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Analysis,Synthesis,and Design of Chemical Processes化学工业特点


化学工业的特点
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化学工业的地位
化学工业是国民经济支柱产业
国家重要能源和原材料工业,生产过程是最典型的物质转化过程。

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2010年全国化工总产值 8.88 万亿元,占工业总产值 12.7%; 经济总量位居世界第二,是产能大国,非技术强国

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化工能耗基数大: 2009 年化工全行业能源消耗占全国总量 15.2%,占工业能源消耗量 22.6%
化工既是能源消耗者又是能源提供者。

渗透到社会建设、人民生活、国防等各个领域

化学工业的特点
地毯、刷子、地毯衬里、软 管带、狭条、玩具、无纺纤 维、胶片、板材、塑料瓶、 硬包装、盒子、应用部件 乳胶漆保护层、增 塑剂、粘结剂、墨 水溶剂 外用醇、药、涂料 溶剂、个人防护 品、喷雾剂、化学 中间体 包装膜、塑料包、牛奶瓶、 燃料罐、油桶、绝缘体、 盖、管材、涂覆层、房屋材 料、玩具 共享用单体(LLDPE)、合成润滑油 化学中间体、洗涤剂、纸和织物定 型剂、后处理剂、蜡替代品、油田 化学品、脱模、增塑剂、皮革处理 非离子表面活性剂 熏蒸剂 杀菌剂 药 乳胶漆 洗涤剂、水泥添加 剂、化妆品、阻腐 蚀、照相化学品、 灭藻剂

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乙烯工业是石油化工的“龙头” 和发展标志。 防冻剂 刹车油
聚丙烯 2-乙基乙醇 异丙醇 异丙苯 聚乙烯 α-烯烃 乙醇胺 环氧乙烷 乙二醇 丁醇 醋酸丁酯 丁醇 乙醛 丁醛 醋酸纤维素 醋酸酯
地毯 刷子 地毯衬里 软管带 狭条 玩具 无纺纤维 胶片 板材 塑料瓶 硬包装 盒子 应用部件 乳胶漆保护层 增塑剂 粘结剂 墨水溶剂 油 芳香油 药物 萃取溶剂 塑料 织物 皮革溶剂 涂覆纸 服饰 地毯 织物 帘布 雨篷和毯子 家具 印刷滚筒 话筒网屏 电池隔板 管子和配件 玩具 应用零件 家具 商务机 电话 包装 包箱 汽车零件
醋酸丁酯 丁腈橡胶 丙烯酸纤维 ABS AS 己二酸

油、芳香油、药 物、萃取溶剂、塑 料、织物、皮革溶 剂、涂覆纸

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我国乙烯产能 1430万吨,居世界第二,但自给率仅有
40%。迫切需要发展有竞争力的乙烯工业。
丙烯酸纤维 苯 二甲苯 甲苯 丁腈橡胶 丙烯腈 丙烯
外用醇 药 涂料溶剂 个人防护品 喷雾剂 化学中间体 包装膜、塑料包、牛奶瓶、燃 料罐、油桶、绝缘体、盖、管 材、涂覆层、房屋材料、玩具 共享用单体(LLDPE)、合成润滑油 化学中间体、洗涤剂、纸和织物定型 剂、后处理剂、蜡替代品、油田化学 品、脱模、增塑剂、皮革处理 非离子表面活性剂 熏蒸剂 杀菌剂 药 乳胶漆 洗涤剂 水泥添加剂 化妆品 阻腐蚀 照相化学品 灭藻剂
聚丙烯 2-乙基乙醇 异丙醇 异丙苯 聚乙烯 α-烯烃 乙醇胺 环氧乙烷 乙二醇

聚酯纤维和树脂 乳胶漆 墨水添加剂 水力(系统用)液体 溶剂 化学中间体 烟用过滤嘴 塑料 腊克(漆) 纤维(服饰、家用、 无纺、织物)
防冻剂 刹车油 聚酯纤维和树脂 乳胶漆 墨水添加剂 水力(系统用)液体 溶剂 化学中间体 烟用过滤嘴 塑料 腊克(漆) 纤维(服饰、家 用、无纺、织物) 溶剂(涂料、塑 料、通用)
乙醛 丁醇 苯 二甲苯 甲苯 醋酸纤维素 丙烯

