清华大学超临界队(嵌入字体版)

队长：张圣夫队员：易横、李辰锴、蒋浩、毕敏达10万吨/年

碳四综合利用项目——清华大学超临界队内容提要Outline设计背景

Background初步设计说明

PredesignSpecification工厂布置PlantLayout经济分析

EconomicEvaluation项目总结

Summary设计背景Background1市场分析MarketAnalysis设计理念DesignConcept原料产品方案Material

ProductScheme设计目标DesignTarget1234设计理念DesignConcept1-1石脑油蒸汽裂解装置乙烯、丙烯等基础原料下游产品碳四处理子系统原料产品方案MaterialProductScheme1-25万吨丁二烯1万吨LPG3万吨丙烯2万吨异丁烯高效利用+提高丙烯乙烯之比市场分析MarketAnalysis1-3合成橡胶项目增加，丁二烯供不应求异丁烯：丁基橡胶、烷基化汽油、汽油添加剂，每年8％～10％的增长速度设计目标DesignTarget1-4项目单位指标(优级品)外观

无色透明无悬浮物1,3-丁二烯W%总炔烃ppm丁二烯二聚物（以4-乙烯基环己烯计）ppm羰基化合物（以乙醛计）ppm阻聚剂（TBC）ppm50-150过氧化物（以H2O2计）ppm水含量ppm气相含氧量(V/V)%项目单位指标(优级品)外观

无色透明异丁烯（m/m）%丙烷（m/m）%丁烷（m/m）%2-丁烯（m/m）%1-丁烯（m/m）%丁二烯（m/m）%水（m/m）%二聚物（m/m）%项目单位指标（优等品）丙烯含量(V/V)％≥99.6烷烃(V/V)％≤余量乙烯mL/m3≤50乙炔mL/m3≤2甲基乙炔和丙二烯mL/m3≤5氧mL/m3≤5一氧化碳mL/m3≤2二氧化碳mL/m3≤5丁烯和丁二烯mL/m3≤5硫mg/kg≤1水mL/m3≤10内容提要Outline设计背景

Background初步设计说明

PredesignSpecification工厂布置PlantLayout经济分析

EconomicEvaluation项目总结

Summary初步设计说明PredesignSpecification2初步设计说明PredesignSpecification工艺方案设备设计流程模拟热量集成自动控制丁烯-2+乙烯→2×丙烯工艺方案ProcessScheme2-1异丁烷正丁烷异丁烯丁烯-1丁烯-2丁二烯原料：蒸汽裂解碳四碳四抽余液粗反应气反应气异丁烷正丁烷异丁烯丁烯-1丁烯-2正丁烷丁烯-1丁烯-2正丁烷丁烯-2丁二烯异丁烯丁烯-1丁烯-2产品丙烯LPG碳四分离丙烯合成丁二烯分离N-甲基吡咯烷酮（NMP）乙腈（ACN）二甲基甲酰胺（DMF）生产成本技术水平理化性质溶剂NMPDMFACN50℃丁二烯相对溶解度111对顺2-丁烯的相对溶解度1.631.561.43对1-丁烯的相对溶解度0.420.420.48蒸汽闪点/℃91582蒸汽在空气中的爆炸范围/%1.3-9.82.2-163-16水溶液的腐蚀性无有无蒸汽在空气中的允许浓度/mg/mL4006070毒性LD50/mg/kg5000-1500050-5005-50稳定性稳定分解少量二甲胺稳定项目NMP工艺DMF工艺ACN工艺厂商BASF公司Zeon公司JSR公司产品纯度/%98.8~99.9≥99.8≥99.5炔烃含量/(μg/g)<20<20<500丁二烯收率/%98~99≥9897~98设备数量/台100125>100冷却水/(t/t)182300230电/(kW·h/t)13514064蒸汽/(t/t)1.5872.5801.900溶剂用量/(kg/t)0.251.250.37生产方法ACNDMFNMP原料48.448.448.4副产28.227.727.9装置3.72.42.0劳务1.32.22.2其他生产成本9.712.311.9总生产成本34.937.636.6工艺方案ProcessScheme2-1硫酸萃取法异构反应精馏法异丁烯分离分子筛法丁烷脱氢法MTBE法水合-脱水法组分质量分数/%沸点/℃异丁烯44.00-6.9丁烯-128.00-6.24丁烯-221.97-0.88碳四抽余液粗反应气反应气异丁烷正丁烷异丁烯丁烯-1丁烯-2正丁烷丁烯-1丁烯-2正丁烷丁烯-2异丁烯丁烯-1丁烯-2工艺方案ProcessScheme2-1精馏段反应段提馏段粗异丁烯去丙烯合成工段抽余碳四保证异丁烯和丁烯-2分离进入精馏段之前，丁烯-1完全反应保证丁烯-1和丁烯-2分离，打破平衡工艺方案ProcessScheme2-1碳四分离工艺方案ProcessScheme2-1丁烯-2+乙烯→2×丙烯主反应

