天津大学现代化工设计概论大作业 - 图文

现代化工设计概论大作业

南港工业区化工生态工业园设计方案

学院名称 化工学院 专 业 化学工程与工艺 学 号

姓 名 万弘毅

2012 年 3 月 1 日

1.南港工业园简介：

南港工业区是天津市“双城双港”城市空间发展战略规划的南港，位于滨海新区东南部，距离天津市区45公里，距离天津机场40公里，距离天津港20公里。抓住滨海新区开发开放的历史机遇，以国家产业政策为导向，以“双城双港”战略调整为契机，充分发挥临港、临海区位优势、统筹协调、以发展循环经济、延长产业链为重点，以发展石油化工、冶金装

备制造为主导，以承接重大产业项目为重点，以与产业发展相适应的港口物流业为支撑，建成综合性、一体化的现代工业港区。建成资源节约型、环境友好型生态工业园区。

作为其发展龙头的石化产业，其产业发展总方向为利用港口条件和油气资源，依托中石化、中石油等大企业，以乙烯炼化一体化项目为龙头，发展原油深加工、化工深加工及精细化工为一体的石化产业集群，建成港化联动、生态安全的国家级石化产业基地。

乙烯炼化一体化：

第一代一体化阶段：

上世纪在欧州建一套一体化的40万吨/a的乙烯和700万吨/a的炼油厂。每吨乙烯成本可降低30－45美元，再加上乙烯原料优化所产生的效益20－80美元/t，乙烯总成本可节省50－125美元/t。

ＥＸＸＯＮ认为经济效益来源于： ① 节省大量原料和产品的运费

② 烯烃、芳烃高度综合利用带来的效益 ③ 各种固定费用的降低

④ 节省投资，尤其是储运系统的投资

⑤ 全厂能源节约（主要是汽、电等公用工程）和氢气利用等产生的经济效益 ⑥ 原料优化所产生的效益

第二代一体化阶段（成熟发展阶段） 第二代一体化四个特点：

集群化、大型化、一体化、园区化

近年来，我国建设的一体化炼油和石化装置都向大型化、规模化发展，大部分新建炼油常减压装置单套能力在800-1000万吨/a，新建乙烯装置单套产能在80-100万吨/a,下游装置能力也与之相配套，装置规模已经达到国际公认的经济规模水平。

这一类一体化石化联合企业的一个重要标志是:

炼油加工量1000万吨/a的炼厂可为产能100万吨/a乙烯提供充分的乙烯原料，也就是原油乙烯比在10：1左右。

为了降低投资和加快建设进度不少乙烯项目采用短流程配置方式，在乙烯下游建设30-60万吨/a产能的聚乙烯和30万吨/a的聚丙烯。可有利于在比较短的时间内增产较多聚烯烃，减少我国聚烯烃大量进口的问题，不失为一种快速提升我国石化工业产能的方案。

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2.南港工业园发展化工工业发展的SWOT分析：

运用SWOT 分析技术对天津市滨海新区南港工业区石化工业发展进行分析，可以找出天津地区发展石化产业存在哪些机会，以及天津市发展石化产业的自身优势及劣势。 机会： 国际能源市场需求旺盛，为油气工业发展打开市场空间 顺应国家政策发展，滨海新区定位为我国北方对外开放门户，天津定位为我国北方经济中心，同时要成为国家级石化产业基地 油气支柱产业龙头作用明显，为产业链延伸和相关产业发展提供需求和发展的基础 发展海洋石油相关产业，避开激烈竞争 优势： 油气资源丰富，工业基础良好 科研机构和大学资源丰富，科技力量强大 投资环境优秀 交通发达，物流便利 循环经济政策初见成效 威胁： 重化工业同城市化发展和环境发展存在矛盾 同处渤海经济圈的辽宁和山东相关产业发达，未来地区内部竞争激烈 只能利用油气开采行业的发展机遇，天津政府本身在这个行业缺少主导权利 劣势： 油气和勘探行业科技投入不足 在中国缺少可以借鉴的经验，必须走特色之路 2.1 天津市石化工业发展的机会 2.1.1国际能源市场需求旺盛，为石化及相关产业发展打开市场空间

原油资源为代表的世界能源 市场价格不断创出新高。能源价格的上涨促进了石油相关产业投资蓬勃发展，为相关行业提供了市场基础，打开了市场空间。 2.1.2天津市石化支柱产业龙头作用明显

石油、天然气、化工行业在天津获得很好发展，并成为天津市的支柱产业之一，在开发和科学研究投入方面也有所侧重。主导产业的存在为产业链延伸及相关产业的发展提供了必要基础。一方面，这些行业的发展存在市场需求、产业环境的基础，积累了经验、人力资源丰富；另一方面，天津特有的优势环境，为这些行业的发展壮大提供了空间，为这些产业向外扩张及扩大出口，提供了可能与必要的条件。 2.1.3发展海洋石油相关产业，避开激烈竞争

