扬子石化年产10万吨甲基丙烯酸甲酯项目可行性报告

化学工程与工艺专业毕业设计扬子石化年产10万吨甲基丙烯酸甲酯项目可 行 性 报 告目录第1章总论11.1概述11.1.1项目背景及投资的目的和意义11.1.2投资的必要性21.2主要建设内容31.3技术经济指标31.4研究结论、存在问题和建议51.4.1主要结论51.4.2存在问题及建议5第2章市场分析62.1性质用途62.2市场供需分析62.3竞争力分析72.4市场主体分析82.5价格分析8第3章产品方案和生产规模93.1建设规模93.1.1上游原料来源93.1.2下游市场需求93.1.3生产工艺技术93.2产品方案103.2.1产品市场需求及经济效益103.2.2工艺技术方案成熟度103.3操作时间113.4主要产品规格11第4章工艺技术方案124.1生产技术现状124.1.1异丁烯直接氧化三步法124.1.2异丁烯直接氧化两步法124.1.3直接酯化法12第5章工艺技术的比较和选择135.1投资比较135.2技术比较14第6章工艺流程概述15第7章原材料、辅助材料、公用工程供应167.1主要原材料、辅助材料、燃料的种类、规格、年需用量167.2原材料供应167.2.1C4抽余油167.2.2甲醇177.2.3空气177.2.4氢气177.3辅助原料供应187.3.1乙酸甲酯187.3.2NMP187.3.3工艺软水187.4催化剂供应187.4.1Ni/Al2O3催化剂187.4.2Mo-Bi复合金属氧化物187.4.3Pd金属催化剂187.5公用工程供应187.5.1主要公用工程一览表187.5.2主要公用工程来源19第8章环境保护218.1主要污染源及污染物218.1.1废水218.1.2废气218.1.3固体废物228.1.4噪声228.2环境保护治理措施及方案238.2.1废水治理238.2.2废气治理238.2.3固体废物治理248.2.4噪声治理24第9章投资估算与资金筹措259.1工程概况259.2编制依据259.3建设期投资估算259.3.1估算方法259.3.2固定资产投资估算分析259.3.3无形资产投资估算分析289.3.4递延资产投资估算分析289.3.5预备费用估算分析289.3.6建设投资汇总289.4建设期利息估算299.5流动资金估算299.6总投资估算29第10章经济效益分析3110.1说明与依据3110.1.1编制说明3110.1.2编制依据3110.2成本和费用估算3110.3销售收入和税金估算3210.3.1销售收入估算3210.3.2税金估算3210.4税后利润及分配3310.5财务评价指标3310.5.1财务现金流量表3310.5.2盈利能力分析3510.5.3静态指标3510.5.4动态指标3610.6借款偿还期4010.7不确定性分析4010.8盈亏平衡分析4010.9敏感性分析41第1章 总论1.1 概述1.1.1 项目背景及投资的目的和意义对于我国而言，由于乙醇汽油在全国的推广，2020年前石油化工界必须面对一个问题：当推广应用乙醇汽油而不再需要甲基叔丁基醚（MTBE）类的辛烷值添加剂后，如何利用（MTBE的原料）异丁烯生产既有使用价值又有市场需求量的下游产品。异丁烯化工利用的路径有很多，高纯异丁烯深加工项目包括丁基橡胶、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、聚异丁烯、叔丁胺、叔丁酚、抗氧剂等多种有机化工产品。其中市场容量较大的是MMA、丁基橡胶两种产品。丁基橡胶（IIR）是世界上第四大合成橡胶，具有突出的气密性和水密性、良好的化学稳定性和热稳定性，但由于国内生产丁基橡胶的技术还处于不断完善之中，产品质量和国外领先技术公司相比还有一定差距，相关应用开发无法满足实际需求，很难替代进口产品。同时丁基橡胶市场推广也存在一定难度。近几年，由于受到整个合成橡胶行业以及下游轮胎不景气的影响，有的丁基橡胶生产企业经济效益欠佳，甚至亏损。相比而言，MMA则具有更大的投资优势。MMA是一种重要的有机化工原料，可在光热或催化剂存在下自聚或与其他单体共聚生成甲基丙烯酸甲酯树脂和塑料，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、MMA -苯乙烯(MS)树脂、等。聚合产品具有透明度高、耐候性好、光学性能优良等特点，广泛用作广告牌、照明材料、建筑材料、汽车零件等。近年来, 这些聚合产品在 IT 行业相关领域如液晶显示屏光导板、DVD 光盘等的需求也快速增长。另外，MMA本身可以作为化工产品用于涂料、粘合剂、润滑剂、浸润剂、印染助剂和绝缘灌注材料等。这些应用领域刺激MMA需求出现爆发式增长，尤其在中国具有良好的市场前景。