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设计摘要未定稿
目录
1工艺设计3
1.1原料及产品方案3
1.2工艺流程4
1.3工艺模拟创新5
2节能设计5
2.1换热网络的优化5
3设备设计6
3.1反应器的设计6
3.2其他设备的设计与选型7
4环境评价7
4.1环境空气影响预测与评价7
4.2噪声环境影响预测与评价9
4.3安全评价分析9
5厂区厂址11
6经济分析12
7总结12
本项目依据当今市场需求和国家十三五能源建设项目规划,为浙江嘉兴卫星石化设计了年产45万吨丙烯分厂,得到丙烯和副产品氢气。
实现了物料、能量的集成和再利用,丰富了一体化项目的产品结构,为浙江嘉兴独山港工业园区中下游化工企业提供了原料,无论从经济角度还是能源利用方式都具有极其重要的战略意义。
1工艺设计
1.1原料及产品方案
本项目是为浙江嘉兴卫星石化设计一座丙烷资源化利用分厂。
以丙烷为原料,经过脱氢得到丙烯。
同时生成副产氢气的项目。
本项目中主要原料消耗表如1-1所示:
表1-1原料消耗表
物料
来源
用量
C3H8
总厂提供
55.74万吨/年
Oleflex(Pt)催化剂
外购
121.5吨/年
SHP(pt)催化剂
外购
9.84吨/年
原料保护剂
外购
40吨/年
Oleflex物料干燥剂
外购
19.612吨/年
Oleflex氧化物处理剂
外购
119.61吨/年
产品方案如表1-2所示:
总产量
测试方法
规格(%)
质量分数
级别
产量
(万吨/年)
单价(元/吨)
丙烯
GB/T7716-2014
≥99.6
工业级
45
7800
氢气
GB/T3392
≥98.60
优等品
1.8
15000
表1-2产品方案表
1.2工艺流程
从罐区来的丙烷原料通过原料保护床吸附脱出氮化物、金属化合物等杂质,再经过原料干燥器去除原料中含有的水份,以保护脱氢催化剂和设备。
经干燥后的丙烷原料与丙烷丙烯分离塔回流的丙烷一并进入脱丙烷塔。
在脱丙烷塔顶部得到丙烷进入反应系统,底部物料进入脱丙烷汽提塔进一步回收丙烷再进入到Oleflex反应系统;在反应部分新鲜丙烷和循环丙烷通过催化脱氢反应将丙烷转化成丙烯;反应后的产物与新鲜丙烷原料换热后进入深冷分离分离系统,分离成液态烃和富含氢的气相组分。
液态烃去选择性加氢,富氢气体部分去PSA氢气提纯系统提纯到98.60%,部分去再生反应物干燥剂。
经PSA提纯的氢气先经选择性加氢后部分进入反应器和催化剂的还原其余部分储存于氢气储罐;液态烃与丙烯—丙烷分离塔侧线抽出的双烯烃和炔烃一起进行选择性加氢,加氢后的物料进脱乙烷塔,塔顶脱出乙烷和轻组分去燃料气管网;最后一步反应为在催化剂的催化作用下,反应生成丙烯、氢气混合物,其中丙烯为主要产品,而部分氢气在本系统内循环利用。
工艺流程方框简图表示如下:
图1-1工艺流程简图
1.3工艺模拟创新
本项目在产品精制阶段使用了热泵精馏模型对丙烯精馏进行了处理。
热泵精馏塔能极大地减少精馏能耗,与塔顶操作压力同为0.75MPa的常规精馏塔相比热泵精馏塔能耗降低59.7%;与塔顶操作压力为1.75MPa的常规精馏塔相比,热泵精馏能耗降低46.4%。
与高压常规精馏塔相比,低压精馏塔能在一次性设备投资方面仅仅略高于高压常规精馏塔。
因此对于丙烯精馏过程使用低压热泵精馏塔具有非常显著的优势。
热泵精馏模拟流程见图1-2
图1-2热泵精馏模拟流程
2节能设计
2.1换热网络的优化
因为各个工段换热能量有效利用率低下,所以利用AspenEnergyAnalyzer软件对各个工段进行换热网络的优化,综合考虑匹配可行性、工艺可操作性、能量综合回收以及总费用最小等原则。
最终设计出来优化后的网络,以反应器为例。
反应器优化前如图2-1优化后如图2-2
图2-1反应器优化前换热网络图2-2反应器优化后换热网络
由上图可看出经过换热网络优化后的反应器的加热量,操作成本,总成本,占地面积均降低。
3设备设计
3.1反应器的设计
本项目主要涉及到的反应器有脱氢应器、加氢反应器。
我们对其中一个反应器(R0301加氢反应器)进行了详细设计。
此反应为较强放热反应,且反应对温度较敏感,需要对反应温度进行控制。
经过综合考虑我们选择列管式反应器作为本反应的反应器,通过饱和中压水进行换热控制反应器内的温度。
为了得到反应器尺寸,我们运用了化学反应动力模型对反应器的尺寸进行了计算。
在以铂为催化剂的条件下确定了反应器的宽度为3m,反应器的长度为24.0m。
3.2其他设备的设计与选型
根据Aspenplus的模拟结果,我们对工艺流程中的加氢反应器R0301、丙烷丙烯分离塔T0303、原料预热器热器E0101进行了详细设计,包括基本的设备设计参数和特殊内构件的设计。
利用Cup-Tower软件对流程中的塔设备进行了工艺设计、基本参数设计和机械强度校核。
