1、30万吨/年丙烷脱氢制丙烯生产项目西南石油大学2022年12月10日工艺绘图厂区布置换热网络经济分析工艺设计设备校核三维配管设备设计安全环境文档整理西南石油大学2022年12月10日安全环保Safety&Environment答辩提纲Reply Outline1项目背景Project Background 2工艺设计Process Design3设备设计Equipment Design4工厂布置Plant Layout6经济分析Economic Analysis7项目总结5Project Summary西南石油大学2022年12月10日PART 1项目背景原料方案厂址选择产品方案工艺选择Pro
2、ject Background 西南石油大学2022年12月10日1.1原料方案 Raw Material伴生气 我国本身的石油资源非常丰富，炼化企业在原油加工过程中会生产大量的C3馏分，液化石油气中约占60%，它们一般是作为燃料使用或者放空烧掉，资源浪费较为严重。项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结天然气液化石油气进口丙烷西南石油大学2022年12月10日港口、航空、铁路、公路40万吨聚丙烯项目1200+1000万吨/年炼油项目完善的公用工程一体化服务完善烯烃产业链惠州大亚湾石化园区地理位置交通运输下游去向原料供应公用设施政策优势中海油惠州炼化项目背景工艺设计设备设计工厂
3、布置安全环保经济评价项目总结1.2厂址选择Site Selection西南石油大学2022年12月10日项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结西南石油大学2022年12月10日中海油惠州炼化LPG原料组成compoundconcentration(w%)compoundconcentration(w%)Propane34.42Butene5.46Propylene25.82Butadiene 4.45Ethane1.71Isobutane22.58Ethylene0.01N-butane5.52Hydrogen sulfide0.01Methyl mercaptan0.02项
4、目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结1.2厂址选择Site Selection西南石油大学2022年12月10日0500100015002000250030002007年2008年2009年2010年2011年2012年2013年2014年2015年产量表观需求量项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结近年来我国丙烯供需状况1.3产品方案Product西南石油大学2022年12月10日类型绝热移动床绝热固定床绝热多管式固定床绝热多管式固定床绝热流化床个数3451116006505006405905506000.200.050.100.200.100.30848
5、7859380 893440443040325040类型PtSn/Al2O3Cr2O3/Al2O3贵金属Zn-Al2O3Pt/Ca-Sn/Al2O3Cr2O3/Al2O3再生方式连续移出再生切换，空气燃烧1530min切换，空气燃烧反应7h，再生1h切换，空气燃烧反应6h，再生3h连续移出再生H2稀释未稀释水稀释未稀释未稀释项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结1.4工艺选择Process Selection西南石油大学2022年12月10日PART 2工艺设计 Process Design工艺模拟产品结构工艺流程节能降耗模拟优化工艺特点西南石油大学2022年12月10日工艺
6、流程Process项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结脱硫单元变压吸附低温分离多级压缩急冷锅炉丙烯精制塔脱乙烷塔脱丙烷塔丙烷脱氢选择加氢C2,C3,H2循环C2,C3丙烷C3C2,C3无硫LPG含硫LPGC4液化气去储罐C2气体去燃料气系统富氢气C1气体去燃料气系统碱渣、含硫空气去三废处理聚合级丙烯去储罐C2,C3H2H2新鲜碱液循环碱液空气预碱洗罐：H2S+2NaOH=Na2S+2H2O纤维膜接触反应器：RSH+NaOH=RSNa+H2O超重力反应器：4RSNa+O2+2H2O=2RSSR+4NaOH冷却水低压蒸汽H2去总厂主反应：C3H4+H2=C3H6副反应：C3H6
7、+H2=C3H8丙烷脱氢主反应：C3H8=C3H6+H2丙烷脱氢副反应：C3H8=C2H4+CH4 C2H4+H2=C2H6 C3H6=C3H4+H22.1西南石油大学2022年12月10日原料资源化利用与总厂有效融合项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结2.2产品结构Product总厂分厂聚合级丙烯0199.99%氢气02C4液化气03催化裂化01加氢裂化02延迟焦化03混合LPG58万吨/年返回总厂西南石油大学2022年12月10日工艺高效原料利用合理成本稳定产品结构合理原料单一，原子经济性高。综合利用总厂出售的液化石油气作为原料，实现丙烷资源化利用。总厂提供原料，来源稳
8、定，规避市场风险，经济效益较高。主产聚合级丙烯，副产C4液化气和H2。项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结2.3工艺特点Process Characteristics西南石油大学2022年12月10日H I E R A R C H YHHH水原料预处理工段氢气分离及选择加氢工段丙烷脱氢反应工段项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结纤维膜接触反应器超重力反应器丙烯精制热泵双塔丙烷脱氢反应器变压吸附等温多级压缩循环C2C3丙烯-乙烯复叠式制冷脱乙烷塔脱丙烷塔急冷锅炉含硫LPGC4液化气有机朗肯循环换热器C1燃料气氢气选择加氢反应器循环氢气C2气体聚合级丙烯2.