服饰、地毯、织物 帘布、雨篷和毯 子、家具、印刷滚 筒、话筒网屏、电 池隔板

丁醇

丁醛

丙烯腈

煤 天然气 石油

醋酸

醋酐

醋酸酯

乙烯

乙醇

己二腈

甲烷

丁烷 丁烯

丁二烯 二氯乙烯 乙苯

醋酸乙烯

氯乙酸

管子和配件、玩 具、家具、商务 机、电话 包装、包 箱、汽车零件 汽车和家具零件、 常用药、工业零 件、包和容器、应 用、家具 服饰 市内装潢 地 毯 轮胎帘线 带子 绳、降落伞和渔线 座位安全带 聚氨酯成型 复合玻璃纤维 食品 烟熏剂 化学中间体 表面活性剂 洗涤剂

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约有75%化工产品 预计到2020年我国将新建 6~8 套百万吨级乙烯工程,
聚氯乙烯 丙二醇 聚乙烯醇

煤 天然气 石油

醋酸

醋酐

阿司匹林 香料 药 化学中间体 淀粉 改性剂

汽车和家具零件 常用药 工业零件 包和容器 应用 家具 服饰 市内装潢 地毯 轮胎帘线 带子 绳 降落伞和渔线 座位安全带 聚氨酯成型 复合玻璃纤维 食品 烟熏剂 化学中间体 表面活性剂 洗涤剂

羧甲基纤维素 己二胺 尼龙66 环氧丙烷 丙烯酸 丙烯酸酯 氯乙烯 聚醋酸乙烯

化妆品 卫生间 药 用 化学原料 香料 酒精和汽油混合 燃料 口腔洗涤剂 药 掘井泥浆 洗涤剂 织物 纸张浆液

溶剂、防冻剂、保湿剂、 防腐剂、润滑剂药、软化 剂、化妆品、水力传动 液、切削油、化学中间 体、防晒油

乙烯

乙醇

溶剂(涂料、塑料、 通用)
涂料 地板抛光剂 织物 纸 水泥 陶瓷 皮革后处理剂 一次性尿布 乳胶漆、应用零件、布纹和无布纹纸 塑料溶胶和有机溶胶 、粉末涂料、垃 圾、袋瓶、硬管、盆、柔性膜和食品 包装、房子披、迭板和屋顶 织物浆液 粘接剂 纸张浆液 增稠剂 可溶包装物 无纺袋 安 全玻璃 建筑玻璃 包装和木材胶 涂料、热熔胶 粘接剂、纸绳 织物后处理剂

氯乙酸

一套百万吨乙烯需投资约 200亿元 。 来自乙烯工业生产
ABS AS 甲烷 丁烷 丁烯 丁二烯 醋酸乙烯 己二酸 己二胺 乙苯 二氯乙烯 丙烯酸 丙烯酸酯 聚醋酸乙烯 氯乙烯 聚乙烯醇 聚氯乙烯 丙二醇 尼龙66 环氧丙烷

己二腈

羧甲基纤维素

阿司匹林 香料 药 化学中间体 淀粉改 性剂 药 掘井泥浆 洗涤剂 织物 纸张浆液 化妆品 卫生间 药 用 化学原料 香料 酒精和汽油混合燃 料 口腔洗涤剂

溶剂、防冻剂、保湿 剂、防腐剂、润滑剂 药、软化剂、化妆品、 水力传动液、切削油、 化学中间体、防晒油

涂料、地板抛光 剂织物、纸、水 泥、陶瓷、皮革 后处理剂、一次 性尿布

乳胶漆、应用零件 布纹和无布纹纸、粉末涂料 塑料溶胶和有机溶胶、垃圾、 袋瓶、硬管、盆、柔性膜和食 品包装、房子披、迭板和屋顶

织物浆液 粘接剂 纸张浆液 增稠剂 可溶包装物 无纺袋 安全玻璃 建筑玻璃

包装和木材胶涂 料、热熔胶粘接 剂、纸绳、织物后 处理剂

化学工业的特点
我国乙烯工业面临的主要问题:
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现有 26 套乙烯装置“工艺包(关键技术)” 全部从国 外引进,缺乏自主创新技术;
由于缺乏优化运行技术,与国际先进水平相比,装置 能耗平均高 20% 左右、主要产品收率低 4%; 即使同类引进的乙烯装置,其运行水平亦参差不齐, 能耗差异为 13% 左右;

