镇海炼化厂加工炼化乙烯的副产物C8馏分，年产对二甲苯36万吨初步设计说明.doc

目录目录1第一章总论71.1项目概述71.2设计依据71.3设计原则81.4 产品及原料方案81.5工艺特点91.6 建设意义9第二章 总图运输92.1设计依据92.2园区概况102.2.1地理优势102.2.2园区概况102.2.3园区交通112.3厂区总体布局概述112.3.1厂区概述112.3.2厂区布置的设计内容112.3.3工厂总平面布置122.4工厂主要区域132.4.1储罐区132.4.2生产区152.4.3辅助生产区15第三章 对二甲苯的生产工艺173.1几种对二甲苯生产工艺173.1.1 歧化及烷基转移工艺技术183.1.2 二甲苯异构化工业技术183.1.3 吸附分离工艺技术183.2 工艺选择193.3 工艺流程简述19第四章工艺流程模拟194.1流程模拟194.1.1全流程模拟工艺图194.2 c8异构化反应204.2.1 c8异构化反应模拟流程图204.2.2 c8异构化反应器214.3 反应物的精制分离234.3.1反应物精制分离的模拟流程图244.3.2 radfrac反应精馏塔24第五章 流程优化255.1脱c7塔265.1.1塔板数优化265.1.2回流比优化26第六章物料衡算和热量衡算276.1物料衡算276.1.1意义276.1.2原则和方法276.1.3主要内容286.1.4主要工艺过程物料衡算286.2热量衡算286.2.1概述286.2.2意义296.2.3原则296.2.4主要内容30第七章设备选型307.1塔设备选型及设计317.1.1塔设备选型依据317.1.2塔设备选型原则317.1.3塔设备选型的塔形和塔板类型317.2反应器选型及设计337.2.1 c8异构化反应的参数337.2.2 c8异构化反应的工艺流程337.3换热器选型及设计357.3.1换热器选型的依据和原则357.4泵选型377.4.1选型原则：387.5储罐选型与设计387.5.1设计参数387.5.2储罐设计的强度数据39第八章热量集成技术398.1能量集成概述398.2能量集成步骤398.3主要物流分析408.4换热网络分析设计408.4.1概述408.4.2换热网络集成418.4.3换热网络可行性分析41第九章 供电及电信工程429.1供电工程439.1.1供电系统设置概述439.1.2设计依据439.1.3供电说明及供电电源439.1.4变电所设计449.2电信系统设置概述469.2.1项目电讯系统469.3防雷工程479.3.1概述479.3.2设计依据479.3.3雷电的侵害方式489.3.4防雷需求分析48第十章 土建4910.1设计原则5010.2设计依据5010.3厂区自然条件5110.3.1气候特点5210.4设计范围5210.5建筑设计5210.5.1建筑物层高设计5210.5.2建筑材料5210.5.3防火防爆5210.5.4噪声控制5310.6 结构选型5310.7 基础选型5310.8 地震作用53第十一章 给水排水5411.1概述5411.2设计依据5411.3给排水系统5511.3.1给水系统设计5511.3.2排水系统设计56第十二章 管路布置5712.1设计依据5712.2管道设计基本知识5712.2.1管道分类5712.2.2管道及管件的公称压力及公称直径5812.2.3管道等级5912.3管材选择5912.3.1管材的分类5912.3.2金属管材的选用6012.4管路计算6112.4.1流速限制6112.4.2流动型态雷诺数判据6112.5管道布置设计6212.5.1化工车间管道布置设计的任务6212.5.2管道敷设种类6312.5.3车间管道布置设计基本要求6412.6管道布置图6512.6.1管道布置图的绘制6512.6.2管道及附件的常用画法66第十三章 维修6713.1 概述6813.2设计原则6813.3设备维护6813.4设备检查6813.5设备的检修6913.5.1同步检修与协同检修6913.5.2安全检修要求6913.6维修管理69第十四章 环境保护7014.1设计依据和标准7014.1.1法律法规7014.1.2参考标准7114.2工程概况7114.3 c8异构化反应装置的主要污染源和主要污染物7114.3.1废气7114.3.2废液7214.3.3废渣7214.3.4噪声7214.4三废处理措施7214.4.1废气治理7214.4.2废水治理装置生产、生活排水情况7214.4.3废液治理7214.4.4废渣处理7314.4.5噪声控制73第十五章消防设计7315.1概述7315.2设计依据7315.3项目消防设计必要性7415.4消防设计一般规定7415.5消防控制7515.6消防安全装置7515.6.1消防站7515.6.2灭火系统7615.7消防用水7615.7.1可燃液体罐区的消防用水量计算应符合下列规定：7615.7.2消防冷却水的供水范围和供水强度7715.8日常消防管理77第十六章 职业安全及卫生7816.1总述7816.2编制依据7816.3本项目生产过程危险化学品分析7916.4职业卫生8016.4.1概述8016.4.2职业中毒8016.4.3生产性粉尘8116.4.4防尘防毒的对策措施81第一章 总论1.1项目概述为镇海炼化厂加工炼化乙烯的副产物c8馏分，年产对二甲苯36万吨，提高副产物的利用，基本实现清洁生产。