设计文档97-03设计文档0-设计摘要

镇海炼化5.2万吨甲基丙烯酸甲酯生产项目摘要目 录1 项目简介12 工艺设计23 节能设计43.1 换热网络优化43.2 朗肯循环43.3 热泵技术64 设备设计74.1 ADV微分浮阀的应用74.2 洁能芯的使用75 清洁生产96 厂址选择107 厂区布置118 经济分析139 项目总结14161 项目简介本项目是为中国石化镇海炼化建立一座年产5.2万吨甲基丙烯酸甲酯的分厂。本项目综合利用从总厂来的抽余C4提纯异丁烯，采用异丁烯氧化两步法生产高纯度甲基丙烯酸甲酯。本项目分为三个工段，即抽余C4预处理工段、MAL合成工段、MMA合成与精制工段。除了主产品MMA之外还包括正丁烷、2-丁烯等高附加值的产品。产品结构见下表1-1。表1-1 产品结构表序号产品名称单位产量纯度%1甲基丙烯酸甲酯万吨/年5.299.902正丁烷万吨/年1.199.6632-丁烯万吨/年2.799.294异丁烯、异丁烷混合物吨/年3556.6696.642 工艺设计本项目工艺流程图如下：图2-1 工艺流程图自储罐来的微量氢气和自总厂来的抽余丁二烯后的C4经过换热后进入反应精馏塔T0101，在氢气和催化剂的催化下将1-丁烯转化成反2-丁烯，将反-2-丁烯转化为顺-2-丁烯。然后异丁烷异丁烯从塔顶除去，正丁烷、2-丁烯从塔底出。（1）正丁烷和2-丁烯分离将T0101塔底出来的正丁烷和2-丁烯混合物经过减压阀减压后，在经过换热器将其气化，通入吸附固定床中，将2-丁烯与正丁烷分离（2）异丁烷和异丁烯分离T0101塔顶出来的异丁烯和异丁烷混合物经过NPM萃取剂通入T0102萃取精馏塔中将异丁烷与异丁烯分离。塔顶采出异丁烷异丁烯混合物，塔底采出异丁烯和NMP萃取剂混合液经过换热后进入溶剂回收塔T0103萃取剂分离，塔顶异丁烯采出进入下个工段，塔底萃取剂经过换热后再进入T0102。自T0103来的异丁烯与空气、水混合后通入换热器预热后通入固定床列管式反应器R0201，将异丁烯和水反应生成MAL，离开反应器后通过急冷锅炉产生低压蒸汽并入到公用工程网络中，再通过压缩机加压后换热后进入水吸收塔T0201中，用水将MAL吸收，塔顶采出未反应的异丁烯和大量空气送回总厂集中燃烧，塔底采出MAL水溶液和甲醇一起进入共沸精馏塔T202，甲醇和MAL共沸从塔顶采出进入下个工段，塔底采出水做水集成。来自上个工段的MAL和甲醇混合物经过加压后,与甲醇混合加热到80，和80摄氏度的空气分别通入浆态床反应器R0301,经过气液分离器实现气液分离，废气送回总厂集中处理。液体和水混合后通入精馏塔T0301，水和MMA在塔底流出，塔顶气液采出，气体进入气液分离器，气体送回送总厂集中处理燃烧，液体通入膜分离装置，回收甲醇通入R0301,剩余送回总厂燃烧；液体分流进入T0202和R0301.塔底MMA和水进入储罐静置分层，上层MMA采出后通入脱水分子筛精制MMA得到产品，下层水采出后循环至T0301。3 节能设计本项目进行了换热网络优化，添加了朗肯循环、热泵技术等进行节能设计。3.1 换热网络优化图3-1优化后的换热网络图表3-1 优化节能效果一览表项目热公用工程冷公用工程换热网络优化前3.0231083.245108换热网络优化后2.0161082.239108节约百分率33.3%31.0%3.2 朗肯循环有机朗肯循环通常包括泵、蒸发器、透平机和冷凝器四个部分，如下图所示。经冷却介质冷却后的工质通过泵输送到蒸发器（过程），与热源流体经热交换后成为饱和蒸汽或过热蒸汽（过程），该蒸汽进入膨胀机经膨胀推动透平机做功后被排出，随后进入冷凝器与冷却介质进行热交换后成为液体工质（过程），最后再由泵输入系统，如此循环，实现将热转化成有用功。有机朗肯循环示意见下图3-2。图3-2 有机朗肯循环示意图Aspen Plus流程模拟如所示图3-3所示。图3-3有机朗肯循环模拟流程图物流0127具有大量热量122，属于低温热源，可被回收利用。