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产品存在结构性过剩。国内聚烯烃低端产品过剩,高 端技术及产品仍然依赖引进。

化学工业特点
资 源 +
液 气 固 固
炼制 石油 天然气/油气 煤炭 矿产资源 生物质

能 源
平台化学品 燃料 化学转化

产 品
精细化学品 日用化学品

动力/电力 精细化学品 平台化学品 日用化学品 燃料 动力/电力



种类繁多、构成复杂

加工路径多变、流程 冗长、设备种类繁杂

化学工业特点
1.装置型工业
-设备投资占产能的15~25%

2.资金密集型工业
-投资大、维修费高、流动资金占用时间长

3.技术密集型工业
-产品繁多、原料广泛、工艺技术具有多样性复杂性

4.资源和能源密集型工业
-原料成本是产品成本的主要构成,能耗为产值的15-20%。平均能耗 高于国际先进水平15%~25%。如:乙烯工业,2010年国内平均综合 能耗628千克标油/吨,国外已达500千克标油/吨。

5.高污染行业
-废水、废固、废气排放分别居全国工业排放量第1、5、4位。

6.高危险行业
-安全事故频发,有毒、腐蚀、高温高压、低温真空

化学工业特点
装置大型化
炼油单套装置千万吨级别有: ?中海油惠州炼油1200万吨/a ?大连石化 1000万吨/a 乙烯单套装置百万吨级别有: ? 天津石化 100万吨/a(乙烯裂解 装臵为国内规模最大单套装臵, 45万吨/a聚丙烯为全球规模最大 的单套装臵) ? 独山子 100万吨/a ? 镇海炼化 100万吨/a

?大连西太平洋石化 1000万吨/a
?青岛炼油化工有限公司1000万吨/a ?独山子石化公司1000万吨/a

?广西石化 1000万吨/a
?四川石化 1000万吨/a ?台湾中油股份有限公司1200万吨/a 和1500万吨/a各一套

? 茂名石化 100 万吨/a

化学工业特点
技术密集型工业-加工路径冗长、品种繁多
石油
合成气 蒸汽转化 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 氯代甲烷 乙烯 醋酸