9、4工艺模拟Process Simulation西南石油大学2022年12月10日HHH脱丙烷塔脱乙烷塔C4液化气去储罐双塔热泵丙烯精制塔聚合级丙烯产品C2气体碱渣新鲜碱剂含硫LPG预碱洗罐纤维膜接触反应器超重力反应器循环碱液循环碱液含硫空气新鲜空气砂滤塔水无硫LPG循环丙烷、丙烯丙烷项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结2.4工艺模拟Process Simulation原料预处理工段循环碱液含硫LPG含硫碱液无硫LPG气体入口液体进口气体出口液体出口 大量金属纤维丝束，碱液形成液膜，增大接触面积，提供较大的浓度差推动力。相较于传统氧化塔+沉降罐组合，降低了设备投资费用，增大了
10、接触面积，并实现了反应与分离的耦合。实现物流间换热，降低总公用工程消耗量西南石油大学2022年12月10日新鲜氢气循环氢气四段丙烷脱氢装置冷却水低压蒸汽急冷锅炉丙烷项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结采用径向移动床反应器有利于催化剂循环再生降低设备投资并副产低压蒸汽2.4工艺模拟Process Simulation丙烷脱氢反应工段西南石油大学2022年12月10日多段等温压缩装置丙烯-乙烯复叠式制冷装置富氢气丙烷、丙烯混合物乙烯二级制冷循环丙烯三级制冷循环气液分离器项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结13-25-38-65-100丙烯、乙烯提供不同温度的
11、冷量，通过逐级制冷降低压缩机的功耗。采用丙烯对乙烯进行冷凝的复叠式制冷，减少公用工程消耗量。相较于丙烯-富氢气制冷，减少了压缩机和膨胀机的投资。2.4工艺模拟Process Simulation氢气分离及选择加氢工段西南石油大学2022年12月10日H I E R AR C HYPSA变压吸附选择加氢反应器氢气去总厂加氢装置燃料气隔膜泵同轴压缩机组增压端膨胀端有机朗肯循环冷凝器富氢气丙烷、丙烯混合物循环丙烷循环氢气项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结高效提纯氢气并副产C1燃料气2.4工艺模拟Process Simulation氢气分离及选择加氢工段西南石油大学2022年12
12、月10日项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结进料板数的优化馏出率的优化回流比的优化塔板数的优化脱丙烷塔脱乙烷塔丙烯精制塔Sensitivity Results CurveVARY 1 T0102 COL-SPEC MOLE-RRFLOW KMOL/HR 1.901.952.002.052.102.152.202.252.302.352.402.452.502.552.602.652.702.752.802.852.902.953.003.053.103.153.203.253.303.353.403.453.503.553.6005.0e-61.0e-51.5e-52.0e
13、-52.5e-53.0e-53.5e-54.0e-5FLOW KMOL/HR Sensitivity Results CurveVARY 1 T0102 T0102-IN FEEDSSTAGEFLOW KMOL/HR 40.040.541.0 41.542.042.543.043.5 44.044.545.045.546.0 46.547.047.548.048.5 49.049.550.050.551.0 51.552.052.553.053.5 54.054.555.055.556.0 56.557.057.558.058.5 59.059.560.060.561.0 61.562.062
14、.563.063.5 64.064.565.00510152025303540455055FLOW KMOL/HR Sensitivity Results CurveVARY 1 T0102 COL-SPEC D:FFLOW KMOL/HR 0.400.420.440.460.480.500.520.540.560.580.600.620.640.660.680.700.720.740.760.780.8005101520253035404550556065707580859095100105110115120125130135FLOW KMOL/HR Sensitivity Results
15、CurveVARY 1 T0102 PARAM NSTAGEFLOW KMOL/HR 4045505560657005101520253035404550556065707580859095100105110FLOW KMOL/HR Sensitivity Results CurveVARY 1 T0103 COL-SPEC D:FFLOW KMOL/HR 0.0100.0150.0200.0250.0300.0350.0400.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.02.12.22.3FLOW KMOL/HR
16、Sensitivity Results CurveVARY 1 T0103 T0103-IN FEEDSSTAGEC2 KMOL/HR FLOW KMOL/HR 20.020.521.021.522.022.523.023.524.024.525.025.526.026.527.027.528.028.529.029.530.030.531.031.532.032.533.033.534.034.535.035.536.036.537.037.538.038.539.039.540.037.6437.6537.6637.6737.6837.6937.7037.7137.7237.7337.74
