0-项目摘要1-设计文档-Word2010项目摘要

中海壳牌中海壳牌石化年产石化年产 2020 万吨万吨醋酸乙烯醋酸乙烯酯酯项目项目 摘要摘要 中海壳牌石化年产中海壳牌石化年产 2020 万吨醋酸乙烯酯项目万吨醋酸乙烯酯项目 摘要摘要 贵州贵州大学大学 飞跃：化工厂飞跃：化工厂 目录 1.1.项目简介项目简介 . 1 1 2.2.原料产品确定原料产品确定 . 2 2 3.3.工艺设计工艺设计 . 3 3 4.4.节能设计节能设计 . 5 5 5.5.设备设计设备设计 . 7 7 6.6.清洁生产清洁生产 . 1212 7.7.厂区选址与布置厂区选址与布置 . 1313 8.8.安全环境分析安全环境分析 . 1515 9.9.经济效益分析经济效益分析 . 1515 10.10.项目总结项目总结 . 1717 中海壳牌石化年产中海壳牌石化年产 2020 万吨醋酸乙烯酯项目万吨醋酸乙烯酯项目 摘要摘要 贵州贵州大学大学 飞跃飞跃：化工厂化工厂 1 1 1.项目简介 随着我国石油工业的快速发展， 我国已成为世界上最大 VAC 生产 国和消费国，VAC 的需求量与日俱增，醋酸乙烯酯是年消费量数百万 吨的大宗化学品，在我国亦有超过 55 年的生产历史，现有生产技术 成熟稳定， 同时也意味着在先进技术的应用方面具有较大的提升空间。 为此，能够“合理、安全、绿色、高效、环保”地生产 VAC 已经成为 了亟待解决的社会性课题。 鉴于以上背景，本项目以“清洁、安全、环保”的理念为惠州大 亚湾经济技术开发区设计一座年产 20 万吨醋酸乙烯酯项目的能够满 足上述需求的化工生产装置. 本项目是以中海壳牌石油化工股份有限公司 166 万吨乙烯为基 础的配套子项目， 拟以中海壳牌石化提供的乙烯和永基化工提供的甲 醇为生产原料生产醋酸乙烯酯。本项目年利用乙烯 172811.2 吨，年 产 20 万吨甲基醋酸乙烯酯（VAC） ，副产醋酸量为 45275.75 吨，建于 惠州大亚湾经济技术开发区西南侧预留发展空地上。 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： 对对 VAC 原料来源之一的醋酸原料来源之一的醋酸创新性地选择了创新性地选择了甲醇低压羰基化法生产，甲醇低压羰基化法生产， 且且采用了负载型采用了负载型 Ni-Mo-La/AC 绿色催化剂绿色催化剂。 工艺工艺流程中流程中实现甲醇、一氧化碳、乙烯实现甲醇、一氧化碳、乙烯三三大大循环循环，提高提高原料原料利用率利用率； 采用环境友好型的乙烯采用环境友好型的乙烯气相气相氧化法生产氧化法生产 VAC，并使用，并使用新型固定床反应新型固定床反应 器。在一定程度上提高了热交换效率器。在一定程度上提高了热交换效率,能够有效的避免“飞温”现象的发生能够有效的避免“飞温”现象的发生, 也降低了载热体的用量也降低了载热体的用量,减少了装置的操作成本减少了装置的操作成本。 中海壳牌石化年产中海壳牌石化年产 2020 万吨醋酸乙烯酯项目万吨醋酸乙烯酯项目 摘要摘要 贵州贵州大学大学 飞跃飞跃：化工厂化工厂 2 2 2.原料产品确定 本项目设计的是乙烯气相氧化法生产醋酸乙烯酯， 其原料为来自 中海壳牌石化的乙烯以及园区内公司永基化工提供的甲醇。 本项 目生产过程绿色环保， 原子经济性高， 同时也创造了巨大的经济效益。 表表 1 1 原材料质量标准原材料质量标准 序号序号 名称名称 纯度纯度 年年需求量需求量 1 甲醇 99.85 104975.7 吨 2 CO 100 16614808 Nm3 3 乙烯 100 18058694Nm3 4 氧气 100 8742456 Nm3 5 工艺软水 100 57600 吨 本工艺为了最大化实现经济效益，同时兼顾绿色环保的原则，在 主产 VAC 之外，同时副产醋酸。经本项目调查，主副产品均可在当地 出售，大大减少了销售运输成本，也提高了销售效率。 