化工进展 ›› 2023, Vol. 42 ›› Issue (S1): 21-32.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1044
收稿日期:
2023-06-25
修回日期:
2023-08-05
出版日期:
2023-10-25
发布日期:
2023-11-30
作者简介:
杨建平(1965—),男,高级工程师,研究方向为石油化工工艺开发与设计。E-mail:yangjianping.ssec@sinopec.com。
Received:
2023-06-25
Revised:
2023-08-05
Online:
2023-10-25
Published:
2023-11-30
摘要:
符合环境友好、原子经济和可持续发展要求的过氧化氢法制环氧丙烷工艺技术反应系统的过程系统工程(PSE)研究能够取得良好的技术与经济效果。本文介绍了100~400kt/a的HPPO装置工艺流程PSE研究,降低149~720t/a过氧化氢原料消耗和184~889t/a丙烯原料消耗;在反应压力1.5~4.5MPa和反应温度39~95℃条件下,400kt/a的HPPO装置自动控制PSE研究,降低509~757t/a过氧化氢原料消耗和629~935t/a丙烯原料消耗;不同工艺参数,不同生产规模HPPO装置反应系统PSE研究,增加反应器总传热系数至2400~2800W/(m2·K)、延长催化剂使用寿命至4.8~5.0a。由此2014年中石化建成我国第一套100kt/a工业规模HPPO装置,产品优级品率100%,成为世界上第三个拥有工业规模HPPO全套技术专利商,物耗国际领先。截止2022年底,过程系统工程部分研究结果正在或即将应用在4套HPPO工业生产装置中,总产能1.00Mt/a,装置数量和生产规模居世界首位。
中图分类号:
杨建平. 降低HPPO装置反应系统原料消耗的PSE[J]. 化工进展, 2023, 42(S1): 21-32.
YANG Jianping. PSE for feedstock consumption reduction in reaction system of HPPO plant[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2023, 42(S1): 21-32.
图4 并流工况下波纹板式催化反应器工艺控制流程图1—第一催化反应器;2—第二催化反应器;3—第三催化反应器;4—第四催化反应器;5—甲醇溶剂;6—丙烯原料;7—过氧化氢原料;8—工艺物料;9—工艺物料;10—工艺物料;11—环氧丙烷产物;12—循环冷却水供水;13—循环冷却水供水;14—循环冷却水供水;15—循环冷却水供水;16—循环冷却水回水;17—循环冷却水回水;18—循环冷却水回水;19—循环冷却水回水;21—循环输送泵;22—循环输送泵;23—循环输送泵;24—循环输送泵;25—调节阀;26—调节阀;27—调节阀;28—调节阀;29—温度计;30—温度计;31—温度计;32—温度计;35—循环冷却水总供水;36—循环冷却水总回水
图5 逆流工况下波纹板式催化反应器工艺控制流程图1—第一催化反应器;2—第二催化反应器;3—第三催化反应器;4—第四催化反应器;5—甲醇溶剂;6—丙烯原料;7—过氧化氢原料;8—工艺物料;9—工艺物料;10—工艺物料;11—环氧丙烷产物;12—循环冷却水供水;13—循环冷却水供水;14—循环冷却水供水;15—循环冷却水供水;16—循环冷却水回水;17—循环冷却水回水;18—循环冷却水回水;19—循环冷却水回水;21—循环输送泵;22—循环输送泵;23—循环输送泵;24-循环输送泵;25—调节阀;26—调节阀;27—调节阀;28—调节阀;29—温度计;30—温度计;31—温度计;32—温度计;35—循环冷却水总供水;36—循环冷却水总回水
工艺参数 | 数值 | |||
---|---|---|---|---|
100kt∙a-1 | 200kt∙a-1 | 300kt∙a-1 | 400kt∙a-1 | |
催化反应器数量范围/台 | 2~6 | 2~8 | 4~10 | 6~12 |
设计催化反应器数量 | 4 | 4 | 6 | 8 |
第1反应器反应温度/℃ | 78 | 79 | 78 | 77 |
第2反应器反应温度/℃ | 65 | 70 | 73 | 73 |