1.2设计依据1) 2014年“三井化学杯”第八届大学生化工设计竞赛参赛指导书； 2) 化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定(2005)3) 中华人民共和国环境保护法、中华人民共和国劳动安全法等相关的国家法律、法规；4) 中国石油化工集团公司2005咨资154号石油化工项目可行性研究报告编制规定 ；5) 对二甲苯十一五建设项目布局规划；6) 根据项目需要进行调查和收集的设计基础资料。1.3设计原则1 本着节约建设资金和实事求是的精神，编制项目投资估算；2 注意节能及节能技术的采用；3 严格执行国家的环保法规，做到“三废”治理与工程建设“三同时”。项目选址应符合占地使用规划的要求，同时具备便捷的陆路交通和方便的施工场址，并且与大气污染防治、水资源和自然生态资源保护相一致；4 执行国家有关“劳动安全卫生”规定，确保安全生产。1.4 产品及原料方案将混合碳八馏分处理以后最终可以得到主要产品对二甲苯，为项目带来巨大的附加经济效益。表1.1 主要产品出量及价格表名称年产量/（万吨/年）单价/（元/吨）总价/万元对二甲苯379500351500邻二甲苯168800140800表1.2 原料用量及费用表名称单价/（元/吨）年用量/t总价/万元c8馏分600024000001440000工艺水 81260010.81.5工艺特点本项目包括两大工艺，即c8异构化反应；产物的精制与分离。c8异构化反应：工艺经过一系列的比较和结合本厂的实际情况综合考虑之后采用c8异构化反应生产对二甲苯，其设备选用浮阀塔，由于浮阀塔的生产能力大，操作弹性大，塔板效率高，气体压强降及液面落差小，塔的造价低。产物的精制分离：由于异构化的产物中含有多种物质，因此需要对产物进行分离，以获取较纯净的对二甲苯产物。项目还引入了多种工艺以实现节能降耗的工业原则，在工艺生产中不断研究多种方式来提高物质的产量，纯度还有质量。同时秉持着环境友好的可持续发展原则，对于生产过程中的三废进行合理的处理和排放。1.6 建设意义充分利用母公司蒸汽裂解制乙烯后的c8馏分，进行对二甲苯的制备。第二章 总图运输2.1设计依据1) 化工企业总图管理规定原化工部文件2) 化工企业总图运输设计规范gb 50489-20093) 建筑设计防火规范gb50016-20064) 厂矿道理设计规范gbj22-875) 工业企业总平面设计规范gb50187-20126) 压缩机厂房建筑设计规定hg/t20673-20057) 化工管道设计规范hg/t20695-19878) 化工设备管道外防腐设计规定hg/t20670-19909) 化工工厂总图运输施工图设计文件编制深度规定hg/t20519-2009 10) 石油化工行业标准：企业厂区总平面布置设计规范sh/t 3053-200211) 石油化工企业设计防火规定gb 50160-2008 12) 化工企业安全卫生设计标准hg 20571-199513) 工厂企业厂房噪音标准gb 2348-199014) 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规定gb 50058-199215) 化工企业总图运输设计规范gb 50489-200916) 化工工厂总图运输工图设计文件编制深度规定hg/t 20561-199417) 石油化工企业设计防火规范gb 50160-20082.2园区概况本项目位于浙江省宁波经济技术开发区内，区内地势平坦，依江临海，园区依附全国最大的炼化企业-镇海炼化集成化工材料产业链，规划面积56.22平方公里，分成基础化工原料区、合成材料区、高分子加工区和精细化工区，并且园区内有全国最大的镇海液体化工码头，其年吞吐能力超过500万吨。2.2.1地理优势 宁波位于中国大陆海岸线中部，长江三角洲南翼，紧邻上海、杭州，是中国最早对外开放的沿海港口城市之一、享有省级经济管理权限，是长三角南翼贸易、物流中心，东南沿海重要工业基地。宁波化学工业区是浙江省人民政府批准建立的专业化工园区，地处长江三角洲南翼、宁波东北部，距东方深水良港北仑港24公里，拥有中国最大的液体化工码头。