表表 2 2 项目主副产品表项目主副产品表 序号序号 产品产品 规格规格（% %） 年年产量产量 备注备注 1 VAC 99.85 20 万吨 主产品 2 醋酸 99.99 45275.75 吨 副产品 采用采用热泵热泵精馏精馏、共沸精馏共沸精馏、夹点分析夹点分析和热集成技术和热集成技术等多项节能技术对等多项节能技术对 工艺流程进行优化，提高效率、降低能耗工艺流程进行优化，提高效率、降低能耗；并对并对三废三废进行进行资源化资源化处理处理。 采用采用变压吸附变压吸附对对一一氧化碳氧化碳进行进行处理处理，并进行多塔分离，提高，并进行多塔分离，提高分离效果。分离效果。 采用采用新型换热元件新型换热元件扭曲管扭曲管改善传热效率改善传热效率；采用新型；采用新型节能屏蔽泵节能屏蔽泵，替替 代了以往高耗能的常规屏蔽泵代了以往高耗能的常规屏蔽泵。 中海壳牌石化年产中海壳牌石化年产 2020 万吨醋酸乙烯酯项目万吨醋酸乙烯酯项目 摘要摘要 贵州贵州大学大学 飞跃飞跃：化工厂化工厂 3 3 3.工艺设计 本项目经过产品选择和工艺方案论证，采用甲醇低压羰基化法、 乙烯气相氧化法工艺。设计了醋酸合成合成工段、VAC 合成工段以及 VAC 精制工段组成的工艺流程，实现了全流程稳态模拟与优化。 工艺流程如图 1 所示，详见初步设计说明书第四章化工工艺 与系统。 图图 1 1 工艺流程框图工艺流程框图 经循环气体压缩机压出的气体和补充乙烯通过第 2 热交换器， 利 用来自反应器的反应气进行预热后，进入醋酸蒸发器的下部。在醋酸 中海壳牌石化年产中海壳牌石化年产 2020 万吨醋酸乙烯酯项目万吨醋酸乙烯酯项目 摘要摘要 贵州贵州大学大学 飞跃飞跃：化工厂化工厂 4 4 蒸发器中， 原料气与从上部流下的醋酸进行逆流接触， 被醋酸所饱和， 从醋酸蒸发器顶部出来， 用过热蒸汽加热到稍高于反应温度后进入氧 气混合器，与氧气急速均匀地混合，达到规定的含氧浓度，并严格防 止局部氧气过量，以防爆炸。从氧气混合器导出的原料气，在配管中 途添加喷雾状的碳酸钾溶液后，进入列管式固定床反应器。列管中装 填钯-金催化剂，管间走中压热水，原料气在给定的温度、压力条件 下与催化剂接触反应放出的反应热被管间的热水所吸收，并汽化而 产生中压蒸汽。反应产物含醋酸乙烯、CO2、水和其它副产物，以及 未反应的乙烯、乙酸、氧和惰性气体，从反应器底部导出。 反应产物分步冷却到 60左右， 进入吸收塔， 塔顶喷淋冷乙酸， 把反应气体中的醋酸乙烯加以捕集，从塔顶出来的未反应原料气，大 部分经压缩机增压后，重新参加反应，小部分去循环气精制部分，脱 除 CO2进行净化。 反应生成的醋酸乙烯、 水和未反应的乙酸一起作为反应液送至初 馏塔，分出乙酸循环使用；塔顶出来的蒸汽经冷凝后送脱气槽进行降 压，并脱除溶解在反应液中的乙烯等气体。此气体也循环使用，脱气 的反应液经汽提、脱水等处理后送去精馏提纯。 来自醋酸分离塔的小部分循环气，含 CO2 达 1530，先进 入水洗塔，在塔中部再用乙酸洗涤一次，除去其中少量的醋酸乙烯， 塔顶喷淋少量的水，洗去气体夹带的乙酸，以免在 CO2 吸收塔中消耗 过多的碳酸钾。 水洗后的循环气一部分放空， 以防止惰性气体的积累， 其余部分进入CO2吸收塔， 在0.60.8MPa， 100120条件下与30 中海壳牌石化年产中海壳牌石化年产 2020 万吨醋酸乙烯酯项目万吨醋酸乙烯酯项目 摘要摘要 贵州贵州大学大学 飞跃飞跃：化工厂化工厂 5 5 的碳酸钾溶液逆流接触，以脱除气体中的 CO2。经过吸收处理后的气 体，CO2 含量降至 0.019左右，经冷凝干燥除去水分后，再回循环 压缩机循环使用。 反应液在脱气槽中分为两层，下层主要是水，送汽提塔回收少量 的醋酸乙烯。上层液为含水的粗醋酸乙烯，送脱水塔进行脱水，然后 进入脱轻馏分塔除去低沸物后，再进脱重馏分塔，塔顶蒸气经冷凝后 即得质量达聚合级要求的醋酸乙烯精品，最终进入产品储罐。 纯醋酸乙烯的聚合能力很强，在常温下就能缓慢聚合，形成的聚 合物易堵塞管道，影响正常操作。因此，在纯醋酸乙烯存放或受热的 情况下，必须加入阻聚剂，如对苯二酚、二苯胺、乙酸铵等。 4.