天津大港地区主要油气开发包括陆上油气资源的开发和海上油气资源的开发，在环渤海经济区域内的特色突出，也是天津特有的独特优势。

2.2 天津市石油化工行业发展的挑战分析

2.2.1面临石化行业发展的挑战

国内油气资源不足，影响国民经济的发展，急需开发国内油气田，国内油气资源不足严重制约乙烯等化学工业的发展。 2.2.2面临石化行业发展的挑战

转变经济增长方式也给石油化工行业带来挑战，石油化工转变增长方式（包括节能、节水、节省土地资源、加强综合利用、提高科技含量）迫在眉睫。 2.2.3面临城市可持续发展的挑战

重化工业，重型制造业等行业对环境造成的冲击大，不利于天津城市化建设的发展， 对天津地区自然环境和城市环境的保护和开发提出了挑战。

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2.2.4同处渤海经济圈的辽宁和山东相关产业发达，未来地区内部竞争激烈

辽宁省和山东省都是工业发达省份，与天津有相似的工业基础与油气资源，且工业产业结构相似。人力资本的争夺、投资资本的争夺激烈。

2.3 天津市油气工业发展的优势分析

2.3.1区位条件优越

天津区位条件优越。天津港是我国北方第一大港，也是我国沿海港口码头功能最齐全的港口之一，并跻身于世界港口20强。天津已基本形成以港口为中心的海陆空相结合立体交通网络。铁路和公路辐射华北、西北、东北广大地区。对内拥有200万平方公里的辽阔腹地，对外与170多个国家和地区的300多个港口通航。天津滨海国际机场是目前北方最大的货物空运中心，天津机场航线达到65条，通航城市54 个。 2.3.2国家支持滨海新区发展

国家在全国炼油和乙烯发展规划中，将天津确定为重点支持发展的以千万吨级炼油、百万吨级乙烯为代表的国家级石化产业基地，国家将天津列为第二批原油和成品油战略储备基地。

2.3.3适合石化产业发展良好基础

天津具有建设大型石化产业基地的产业基础。在全国工业城市中，天津工业的规模、总产值、经济效益等均居前列。 2.3.4科技人力资源丰富

有南开大学、天津大学等高等学校37所，自然科学研究机构150多个，自然科学和社会科学各类专业技术人才近50万人，其中石化及化工行业从业人员达22 万人。

2.4 天津市油气工业发展的劣势分析

2.4.1陆地油田产量下降

30 多年来，大港石油生产基本稳定，但后期产量开始出现缓缓下降。 2.4.2探明了很多油气资源但是没有开采出来

在石油行业实施技改的企业中,只有少数采用了进口设备和技术,多数仍以国产设备和工艺为主,而少数引进的设备和技术又往往并不是最先进的。科研投入少、技术开采自主创新不足。

结论：结合国外生态工艺园经验以及swot分析所诉，南港石化产业发展

要注意以下几点：

1.园区建设规模大

例如荷兰的鹿特丹工业园，沿江两岸绵延几十公里，几乎集聚了世界上所有知名化工公司的石油化工生产装置。

2.化工装置优化配置

装置之间基本是由管道连接，不管装置是否属于同一个公司，相互间都配套和谐，生产规模匹配，资源配置优化。

3.园区建设实现五个“一体化”

一是项目设计一体化。利用化工产品上下游关联的特点，形成化工项目链。

二是公用工程一体化。对园区能源供应进行统一规划、集中建设，形成一体化的\公用工程岛\。

三是物流传输一体化。通过输 送管网、仓库、码头、铁路和道路等，形成园区内一体化的物流运输系统。

四是环境保护一体化。园区内设立环保中心，统一处理废水、废气、废渣。 五是园区管理服务一体化。为驻园业主提供一站式服务，寓管理于服务之中。 4.\隔墙供应\

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\隔墙供应\是指长期、稳定、近距离并以管道相连接的直接销售方式。通过实施\隔墙供应\，一是保证下游生产企业的原料供应；二 是减少运输费用；三是避免贮存费用；四是减少营销费用，可谓一举多得。国外许多化工园区都非常好地体现了这一特色。

5.强调供应链管理

化工园区便于化工产业链的形成。21世纪企业之间的竞争必然导致供应链之间的竞争，加强供应链的管理是园区企业管理的一项很重 要的内容，例如：实行准时制生产；物料、资金和交易\三流合一\；实现装置原料的零库存；减少物流成本（增加第三利润源）；信息共享等。通过利益相关者共同营造效益环境，可规避风险，实现装置系统最优化。

3.南港工业区化工生态工业园构建方案设计

南港工业区化工生态工业园生产能力如下： 1、 炼油生产能力2000万吨/年； 2、 乙烯生产能力150万吨/年； 3、 聚乙烯生产能力16万吨/年； 4、 聚丙烯生产能力6万吨/年；