五氟丙烷作为有机工质经汽轮机S0101，再经过冷凝器E0111全部冷凝，在经过增压泵P0104进行增压，进入蒸发器E0105与低位热能换热，气化为过热蒸汽，避免在管道中冷凝出部分液滴，对汽轮机造成影响。高压过热蒸汽经过汽轮机S0101膨胀降压降温带动汽轮机发电，完成一个循环。汽轮机模拟结果见下表3-2。表3-2汽轮机模拟结果项目温度/压力/bar气化率/%功率/Kw循环五氟丙烷进口95.48101263.13循环五氟丙烷出口64.65213.3 热泵技术热泵精馏的出发点是提高精馏过程中一部分能量等级，用于自身的再沸器加热器需要。查阅相关文献可知，根据热泵所消耗的外界能量不同，热泵精馏分为汽相压缩式热泵和吸收式热泵精馏，根据压缩机工质的不同，蒸汽压缩式热泵又分为塔顶汽相直接压缩式、塔底液体闪蒸式和间接蒸汽压缩式三种类型。蒸汽压缩式热泵精馏结构通常可用于以下过程：塔顶和塔底温差较小的精馏塔、被分离物质沸点相近的难分离系统、低压下精馏时塔顶产品需要用冷冻剂冷凝的系统等。本项目设计中反应精馏塔塔顶温度为：55，塔底温度为；67温差为12，温差很小，可以设置热泵把塔顶汽相压缩升温作为塔底再沸器的热源，从而省去再沸器和冷凝器，节约能源。如下表为通过Aspen Plus软件对设置热泵前后做了能耗分析后得到的数据，通过计算可知，设置热泵节约能耗约为86.82%。因此建议在实际生产过程中，对反应精馏塔设置热泵，以达到节能的目的。有无热泵对比如图3-4。图3-4 有无热泵对比图4 设备设计4.1 ADV微分浮阀的应用ADV微分浮阀塔盘的全新设计，除采用ADV浮阀外，还采用了以下几项改进措施：（1） 新式降液管：新式降液管可以有效降低受液面积，从而增加鼓泡区面积，提高塔盘处理量。（2）鼓泡促进器：提高鼓泡均匀度，强化气液接触，从而减少漏液量。（3） 新式塔板连接方式：提高浮阀排列的均匀度，增加塔板的最大开孔率，提高塔板的安装速度。全新设计的ADV浮阀塔盘，进一步优化了塔板上的气液两相的流动状态和接触状态，从而进一步提高了塔盘的处理量和分离效率。图4-1 ADV微分浮阀示意图4.2 洁能芯的使用电力是最主要的高耗能行业之一，也是“节能减排”任务艰巨和潜力巨大的行业。在火力发电生产过程中充分利用高效热交换技术和设备是提高能源利用率，实现“节能减排”的重要途径。因此，必须进一步加强研究开发并推广应用高效换热技术和设备，以确保“节能减排”战略目标的实现。传热效率低下和传热表面积污结垢造成的传热劣化问题，是国际上多年来一直未解决的热传递过程中的难题，也是制约化工等高能耗行业提高能耗利用率的瓶颈问题。考虑上述因素，本项目氨法脱碳工段换热器中使用了“洁能芯”。“洁能芯”是北京化工大学在国际上首创的节能降耗效益显著的高新技术产品。“洁能芯”可直接安装于传热管内，既可有效地解决管壳式换热器效率低下的问题，又无须改变换热器的结构。洁能芯的主要技术特点是：具有在线自动清洗与强化传热的双重功能；具有自调性功能，避免刮擦管壁，保障换热设备的运行安全；具有高效率、高可靠性等优点，节能降耗，效益巨大；具有很强的适应能力,能用于换热介质低流速到高流速的各种工况；结构确定的洁能芯，其自转速度只与介质流速有关，不受换热管长度的限制，并可适应换热管的弯曲；采用高分子材料制成,具有自润滑、耐腐、耐磨、耐高温、抗老化等特点；采用流线型结构设计、介质流动阻力增加不明显,完全在工程允许的范围内；具有安装简便的特点,不需要对原换热器设备结构做任何改变。图4-2 洁能芯构造图4-3 换热管内置“洁能芯”工作原理图与安装实景5 清洁生产为确保生产环境有序、清洁，并满足特殊工序对环境参数的要求，使工厂资源得到合理配置和合理使用，从而达到工厂质量方针和目标的要求，本项目设计高度重视工厂和周边环境的保护。本项目在整个工艺流程中分别在气液分离器、膜分离装置、脱水分子筛处产出大量的废气，为33231.5437kg/hr，其主要成分为O2、N2、CO2，还有少部分的烷烃烯烃类。