利用SW6-2011和AspenEnergyDesignandRating对换热器进行了工艺设计、选型、基本参数设计和机械强度校核。
此外还对泵、鼓风机、压缩机、储罐、缓冲罐、回流罐等设备进行了选型。
4环境评价
4.1环境空气影响预测与评价
环境保护设计中使用EIAProA2008软件进行评价,得出污染源的NO筛选计算域评价等级结果以及环境防护距离。
如图4-1所示
图4-1污染源浓度-距离曲线图
4.2噪声环境影响预测与评价
噪声污染使用EIAN软件进行评价,得到厂区噪音情况如下:
预测一个时刻
时间:
2016/07/0517:
05:
09
各源(实际参与计算的源)单独对预测点的贡献:
声源名称声压级(dB)A声级(dbA)源与预测点关系描述
声源177.0777.07矩形均匀面源(室外),测点在室外
声源289.1989.19矩形均匀面源(室外),测点在室外
声源393.9693.96矩形均匀面源(室外),测点在室外
声源493.9693.96矩形均匀面源(室外),测点在室外
所有声源(已选中者)在预测点的声压级和计权声级叠加结果(未叠加背景值):
声压级dB(L)=97.68dB
A声级dB(A)=97.68dBA
B计权声级dB(B)≈dB(A)+5.4=103.08dB(B)
C计权声级dB(C)≈dB(A)+4=101.68dB(C)
D计权声级dB(D)≈dB(A)+6=103.68dB(D)
所有声源(已选中者)在预测点的计权声级叠加结果(已叠加背景值):
A声级dB(A)=97.68dBA
B计权声级dB(B)≈dB(A)+5.4=103.08dB(B)
C计权声级dB(C)≈dB(A)+4=101.68dB(C)
D计权声级dB(D)≈dB(A)+6=103.68dB(D)
4.3安全评价分析
风险评价利用Risksystem软件,对氢气罐区的液体蒸汽爆炸事故进行后果预测,对丙烯罐区的蒸汽爆炸、火球爆炸事故进行后果预测,对丙烯进行有毒有害气体在大气中扩散后果预测。
预测结果分析见图4-14-2。
图4-1氢气蒸汽云爆炸预测
图4-2丙烯气体扩散量模拟
5厂区厂址
通过如东县洋口港经济开发区,立沙岛精细化工园区,独山港区石化产业园这三个备选场址条件的对比,最后独山港区石化产业园以其优越的地理条件、完善的交通运输、丰富的原料来源、巨大的目标市场优势以及优惠的国家政策被选为最佳建厂地址。
总图布置贯彻“十分珍惜和合理利用每寸土地,切实保护耕地”的基本国策,因地制宜,节约用地,提高土地利用率。
坚持做到:
符合国情,布置合理,生产安全,技术先进,保护环境,节省投资,运营费低。
根据人流物流分离理念,将通道分为车流通道和人员通道,减少交通阻力。
采用了平行布置,将生产区与生活区布置在厂区径向干道两侧,使二者互不影响。
并且根据紧凑集中理念,合理布置厂区内建筑及车间位置,达到高效稳定安全的生产布置。
厂区总平面布置图如下所示:
图5-1厂区平面布置图
6经济分析
经济分析是工程项目可行性研究和评估的核心内容和决策的重要依据,其作用在于最大限度地避免风险,提高投资效益。
本项目利用Excel中财务函数进行了初步分析,其结果如表6-1所示。
项目
数据
运
营
过
程
固定资产
193791.19万元
总投资
243272.58万元
原材料费用
135864万元/年
运营成本
165404万元/年
产品销售收入
万元/年
正常销售期毛利润
75065万元/年
正常销售期净利润
72307万元/年
正常销售期净现金流量
64886.9万元/年
盈
利
能
力
投资利润率
40.14%
投资利税率
44.8%
投资收益率
34.12%
投资回收期
6.25年
财务内部收益率IRR
21.3%
财务净现值NPV
163494万元
不确定分析
产销盈亏平衡点BEPQ
(12.5,78500)
生产能力利用率
43.7%
表6-1经济指标分析一览表
7总结
对于本项目我们坚持以“安全稳健、节能环保、和谐发展”的设计原则,对该项目进行了初步设计。
通过查阅文献、市场调研以及小组集中讨论确定了原料与产品方案。
然后采用AspenPlus软件完成各工段的详细计算,再根据模拟数据并结合AspenEnergyAnalyzer软件对过各工段进行了分析,确定了本项目的节能方案。
安全上引入道氏化学火灾、爆炸危险指数评价系统对罐区进行安全评估;用RiskSystem软件进行了事故伤害范围的预测;利用MAYA软件对工厂进行了三维布置和设计;利用SW6和CUP-Tower对设备进行校核;利用PDMAX软件对管道进行了设计和布置;利用Excel中财务函数进行了投资初步分析;使用EIAProA2008软件对环境进行评价。
综上所述,我们根据以上内容完成了本项目的初步设计。
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