5、 环氧乙烷/乙二醇生产能力3.3/6.3万吨/年； 6、 对苯二甲酸生产能力30万吨/年； 7、 纯苯生产能力14万吨/年；

8、 聚碳酸酯工程塑料（PC）生产能力20万吨/年。

根据以上数据，逐条分析探讨生产工艺的优劣： 3.1 炼油

此图为一般石化炼油路线图。关键是以乙烯炼化一体化项目为龙头，发展原油深加工、

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化工深加工及精细化工为一体的石化产业集群。

3.2 乙烯的制备

3.2.1 乙烯的简介

乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产品占石化产品的70%以上，在国民经济中占有重要的地位。世界上已将乙烯产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。 3.2.2 常用方法

工业上用烃类裂解的方法获得乙烯，烃类裂解生产乙烯的主要过程为： 原料→热裂解→裂解气预处理→裂解气分离→乙烯、丙烯及联产物 国际上主要乙烯专利商：

（乙烯生产技术---管式炉蒸汽热裂解） ?ABB Lummus /SRT型炉 ?Stone & Webster /USC型炉

?KBR

?Linde(Selas) /LSCC ?Technip(KTI)

典型裂解气分离流程：

?顺序分离流程（Lummus,TP,KBR)

脱除重烃、压缩后按碳一、碳二、碳三?..顺序分离。 ?前脱乙烷流程(Linde)

脱除重烃、压缩后先将碳二及更轻组分与碳三及更重组分分开，再进行分离。 ?前脱丙烷流程(S&W,KBR)

脱除重烃、压缩后先将碳三及更轻组分与碳四及更重组分分开，再进行分离。

3.2.3 生产方法的比较与选择

1) 各专利商都拿出数据和研究成果说明自己的流程是先进的，因为都是生产证

明了的成熟的乙烯专利技术。

2) 没有取得一致意见的结果是，各有千秋，裂解气压缩机功率顺序分离流程最

大，前脱丙烷最小；丙烯压缩机功率前脱丙烷最大；乙烯压缩机功率前脱乙烷最小。

3) 前脱丙烷流程能耗略低，较适合于大型乙烯装置。

结论：因为工业区建设大型乙烯装置，所以适合用前脱丙烷流程(SW,KBR)。而S&W因为与天津石化已经有了项目，故采用S&W公司的技术。

?S&W公司工艺技术

S&W公司是著名乙烯专利商之一。在世界范围内已有120多套乙烯装置采用了S&W技术，相当于目前世界上30%的乙烯生产能力。而且，自1990年以来世界上400/0的新增生产能力采用了S&W技术。在加拿大Novachen, S&W建造了生产能力最、的乙烯装置〔127万吨每年）。在中国，大庆、天津、茂名、广州和上海石化乙烯采用了技术。

?公司专利技术主要特点：典型前脱丙烷前加氢流程 1) 带减粘和盘油取热的急冷油塔系统

2) 五段裂解气压缩，二段出口设置汽油气提塔，四段出口设置碱洗塔

3) 和压缩机五段组成热泵的前端双塔双压脱丙烷系统，分离出大部分的碳三组

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4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11)

分

前端乙炔部分加氢系统，催化剂运行周期长，无需再生和备台。催化剂需进口。

带HRS的高压激冷，减少乙烯损失

两段氢、甲烷分离，带尾气压縮机，提高氢气收率

预脱甲烷、脱甲烷塔进料分配器、高压脱甲烷组成脱甲烷系统，塔顶设置甲烷膨胀机

和乙烯制冷组成开式热泵的低压多股进料乙烯精熘系统。传统的高压丙烯精馏和低压碳四分离

丙烯、乙烯复叠制冷、高压脱甲烷塔甲烷膨胀机、甲烷、氢尾气压縮机组成 全部的制冷系统

独立的废碱处理系统〔含专利设备）

3.3 聚乙烯的制备

3.3.1聚乙烯简介

乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。在工业上，也包括乙烯与少量 α－烯烃的共聚物。聚乙烯无臭，无毒,手感似蜡,具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70～-100℃),化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸),常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,电绝缘性能优良。 3.3.2 常用方法

聚乙烯生产的化学方程式：

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国际上主流为以下方法： ?Unipol工艺 ?Innovene工艺 ?Borstar工艺 ?Spherilene工艺 3.3.3生产方法的比较与选择

分析上述工艺技术，各种工艺都有自己的特色和不足，Unipol工艺和Innovene工艺基本相似，都是单一流化床反应器，采用的催化剂也类似，产品也类似，只是Unipo工艺采用了超冷凝技术，其反应循环气中可带有一定量的液体一起进人反应器；而Innovene工艺采用了增强冷凝技术，其反应循环气中的液体先分离出来再通过特殊的喷嘴进人反应器。此2种工艺最大的缺点 是不能生产双峰产品，当采用不同的催化剂牌号时过渡料多。