在物理性质上 , MMA具有低毒性, 且可以回收, 因而是有利于环保的材料。可以说，MMA是化工市场的明星产品，即使在化工市场低迷的情况下，依然表现良好，企业获利丰厚。总而言之，投资建设MMA的项目正是抓住了市场机遇，有望获得较高的经济效益。国内90%以上的异丁烯用来生产MTBE，在全国加快推广使用乙醇汽油的背景下，MTBE这类的辛烷值添加剂的需求量将大大下降，异丁烯必须寻找其他的出路。而利用异丁烯生产既有使用价值又有市场需求量的MMA正是解决这个化工界难题的不二选择，在收获经济效益的同时收获社会效益，间接助力乙醇汽油的顺利推广。1.1.2 投资的必要性（1）广阔市场前景和行业发展战略的要求全球的MMA新增产能冲击着我国庞大的市场，中东地区即将投产的340 kt/a新装置将在未来给我国市场带来持续挑战。因此，唯有提高自身技术储备才能自如应对激烈的供应市场。国内MMA需求旺盛，消费持续增长，其表观消费量从2010年的560 kt/a增加到2016年的850 kt/a，年平均复合增长率6.0%。随着我国有机玻璃、IT产业、汽车面漆、家具漆以及聚氯乙烯改性剂ACR和MBS对MMA的需求大量增加，2018年需求预计达到100万t，预计未来几年国内MMA的需求将以6.4%左右的速度增长。MMA产业在经历了前几年的疯狂扩张后，2017年开始变得相对平稳缓和，加上各企业装置陆续检修，MMA目前实际呈现产不足需的状态。因此，新建MMA装置正是目前行业发展的需要。（2）化工行业绿色转型和环保政策的要求为了应对全球气候变化和环境问题，乙醇汽油的推广使得异丁烯不能再大规模生产MTBE，而生产市场需求量大的MMA正是很好的选择。从另一方面看，我国MMA行业目前主流生产工艺依旧是丙酮氰醇法，但是受制于上游丙烯腈装置规模和开工率的影响，原材料成本较高，且产能利用率难以进一步提高。从政策方面来说，随着国家环保政策的高压态势不减，对化工行业的发展规范了环保生产的路子，要用长久可持续发展的眼光，稳抓当下改革之路，化工行业的绿色转型迫在眉睫。而异丁烯直接氧化法原料廉价、无污染，是一条清洁路线，日益受到人们重视。另外，党中央、国务院加快推进生态文明建设和环境保护工作，2017年中央环保督查做到全覆盖，由此影响到了国内涂料行业的消费结构， 随着涂料行业由油性向水性方向的转变，对MMA的消费量也呈现持续增加的态势。因此，从环保政策要求的角度来看，有必要快马加鞭建设异丁烯制MMA装置，为MMA市场注入强心剂。（3）规模经济效益随着新兴C4法技术的日趋成熟，以及生产规模的加大，MMA的生产成本和经营费用都将得以降低，从而能够取得一种成本优势。2017年国内MMA市场行情再创新高，年内价格突破20000元/吨。目前，MMA价格仍呈现上涨的趋势。今年3月份华南市场行情面率先拉涨，价格重心稳步上移，整个国内MMA市场涨势非常明显，价格走势一路向上，工厂方面也频频调整报价跟进市场主流，MMA行情全面向好，预测未来的价格也会在一个比较高的价位上波动。因此，建设一套10万吨/年的大型MMA装置必将带来很大的经济效益。从以上所述的投资项目的必要性和理由出发，我们的目标是：建设一套10万吨/年异丁烯法制MMA的装置，产品MMA为聚酯级，可用于生产PMMA及其他下游产品。借鉴国内外专利等相关研究并结合国内生产状况，设计出最优化的工艺流程，通过各车间流股的优化配置、换热网络的优化配置、控制系统的优化配置，使该项目具有高竞争力水平，实现经济效益和社会效益。 1.2 主要建设内容（1）项目名称：扬子石化年产10万吨甲基丙烯酸甲酯项目（2）承办单位名称及性质：扬子石化有限公司（国家控股型）（3）项目建设内容、地点、规模、目标本项目是为扬子石化有限公司建设的一个年产10万吨的异丁烯制甲基丙烯酸甲酯项目，选址江苏省南京化学工业园区，预期总投资35011.35万元，投资利润率72.74%，投资利税率58.09%，资本净利润率54.55%，静态投资回收期4.54年（税后），财务净现值（FNPV）为25467.54万元，动态投资回收期为8.02年。1.3 技术经济指标主要技术经济指标如下表所示。