2.2.2园区概况 园区总规划面积56.22平方公里，按照“外向型、高起点、跨世纪”和“持续、快速、安全、健康”的发展要求，营造生产与生态平衡可持续发展的石化工业区，建成高科技产业和支柱产业相对集中的，以炼油、乙烯产业为龙头，液体化工码头为依托，以烯烃、芳烃为主要原料，发展三大合成材料，同时发展基本化工原料及深加工为特色的石油化工产业。2.2.3园区交通 园区水陆交通便捷，四通八达，329国道、世纪大道、舟山联岛大桥等贯通全区，随着铁路专用线的建设和2008年5月1日杭州湾跨海大桥的建成通车，极大拉近了宁波化工区与整个长三角洲的距离，区域优势明显。宁波化工区对于投资企业实行“一站式”服务，园区所属的镇海区设有经济发展服务中心，海关，商检，银行等职能服务部门和机构，为企业提供便捷、高效的服务。宁波化工区按照国家规定给与入区企业各项优惠政策，并结合投资企业的产业关联性和先进技术特性给予特殊的优惠。2.3厂区总体布局概述2.3.1厂区概述我厂所在的经济技术开发区盛行东南风，将贮罐及生产车间置于厂内的西北部，行政生活区位于东边，这样能大大减少厂房排出的尾气对人们生活办公的影响，为职工提供良好的生活办公环境。厂区整体布置为长方形，长320m宽为190m总面积60800，厂区西侧为总厂公路，铺设管道引入来自乙烯厂的c8原料；东侧和南面为园区公路。本厂按照生产功能分区集中布置，分为储罐区、反应区、辅助反应区、行政管理区及其他设施等。在操作、安全和环保要求条件下，依据相关规定，反应车间与c8分离车间布置于同一区域内以便于集中控制和管理。行政管理区与其他区域以绿化带及公路进行隔开，以保证安全，为职工提供货良好、适宜的生产生活条件。本设计中，厂区道路总体呈网格状，主体道路设计宽度为12m，次干道宽度为6m。2.3.2厂区布置的设计内容1 根据工业企业的生产特性，工艺要求、运输及安全卫生要求，结合各种自然条件和当地条件，合理布置全厂建、构筑物，各种设施，交通运输路线，确定它们之间的相互位置和具体的地点。 2 根据建厂场地的自然地形地物状况和总平面布置要求，合理利用和改造厂区的自然地形，协调厂区内的建、构筑物、设施、交通路线的高程关系。 3 正确选择厂内外各种运输方式，合理地组织运输系统和处理人流、货流，负责设计运输设施。 4 进行厂区的绿化及美化设计。2.3.3工厂总平面布置本厂的总平面布置，是在总体规划的基础上，从工程角度来看，工厂总平面布置应该注意满足以下要求：1 工厂总平面布置应该满足生产和运输要求； 2 工厂总平面布置应该满足安全和卫生要求；3 工厂总平面布置应考虑工厂发展的可能性和妥善处理工厂分期建设问题；4 工厂总平面布置必须贯彻节约用地的原则；5 工厂总平面布置应考虑各种自然条件和周围环境的影响； 6 工厂总平面布置应为施工安装创造有利条件；7 工艺流程顺直，物料管线短捷，尽量缩短各装置和设施之间的物料输送距离； 装置管理及控制采取相对集中的布置原则。本项目的厂区总平面布置是严格遵照所列设计规范的要求进行设计的。并且在进行化工厂总平面布置之前，分析了全厂生产流程顺序、各部分的生产特点和火灾危险性，同时考虑了厂区地形和风向，选择了合理的朝向，使人员集中的建筑物有良好的采光及自然通风条件。根据设计规范的要求，为了节约土地，提高土地利用率，需要按照功能分区集中布置。其中工艺装置，在满足生产、操作、安全和环保的要求许可时，应联合集中布置，集中控制，建筑物宜合并布置。街区需要合理划分，厂区通道宽度需要确定，街区及建筑物、构筑物的布置宜规整。生产管理及生活服务设施，宜按使用功能合理组合，设计为多功能综合性建筑。在进行总平面布置设计时需要预留发展用地，一方面可以使前期建设的项目集中、紧凑、布置合理，并与后期工程合理衔接；另一方面可以满足辅助生产设施、公用工程设施、仓储和管线铺设等相应后期配套建设。综合厂区布置的内容和总平面布置的原则以及本企业的实际生产情况以后有如下的厂区平面布置图。图2.1 全厂俯视图2.4工厂主要区域2.4.1储罐区本项目储罐区包括原料储罐，对二甲苯储罐、间二甲苯储罐等等。1 储罐区设计依据：1 石油化工立式圆筒钢制焊接储罐设计规范sh 3046-19922 立式圆筒钢制焊接油罐施工安全及验收规范gbj 128-19903 立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范gb 50341-20034 钢制焊接常压容器nbt 47003.1-20095 石油化工钢制设备抗震设计规范gb 50761-20122 储罐区布置要求： 罐区应按照物料性质、隶属关系、操作和物料输送条件，分别布置为原料罐区和产品罐区（对二甲苯、邻二甲苯储罐区），其位置应满足工艺生产、储运装卸和安全防护要求，同时应留有必要的发展用地（罐区附近环保绿林可以改造为发展用地）。