Borstar工艺采用超临界技术，由淤浆环管反 应器和气相流化床反应器组成，使用单一催化 剂，催化剂需预聚，其主要缺点是操作压力较高,工艺不太成熟，产品牌号少。

Spherilene工艺采用球形粒子技术和反应器级共混技术，由1台淤浆预聚反应器和2台气相 流化床反应器组成，使用单一催化剂，产品范围宽，可生产双峰产品，牌号切换容易，过渡料少。其主要特点是聚合反应的产品颗粒尺寸可以控制，直接从反应器中生成球形粒子状的聚合物,有可能省掉造粒工段。该工艺的缺点是设备台数相对较多。 聚乙烯工艺技术经济比较见下表

根据以上比较，新建聚乙烯装置的工艺技术可采用Spherilene工艺，原因如

下：

(1)从不同工艺的物耗、能耗、产品质量和投 资等方面考虑，技术具有较明显的优势。 (2) Spherilene工艺使用高效球形钛催化剂，催化剂品种单一，牌号切换容易，过渡料少，操作 平稳，聚合物呈球形，产品范围宽。直接从反应器中生成球形粒子状的聚合物，

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可省掉造粒工段，从而大大降低能耗；同时，投资费用比其他气相工艺的装置可减少20%。

(3)国内其他大的石化公司拟建的聚乙烯装置有：扬子—巴斯夫一体化项目中规划建设一套30万33的高压聚乙烯装置，采用BASF工艺；上 海石化与美国Phillips公司合资增建淤浆法HDPE装置25万t/a，采用Phillips工艺；上海石化与英国BP公司合资新建30?40万全密度聚乙烯装置，采用BP工艺；福建炼化公司拟与美国Exxon—UCC公司合建40万全密度聚乙烯装置，采用UCC工艺；天津石化与道化学合资拟建40万聚乙烯装置；兰州石化与Phillips合资拟建40万HDPE装置，采Phillips工艺。为避免国内同业产品的激烈竞争，有必要选择国内目前没有的、具有广阔发展前景的工艺技术。

(4)在选择生产工艺技术时，除了要考虑工艺的经济性外，还要考虑技术进展、装置生产能力、专利商的支持和用户条件等因素。

3.4 聚丙烯的制备

3.4.1 聚丙烯的简介

无毒、无味，密度小，强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100度左右使用。具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响，但低温时变脆、不耐磨、易老化.适于制作一般机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件。常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用，可用于食具。 3.4.2 常用方法

丙烯聚合反应的机理相当复杂，一般来说，多为人们接受的是阴离子配位聚合机理，可以分为四个基本反应步骤：活化反应形成活性中心、链引发、链增长及链终止

活化：助催化剂TEAL与载体催化剂表面的四氯化钛反应，将Ti4+还原为Ti3+，被还原的Ti即被活化，并形成了TEAL-TiCl4化合物，Ti作为聚合反应的活性中心。 引发：丙烯分子插入活性中心开始形成大分子链。

增长：丙烯分子在活性中心连续插入，聚合物链从催化剂颗粒表面开始增长，Ti-C键的插入可以有两种方式发生：

Ti?P?CH2?CH?CH3?Ti?CH2?CH(CH3)?P

Ti?P?CH2?CH?CH3?Ti?CH(CH3)?CH2?P

氢气存在下，上面两种大分子链可以分别形成异丙基或正丁基端基。 Ti ? CH ?CH(CH)?CH?CH(CH)?P?H?TiH?CH?CH(CH)?CH?CH(CH)?P232323323

Ti?CH(CH3)?CH2?CH2?CH(CH3)?P?H2?TiH?CH3(CH2)3?CH(CH3)?P

终止：链终止反应主要有以下三种方式：

1）向单体链转移：

Ti?CH2?CH(CH3)?P?CH2?CH?CH3?Ti?CH2?CH2?CH3?CH2?C(CH3)?P

2）向助催化剂转移：

Ti?CH2?CH(CH3)?P?AlR3?Ti?R?R2Al?CH2?CH(CH3)?P

3）向氢气转移：

Ti?CH2?CH(CH3)?P?H2?Ti?H?CH3?CH(CH3)?P

这三个转移反应中，向氢气转移是最有效的链终止方式。因此，氢气用作聚合物

分子量的控制剂。

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聚丙烯生产工艺有如下：

?液相本体法 - 环管法聚丙烯工艺技术BASELL的Spheripol技术 ?气相本体法 - 卧式搅拌釜innoven气相法技术

?气相本体法 – 立式气相搅拌釜ABB的Novolen气相法技术 ?气相本体法 – 立式气相流化床DOW的Unipol气相法技术 3.4.3 生产方法和比较

近年来，世界上气相法和本体法工艺的聚丙烯生产装置的比例逐年增加，世界各地在建和新建的聚丙烯装置将基本上采用气相法工艺和本体法工艺。根据NTJ公司称，1997年以来，世界范围许可聚丙烯新增能力的55%都是采用Novolen气相工艺，今后气相法工艺还将有逐步增加的趋势。