节能设计 换热网络优化 在本项目中，设计公用工程量较多。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。详见 Aspen 流程模拟源文件和 PID 图纸。全厂换热网络匹配方案如图 2 所 示。 中海壳牌石化年产中海壳牌石化年产 2020 万吨醋酸乙烯酯项目万吨醋酸乙烯酯项目 摘要摘要 贵州贵州大学大学 飞跃飞跃：化工厂化工厂 6 6 图图 2 2 全厂换热网络匹配方案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，共需要冷用工程 42.44MW， 热公用工程 34.28MW，与优化前相比，节能 62.06MW。 热泵精馏 图图 3 3 热泵热泵精馏模拟流程图精馏模拟流程图 在 VAC 精制塔采用热泵精馏有着设备简单、投资少、分离效 果好、运行成本低的优势。经过 Aspen 对比模拟，热泵精馏总能 耗 4730815Watt，节省幅度达 85.77%。热泵精馏节省热耗 100%， 节约冷耗 78.79%。 中海壳牌石化年产中海壳牌石化年产 2020 万吨醋酸乙烯酯项目万吨醋酸乙烯酯项目 摘要摘要 贵州贵州大学大学 飞跃飞跃：化工厂化工厂 7 7 表表 3 3 热泵热泵精馏运用精馏运用前后前后能耗比较能耗比较 项目项目 普通精馏普通精馏 热泵精馏热泵精馏 冷公用工程能耗 （Watt） 2827951 599792 热公用工程能耗 （Watt） 2688069 0 压缩机功耗（Watt） 0 181692 泵功耗（Watt） 0 3721 总能耗（Watt） 5516020 785205 5.设备设计 本项目设计过程中主要对塔、 醋酸乙烯酯合成反应器等设备进行 了详细设计，对换热器、泵、压缩机等设备进行了选型。详见典型 设备设计与选型和反应器设计说明书 。 新型列管式反应器 本项目醋酸乙烯酯反应器采用等温列管式固定床反应器， 管内装 填催化剂，壳程通冷凝水及时移走反应产生的热量，控制反应温度。 固定床中催化剂颗粒固定不动，返混少，反应物的平均浓度高，反应 速率较快，可以克服流化床的缺点。除此之外，固定床内的流体流动 接近平推流，有利于实现较高的转化率与选择性；可用较少量的催化 剂和较小的反应器容积获得较大的生产能力；结构简单、催化剂机械 磨损小，适合于贵金属催化剂；反应器的操作方便、操作弹性较大。 综上，醋酸乙烯酯反应过程中热效应很大，催化剂不易失活，同 时催化剂颗粒小，价格昂贵，且返混对反应体系不利，故选定反应器 类型为列管式固定床反应器。 中海壳牌石化年产中海壳牌石化年产 2020 万吨醋酸乙烯酯项目万吨醋酸乙烯酯项目 摘要摘要 贵州贵州大学大学 飞跃飞跃：化工厂化工厂 8 8 列管式固定床反应器有以下优点：返混小，流体可同催化剂进 行有效解除，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性；催化剂机 械损耗；结构简单，它的投资和操作费用介于绝热固定床和流化床 之间；列管式固定床相对于一般固定床而言，更容易控制热量的传 递过程。 因此， 列管式固定床是甲基丙烯醛反应比较理想的反应设备。 图图 3 3 新型固定床反应器新型固定床反应器 新型屏蔽泵 为了贯彻绿色节能的理念，本项目所用泵通过市场调查决定采用 新型节能屏蔽泵，该系列泵由上海佰诺泵阀有限公司生产，从而替代 了以往高耗能的常规屏蔽泵产品。 常规屏蔽式电动机与同功率同极数普通电动机相比效率要低 10 个百分点，功率因数则更低。但是该系列泵磁路为径向结构，结构简 单、漏磁较少，由于空间的限制，采取这种特殊的隔磁方式，减小隔 磁桥的尺寸来增大磁阻，使漏磁减小，使用较少钕铁硼永磁体能够提 供电动机所需的气隙磁密。该设计使泵的整体效率提高，利用哈氏合 中海壳牌石化年产中海壳牌石化年产 2020 万吨醋酸乙烯酯项目万吨醋酸乙烯酯项目 摘要摘要 贵州贵州大学大学 飞跃飞跃：化工厂化工厂 9 9 金、钕铁硼永磁材料，使电机效率高、功率因数高及功率密度大、过 载能力强，且温升低，噪声小，长期高温运行时可靠性高，无泄漏、 防爆、耐腐蚀等特点，且可以在 200下稳定运行。 