副反应工艺方案ProcessScheme2-1主反应丁烯-2转化率大于80%异构化反应选择性小于5%主反应选择性大于90%8%WO3/SiO2负载型催化剂丙烯合成工艺方案ProcessScheme2-1流程模拟FlowSheetSimulation2-2丁二烯分离单元异丁烯分离单元丙烯合成单元分模块模拟循环物流切割灵敏度分析流程模拟FlowSheetSimulation2-2产品丁二烯异丁烯丙烯温度/℃48.7520.0018.98压力/Mpa0.550.701.00气相分率0.000.000.00质量流率/(kg/hr)6313.382580.213881.34体积流率/(m3/hr)10.814.348.15焓流率/(Gcal/hr)2.56-0.420.09密度/(kg/m3)601.43594.68475.98质量分数

乙烯0.00000.00000.0005丙烯0.00000.00000.9994异丁烷0.00000.00120.0000正丁烷0.00000.00030.0000异丁烯0.00000.99480.00001-丁烯0.00000.00170.00002-丁烯0.00050.00190.00001,3-丁二烯0.99950.00000.0000氢气0.00000.00000.0000N-甲基吡咯烷酮（NMP）0.00000.00000.0000水0.00000.00010.0000乙腈（ACN）0.00000.00000.0000戊烯0.00000.00000.0000己烯0.00000.00000.0000

进料出料ACNC4H2NMP乙烯丁二烯异丁烯丙烯LPG火炬温度/℃30.6330.4260.0030.5325.0048.7520.0018.9885.1420.00压力/Mpa0.600.603.500.700.750.550.701.000.800.70气相分率0.000.001.000.001.000.000.000.000.001.00质量流率/(kg/hr)0.0612626.265.05214.651289.786313.382580.213881.341276.7483.93体积流率/(m3/hr)0.0021.212.000.22145.3110.814.348.152.3413.21焓流率/(Gcal/hr)0.001.490.01-0.810.572.56-0.420.09-1.05-0.01密度/(kg/m3)804.52595.342.53988.598.88601.43594.68475.98555.306.35质量流率（kg/hr）

乙烯0.000.000.000.001289.780.000.002.060.000.00丙烯0.000.000.000.000.000.000.003879.141.030.00异丁烷0.00126.260.000.000.000.003.130.00122.930.11正丁烷0.00252.530.000.000.000.000.780.02254.810.02异丁烯0.002777.780.000.000.000.012566.780.11132.1378.751-丁烯0.001767.680.000.000.000.214.360.00197.660.132-丁烯0.001388.890.000.000.003.044.900.00328.760.121,3-丁二烯0.006313.130.000.000.006310.130.000.000.000.00氢气0.000.005.050.000.000.000.030.000.004.81N-甲基吡咯烷酮（NMP）0.000.000.000.130.000.000.020.007.340.00水0.040.000.00214.520.000.000.210.00207.470.00乙腈（ACN）0.030.000.000.000.000.000.000.000.000.00戊烯0.000.000.000.000.000.000.000.0019.040.00己烯0.000.000.000.000.000.000.000.005.570.00质量总计/(kg/hr)14135.8014135.61焓总计/(Gcal/hr)1.261.17热负荷/(Gcal/hr)-0.09流程模拟FlowSheetSimulation2-2冷热流股温焓图夹点分析换热网络非低温段、低温段分别设计AspenEnergyAnalyzer夹点报告循环NMP热量集成EnergyIntegration2-3氨制冷系统冷热流股非低温段：总共27个