本厂设计中，原料储罐、产品储罐区（对二甲苯罐区，邻二甲苯储罐区）分开布置，既邻近工艺装备区，又邻近装卸区，充分满足了工艺生产和储运装卸的要求。此外罐区正对东门，方便消防车的出入，达到了安全防护的要求。 设计规范要求液化烃和可燃液体的罐组宜布置在厂区边缘地带，同时应在人员集中场所和明火或散发火花地点全年最小频率风向的上风侧，并应避免布置在窝风地带。 液化烃、可燃液体罐组，不宜紧靠排洪沟布置；与罐区无关的管线、输电线均不得穿越罐区。3 本厂设置具体情况：本厂设计中，原料储罐、产品储罐区（对二甲苯、邻二甲苯储罐区）分开布置，既邻近工艺装备区，又邻近装卸区，充分满足了工艺生产和储运装卸的要求。此外罐区正对东门，方便消防车的出入，达到了安全防护的要求。储罐区根据设计规范要求，对液化烃、可燃液体和可燃气体要分布在厂的边缘区域。同时应在明火或散发火花地点的全年最小风向的上风侧，并避免布置在窝风地带。储存装置均以30天中转量为标准设计。在具有良好通风的前提下，靠近工艺生产装置区的地段内，有利于服务毗邻的对象；把装卸区也设计在罐区附近，有利于交通运输，便利快捷。可燃液体灌组宜布置在厂区边缘地带，仓库主要用于存放固体原料，应放置在临近主要用户的场所。本厂反应区西面仓库为储存酸性树脂固体催化剂仓库，其余均为储存液体及气体的球罐及立式容器。由于所有存储液体均为可燃性甲b类液体，各储罐间距设置为0.7d,大于生产布置要求的0.6d，符合gb50160相关规定。罐区均设有一定高度的防火堤进行隔离，耐火时间大于3h，减少储罐发生少量泄露事故时的污染范围，防止起火时的连锁反应。防火堤与罐组的间距0.5h。罐区地面为防爆地面，防止金属或硬物撞击产生火花。工厂主要运输由管道运输与储罐运输来完成。一方面，罐区内的产品向外隔壁厂运输主要依靠管道来承担。另一方面，大批量的运输则靠铁路储罐来完成。罐区内道路由是水泥混凝土路面板、三扎基层、路槽基底素土夯实。主要路宽12m，可供大型货车行驶。此外，罐区汽车装卸设施应该位于厂区边缘、空气流通的地段或布置在厂区外。远离人员集中的场所、明火和散发火花的地点及厂区主要人流出入口和人流较多的道路。2.4.2生产区工艺生产区宜布置在人员集中场所全年最小频率风向的上风侧，并位于散发可燃气体的储运设施全年最小频率风向的下风侧。本厂分布设计中，人员集中的场所诸如办公楼、医疗站、食堂、分析化验室、活动中心等等都位于东侧，符合本地区的风向标准。根据设计规范工艺装置要集中布置，形成装置区。本设计将分离车间与反应车间集中布置，形成一集中工艺装置功能区，并建造相关操作平台。反应合成工段分为c8混合物精馏分离工段，c8异构化工段两个。主要设备有c8混合物精馏塔，c8异构化反应器等。两个反应区间合理安排位置，反应过程复杂，设备繁多，加上产物与反应物多为易燃物质，所以要合理安排设置防火间距，避免生产过程中出现较大的火灾事故和隐患。同时还要便于储运车间的工作，减少运输动力的浪费，达到资源的最大利用。2.4.3辅助生产区辅助生产区主要包括控制室，维修中心，配电中心等设计规范规定控制室朝向高压或者有爆炸危险的生产设备区一侧的外墙，应为密闭式或控制室整体采用抗暴型结构。此外，控制室还应该避免噪音、振动以及电磁干扰较大的场所对其的干扰。本设计中，使用树木作为隔音屏障，使得控制中心与噪音较大的精馏车间隔开。辅助生产区中的公用工程站、冷冻站、变电站是正常生产的基本保证，而维修站、消防站为安全生产提供保障，用于处理机械故障和各类事故等突发情况。中心控制室进行整个工厂的总体控制。1 中心控制室中心控制室位于厂区中部，与生产区相邻，便于仪表管线的铺设。同时，中心控制室周围有绿化带，符合安全标准，且形成良好的工作环境。绿化带铺置草坪等矮小植物，保证视线不受阻碍，方便控制室实时监控。2 维修站维修站位于厂区南部，安置在上风向。由于维修站还有机修、电修、仪修等小车间，为避免相互干扰，维修站分小区布置。维修站与其西边的原料罐区之间要保证严格防火间距，以排除维修时电火花引燃原料罐区的事故隐患。维修站与生产区之间有化验室、中心控制室等隔开，比较安全。3 变电站变电站设置在厂区的南部，位于生产装置的上风向。其与行政楼之间有绿化带，既方便了高压进线和低压出线，也保证了和行政楼之间的间距，以维持行政楼的安全。变电站与其附近的维修站和消防站之间保持一定的距离，并在变电站周围设置围栏，构成独立区域。4 消防站消防站位于厂区中部，紧邻厂区主干道，与生产区和储罐区距离都较近，一旦生产区和储罐区发生火灾，消防车辆可以方便迅速地到达现场。5 化验室化验室置于中心控制室旁，与储罐区和生产区相邻，方便取样管线的铺设。同时在化验室周围有绿化带，其中种植草坪或灌木，以保证安全，美化环境。化验室的主要任务是利用各种分析化验手段，对总厂的c8原料进行取样分析化验，以保证其能用于反应。