图图 4 4 新型屏蔽泵新型屏蔽泵 新型甲醇防爆泵 防爆泵一般用于输送易燃易爆介质，或用于爆炸性危险场所，要 求泵体采用防爆材料，如铝合金，不锈钢等材质。上海上石机械生产 的防爆泵具有结构简单，性能平稳，转速高，体积小，重量轻，效率 高，流量大，容易操作和维修等优特点。 上海上石机械制造有限公司防爆甲醇泵为单级单吸离心泵，用于 输送不含固体悬浮颗粒的酒，酒精或乙醇，甲醇等液体，(更换叶轮 可输送含小颗粒结晶甲醇)，适应温度范围较宽，被输送的介质的温 度为 3969。泵进口压力不大于 0.7MPa,广泛用于化工，石油， 酒精，冶金，合成纤维，食品，医药等部门。防爆甲醇泵适合输送流 量范围 22000 米/小时，配备防爆电机。根据输送不同的介质，部件 中海壳牌石化年产中海壳牌石化年产 2020 万吨醋酸乙烯酯项目万吨醋酸乙烯酯项目 摘要摘要 贵州贵州大学大学 飞跃飞跃：化工厂化工厂 1010 的材质可根据客户要求选用 1Cr18Ni9Ti， 0Cr18Ni9， 304L， SUS316L， Cr18Ni12Mo2Ti 等材料制造。 图图 5 5 甲醇输送泵甲醇输送泵 “扭曲管”的使用 本项目醋酸乙烯酯合成工段由于氧化反应放出大量热，出反应器 的混合气体温度品味较高，热量被逐级利用，所涉及的换热器均为气 -气相换热器。而气-气相换热器的总传热系数较低，导致换热面积较 大，设备费用增加，占地面积增加。且流体易在管内结垢，严重影响 换热的同时造成换热器寿命的降低以及能耗的消耗增加。 针对上述问题，本项目在醋酸乙烯酯合成工段换热器中使用了能 中海壳牌石化年产中海壳牌石化年产 2020 万吨醋酸乙烯酯项目万吨醋酸乙烯酯项目 摘要摘要 贵州贵州大学大学 飞跃飞跃：化工厂化工厂 1111 同时改善换热器壳程及管程的传热效率的传热元件 “扭曲管” ， 其工作原理如下： 图图 6 6 扭曲管扭曲管管束示意图管束示意图 扭曲管是由普通圆管经压扁扭转制得，截面为椭圆形，两头仍为 圆形截面，椭圆截面连续扭转变化，形成螺旋形流道，每经过一个导 程截面旋转 360 度；在长轴处形成点支撑，每旋转 60 度形成一次支 撑，一个导程六个支撑点，管束之间的空间即为螺旋形的流道。扭曲 管管内流体旋转流动，在截面上形成二次流；壳程截面长轴处形成自 支撑结构，流道也为螺旋形，壳程流体边旋转边纵向流动，强化传热 的同时降低了压力损失，另外，纵流也避免了流体诱导的管束振动。 高效除沫气液分离器 为了达到更好的气液分离效果，本项目在在丝网部分参考黑龙江 鑫达晟机械科技有限公司的专利 CN201520216299.4一种高效除沫 气液分离器来解决气液分离不够彻底，无法适应长时间的气液分离 工作的问题。该新型技术与现有技术相比具有以下效果：蒸汽经过第 一丝网捕沫器和第二丝网捕沫器逐层分离后由蒸汽挡板进行最终的 气液分离，分离效果更加彻底，同时利用震动装置，使附着在除沫装 置上的液滴快速下落，在气液分离器工作的同时进行初步清理，使设 备工作时间更长，本实用新型提高了工作效率，延长了工作时间，保 证了气液分离质量，从根本上解决了蒸汽夹带物料的问题，从而保证 了蒸发器更高效更稳定的运行。具体结构图如下图所示： 中海壳牌石化年产中海壳牌石化年产 2020 万吨醋酸乙烯酯项目万吨醋酸乙烯酯项目 摘要摘要 贵州贵州大学大学 飞跃飞跃：化工厂化工厂 1212 图图 7 7 高效除沫气液分离器结构图高效除沫气液分离器结构图 6.清洁生产 本项目为乙烯氧乙酰化生产 VAC 以及副产醋酸的清洁生产工艺， 主要体现为： 采用夹点分析节能技术对工艺流程进行优化，提高效率、降低能 耗，并对后续三废详细处理，起到节能减排、清洁生产、废弃物资源 化利用和提高经济效益的作用。 工艺路线过程进行甲醇、一氧化碳、乙烯三大循环，既提高了原 子利用率，也减少了三废排放； 使用高效反应、分离技术，将含甲醇废水进一步回收利用，减少 了有机物废水的排放，同时扩大了经济效益。 