17、37.7537.7637.7737.7837.7937.8037.8137.820.000.020.040.060.080.100.120.140.16FLOW KMOL/HR C2 KMOL/HR Sensitivity Results CurveVARY 1 T0103 COL-SPEC MOLE-RRC2 KMOL/HR FLOW KMOL/HR 26.026.527.027.528.028.529.029.530.0 30.531.031.532.032.533.033.534.034.535.035.536.036.537.037.538.0 38.539.039.540.040.5
18、41.041.542.042.543.043.544.044.545.045.546.0 46.547.047.548.048.549.049.550.038.8038.8138.8238.8338.8438.8538.8638.8738.8838.8938.9038.9138.9238.9338.9438.9538.9638.9738.9838.9939.000.000.010.020.030.040.050.060.070.080.090.100.110.120.130.140.150.160.170.180.190.200.210.22FLOW KMOL/HR C2 KMOL/HR Se
19、nsitivity Results CurveVARY 1 T0103 PARAM NSTAGEC2 KMOL/HR FLOW KMOL/HR 45.00 45.25 45.50 45.75 46.00 46.25 46.50 46.75 47.00 47.25 47.50 47.75 48.00 48.25 48.50 48.75 49.00 49.25 49.50 49.75 50.00 50.25 50.50 50.75 51.00 51.25 51.50 51.75 52.00 52.25 52.50 52.75 53.00 53.25 53.50 53.75 54.00 54.25
20、54.50 54.75 55.00 55.25 55.50 55.75 56.0037.9538.0038.0538.1038.1538.2038.2538.3038.3538.4038.4538.5038.5538.6038.6538.7038.7538.8038.8538.9038.9539.000.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.001.05FLOW KMOL/HR C2 KMOL/HR Sensitivity Results CurveVARY 1 T COL
21、-SPEC D:FC3FRAC 0.100.110.120.130.140.150.160.170.180.190.200.210.220.230.240.250.260.270.280.290.300.310.320.330.340.350.360.370.380.390.400.410.420.430.440.450.460.470.480.490.500.510.520.530.540.550.560.570.580.590.600.6000.6250.6500.6750.7000.7250.7500.7750.8000.8250.8500.8750.9000.9250.9500.975
22、1.000C3FRAC Sensitivity Results CurveVARY 1 T PARAM NSTAGEC3FRAC 1501521541561581601621641661681701721741761781801821841861881901921941960.9740.9750.9760.9770.9780.9790.9800.9810.9820.9830.9840.9850.9860.9870.9880.9890.9900.9910.9920.9930.9940.9950.9960.997C3FRAC Sensitivity Results CurveVARY 1 T T0
23、104-IN FEEDSSTAGEC3FRAC 90951001051101151200.993500.993750.994000.994250.994500.994750.995000.995250.995500.995750.996000.996250.99650C3FRAC Sensitivity Results CurveVARY 1 T COL-SPEC MOLE-RRC3FRAC 10.010.511.011.512.012.513.013.514.014.515.015.516.016.517.017.518.018.519.019.520.020.521.021.522.022
24、.523.023.524.024.525.025.526.026.527.027.528.028.529.029.530.00.820.830.840.850.860.870.880.890.900.910.920.930.940.950.960.970.980.991.00C3FRAC 2.5模拟优化Process Optimization西南石油大学2022年12月10日项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结项目脱丙烷塔脱乙烷塔丙烯精制塔回流比2.564214.38总板数6856195进料板数523010840馏出率0.680.0380.352.5模拟优化Process