对本厂生产的对二甲苯进行取样分析化验，以保证产品质量，达到要求的产品才可出售，否则，应检查流程中各设备的异常情况。对本厂排放的三废进行取样分析化验，达到国家排放标准的才可排放，否则应进一步处理。设计规范规定总变电所应便于电线路的进出、不妨碍工厂的扩建和发展的独立地段。当采用架空输电线时，应布置在厂区边缘地带。总变电站应该布置在易泄漏、散发液化烃及较重的可燃气体、腐蚀性气体及粉尘的生产。本布置方案中，变电站位于全厂北侧边缘地带 位于可燃气体发散区、储存和装卸设施的西南侧。同时，变电站设计远离强振源，与易泄漏、散发液化烃及较重的可燃气体、腐蚀性气体及粉尘的生产、储存和装卸设施也在规定距离（60 米）之上。设计规定机修、电修车间宜集中布置在厂区的一侧、靠近人流出入口的地段，并有较方便的交通运输条件；同时应避免机修、修车间的噪音、振动对周围设施的影响。本设计中，维修中心靠近厂区东侧，为人流物流密集区域，在维修中心备有零备件仓库以提供备用零件。第三章 对二甲苯的生产工艺3.1几种对二甲苯生产工艺对二甲苯（px）是一种重要的有机化工原料，主要用于生产精对苯二甲酸（pta），进而生产聚酯。由于我国聚酯、pta产业链的大规模发展，形成了对原料px的巨大需求。如今，px的工业生产方法主要有歧化及烷基转移、二甲苯异构化、二甲苯吸附分离和二甲苯分离等方法。3.1.1 歧化及烷基转移工艺技术甲苯与c9芳烃在分子筛催化剂作用下选择性转化成苯和二甲苯。arco公司20世纪60年代开发出xylene-plus技术，该技术为非临氢转化技术，但其操作费用较高、催化剂性能不好、转化率低、选择性较差。1969年进入工业化的tatoray技术，采用绝热固定床反应器，丝光沸石催化剂，临氢操作，反应原料为甲苯和c9芳烃。该工艺具有反应器结构及反应流程简单、转化率高、选择性高等特点，而且该工艺不仅可以处理甲苯，还可以充分利用c9芳烃，最大限度地满足生产px的要求。此外还有于1988年实现工业化的甲苯选择性技术（mstdp）。3.1.2 二甲苯异构化工业技术二甲苯异构化工艺技术是以基本不含或含少量px的混合c8芳烃为原料，在催化剂作用下c8芳烃4种异构体（ox、mx、px和乙苯）之间的转化技术。反应使混合c8芳烃中的px浓度达到平衡浓度，从而提高px产量。目前国内已引进几套二甲苯异构化装置，都以生产px（或同时副产ox）为主要目的。我国已引进的二甲苯异构化技术均为贵金属催化剂的临氢异构化技术，该法采用有限的c8芳烃资源，能够获得比其他类型异构化工艺更多的px及ox。3.1.3 吸附分离工艺技术吸附分离工艺技术是从混合c8芳烃4种异构体（ox、mx、px 及乙苯）中分离出px。由于c8芳烃4种异构体化学结构相似，其物理性质尤其是沸点也接近，这给c8芳烃的分离带来困难，用通常的精密蒸馏法难以实现。专门用于二甲苯分离的工业化方法有传统的深冷结晶和选择性吸附法两种。选择性吸附方法是采用特定分子筛吸附剂和模拟移动床吸附塔对c8芳烃中的px进行选择性吸附，再用解吸剂将px从吸附剂上解吸下来，达到从c8芳烃中分离出px的目的。选择吸附法在建设费用、操作费用、原料和公用工程消耗指标以及产品质量等方面均明显优于深冷结晶法。3.2 工艺选择本项目采用在ski-100催化剂作用下c8芳烃4种异构体（ox、mx、px和乙苯）之间的转化技术合成px。3.3 工艺流程简述异构化装置反应系包括同时运行的两个系列，每一个系列包括：进出料换热器、进料加热炉、异构化反应器、反应产品空冷器、反应产品冷却器、循环氢压缩机。第四章工艺流程模拟4.1流程模拟在整个设计过程中，采用aspen plus对整个工艺流程进行了较为精准的计算过程模拟最重要的任务有三点：对各候选工艺判断是否可行；选择最为合适的工艺方案；对所选的工艺方案进行优化设计，确定最优工艺条件。4.1.1全流程模拟工艺图图4.14.2 c8异构化反应4.2.1 c8异构化反应模拟流程图图4.24.2.2 c8异构化反应器该流程的进料，为了防止c4馏分的自聚，故设定反应温度390，操作压强为1.63mpa，蒸汽分率1.000，参照文献进行模拟，模拟结果与之基本吻合。1.c8异构化反应具体操作参数：表4.12最终效果图4.2能量衡算与物料衡算图4.3反应条件4.3 反应物的精制分离4.3.1反应物精制分离的模拟流程图图4.34.3.2 radfrac反应精馏塔精馏塔主要用来把c8混合物精馏分离出对二甲苯，具有高效的经济型，radfrac反应精馏塔的最小回流比1.5，实际回流比为6.843，操作压强为0.74mpa，该塔一共46块理论塔板，异构化产物从第20块板进料。该反应塔乙苯转化为二甲苯的转化率为75%，达到平衡时二甲苯混合物中px占23.5%。