工业园区设计

以对二甲苯（PX）制造分厂为核心的         生态工业园区概念           设                 计                                         目    录 第一章 我国PX生产现状和市场分析    3 第二章 我国能源现状    3 第三章 PX的产业链    4 第四章 设计基本思路    4 第五章 总体框架    5 第六章 选址    5 第七章 子系统功能描述    7 1.原油装置    7 2.PX装置    9 3.PTA装置    10 4.废水处理装置    11 第八章 子系统间的相互关联    11 第九章 生态工业园区建成的效果设想    13 第十章 参考文献    14           一．我国PX生产现状和市场分析 近几年，国内PX的生产能力保持快速稳步的增长，由于下游以PX为原料的对苯二甲酸（PTA）产业的发展速度更为迅猛，所以国内PX的需求量一直攀升，对进口产品产生较大依赖性，进口量逐年上升。据统计，我国聚酯产能已由2000年的594. 5万吨/年增加到2010年的2900万吨/年。受聚酯行业的推动，国内PTA生产能力也迅速扩张，也使得2010年的表观消费量接近1685万吨，PTA的巨大需求带动了PX产业的发展。   2002年后，中国的PX工业开始步入快速发展阶段，到2008年底生产能力从167.6万吨/年增至428.1万吨/年，年均增速达16.9%；表观消费量则从172.4万吨猛增至612.5万吨，年均增速达23.53%，远高于供应增长速度，到2015年PX的缺口预测将扩大到320万吨，PX供应紧张的矛盾将更加突出。 [8] 目前国内PX产能虽大，但是市场定价权不被国内掌握，每年需从日本、韩国进口大量PX；国内急需发展PX产能。[9] 二.  我国能源现状 我国是能源生产和消费大国，一方面是资源相对不足，尤其是石油、天然气资源匮乏；另一方面是能源利用率低，且浪费严重，因而经济增大的质量和效益不高，环境问题日益严重。[6] 我国是世界上少数以煤炭为主要一次能源的国家，占我国一次能源生产和消费的70%左右，据预测，此后30～50年内，煤炭在我国的能源结构中仍将超过50﹪。[5] 由于石油产业链上原料的限制，以煤炭为原料，通过煤制甲醇，甲醇制芳烃，芳烃分离提取对二甲苯。煤炭或者甲醇也将成为生产对二甲苯的原始原料之一。[7] 三．PX（对二甲苯）的产业链[4] ①PX是苯的衍生物，主要用于生产精对苯二甲酸（PTA）,进而生产聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、丁二醇酯等聚酯树脂。 ②PTA是PX的主要衍生物，是生产聚酯树脂、纤维、薄膜等产品的主要原料。 ③聚酯树脂是生产涤纶纤维（我国目前第一大合成纤维）、聚酯薄片、聚酯中空容器的原料。 ④PET纤维用于衣着、装饰和纺织品；   PET瓶主要用于饮料和食品包装；   PET薄膜主要用于胶片片基、磁带片基、电容器膜、光盘等。[9] 四．生态工业园区设计基本思路 因目前煤制芳烃还没有得到工业示范化应用，所以该工业园区仍以石油工业生产对二甲苯，通过芳烃联合装置，甲苯歧化和烷基转移工艺，C8芳烃异构化工艺以及甲苯选择性歧化工艺来增产对二甲苯，决定最终产品为精对苯二甲酸（PTA），以满足其消费需求。[7] 原油→石脑油→混二甲苯（MX）→对二甲苯（PX）→精对苯二甲酸（PTA）→聚酯（PET)→纺织品 （在PX-PTA-PET产业链中，65%以上的PX被氧化成PTA，而近90%的PTA被转化成聚酯；聚酯的下游产品包括涤纶纤维、饮料瓶及各种绝缘包装材料、工业组件。）[10] 五．生态工业园区的总体框架 六．选址参考 （1）厂址应符合国家工业布局，城市或地区的要求； （2）厂址宜选在原料，燃料供应和产品销售便利的地区； （3）该工业耗水较多，厂址应靠近水源充足、水质良好的水源地； （4）厂址应尽可能靠近原有交通线，即交通运输便利地区，满足原材料和产品的运输； （5）厂址地区具有良好的热电供应设施； （6）厂址附近应建立生产污水和生活污水的处理装置； （7）厂址应不妨碍或不破坏农业水利，尽量避免拆迁。 综合以上原则，根据我国现有PX生产工厂分布情况得到，PX工厂大部分建在环渤海地区和长三角南翼。因此，厂址选择方案为山东淄博（具体地址由当地地理情况选定） 1. 