25、Optimization西南石油大学2022年12月10日夹点温差为14换热网络优化项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结2.6节能降耗Energy Saving西南石油大学2022年12月10日BeforeAfter项目热公用工程(kW)冷公用工程(kW)优化前4.4371048.869104优化后2.9431047.376104节约公用工程量1.4941041.493104节能百分率33.67%16.83%换热网络优化项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结2.6节能降耗Energy Saving西南石油大学2022年12月10日丙烯、丙烷 混合物丙烯压缩
26、机丙烯、丙烷换热器丙烯节流阀丙烯冷凝器聚合级丙烯塔顶 丙烯液 体回流塔底 丙烷蒸 汽回流丙烷项目冷凝器负荷（kW）再沸器负荷（kW）普通精馏5755157271热泵精馏167660电热能转化：50959总节能效果41.02%换热网络优化热泵精馏项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结2.6节能降耗Energy Saving西南石油大学2022年12月10日急冷塔流程图急冷锅炉流程图投资费用少年产低压蒸汽10万吨换热网络优化热泵精馏急冷锅炉项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结2.6节能降耗Energy Saving西南石油大学2022年12月10日换热网络优化
27、热泵精馏急冷锅炉有机朗肯循环项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结丙烯汽化器G低温氢气汽轮机回热器丙烯冷凝器增压泵低位热能有机工质：丙烯物质压力/bar温度/功率/kW汽轮机循环丙烯进口30.081.0298.8汽轮机循环丙烯出口8.524.22.6节能降耗Energy Saving西南石油大学2022年12月10日PART 3 设备设计 Equipment Design反应器塔器换热器加热炉其他设备西南石油大学2022年12月10日3.1反应器Reactor本项目要求丙烷的单个反应器单级转化率为10%左右 反应器设计reactor design Oleflex工艺 Olef
28、lex technology 径向移动床 moving bed reactorComsol反应工程实验室Comsol reaction engineering laboratory 反应机理 mechanism文献资料documentkinetic curve fitting动力学曲线拟合V=18.5m3项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结西南石油大学2022年12月10日直径2米，高7米转化率=10.06%收率=9.11%项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结直径2.1米，高6.3米转化率=10.06%收率=9.41%直径2.2米，高5.6米转化率=10
29、.06%收率=9.30%3.1反应器Reactor西南石油大学2022年12月10日直径2.1m床层高度6.3m压降0.016MPa催化剂体积18.5m3项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结3.1反应器Reactor西南石油大学2022年12月10日Aspen Plus水力学参数水力学参数KG-Tower+Matlab尺寸校核尺寸校核SW6-2011机械校核机械校核AutoCAD绘制装配图绘制装配图项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结3.2塔器Tower西南石油大学2022年12月10日3.2塔器Tower项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价
30、项目总结序号尺寸结构1实际塔板数N/块662塔径D/m2.8/3.43塔高H/m40.34溢流形式双溢流四溢流5回流比R2.46板间距HT/m0.6Matlab塔结构辅助设计代码一览T0102脱丙烷塔结构示意图四溢流塔盘结构示意图偏心降液管中心弦偏心降液管西南石油大学2022年12月10日 将Aspen Plus模拟的全厂换热网络数据导入Aspen EDR 按照GB/T151-2014热交换器标准进行选型、校核项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结3.3换热器Exchanger西南石油大学2022年12月10日项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结西南石油大
31、学2022年12月10日项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结工艺物流全部由辐射室加热对流室产生3.8MPa中压蒸汽作为动力3.4加热炉Furnace西南石油大学2022年12月10日项目背景工艺设计设备设计工厂布置安全环保经济评价项目总结泵选型部分一览表压缩机选型部分一览表管道选型部分一览表3.5其他设备Other Equipments西南石油大学2022年12月10日PART 4工厂布置 Plant Layout厂区布置车间布置西南石油大学2022年12月10日N4.1厂区布置Plant Layout项目背景设备设计工艺设计工厂布置安全环保经济评价项目总结厂前区装卸区总面
