规划，行业、地区的发展规划，在项目调查、选择中对项目进行详细全面的论证。1.4设计指导思想目前国内正丁烷/顺酐生产1，4-丁二醇工艺是最具工业化前景的生产方法，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，实现Geminox工艺生产1，4-丁二醇的优势，并为推进1，4-丁二醇的大型工业化做出实质性的贡献。第二章 项目设计总说明2.1项目背景2.1.1 BDO概述1，4-丁二醇，简称BDO，结构式：HOCH2CH2CH2CH2OH，分子式：C4H6O2， 为无色油状液体，可燃，能与水混溶。溶于甲醇、乙醇、丙酮，微溶于乙醚。沸点235，熔点20.1，闪点（开口）121，点燃温度370，折射率1.446。BDO是有毒性物质，附着在患者或负伤的地方时，起初会出现麻醉作用，引起肝或肾特殊的病理改变，然后由于中枢神经麻痹而突然死亡。其生产设备应密闭，防止泄漏，操作人员穿戴防护用具，皮肤有创伤者严禁与本品接触。在自然条件下，不爆炸，不自燃，但具可燃性。BDO是一种重要的基本有机化工和精细化工原料，广泛用于生产各种有机化学品。2.1.2 BDO生产现状我国1，4-丁二醇工业起步较晚，传统装置生产规模小、生产落后、产品质量不稳定。国內四氢呋喃、丁內脂、PBT、聚氨酯生产所需大部分原料依赖进口。近年来，由于工程塑料PBT及医药、聚氨酯等工业的发展，我国每年都要进口万吨以上1，4 - 丁二醇及部分下游产品来满足国內生产需要。故而在国内发展BDO项目很有必要。2.1.3 BDO主要用途分析1.BDO主要产品链：生产四氢呋喃，约占1,4 - 丁二醇消费量的60，四氢呋喃经开环聚合生产聚过亚四基醚二醇（PTMEG）、医药中间体或直接用作溶剂；生产-丁内脂，约占1,4 - 丁二醇消费量的20，-丁内脂再进一步与乙炔生产2 - 吡咯烷酮、乙烯基吡咯烷酮及聚乙烯基吡咯烷酮；生产用于家电业、彩电行业的PBT树脂；约占1,4 - 丁二醇消费量的9。上述三大类用途使1,4 - 丁二醇产量大增，一跃成为重要的基本有机化工产品。2.BDO的主要应用领域：作为溶剂，可以用于医药、香料和化工等行业。作为化工原料，可以生产聚四亚甲基乙二醇醚(PTMEG)、四氢噻吩、吡喏烷酮、2,3 - 二氯四氢呋喃、1,4 - 二氯乙烷、丁内脂、戊内脂、油墨和香料等。生产聚醚，是聚氨酯超软弹性纤维及高弹性橡胶的最佳材料。2.1.4 项目意义从上述BDO生产的各项内容看，目前国外BDO新技术不断成熟，低成本的生产工艺和BDO的良好发展前景刺激了大量投资者。从亚洲来看，东亚地区BDO的生产能力不能满足迅猛发展的市场需求，我国BDO在近期内供需矛盾仍然无法解决，加上其下游产品不断发展，因此在我国建设具有竞争力、经济规模的BDO生产装置十分紧迫和必要。2.2 消费市场随着全球经济的迅猛增长，化工、石化和轻工等行业也呈现出飞速发展迹象。BDO作为近年来新崛起的化工行业重要的化工基础原料，世界各个国家对其的需求量也不断增加。近年来全球BDO产能增长如图：图2.1全球BDO产能增长如图由图表可看出，随着生产能力的提高，我国BDO产能在快速上升。在2010 年，我国BDO产业新增产能 7.5 万 t/a，总产能达到 42.4 万 t/a 。我国 BDO 产能主要集中在山西三维、新疆美克、南京蓝星及大连化工（江苏）4 家企业中，产能集中度达到71%，大型BDO生产企业的竞争力明显强于其他企业,规模效益明显2010年全年产量26万t，装置开工率61%.2010年之前，每年需从台湾地区、韩国、中东等地进口大量丁二醇，随着国内产能快速增长，自给能力得到较大提升，对外依存度由 2005 年的 61%下降到 2010 年的 25%左右 2010 年净进口丁二醇 8.5 万 t,同比下降 37%,20052010 年,丁二醇需求年均增长率达到 20% ,2010 年的表观消费量约为 34.5 万 t 主要消费领域为四氢呋喃,聚对苯二甲酸丁二酯,丁内酯及聚氨酯浆料等。