年产31万吨聚丙烯合成工艺设计——可行性研究报告.doc
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武汉工程大学本科专业课程设计
课程设计说明书
武汉工程大学
I
化工与制药学院
课程设计说明书
课题名称年产31万吨聚丙烯合成工艺设计
——可行性研究报告
专业班级工业催化01班
学生学号1006160129
学生姓名张琦
学生成绩
指导教师杨小俊
课题工作时间2013.9.23~2013.10.6
武汉工程大学化工与制药学院
摘要
本次课程设计是年产31万吨聚丙烯合成工艺设计。
首先通过对聚丙烯国内外市场发展现状与趋势，预测未来国内外市场聚丙烯的供需状况。
着重对国内近期聚丙烯发展现状与趋势以及消费结构等进行分析。
对国内市场未来几年的需求进行了预测，并对未来几年的扩能情况进行了分析。
接着通过对比不同工艺及相关条件的优缺点，选用了间歇液相本体法工艺。
然后从经济投资、环境保护、项目经济效益等方面对该工艺进行了可行性分析。
最后按照所设计的工艺绘制带控制点的工艺流程图和厂房平面布置图，并完成课程设计说明书。
关键词：
聚丙烯；间歇液相本体法工艺；发展现状与趋势；可行性。
Abstract
Thedesignisanannualoutputof310000tonsofpolypropylenesyntheticprocessdesign.Firstly,byanalyzingthecurrentdevelopmentandtendencyofpolypropyleneindustry,bothdomesticandinternationalsituationofsupplyanddemandarepredicted.Theanalysisofcurrentdevelopment,tendencyandconsumptionstructureofpolypropyleneindustryinChinaisemphasized.Atthesametime，thefuturedemandindomesticmarketispredictedandproductionexpansionabilityinthecomingyearsisanalyzed.Bycomparingtheadvantagesanddisadvantagesofdifferentprocessingtechniquesandattachedconditions,theprocessofbatchliquidphasebulkwaschosenforthisdesign.Thenafeasibilityanalysisofthedesignontheaspectsofeconomicinvestment,environmentalprotectionandeconomicbenefitsismade.Finally,drawingprocessflowsheetwithcontrolpointsandworkshoplayoutdrawingaccordingtotheprocessdesign,andcompletethedesign specification.
Keywords：
polypropylene;theprocessofbatchliquidphasebulk;currentdevelopmentandtendency;feasibility.
目录
第一章前言 1
第二章聚丙烯市场与产业结构分析 2
2.1世界聚丙烯产业发展现状与趋势 2
2.1.1世界聚丙烯生产概况 2
2.1.2世界聚丙烯消费结构概况 4
2.1.3世界聚丙烯产业特点结构 9
2.2我国聚丙烯产业发展概况、现状与趋势 9
2.2.1目前我国聚丙烯工业发展主要特点 10
2.2.2国聚丙烯产业现状 11
2.3我国聚丙烯市场结构分析 14
2.3.1我国聚丙烯市场供需状况 14
2.3.2国内聚丙烯市场供求分析与预测 15
2.3.3国内聚丙烯扩能及产能分布情况 16
2.3.4各地区供需不平衡 17
2.3.5我国聚丙烯市场主要特点 17
2.3.6影响我国聚丙烯市场发展趋势的主要因素 17
2.3.7我国聚丙烯市场的发展预测 19
2.4我国聚丙烯产品消费分析及消费结构预测 19
2.4.1国内聚丙烯消费量 19
2.4.2终端产品对聚丙烯的需求 20