1 radfrac反应精馏塔操作参数表4.42 最终分离效果图4.5第五章 流程优化模拟的最终目的是为了优化流程，以达到某方面的效益最佳，如经济效益最佳，节能效益最佳等。在建立全流程的模拟过程中已经对局部可以寻优的参数进行了寻求最优求解，这些参数包括各精馏塔的塔板数，回流比，采出率，进料板位置以及吸收塔吸收剂用量等等，下面将举例说明在建立流程时一些典型设备操作参数优化过程。5.1脱c7塔5.1.1塔板数优化脱c7塔的塔板数确定关系到分离效果，设备投资费用，以及后期建设的难易程度，因此脱c7塔的塔板数尤为重要，采用aspen plus中的sensitivity对脱c7塔的塔板数进行优化，如下图所示：图5.1当塔板数超过57块时，分离效果基本不变，考虑到操作费用以及装置的稳定性以及操作弹性，选择塔板数为60块。5.1.2回流比优化回流比确定关系到分离效果，设备投资费用，以及后期建设的难易程度，因此丁二烯一萃取塔的塔板数尤为重要，采用aspen plus中的sensitivity对丁二烯萃取塔的进料板进行优化。如下图所示：px的摩尔流率随回流比的增大而增大，因此提高回流比对生产有利，但回流比增大到一定程度，px的摩尔流率变化变缓，且过高的回流比会造成精馏塔负荷显著增加，极易引起液泛等不正常现象发生，综上所述，回流比在6-8之间较为合适，取6.8第六章物料衡算和热量衡算6.1物料衡算6.1.1意义物料衡算是工艺设计的基础，根据本厂设计项目的年产量，通过对全过程单元过程的物料衡算，可以计算出主、副产品的产量，原材料的消耗定额、生产过程中物料的损耗以及“三废”生成量；并在此基础上作能量衡算，计算出蒸汽、水、电、煤或其他燃料的消耗定额；最终可以根据这些计算确定所生成产品的技术经济指标。同时根据衡算所得的各单元设备的物流量及其组成、能量负荷及其等级，对生产指标和辅助设备进行选型和设计，从而对过程所需设备的投资及其项目可行性进行估价。6.1.2原则和方法物料衡算依据的原则是质量守恒定律。对一般的体系而言，物料分布均可表示为：(物料的累积率)=(物料进入率)-(物料流出率)+(反应生成率)-(反应消耗率) 当系统没有化学反应时，则为：(物料的累积率)=(物料进入率)-(物料流出率) 在稳定状态下：(物料进入率）=(物料流出率)6.1.3主要内容表6.1 物料衡算主内容表类别物料衡算形式无化学反应 有化学反应 总衡算式总质量衡算式适用适用总物质的量衡算式适用不适用组分衡算式组分质量衡算式适用不适用组分物质的量衡算式适用不适用元素原子衡算式元素原子质量衡算式适用适用元素原子物质的量衡算式适用适用6.1.4主要工艺过程物料衡算本工艺的物料衡算是经由aspen7.2仿真模拟得到的，项目共分为两个大的工艺部分，分别是c8异构化工艺，反应物精制分离工艺。c8异构化工艺主要涉及c8混合物异构化反应器的物料衡算，反应物精制分离工艺主要涉及脱庚烷塔、白土塔的物料衡算其具体的模拟流程图和物料衡算表详见附录第一章。6.2热量衡算6.2.1概述本厂在已确定化学生产工艺和流程后，由定性阶段转向定量阶段，通过对整个生产系统，生产车间，以及部分重要的生产单元进行能量衡算，在全工艺段中伴随着物料从一个体系或单元进入另一个体系或单元，在发生质量传递的同时也伴着能量的消耗、释放和转化。其中的能量变换数量关系可以从能量衡算求得，对于新设计的车间，可以由此确定设备的热负荷。再根据设备的热负荷大小、所处理物料的性质及工艺要求选择恰当的设备。总之，通过下述能量衡算，可以为后续设计工作中提高热量的利用率，降低能耗提供主要依据。6.2.2意义在化工生产中，有些过程需消耗巨大的能量，如蒸发、干燥、蒸馏等；而另一些过程则可释放大量能量，如燃烧、放热化学反应过程等。为了使生产保持在适宜的工艺条件下进行，必须掌握物料带入或带出体系的能量，控制能量的供给速率和放热速率。为此，需要对各生产体系进行能量衡算。能量衡算对于生产工艺条件的确定、设备的设计是不可缺少的一种化工基本计算。化工生产的能量消耗很大，能量消耗费用是化工产品的主要成本之一。衡量化工产品能量消耗水平的指标是能耗，即制造单位质量（或单位体积）产品的能量消耗费用。能耗也是衡量化工生产技术水平的主要指标之一。而能量衡算可为提高能量的利用率，降低能耗提供主要依据。通过能量衡算，可确定整个工艺系统的能耗是否符合设计合同的要求。6.2.3原则工程依据化工设计中关于热量衡算的基本思想和要求，遵循基本规范与实际工艺相结合的原则，进行热量衡算书的编制。其中一个主要依据是能量平衡方程： qit =qout +ql其中 qit 表示输入设备热量的总和 ；qot表示输出设备热量的总和 ；ql表示损失热量的总和。对于连续系统：q + w = out - in其中 q 设备的热荷。 w 输入系统的机械能 。 ou t 离开设备的各物料焓之和 。 in 进入设备的各物料焓之和 。