交通优势 淄博市是山东省重要的交通枢纽,它位于中国山东省中部鲁中山区与鲁北平原的交界地带，是山东省重要的交通枢纽城市，亦是联通中原地区和山东半岛的咽喉要道。胶济铁路（青岛 -济南）与张博铁路（张店-博山）、淄东铁路（淄博-东营），以及辛泰铁路（辛店-泰安）交汇于淄博；另有205国道、309 国道，以及济青高速公路（济南-青岛）G20、滨莱高速公路（滨州-莱芜）G18贯穿该市。[3] 2.原料优势  淄博市内建有齐鲁化学工业区，该工业区主要进行石油化工和建筑工程项目，具有较稳定的丙烯产量，原料资源丰富；齐鲁石化公司坐落园区，拥有炼油能力1200万吨/年，乙烯生产能力为84万吨/年。 3.工业优势 淄博的经济以工业为主，其在化工和医药行业的发展最为突出。该市是全省乃至全国的石油化学工业重镇，现已形成石油化工、有机原料、无机原料、各种中间体、农药、化肥、橡胶、助剂等十几个石化工业领域；医药工业也是淄博重要的支柱产业。在这种条件下，易形成产业集群优势，有利于生态园区发展。[2]     4.市场优势 1992年以来，淄博连年入选中国城市综合实力50强。2007年，淄博列“全国综合实力百强城市”第37位，并被中国国际跨国公司研究会评为27个“跨国公司最佳投资城市”之一。2009年，该市在《福布斯中国大陆最佳商业城市排行榜》中排名第38位。[2]  5.环境优势           水资源有地表水和地下水。大气降水是水资源的主要补给源。淄博市年均降水量为657.8毫米，折合水量39.06亿立方米，水资源补给总量14.11亿立方米。地下水可开采量9.45亿立方米。淄博市正通过生态功能区域化以及水资源、生物资源等生态建设不断改善城市环境质量，逐步达到生态园林城市的标准。 七．子系统的功能描述 1.原油装置 原料：原油 等 [11] 公用工程：水（处理水）、电力、空气 方法：石油预处理（如图1）、常压蒸馏 目标产物：石脑油    其他产物：SO2、直馏（汽油、煤油、柴油）、减压柴油 污染物：废气、油渣 流程简图： 具体操作： 采用电化学分离时，在原油中要加入几到几十ppm破乳剂（离子型破乳剂或非离子型聚醚类破乳剂）和软化水，然后通过高压电场（电场强度1.2～1.5kV/cm），使含盐的水滴聚集沉降，从而除去原油中的盐、水和其他杂质。电化学脱盐常以两组设备串联使用（二级脱盐，图1）以提高脱盐效果。 注意：预处理后的原油经加热后送入常压蒸馏装置的初馏塔，蒸馏出大部分轻汽油。初馏塔底原油经加热至360～370℃，进入常压蒸馏塔（塔板数36～48），该塔的塔顶产物为汽油馏分（又称石脑油），与初馏塔顶的轻汽油一起可作为催化重整原料。 2.PX装置 原料：石脑油                  公用工程：水（处理水）、电、气 工艺：UOP等 目标产物：高纯度的PX    其他产物：苯、甲苯、邻二甲苯、重芳烃 污染物：废水 废气  废渣 流程简图： 具体操作： 连续重整：将石脑油转成BTX 抽提装置：从重整油中提取苯和甲苯产品 ①苯、甲苯分离单元：经歧化白土塔处理后的混合芳烃进入苯塔，苯塔顶气经苯塔顶 空冷器冷凝冷却后全部作为回流，苯产品从上部侧线抽出，苯塔顶液送至甲苯塔进料 ②二甲苯精馏单元：为吸附分离单元提供合格的C8芳烃原料 ③吸附分离单元：利用选择性吸附剂和解吸剂将C8芳烃中的对二甲苯与其他三种异构体分离，以达到生产高纯度对二甲苯的目的 分离装置： 异构化装置：使从吸附分离出来的物料重新达到平衡（在催化剂的作用下，将自吸附分离单元来的贫对二甲苯的C8芳烃转化为对二甲苯趋于平衡的C8芳烃。[7] 注意：石脑油加氢精制（除去硫、氮、砷等杂质） 3.PTA装置 原料：PX、醋酸、催化剂  公用工程：水（处理水）、电、气 方法：PX高温氧化（如图1.1） 、粗对苯二甲酸（CTA）加氢精制法 目标产物：精对苯二甲酸（PTA） 流程简图： 具体操作： 1.PX氧化：该生产过程以PX为原料，醋酸为溶剂，在钴、锰催化剂和溴为促进剂的作用下，于高温高压的条件下，和氧气在反应器内发生一系列反应，生成CTA（粗对苯二甲酸） 基本原理： 2.CTA加氢：PX氧化反应过程中产生的CTA中含有4-CBA杂质，很难用传统的分离方法提纯。加氢精制的目的就是要将大部分4-CBA（对羟基苯甲醛）[1除去，制得纤维级的PTA产品。 