2.4.3消费结构变化趋势 21
2.4.4消费结构变化特点 22
第三章生产规模及工艺方案的选比 24
3.1规模的确定 24
3.2工艺方案的选比 24
3.2.1气相法工艺 24
3.2.2本体法工艺 29
3.3工艺选择方案 30
第四章经济投资可行性研究 31
4.1成本分析 31
4.1.1 人员工资估算 31
4.1.2 制造费用 31
4.1.3 管理费 32
4.1.4 财务费 32
4.1.5 销售费 32
4.2现金流量 32
第五章环境保护评价 34
5.1PP装置设计标准及设计原则 34
5.1.1PP装置设计执行的环境法规与标准 34
5.1.2设计原则 34
5.2主要污染源、污染物排放及处理措施 34
5.3结论 35
第六章资金规划 36
6.1主要工程的投资 36
6.2辅助配套工程的投资 37
6.3生产流动资金的估算 39
6.4资金来源、筹措方式及贷款的偿付方式 39
第七章项目经济效果评价 42
7.1生产成本及销售收益的估算 42
7.2财务盈利能力分析 43
7.2.1 静态指标 43
7.2.2 动态指标 44
7.3敏感性分析 44
7.4财务分析小结 45
7.5社会效益评价 45
7.5.1 对国家和当地科技进步的影响 45
7.5.2 对国家和当地经济的影响 45
7.5.3对当地环境的影响 45
7.6风险控制分析 46
7.6.1 政策风险分析 46
7.6.2 技术开发风险分析 46
7.6.3 经营管理风险分析 46
7.6.4 市场开拓风险分析 46
7.6.5 生产风险分析 46
7.6.6 财务风险分析 46
7.6.7 投资风险分析 47
7.6.8 对公司关键人员依赖的风险分析 47
7.6.9其他风险分析 47
7.7评价的结论和建议 47
小结 49
参考文献 50
致谢 51
IV
第一章前言
聚丙烯产品具有生产成本低、密度小、综合力学性能好、易加工、热变形温度高等特点，具有良好的化学稳定性和电绝缘性，在汽车、家电、家具、化学工业品、包装和运输材料等领域应用广泛。
近十年来，我国聚丙烯消费量以年均17.59％的速度增长，大大超过了世界平均增长水平。
近年来由于聚丙烯树脂共聚、共混、填充、增强、拉伸、发泡、交联和添加剂等改性技术迅速发展，聚丙烯的用途日趋广泛，应用领域不断扩大，消费量的增长相当迅猛。
目前我国的聚丙烯生产能力约619.7万吨/年，产量还远不能满足国内市场的需要，每年都需要大量进口。
预计今年底我国聚丙烯生产能力将达到683.2万吨，而国内聚丙烯需求为907万吨，需求缺口自然很大，因此我国的聚丙烯工业将具有广阔的发展前景[1]。
从另一方面看，虽然我国的聚丙烯工业发展速度较快，但一些专用料和高端市场一直被进口料所垄断，这些表明我国的聚丙烯工业无论是在装置规模、工艺技术、产品质量，还是产品结构上都与发达国家有较大的差距。
随着经济全球化的发展，必将建立更加开放的市场和公平竞争的环境，国外聚丙烯产品将进一步冲击国内市场，面对严峻的挑战，国内聚丙烯行业必须认清形势，不断进步，提高自身的竞争力，以适应日趋激烈的市场竞争。
第二章聚丙烯市场与产业结构分析
2.1世界聚丙烯产业发展现状与趋势
进入21世纪后，世界聚丙烯工业一直保持稳定地增长态势，2005年世界聚丙烯生产能力达4480万吨/年，较2004年增加了273万吨/年，同比增长约6.5％；需求达到4016万吨，较2004年增加了231万吨，同比增长约6.1％。
世界聚丙烯装置开工率一直维持在90％左右[2]。
2008年的美国金融危机迅速波及全球金融市场后，并迅速从虚拟经济向实体经济蔓延。
在美国金融危机影响下，全球金融市场剧烈震荡，全球各大股市大幅下挫，化工行业也深受其害。
从2008年下半年开始主要经济体经济也快速下滑，世界经济衰退迹象明显。
化工行业发展缓慢，聚丙烯产品更是在劫难逃。
据统计，2008年全球聚丙烯消费量为4550万吨，比2007年减少了140万吨。
2009—2010年全球各大经济体，相继出台一系列刺激经济政策推进经济复苏。
全球贸易和工业生产表现出回暖迹象。
特别是中国经济的快速走强，给全世界打了一针兴奋剂。
在此影响下，2010年世界聚丙烯消费量增加到5500万吨，比2008年增加20％。
2.1.1世界聚丙烯生产概况
聚丙烯（PP）自1957年实现工业化以来，很快成为五大通用树脂中历史最短却发展最快的品种。
