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近日，全球首套4000噸/年CHP（過氧化氫異丙苯）法制環(huán)氧丁烷裝置在燕山石化一次開車成功，產(chǎn)出合格的高純度環(huán)氧丁烷產(chǎn)品。該裝置采用中國石化自主研發(fā)成套技術(shù)建成，進(jìn)一步拓展了中國石化在精細(xì)化工領(lǐng)域的技術(shù)版圖。裝置投產(chǎn)后將大幅提升我國環(huán)氧丁烷產(chǎn)業(yè)鏈韌性和安全水平，為我國環(huán)氧丁烷下游產(chǎn)業(yè)降成本、提質(zhì)量、拓寬應(yīng)用場景提供有力支撐。本版專題展示中國石化打造全球首套CHP法制環(huán)氧丁烷裝置的精彩實(shí)踐。

本版文圖由 王朝輝 翟仲曦 鐘劍鋒 孫麗麗 提供

技術(shù)名片

什么是環(huán)氧丁烷？

環(huán)氧丁烷又稱1,2-環(huán)氧丁烷、氧化丁烯等，是一種具有三元環(huán)結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物，是重要的化工原料，主要用于制造中間體和聚合物，如碳酸丁烯酯、1,2-丁二醇等，也可作為色譜分析的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，還可用于制造泡沫塑料、合成橡膠、非離子型表面活性劑等。

環(huán)氧丁烷有何用途？

合成環(huán)氧樹脂

廣泛應(yīng)用于建筑、航空航天、汽車、電子等行業(yè)。

制造強(qiáng)力黏合劑

廣泛應(yīng)用于木材、金屬、塑料等的黏合。

制成溶劑

廣泛應(yīng)用于油漆、涂料等領(lǐng)域。

生產(chǎn)各種塑料制品

如電纜護(hù)套、塑料袋、水管等。

生產(chǎn)醫(yī)藥和農(nóng)藥

如殺菌劑、殺蟲劑等。

國內(nèi)市場情況如何？

目前，國內(nèi)環(huán)氧丁烷生產(chǎn)企業(yè)較少，規(guī)模普遍較小，且大多采用氯醇法，產(chǎn)品國內(nèi)市場占有率不足10%。國內(nèi)市場主要依賴進(jìn)口巴斯夫（采用環(huán)氧化法）的產(chǎn)品，國產(chǎn)環(huán)氧丁烷與巴斯夫產(chǎn)品相比缺乏競爭力。我國首套4000噸/年CHP（過氧化氫異丙苯）法制環(huán)氧丁烷裝置投產(chǎn)后，將使我國環(huán)氧丁烷市場格局出現(xiàn)巨大轉(zhuǎn)變，燕山石化將成為國內(nèi)最大的環(huán)氧丁烷生產(chǎn)企業(yè)，可大幅提升我國環(huán)氧丁烷產(chǎn)業(yè)鏈韌性和安全水平，為我國環(huán)氧丁烷下游產(chǎn)業(yè)降成本、提質(zhì)量、拓寬應(yīng)用場景提供有力支撐。

企業(yè)實(shí)踐

技術(shù)開發(fā)

上海院：國際首創(chuàng)技術(shù)   取得重大突破

燕山石化4000噸/年CHP法制環(huán)氧丁烷裝置采用上海院成套技術(shù)，產(chǎn)出的環(huán)氧丁烷產(chǎn)品純度達(dá)99.97%，相關(guān)指標(biāo)優(yōu)于國內(nèi)外同類技術(shù)水平，具有工藝路線簡潔高效、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)、產(chǎn)生“三廢”少的優(yōu)點(diǎn)。

上海院從2013年開始進(jìn)行CHP法制環(huán)氧丁烷技術(shù)開發(fā)，研究人員根據(jù)丁烯、CHP和環(huán)氧丁烷的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，及環(huán)氧化反應(yīng)體系對催化劑結(jié)構(gòu)及性能的要求，根據(jù)仿生學(xué)原理，創(chuàng)制具有新型超微納米結(jié)構(gòu)的丁烯環(huán)氧化催化劑，并成功開發(fā)了CHP法催化選擇氧化丁烯生產(chǎn)環(huán)氧丁烷的新技術(shù)，于2016年11月完成中試。2017年6月，4000噸/年CHP法制環(huán)氧丁烷工藝包通過集團(tuán)公司評審，專家一致認(rèn)為：該技術(shù)屬全球首創(chuàng)，應(yīng)加快推進(jìn)工業(yè)化。該裝置的成功開車標(biāo)志著中國石化CHP法制環(huán)氧丁烷技術(shù)取得重大突破，對丁烯資源的產(chǎn)業(yè)鏈延伸和增值創(chuàng)效利用具有重要意義。下一步，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)做好裝置操作的優(yōu)化調(diào)整，進(jìn)一步做好產(chǎn)品應(yīng)用研究，拓寬產(chǎn)品下游應(yīng)用領(lǐng)域。

