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年产 55 万吨对二甲苯项目项目摘要 - 1 - 浙江大学浙江大学 怦然心动怦然心动 团团队队 李盛巧、李盛巧、喻虹羽喻虹羽、王挺、王挺、王啸王啸、蓝佳龙蓝佳龙 扬子石化年产扬子石化年产 5 55 5 万吨万吨对二甲苯项目对二甲苯项目 项目摘要 年产 55 万吨对二甲苯项目项目摘要 - 1 - 一、 项目简介 对二甲苯 PX 是生产对苯二甲酸 PTA 的原料，而对苯二甲酸广泛用于合成纤 维、塑料等纺织、制造业基础原料的生产。随着我国 PTA 工业的迅猛发展，过程 PTA 的产能迅速增加，而作为原料的 PX 产能却跟不上其发展速度，造成国内 PX 市场缺口大，自给率严重不足。因此，以清洁、环保、节能的方式生产更多量的 PX 产品，不仅仅有较大的经济利益空间，也对拉动下游 PTA 产业的发展以及国 家化工行业的发展有着重要意义。 本 PX 清洁生产项目以芳烃抽提装置所产混合芳烃 BTX 为原料，结合工业级 甲醇， 利用甲苯甲醇烷基化反应、甲苯歧化及烷基转移反应以及二甲苯异构化反 应进行对二甲苯的生产。 本项目位于南京市化学工业园区内，为扬子石化子项目。年产对二甲苯 55 万吨，副产邻二甲苯、精苯和粗苯。项目分为三苯分离工段、甲苯歧化及烷基转 移工段、甲苯甲醇烷基化工段以及异构化工段四个工段共三个车间。厂区占地面 积 6.67 万平米， 厂区内包含有冷冻站、消防站等基础工业设施及安全防护部门。 本项目生产过程清洁环保、节能比率大，所用原料的利用率高，生产过程对 环境的污染小，经济效益十分显著。 二、 工艺介绍 本项目混合芳烃原料中苯含量为 16.07%（wt） ，甲苯含量为 37.13%（wt） ， 碳八芳烃含量为 37.05%（wt） ，重芳烃含量为 9.75%（wt） ，为综合利用原料中甲 苯及重芳烃，以及碳八芳烃中的间二甲苯、乙苯，采用甲苯歧化及烷基转移-异 构化-甲苯甲醇烷基化三联工艺，如下图所示。混合芳烃经过三苯分离工段得到 苯、甲苯、碳八芳烃及重芳烃产品。重芳烃和 37.4%的甲苯进入甲苯歧化及烷基 年产 55 万吨对二甲苯项目项目摘要 - 2 - 转移工段，剩余 62.6%的甲苯与甲醇进入甲苯甲醇烷基化工段，高选择性的生产 对二甲苯。异构化工段中的碳八芳烃中对二甲苯浓度为 41.2%（wt） ，通过吸附 分离得到对二甲苯产品， 并通过精馏分离得到邻二甲苯产品，乙苯和间二甲苯则 通过异构化反应， 增产对二甲苯和邻二甲苯。异构化甲苯甲醇烷基化反应产物粗 对二甲苯中对二甲苯浓度达到 98.02%（wt） ，采用熔融结晶工艺进行分离得到对 二甲苯产品。 本项目通过歧化及烷基转移反应，将重芳烃转化为对二甲苯，使重芳烃资源 得到充分利用。 歧化及烷基转移反应通过改变歧化及烷基转移反应进料中甲苯和 重芳烃比例来增大二甲苯的产量，加强烷基转移反应，并抑制甲苯歧化反应，增 加二甲苯产量，减小副产物苯的产量。 甲苯甲醇烷基化反应以甲苯和甲醇为原料，转化为 1 吨对二甲苯所需甲苯质 量小于 1 吨，而甲苯歧化所需甲苯量则为 2.52.8 吨，甲苯甲醇烷基化反应大大 提高了甲苯的利用率。且甲苯甲醇烷基化反应中对二甲苯选择性达 9%，只需 通过简单的一级结晶即可获得高纯度的对二甲苯产品。副产物少，降低了二甲苯 分离、异构化、吸附分离等单元的规模，节省操作费用。尾气中富含乙烯等低碳 烯烃，可回收至总厂乙烯装置回收利用。 通过三联工艺，1 吨芳烃原料可产出约 0.63 吨对二甲苯，0.21 吨邻二甲苯 和 0.2 吨苯产品。 原料混合芳烃中苯、 甲苯、 碳八芳烃及重芳烃均得到充分利用， 产品种类丰富。 年产 55 万吨对二甲苯项目项目摘要 - 3 - 三、 设备与控制 设备选型 我们对本工艺的非标设备塔、反应器等进行了设计。