作品名稱：江蘇省南京市揚子石化2萬噸/年1.3丙二醇生產(chǎn)項目
學(xué)校名稱：蘭州信息科技學(xué)院
參賽隊伍：永不言棄隊
隊伍編號：200471
參賽學(xué)生：李蘭生 陳麗
指導(dǎo)老師：李小東 巨婷婷
投票日期：2024年10月08日 00:00->2024年12月05日 15:00
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本次設(shè)計大賽要求為某一石化/煤化總廠設(shè)計一座丙烯制基本有機化工原料的合成分廠。丙烯作為基本有機化工原料，可生產(chǎn)多種產(chǎn)品。通過對市場、工藝、經(jīng)濟等各方面條件的綜合考慮，我們最終選定1,3-丙二醇作為本項目的產(chǎn)品。
本年產(chǎn)2萬噸1,3-丙二醇項目，采用目前先進的合成路線和可靠設(shè)備。項目長遠發(fā)展規(guī)劃為“綠色化工”，以石化工業(yè)產(chǎn)生的副產(chǎn)物丙烯為原料。通過該項目能推動石化行業(yè)的發(fā)展，一定程度上解決了當今除聚丙烯以外的丙烯化工的綜合發(fā)展問題，促進了丙烯資源的有效利用，對提高石化行業(yè)的資源利用率和綜合經(jīng)濟效益具有重要意義。
項目符合國家的產(chǎn)業(yè)政策、能源和環(huán)境保護政策，針對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢酸液，設(shè)計了專門的廢酸處理車間進行處理，生產(chǎn)系統(tǒng)除了產(chǎn)生較多的CO2外基本無污染物的產(chǎn)生。生產(chǎn)過程清潔，廢棄固體可回收，過程中排放的氣體均到達國家排放標準，排放的水經(jīng)處理后可進行二次利用，采取有效的措施防治噪聲，環(huán)保效益顯著。
化工三廢治理原則是指三廢治理的基本準則:先治理、先重大、先減量。它特指對化學(xué)工業(yè)集中廢氣污水處置廠等化工廢物治理，是國家《化學(xué)工業(yè)三廢治理技術(shù)指南(試行)》(2019)中提出的技術(shù)要求和措施步驟。
依據(jù)化工三廢治理原則，集中廢水污水處置廠及各行業(yè)應(yīng)用技術(shù)首先應(yīng)當有效治理，當代最新的技術(shù)應(yīng)用要求全面考慮廢水、廢氣廢渣三種被污染的污染介質(zhì):其次，應(yīng)重點加以治理的重大污染源，把最先應(yīng)從污染源加以控制的污染介質(zhì)及其有害物質(zhì)定為關(guān)鍵排放物質(zhì);最后，應(yīng)加強以減量為主的建設(shè)，降低入水污染源污染物的負荷，以保障水體水質(zhì)的恢復(fù)。實施化工三廢治理原則，對提高化學(xué)工業(yè)廢水、廢氣、廢渣三廢控制水平具有極大的作用，有助于實現(xiàn)資源循環(huán)利用和維護生態(tài)環(huán)境。國家更新版《化學(xué)工業(yè)三廢治理技術(shù)指南》的出臺，旨在加強技術(shù)支持與管理，提高化學(xué)工業(yè)污染治理的能力。各行業(yè)應(yīng)加強技術(shù)支持，嚴格實施標準，加快推進化學(xué)工業(yè)三廢治理，實現(xiàn)節(jié)能減排，營造更健康自然環(huán)境
二，工藝設(shè)計
在1,3-PDO的各種生產(chǎn)方法中，EO法原料易得，但設(shè)備投資較大，技術(shù)難度高，特別是催化劑體系復(fù)雜，工藝苛刻且不穩(wěn)定，配位體劇毒，采用此工藝路線，需具有較高綜合技術(shù)水平，其工業(yè)化技術(shù)難度大，開發(fā)周期長，在短期內(nèi)難以實現(xiàn)該技術(shù)國產(chǎn)化。