工程設(shè)計(jì)

上海工程：持續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)  追求最優(yōu)工藝

燕山石化4000噸/年CHP法制環(huán)氧丁烷裝置由上海工程公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，工藝包采用上海院研發(fā)的CHP法制備環(huán)氧丁烷工藝技術(shù)。

上海工程公司作為設(shè)計(jì)單位，負(fù)責(zé)從項(xiàng)目可行性研究到詳細(xì)設(shè)計(jì)的前期階段。在項(xiàng)目推進(jìn)過程中，該公司選派專家骨干投入項(xiàng)目，同時堅(jiān)決貫徹本質(zhì)安全設(shè)計(jì)要求，一方面與業(yè)主及專利商保持緊密合作，弄懂吃透工藝的每一個模塊、每一個單元的流程；另一方面配備安全專業(yè)小組，統(tǒng)一負(fù)責(zé)項(xiàng)目的安全評估。

“工藝沒有最好的，只有更優(yōu)的”。在設(shè)計(jì)和建設(shè)過程中，該公司多次開展技術(shù)評審和交流，對安全和自動控制方面持續(xù)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。在高風(fēng)險的原料緩沖單元，上海工程公司與業(yè)主單位多次研究工藝控制方案，設(shè)置多道保險規(guī)避風(fēng)險。進(jìn)入施工階段，該公司設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)搭建線上、線下保障平臺，同步提供工程技術(shù)服務(wù)，及時答疑解惑，做好施工支撐工作，推動項(xiàng)目順利中交和成功開車。

施工建設(shè)

燕華工程：高質(zhì)量高標(biāo)準(zhǔn)  完成項(xiàng)目建設(shè)

全球首套4000噸/年CHP法制環(huán)氧丁烷裝置由燕山石化改制企業(yè)——北京燕華工程建設(shè)有限公司承建。在業(yè)主方燕山石化和監(jiān)理方等單位的有效組織和協(xié)調(diào)下，燕華工程公司制定安全管理方案及管控措施，優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)、工藝管道的預(yù)制深度，高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)完成項(xiàng)目建設(shè)，工程質(zhì)量符合設(shè)計(jì)和有關(guān)技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，工程質(zhì)量評定合格率達(dá)100%，工藝管道焊接一次合格率為96.2%，施工過程安全零事故。

生產(chǎn)運(yùn)行

燕山石化：全力確保裝置一次開車成功

燕山石化擁有我國最早的苯酚丙酮生產(chǎn)裝置及丁烯資源，但苯酚和丙酮產(chǎn)品盈利能力差、抗風(fēng)險能力不強(qiáng)，整體效益不理想，且丁烯資源沒有得到高效利用。燕山石化4000噸/年CHP法制環(huán)氧丁烷裝置開車成功，在實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置的同時，可有效提升環(huán)氧丁烷的國產(chǎn)化替代率。

為確保裝置一次開車成功，燕山石化在線驗(yàn)證聯(lián)鎖運(yùn)行情況，組建最強(qiáng)開車團(tuán)隊(duì)，每日對接進(jìn)度，不斷細(xì)化完善裝置開車投料方案，實(shí)現(xiàn)裝置一次投料開車成功，產(chǎn)出合格的高純度環(huán)氧丁烷產(chǎn)品。

下一步，燕山石化將根據(jù)客戶產(chǎn)品試用情況，持續(xù)優(yōu)化裝置運(yùn)行、摸索最優(yōu)工況，做好裝置長周期運(yùn)行的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集分析工作，保障裝置平穩(wěn)高效運(yùn)行。

優(yōu)化工藝成就“全球首套”