结论：由此结合其他因素，选择ABB的Novolen气相法技术 同时Novolen气相工艺具有如下特点：

1) 聚合反应是在一台或二台串联的立式搅拌反应器中进行，其搅拌器为双螺带型，搅拌效果是使聚合物粉料沿反应器壁向上移动，但不形成流化状态，并使反应器中没有死区。若生产抗冲共聚物则需要二台反应器。

2) 该工艺生产的产品牌号较多，聚合物的MFR=0.3~75,等规度=95-97%以上，无规共聚物的乙烯含量可达6%，抗冲共聚物的乙烯含量可达30%。产品的具体种类有均聚、无规共聚、三元共聚和抗冲共聚，取决于反应系统的设置

3) Novolen工艺使用的BASF公司的高活性催化剂PTK4，活性较高，而且不需要预聚合，并且产品的粒度分布窄。

4) 操作方便，产品切换时间短；系统内丙烯贮存量小，安全性好；反应器设备材料为低温碳钢

3.5 环氧乙烷的制备

3.5.1 环氧乙烷的简介

环氧乙烷是一种有机化合物，化学式是C2H4O，是一种有毒的致癌物质，以前被用来制造杀菌剂。环氧乙烷易燃易爆，不易长途运输，因此有强烈的地域性。被广泛地应用于洗涤，制药，印染等行业。在化工相关产业可作为清洁剂的起始剂。 3.5.2 常用方法

?氯醇法工艺 ?空气直接氧化法 ?氧气直接氧化法

空气直接氧化法和氧气直接氧化法都属于直接氧化法 3.5.3 生产方法和比较

氯醇法生产环氧乙烷，由于装置小、产量少、质量差、消耗高，因而成本也高，与大

装置氧化法生产的高质量产品相比已失去了市场竞争能力。而空气直接氧化法和氧气氧化法这两种氧化方法均采用列管式固定床反应器。反应器是关键设备，与反应效果密切相关，其反应过程基本相同，包括反应、吸收、汽提和蒸馏精制等工序。但是氧气氧化法与空气氧化法相比前者具有明显的优越性，主要体现在以下几个方面：

1)流程：空气法需要空气净化系统和二次反应器与吸收塔等，以及尾气催化转化器与热量回收系统；氧气法需要分离装置和二氧化碳脱除系统。氧气氧化法与空气氧化法相比，前者工艺流程稍短，设备较少，建厂投资少。

2)催化剂：生产中催化剂的用量直接影响到产品成本的高低。影响催化剂使用量多少

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主要有两个因素。一方面是催化剂的性能，如催化剂的选择性及转化率等。氧化法在这方面比较有利，因为选择性高，催化剂需要量少。另一方面是催化剂中银的质量分数，德国Hals公司空气法催化剂银的质量分数约20%；而Shell公司氧气法催化剂银的质量分数仅为10%左右，同样体积的催化剂；含银量几乎相差50%

3)反应器：在同样生产规模的前提下，氧气法需要较少的反应器，而且，反应器都是并联操作。空气法需要有副反应器，以及二次吸收和汽提塔等，增加了设备投资。收率和单耗：氧气法环氧乙烷收率高于空气法，而且乙烯单耗较低。反应温度：氧气氧化法反应温度比空气法低，对催化剂寿命的延长和维持生产的平稳操作较为有利。

结论：综上所述，氧气氧化法无论是在生产工艺、生产设备、产品收率、反应条件上都具有明显的优越性，因此目前世界上的EO/EG装置普遍采用氧气氧化法生产。

3.6 对苯二甲酸的制备

3.6.1 对苯二甲酸的简介

对苯二甲酸简称TPA，分子式为 C8H6O4；HOOCC6H4COOH，是产量最大的二元羧酸，主要从对二甲苯制得，是生产聚酯的主要原料。常温下为固体。加热不熔化，300℃以上升华。若在密闭容器中加热，可于425℃熔化。常温下难溶于水。 主要用于制造合成树脂、酸成纤维和增塑剂等。 3.6.2 常用方法

目前世界PTA生产厂家采用的技术虽有差异，大致可分为以下两类：

（1）精PTA工艺此工艺采用催化氧化法将对二甲苯（PX）氧化成粗TA，再以加氢还原法除去杂质，将CTA精制成PTA。这种工艺在PTA生产中居主导地位，代表性的生产厂商有：英国石油（BP）、杜邦（Dupont）、三井油化（MPC）、道化学－因卡（Dow-INCA）、三菱化学（MCC）和因特奎萨（Interquisa）等。

（2）优质聚合级对苯二甲酸（QTA、EPTA）工艺此工艺采用催化氧化法将PX氧化成粗TA，再用进一步深度氧化方法将粗TA精制成聚合级TA。此工艺路线的代表生产厂商有三菱化学（MCC）、伊斯特曼（Eastman）、杜邦（Dupont）、东丽（Toray）等。生产能力约占PTA总产能的16％。两种工艺路线差异在于精制方法不同，产品质量也有所差异。即两种产品所含杂质总量相当，但杂质种类不一样。PTA产品中所含PT酸较高（200ppm左右），4－CBA较低（25ppm左右），而QTA（或EPTA）产品中所含杂质与PTA相反，4－CBA较高（250ppm左右），PT酸较低（25ppm以下）