MF法研究近幾年取得了很大的進展，可望在近年投人工業(yè)化生產(chǎn)，但從美國杜邦公司的研究開發(fā)中看出，其轉(zhuǎn)化率低，產(chǎn)率低，更重要的是該法需經(jīng)基因工程改造菌種才能實現(xiàn)較高的收率，而且該法至今仍處于工業(yè)化轉(zhuǎn)化階段，因此國內(nèi)開發(fā)生物工程工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)尚待時日。
醇醛縮合法具有原料價廉易得，操作條件溫和的優(yōu)點，在經(jīng)濟、技術(shù)上是一條比較可行的合成路線，但副產(chǎn)物較多，純化分離困難。目前國內(nèi)外對醇醛縮合法的研究報道較少。
烯醛縮合法原料價廉易得，1,3-PDO收率高，副產(chǎn)物醋酸酯是可轉(zhuǎn)化為1,3-PDO的先驅(qū)體，但該技術(shù)路線的化學(xué)過程較復(fù)雜，工業(yè)化困難。
AC法生產(chǎn)成本較高，但反應(yīng)條件比較溫和，技術(shù)難度不是很大，中國石油蘭州石化公司曾進行過300t/a規(guī)模的由丙烯為原料制丙烯醛中試，還相應(yīng)開發(fā)成功丙烯醛、丙烯酸2個成熟牌號的催化劑，實現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用。同時，中國石油蘭州石化公司在烴類水合和選擇性加氫上已有工業(yè)化經(jīng)驗和技術(shù)，在丙烯醛水合與加氫技術(shù)上已進行了實驗室探索，取得了初步研究結(jié)果，使1,3-PDO合成可從丙烯醛為起始原料，也可從丙烯氧化制丙烯醛開始。采用丙烯醛水合氫化法工藝條件緩和，加氫工藝成熟，對設(shè)備要求不高，符合我國國情，研究和開發(fā)丙烯醛水合制1,3-PDO工業(yè)技術(shù)依據(jù)國內(nèi)的現(xiàn)有狀況是可行的，預(yù)計將在不太長的技術(shù)開發(fā)周期內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，具有較廣闊的工業(yè)化應(yīng)用前景。
經(jīng)過對幾種1,3-PDO合成工藝的詳細對比，我們最終選定丙烯醛法（AC法）作為本次1,3-PDO的合成方法。
三，控制方案創(chuàng)新3.1 概述
本項目控制方案的研究范圍包括空壓裝置、催化氧化反應(yīng)裝置、廢酸處理裝置、加氫反應(yīng)裝置、精餾裝置、儲罐區(qū)以及與工藝生產(chǎn)裝置相配套的公用工程部分的控制系統(tǒng)及相關(guān)儀表，并在設(shè)計控制系統(tǒng)時考慮引進FCS、ESD等先進控制系統(tǒng)。對于較難控制的往復(fù)式壓縮機，我們采用了HydroCOM氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行流量控制。
在本質(zhì)安全設(shè)計考慮時，我們使用危險性和可操作性分析方法（HAZOP）對丙烯運輸及儲罐、壓縮機組、丙烯氧化反應(yīng)器、1,3-丙二醇精制塔這四個危險性較高的項目進行定性、定量分析和優(yōu)化。利用Aspen dynamics軟件增加了對丙烯醛回收塔、1,3-丙二醇精制塔的控制，通過添加干擾、設(shè)計控制方案進行動態(tài)模擬，進而觀察控制的效果，對設(shè)備操作有一定的指導(dǎo)意義。
3.2 先進控制系統(tǒng)
本項目根據(jù)工藝參數(shù)要求選用了大量的往復(fù)式壓縮機，并運用于先進的控制系統(tǒng)，賀爾碧格公司開發(fā)的HydroCOM氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)便是這一方法的杰出代表，它通過僅僅壓縮所需要的氣量，最大限度地節(jié)約能源，通過智能化的液壓調(diào)節(jié)機構(gòu)，快速、精確地控制壓力和流量，實現(xiàn)氣量理論上0~100%的連續(xù)調(diào)節(jié)（實際因壓縮機而異，一般在10%~100%范圍內(nèi)）。HydroCOM系統(tǒng)為廣泛存在的壓縮機氣量調(diào)節(jié)和控制問題提供了一種完美的解決方案。