上海工程公司員工現(xiàn)場優(yōu)化雙電磁閥聯(lián)鎖設(shè)置。

上海院研究人員進(jìn)行技術(shù)討論。

CHP法制環(huán)氧丁烷技術(shù)具有安全性高、產(chǎn)生“三廢”少等優(yōu)點(diǎn)，是一種環(huán)境友好的綠色清潔生產(chǎn)工藝，但研發(fā)過程并非一帆風(fēng)順。

首先要開發(fā)具有高活性、高選擇性及穩(wěn)定性的催化劑。含鈦介孔分子篩催化選擇氧化丁烯制環(huán)氧丁烷時，其催化活性和選擇性差，容易失活，無法滿足作為工業(yè)催化劑的要求。上海院項(xiàng)目研發(fā)負(fù)責(zé)人急得團(tuán)團(tuán)轉(zhuǎn)，但靜下心后，他通過改善介孔材料的結(jié)構(gòu)和表面特性，改進(jìn)含鈦介孔分子篩催化性能。他一心撲在實(shí)驗(yàn)室，加班加點(diǎn)把靈感付諸實(shí)踐，找到了催化劑失活的癥結(jié)，終于成功制出性能優(yōu)異的具有超微納米結(jié)構(gòu)和超疏水特性的高效丁烯環(huán)氧化催化劑。

催化劑擴(kuò)試是催化劑走向工業(yè)應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，但丁烯環(huán)氧化催化劑生產(chǎn)工藝復(fù)雜、流程長、影響因素多，稍許偏差都會導(dǎo)致催化劑性能大打折扣。在催化劑擴(kuò)試期間，科研骨干、操作人員在擴(kuò)試現(xiàn)場簡易房駐守，根據(jù)催化劑性能評價結(jié)果及時調(diào)整工藝參數(shù)。經(jīng)過3個多月的擴(kuò)試研究，終于打通全部流程，擴(kuò)試催化性能達(dá)到實(shí)驗(yàn)室研究水平，生產(chǎn)工藝得到定型，具備工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用條件。

由于市場采購環(huán)氧丁烷價格昂貴，為降低開車成本，開車團(tuán)隊(duì)決定采用正開車方案，這樣可節(jié)省近百萬元的開車墊料費(fèi)用，但同時也由于產(chǎn)品精制單元缺少足夠的產(chǎn)品運(yùn)行時間，導(dǎo)致系統(tǒng)中的殘余水分進(jìn)入環(huán)氧丁烷產(chǎn)品，使環(huán)氧丁烷的水含量較高。為此，上海院項(xiàng)目成員與車間技術(shù)、操作和分析人員全程提供工藝操作指導(dǎo)，不斷優(yōu)化操作參數(shù)，最終在短時間內(nèi)順利產(chǎn)出純度達(dá)99.97%、水含量低于50ppm的優(yōu)級環(huán)氧丁烷產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)裝置滿負(fù)荷平穩(wěn)運(yùn)行。

新聞會客廳

上海院開發(fā)設(shè)計(jì)部副主任 李木金

燕山石化科研技術(shù)部經(jīng)理 李 國

上海工程公司高級專家 楊建平

問：4000噸/年CHP法制環(huán)氧丁烷裝置開車成功對我國環(huán)氧丁烷產(chǎn)業(yè)發(fā)展有何重要意義？在國際上處于什么水平？

李木金：目前我國環(huán)氧丁烷主要依賴進(jìn)口，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)較少，規(guī)模普遍較小。從全球范圍看，目前環(huán)氧丁烷產(chǎn)能集中度較高，主要來源于少數(shù)國外廠商，產(chǎn)品銷售由其壟斷，市場價格偏高。

現(xiàn)階段，國內(nèi)廠家環(huán)氧丁烷生產(chǎn)工藝仍以氯醇法工藝為主，先采用次氯酸使丁烯-1氯醇化，然后環(huán)氧化得到環(huán)氧丁烷產(chǎn)品。氯醇法工藝環(huán)境污染嚴(yán)重，在安全環(huán)保日趨嚴(yán)格、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整的背景下，對氯醇法工藝限制加大，環(huán)氧丁烷生產(chǎn)企業(yè)必將迎來轉(zhuǎn)型升級。開發(fā)一體化、環(huán)境友好的環(huán)氧丁烷生產(chǎn)技術(shù)是國內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)的重點(diǎn)發(fā)展方向，也是打破國外壟斷、實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新的迫切需求。