表 1-1主要技术经济指标一览表序号项目名称单位数值一生产规模104t/a10.14二产品方案1甲基丙烯酸甲酯104t/a10.14三年操作时间h8000四主要原材料、辅助材料用量1异丁烯t/a718182水t/a403503氧气t/a255994对甲基苯酚（阻聚剂）t/a203.85甲醇t/a2400006氢氧化钠t/a30.2007异丁烯氧化催化剂t/a2.578氧化酯化催化剂t/a0.219一氧化碳吸附剂t/a0.18五公用动力消耗量1低压蒸汽（0.2MPa）104t/a208.962循环冷却水104t/a4614.763冷冻盐水104t/a87.164熔盐104t/a2.4675电104kWh/a3427.2966氮气104Nm3/a58.607仪表空气104Nm3/a141.10六三废排放量1废气t/a25.252废水t/a14.23废固t/a227.11七全厂定员人90八总占地面积104m26.52九单位产值能耗千克标煤/万元899.96十单位产品综合能耗千克标煤/吨产品1889.88十一工程项目总投资万元49611.161建设投资万元42314.052建设期利息万元9503流动资金万元6347.11十三年销售收入万元243277.44十四成本和费用1年均总成本费用万元172163.2752年均经营成本万元170710.259十五年均净利润总额万元28119.942十六年均销售税额万元7622.200十七财务评价指标1投资利润率%66.682投资利税率%82.053资本金净利润率%56.684投资回收期（静态）年4.435投资回收期（动态i=0.12）年5.146全投资财务内部收益率（税后）%387全投资财务净现值（税后 i=0.12）万元85018.83十八清偿能力指标1人民币借款偿还期（含建设期）年51.4 研究结论、存在问题和建议1.4.1 主要结论项目可行性研究主要结论如下：（1）项目为年产10万吨MMA ，主要原料为异丁烯、甲醇等，产品 MMA 目前具有广阔的市场前景，符合行业发展战略的要求；工艺路线采用异丁烯法，响应了化工行业绿色转型和环保政策的要求。 （2）选址条件优越，原料供应可靠，运输距离短，交通运输便利，政策优惠多，产品销售途径广。（3）公用工程由南京化学工业园区统一提供；通过新型技术的运用，达到了好的节能效果，废弃、废液、废固均配有统一处理方式，属于环境友好型路线，污染小。（4）本项目经济效益较好，具有很好的经济价值和社会价值。1.4.2 存在问题及建议（1）氧化酯化得到的粗MMA 产品中一般含有甲醇、MAL 、水及少量副产物，由于该体系组分易形成多组共沸体系如MMA-水、MMA - 甲醇、MAL-水、MAL - 甲醇，使得MMA 的分离非常困难。本项目一方面通过使用高转化率的催化剂排除了MAL参与形成共沸体系的影响，另一方面利用双循环改变所需分离流股的组成，在油水分离器中形成易于分离的液液平衡体系再进行精馏，减少了分离 MMA 、水、甲醇三元体系所需精馏塔的数量，分离效果好且降低了能耗。（2）异丁烯氧化反应操作温度较高，热效应大，如果温度控制不好将发生超温现象，破坏催化剂和反应器。（3）MMA分离工段水回收塔塔顶塔底温差小且跨越夹点，若采用常规精馏塔进行分离则能耗较大。本工艺采用热泵精馏技术，回收塔顶蒸汽的冷凝潜热，使其用作塔底再沸器的热源，节能效果显著。第2章 市场分析12.1 性质用途甲基丙烯酸甲酯（methyl methacrylate,简称MMA），分子量100.12，常温常压下无色易挥发液体，并具有强辣味，易燃。溶于乙醇、乙醚、丙酮等多种有机溶剂，微溶于乙二醇和水。易燃，稳定，在光、热、电离辐射和催化剂存在下易聚合，是一种重要的有机化工原料，也可作为一种化工产品直接应用。甲基丙烯酸甲酯作为有机化工原料,可在光热或催化剂存在下自聚或与其他单体共聚生成甲基丙烯酸甲酯树脂和塑料, 如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、MMA -苯乙烯(MS)树脂、MMA-丁二烯-苯乙烯(MBS)树脂等，主要用于有机玻璃行业、PVC抗冲击改性剂和表面涂料、模塑料、挤压料等行业。当前市场大部分的MMA用于生产PMMA（俗称有机玻璃），一种发展较早的重要热塑性塑料，具有透明性高、耐候性优秀、加工性能好、耐化学腐蚀性高等优良特性，广泛用于广告牌、照明材料、高级光学仪器透镜、建筑材料、汽车零件等方面。同时这些聚合产品在 IT 行业相关领域如液晶显示屏光导板、DVD光盘等的需求也快速增长。另外，MMA作为一种化工产品，可直接应用于皮革、离子交换树脂、纸张上光剂、纺织印染助剂、皮革处理剂、润滑油添加剂、原油降凝剂、木材和软木材的浸润剂、电机线圈的浸透剂、绝缘灌注材料和塑料型乳液的增塑剂、地板抛光、不饱和树脂改性、甲基丙烯酸高级酯类等许多领域。2.2 市场供需分析目前，我国 MMA 的生产呈现以下几个特点：（1）近几年我国 MMA 产能扩张较快，2016 年已达 87.3 万吨/年，但高端产品仍存在较大缺口，主要依赖进口。（2）国内 MMA 主要用于生产 PMMA，消费领域较为单一，消费、应用领域亟需多样化。（3）受反倾销政策的利好， 进口有望呈下降趋势，对国内企业而言是一个机会。 