我国BDO市场仍具有较大的供需缺口，这为国内BDO生产提供了较大的增长空间。据市场分,我国华东、华南地区市场需求已接近饱和，而西南部BDO市场尚有发展前景。另外在国外，美国等国家BDO产销基本持平，日本由于工业发展迅速，BDO供不应求。故而可选择其作为我厂BDO出口地。2.3 厂址选择2.3.1 选择原则原料和市场：厂址应靠近各种原料产地和销售市场。能源：化工厂需要大量的动力和蒸汽，应靠近燃料的供应点。气候：化工厂的建厂地点应该温度适宜，湿度适中。运输条件：尽量考虑铁路枢纽以及利用河流、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。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。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。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。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。2.3.2厂址选定本项目厂址选在新疆克拉玛依石油化工工业园。克拉玛依石油化工工业园位于克拉玛依北12公里，于2005年3月28日被新疆维吾尔自治区批准为自治区级重点化工园区。园区规划面积64平方公里，利用克拉玛依油田和中亚地区丰富的油气资源，依托雄厚的炼油化工基础，按照上下游一体化发展的目标，建设并形成石油天然气炼制、煤盐化工、机械装备制造、物流仓储、精细化工等产业链。目前，全国已有百家企业落户园区，已建成石化工业及下游项目45个，去年实现工业总产值400多亿元。2.3.3地理位置克拉玛依市位于准噶尔盆地西北缘，加依尔山南麓，地处东径8044861，北纬447468之间。东北与和布克赛尔蒙古自治县相邻；东南与沙湾县相接；西部与托里县和乌苏县毗连； 南边奎屯市把独山子区隔开，使这个区成为克拉玛依市的一块飞地。克拉玛依是中国石油西圣地，中国西部重要的石油石化基地，立志建设“五大基地”，发展“三大产业”，打造“世界石油城”。 2.3.4 原料和市场1.原料来源本项目所采用的原料为正丁烷。在克拉玛依石油工业园内投建的克拉玛依石化公司，是中国石油天然气股份有限公司所属集炼油化工为一体的年加工能力为500万吨的燃料油润滑油沥青型石化企业。是伴随着新中国第一个大油田克拉玛依油田的开发于1959年创建的。其液化气产品达10万t/a ，可用作本工程液化气原料。经过合理利用轻烃资源,对液化气进行深加工,即可得到液化气中的正丁烷作为原料。在本园区内克拉玛依盈德气体有限公司投资建设工业气体岛工程项目，生产规模：60000立方米/小时氢气，保证了正丁烷氧化生成顺酐进一步加水加氢催化生成产品1,4丁二醇。保证了本项目顺利开工行。2.产品市场随着全球经济的迅猛增长，化工、石化和轻工等行业也呈现出飞速发展迹象。BDO作为近年来新崛起的化工行业重要的化工基础原料，世界各个国家对其的需求量也不断增加。虽然目前世界BDO的生产能力有一定过剩，但由于地区差别而存在很大差异，从亚洲来看，东亚地区BDO的生产能力不能满足迅猛发展的市场需求，我国BDO在近期内供需矛盾仍然无法解决，加上其下游产品不断发展，因此在我国建设具有竞争力、经济规模的BDO生产装置十分紧迫和必要。国内BDO主要用于THF/PTMEG、PBT、氨纶、PBT 树脂领域。根据行业数据，PBT、GBL、THF、PU消耗了BDO的98%，其中以THF/PTMEG需求量最大，对BDO消费影响显著。近年来我国BDO消费结构如下表 图2.2 我国BDO消费结构图从BDO国内需求方面来看，THF/PTMEG仍是国内BDO消费量最大的下游，在全球来看，THF也绝大多数用于生产PTMEG，大约在THF总消费量的80左右，其他也是用于医药行业或者作为溶剂使用。2009年PTMEG的产能增加较大，达11.5万吨/年。