6.2.4主要内容1 确定工艺单元中物料输送设备的功率，以便选型参考； 2 确定个单元操作所需的热量或冷量，以便计算换热设备的尺寸，3 确定加热剂和冷却剂的消耗量，为后续设计提供条件； 4 通过热量衡算，提高热量集成度，充分利用余热，提高能量利用率； 5 根据热量消耗和所需费用优化工艺。本工艺的热量衡算是经由aspen7.2仿真模拟得到的，项目共分为两个大的工艺部分，分别是c8异构化工艺，反应物精制分离工艺。c8异构化工艺主要涉及c8混合物异构化反应器的热量衡算，反应物精制分离工艺主要涉及脱庚烷塔的热量衡算。同时反应中运用了大量的换热器，对其具体的热量衡算有极大的生产意义，对于整个项目的提高总体效益的目标有极大的指导意义和理论依据。以上工段的具体的模拟流程图和热量衡算表详见附录第二章。 第七章设备选型7.1塔设备选型及设计7.1.1塔设备选型依据1） 石油化工塔型设备设计规范sh 3030-2009 2）化工设备设计全书塔设备2004isbn 7-5025-4906-43）建筑抗震设计规范gb50011-20104）建筑结构载荷规范gb5009-20125）钢制化工容器制造技术要求hgt 20584-20116）钢制化工容器强度计算规定hgt 20582-20117）钢制化工容器结构设计规定20583-20117.1.2塔设备选型原则1 气液两相充分接触，相际传热面积大 ； 2 生产能力大，即气液相处理能力大 ； 3 操作稳定，操作弹性大 ； 4 流体流动阻力小，流体通过塔设备的压降小 ； 5 结构简单，耗用材料少，制造与安装容易 ； 6 耐腐蚀和不易堵塞 。7.1.3塔设备选型的塔形和塔板类型目前工艺上所用的塔设备主要分为板式塔和填料塔，其具体的优缺点对比如下表所示：表7.1 板式塔和填料塔比较表项目塔型板式塔填料塔塔径一般推荐使用于塔径大于800mm 的大塔适宜于大小塔径的塔，对大塔要解决液体再分布问题压力降压力降一般比填料塔大压力降小，较适用于要求压力降小的场合空塔气速（生产能力）空塔气速大空塔气速小塔效率效率较稳定，大塔板效率比小塔有所提高塔径 1.5m 以下的效率高塔径增大，效率通常会下降液气比适应范围大对液体喷淋量有一定要求持液量较大较小材质要求一般用金属材料可用非金属耐腐蚀材料安装维修较容易较困难造价直径大时一般比填料塔造价低800mm 以下，一般造价比板式塔便宜，直径增大，造价增加重量较轻重结论综合经济因素和工艺需求，本项目拟定用填料塔塔型选好之后就要考虑选用什么样的塔板来进行填充了，目前市场上大量供应的塔板有浮阀塔，泡罩塔，舌型塔，筛板塔等，下表将列出各类塔板的优缺点进行比较和选择。表7.2各种塔板比较表塔板型式优缺点筛板塔结构简单、性能良好、造价低的板型，但它的操作弹性较小，操作不稳定，不能适用于 负荷较大的工况；且气速较高时垂直，向上的气流以喷溅或拽带的方式把液沫带至上 一 层塔板，雾沫夹带激增，返混增大，影响 板效率。泡罩塔气液传质设备应用最早的塔板形式之一，在 工业蒸馏塔中占绝大多数，操作弹性较大，塔板效率较高，不易堵塞，适应于多种介质，操作稳定可靠。但是它通量不大，结构复 杂 ，造价高，安装维修较困难 。浮阀塔兼备筛板塔和泡罩塔优点的新塔型，操作弹 性大，分离效率高，处理能力大，压降小使用周期长，结构简单，造价低廉。结论综上所述，结合实际生产情况和费用维修等多方因素，本工艺暂拟定用浮阀塔来进行生产。本工艺主要塔设备有两个，分别是反应器，精馏塔。其具体的工艺设备计算详见附件中的塔设备计算文档，附录中仅以精馏塔进行流体计算和强度计算，经演算得出的结论与用kg tower 软件模拟出来的结果没有较大的偏差。故而塔设备的各项设计参数均可用软件模拟计算，其结果可信度较高。7.2反应器选型及设计7.2.1 c8异构化反应的参数c8异构化反应中设定反应温度390，操作压强为1.63mpa，蒸汽分率1.000，参照文献进行模拟，模拟结果与之基本吻合。表7.3 c8异构化反应化学反应方程式催化剂反应热 该反应是一个强放热反应反应条件390、1.63mpa对二甲苯的选择性反应相态气固相接触催化反应总转化率7.2.2 c8异构化反应的工艺流程c8异构化反应可使用固定床反应器或流化床反应器，根据本项目的生产特点和工艺需求以及经济效益综合来看，本工艺选用流化床反应器，下表是固定床反应器和流化床反应器的各种优缺点的比较。表7.4 固定床反应器和流化床反应器的比较表反应器类型优点缺点备注流化床采用的催化剂颗粒直径小，有很大的比表面积，传质容易，内扩散可以忽略。流体通过床层是接近全混流。容易产生沟流和节涌，颗粒在床内运动激烈，返混严重且对颗粒的强度要求较高，颗粒在床内被气流带出的损失较大，催化剂易磨损，稳定性不高，短时间就需要再生一次。所用催化剂是ski-100。对产物的选择性主要是px。