由于目前我国 MMA 产不足需，加上在近两年国内有机原料整体低迷的情况下，MMA 的经济效益仍较为乐观，故仍有不少企业计划新建或者扩建 MMA 生产装置。新建装置大多配套有下游 PMMA 生产装置。但由于 MMA 项目建设难度较大，且异丁烯法在我国的生产技术还不够完善，引进技术较为困难，费用高，故只有部分项目将会按照计划实施，部分项目将有可能会延迟。预计到 2020 年，我国 MMA 的总生产能力将达到 11001200 kt/a。2012年到2016年国内MMA供需情况：2016-2020年我国MMA新建或者扩建装置情况见表2-1所示。表2-1 2016-2020年我国MMA新建、扩建情况生产厂家名称厂址生产能力（kt/a）生产工艺计划投产年份山东易达利化工有限公司山东菏泽100异丁烯法2016华谊安庆新材料有限公司安徽安庆100异丁烯法2018山东天弘化学有限公司山东菏泽90ACH 法2018东明华谊玉皇新材料有限公司山东菏泽100ACH 法2017中海油东方石化有限公司海南东方70异丁烯法2017东营宏旭化学股份有限公司山东东营40ACH 法2016江苏斯尔邦石化有限公司连云港100ACH 法2016中国北方工业集团公司辽宁盘锦90ACH 法2019山东利华益维远化工有限公司山东东营100ACH 法20182.3 竞争力分析随着广告业、中高档家具业、建筑业、交通业、光学领域IT业的迅猛发展，我国对MMA的需求仍将进一步增加。在涂料领域，随着高档水性涂料工艺配方与国际的接轨，将增加对MMA的需求量。此外，随着环境保护力度的加大，以塑代木、以塑代钢将是未来发展的趋势，因此对聚氯乙烯相关制品的需求量将不断增长，进而促进MMA在加工和抗冲击改性剂ACR和MBS方面的需求。加上MMA在纺织浆料、丙烯酸类胶黏剂、不饱和聚酯交联剂、润滑剂以及人造大理石台面等方面的应用，预计到2020年我国对MMA的需求量将达到约95.0万t，未来竞争激烈。2.4 市场主体分析近年来，我国MMA的需求量稳步增长。2005年我国MMA的表观消费量为26.1万t，2010年增加到38.7万t，2015年为62.4万t，同比减少约6.4%。相应产品自给率2005年为80.6%，2010年为89.9%，2015年为71.3%。2015年，我国MMA的消费结构为：PMMA对MMA的需求量约占总消费量的64.5%，塑料加工助剂ACR和MBS占12.5%，表面涂料占13.0%，其它占10.0%。MMA 的几大类主要下游中，PMMA、类助剂、涂料类的需求不断上涨，直接导致MMA 市场一度出现“供不应求”的局面2.5 价格分析总体产能控制比较合理的情况下，加上国内反倾销政策的保护，以及国外装置意外频频和国内不断增长的下游需求使得近几年来国内 MMA 市场价格持续攀升。随着我国 MMA 市场需求量稳步增长，根据预测，MMA 的价格发展态势将趋于平稳化。第3章 产品方案和生产规模23.1 建设规模本项目在确定生产规模时，考虑的因素主要有以下几点。3.1.1 上游原料来源由扬子石化承办，异丁烯生产规模为10万吨/年，满足本项目的用量要求，且可采用管道直接运输到本装置，甲醇从南京市甲醇经销有限公司购得，运输方便。氧气为总厂提供的空分氧气，采用管道运输到本装置。3.1.2 下游市场需求目前我国MMA产不足需，MMA的需求量稳步增长，预计到2020年我国MMA的需求量达到9501000 kt，市场潜力大。我国MMA主要用于生产有机玻璃PMMA、聚氯乙烯加工助剂ACR和MBS、涂料和腈纶等产品。随着国内广告业、中高档家具业、建筑业、交通业、光学领域IT业的迅猛发展，PMMA产品将逐步由低端市场向中、高端市场扩展，加之汽车产量的增加，必将带动MMA进入新一轮的增长。MMA 在表面涂料领域主要用于生产溶剂型涂料、水性涂料以及乳胶漆，广泛应用于汽车、家具以及建筑等行业。随着我国人民生活水平的提高，我国高档涂料，特别是高档水性涂料的比例和产量都将会有较大的增长，工艺配方将逐步与国际接轨，对MMA的需求量也将相应增加。随着人民生活水平的不断提高和环境保护力度的加大，以塑代木、以塑代钢已成为必然，PVC制品的需求量将不断增长，进而必将带动加工和抗冲击改性剂ACR和MBS的发展。此外，MMA还应用于纺织浆料、丙烯酸类胶黏剂、不饱和聚酯交联剂、润滑剂以及人造大理石台面等方面。由此可见，MMA的市场份额是非常可观的，建设大规模的MMA装置具有可观的经济价值。3.1.3 生产工艺技术在生产技术稳定性方面，目前异丁烯法制MMA技术正在不断成熟完善，无论从开工率、产品质量还是从催化剂寿命来说，都有新的技术在突破。但考虑到放大效应的存在，规模不可太大。根据第2章“市场预测分析”部分的表2-1，2016-2020年我国MMA新建、扩建规模大部分为10万吨/年，因此本项目计划建设10万吨/年的生产规模是合适的选择。