工业化的精对苯二甲酸制备工艺很多，但随着生产工艺的不断发展，对二甲苯高温氧化法成为制备精对苯二甲酸的最主要的生产工艺，这种工艺在对苯二甲酸的制备工艺中占有绝对优势。对二甲苯高温氧化工艺是在高温、高压下进行的，副反应较多；而且由于温度高、压力大对设备本身的要求就高。因此工艺改进主要就集中在降低氧化反应温度和降低氧化反应的压力两个方面。有如下发展：

?对二甲苯(PX)高温氧化法。 ?高温氧化工艺改进

?温和反应条件的对苯二甲酸工艺

3.6.3 生产方法和比较

对二甲苯(PX)高温氧化法。对二甲苯高温氧化法由氧化、精制和辅助系统组成。该工艺以对二甲苯为原料，经空气催化氧化、加氢精制、结晶分离等工序制成。催化氧化是对二甲苯在催化剂存在下，于190-230℃，压力1.27-2.45MPa的条件下，用空气氧化得到粗对

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苯二甲酸。加氢精制是将对二甲苯氧化过程中尚未反应完全的4-羟基苯甲醛(4-BCA)转化为可溶于水的甲基苯甲酸，然后除去。加氢精制反应要在较高压力(约6.8MPa)和较高温度（约280℃）的条件下进行。对苯二甲酸加氢产物再经结晶分离和干燥，就得到可用于纤维生产的精对苯二甲酸。对二甲苯高温氧化法流程简单，反应迅速，收率可达90以上。

结合当今PTA技术发展以降低投资、减少物耗能耗、提高产品质量、最终增强竞争力为核心。明显的技术发展趋势是生产系列大型化、工艺流程简化、装置布局紧凑，工艺操作低温、低压，以及强化环保设施等。选择对二甲苯(PX)高温氧化法。

3.7 纯苯的制备

3.7.1 纯苯的简介

苯（Benzene, C6H6）在常温下为一种无色、有甜味的透明液体，并具有强烈的芳香气味。苯可燃，有毒，也是一种致癌物质。苯是一种碳氢化合物也是最简单的芳烃。它难溶于水，易溶于有机溶剂，本身也可作为有机溶剂。苯是一种石油化工基本原料。苯的产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一。 3.7.2 常用方法

目前世界上纯苯生产主要来自于石油馏分催化重整生成油和裂解汽油，少部分来自煤焦油。主流技术如下： ?催化重整生产苯

?高温裂解制乙烯副产苯 ?煤加工副产苯

?轻质烃芳烃化生产苯 3.7.3 生产方法选择

就全球范围来看，经石油炼制和乙烯工业生产纯苯的装置各占总产能的38%，经甲苯岐化生产纯苯的装置占19%，煤焦油生产纯苯的装置占5%。从长远发展看，随着乙烯装置的增加，乙烯装置副产纯苯的比例将有所上升。

结论：主要采用高温裂解制乙烯副产苯。

3.8 聚碳酸酯的制备

3.8.1 聚碳酸酯的简介

聚碳酸酯(简称PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。目前仅有芳香族聚碳酸酯获的了工业化生产。由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。 3.8.2 常用方法

自1898年Einhorn通过二羟基苯在吡啶溶液中进行光气化反应，首次合成出PC之后，在PC合成工艺的发展历程中，出现过很多合成方法，如低温溶液缩聚法、高温溶液缩聚法、吡啶法、部分吡啶法、光气界面缩聚法、熔融酯交换缩聚法、固相缩聚法等等，但迄今为止，实现工业规模生产的只有光气界面缩聚法和熔融酯交换缩聚法两种工艺。目前，PC生产技术主要有溶液光气法、界面缩聚光气法、酯交换熔融缩聚法和全非光气法，前两者统称为光气法。具体如下：

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?溶液光气法 ?界面缩聚光气法 ?酯交换熔融缩聚法

?非光气酯交换熔融缩聚法(全非光法) 3.8.3 生产方法选择

其中非光气酯交换熔融缩聚法因工艺过程中彻底不使用光气，是在酯交换法生产工艺的基础上开发成功，属绿色环保工艺路线，又称全非光法。其生产工艺也分为两步：

①酯交换法合成DPC：苯酚+DMC→DPC；

②DPC+BPA→PC。首先，以碳酸丙烯酯与甲醇酯交换生产碳酸二甲酯(DMC)；

其次，苯酚和DMC反应首先生成甲基苯基碳酸酯(MPC)，然后MPC和苯酚进一步反应生成DPC，同时MPC发生歧化反应也生成DPC。得到非光法DPC后，在熔融状态下与双酚A进行酯交换、缩聚制得PC产品。该法与光气法及酯交换法相比，有以下优点：