其中板式塔均采用 ADV 新型高效浮阀，与传统 F1 浮阀相比，处理能力和塔板效率提高，性能得到 大大的优化。对于分隔壁塔则使用填料塔，节约能耗，易于控制。而反应器分别 为轴向绝热固定床反应器、冷凝态流化床反应器和径向绝热固定床反应器，符合 甲苯歧化及烷基转移、甲苯甲醇烷基化和异构化三个反应的特点和要求，设计合 理详细。另外，对泵、压缩机、气液分离器、储罐等设备也进行了设计选型。本 工艺中的核心分离设备移动吸附床和结晶器则分别采用UOP公司Parex工艺 和 Sulzer 公司 MWB 工艺的相应设备。 控制系统 我们设计的控制系统主要由 DCS 集散型控制系统组成， 主要用信息反馈来控 制泄压阀的开启、加热蒸汽流量、冷却水回水量、各种旁路与阀门流量。以及显 示各压力容器和管路的压力、温度、液位。 分隔壁塔不同于普通精馏塔，易波动不易控制，故我们采用先进控制系统， 通过 MPC 模型预测控制策略实现分隔壁塔的稳定控制。 另外，我们还设计了 R201 的 SIS 紧急停车设计，用冗余原理充分保障了反 应器的安全。 四、 节能降耗 热集成能量回用 本项目工艺中需要加热或冷却的物流很多，公用工程需求量巨大。 作为能量 消耗较多的化工产业， 能量的回收利用十分关键， 会直接影响到企业的经济效益。 我们利用 Aspen Energy Analyzer V8.0 对工艺过程进行了换热网络的优化设计， 已达到回收能量节能降耗的目的。经过热集成优化后，节能 180.06MW。共需要 年产 55 万吨对二甲苯项目项目摘要 - 4 - 冷公用工程 139.28MW，热公用工程 124.42MW。所使用的冷公用工程为：冷却水 （20） 、冷冻盐水（-25） ；所使用的热公用工程为：中压蒸汽（4.1MPa） 、低 压蒸汽（1.4MPa） 、燃气（1000） 。相较不采用热集成技术直接用公用工程进行 换热的换热网络，能量回收率（节能率）达到 40.51%。 分隔壁塔（热偶精馏技术） 三苯分离工段和甲苯甲醇烷基化工段中苯、甲苯和重芳烃分离过程中， 采用 了分隔壁塔工艺代替了传统的双塔分离工艺， 实现了减少设备投资的同时节约能 量消耗。 相比不使用双塔分离工艺， 分隔壁塔总节能 63.13MW， 节能率达 30.51%。 热泵精馏技术 热泵精馏技术充分利用了温差小、跨夹点传热的精馏塔，通过改变蒸汽温位 使原本不能换热的流股有换热的可能，从而提高了可回收能量的比率，实现了较 大程度的节能。 我们在过程中利用热泵技术，用压缩机加压，使得热泵所在塔的塔顶气相的 温度提高一个等级，从而可以跨过夹点，给塔底的物料的汽化提供能量。由于使 用了热泵精馏技术，相比不使用热泵精馏技术的分离塔，热泵精馏过程共节约冷 公用工程60MW， 热公用工程 78MW。 同时热泵精馏还将系统的能量回收率从 20.69% 提高到了 40.61%，实现了大幅度的节能。 五、 清洁生产 本项目为对二甲苯的清洁生产，主要体现如下： 采用甲苯甲醇烷基化新型工艺，反应条件温和，所用甲苯甲醇原料均为工业 品，相应安全规范齐全，混合无爆炸危险，操作安全。 三废少， 处理便捷。 运用新技术后， 甲醇进料量的一半将生成水， 可通过 SBR 序批式活性污泥法对其进行预处理，控制其中的 COD 含量。产生废气主要为塔顶 不凝气体，成分为低碳烯烃、氢气等可燃烧性气体，可将其送往燃烧锅炉进行利 用。废渣主要为催化剂，成分为硅酸盐，循环利用后可将其送往附近水泥厂。焚 烧炉底灰委托园区固废站处理。工业垃圾和生活垃圾委托环卫部门及时清运、作 年产 55 万吨对二甲苯项目项目摘要 - 5 - 卫生填埋等无害化处置。并且，选用低噪音设备，做好隔声、消声、吸声措施。 另外，在厂区进行绿化，改善生态平衡。根据以上特点进行环境评价，该项目环 保清洁。 采用 SIS 安全仪表控制系统和 HAZOP 危险性和可操作性分析，从而能快速有 效地识别危险，并在此基础上提出措施，对减少和预防事故有重要意义，大大提 高员工和生产的安全度。