3.2 产品方案目前，MMA生产企业的产品方案有以下几种。表3-1 方案一产品名称产品规格产量（万吨/年）备注甲基丙烯酸甲酯（MMA）聚酯级10主产品表3-2 方案二产品名称产品规格产量（万吨/年）备注甲基丙烯酸甲（MMA）聚酯级10主产品甲基烯丙醇（MAO）优等品2主产品表3-3 方案三产品名称产品规格产量（万吨/年）备注聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）优等品6主产品三种方案的比选如下：3.2.1 产品市场需求及经济效益MMA不仅可以用于生产PMMA，还可用于生产需求量加大的聚氯乙烯加工助剂ACR和MBS、涂料和腈纶等其他产品，因此生产何种MMA下游产品应该根据准确的市场走向来确定，生产单体MMA比起生产PMMA具有市场灵活性的优势。甲基烯丙醇是一种重要有机中间于生产聚羧酸减水剂，随着我国基础建设规模不断扩大，对高性能混凝土的需求越来越大，拉动了减水剂市场，使得甲基烯丙醇需求量增大。但相比而言，MMA的需求量大得多，且产品市场价格更高，带来的经济效益更大。3.2.2 工艺技术方案成熟度传统甲基烯丙醇的生产工艺为异丁烯氯化水解路线，山易达利公司自主开发的异丁烯氧化和加氢生产甲基烯丙醇属于一种环境友好新工艺，但其在2014年8月才通过了中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定，且国内相应装置并不多见，工艺技术成熟性还不够，因此联产甲基烯丙醇具有较大的风险性。综合上述分析比较，本项目选择方案一，即年产10万吨MMA。3.3 操作时间每年按8000h计算3.4 主要产品规格甲基丙烯酸甲酯作为工业品，其等级分为优等品、一等品、合格品三个级别，其规格和质量符合中华人民共和国化工行业标准HGT 2305-2017 工业甲基丙烯酸甲酯的规定，其技术指标见表3-4。本项目生产的产品为优等品MMA。因采用了高效的催化剂及简单高效的生产流程，整个过程转化率和选择性都很高，原料的原子利用率大，故不产副产品。表3-4 工业甲基丙烯酸甲酯技术指标项 目指 标优等品一等品合格品色度（铂-钴色号）/Hazen单位51020密度 （20）/（g/cm3）0.9420.9440.9420.9460.9380.948酸度（ 以甲基丙烯酸计）/（mg/kg）50100300水分/（mg/kg）400600800甲基丙烯酸甲酯含量，w/%99.999.899.5第4章 工艺技术方案34.1 生产技术现状以异丁烯为原料生产MMA可供选择的工艺路线有异丁烯直接氧化三步法、异丁烯直接氧化两步法以及直接酯化法。4.1.1 异丁烯直接氧化三步法该法原料来源广泛，生产过程简单，催化剂活性高、选择性好、寿命长，MAA的收率高，无污染、生产成本低于丙酮氰醇法，在较小装置规模上也具有很强的竞争力，是目前应用最为广泛的C4工艺路线。但该路线比较复杂，对催化剂要求高，收率较低，装置折旧费用高，另外，甲基丙烯酸还会腐蚀设备。4.1.2 异丁烯直接氧化两步法异丁烯直接氧化两步法是在催化剂作用下, 异丁烯一步氧化制备MAA，MAA再酯化为MMA。异丁烯直接氧化两步法投资低、成本低，且避免了回收过程的爆炸极限问题，是具有经济价值的一项技术，这一工艺由旭化成开发并于1998 年最早实现工业化，已有多家公司开发出了相似的工艺。4.1.3 直接酯化法经过大量研究，直接酯化法制取 MMA被开发出来，即将异丁烯首先氧化生成MAL，然后以Pd金属化合物为催化剂，在40-100 与甲醇直接进行氧化酯化制得 MMA。MAL直接酯化工艺不经过MAA步骤, 有效地避免了MAA聚合等副反应,简化了工艺过程, 降低了能耗, 从而大幅度降低了投资成本和操作费用, 使之成为最有优势的MMA生产工艺技术。第5章 工艺技术的比较和选择5.1 投资比较目前我国MMA工艺的实际情况是，大部分企业采用ACH法，生产能力约占总生产能力的76%，具有很大的环保风险，而先进环保的异丁烯氧化法工艺的生产能力只占24%，且其中大部分是引进国外技术，由于国内技术还不够成熟，国产异丁烯法装置仅占2.3%。异丁烯法的三条路线中的异丁烯直接氧化三步法最为成熟，但一直被日本三菱、住友、化药等少数公司垄断。国内惠州惠菱化成有限公司和赢创德固赛中国投资有限公司使用的三步法工艺路线均为国外引进。仅上海华谊新材料公司自主研发的异丁烯直接氧化三步法较为成熟，东明华谊玉皇新材料有限公司的年产5万吨MMA项目即使用其技术，是国内首个具有完全自主知识产权的碳四氧化法MMA产业项目，填补了国内在MMA技术领域的空白，打破了国外对碳四氧化法工艺的技术封锁。对于异丁烯直接氧化二步法，国内还未有工业化装置。