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中海壳牌石油化工有限公司年产二十三万吨醋酸乙烯项目 项目摘要2019“东华科技-恒逸石化杯”第十三届全国大学生化工设计竞赛中海壳牌石油化工有限公司年产二十三万吨醋酸乙烯项目项目摘要团队名称： We Win团队 团队成员： 秦丹倪 刘 娜 王甜甜 苏振宁 杨学琳 指导老师： 孙晓岩 夏 力 陶少辉 王 政 秦洪庆 2019年8月1.项目简介22.原料产品确定23.工艺设计34.节能设计35.设备设计56.清洁生产77.厂址选择与布置78.安全环境分析109.经济效益分析101.项目简介本项目以醋酸、乙烯、氧气为原料，采用乙烯法为中海壳牌石油化工有限公司设计了一套醋酸乙烯装置，建于广东省惠州市大亚湾石油化工园区，原料年消耗量为29.41万吨，醋酸乙烯年产23万吨。本团队在工艺设计中，兼顾经济效益和清洁生产，思路明确，亮点突出，其主要体现在如下几个方面： 以总厂乙烯，园区内氧气以及运输醋酸为原料，得到的醋酸乙烯带动下游产业，实现体系融合，增长产业链； 工艺流程中实现乙烯、醋酸两大循环，提高原子利用率；采用热泵精馏等多项节能技术对工艺流程进行优化，提高效率、降低能耗；采取气相乙烯法工艺，高效分离，减少污染，并对后续三废详细处理；采用固定床反应器提高反应能力，新型塔板提高分离能力，采用智慧泵站可大大提升水循环系统运行的安全性，降低设备故障率。2.原料产品确定本项目设计的产品是23万吨/年醋酸乙烯，原料中的乙烯来自总厂220万吨/年裂解制乙烯装置，氧气来自园区内普莱克斯工业气体有限公司，醋酸来自塞拉尼斯（南京）化工有限公司。原料用量如表1所示：表1 原料组成表种类用量/ 万吨乙烯8.33氧气5醋酸16.08形成了以99.8%醋酸乙烯为主的产品体系：表2 本项目产品方案序号产品规格（%）产量（万吨/年）备注1醋酸乙烯99.8%22.8主产品2乙醛99.9%0.037副产品3.工艺设计本项目经过产品选择和工艺方案论证，采用气相乙烯法的流程，应用MichaelL.Luyben和BjornD.Tyreus 研究所得醋酸乙烯基催化剂。在生产工艺中，遵循中国制造2025提出的低能耗，低三废的建设目标，极大的提高原子利用率。来自中海壳牌石油化工有限公司的乙烯由管道进入，经换热后，与园区内氧气和外厂运输的醋酸在醋酸蒸发器混合，进入反应器反应，出口气体经气体分离塔，气液分离器等分离设备后，将混合液体与不凝气体分离，分别进入吸收工段和精制工段。来自反应工段的不凝汽体，包含有大量未反应的乙烯，和产生的二氧化碳，经过水洗塔，用吸收剂经过吸收塔和解吸塔后，将大部分乙烯循环，部分不凝气放至火炬系统，得到高纯度二氧化碳。来自反应工段的混合液体，混合有水、醋酸和大量的醋酸乙烯以及乙醛，经过一系列精馏塔后，使醋酸循环使用，并且得到高纯度的醋酸乙烯产品和乙醛副产品。详见初步设计说明书第四章化工工艺系统。4.节能设计 换热网络优化为了充分利用能量，本项目通过使用Aspen Energy Analyzer软件，根据夹点设计法，结合实际情况，进行流股匹配，设计出了一种最优的冷热流股匹配方案。同时将优化后的换热网络返回流程模拟和PID图纸，对比分析得出最后方案，详见Aspen流程模拟源文件和PID图纸。全厂换热网络的匹配方案如图1所示。图1 全厂换热网络匹配方案经过热集成对换热网络进行优化后，共需要冷公用工程16.14MW，热公用工程65.98MW，与优化前相比,能效果如下表所示：表3 全换热网络节能效果对比项目热公用工程/MW冷公用工程/MW匹配前94.9497.19匹配后65.9816.14节能30.49%83.39%同时完成了冷热换热网络的模拟，进行EDR设计。详见EDR设计源文件。 热泵精馏精制工段中醋酸精制塔（T0303），该塔用于分离水和醋酸，能耗较高，且经模拟可得塔顶温度为102,塔底温度为126，温差在30以内，满足使用热泵精馏的条件，因此该塔宜采用热泵精馏技术进行节能。采用热泵精馏技术后，公用工程耗量下降明显，达到了较好的节能效果，前后能耗对比情况如图所示。图3 普通精馏与热泵精馏技术能耗对比5.设备设计 智慧泵站本项目采用了以高效设备、智能控制、智慧运维、智慧管控为基础，以降低循环水综合能耗为目标的工业领域智慧高效水输送系统智慧泵站。