PBT领域和GBL领域近年来发展较快，2009年南通星辰新增6万吨/年的PBT新装臵和新疆蓝山河屯新增3万吨/年的PBT新装臵，安徽海丰新增1万吨/年GBL装臵，均有利于BDO产能的消化。PU另一个较大的消费领域浆料行业，2008年底国内总产能已经达到172万吨/年，虽然BDO在浆料产品中的应用量较少，但由于国内浆料总产能的巨大，因此对BDO的消费总量也较为可观。预计未来几年，BDO下游的各个领域仍有较大增长空间。而这些产业的增长均为BDO的产能提供了充足的动力。虽然我国近年来新投建BDO项目不断增多,但部分项目存在着如下问题:开工不正常,还有部分短暂停车，进而导致产出不稳定;国内BDO厂家多自用或直供下游合同工厂，流入市场的余量有限;下游需求普遍比较稳定，多数BDO生产厂家所出产品主供合同户及老客户，对外销售市场比较少;在通胀背景、原油高企等外力作用下，支撑BDO价格高位；欧美BDO价格较高，同时下游需求旺盛，进而吸引部分外盘货源进入欧美市场，进口中国市场货源有所减少。所以在我国BDO市场仍有很大发展空间.并且据专家预测,BDO价格在2012年将修复 2011 年四季度大跌,成功回暖。2.3.5 自然条件1.气候条件克拉玛依市属典型大陆性气候，干旱少雨、春秋多风是其突出的气候特征。冬季寒冷，夏季炎热，春秋季较短，冬夏温差大。年平均大风日数71.3天，年平均气温8.1，无霜期225天，平均日照时数2705.6小时。初霜一般在11月上旬出现，终霜一般在3月下旬结束。一年中最高月平均气温为7月，平均气温27.6，最低月为1月，平均为-16.3。年平均降水量108.9毫米，年平均蒸发量达3008.9毫米，为降水量的20.8倍。2.水文地质克拉玛依市辖克拉玛依、独山子、白碱滩、乌尔禾四个区、两乡，辖区内有四个新疆生产建设兵团团场，总面积7733平方公里，已建城区面积为57.16平方公里、农业开发区面积183平方公里、石油化工园区64平方公里。此外，大部分土地为戈壁荒滩。辽阔的未利用土地为克拉玛依未来的发展提供了宝贵的空间。克拉玛依现有水库7座，总库容量2.89亿立方米。仍在大力建设相关水利工程及人工湿地保存水源。克拉玛依市属内流区, 境内全属内流河与内陆湖。河流为流程短、水量小的季节河。主要河流有白杨河、克拉苏河、达尔布图河、玛纳斯河, 独山子有奎屯河。湖泊有艾里克湖。艾里克胡位于乌尔禾魔鬼城风景区东南16千米处，总面积约70平方千米，容水量2.5亿立方米，由白杨河来水汇集而成。据新疆图志记载，艾里克湖至少存在1300年以上，在新疆大湖中排名第20位，是克拉玛依唯一的湖泊。为了确保克拉玛依市的可持续发展，克拉玛依市、新疆石油管理局和油田公司在国家的支持下，耗资50亿元人民币，历时4年，修建了445公里长的明渠，从635水利工程枢纽工程处引来河水，使得克拉玛依水资源净增4亿立方米，现在克拉玛依可利用水资源每年保持在5.6亿立方米以上。克拉玛依将成为新疆为数不多的水资源丰沛地域。为各类工业的发展提供强有力的水资源保障。2.3.6 交通运输克拉玛依市交通便利，建市40多年来，交通运输事业发展迅速。公路网由2条国道公路、3条省道公路、3条县乡道公路和100多条(段)油田专用公路组成，交通便利。2012年4月27日,克拉玛依日报又发布了未来克拉玛依大交通蓝图初绘.力促“二纵三横”综合交通运输通道格局建设，将克拉玛依市打造成北疆区域重要交通枢纽和自治区及国家向西开放的桥头堡。该规划旨在为克拉玛依市打造一个综合性的交通运输体系，最终形成以克拉玛依为核心，由高速公路、国省道、电气化铁路、客运专线、直达航线与管道构成的北疆区域综合交通运输网络，推动我市打造“世界石油城”战略和“632”工程全面实施。 图2.3 二纵三横交通运输 “二纵”为中纵通道和克昌伊额（克拉玛依、昌吉、哈密伊吾县、内蒙古额济纳旗）通道。这两条通道主要服务于克白城镇组群和独奎乌城市圈以及克拉玛依乌尔禾、克拉玛依阿勒泰、克拉玛依呼图壁乌昌经济发展带。通道内公路方面有国道217线、312线、省道201线（呼克线）及将要建成通车的奎克、克阿勒泰国家高速公路，还有已列入自治区计划的克乌高速公路项目；铁路方面有奎北铁路。