其工艺简单、原料来源丰富，产品透明度高、无毒、密度小、易加工，具有韧性、挠曲性、耐化学品性、电绝缘性好的特点，而且易于进行共聚，共混、填充、增强改性及合金化等。
在世界通用树脂中，聚丙烯已超过聚氯乙烯成为仅次于聚乙烯的第二大品种。
2004年全球PP的生产能力达到约4207万吨/年，比2003年净增约180万吨/年，同比增长4.4％。
世界PP产能主要集中在亚太、西欧和北美。
其中，亚太产能1630万吨/年，同比增长4.6％，约占世界总产能的39％；西欧990万吨/年，同比增长1.9％，约占全球总量的23％；北美产能870万吨/年，同比增长0.7％，约占全球总产能的21％。
以上三地产能之和约占全球总产能的83％。
2004年中东地区产能大幅增长，达至213.8万吨/年，净增67万吨/年，增幅高达46％，约占世界总产能的5％[3]。
2004年全球PP产量3820万吨，同比增长3.6％。
世界最大的产地为亚太，产量为1500万吨，同比增长6.0％，占全球总产量的39.3％；其次是西欧和北美，产量分别为910万吨和860万吨，同比增长6.2％和9.3％，分别占全球总产量的23.8％和22.5％，北美增幅由上年的负增长转为正增长中东PP产量为158万吨，约占全球总产量的4.1％，但其增长率高达11.8％，为全球之最。
表2.12004年全球聚丙烯产量分布
地区
亚太
西欧
北美
中东
其他
分布％
39
24
23
4
10
2005年世界聚丙烯生产能力为4480万吨，年，同比增长约6.5％；需求为4016万吨，同比增长约6.1％。
预计2006年世界聚丙烯生产能力将达到4679万吨/年，较2005年增加了199万吨/年，而同年需求则为4220万吨，较2005年增加了204万吨[4]。
表2.2世界各地区近年来聚丙烯产能分布
单位:
万吨/年
地区
2002年
2003年
2004年
东北亚
1070
1100
1140
西欧
920
940
990
北美
870
880
870
中东
170
175
214
东南亚
370
370
370
南美
180
200
220
印度次大陆
160
170
170
中欧
80
100
100
非洲
60
60
60
前苏联
40
50
50
世界前l0位聚丙烯生产商其产能约占全球总产能46％（排名变化情况见表2.3）。
据巴塞尔公司预计，20l0年全球PP年均需求将增长约8.0％，生产能力将达到约5400万吨[5]。
亚洲（不包括日本）将是增长速度最快的地区，年均增长将达到约9.5％，其次是美洲，年均增长率将达到约8.4％,其后依次为中东7.9％，东欧6.9％，非洲6.5％，北美5.8％，西欧5.4％，日本2.4％。
中国将是需求增长最快的国家,年均增长率将达到约10％。
预计中国需求量将从2004年的710万吨至2010年的约1260万吨，而国内产量将从约470万吨至约750万吨，因此中国必然成为进EIPP较多的国家，也是世界上最重要的PP消费国家[6]。
表2.3世界前l0位聚丙烯生产商捧名变化情况[7]
排序
2004年
产能
排序
2007年
产能
1
巴塞尔
446
1
巴塞尔
510
2
BP
270
2
BP
294
3
阿托菲纳
210
3
中石化
250
4
埃克森美孚化学
200
4
道达尔石化
250
5
萨比克
167
5
印度信任实业
210
6
北欧化工
150
6
埃克森美孚化学
200
7
印度信任实业
140
7
萨克比
202
8
陶氏化学
120
8
北欧化工
160
9
日本宝理化学
110
9
三井化学-出光
136
10
Sunoco
107.5
10
陶氏化学
120
11
日本聚丙烯
110
另据SRI咨询公司预测，至2010年全球聚丙烯总产能将达到5340万吨。
其中，中东产能所占份额将从2005年的5％提升到2010年的11％，西欧将占19％，亚洲和北美均将占18％，中国将占15％，日本将占6％，其他地区将占13％[8]。
2.1.2世界聚丙烯消费结构概况
目前世界人均聚丙烯（PP）消费量为5千克，而我国为4.5千克。
发达的北美和西欧地区人均消费PP量约为17千克，韩国最高为25千克。
2.1.2.1世界聚丙烯市场供需分析及扩能情况
2008-2012年世界聚丙烯供需分析见图2.1。
图2.12008-2012年世界聚丙烯供需情况[9]