而对于直接酯化法，中科院过程工程研究所张锁江领导的课题组对该工艺进行了系统研究，并与山东易达利化工有限公司合作，建立了10万吨/年MMA生产装置。由于国内异丁烯法企业较少，只能根据仅有的几家已投产的异丁烯法生产企业的投资情况进行粗略的比较，见表5-1。从表中可以看出，山东易达利化工有限公司的年产10万吨/MMA项目与东明华谊玉皇新材料有限公司的年产5万吨MMA项目相比，其建设规模加倍，但投资反而少，由此可见直接酯化法可以大大降低投资。表5-1 国内异丁烯法生产MMA项目投资投资方工艺路线建设规模（万吨/年）投资额（万元）备注惠州惠菱化成有限公司三步法101.84三菱丽阳技术赢创德固赛中国投资有限公司三步法1019.44三井化学技术，同时生产甲基丙烯酸、甲基丙烯酸盐、PMMA等东明华谊玉皇新材料有限公司三步法58上海华谊公司技术，副产甲基丙烯酸山东易达利化工有限公司直接酯化法105.7中科院过程工程所技术，副产甲基烯丙醇5.2 技术比较异丁烯直接氧化两步法和直接酯化法都是较新的工艺，也都还不够成熟，但是两步法相对于三步法的优势又没有直接酯化法的明显。三步法虽然工艺复杂，但是技术成熟，直接酯化法的工艺流程最为简单，而两步法的流程则介于两者之间，优势不大。因此，国内企业采用的工艺有两种：一种是三步法，一种是直接酯化法。表5-2是国内异丁烯法生产MMA项目的技术方案比较。表5-2 国内异丁烯法生产MMA项目的技术方案比较异丁烯直接氧化三步法直接酯化法现有技术成熟，应用广，主要为国外引进正在完善，国内自有技术可靠性开工率高开工率有待提高工艺流程工艺复杂，流程长流程短装置能耗高低装置投资大较小催化剂Mo-Bi系、P-Mo-V杂多酸、酸性阳离子交换树脂Mo-Bi系、Pd-Bi-Pb-Fe系催化剂寿命长较短收率低，8090%高，95%副反应多少设备腐蚀生产甲基丙烯酸会腐蚀设备不腐蚀与异丁烯直接氧化三步法相比，直接酯化法中MAL直接氧化酯化为 MMA工艺不经过 MAA步骤，有效地避免了 MAA聚合等副反应，缩短了流程，降低了能耗，避免了中间酸对设备的腐蚀。三步法需要用到三种催化剂，尽管活性较高，但总的MMA收率很低；直接酯化法催化剂虽然要用到贵金属，寿命较短，但是产物收率高。总的来看，直接酯化法的固定投资和操作费用都大幅度降低。从长远发展看，直接酯化法是目前最有优势的MMA生产工艺技术。综合考虑各种因素并查阅大量国内外文献专利后，本项目决定采用直接酯化法。第6章 工艺流程概述本工艺流程包括异丁烯氧化单元、MAL分离单元、氧化酯化单元和MMA纯化单元。异丁烯氧化单元主要任务是以异丁烯和空气为原料得到甲基丙烯醛MAL。MAL分离单元的任务，是先利用水吸收冷却气体产物，然后与甲醇混合，利用MAL与甲醇形成共沸体系将MAL分离出来，水循环回去作为急冷剂。氧化酯化单元主要任务，是将MAL、甲醇混合，再通入氧气，通过直接氧化酯化合成最终产品MMA，过量的甲醇循环回反应器中。MMA纯化单元，主要任务是利用油水分离器将MMA与大部分的水和甲醇分离，再经过进一步的提馏将MMA纯化。全流程生产工艺图如图6-1所示。图6-1 MMA全流程生产工艺图第7章 原材料、辅助材料、公用工程供应7.1 主要原材料、辅助材料、燃料的种类、规格、年需用量原料的选择应该满足环境友好性、成本经济性和来源稳定性三要求。本项目以乙烯装置产生的富含异丁烯的C4抽余油和甲醇为主要原料，配以工业级乙酸甲酯为辅助材料，进行MMA的生产。催化剂为Ni/Al2O3、Mo-Bi复合金属氧化物催化剂和Pd系金属催化剂。主要规格用量如下：表7-1 主要原材料、辅助材料来源表项目名称数量来源运输方式主要原材料C4抽余油20万吨/年中国石油化工扬子石化分公司管道输送甲醇6万吨/年南京惠生公司槽车输送氢气56吨/年中国石油化工扬子石化分公司管道输送空气76万吨/年空压站管道运输辅助原料乙酸甲酯0.35万吨/年南京顺培化工有限公司罐车运输NMP64吨/年南京瑞泽精细化工有限公司罐车运输工艺软水106吨/年软水车间管道输送Ni/Al2O320.7吨/年江阴市南大合成化学有限公司槽车运输Mo-Bi催化剂22吨/年南京化学试剂股份有限公司槽车运输Pd金属催化剂18.1吨/年南京化学试剂股份有限公司槽车运输7.2 原材料供应7.2.1 C4抽余油总厂在石油炼化过程中，乙烯装置产生的C4抽余油，采用管道输送至分厂。初步确定C4抽余油需要200kt/a，其中异丁烯含量46%，其余为1-丁烯、顺式-2-丁烯、反式-2-丁烯、正丁烷、异丁烷等杂质，总厂能提供250kt/a左右。故原料来源可靠性高，可行性好。7.2.2 甲醇国家标准为GB338-2011，选用工业级合格品，纯度为99%。