温度区间：41~250℃AspenEnergyAnalyzer处理低温段：

总共5个

温度区间：-18.9~41℃AspenEnergyAnalyzer处理氨制冷系统流股号入口温度/℃出口温度/℃热负荷/(kJ/h)备注T0201-TOP-18.7584-18.85848856819.3742T0201塔顶冷凝T0202-TOP18.976518.87654062199.1384T0202塔顶冷凝T0103-TOP15.100015.00009518491.3171T0103塔顶冷凝T0105-TOP20.000019.90003932613.5002T0105塔顶冷凝TK0203-IN1877.508925.0000534003.9200混合器TK0203入口热量集成EnergyIntegration2-3温焓图非低温段组合温焓图非低温段换热网络夹点报告换热温差10.0K夹点温度76.2C和198.1C最小热公用工程14.4MW最小热冷公用工程8.2MW夹点分析热量集成EnergyIntegration2-3换热网络以循环NMP为例热量集成EnergyIntegration2-3-30℃5℃氨制冷系统压缩机分段一段二段氨流量/(kg/h)6367.58714145.335进口条件压力/bar1.2825.615温度/℃-30.05.0出口条件压力/bar12.7712.77温度/℃196.883.7压缩比5.161.77压缩机功率/kW985.1729.7压缩机效率0.720.72热量集成EnergyIntegration2-3低压蒸汽中压蒸汽冷却水节省费用2404万元/年19.1t/h7.4t/h705.9t/h32.9t/h7.7t/h1558.2t/h设计换热网络不设计换热网络热量集成EnergyIntegration2-3换热器塔设备反应器设备设计EquipmentDesign2-4催化剂操作温度操作压力质量空速8%WO3/SiO2负载型催化剂250℃3.0MPa2kg/(kgcat·h）丙烯合成反应器——反应条件设备设计EquipmentDesign2-4催化剂易磨损反应微放热轴向绝热式固定床反应器催化剂易失活需频繁再生多台反应器并联丙烯合成反应器——反应特点设备设计EquipmentDesign2-4进料速率G=6025kg/h质量空速WHSV=2h-1催化剂质量W=3.41t催化剂体积V=3.09m3床层高度L=3.93m

内径d=1.00m操作气速u=0.0735m/s床层压降△p=193.0kPa圆通壁厚Sn=22mm椭圆形封头厚Sn=22mm裙座高度HB=2.75m人孔数目n=2总高度H=9.28m热点温升△T=8.02℃保温材料：石棉厚度s=70mm16MnR钢材Thiele模数Φ=1.219内扩散有效因子η=0.913Mears判据：外扩散影响可忽略丙烯合成反应器——计算过程设备设计EquipmentDesign2-4催化剂填充量：3.41t催化剂颗粒大小：4~6mm床层压降：193.0kPa内扩散有效因子：91%外扩散可忽略不计设备设计EquipmentDesign2-4设备设计EquipmentDesign2-4

距离L/m00.20.40.60.811.2温度T/℃249.43250.1252.55253.79254.84255.71256.42距离L/m1.41.61.822.22.42.6温度T/℃256.98257.4257.71257.9258258.02257.96距离L/m2.833.23.43.63.83.93温度T/℃257.89257.82257.75257.67257.6257.53257.48L=2.347m，热点温升8.02℃反应气进料口反应气出料口催化剂床层封头

再生气入口再生气出口保温层设备设计EquipmentDesign2-4设备参数高度/m直径/m壁厚/mm反应器主体5.931.022床层：3.93上封头0.31.222下封头0.31.222裙座2.75保温层厚度/mm70总高9.28——选用钢材16MnR保温层材料石棉设备设计EquipmentDesign2-4450℃再生温度0.2MPa再生压力18.1kg/h平均烧炭速度热空气与氮气混合气，混合比由体积比1:8开始不断增大再生气组成丙烯合成反应器——再生条件设备设计EquipmentDesign2-4以热空气与氮气体积比1:4为例进行衡算物料衡算入方/(kg/h)出方/(kg/h)干空气总量

1159.7干烟气总量1163.2二氧化碳36.5氧气

52.7氮气

1105.0一氧化碳15.7

氮气1105.0

氧气6.0水气总量7.4水气总量22.4主风带入2.5生成水气15.0松动气*5带入水气7.4焦炭18.1------合计1185.2合计1185.6热量衡算入方/（104kJ/h）出方/（

104kJ/h）烧焦放热49.8焦炭脱附热5.73主风升温31.8焦炭升温0.40散热损失9.29松动蒸汽升温0.21催化剂升温3.62总计49.8总计50.4设备设计EquipmentDesign2-4设计校核强度设计及稳定校核整体结构设计基本尺寸设计塔盘结构设计设备选型丙烯分离塔板式塔板间距：0.45m直径：1m自身梁式塔盘板V-1型重阀可拆式垂直弓形降液管凹形受液盘等腰三角形排布：中心距75mm排间距77mm负荷性能图塔高：26.35m材料：20R壁厚：10mm封头：标准椭圆封头裙座：圆锥式设备设计EquipmentDesign2-4丙烯分离塔负荷性能图1气体流量下限线2气体流量上限线3液相流量下限线4液相流量上限线5液泛线13452精馏段134251气体流量下限线2气体流量上限线3液相流量下限线4液相流量上限线5液泛线提馏段设备设计EquipmentDesign2-40-0截面风弯矩：

