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1、山东联成化学工业有限公司5万吨/年碳五综合利用生产环戊烷及环己烷项目 清洁生产分析13 清洁生产分析13.1原材料和产品分析1、原辅材料本项目的原料为抽余碳五，来源于裂解装置的副产C5抽提拿掉二烯烃后的抽余油，原料来源广泛，原料市场有保证。另外，由于C5馏分中的二烯烃是重要的化工原料，许多工厂对这些二烯烃都做了有效的利用，但对于抽余C5的利用率却不高，造成抽余C5价格较低，因而以抽余C5为原料有较强的价格优势。2、产品分析环戊烷作为软、硬质泡沫的新型发泡剂，用于替代对大气臭氧层有破坏作用的氯氟烃，现已广泛应用于无氟冰箱、冰柜行业以及冷库、管线保温及其他硬制PU泡沫等领域，除此之外，环戊烷还可用
2、于聚异戊二烯橡胶等溶液聚合用溶剂和纤维素醚的溶剂，有机合成反应的原料等。环戊烷作为新型发泡剂可以用于制备制备聚氨酯软质（半硬）泡沫塑料、硬质泡沫塑料和非泡沫塑料等众多制品。软质聚氨酯主要应用于运输工业的坐垫和家具等，其发展方向是高舒适度、低密度、高回弹，需要开发新的聚醚产品牌号来适应这种新的发展需要。硬质聚氨酯主要用作生产保冷隔热材料的原料，广泛应用于冰箱、夹心板材、保温等领域。13.2生产工艺分析 1、环戊烷分离方案的选择对环戊烷分离采用普通精馏方法分离，一般分离方法采用两塔方案，分别除去轻组分和重组分，也可采用三塔方案，先切割出一股窄馏分，然后再去除轻、重组分。两种方案的技术特点比较见表1
3、3.2-1。表13.2-1 环戊烷分离方案的技术特点比较分离方案两塔三塔环戊烷产品质量含量，wt%9999环戊烷产量，kg/h15871586正、异戊烷产量，kg/h100.8101.8重组分产量，kg/h4562.44562.4需要热量，kW5984.51931.3需要冷量，kW57311703设备投资，万元8701410由上表可以看出：（1）两塔方案和三塔方案均能分离出相同质量含量的环戊烷产品，且产量相差很小，另外正、异戊烷产量和重组分产量都相同。（2）两塔方案明显比三塔方案能耗更高，约高出3倍。（3）两塔方案只需要两个塔进行操作，投资更省。综上所述，从装置投资来看，两塔方案比三塔方案更有
4、优势，但三塔方案相比两塔方案只是多一个中等高度的小塔，且两塔方案在操作时所需要的热量和冷量均高出三塔方案3倍以上，因而采用三塔方案能够明显降低操作热量和冷量消耗，并能更好的控制操作运行，因而，本项目采用三塔方案用来分离环戊烷。2、苯加氢工艺的选择以苯为原料，经加氢生成环己烷的工艺有气相法及液相法两种工艺路线，气相加氢法是在固定床内以镍或铂为催化剂，气相的苯与氢气在一定压力下，通过催化剂床层进行反应生成环己烷，气相加氢是工业上广泛采用的方法。气相苯加氢工艺特点是气相苯加氢工艺混合均匀，转化率和收率均很高， 现在工业上苯加氢装置多采用此工艺路线。气相苯加氢法典型工艺有: Bexane、ARCO、U
5、OP、Houdry 和Hytoray法等。液相苯加氢工艺特点是反应稳定、缓和，转化率和收率也很高，但能耗也较高，液相反应的氢气利用率仅为 85 %。液相苯加氢典型工艺有 IFP法、Arosat 法和BP法。液相加氢法是苯在反应器中于适当温度和压力下呈液相状态，以镍铝粉为催化剂，催化剂在液相中保持稳定的悬浮状态，苯与氢气进行加氢反应生成环己烷。苯液相加氢制环己烷工艺的优点一是可以减少局部过热，反应温度较均匀，副产物少，产品质量较好。二是催化剂的活性高，生产强度大。其缺点是催化剂的寿命短，消耗量大，运行周期短，需经常更换，操作麻烦，而且需用泵进行循环，动力消耗大。悬浮的催化剂容易堵塞管道和阀门。近