对项目进行安全评价，可知该项目安全可靠。 原料利用率高，结构合理创新，产物选择性高。 六、 厂区选址与布置 项目选址在国家级化学工业园区南京化学工业园区内。 园区作为中国石 化集团重点发展的化学工业基地之一，公共设施完善，企业集群使内部产业链优 势明显。混合芳烃原料直接来源于总厂扬子石化芳烃装置，产品 PX 可直接 销往 PTA 生产集中地江浙沪闽等。三废处理、公用工程均有配套产业供应。 另外， 园区还得到了政府的政策扶助优惠和资金技术支持，注重产业的健康可持 续发展，特别适合本项目的投资建设。 总厂布置 厂区长 316m， 宽 211m， 总占地面积 66676m 2， 主要包括工艺装置、 仓储设施、 辅助公用、生产管理及生活服务等区域。工厂布置严格遵守设计安全要求，车间 年产 55 万吨对二甲苯项目项目摘要 - 6 - 布置规范，物流走向合理。同时，以物流人流高度分离为理念布置运输线路。厂 区非生产储运区均设有绿化带，用以隔离噪音和有害因素，保证安全环保。考虑 未来发展，我们将发展用地定于厂区西南边。我们使用 Auto CAD 进行厂区的平 面设计，并用 3D 建模软件进行立 体效果图的绘制。 车间及管道布置 我们使用 Smart Plant 3D 对 第一车间（三苯分离工段）进行 了设备布置和详细的管道布置， 确定了管道的走向，并得到了每 根管道的轴测图。另外，还利用 Auto CAD 对第一车间进行了设备 布置图的绘制。 七、 经济分析 经济分析是工程项目可行性研究和评估的核心内容和决策的重要依据， 其作 用在于最大限度地避免风险，提高投资效益。本项目建设期两年，投产期四年， 主要对工程建设、经营成本、产品价值等做了大致评估，得出了盈利分析和敏感 性分析，具有重要指导及实践意义，也从经济角度证明了本项目的可行性及其蕴 含的巨大经济效益和社会效益。 项目项目 数据数据 运 营 过 程 固定资产 142351.64 万元 总投资 169686.8 万元 原材料费用 743189.8 万元/年 运营成本 851152.76 万元/年 产品销售收入 939429.4 万元/年 正常销售期毛利润 77779.41 万元/年 正常销售期净利润 68840.36 万元/年 正常销售期净现金流量 41587.86 万元/年 盈 投资利润率 45.84% 投资利税率 52.42% 年产 55 万吨对二甲苯项目项目摘要 - 7 - 利 能 力 投资收益率 40.57% 投资回收期 4.4 年 财务内部收益率 IRR 25% 财务净现值 NPV 233573.34 万元 净现值率 137.65% 不 确 定 性 分 析 产销盈亏平衡点 BEPQ 36.91 万吨/年 产销最大允许降低幅度 60.57% 单价盈亏平衡点BEPL 9182.36 元/吨 最大允许降价幅度 4.24% 经营成本敏感性 -0.358 产量敏感性 0.051 产品价格敏感性 0.324 本项目的盈利能力良好，在经济上具有很大的可行性。 项目应对市场供求变 化的能力强，生存能力强。 八、 总结 我们通过文献查阅以及 Aspen Plus 软件模拟，对各工艺流程进行了充分的 验证，主要完成了物料能量衡算、热集成、设备选型、物料流程图(11 张)、带 控制点工艺流程图(12 张)、车间布置(Auto CAD 平面设计 4 张，Smart Plant 3D 立体设计 1 个)、重要设备装配图(3 张)、轴测图(34 张)、总厂布置(Auto CAD 平面设计 1 张，三维建模立体设计 1 个)、控制系统、设备选型(反应器、塔、泵、 换热器、压缩机、储罐等)、经济分析以及安全环境影响评价等。此外，还完成 了储运、供电、通信、公用工程、给水排水、消防职业安全及工业卫生等内容， 请详见相关文档。 本项目的物耗与能耗情况如下表： 单位对二甲苯能