固定床催化剂不易磨损且可以长期使用，床层内流体的流动接近于平推流，可用较少的催化剂和较小容积的反应器获得较大的生产能力，反应速率较快，转化率，选择性高。传热较差和控制温度难度大。所用催化剂是ski-100。总结固定床和流化床相比较各有优劣，固定床催化剂放大较之容易，不易磨损且使用寿命长，同时结合工艺的选择性主要是px，所以选择固定床作为本工艺反应器。对异构化反应运用aspen 7.2进行仿真模拟得到流程图如下 其具体的物料衡算和物流数据详见附录第四章第二节的反应器设计。7.3换热器选型及设计7.3.1换热器选型的依据和原则利用aspen plus对所设计的工段进行模拟，得到各工段物料组分，流量，温度压力等特性，并利用aspen energy analyzer软件进行换热网络设计并对全厂换热网络进行技术经济指标分析，投资及操作费用对比及优化，确定物料衡算与能量衡算，得出有关设备的负荷，流程中的位置，与流程中其他设备的关系等，最后利用aspen exchanger design对全厂换热器进行设计，依据设计结果，进行换热器选型 heatx选用固定板管式换热器，型号besx(y)700-2.5-75-3/19-4rea(b) 内径700mm，设计压力2.5mpa,换热面积75平方米，壳程走反应器出料气体，温度为390，管程走物流mix，温度为60.8剩余换热器选型详情见附录7.4泵选型7.4.1选型原则：依据国家工业部等对流体输送机械的相关规定，并根据工业泵选用手册和化工机械手册：流体输送机械的指导，对二氧化碳捕集的各个工艺单元中所用到的流体输送机械进行设备选型。其中主要考虑下述因素： 1. 满足流量、扬程、压力、温度、汽蚀余量的工艺参数要求；2. 满足输送介质特性：3. 对输送易燃、易爆、有毒或贵重介质的泵，要求轴封可靠或采用无泄露泵，如屏蔽泵、磁力驱动泵、隔膜泵等；4. 对输送腐蚀介质的泵，要求过流部件采用耐腐蚀材料；5. 对安装在有腐蚀性气体存在的场合的泵，要求采取防大气腐蚀的措施；6. 对安装在爆炸区域的泵，应根据爆炸区域等级，采用防爆电动机；7. 确定泵的型号和制造厂时，应综合考虑泵的性能、能耗、可靠性、价格和制造规范等因素 表4.18 泵选型结果一览表泵型号轴功率(kw)流量（m3/h）转速扬程效率原料泵dy155-67*310012029501800.68pump2dy155-67*310012029501800.68pump4isg80-160i151002900280.75pump3d280-43 200d43 df280-4389.43461480740.78余详见附录7.5储罐选型与设计7.5.1设计参数设计压力：100kpa设计温度：25 80公称容积：10030000m3公称直径：450044000mm腐蚀裕度：0.5mm设计载荷：2基本风压100kpa，罐顶附加载荷 50kpa，抗震设防烈度 7度。材料选择：根据建罐区的最低日平均温度，加13决定罐壁材料。7.5.2储罐设计的强度数据详见附录第四章设备选型计算第八章热量集成技术8.1能量集成概述对于新建的年产37万吨对二甲苯分厂，运行成本是一个很重要的考核参数，其中很重要的一部分是公用工程的消耗。通过换热流程的设计和换热网络的优化尽可能地进行内部热量的集成和最大化利用，减少公用工程的消耗，在一次设备投资和运行费用之间寻找到平衡点。在工厂的初步设计阶段，利用aspen energy analyzer v7.2 进行计算机辅助换热网络的设计和优化，同时结合合成工艺要求，并考虑到工业园区和厂区的气候水文条件，最终以实现最大程度的经济效益为目标，来指导热量集成网络的设计和优化。同时，节能工艺分隔壁精馏塔、中间冷凝器和热泵精馏的使用，也大大节省了能耗。8.2能量集成步骤1） 从流程中获取数据；2） 建立公用工程消耗，能量消耗和投资费用的操作目标；3） 作出一个换热网络的设计。8.3主要物流分析考虑到理论与实际的差异，在导入aspen energy analyzer v7.2过程中我们将删减质量流率偏小的流股。其主要物流汇总如表所示，冷物流4股，热物流3股。8.1 表全厂主要物流一览表8.2 表公用工程物流一览表8.4换热网络分析设计8.4.1概述目前换热网络集成主要有三种方法：试探法，夹点技术，数学规划法。其中， 夹点技术以其使用简单，直观和灵活的优点被广泛的使用。但夹点技术也有其缺 点，夹点在应用中的主要缺陷有两点：过于注重能量的节省，而在设备和经上的 考虑略显不足；有些夹点匹配技术（如利用分流技术来匹配物流）在工艺的难以 实现。本项目换热网络集成以夹点为基础，综合虑多方面因素，寻找合适于本工 艺的换热网络。为了减少公用工程的消耗，实现节能降耗和降低运行成本，在初 步设计阶段，利用aspenhx - net模块进行计算机辅助