6、年来采用新型金属络合物液体催化剂，可以避免使用悬浮催化剂的缺点。液相加氢法适用于生产规模大的装置，据资料介绍，当产品规模10万吨/年时，可节省投资。苯气相加氢工艺和液相加氢工艺的比较见表13.2-2：表13.2-2 苯加氢的各种工艺技术比较DSM技术国内技术 IFP技术BASF技术反应温度,200400130250180200200反应压力, MPa3.20.61.02.72.5催化剂及寿命Pt- AL2O3,5年Ni-AL2O3,2年NiPS2,36月可溶性催化剂,连续消耗转化率, %99.999.5100(催化剂活性高时)100技术特征1、固定床气相加氢工艺固定床气相加氢工艺液相加氢工艺液
7、相加氢工艺2、反应热用热油移去,副产0.9MPa蒸汽反应热用热水移去,副产低压蒸汽反应热用水移去,副产低压蒸汽反应热用水移去,副产低压蒸汽3、为防止催化剂结块,原料苯经衡沸蒸馏脱水至100ppm催化剂在气体鼓泡和液体用泵循环的联合作用下呈悬浮状态,产品烷经稳定塔除去轻组分。4、反应温度控制在不高于420,以免发生烷的异构化反应反应温度严格控制在不高于260,以免发生副反应,并损坏催化剂随着催化剂活性降低,补加新催化剂,当催化剂达一定量后,则停车更换催化剂原料苯经衡沸蒸馏脱水至Ni，加氢活性的比例为：KPtKNi=187，这表明铂的活性比镍高2.6倍，但铂的价格为镍的几百倍，因此选择镍作为催化剂
8、活性组分更经济，而且镍作为催化剂活性组分的催化剂研究和开发工作取得一定进展，主要集中在以下三个方面：改良催化剂载体、加入新组分来调变镍基催化剂的催化性能和新型催化剂开发。通过以上三方面对催化剂研发，镍催化剂的经济性和良好的选择性使得镍作为苯加氢催化剂在目前的工业生产中得以广泛运用。铂催化剂和镍催化剂优缺点的比较见表13.2-3：表13.2-3 两种不同催化剂苯气相加氢工艺比较序号项目铂催化剂镍催化剂备注1反应温度/2004001302502反应压力/Mpa3.20.61.03转化率/ %99.999.54液体空速1.61.80.60.85催化剂寿命/年510246催化剂来源进口或国内研制进口或
9、国内研制7产品环己烷质量含苯20ppm含苯100ppm8操作维护反应温度范围较宽反应温度范围较窄铂催化加氢法的优点是转化率高，空速大，催化剂使用寿命长。但催化剂价格昂贵，装置投资大。镍催化加氢法的优点是装置投资较少，催化剂较便宜，催化剂的活性及选择性能满足苯加氢装置的要求，因此推荐本项目采用镍催化加氢工艺。综合上述情况，我们对各种工艺技术进行了分析比较，权衡利弊得失，并根据我们掌握的技术和操作经验，选择如下成熟、先进、适用的工艺技术方案：以苯为起始原料，在镍催化剂存在下苯蒸汽和氢气在固定床反应器中进行气相加氢反应生成环己烷。13.3污染物排放情况 拟建项目导热油炉采用自产干气和外购天然气为燃料
10、，废水经厂内污水处理站初步处理后排入化工园污水处理厂进一步处理，拟建项目单位产品污染物排放情况见表13.3-1。表13.3-1 本项目单位产品（t）污染物排放量表 单位：kg/t品指标SO2NO2烟尘COD氨氮数量0.0440.2120.030.0060.000613.4 拟建工程节能措施和能耗分析13.4.1 拟建工程节能措施分析1、优化塔操作合理选取塔的取热比例。在满足装置产品质量和保证产品分馏精度的前提下，优化各塔的中段回流取热，使塔内剩余热量从高温位取出，热量尽可能得以回收，利于换热网络的优化及余热回收。塔顶油气与原料油深度换热，充分利用低温热。2、优化换热流程在优化分馏塔回流取热的基
11、础上，采用“窄点设计法”优化装置的换热流程，并在保证一定的热量回收率的情况下，合理简化流程，尽量提高热量利用率，同时选用多种高效传热设备，提高换热强度，从而减少炉子加热负荷，又降低了系统压降。3、尾气全部进入导热油炉燃烧。4、设备及管道布置尽量紧凑合理，从而减少散热损失和压力损失。13.5 小结清洁生产是一个在连续不断改进企业管理、生产工艺、降低生产成本、提高产品质量和减少对环境污染的长期过程，只要企业进行生产，清洁生产就长期存在，它是企业可持续发展的有效途径。综上所述，拟建项目从生产工艺的选择、生产过程中的污染防治措施、节能降耗措施等方面较好地贯彻了清洁生产的原则，从工艺源头控制了污染物的产生与排放量，符合清洁生产要求。13-5 山东省环境保护科学研究设计院