开采
原油
乙烯
拔顶气

油气伴生气
热裂解 炼厂气
干气

乙烯下游产品

常 压 蒸 馏

重柴油
轻柴油 轻柴油 煤油

催化裂化

液化石油气 生产乙烯裂解原料

丙烯 正丁烯 异丁烯

聚氨酯树脂、表面活性剂 合成纤维、ABS树脂、增 塑剂、医药、溶剂、甘油

催化重整

苯、甲苯、二甲苯 生产乙烯裂解原料

溶剂、酚醛树脂 农药、医药等

减 压 蒸 馏

减压馏分油 加氢裂化 减压渣油

加氢减压油 正丁烷、异丁烷

生产乙烯裂解原料 顺酐、合成橡胶、抗氧剂 乙烯、丙烯、表面活性剂 甲基丙烯酸甲酯

惠州炼油厂工艺简图

焦炭 焦化 煤焦油 煤气 直接液化
间接液化

煤炭资源洁净利用过 程系统技术路线图

液化 化工

柴油 FT 柴油

汽油

车用燃油

乙烯 、 丙烯
甲醛 煤炭 气化 合成气

PE 、 PP

聚甲醛 、 甲醛树脂

异丁醇 、 异丁烯 氢气 甲醇 二甲醚 醋酸

醋酸酐 甲酸甲酯
甲酸

气化燃烧
发电

IGCC PC 电力

草酸



直接燃烧

CFBC PFBC - CC

天然气化工产业链
蒸汽转化 合成气

氨 尿素 乙酸、甲酸甲酯、醋酐、甲酸、甲醛等C1化学品 甲醇 C1~C6混合醇
人造液体燃料

氨氧化 裂解

氢氰酸 炭黑 乙炔 乙炔化学品

天 然 气

氯化、硝化、硫化 选择性氧化

甲烷的各种衍生物

甲醇、甲醛
双酚A 染料中间体 甲苯二异氰酸酯

有氧或无氧转化

芳烃

氧化偶联

苯酐 乙烯、乙烷

醋酸的部分产品树
醋(酸)酐 醋酸乙烯酯 阿司匹林 醋酸纤维素 除莠剂 羧甲基钠 纤维素 醋酸乙酯 氢硫基醋酸 调味品 香料 溶剂 聚醋酸乙烯酯 聚氯乙烯-醋酸乙烯酯 树脂 乙酰乙酸乙酯 色酚AS-G 1,3,5吡唑酮

氯醋酸

醋酸 醋酸盐

醋酸乙烯酯

双乙烯酮

乙酸(醋酸)的原料路线
1. 乙炔 2. 乙醇 3. 乙烯 水合

氧化

乙醛

氧化

氧化
氧化

乙酸

4. 丁烷
羰基化 5. 甲醇

化学工业特点
高危险行业
?化学品的危险性
易燃、易爆; 有毒、腐蚀

生产事故导致的人员伤害和财产损失
十万从业 人员事故 死亡率 我国 工矿商 贸行业 化工/石 化行业 我国安全事故造 成的直接经济损 失(2006) 占行业 GDP 3% 5%

?化学反应危险性
氧化、还原、硝化、 磺花、聚合

美 总值(亿 国 元) 2.1 4.0 2400 750

?运行过程危险性
流程复杂、高温高压、工况波动

3.9 12.4

Safety Issues in Design

化工行业是我国社会经济发展的重要支柱产业,产值1.5万

亿元,占工业总产值的12%. 近年来我国化工行业的规模、产
值和利润均以20%以上的增速发展。主要化工产品生产规模居世 界前三位。 化工生产涉及高温高压和各种化学品,设备爆炸、物料泄漏 等事故常有发生,危及人身安全,生产损失巨大,环境污染严

重。

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重大化工安全事故案例
1984年 印度 UniCarbon农药厂毒气泄漏,2万人死亡,20多万人中毒,5

万人失明,10万人终身致残。
1997年 2000年 北京东方化工厂爆炸事故,8人遇难,经济损失十多亿人民币。 科威特 Al-Ahmedhi 炼油厂爆炸事件,损失4亿美元。

2005年 美国德州BP炼油厂爆炸,15死亡,180人受伤,损失逾15亿美元。
2005年 吉林石化双苯厂爆炸事故,68人伤亡。硝基苯泄漏流入松花江, 大面积流域被污染,影响人民生活,造成重大的国际影响。

18

2003年12月23日,重庆市开县的 川东北气矿16号井发生特大井喷 事故,大量含有剧毒硫化氢的天 然气四处弥漫。243人中毒死亡, 2142人入院治疗、65000人被紧急 疏散安臵。此次灾难造成的直接 经济损失高达6400余万元。
2004年4月16日,重庆天原化工厂 冷凝管破裂,氯气罐发生爆炸, 导致氯气外泄。该厂位于人口稠 密地区,氯气的毒性较强,共造 成9人死亡,15万群众被转移。

? 2006年7月28日,江苏射阳 氟源化工厂石化车间,氟 化反应釜发生爆炸,死亡 22人,受伤29人,疏 散群众7000多人;
? 2006年6月16日,安徽盾安 化工有限公司发生爆炸, 造成至少16人死亡,2 4人受伤; ? 2006年7月9日,宁夏鑫尔特化学有限公司发生液氯泄漏事故,导 致123人中毒;

? 2007年5月11日13时28分,中国化工集团公司沧州大化TDI公司硝化 装臵发生爆炸事故,5人死亡,80人受伤,几千名群众疏散转移。

一、立项依据

生产事故导致的人员伤害和财产损失
中国
全行业10万人死亡率
工矿商贸业 化学工业
1交通运输业; 2采矿业; 3化学工业。

化工事故死亡人数
9.0
3.9 12.4

中国:2002-2007年均 美国:2001-2006年均

298人 52人

发达国家(2002年)10万人死亡率 4.0 英国 0.9 澳大利亚 2.0 德国 2.9 美国 4.2 日本 4.5

我国2006年

工矿商贸行业安全事故损失2400亿元,占行业GDP的3%。
其中石油化工安全事故损失 750亿元,占行业GDP的5%。
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化学工业生产安全问题的特征:
? 化工生产涉及大量易燃易爆化学;