①不使用剧毒的光气和溶剂二氯甲烷，无脱溶剂和水洗脱盐工序，流程简单，大大降低了对环境的污染；

②产品质量高，聚碳透明度可达98%，达到光学级聚碳酸酯性能指标，可用来制造光盘类光电子产品；

③副产品甲醇和苯酚可循环使用，降低原料成本。

根据生成碳酸二甲酯所采用的原料的不同，分别有GE 公司以甲醇、一氧化碳和氧气为原料，经氧化、梭基化等反应制成DMC;日本旭化成公司开发的非光气酯交换法有独特的创意，使用二氧化碳、环氧乙烷(EO)和双酚A(BPA)作为主要原料生产聚碳酸酯(PC)，副产乙二醇(EG)。该工艺既不使用光气，也不使用二氯甲烷，产生很少的废物，是一项污染小的新工艺。

综合环境效益与经济效益，前世界各大聚碳酸酯公司已先后建立起了非

光气酯交换法的工业装置。故选择用非光气酯交换熔融缩聚法(全非光法)。

4.总规划

根据生产能力，初步的简易产品链如下图：

在此基础上，我们构建化工生态园时，还应该以发展循环经济为基础，做到

以下三点：

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〔1〕企业内部的循环经济模式一清洁生产

大力推行清洁生产，从生产的源头和全过程充分利用资源，使生产企业在生产过程中废物最小化、无害化、资源化，以单个企业内部物质和能量的微观循环作为主体的企业内部循环经济产业体系。

〔2〕企业之间的循环经济模式一生态园区

其方式是把不同的工厂联结起来，形成共享资源和产品互为利用的产业共生组合，使得一家工厂的废气、废热、 废水、废渣等成为另一家工厂的原料和能源，从而实现园区的物质、能量利用的最大化和废物排放量最小化。 〔3〕区域之间的循环经济模式一循环型社会

实现区域终端产品或废弃物的物质与能量、信息的循环。该循环强调利用再生资源进行生产，节约自然资源，遏制废弃物的泛滥；强调区域经济的协调性，避免重复建设。从社会整体循环的角度看，应大力发展废旧物品调剂和资源回收产业社会静脉产业），在整个社会的范围内形成\资源一产品一再生资源\循环 经济发展模式，完成社会的大循环。

结合循环经济的理念，综合上述各种产品的生产工艺的比较与选择，尽可能地做到节能降耗减排（二氧化碳等废气）、原子经济性（变废为宝、循环利用）、零排放（环境友好）。我们最终得出了以下优化结果：（见下页）

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流程示意图

燃料-化工炼油厂加工流程

燃料-化工炼油厂加工流程展示了将原油充分利用的各个途径，不同压层的馏分生成不同的产品，轻汽油主要生成各种芳烃；常压蒸馏得到的馏分主要得到煤油、汽油、柴油；减压蒸馏主要获得短链烯烃和烷烃。

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化工厂产品流程

纯氧③ 对二甲苯 涤纶长丝、涤 聚纶短丝、瓶级 酯 切片等 乙 二 环醇 纯氧 氧乙 乙烯 产缩一 烷 品三缩 树乙二 二乙脂 二醇 聚醇 副二乙 烯 NH3 丙烯腈 聚丙 丙烯 烯 环氧丙烷 磷酸 丙异酮 空气氧化 ① 苯 双丙 酚苯 稀硫酸 H2 ,硝酸 a 苯 苯胺 酚 ⑤ 丙二醇 MDI 甲醛 ④ 聚碳酸酯 CO②H 甲2乙（PC） 醇 苯 碳 CO2 酸 二二 甲氧苯 酯 化乙 碳 烯 ①在巯基乙酸、含氯乙酸、氢氧化钡等催化剂或离子交换树脂存在下，由苯酚和丙酮缩合而制得；

②合成氨原料气，含一氧化碳的气体可被铜氨溶液（醋酸、甲酸、碳酸或氯化亚铜的氨溶

) (15

对苯二甲酸 液）吸收，吸收后的溶液在减压和加热下发生解吸，从而得到纯度高的一氧化碳； ③主反应：

CH3 COOH +3O2 +2H2O

COOH

CH3 厂区间物质与能量流动图

气 体工艺气体 工 程 浓盐水 工水， 业热量 水 厂 海原料 运 码 头 硫酸 炼油厂 热量 硫酸厂 烟气 处理废气装置 污水 人工湿地 温室 硫酸钙 石膏墙板厂 飞灰 热水 燃煤发电厂 水蒸气 区域供暖 除污树种 水蒸气 养鱼场 水泥和道路 水蒸气 瓦斯，废水，冷却水 污泥 污泥处理场 余热 制药厂 生物污泥 农业区 废物焚烧炉 废弃物 居民区

厂区间物质与能量流动图中：

1燃煤发电厂产生的余热、热水、水蒸气、灰渣都可得都充分利用； 2工业区产生的污染物都得到了有效的处理，如污水进入人工湿地通过自然降解及种植的吸收污染物的植物净化；

