一、项目介绍摘 要根据年产8万吨丙烯酸项目实际条件用丙烯两步氧化法制备。设计内容有工艺流程的选择、物料衡算、设备设计、自动控制系统、环境保护和安全卫生措施。经由比较日本触媒、巴斯夫、三菱化学以及国产工艺技术之后最后决定选用吉林设计院的国产化工艺并且用日本化药公司的催化剂、德国MAN-DWE公司的反应器。物料衡算包含氧化单元和精制单元保证质量守恒。设备设计完成反应器的催化剂量计算、管束排列、机械强度校核以及精馏塔的水力学计算及结构设计。自控系统用DCS集散控制设置ESD紧急停车系统。三废处理采取热力焚烧脱硫脱硝一体化废水净化-乙酸回收等方式。本设计为年产八万吨丙烯酸装置的工程建设提供完整的技术方案产品纯度达99.2%以上丙烯总收率达88%以上属于国际先进水平。关键词丙烯酸丙烯两步氧化物料衡算固定床反应器精馏塔DCS控制论文类型工程设计丙烯酸概述丙烯酸属于重要化工原料主要用作丙烯酸丁酯、乙酯以及高吸水性树脂的制造原料。从产业链角度来说丙烯酸处于碳三化工产业链的中心地位上游原料为丙烯下游产品有丙烯酸酯、高吸水性树脂、洗涤剂聚合物、涂料、造纸、纺织化工、粘结剂、油墨工业用其他衍生物等。粗丙烯酸主要用作丙烯酸酯的原料丙烯酸酯类的产品在压敏胶粘剂、涂料、纺织整理剂等方面都有广泛的用途。精制丙烯酸被用来生产高吸水性树脂占世界需求量的32%左右主要用在婴儿纸尿裤、成人失禁用品以及女性卫生用品等卫生材料上。精制丙烯酸被用来制造洗涤剂聚合物少量用于制造聚丙烯酸酯作为增稠剂、分散剂和流变控制剂。由于全球人口老龄化不断加深以及卫生意识的提高高吸水性树脂的需求量不断上升促进了丙烯酸行业的发展。近几年来丙烯酸下游应用范围不断扩大在新型功能材料、水处理剂、油田化学品等领域得到了越来越多的使用市场前景十分广阔。因此建设大型丙烯酸生产装置有重大的经济价值、战略价值。丙烯酸生产工艺比较工业化生产丙烯酸主要有五种方法即丙烯氧化法、改良RPpe法、丙烯腈水解法、氰乙醇法和烯酮法。这五种方法是不同的历史时期、不同的技术路线所进行的工业化探索各自具有不同的技术特征以及适用范围。后两种方法因为效率低、耗能大而被淘汰。丙烯腈水解法只能用于生产丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯而不能生产高级酯。工艺流程长成本高。改良RPpe法在煤化工的发展期曾经一直占据主导地位直到今天仍有部分企业仍在使用丙烯腈水解法和改良RPpe法。但是随着石油化工快速发展、丙烯资源日益丰富这些传统方法的经济性越来越差。目前世界上新建装置都向着工艺先进、成本低、效益高的丙烯氧化法方向发展。丙烯直接氧化法生产丙烯酸工艺分为一步法和两步法。一步氧化法是在一个反应器内将丙烯直接氧化为丙烯酸该工艺反应装置简单、工艺流程短只需要一种催化剂投资小。但是在一个反应器内同时进行两个氧化反应强迫催化剂去适应两个不同的反应要求严重影响了催化作用的有效发挥造成丙烯酸收率低。另外一步氧化反应放热量较大为了减少反应放出的热量只能降低丙烯浓度来实现生产效率受到限制催化剂使用寿命也较短经济上不划算。两步氧化法把氧化过程分成两步第一步让丙烯氧化得到丙烯醛第二步再把丙烯醛进一步氧化成丙烯酸。该工艺路线使得每一步的氧化反应都处于最佳状态从而能够使用分别优化好的催化剂丙烯酸总收率较高。另外两步法对原料的纯度要求不高生产稳定安全成本低整套装置还设有一套完备的三废处理系统可以实现三废综合利用和达标排放。因此两步氧化法是目前丙烯制取丙烯酸最经济的工艺路线。两种工艺路线具体对比如表所示。主流工艺技术对比目前世界上丙烯氧化法制丙烯酸技术主要有美国索亥俄(Sohio)技术、日本触媒技术、巴斯夫(BASF)技术、日本三菱化学技术(MCC)、中国石油CP东北分公司丙烯酸生产技术。这些技术各具特色是各个国家、各个公司在这个领域里科研成果和工程实践的体现。日本触媒公司1960年开始研究丙烯氧化制备丙烯酸的技术是世界上最早开发该技术的企业之一。目前世界上已经建成13套采用日本触媒公司生产的大型丙烯酸生产装置生产能力占世界总产能的50%以上。采用叠加式反应器技术可以节约投资提高进料混合气中丙烯浓度降低操作费用和污水处理费用。吸收塔尾气采用催化焚烧法投入正常运行以后就不需要再消耗任何的原料。丙烯酸精制系统采用共沸精馏总收率提高到83%-86%。二、文档介绍三、项目设计主要污染源及污染物本项目在生产过程中会产生废气、废水、废固三种污染。废气主要有吸收塔尾气、精制塔和重组分裂解器尾气年产生量为吸收塔尾气341935.3吨精制塔及重组分裂解器尾气629.6吨。废水主要是丙烯酸蒸汽喷射泵凝水、丙烯酸设备清洗水和循环排污水。废固包括废丙烯酸、废催化剂和丙烯酸聚合物。