CTA首先与脱离水在配料罐内混合配制成W(TA)=25%左右的浆料，再通过输送泵加压，多级预热器加热，使得CTA在此条件下溶解形成透明的溶液，最后流经充填有Pd/C催化剂和氢气注入的固定床反应器，CTA中的杂质参与反应，最终溶于水中。最终经过四五次连续结晶，逐步闪蒸冷却分离得到纤维级PTA。[14] 改进要求：提高催化剂浓度，降低氧化反应温度和压力；提高收率，减少污染。 4.硫酸厂 原料：硫      公用工程：电、水（处理水）、空气 主产品：硫酸  污染物：废水、废气、废渣 5.加油站 原料：经原油装置处理过的柴油、汽油等。 公用工程：水、电、气 优势：对装置内剩余物及时就地利用，为园区内安全出行提供方便。 6.关于三废的处理 （1）原油装置：废气-硫化物、烷烃等 合成气（CO2、H2O） 水蒸气转化               使用一定手段分离该混合气体，石脑油脱硫后制得硫磺，或用于硫酸厂的原料； 乙炔 乙烯 裂解 裂解 甲烷 乙烷 丙烷、丁烷 气体分离 液化气         （2）PX装置 废气：主要来自加热炉；加热炉使用的燃料油和燃料气应控制含硫量，烟气需经100m以上高度的烟囱排放 废水：该装置排放的废水包含含硫污水、含油污水以及含盐污水等；此时采用请污分流的原则分别处理，需要对生产污水按污染程度进行划分，分别进行处理，并分质回用。 废渣：PX生产过程产生的废渣包括吸附单元产生的废吸附剂、废解吸剂、异构化、歧化、重整单元产生的废催化剂。处理方式如下图 （3）可处理的废水从各个装置汇入废水处理站进行处理再利用，处理后的水作为园区内的水资源供园区使用。 八．子系统间的相互关联 1.物料循环 原油装置：从加热炉脱出的硫可以用来制硫酸，制硫磺；           经处理过的柴油、汽油可输入到加油站，供出行等其他需求； 废水处理装置：处理废水，达到重新利用 其他装置：除原料相互输入或输出，都扮演着为废水处理装置提供可利用废水的角色； 2.能量循环 水电汽输入装置：利用风能、水能等高效组合的发电方式，人为操作对生态园区进行最有力最直接的能量支持 原油装置：加热炉产生的大量热能，可提供给其他装置使用 3.信息传递 控制中心：处理各装置提供的最原始的数据，负责园区内的物料流动、能量利用、产品输出，协调装置与硫酸厂、加油站的关系，使生产安全顺利的进行。 各个装置：收集数据提供给控制中心，并将及时接收由控制中心反馈回来的信息，严格操作。 居民区：收集员工信息，满足需求，更好的投入工作。 九．生态工业园区建成后的效果设想 1.经济效益 （1）促进该地区经济发展，带动新型产业发展 （2）充分合理利用资源，有效提高产品的附加值，实现了低污染、高效益、低能耗的目标，在一定程度上缓解市场需求过剩。 2．社会效益 （1）缓解就业压力，提高当地人民的生活水平 （2）高效利用我国的石油资源，创造巨大的社会效益；减轻我国对PX进口的依赖，促进经济可持续发展 (3)园区内包含加油站、废水处理站、硫酸厂等与民生息息相关，周围可以建成一系列基础设施，推动当地的快速发展 3.生态效益 缓解一定的环境压力，提高土地收益；“三废”废水、废气、废渣经处理后再利用或安全排放，体现出“绿色化学”的理念 4.不足之处 园区内水资源短缺，在一定程度上会制约工业园区发展。所以园区内仍然需要从外界输入水，无法达到完全的自给自足。 十．参考文献 [1].施祖培；《对苯二甲酸生产技术现状及展望》 [2].山东国际商务网 [3].山东 淄博  百度百科 [4].百度文库  《PX（对二甲苯）产业链及投资分析》  2015.3 [5].陶明文 《我国煤炭工业发展前景分析》 长春理工大学学报 2009，4（1）[6].百度文库 《我国的能源形势与节能规划》 [7].王小妮 许云峰  对二甲苯（PX）生产工艺介绍《中国信息化》 2013（14） [8].林勇 刘震 国内对二甲苯的市场分析与发展前景《齐鲁石油化学》 2004 32（增刊）40-43 [9]李少山 《PX-PTA-PET产业现状及发展分析》广东化工 2014，41（24）：157-158 [10]《乙醛醋酸化工》市场纵览  2013（8） [11]杜玉如 《对二甲苯企业的清洁生产措施》聚酯工业 2013（1）34-35 [12]徐世昌 罗其明等《对苯二甲酸精制工艺》化学工业与工程2007  24（6） [13]邵可可 《PTA生产工艺的全流程模拟》2007.6 [14]邢建良 《大型精对苯二甲酸装置优化运行方法及其应用研究》2012.12