其在改造后综合能效至少可提升20%以上。同时，因设备管理运维的自动化水平提升，用于水泵维护的人力成本将减少50%以上。可大大提升水循环系统运行的安全性，降低设备故障率，提升系统的可用性水平。 立式热虹吸式再沸器立式热虹吸再沸器适用于低压和真空操作，由于流体循环速率高，传热系数比较大，物料在换热管内的停留时间短，不易结垢，管程容易清洗，常用于易结垢的工况，占地面积小，安装费用以及价格都比较低：汽液混合物在蒸馏塔内进行分离，省去再沸器的分离空间，分馏效果小于一块理论板。EDR校核后的立式热虹吸式再沸器如图4所示。图4 立式热虹吸式再沸器 接触式磁力密封运用HAZOP节点分析，对项目生产中易发生泄漏的地方进行分析，为减少有毒有害气体向大气的扩散，我们设计了磁力密封装置以最大程度杜绝扩散，保护环境。利用磁体能够吸引铁磁性物质的性质，通过轴向的补偿，磁力密封能使两端面紧密贴合，不仅可减小泄漏量，还可降低能源损耗，提高设备的运转效率。图5 磁力密封装置如图5所示是本项目的磁力密封装置，主要由静环、动环和密封圈组成。其中，静环为磁性材料，由高剩磁铝镍合金材料制成，其表面光滑，具有良好的热稳定性，且耐磨性好；动环为石墨；O型圈对径向配合进行密封。6.清洁生产本项目为利用乙烯生产醋酸乙烯的清洁生产工艺，主要体现为：（1）采用乙烯、氧气和醋酸作为原料路线，提升我国醋酸乙烯制造水平，提高我国化工产品竞争力，发展循环经济、实现节能减排、清洁生产、废弃物资源化利用和提高经济效益；（2）工艺路线过程进行乙烯、醋酸两大循环，既提高了原子利用率，也减少了三废排放；（3）过程副产废物返回总厂：未被完全利用的乙烯送至燃烧管网，二氧化碳回收利用，其余废液、废固均有效处理，实现三废资源化利用；（4）反应工艺采用气相乙烯法，基本保证低污染乃至无污染，实现项目环境友好型、生产经济型；7.厂址选择与布置 选址确定图6 厂区选址本项目将厂址定在位于广东省惠州市大亚湾化学工业园区内，靠近总厂中海壳牌石油化工有限公司。具体位置如图6所示。中央、省、市对大亚湾的发展高度重视、寄予厚望。大亚湾石化区被列为全国重点发展的石化产业基地，是广东省唯一列入的石化产业基地，2014-2018年连续五年综合实力位列中国化工园区第二，2017年获评国家第一批“绿色园区”、国家循环化改造示范试点园区。园区内基础设施完善，企业集群使内部产业链优势明显；原料中乙烯直接来自总厂，方便快捷；三废处理、公用工程均有配套产业供应；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。 总厂布置总图布置根据人车分离理念，分设车流通道和人员通道，减少交通阻力。采用了平行布置，将生产区与生活区布置在厂区轴向干道两侧，使二者互不影响。并且根据紧凑集中理念，合理布置厂区内建筑及车间位置，达到高效稳定安全的生产布置。厂区占地面积105576m2（根据化工工艺设计手册（第四版）厂区占地面积不包括围墙内的占地面积，主要包括生活区、生产区、生产辅助区、储罐区和公用工程等区域。我们使用Auto CAD进行厂区的平面设计（厂区平面布置图如图7所示）：图7 厂区平面布置图 三维布置本项目利用Auto CAD 对进行了设备布置图的绘制，确定设备的摆放位置，方便生产，同时对厂区三维进行设计，如图8。详见车间平立面、车间三维布置和厂区三维布置源文件。图8 厂区三维效果图8.安全环境分析本项目原料与产品包含乙烯、醋酸乙烯等易燃易爆物质，故生产储运过程中对于安全格外重视。本项目对生产区和储罐区进行了重大危险源辨识，运用EIAN2.0噪音软件对厂区及其周边环境进行噪声评价；还采用了HAZOP分析软件、爆炸危险指数评价对重大危险源进行风险预评估后设置DCS和SIS相结合的控制系统，实现对设备和系统的稳定控制。9.经济效益分析本厂经济技术分析遵循相关经济指标与分析方法，在充分了解市场价格后，对全厂投资、利润、现金流量等进行了详细估算与说明。计算可知，本厂总投资49889.8万元，年利润35896.65万元，投资回收期5.14年。分析结果表明，本厂在经济上是可行的，具有较高的经济效益。详见可行性研究报告第八章第九章。表5 综合经济技术指标序号指标名称单位数值1设计规模万吨/年232年操作时间小时/年80003工