废气处理措施拟建项目废气主要分为工艺废气、催化剂再生废气、燃气加热炉燃烧废气和无组织排放气体。由于本项目的废气成分比较复杂所以选择组合型工艺对废气进行综合治理。首先将催化焚烧改为热力焚烧利用反应加热炉的热量。送入加热炉焚烧处理的废气有机物含量高大部分为易燃性气体在900℃1000℃的温度下用燃气加热炉进行燃烧停留时间为2秒燃尽率大于99.99%。燃烧后烟气中有机物基本上转变为NOx、SO2、CO2和水大部分NOx和SO2会经过脱硫脱硝工序去除。其次就是增加脱硫脱硝一体化技术使排放达到标准。烟气从塔底向顶部依次经过氨水喷淋脱硫净化区在此净化区内90%以上硫化物、有毒气体及大部分氮氧化物被净化除去仅有少量NO被去除。烟气继续向上进入脱硝净化区烟气中的NO被O3快速氧化成易溶于水的NO2、N2O3、N2O5等高价态氮氧化物受喷淋液氨水的作用发生化学反应生成NH4NO3和水。烟气经过脱硝以后进入到除雾区在除雾器的作用下把烟气中直径大于μm的雾粒去掉从而使得烟气中含有的水分含量达到标准。经过脱硫、脱硝的烟尘去除率达到98.7%二氧化硫去除率达到99.9%氮氧化物去除率为80%废气排放符合石油炼制工业污染物排放标准表3大气污染物排放限值。废水处理措施丙烯酸生产过程中产生大量的废水年产8万吨丙烯酸时产生废水约10万吨。该废水COD值高达30000mg/L以上BOD₅约14400mg/L甲醛约10400mg/LpH值约2.2属于高浓度有机废水。传统的催化焚烧处理法能耗大、经济效益低。本项目使用废水净化与乙酸回收一体化技术使处理过的废水可以排出或者再利用同时乙酸也在净化废水的过程中得到了浓缩和回收。具体的工艺为电渗析、萃取、精馏、生物处理的综合工艺。来自丙烯酸车间的废水经过电渗析处理在极限电流作用下可以去除80%的水而其中的乙酸含量小于0.02%符合排放标准并且得到了15%的乙酸浓缩液。萃取从浓缩液中得到乙酸溶剂比11萃取剂为乙酸乙酯共沸温度70℃。萃取相进入共沸脱水塔在70℃时乙酸乙酯、乙酸、水的恒沸混合物馏出温度升到7780℃时乙酸乙酯被蒸出与脱水后得到的乙酸乙酯可以作为萃取剂循环使用。共沸脱水塔底残余下来的粗乙酸进入乙酸精馏塔控制流出速度为3 - 4滴/秒收集114 - 117℃馏分即得99%工业一级乙酸乙酸回收率90%。处理出水水质满足园区污水接管标准pH 6-9COD200mg/LBOD₅100mg/L甲醛5.0mg/乙酸0.02%。本工艺的经济效益比较明显年处理10万吨丙烯酸废水的直接成本只有电费195万元、蒸汽费50万元、萃取剂135万元、折旧200万元这四项费用共计580万元其中仅有165万元直接计入毛利润其他全部计入生产成本。它既减少污染又变废为宝增加经济效益。废固处理措施拟建项目固体废物主要为各装置产生的废催化剂、废吸附剂、废活性炭、废分子筛、泥硫、生活垃圾等固体废物产生量为1528.2t/a危险废物995.71t/a。所有危险废物由有危废处置资质的单位回收处置生活垃圾由当地环卫部门回收处置因此本项目固废全部安全处置不外排。化工企业处理污泥属于危险固废根据危险固废进行处理送具有处理资质的单位处理。项目职工日常生活垃圾实行袋装化管理定点封闭存放及时清运送入垃圾处理中心。安全卫生主要措施本工程坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的原则各专业严格按照国家有关的安全卫生标准、规范和规定进行设计、管理、操作和急救工作。防火防爆方面总图布置按照《石油化工企业设计防火规范》规定各个装置厂房间之间留有足够的安全距离建、构筑物耐火等级为二级以上使用符合防火防爆要求的材料处于防爆区内的电气设备使用防爆型或者隔爆型的电气设备设置火灾自动报警系统在装置区及重要的通道入口处安装手动报警按钮在控制室、变电所等重要的建筑室内装设火灾探测器在工艺装置区和罐区等有可燃、有毒气体泄漏和积聚可能的部位设置可燃气体检测报警仪。防毒物危害时装置采用露天布置有毒物料处于密闭状态使用在可能积聚有害气体的作业场所设事故通风装置或者强制通风在工艺装置区和罐区等可能泄漏、积聚的地方设置可燃或有毒气体检测报警仪并配齐必要的空气呼吸器、防毒面具等应急防护用品。防雷防静电方面工艺主装置、罐区及建、构筑物属于第二类防雷建筑物在房顶易受雷击的部位设避雷带突出屋面的金属设备外壳均与避雷带相连输送、储存易燃易爆物料的管线和设备均做防静电接地接地电阻不大于4欧姆。事故应急方面为避免事故状态下“清净下水”排放造成环境污染厂区设有一座有效容积为10000m³的事故池收集装置区事故或消防时的消防污染排水事故池内污水用泵小流量送至厂内污水处理站处理不直接外排。项目建成之后要针对可能引发的火灾、爆炸、化学事故等重大安全事故制定出相应的应急预案并且对应急预案进行经常性的演练。