本厂的甲醇来自于南京惠生公司，年需用量为6万吨，通过槽车运输的方式运送到本厂。具体指标如下：表7-2工业用甲醇质量标准（GB 338-2011）项目指标优等品一等品合格品色度Hazen单位（铂钴色号）510密度，20（g/cm3）0.7910.7920.7910.793沸程（0，101.3kPa）/ 0.81.01.5高锰酸钾试验/min 503020水混溶性试验 通过试验（1+3）通过试验（1+9）水，/% 0.100.150.20酸（以HCOOH计），/% 0.00150.00300.0050或碱（以NH3计），/% 0.00020.00080.0015羰基化合物（以HCHO计），/% 0.0020.0050.010蒸发残渣，/% 0.0010.0030.005硫酸洗涤实验，Hazen单位（铂-钴色号）50乙醇，/% 供需双方协商7.2.3 空气本厂利用空气中的氧气与异丁烯氧化合成MAL，年需用量为76万吨，来自空压站，通过管道运输。7.2.4 氢气本厂利用氢气参与第一工段临氢异构反应，年需用量为56吨/年，来自总厂，通过管道运输至本厂。7.3 辅助原料供应7.3.1 乙酸甲酯乙酸甲酯在国际上逐渐成为一种成熟的产品，用于代替丙酮、丁酮、醋酸乙酯、环戊烷等。本厂选用乙酸甲酯作为MMA的共沸剂，年需用量3500吨，外购自南京顺培化工有限公司，通过槽车运输的方式运送到本厂。7.3.2 NMPN-甲基吡咯烷酮，中文别名：NMP;1-甲基-2吡咯烷酮；N-甲基-2-吡咯烷酮。无色透明油状液体，微有胺的气味。本厂选用NMP作为萃取剂，年需用量64吨，外购自南京瑞泽精细化工有限公司，通过罐车运输的方式运送到本厂。7.3.3 工艺软水在异丁烯氧化工段用作稀释剂，年需用量106吨，来自软水车间，由管道输送。7.4 催化剂供应7.4.1 Ni/Al2O3催化剂Ni/Al2O3催化剂在本项目中主要用于临氢异构反应，用量大致为20.7吨/年，外购自江阴市南大合成化学有限公司。7.4.2 Mo-Bi复合金属氧化物Mo-Bi复合金属氧化物催化剂在本项目中主要用于异丁烯氧化制甲基丙烯醛，用量大致为22吨/年，外购自南京化学试剂股份有限公司。7.4.3 Pd金属催化剂Pd金属催化物主要用作异丁烯醛氧化酯化制备甲基丙烯酸甲酯，用量大致为18.1吨/年，外购自南京化学试剂股份有限公司。7.5 公用工程供应7.5.1 主要公用工程一览表本项目公用工程和配套设施中，供电配电系统、通信系统、给水排水系统、蒸汽供应系统等，均依靠江苏南京化学工业园的相应外部配套设施。本项目公用工程的规格和用量估算见表7-3。表7-3 公用工程消耗一览表公用工程名称单位小时耗量年耗量使用方式来源电kWh6793.755.435107连续园区供电25冷却水t947075760000连续来自水库工艺软水t0.011106连续来自软水车间-25液态丙烯t63.037504300连续总厂公用工程站175中压蒸汽t162.3871299100连续总厂公用工程站250中压蒸汽t38.162305300连续总厂公用工程站270导热油t0.039310连续来自总厂仪表空气Nm3477.53.82106连续来自总厂7.5.2 主要公用工程来源本厂生产过程需要用到冷却水、冷冻剂、中低压蒸汽、电、仪表空气等不同类型的公用工程。本项目涉及到的公用工程皆为常用公用工程，消耗均为连续使用，其中园区内的公用工程皆可由总厂提供；园区的公用动力站可以为本厂供应中压、低压等各类型的标准蒸汽、电力等公用工程；园区的公用水站可以为本厂提供循环冷却水和循环冷冻剂；厂区内的空压站可以为本厂提供仪表空气。冷剂由分厂冷冻站自行提供。本项目的所有公用工程园区都能提供，满足相关需求。水的来源南京扬子石化拥有独立的水厂，能满足日常生产需求。电的来源扬子石化股份有限公司距芳烃厂约2km处有110/35/6kv自备热电站一座，其装机为360MW，现公司用电负荷公司为290MVA，并与华东电网相联能够向电网供电，因此有足够的供电能。由电站35kv两段母线上的出线间隔采用电缆向芳烃厂P1和P2变电所四台变压器供四回路35kv电源。蒸汽来源本厂采用蒸汽作为主要的加热介质。蒸汽可用于设备换热，也可用于生活区、医院、职工宿舍等辅助设施。蒸汽的产生和供应是由蒸汽系统控制。蒸汽循环系统主要由锅炉、过热器、冷凝器、水泵、用汽装置、疏水器、减压阀等单元构成。蒸汽循环系统来自总厂公用工程站，能够额外满足分厂需求。冷剂来源本厂采用冷剂作为主要的冷却介质。冷剂的产生和供应是由分厂公用工程站的制冷系统供应。第8章 环境保护8.1 主要污染源及污染物8.1.1 废水本项目工艺废水只有两股精馏废水，其余主要废水为机泵冷却的含油污水和生活污水。废水排放一览表如表8-1所示。