3天津近海，可利用其优势，利用先进的淡化海水技术，为居民区提供淡水，为工业区提供浓盐水；

4在工业区内，尤其是居民区周围多种植除污树种，用生态方法防治污染。

发酵原料 16

废物处理场之间的能量与物质利用图

氮氧化物 二氧化硫 CO2 工业废水 余热 工件,空气 热电厂

液氨 处理废气装置 余热 热泵 微生物蛋白 氮气 液氨① 硫酸铵 液态醇胺、固态胺、肌氨酸钠② 烟气 食品级的CO2 碳酸饮料，烟丝膨化，食品保鲜 蛋白泡沫灭火剂和泡沫混凝土保温材料 化肥厂 污泥 污泥处理场③ 绿化土,有机肥 热量 海水淡化厂 浓盐水 盐化工 废物处理场中利用先进技术使废物得到再利用：

①利用氨吸收液将排放气中的二氧化硫回收转化为硫酸铵，不产生二次污染，得到的硫酸铵符合GB-353标准，是将污染物全部资源化的技术;

②吸收塔釜中的吸收剂（富液）由泵输送，经换热冷却器加热后进入脱吸塔脱吸。被脱吸了大部分二氧化碳的吸收剂（贫液）经换热冷却器冷却后返回吸收塔。由脱吸塔脱吸出的CO2经冷却冷凝器冷却并除去大部分水分后进入纯化系统。经过压缩、除湿、脱硫、脱烃、制冷等工序，得到最终产品-食品级的CO2 ③污泥经过先进的生物技术处理，也能变废为宝――不但能提取出工业用微生物蛋白质，还能作为绿化土或有机肥。采用该技术处理1万吨污泥，相对于填埋处理可以节约土地15亩，相对于焚烧处理可以节约燃煤700吨，直接减排二氧化硫2.4吨、二氧化碳1400吨，并可回收750吨蛋白溶液和4000吨绿化土。

结束语：综上，在对南港化工园区区位优势分析的基础上，结合生产能力数据逐条分析各产品的最适宜生产工艺，同时结合循环经济的理念，全面分析统筹设计出最终的产业链、能量链、产品链的构建方案。达到了节能降耗减排（二氧化碳等废气）、原子经济性（变废为宝、循环利用）、零排放（环境友好）的目标。

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5.设计感言：

首先，非常荣幸这个学期选上了王先生的课，同时还接到了这样有挑战性的一份作业。

老实说，刚拿到这份作业时，确实很不忿，觉得这作业难度太大，觉得老师这是强人所难。不出意外，最开始接到这 份作业时，自己完全没有思路动笔，真是无从下手。假期在家的时候，在网上收集了很多资料，也看不出个所以然。所以，来到学校后，为了作业，自己与同学都提前了10天来到学校，互相商量，互相探讨。在这基础上，自己还去拜访了3位老师，从他们那也得到了不少宝贵的意见与创造性的启发。自己在完成这份作业的途中，自己也渐渐对一个真真正正的工业生产过程有了个总的认识，不只是书本上的图片与文字，而是心中的一个立体的构型。所以，我得感谢先生布置了这样一份作业，不仅加深了我们对这门课程、对这个行业的认识同时也鞭策我们这些本应该主动去学习的学生去了解自己的专业，鞭策我们走出校园，将眼光放在实际的生产过程，学工科得学生也应该如此。 同时，在完成作业的途中，我习惯了去图书馆、去数据库翻查数据；学会了将书本所选的知识学以致用，如管理概论里学的SWOT分析法；锻炼了计算机word、powerpoint、FineReader等程序的运用；学会了文献的阅读方式。最重要的是锻炼了自己的全面思考能力。完成这样一份有难度的作业，同样带给自己一种无与伦比的成就感。再次感谢王先生，学生祝王先生身体健健康康，科研上再接再励，为中国化工再添上浓墨重彩的一笔。 最后自己做个纪念，纪念这有意义的作业

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您的学生：万弘毅

化工工程与工艺10级

2012年3月1日

参考资料：

瞿国华，上海石油学会，《炼化一体化策略在中国石化工业发展中的重要地位及其产业特征》

佘延双、沙景华，中国地质大学人文经管学院，《天津市石油化工行业发展战略研究》

顾宗勤，北京（100083），《我国化工园区的建设和发展》 韩冬冰，《化工工艺学》 天津石化公司，《天津乙烯工艺路线》 吕国林、张明，《聚乙烯生产技术比较与选择》 中国石化，《聚丙烯工艺技术综述》 杜玉如，《纯苯生产技术进展及市场分析》 James hwang，《浅谈pta生产技术及工艺流程》 金栋，《聚碳酸酯的生产及应用改性技术进展》

许朝阳，安徽省化工设计院，《循环经济在化工园区规划中的应用》 天津泰达，《现代化工设计概论作业》

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2cox.html