2008年全球聚丙烯总产能为4800万吨，而需求量为4520万吨。
随着新增产能的陆续投产，预计2012年全球聚丙烯总产11.9％，能将达7100万吨，2008-2012年复合增长率高达增幅达2300万吨。
随着需求的递增预计2012年全球聚丙烯总需求量将有望至5900万吨，2008-2012年年复合增长率将在5.7％，增幅为1400万吨。
从2008-2012年全球聚丙烯产能迅速扩增来看，总扩能量将明显超过需求增量，产能过剩压力明显。
所以，届时除非有较多的装置关闭停产，否则开工率将降至80％左右的低位。
2008-2013年，新增产能将主要集中在中东地区、中国、印度和东南亚地区（表2.4）。
中东地区在此期间内新增产能达630万吨，占全球总产能增长的36％，其中沙特将是主要的扩产国。
此轮扩产后，中东地区将成为世界主要聚丙烯出口地区。
另外，由于国内销售量增加，中国和印度也是此期间主要的扩产地区，但由于国内供需缺口依然较大，中印将继续成为世界聚丙烯消费和进口的主要动力。
从近几年的统计来看，世界聚丙烯生产能力将从2008年5200万吨/年左右增加到2013年的7260万吨/年左右。
由于产能的大量扩增及需求暂未紧密跟进，2010年聚丙烯开工率基本在85％上下，在经济尚未完全恢复下以及产能的迅速扩增，预计2011年聚丙烯开工将会降至80％上下。
而对于高成本生产商而言，历史上当开工率低于85％时就会造成营业亏损，由此可以预见，装置关闭不可避免，并且未来一些项目将会被推迟或取消。
表2.4世界各主要地区2008—2013年扩能统计表[9]
地区
新增产能/万吨
中国
580
中东/非洲
498
印度
329
中/东欧
169
中/南美洲
117
亚太地区
45
日欧
16
日本
-7.8
北美
-26.3
总计
2060.9
2.1.2.2世界聚丙烯消费分析及消费结构预测
据美国化学品市场协会（CMAI）统计，2003年全球聚丙烯消费量达3540万吨，按用途分类：
注塑占37％，薄膜占21％，纤维16％，管材及型材3％，吹塑1％，其他22％。
在全球范围来看，聚丙烯的消费主要集中在注塑制品、膜片以及纤维三大类产品，北美、西欧以及亚洲地区2004年聚丙烯消费结构各不相同，如图2.2-2.4所示。
从图中可以看出，北美和西欧地区，聚丙烯消费的最大用户是注塑制品，而亚洲地区聚丙烯的最大用户则是纤维级产品。
从全球来看，聚丙烯吹塑制品目前虽然产量比较小，但呈稳定增长趋势。
图2.22004年北美地区聚丙烯消费结构
图2.32004年西欧地区聚丙烯消费结构
图2.42004年亚洲地区聚丙烯消费结构
目前世界主要聚丙烯贸易地区为亚洲、北美及西欧，从近年贸易趋势来看，亚洲地区占世界贸易总量的比例呈逐年上升状态，而北美的贸易量呈逐年下降的趋势。
亚洲已成为主要的生产区域与消费区域，成为全球聚丙烯市场竞争焦点，国际聚丙烯产能过剩将对我国聚丙烯产业造成巨大压力。
在消费结构方面，聚丙烯的主要用途是生产拉丝、注塑以及薄膜制品。
另外，纤维和管材在聚丙烯消费结构中所占的比例也较大。
图2.5世界聚丙烯消费结构预测（单位：
万吨）
由图2.5可见，2012年世界聚丙烯消费结构与2009年世界聚丙烯消费结构对比中可以看出总体变化不大，拉丝制品比例会略有下降，注塑制品和纤维的需求增长量是最大的，这是由于聚丙烯的性能优势所决定的。
由于世界经济的发展，带动了丙纶纤维尤其是高档纤维的需求的发展，同时聚丙烯膜片也有较大的市场需求。
2.1.2.3原料短缺问题将长期存在
对整个PP发展而言，原料缺乏问题倍受关注。
由于PP的需求增长率超过聚乙烯，加之很多新建蒸汽裂解装置是以乙烷为原料，因此PP的原料供应比较紧张。
这将导致丙烯价格（相对于乙烯而言）持续提高，以往丙烯与乙烯的平均价格比是0.8～0.85，现在己上升到大于1.0，至2005年2月美国现货市场更是达到1.2，这充分证明丙烯原料的短缺愈加明显。
特别是亚洲丙烯与乙烯的价格比高于其他地区。
据萨比克公司预测，到2008年世界丙烯的短缺量将达到1250万吨（不包括非裂解生产的丙烯）[10]。
丙烷脱氢（PDH）、烯烃易位和甲醇制丙烯（MrP）装置将弥补其中的440万吨，但将仍有810万吨的缺口。
有分析家称，FCC装置丙烯的供应能力将超过520万吨/年，还有报道称，FCC装置不可能供应这么多，丙烯短缺量将大于300万吨/年，这将直接影响聚丙烯的生产和需求。