将几处出装置产生的废气直接通回总厂焚烧炉燃烧掉，并且通过膜分离装置将水萃取精馏塔来的甲醇进行回收。实现物料、热量再利用。本项目在整个工艺流程中在共沸精馏塔、气液分离器、相分离罐处产出大量的废液，为10460.817kg/hr，其中大部分都是水，还有少量的MMA、正丁烷、二氧化碳等。将产生的废水回收后做水集成，做到资源的循环利用。本工程产生的废固主要为失效催化剂、生产包装物和生活垃圾。Pd5Bi2PbFe/CaCO3催化剂产生量0.232t/a, MoBiFeCoCe催化剂产生量5.452t/a，Ni/Al2O3催化剂产生量为0.864t/a。本项目产生的失活催化剂统一送回厂家对催化剂进行再生处理，继续加以利用。生活垃圾等送进厂区的垃圾处理厂处理。6 厂址选择宁波化工区位于杭州湾南岸，宁波镇海区西北侧辽阔的海涂上，规划面积56.22平方公里。区内地势平坦，依江临海，水源充沛，环境容量大，自然条件优越，同时园区提供九通一平，配套设施齐全。宁波及周边地区经济的快速发展和宁波杭州湾大桥的建设给园区带来了无限商机和发展机会，具有发展石油化学工业得天独厚的优势。园区距宁波市区仅14公里，距东方深水良港北仑港仅24公里，紧邻中国最大的液体化工码头。329国道、未来沿海快速大道、世纪大道、舟山群岛大桥等贯通全区，随着杭州湾跨海大桥的建成和铁路专用线的建设，将大大拉近宁波化工区与整个长江三角洲的距离。图6-1 厂址选择7 厂区布置厂区布置为矩形，长为317m，宽为195m，总面积为61815m2。本厂区按照功能分布集中控制，即物料装卸区，储存设施区，工艺装置区，辅助生产区，行政管理区，其他设施区等。本项目厂区中间有一条横贯厂区的主干道，宽度为12米，作为主要的物流线，在主干道的两侧分布着很多支路，贯通整个厂区，在生产区、储罐区均设有消防通道。厂区内部设置门卫室、消防站、配电站、中控室、分析室、检修室、公用工程等。场内设施完整，功能齐全。厂区中装卸区、污水收集池等易产生污染的区域被安排在厂区全最小频率风向的上风侧，尽量减少其对中控室、行政楼、值班室等人群相对密集的区域的影响。厂区设置四个进出口。其中东门为厂区正门，正对厂前区，主要用于公司职员上下班出入，属于人流出入口。西门和北门与主干道相连，专门用于货车运送货物（原料和产品）等。东门与西门为消防进出口，靠近罐区、生产装置区和消防站，发生紧急事故时方便消防车进出，以便第一时间消防。图7-1 厂区布置图7-2 厂区三维布置图8 经济分析化工项目的资金来源主要有权益资本、债务资金、准股本资金和融资租赁。本项目的资金来源为权益股本和债务资金，总投资金额为71037万元。根据国务院关于调整固定资产投资项目资本金比例的通知（国发（2009）27号）规定，化工项目的最低资本金比例为20%，故贷款25000万元，贷款利率为4.75%，其余资金由自有资金注入。其中，贷款部分通过抵押本厂部分的固定资产，获得贷款；其余部分由股东大会筹集或总厂划拨筹集，4个月内资金全部到位。表8-1 主要经济数据表序号项目名称单位数值一建设规模1生产MMA万吨/年5.2二产品方案1MMA万吨/年5.22正丁烷万吨/年1.132-丁烯万吨/年2.74异丁烯、异丁烷混合物吨/年3556.66三固定资产投资万元26901.5四流动资金万元8956五年均总成本费用万元67130.1六年均经营成本万元59139.45七年均销售收入万元119037.25八全投资财务内部收益率（税后）%529 项目总结通过大量查阅文献，本团队最终确定了产品方案及工艺方案，确定以异丁烯氧化两步法制取甲基丙烯酸甲酯，同时确定原料为抽余C4，利用抽余C4分离出正丁烷、2-丁烯等高附加值的产品。采用Aspen Plus对流程进行设计与稳态模拟、物料及能量衡算，利用Aspen Dynamics对流程进行了动态模拟，利用Aspen Energy Analyzer进行换热网络集成设计，使用Aspen Plus、Aspen Energy Design & Ra