第3反应器反应温度/℃ | 58 | 59 | 69 | 68 |
第4反应器反应温度/℃ | 50 | 50 | 63 | 64 |
第5反应器反应温度/℃ | — | — | 59 | 61 |
第6反应器反应温度/℃ | — | — | 53 | 57 |
第7反应器反应温度/℃ | — | — | — | 52 |
第8反应器反应温度/℃ | — | — | — | 49 |
催化反应器反应压力/ MPa | 2.8 | 3.2 | 3.6 | 4.0 |
循环水/新鲜水流量比/ t∙t-1 | 8.0 | 10.0 | 12.0 | 16.0 |
表1 不同生产规模HPPO装置PSE研究工艺参数一览表
工艺参数 | 数值 | |||
---|---|---|---|---|
100kt∙a-1 | 200kt∙a-1 | 300kt∙a-1 | 400kt∙a-1 | |
催化反应器数量范围/台 | 2~6 | 2~8 | 4~10 | 6~12 |
设计催化反应器数量 | 4 | 4 | 6 | 8 |
第1反应器反应温度/℃ | 78 | 79 | 78 | 77 |
第2反应器反应温度/℃ | 65 | 70 | 73 | 73 |
第3反应器反应温度/℃ | 58 | 59 | 69 | 68 |
第4反应器反应温度/℃ | 50 | 50 | 63 | 64 |
第5反应器反应温度/℃ | — | — | 59 | 61 |
第6反应器反应温度/℃ | — | — | 53 | 57 |
第7反应器反应温度/℃ | — | — | — | 52 |
第8反应器反应温度/℃ | — | — | — | 49 |
催化反应器反应压力/ MPa | 2.8 | 3.2 | 3.6 | 4.0 |
循环水/新鲜水流量比/ t∙t-1 | 8.0 | 10.0 | 12.0 | 16.0 |
项目 | 数值 | |||
---|---|---|---|---|
100kt∙a-1 | 200kt∙a-1 | 300kt∙a-1 | 400kt∙a-1 | |
过氧化氢原料消耗/kt∙a-1 | 60.254 | 120.496 | 180.708 | 240.894 |
丙烯原料消耗/kt∙a-1 | 74.432 | 148.849 | 223.227 | 297.575 |
节省过氧化氢原料/t∙a-1 | 149 | 311 | 502 | 720 |
节省丙烯原料/t∙a-1 | 184 | 384 | 621 | 889 |
常规总传热系数/W∙m-2∙K-1 | 1000~2000 | 1000~2000 | 1000~2000 | 1000~2000 |
常规催化剂寿命/a | 3.9~4.1 | 3.9~4.1 | 3.9~4.1 | 3.9~4.1 |
改进后总传热系数/W∙m-2∙K-1 | 2490 | 2600 | 2710 | 2750 |
改进后催化剂寿命/a | 4.9 | 4.9 | 4.9 | 5.0 |
表2 不同生产规模HPPO装置PSE研究优化效果汇总表
项目 | 数值 | |||
---|---|---|---|---|
100kt∙a-1 | 200kt∙a-1 | 300kt∙a-1 | 400kt∙a-1 | |
过氧化氢原料消耗/kt∙a-1 | 60.254 | 120.496 | 180.708 | 240.894 |
丙烯原料消耗/kt∙a-1 | 74.432 | 148.849 | 223.227 | 297.575 |
节省过氧化氢原料/t∙a-1 | 149 | 311 | 502 | 720 |
节省丙烯原料/t∙a-1 | 184 | 384 | 621 | 889 |
常规总传热系数/W∙m-2∙K-1 | 1000~2000 | 1000~2000 | 1000~2000 | 1000~2000 |
常规催化剂寿命/a | 3.9~4.1 | 3.9~4.1 | 3.9~4.1 | 3.9~4.1 |
改进后总传热系数/W∙m-2∙K-1 | 2490 | 2600 | 2710 | 2750 |
改进后催化剂寿命/a | 4.9 | 4.9 | 4.9 | 5.0 |
工艺参数 | 数值 | |||
---|---|---|---|---|
400kt∙a-1 | 400kt∙a-1 | 400kt∙a-1 | 400kt∙a-1 | |