目前，國際上尚無CHP法制環(huán)氧丁烷工業(yè)生產(chǎn)裝置的報道。對比其他技術(shù)，該技術(shù)在收率、環(huán)保、投資效益等方面處于世界領(lǐng)先水平。

問：CHP法制環(huán)氧丁烷技術(shù)與其他技術(shù)相比，有哪些優(yōu)點(diǎn)？

李木金：燕山石化4000噸/年環(huán)氧丁烷裝置是全球首套采用CHP法制環(huán)氧丁烷技術(shù)的工業(yè)化裝置，該技術(shù)以CHP和丁烯為原料，丁烯環(huán)氧化得到環(huán)氧丁烷產(chǎn)品，CHP還原得到α,α-二甲基芐醇，環(huán)氧丁烷和α,α-二甲基芐醇可分別作為高附加值產(chǎn)品進(jìn)行銷售。

與氯醇法生產(chǎn)技術(shù)相比，CHP法制環(huán)氧丁烷技術(shù)具有安全性高、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)、產(chǎn)品純度高、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

此外，該技術(shù)與其他二甲基芐醇生產(chǎn)技術(shù)（硫化堿還原CHP制DMBA）相比，具有工藝流程簡單、催化劑穩(wěn)定性好且裝置投資少的優(yōu)點(diǎn)，更重要的是解決了大量含硫廢水帶來的環(huán)保成本高的問題。因此，該技術(shù)是環(huán)境友好的原子經(jīng)濟(jì)性環(huán)氧丁烷綠色合成新工藝。

問：如何保證裝置投產(chǎn)后的穩(wěn)定性和安全性？

李 國：一是抓牢裝置本質(zhì)安全。環(huán)氧丁烷項(xiàng)目生產(chǎn)運(yùn)行團(tuán)隊(duì)先期介入裝置設(shè)計(jì)與施工階段，從安全角度提出意見建議，科學(xué)設(shè)置關(guān)鍵報警指標(biāo)，采取分級報警模式，對偏離指標(biāo)的情況及時報警提醒；科學(xué)設(shè)置自動聯(lián)鎖，在線驗(yàn)證聯(lián)鎖運(yùn)行情況，確保正確響應(yīng)；設(shè)置火焰探測器、消火栓、消防炮、應(yīng)急水等，保障應(yīng)急物資充足。

二是全面統(tǒng)籌開車管理。組建由裝置主管、技術(shù)骨干、班組長、操作人員組成的開車團(tuán)隊(duì)，關(guān)鍵人員駐廠保持24小時在線，提供人力資源保障；將DCS系統(tǒng)操作與裝置現(xiàn)場操作相結(jié)合，對開車團(tuán)隊(duì)進(jìn)行精準(zhǔn)培訓(xùn)；建立廠級、裝置級、班組級三級巡檢制度，落實(shí)巡檢要求，明確責(zé)任劃分。

三是增強(qiáng)應(yīng)急處置能力。針對裝置物料特性、工藝特點(diǎn)及安全風(fēng)險評估情況，開車團(tuán)隊(duì)編制裝置應(yīng)急預(yù)案并開展“四不兩直”演練，確保應(yīng)急處置能力到位。

四是不斷優(yōu)化裝置運(yùn)行。技術(shù)方、設(shè)計(jì)單位、保運(yùn)機(jī)電儀等各方力量時刻關(guān)注裝置運(yùn)行情況，動態(tài)調(diào)整開車投料方案，保證開車過程安全環(huán)保有序。

楊建平：一是在工程設(shè)計(jì)中首先要堅(jiān)持本質(zhì)安全設(shè)計(jì)，采用先進(jìn)安全工藝。環(huán)氧丁烷裝置采用了多段串聯(lián)、段間撤熱的環(huán)氧化固定床反應(yīng)工藝及反應(yīng)器高級控制系統(tǒng)，既實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)熱的有效控制，又保證了CHP的最大程度轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)裝置的本質(zhì)安全。

二是提升數(shù)字化水平。該裝置涉及的物料多為危險化學(xué)品，尤其是反應(yīng)原料CHP容易分解，工藝上需要嚴(yán)格把控它的濃度和溫度。

三是抓實(shí)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對高風(fēng)險原料進(jìn)行緩沖處理，不斷優(yōu)化工藝控制方案，規(guī)避風(fēng)險，進(jìn)一步提高環(huán)氧丁烷裝置的安全性。