这两个交通运输通道定位为以我市为重要交通节点，形成重要的西出国际大通道及连接内地城市通道。“三横”为阿塔克哈（阿拉山口口岸、塔城、克拉玛依、哈密）通道、北翼通道和兰新通道。这三条通道将服务于克拉玛依塔城巴克图口岸经济带、克拉玛依阿拉山口口岸经济带、奎独乌城市经济圈、农八师团场、哈密及中亚地区。通道内的公路有乌奎高速等“欧亚大陆桥”道路以及克塔国家高速公路、省道201线与克塔高速公路连接段高等级公路建设项目；铁路有精伊霍、乌伊等多条铁路。今后将推动建设克塔铁路、克乌铁路和乌尔禾区陆梁、石西油田莫北149团场石河子市公路网以及克阿拉山口口岸高等级公路的建设，以实现三条通道快速互通、直通内地和中亚国家的功能定位。2.3.7 电力能源克拉玛依市每年发电2323.4兆/千瓦时，每年使用2100兆瓦时，每年结余电量223.4兆瓦时。由于克拉玛依日照时比较长，因此多家企业在我市投资风能能新能源开发建设。国电克拉玛依4350兆瓦热电联产工程一期2350兆瓦工程，总投资约31亿元，计划2012年年底投产发电。投产后，年供电量可达34.20亿千瓦时，年供热量999.52万吉焦，将成为新疆电网的主要支撑电源，同时也使克拉玛依电网从受端电网的地位转变为送端。克拉玛依电力资源的充沛坚强支撑着各类产业的发展。便利的交通、充足的原料、完善的基础配套设施及当地政府为化工园区提供的各种税费减免、资金支持、融资担保、人才引进优惠、通关便利等的扶持政策，都使工业园区成为本项目的最佳落址点。2.3.8 政策环境第一条 对投资能源资源开发产业、能源下游加工产业的项目，自投产之日起5年内，按企业对本市财政的贡献额，由财政以一定比例支持企业用于新产品研制和开发。第二条 对投资石油、天然气、煤、盐、化工及其下游产品加工业产业的项目，自投产之日起5年内按企业对我市财政的贡献额，由财政以一定比例拨给企业用于新产品研制和开发，其中：固定资产投资额在1000万元至5000万元(含5000万元)的，按前2年40、后3年20%拨付；固定资产投资额在5000万元以上至1亿元（含1亿元）的，按前2年50、后3年25%拨付；固定资产投资额在1亿元以上的，按前2年60、后3年30%拨付。第三条 对以组建股份有限公司形式从事石油化工及下游产品加工业的企业，固定资产投资规模达到本条第一款相应规模的，财政支持同比增加10%。 第四条 工业企业采取节能减排措施新建的生产项目及通过废弃物综合利用发展循环经济的项目，投产后验收合格，5年内按企业对本市财政的贡献额，由财政按前2年50%、后3年25%支持企业。2.3.9 厂址附图图2.4 厂址附图2.3.10 总述克拉玛依丰富的油田资源保证了液化气的产量,同时也为本项目的顺利实施提供了丰富的正丁烷原料来源.便利的交通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，克拉玛依是新疆境内为数不多的水资源丰沛地区,为化工业的发展提供了丰富的水资源.近年来,克拉玛依经不断的发展,自身已发展为特殊的品牌,在中亚及周边都具有一定影响力.在其境内发展各类产业的条件已经完全具备。在克拉玛依发展，不仅将带动克拉玛依产业的合理化变革，也将为我厂BDO及其下游产品提供足够的市场.故我厂选址于克拉玛依石化工业园。第三章 产品工艺3.1工艺方案的选择随着全球经济的迅猛增长，化工、石化和轻工等行业也呈现出飞速发展迹象。BDO作为近年来新崛起的化工行业重要的化工基础原料，目前主要制备方法有以下几种： 甲醛和乙炔（电气石）为原料的炔醛法。 以丁二烯和醋酸为原料的丁二烯乙酰氧基化法。 以环氧丙烷或烯丙醇为原料的环氧丙烷法或烯丙醇法。 以正丁烷、MAH为原料的马来酸酐酯化加氢水解法。以正丁烷为原料的顺酐加氢法。各种工艺或传统或创新,都有各自的优缺点.列表如下:表3-1 BDO各生产工艺的优缺点一览表生产工艺优点缺点Reppe法经典法工艺成熟流程短,产品收率高操作费用低,副产品少原料乙炔远程运输有危险操作条件苛刻，压力高廉价乙炔获得量有限设备造价高改良法工艺先进成熟,副产品较少.