第1反应器反应温度/℃ | 70 | 74 | 77 | 95 |
第2反应器反应温度/℃ | 66 | 70 | 73 | 90 |
第3反应器反应温度/℃ | 61 | 66 | 68 | 84 |
第4反应器反应温度/℃ | 57 | 61 | 64 | 79 |
第5反应器反应温度/℃ | 52 | 57 | 61 | 74 |
第6反应器反应温度/℃ | 48 | 52 | 57 | 68 |
第7反应器反应温度/℃ | 43 | 48 | 52 | 63 |
第8反应器反应温度/℃ | 39 | 44 | 49 | 57 |
催化反应器反应压力/ MPa | 1.5 | 3.0 | 4.0 | 4.5 |
循环水/新鲜水流量比/ t∙t-1 | 2.0 | 8.0 | 16.0 | 20.0 |
表3 不同工艺参数HPPO装置PSE研究工艺参数一览表
工艺参数 | 数值 | |||
---|---|---|---|---|
400kt∙a-1 | 400kt∙a-1 | 400kt∙a-1 | 400kt∙a-1 | |
第1反应器反应温度/℃ | 70 | 74 | 77 | 95 |
第2反应器反应温度/℃ | 66 | 70 | 73 | 90 |
第3反应器反应温度/℃ | 61 | 66 | 68 | 84 |
第4反应器反应温度/℃ | 57 | 61 | 64 | 79 |
第5反应器反应温度/℃ | 52 | 57 | 61 | 74 |
第6反应器反应温度/℃ | 48 | 52 | 57 | 68 |
第7反应器反应温度/℃ | 43 | 48 | 52 | 63 |
第8反应器反应温度/℃ | 39 | 44 | 49 | 57 |
催化反应器反应压力/ MPa | 1.5 | 3.0 | 4.0 | 4.5 |
循环水/新鲜水流量比/ t∙t-1 | 2.0 | 8.0 | 16.0 | 20.0 |
项目 | 数值 | |||
---|---|---|---|---|
400kt∙a-1 | 400kt∙a-1 | 400kt∙a-1 | 400kt∙a-1 | |
过氧化氢原料消耗/kt∙a-1 | 241.105 | 240.978 | 240.894 | 240.857 |
丙烯原料消耗/kt∙a-1 | 297.835 | 297.678 | 297.575 | 297.529 |
节省过氧化氢原料/t∙a-1 | 509 | 636 | 720 | 757 |
节省丙烯原料/t∙a-1 | 629 | 786 | 889 | 935 |
常规总传热系数/W∙m-2∙K-1 | 1000~2000 | 1000~2000 | 1000~2000 | 1000~2000 |
常规催化剂寿命/a | 3.9~4.1 | 3.9~4.1 | 3.9~4.1 | 3.9~4.1 |
改进后总传热系数/W∙m-2∙K-1 | 2400 | 2600 | 2750 | 2800 |
改进后催化剂寿命/a | 4.8 | 4.9 | 5.0 | 5.0 |
表4 不同工艺参数HPPO装置PSE研究优化效果汇总表
项目 | 数值 | |||
---|---|---|---|---|
400kt∙a-1 | 400kt∙a-1 | 400kt∙a-1 | 400kt∙a-1 | |
过氧化氢原料消耗/kt∙a-1 | 241.105 | 240.978 | 240.894 | 240.857 |
丙烯原料消耗/kt∙a-1 | 297.835 | 297.678 | 297.575 | 297.529 |
节省过氧化氢原料/t∙a-1 | 509 | 636 | 720 | 757 |
节省丙烯原料/t∙a-1 | 629 | 786 | 889 | 935 |
常规总传热系数/W∙m-2∙K-1 | 1000~2000 | 1000~2000 | 1000~2000 | 1000~2000 |
常规催化剂寿命/a | 3.9~4.1 | 3.9~4.1 | 3.9~4.1 | 3.9~4.1 |
改进后总传热系数/W∙m-2∙K-1 | 2400 | 2600 | 2750 | 2800 |
改进后催化剂寿命/a | 4.8 | 4.9 | 5.0 | 5.0 |
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