? 大多化工原料和产品具有毒性和污染性;
? 化工生产过程和装臵多处于高温高压; ? 许多化工反应过程是强放热、非线性的。 ? 化工生产安全特性与过程装臵的基础设计密切相关。

Four Phases of Emergency Management!
? ? ? ? Prevention Preparedness Response Recovery

Role of the Chemical Engineer “As the professional with the best knowledge of the risks of a chemical operation, the chemical engineer has a responsibility to communicate those risks to employers, employees, clients, and the public”

一、立项依据
国家中长期科技发展规划纲要(2006-2020) 安全领域的优先主题
重点研究开发燃烧、爆炸、毒物泄漏等重大工业事故防控与救援技术。

? 安全生产的洋葱模型 ? 多层次的保护措施 ? 应急救援属于外围层次; ? 事故防控处于核心层次;

过程设计处于模型中心 是安全生产的基础环节
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化工过程全生命周期的安全问题 根本解决安全 问题,必须从 过程设计入手
过 程 设 计
储存和 使用

运行

生产

运输

本质安全过程

? 从源头上来预防事故
– 强化 – 代替

– 缓和
– 简化 – 柔性
赋予过程在本质上具有维持其稳定运行及减少事故发生的特征

Inherently Safe Design

认清管理对象

辨识危险

风险评估

牢记预防为主,迈向本质安全
或者消除危险 或者寻找替代物

或者遏制(控制)

或者自我保护

中石化青岛东黄输油管道泄漏爆炸事故
? 人员伤亡:共造成62人死亡,136人受伤。 ? 经济损失:7.5亿 ? 48名责任人纪律处分,15名责任人追究法律责任

抢修现场共有中石 化施工人员21人。 其中,除1人站位较 远外,17人遇难,3 人受伤。

化学工业特点
我国化学工业存在的问题: 1.产业结构:轻重比例

2.技术落后,设备陈旧
3.投资效益差,重复建设多

4.管理水平低
5.污染严重 6.安全水平低

工厂的定位、选址和布局
?工厂应避免定位在下列地区:

(1)震断层地区和基本烈度9度以上的地震区; (2)厚度较大的III级自重湿陷性黄土地区; (3)易遭受洪水、泥石流、滑坡等危害的山区; (4)有开采价值的矿藏地区; (5)对机场、电台等使用有影响的地区; (6)国家规定的历史文物、生物保护和风景游览地区; (7)城镇等人口密集的地区。 需注意的是,工厂定位除考虑以上因素外,考虑的更多 的是经济问题。

工厂的定位、选址和布局
三、工厂选址的安全问题
?隔开距离,把厂址选择在一个孤立地区。如果客观条件不允许,可以 依据主导风,把工厂置于社区的下风区。 ?工厂的高建、构筑物要留有一定的间距,防止物体砸伤行人、汽车司 乘人员或临近的设施。 ?工厂产生的废液要经处理后排放。 ?工厂的出入口要格外小心,避免严重的交通事故,或车辆离开高速公 路冲入工厂。 ?临近有释放毒性或易燃气体的工厂,则建在其上风侧。 ?保证有充足的水源。最好附近有河流、湖泊,至少保证有消防管网。 ?地形方面,厂区内不应有低洼地,否则会形成毒性或易燃蒸气或液体 的积聚。

工厂的定位、选址和布局
四、工厂布局的安全问题
?工厂布局的基本任务是结合厂区的内外条件确定 生产过程中各种机器设备的空间位置.获得最合理 的物料和人员的流动路线。 ?化工厂布局普遍采用留有一定间距的区块化的 方 法。工厂厂区一般可划分为以下六个区块:工艺装 置区;罐区;公用设施 区;运输装卸区;辅助生 产区;管理区。对各个区块的安全要求如下。

工厂的定位、选址和布局


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