27万吨年丙烷资源化利用项目0-项目摘要

石化27万吨/年丙烷资源化利用项目项目摘要Onepiece团队1．项目简介本项目是以石化百万吨聚丙烯规划为基础的配套子项目，拟以油田石油开采时的伴生气和总厂及园区提供的二氧化碳为生产原料，通过氧化脱氢工艺路线生产丙烯，同时副产干气、丁烷、稳定轻烃和一氧化碳，实现了27万吨/年丙烷的资源化利用。油田近十年平均年产伴生气27亿m3，且稳步增长，石化50万吨级聚丙烯基地的建设，足以保证原料和相关公用工程和基础设施的供应，因此本项目在生产原料上充足，基础设施和市场上有保障，并具有一定的灵活性。丙烯是重要的烯烃产品，用量仅次于乙烯，在国民经济中占有重要的地位。我国丙烯产量稳步上升，但无法满足自身的需求，出口量基本可以忽略不计，而进口量却在不断增加，近几年自给率基本不变，进口依存度一直在12%左右。本项目采用氧化脱氢工艺，最大程度合理利用丙烷生产产品，生产工艺较优，满足市场需求量的同时，相对于其它丙烷脱氢工艺,本项目能够大大减少二氧化碳的排放，每吨产品二氧化碳净排放量为-21.05吨，具有良好的发展前景。本项目符合当今国家节能减排的要求和“十三五”规划，显著地提高油气伴生资源的深加工利用率，减缓了我国对石油资源的稀缺程度，加速了我国丙烷资源化利用的转型，为社会、经济可持续发展做出重要贡献，具有突出的社会效益；同时最大程度利用丙烷和二氧化碳生产高附加值化工产品，经济效益显著。经济发展和社会可持续发展两者紧密结合，实现了双赢局面。图1-1项目厂址所在地图1-2项目厂址建设地2．工艺介绍(资源化利用)（1）原料选择方面，我们使用油田伴生气和来自碳捕集装置的二氧化碳，将原本直接排放的或者能源化利用的丙烷和温室气体二氧化碳资源化利用起来，加速了我国丙烷资源化利用的转型，实现了对整个地区生态环境保护，从原料来源上做到了真正意义上的资源化。且本项目加热炉所需干气均由本项目自产，节省管道铺设和运输费用，做到自给自足资源化。图2-1项目集成方案表2-1主要原材料、辅助材料、燃料来源表项目名称数量来源运输方式备注原料油田伴生气1.45×109Nm3/a总厂协商提供管道自油田，经总厂中转二氧化碳3.39×109Nm3/a总厂提供、外购管道总厂碳捕集装置辅助材料碳酸钾58.41t/a外购汽运-氢气7.20×106Nm3/a总厂提供管道-甲醇4162.92t/a总厂提供汽运-燃料干气2.65×108Nm3/a自产管道自原料预处理工段（2）在工艺路线选择上，我们注重生产过程资源化，力求原料的最大利用率，同时充分利用油田伴生气本身的成分进行工业化应用。（3）在工艺过程设计中，我们采用了“五大循环”，将丙烷、二氧化碳、氢气、热碳酸钾、甲醇进行回收循环利用，同时通过工艺参数优化，实现了对丙烷资源利用的最大化。本项目利用油田伴生气自产干气作为燃料气，干气经处理后也可作为制冷剂用于项目冷公用工程。项目产生的废气可送往总厂碳捕集装置，既减少了温室气体的排放，同时又可以为本项目继续提供原料。各主要循环物料丙烷、二氧化碳的损失率都在0.1%以下，热碱溶液和甲醇溶液损失都控制在0.5%以下，做到了生产过程资源化。图2-2工艺流程方框图表2-2循环物质损失量损失物质损失量丙烷0.05%二氧化碳0.07%氢气<0.001kmol/hr热碱溶液<0.001kmol/hr低温甲醇溶液0.3%（4）在三废处理方面，本项目实现资源化利用的同时实现清洁生产，因此在生产过程中仅产生一股废气，五股工艺废水以及少量废固。本项目热碱脱碳工段产生的废气可直接送往总厂碳捕集装置进行碳捕集，从而回收利用里面的二氧化碳。而对于废水处理，由于本项目四股工艺废水含杂质0.1%以下，故可直接进入项目回水站，最后一股为少量甲醇废水，根据甲醇废水的特点，本项目污水处理站采取二段厌氧消化+SBR（序批式活性污泥法）的方法来对甲醇污水以及各类污水进行综合处理，处理流程如下：图2-3二段厌氧消化+SBR处理过程如下：高浓度的甲醇废水首先经过二段厌氧消化处理，与CODCr低的污水进行混合稀释后，进入活性污泥池进行有氧处理，经有氧处理的废水与清净废水一起进入回水站进行深度处理，经处理后得到的水用于工艺循环水站补充水,生活污水则经化粪后直接送往污水处理站用于调节甲醇废水，实现水资源的资源化利用。本项目的废固主要为反应工段使用的催化剂和脱水装置使用的分子筛。两者均交由供应商进行集中处理。生化池产生的污泥统一送往资质单位进行处理。生活垃圾则送至垃圾处理站进行处理。在丙烷氧化脱氢反应的催化剂选择方面，我们选用高选择性催化剂Cr/Msu-1，尽量减少副产物的生成，并利用新型循环流化床反应器来控制温度，达到生产的可控制性，使得反应能够达到我们的要求，减少分离任务和三废排放，在生产源头上做到了清洁生产。在产品精制方面，我们采用了三级增压方案，低温吸收回流工艺，一体化压缩除碳工艺，在保证回收率的前提下尽可能降低能耗，且保证主、副产品的产量与纯度，实现产品资源化利用。具体工艺流程及环境保护参见《初步设计说明书》。