2.1.3世界聚丙烯产业特点结构
世界聚丙烯产业的发展表现出以下几个特点：
（1）丙烯生产技术发展加快
传统的炼油厂副产的丙烯和乙烯裂解副产的丙烯已经不能满足丙烯需求的快速增长，随着丙烯单体及聚丙烯价格的不断上涨，专门用于生产丙烯的技术和投资开始出现，这将对聚丙烯产业的竞争格局产生重大影响．专门用于生产丙烯产品的技术主要有：
丙烷脱氢技术（PDH）、烯烃转换技术（OCT）、烯烃裂解及转化技术、催化裂解技术（DCC）、催化热裂解技术（CPP）和天然气制烯烃技术（GrrO）。
（2）聚丙烯工业趋向国际化、集团化
全球聚丙烯产业向国际化、集团化生产的方向发展，拥有资金、技术和管理实力的国际大公司，纷纷调整其全球战略，重组步伐加快，并将新增的生产能力向市场容量大、原料资源丰富、原料成本低、劳动力成本低的区域分布，特别是中东和中美洲等石油资源丰富的地区。
（3）亚太和中东地区将成为聚丙烯生产和消费的龙头
从2004年到2009年，世界聚丙烯新增产能的75％集中在中东和亚太地区，其中中东占40％，而中国的产能增长占亚太地区的50％。
从需求上看，据CMAI预测[11]，未来五年世界聚丙烯的需求增长率为6％，中国将成为世界聚丙烯的最大生产国和消费国。
（4）聚丙烯单线能力增长将会使局部地区产能过剩
目前聚丙烯的单线能力已经达到30万～40万吨/年，如此大规模装置的建成，使全球聚丙烯供过于求的情况会在局部地区和局部时间段内发生的机会增加。
2.2我国聚丙烯产业发展概况、现状与趋势
聚丙烯PP是一种通用的热塑性塑料，从组成上可以分为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯两大类：
从结构上可分为等规聚丙烯（IPP）、问规聚丙烯（SPP）和无规聚丙烯（APP）三种。
聚丙烯工业在我国起步较晚，1962年化学工业部北京化工研究院（现中国石化集团公司北京化工研究所）开始研制聚丙烯，1965年建成中试装置。
1964年兰州化学工业公司从德国吉玛公司引进年产5000吨的溶剂法聚丙烯装置，1970年投产，生产均聚产品。
1973年北京燕山石化公司与30万吨乙烯工程配套，从日本三井油化公司引进年产8万吨溶剂法聚丙烯装置，1976年投产，从此我国开始了共聚产品的生产。
到了20世纪80年代初，伴随着我国石化工业的快速发展，聚丙烯的生产能力也突飞猛进。
从1983年中石化扬子石化公司从日本三井油化公司引进14万吨/年本体法高效催化聚丙烯装置开始，我国陆续引进了十几套采用第三代高活性、高等规催化剂的PP生产工艺。
在引进成套先进技术装置的同时，我国聚丙烯行业也大力自行开发自有技术，其中以加工炼厂气为原料的间歇式液相本体聚丙烯生产技术为代表。
上世纪80年代采用此技术建成了规模0.25万～2.5万吨/年约70多套聚丙烯生产装置，总能力达56.2万吨，占当时聚丙烯产能的30％。
由于利用炼厂气为原料，工艺流程简单，装置工程建设期短，短期内受到了许多炼厂的欢迎。
在其后运行的十多年间，该工艺不断改进，产品质量也不断提高，尤其是高效催化剂的成功应用，为其技术改造创造了极为有利的条件。
但与大型装置相比，该工艺存在技术落后、产品品种少、质量差、消耗高等问题。
2.2.1目前我国聚丙烯工业发展主要特点
上世纪90年代中期以来，中国聚丙烯生产和消费快速发展，产量由1995年的107.35万吨增至2005年的523万吨，同期表观消费量由212.92万吨增至823万吨，成为全球聚丙烯生产和消费增长最快的国家。
纵观我国聚丙烯工业的发展状况，表现出以下特点。
（1）投资力度不断加大，大型装置陆续登场
高速增长的消费市场，催生聚丙烯工业投资热潮。
中国聚丙烯装置主要集中在中石化和中石油两大巨头。
中石化在2002年前后建成投产了三套20万吨级装置；中石油后来居上，其全资子公司大庆炼化于去年8月建成30万吨级装置，这是迄今国内最大聚丙烯装置，目前该公司正在规划建设第二套装置。
中石油这套世界级装置的建成，揭开了中国建设聚丙烯大型装置的序幕，预计在未来几年中，更大规模的装置将不断列入建设计划。
（2）南北两大市场快速发展，但“南重北轻”
我国聚丙烯工业在长期的发展中，主要形成了南（华东、华南）北（
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