表8-1 废水排放一览表序号排污液排放源排放量（t/h）废水组成（wt%）排放方式处理方法和去向1精馏废水WW21MAL精馏塔塔底7.8水：97.5 乙酸：2.5MAL：17ppm 甲醇：5ppm连续送循环水站处理2精馏废水WW41水回收塔塔底1.2水：100 对甲氧基苯酚：185ppm 乙酸：372ppb 甲醇：254 ppb MAL：8ppb连续送循环水站处理3含油污水机泵冷却4微含油间歇送循环水站处理4生活污水生活设施1.2成分复杂间歇经化粪处理后送总厂污水处理站8.1.2 废气 废气排放一览表如表8-2所示。表8-2 废气排放一览表序号排放气名称排放点排放量（t/h）废气组成（v%）排放方式排放去向1急冷废气WG21急冷塔塔顶23.6N2：92.8 O2：4.5CO2：2.6 H2O：806ppm乙酸：4ppm 痕量CO、MAL、甲醇（根据GB16297-1996及GB 31571-2015在排放限值之内）连续排大气2精馏废气WG22MAL精馏塔塔顶0.52N2：46.3 MAL：22.3CO2：12.4 甲醇：6.6 异丁烯：6.6 微量醛、酮等连续送燃气管网3氧化酯化废气WG31气液分离器顶部0.73O2：50.9 CO2：19.9 丙烯：10.1 甲醇：9.1 甲酸甲酯：4.3 异丁烯：3.7微量丙酮、乙醛等连续送燃气管网4MMA分离段循环放空WG41MMA提馏塔塔顶0.40MMA：78.8 甲醇：15.2H2O：4.8 MAL：1.2连续送燃气管网8.1.3 固体废物固体废物排放一览表如表8-3所示。表8-3 固体废物排放一览表序号废弃固体名称排放点排放量（t/a）废弃固体组成排放方式处理方法及排放去向1异丁烯氧化催化剂偶联反应器2.57Mo12Bi1Fe3Co8Mn0.3Cs0.2K0.2Ox2年/次供应商回收2氧化酯化催化剂加氢反应器0.21Pd5Bi2PbFeCe0.5/CaCO31.5年/次供应商回收3一氧化碳吸附剂尾气处理器0.18Cu-Zn-Mn-Ni-Fe/ Al2O34年/次供应商回收4生产包装物生产使用100低毒或腐蚀性间歇送至资质单位处理5生活垃圾生活区26生活垃圾间歇由环卫部门清运处理8.1.4 噪声表8-4 噪声排放一览表序号噪声污染源数量(台)声级值dB运转状态噪声源位置消声前消声后1泵449085连续室外2压缩机79085连续室内对泵、压缩机等噪声设备，在设备的选取上尽量采用低噪声设备；对振动较大的设备，采取必要的减振措施，如配备减振垫等；对强噪声源如压缩机等均布置在封闭的厂房以降低对环境的影响。对分散的其它噪声较大的加热炉、泵等设备设置隔音罩、消声器等。8.2 环境保护治理措施及方案8.2.1 废水治理装置内排水按其水质划分成生产污水系统、生活污水系统、污染雨水系统和雨水系统，在设计上层层把关，做到清污分流。生产污水包括工艺废水和机泵冷却产生的含油污水。工艺废水包括排放量为7.8t/h的MAL精馏废水和排放量为1.2t/h的水回收塔精馏废水。前者近97.5%是水，近2.5%为乙酸，还含有17ppmMAL及5ppm甲醇；后者近100%是水，仅含185ppm对甲氧基苯酚、372ppb乙酸、221ppb甲醇及13ppbMAL。两股废水均较为清洁。本项目大胆尝试，将精馏废水和含油污水送至循环水站，运用奥博公司的水处理药剂及其废水回用于循环水技术进行处理，实现生产污水零排放。生活污水量较少，经过化粪处理后送至总厂的污水处理站。本项目设有初期雨水调节池，收集装置内被污染地面的污染雨水和地面冲洗水，经初级雨水调节池调节后，用调节池上的污水泵提升至厂区内的污染雨水管道，与生产污水一样送循环水站进行处理。雨水系统接受本项目污染区的后勤雨水和生产装置其他地区没有污染的雨水，以重力流的形式分散、就近排入厂区的排水系统。事故水池按一次消防排水量进行设计，设计调节容积2500m3/h。采用钢筋混凝土结构，地下水池。8.2.2 废气治理本项目急冷塔塔顶气组成由于含有CO不能直接排放大气，且N2含量很高，废气不能直接燃烧，因此使用一种多元高活性组分Cu-Zn-Mn-Ni-Fe/ Al2O3吸附剂脱除CO，脱除后的废气组成满足石油化学工业污染物排放标准（GB31571-2015）和大气污染物综合排放标准GB 16297-1996的排放限值，可以直接排放大气。MAL精馏塔塔顶废气、氧化酯化废气及MMA分离段循环放空废气均含有较多的有机物，因此可送至总厂的燃气管网燃烧处理。 8.2.3 固体废物治理废催化剂和废吸附剂含有贵金属、碱金属和氧化铝等，定期更换时将其取出集中收集，封装好后分别送至供应商回收。催化剂处理常用的方法为浓缩、消化、脱水、干燥、固化及回收。而对于生产包装物则送至有资质的单位处理，生活垃圾则由环卫部门清运处理。8.2.4