N·mm操作载荷：18901.0kg水压试验载荷：37636.4kg设备安装载荷：16686.2kg外径：2270mm内径：1670mm厚度：30mm地脚螺栓：M42×4.524个0-0截面地震弯矩N·mm强度设计及稳定校核基础环及地脚螺栓地震载荷及风载荷质量载荷强度及稳定性设备设计EquipmentDesign2-4溢流堰溢流型式单溢流堰型平直堰堰长lwm0.75堰高hwm0.05堰上液头度howm0.0218板上清液高hLm0.0718溢流强度Lim3/(m·h)21.34降液管型式可拆式垂直降液管降液管宽Wdm0.169降液管面积Adm20.088降液管底隙高度h0m0.02降液管内清液高度Hdm0.127降液管内液体流速w0m/s0.051受液盘形式凹型受液盘深度m0.05塔盘排布浮阀数N74浮阀中心距tm0.075浮阀排间距t'm0.077开孔率φ10.90%开孔区面积Apm20.427校核雾沫夹带量evkg(液)/kg(气)0.023漏点气速u0,漏m/s1.097稳定系数K1.66项目名称符号单位精馏段设计参数气相负荷Vm3/h555.9183液相负荷Lm3/h16.0086气相密度ρVkg/m320.7845液相密度ρLkg/m3478.4295表面张力σN/m0.007683液相粘度μPa·s0.000102基本参数塔型板式塔塔盘浮阀塔盘塔径Dm1空塔气速um/s0.197板间距HTm0.45单板压降hpm0.0418浮阀类型F1(V1)型重阀阀径dvm0.048起始开度hv0m0.0025最大开度hvmaxm0.0085阀孔直径d0m0.0384阀重mvkg0.032材料0Gr13阀孔气速u0m/s1.82设备设计EquipmentDesign2-4丙烯分离塔再沸器设计

——立式热虹吸再沸器操作条件物性参数立式热虹吸热负荷传热温差传热面积型号初选显热段传热系数蒸发段传热系数显热段和蒸发段长度平均传热系数面积裕度校核设备初选方案论证设计条件设备设计EquipmentDesign2-4单元设备自控方案离心泵换热器储罐自动控制AutomaticControl2-5自动控制AutomaticControl2-5自动控制AutomaticControl2-5五个温度检测点TI压力检测点PI压降检测温度控制流量控制内容提要Outline设计背景

Background初步设计说明

PredesignSpecification工厂布置PlantLayout经济分析

EconomicEvaluation项目总结

Summary工厂布置PlantLayout3厂址选择SiteSelection厂区布置PlantLayout车间布置WorkshopLayout管道布置PipelineLayout上海化学工业区齐全的公用设施丰富的原料来源

良好的自然环境便捷的交通运输厂址选择SiteSelection3-1厂区布置PlantLayout3-2储运区辅助生产区生产区办公生活区厂区布置PlantLayout3-2车间布置WorkshopLayout3-3碳四分离车间车间布置WorkshopLayout3-3碳四分离车间0-0平面车间布置WorkshopLayout3-3碳四分离车间立面图管道布置PipelineLayout3-4内容提要Outline设计背景

Background初步设计说明

PredesignSpecification工厂布置PlantLayout经济分析

EconomicEvaluation项目总结

Summary4投资和成本分析123盈利能力分析盈亏平衡分析灵敏度分析经济分析EconomicEvaluation4序号工程或费用名称估算价值（万元）（Value/10,000RMB）1年均销售收入159460.52年均销售税金及附加111802.63年均总成本费用5421304年均利润总额34381.25年均所得税8595.36年均税后利润25785.9固定资产投资：102971.8万元其中：工程费用：

73616.7万元递延资产：

3204.0万元预备费：

13431.1万元无形资产：12720.0万元投资和成本分析InvestmentandCostAnalysis4-1项目总投资11.89亿元01贷款总额5亿元02建设期贷款利息3525.0万元03流动资金12356.6万元04投资和成本分析InvestmentandCostAnalysis4-1投资利润率ROI28.9%投资利税率Investment

ProfitRate

37.4%投资收益率Investment

RateofReturn

21.7%投资