流程短,产品收率高催化剂活性高，寿命长投资低,适用于大规模生产.操作压力低，生产安全原料乙炔远程运输有危险廉价乙炔获得量有限丁二烯法原料来源丰富操作条件温和无公害可同时得到高价值的THF流程长，过程复杂投资高公用工程费用大丁二烯醋酸法设备腐蚀严重环氧丙烷法催化剂可循环使用、寿命长产品收率高能耗低生产负荷容易调节环氧丙烷难以廉价得到时成本高羟基化反应选择性低全过程收率低顺酐法投资少，生产成本低三废量少可联产THF和GBL受原料顺酐的影响流程长从上述各生产工艺的工艺特点可知,目前国外BDO新技术不断成熟，低成本的生产工艺和BDO的良好发展前景刺激了大量投资者。未来大多数新生产装置都将采用正丁烷/顺酐工艺来生产BDO。 3.2 正丁烷制备BDO工艺特点本项目采用Geminox工艺。该工艺的关键是加氢反应中的催化技术,BP公司开发的混合金属氧化物及钌基催化剂具有选择性高和寿命长等特点。该工艺在正丁烷/顺酐传统技术基础上,简化了BDO生成技术路线,工艺采用过程步骤较少，投资和操作费用较低，与其他竞争性技术相比，可节约生产费用25%40%，生产工艺更合理和经济。3.3正丁烷制备BDO催化剂选择Geminox BDO生产工艺包括三个关键部分,所用的催化剂有：1.顺酐反应和回收部分：在第一生产阶段，丁烷与空气在固定床反应器中发生催化氧化生产出顺酐。催化剂为：纳米VPO催化剂，具体含量如下V:P:Bi:DMSO=1:1.2:0.0035:0.1。反应氛围为正丁烷/空气=1.5:98.5（体积比）、空速为1500h-1、温度为4000C时，正丁烷的转化率为81%(mol)，顺酐的选择性为68%(mol)、CO15%(mol)、CO217%(mol)。（刘先明.具有纳米结构的VPO催化剂及其氧化正丁烷制顺酐.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室及中国石油新疆油田公司采油工艺研究院，2008年8月。）2.顺酸加氢部分：顺酸蒸气在较高压力、中等温度下，在固定床反应器中进行加氢反应，生成1，4一丁二醇。该工艺中催化剂为PdAgReFe炭载体催化剂，反应氛围压力17.5MPa、温度1560C ,H2/马来酸原料比例：88，H2补给/循环比：0.083，空速2.4h-1。(JR巴治;TG阿蒂格;SE佩德森、标准石油公司、美国俄亥俄州 1999.08.30)它的选择性高，使用寿命长，副产物生成量少，催化剂体系可保证BDO的收率在88(mol)以上，四氢呋喃THF6.5%、丁醇4.5%、琥珀酸0.5%、丁内酯0.5%。）3.4工艺模拟说明本设计工艺模拟采用美国Chemstations公司开发的用于对化学和石油工业、炼油、油气加工等领域中的工艺过程进行计算机模拟的应用软件ChemCAD，以下为ChemCAD模拟流程图：3.4.1模拟流程15 图3.1 CHEMCAD模拟流程图总图3.4.2模拟结果及工艺分析如模拟所示，本设计流程分为两大部分：反应工段、精制工段。其中反应工段是将原料正丁烷经三步反应生成1,4-丁二醇混合物，包括1,4-丁二醇，丁内酯，琥珀酸，丁醇，四氢呋喃和水等；精制工段是经过冷却降温、压缩、精馏等技术将混合物中大量的水、丁内酯，琥珀酸，丁醇，四氢呋喃等产物分离出去，最终达到纯度99.9%的精制1，4-丁二醇。3.5工艺创新点本设计在氢气的分离上，采用了膜处理技术。日本Ube工业公司生产的6051聚酰亚胺薄膜是由均苯四甲酸二酐与4.4二氨基二苯醚在极强性溶剂中反应产生的树脂溶液，再经成膜、高温脱水等加工而成的。该薄膜具有优良的耐热性（200）耐严寒（-60）、抗辐射性能、耐水性、耐酸性、耐溶剂和耐氟里昂性。该产品为H级绝缘材料，可用于电机、电器绝缘，也可用作聚酰亚胺薄膜粘带。如，热固性亚胺薄粘带，HF聚酰亚胺F46带、塔带、多胶少胶亚胺粘带及复合制品NHN、OHO的基材。使用时技术要求： 1薄膜表面应光滑、平整，不应有气泡、针孔和导电杂质，边缘整齐无破损。