表2-6本项目产品及规格序号产品规格（%）产量备注1丙烯99.225.86×104t/a主产品2干气CH4+C2H613.35×108Nm3/a副产品3丁烷99.9923.43×104t/a副产品4稳定轻烃C5+8.22×104t/a副产品5一氧化碳96.61.47×108Nm3/a副产品3．安全设计防护安全是工业生产最重要的考虑因素，本项目贯彻“安全第一，预防为主，综合治理”的指导思想，设计了从上至下的五个安全保护层次。首先，整个工厂建立统一的HSE管理体系，把健康、安全、环境整合在一起形成一个管理体系综合管理。从项目的HSE管理方针、管理机构、人力资源、物质保障和遵循法律法规出发，进行整个体系的设计。其次，项目生产采用先进的本质安全理念，从流程设计、操作条件、储存运输、设备选型等方面来减少事故发生的可能性和危害性。再次，本项目生产中涉及到了国家重点监管危险工艺中的加氢工艺，运用DCS、SIS和ESD等控制手段对加氢反应器和氢气压缩机进行重点监控，并对整个工艺流程运用自动化手段进行工艺控制。然后，本项目在全厂布置上严格遵循《石油化工企业设计防火规范-2015》和《建筑设计防火规范-2014》，使设计做到规范标准；在平时生产操作时，通过多次的安全培训，提高员工安全意识，规范安全操作，降低人为事故发生的概率。最后，本项目制定全面的事故应急预案，运用ALOHA和Risksystem软件对泄漏事故进行模拟，为应急措施的制定提供依据。4．创新技术利用本项目采用丙烷二氧化碳氧化脱氢制丙烯工艺。在设备上，使用与丙烷氧化脱氢反应特征和催化剂性能相符的循环流化床反应器，在加氢工段氢气的分离中使用了新型高效膜分离设备,在热碱脱碳工段的换热器中使用了自清洁技术“洁能芯”。节能方面，我们对整个厂区进行了热集成分析，根据优选匹配原则，以费用最低为目标，实现了厂区内的冷热物流换热的合理匹配，精馏塔上采用了中间再沸器降低热公用工程品味,在丙丙分离塔上采用了热泵精馏技术来减少单元操作能耗,从而达到节省能量的目的。在控制方面，除了常规单回路P&ID控制，对于温度较高，危险性较大的循环流化床反应器，还采用了一套独立的安全仪表系统（SIS），有效降低了生产过程的安全风险。具体详见《创新性说明书》。5．设备设计与选型本项目设计过程中主要对循环流化床反应器、精馏塔、换热器、气液分离器等进行了设计。对储罐、泵、压缩机等进行了选型。具体计算及选型见《典型设备选型计算说明书》。6．自动控制仔细研究了本工艺的反应条件及工艺要求后，设计了与本工艺相适应的自控方案。考虑到常规单回路反馈控制策略（即P&ID控制）已在工业现场广泛应用，其调节也相对简单，易于让工程师和现场操作人员接受，本工艺过程大部分的控制回路都采用该控制策略。为提高过程的动态性能，对于特殊的工序，也采用了一些相对复杂的控制策略，具体如下：（1）单闭环比值控制（2）双闭环比值控制（3）前馈-反馈控制（4）串级控制（5）分程控制（6）均匀控制（7）安全联锁控制详情参见《初步设计说明书》第十章。7．车间布置与厂区设计本项目设计过程中利用AutoCAD绘制了车间平立面布置图,同时采用PDMS软件对全厂车间进行了设备建模和详细的管道布置，并得到了车间三维布置图及管道轴测图。具体详见设计图册及PDMS源文件。本项目设计过程中根据相关规范对厂区进行了布置，利用AutoCAD绘制了厂区平面布置图。具体详见AutoCAD图纸绘制源文件及设计图册。生产装置区辅助生产区辅助生产区厂前区储运区生产装置区辅助生产区辅助生产区厂前区储运区图7-1厂区分块布置图8．经济评价本项目设计过程中通过AspenProcessEconomicAnalyzer进行初步估算。从总投资估算、产品成本估算、收入分析、经济指标分析几个方面对本项目的经济性进行了分析。经过核算，本项目投资利润率为39.7%、投资利税率为45.4%、财务内部收益率为27.3%、投资回收期为5.3年，通过以上经济指标可以看出本项目经济效益良好，具备投资生产的可行性。具体详见《经济分析》。9．软件使用软件使用一览表流程模拟AspenPlusV8.6换热网络优化和设计AspenEnergyAnalyzerV8.6塔设备设计与校核AspenPlusV8.6、Cup-Tower、Sulpak、KG-Tower、SW6-2011换热器设计与校核AspenPlusV8.6、AspenExchangerDesignandRatingV8.4、SW6-2011自动控制、厂区设计AutoCAD车间布置及三维制作PDMS、AutoCAD、Sketchup、Navisworks、Lumion泄露扩散模型模拟ALOHA、Risksystem初步经济分析AspenProcessEconomicAnalyzer10．项目总结本项目设计过程中，我们项目组结合查阅的文献资料，设计了油田伴生气回收丙烷氧化脱氢制丙烯的工艺，基于AspenPlusV8.6完成了流程的建模与优化，同时对设计的工艺流程进行了充分的验证，根据模拟结果改进了工艺流程。采用AspenEnergyAnalyzer对系统进行了换热网络的设计和优化；应用多种选型软件对各设备进行了设计与选型，完成了氧化脱氢反应器图（1张）；设计了系统自动控制方案，绘制了流程PFD图（48张），