32、积96200m2绿化率16.2%370m260m罐区生产区辅助生产区消防区预留地22.5PN（建北）西南石油大学2022年12月10日N4.1厂区布置Plant Layout项目背景设备设计工艺设计工厂布置安全环保经济评价项目总结人流线Flow line物流线Supply line消防站消防通道Fire exit逃生通道Escape exit北大门南大门西大门东大门22.5PN（建北）西南石油大学2022年12月10日项目背景设备设计工艺设计工厂布置安全环保经济评价项目总结西南石油大学2022年12月10日设备顺从工艺设备布置紧凑检修空间安全通道EL0.000平面布置项目背景设备设计工艺设计工
33、厂布置安全环保经济评价项目总结4.1车间布置Workshop Layout西南石油大学2022年12月10日项目背景设备设计工艺设计工厂布置安全环保经济评价项目总结西南石油大学2022年12月10日PART 5安全环保 Safety Environment SIS设计自动控制环境评价三废处理西南石油大学2022年12月10日项目背景设备设计工厂布置工艺设计安全环保经济评价项目总结T0102脱丙烷塔控制方案5.1自动控制Automatic Control 温度压力流量液位西南石油大学2022年12月10日项目背景设备设计工厂布置工艺设计安全环保经济评价项目总结E0108换热器控制方案5.1自动控
34、制Automatic Control 西南石油大学2022年12月10日 项目背景设备设计工厂布置工艺设计安全环保经济评价项目总结比值控制方案5.1自动控制Automatic Control 丙烷循环H2NNFNNF丙烷循环H2西南石油大学2022年12月10日项目背景设备设计工厂布置工艺设计安全环保经济评价项目总结HAZOP分析LOPA分析SIL验证辨识加热炉主要危险事件将安全仪表功能分配到保护层验证SIL等级SIF功能SIL等级PFDavg传感器逻辑控制器切断阀加热炉物料出口温度过高时，切断燃料气管线。SIL28.5910-31oo21oo2D双阀串联燃料气支管压力过低时，切断燃料气管线。
35、SIL38.5110-42oo31oo2D双阀串联加热炉物料进料流量过低时，切断燃料气管线。SIL38.1010-42oo31oo2D双阀串联5.2SIS设计SIS Design 西南石油大学2022年12月10日Risksystem、Aloha软件模拟防护、应急措施项目背景设备设计工厂布置工艺设计安全环保经济评价项目总结5.3环境评价Environment Evaluation西南石油大学2022年12月10日5.3环境评价Environment Evaluation液化气储罐项目背景设备设计工厂布置工艺设计安全环保经济评价项目总结丙烯储罐噪声评价西南石油大学2022年12月10日达标排放项
36、目背景设备设计工厂布置工艺设计安全环保经济评价项目总结二硫化物氯化物烟尘厂家回收碱洗后高空排放废气氯盐废水少量硫化物蒸发脱盐A/O污水处理废液失活催化剂惰性瓷球碱渣WAO+SBR厂家回收再利用废渣5.3三废处理Waste Treatment西南石油大学2022年12月10日PART 6经济分析 Economic Evaluation动态评价静态评价投资分析不确定性分析西南石油大学2022年12月10日59290万元建设期贷款利息固定资产投资流动资金38577万元6944万元项目建设总投资3142万元项目背景设备设计工厂布置工艺设计安全环保经济评价项目总结6.1投资分析Investment Es
37、timate西南石油大学2022年12月10日-10-5051015200 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 累积净现金/亿元工期/年 5.17年项目背景设备设计工厂布置工艺设计安全环保经济评价项目总结6.2静态评价Static Analysis累积净现金流量图西南石油大学2022年12月10日 投资利润率 49.53%26%投资利税率 77.69%38%资本金利润率 62.51%25%静态投资回收期 5.17年11年项目背景设备设计工厂布置工艺设计安全环保经济评价项目总结6.2静态评价Static Analysis西南石油大学2022年12月10日 财务内部收益率
38、32.00%5.75%IRR 财务净现值 58127.53万元0NPV项目在经济上可接受且能获得较高利润项目背景设备设计工厂布置工艺设计安全环保经济评价项目总结6.3动态评价Dynamic Analysis西南石油大学2022年12月10日0 5 10 15 20 25 30 05101520253035销售收入/亿元产量/万吨总成本销售收入15.20盈亏平衡分析敏感性分析项目背景设备设计工厂布置工艺设计安全环保经济评价项目总结6.4不确定性分析Uncertainty Analysis-4-20246810121416-30%-20%-10%0%10%20%30%净现值/万元10000变化率经营成本销售价格总税金西南石油大学2022年12月10日PART 7项目总结 Summary西南石油大学2022年12月10日项目背景工艺设计控制安全工厂布置安全环保经济评价项目总结设备设计丙烯乙烯联级制冷PSA提纯氢气项目特色超重力反应器纤维膜接触器多溢流塔盘移动床反应器四合一加热炉工艺设备副产蒸汽热泵双塔精馏有机朗肯循环节能降耗绿色催化剂SIS安全环保西南石油大学2022年12月10日厂区漫游 Plant Roaming30万吨/年丙烷脱氢制丙烯生产项目