2薄膜成卷供应，幅宽250-550mm，每卷总长度不少于60m，用于复合制品及绕包绝缘的薄膜，每段不少于30m，用于其他电工材料的每卷不多于5段，每段不少于3m。表3-2 厚度及允许偏差表标称厚度允许偏差0.030.0050.050.007表3-3 P6051的性能要求表序号指标名称单位指标值1密度g/cm1.402抗拉强度 纵向-横向MPa1151353断裂伸长率 纵向-横向%25204介电强度 常态- 2005MV/m1301005表面电阻M1.01066体积电阻率 常态- 2005M.m1.01071.01047介质损耗因数50HZ 常温0.018相对介电常数50HZ 常温4该膜分离器（Upilex）主要用于本国从炼厂气中回收氢气。例如，从催化重整尾气中回收氢气，处理能力7500NM3/H，氢气回收率为80，氢气浓度97。武汉石油化工厂采用了膜和变压吸附（PSA）联合流程从催化裂化干气中回收氢气。由于干气中氢含量低（H235），单独采用膜或PSA氢回收率都低。现采用联合流程，即先用膜分离来予提浓氢气（H280），氢气回收率90，同时还可脱除大部分C2C4烃类；然后再用PSA把氢气由80提浓到99。由于进入PSA时，原料气中H280，而且已脱除了大部分C2C4烃类。所以，这时，PSA的氢气回收率也可达到90。由此联合工艺可得到氢气浓度99，氢气总回收率80的好结果。3.6 工艺流程说明3.6.1 反应工段图3.2顺酐反应工段1图3.3顺酐反应工段2图3.4顺酸加氢工段顺酐反应工段：原料正丁烷（95%）在20、0.2200MPa条件下经正丁烷进料泵（P0101A/B）加压至0.3MPa，再经正丁烷汽化器（E0101A/B）汽化与来自压缩机的空气在混合器（V0102）中充分混合，经多级加热器（E0102，E0103）加热至300后进入固定床反应器（R0101），在纳米VPO催化剂作用下生成顺酐及少量CO,CO2。混合物料经多级冷凝后进入单相水洗塔(TO101)中，生成顺酸。顺酸加氢工段：将上述顺酸加压至17.5MPa,与升温后于经压缩机的氢气充分混合（混合器V0201）后再换热至156，进入固定床反应器（R0201）,在催化剂PdAgReFe炭载体作用下，生成1,4-丁二醇及少量THF,丁醇等副产物。由于反应后混合物料中含有大量的氢气，故设立氢气膜分离器（V0202）,回收循环利用其中的氢气。而其他反应后的物料则送入后续的精制分离系统进行分离。3.6.2精制工段图3.5 产品精制工段1图3.6产品精制工段2产品精制工段：反应工段流出的物料经经闪蒸罐（V0301）变为110、0.3MPa气体混合物。首先经过精馏塔（TO301）除去THF，再由一级分水塔（T0302）二级分水塔（T0303）分去大量的水，之后经过塔（T0304、T0305）分别除去其中的丁醇及SAC。最终得到纯度高于99.5%的1，4-丁二醇产品，贮与储罐中。3.7 热回收系统为了充分利用能量，加强节能减排，本设计进行了充分的热量回收利用。3.7.1 反应部分固定床反应器（R0101）反应流出物经混合气加热器（E0103、E0102）及正丁烷汽化器（E0101）对反应原物料进行加热。而由单相水洗塔出来的物料经冷却器（E0105）对中间产物顺酐进行冷却，并在其塔顶进行废热回收。3.7.2 精制部分从闪蒸罐及后续精馏塔塔顶进行废热回收。第四章 物料衡算和能量衡算4.1 概述物料衡算和能量衡算是进行化工工艺过程设计及技术经济评价的基本依据。在工艺流程确定及工艺流程草图绘制之后，本设计就从定型阶段进入到了定量阶段，通过对生产过程中整个或局部过程作详细的物料和能量衡算，可计算出主副产品的量、原材料的消耗定额、三废排放量及组成、能源消耗量、产品产率及各项产品经济技术指标，从而定量地评述所选择的工艺路线、生产方法及工艺流程在经济上是否合理，技术上是否先进，为下阶段设计提供数据和依据。4.2 物料衡算4.2.1 衡算原理及依据物料衡算是研究某一个体系内进出物料组成及质量的变