本项目对 VAC 原料来源之一的醋酸创新性地选择了甲醇低压羰 3 中海壳牌石化年产中海壳牌石化年产 2020 万吨醋酸乙烯酯项目万吨醋酸乙烯酯项目 摘要摘要 贵州贵州大学大学 飞跃飞跃：化工厂化工厂 1 13 3 基化法生产，且采用新型催化剂，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.厂区选址与布置 选址确定 图图 1010 厂区选址厂区选址 本项目将厂址定在惠州大亚湾经济技术开发区西南侧预留发展 空地上，具体位置如图 10 所示。 项目建设地公共设施完善，企业集群使内部产业链优势明显；乙 烯原料由总厂直接经管线输送至本项目，方便快捷；三废处理、公用 工程均有配套产业供应。 项目所在地得到政府的政策扶助优惠和资金 技术支持，产业的可持续发展。 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， 将生产区生活区布置在厂区径向干道两侧， 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 中海壳牌石化年产中海壳牌石化年产 2020 万吨醋酸乙烯酯项目万吨醋酸乙烯酯项目 摘要摘要 贵州贵州大学大学 飞跃飞跃：化工厂化工厂 1414 间位置，达到高效稳定安全的生产布置。厂区长 360m，宽 233m，总 产地面积 83880m 2，主要包括管理区、辅助生产区、生产工艺区和储 运区等区域。我们使用 AutoCAD 进行厂区的平面设计，厂区平面布置 图如图 11 所示。 厂区平面布置图厂区平面布置图 1111 三维布置 本项目利用 Auto CAD 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 12 所示。详见 车间平立面、车间三维布置和厂区三维布置源文件。 中海壳牌石化年产中海壳牌石化年产 2020 万吨醋酸乙烯酯项目万吨醋酸乙烯酯项目 摘要摘要 贵州贵州大学大学 飞跃飞跃：化工厂化工厂 1515 图图 1 12 2 厂区厂区三维效果图三维效果图 8.安全环境分析 本项目运用 Risk System 软件对厂区内的甲醇等储罐区进行了重 大危险源辨识并根据物质的物性进行了罐区物质的源相分析， 继而根 据源相分析的结果进行池或事故模型预测、 沸腾液体扩展蒸汽爆炸预 测、蒸汽云爆炸模型预测并分析了事故的伤害范围；此外还运用了 ALOHA 软件对相关储罐进行了蒸汽云爆炸事故、BLEVE 事故、池火事 故、中毒事故的模拟；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 SIS 和 DCS 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，借助 Aspen Economic Analyzer 进行辅助计算，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 46865.65 万元，年利润 22057.0 万元，投资回收期 6.8 年。分析 结果表明，本项目在经济上是可行的，相较于现有的 VAC 生产技术具 有较高的经济效益。详见经济分析 。 表表 6 6 综合综合经济经济技术技术指标指标 序号 项目名称 单位 数值 一 产品方案 1 VAC t/a 208296.1 2 醋酸 t/a 3671 二 年操作时间 h 8000 三 主要原材料、辅助原料用量 中海壳牌石化年产中海壳牌石化年产 2020 万吨醋酸乙烯酯项目万吨醋酸乙烯酯项目 摘要摘要 贵州贵州大学大学 飞跃飞跃：化工厂化工厂 1616 1 甲醇 t/a 104975.7 2 工艺软水 t/a 57600 3 Ni-Mo-La/AC 催化剂 t/a 4.6 4 CT-2 型催化剂 t/a 13 5 乙烯 t/a 172800 6 一氧化碳 t/a 94115 7 氧气 t/a 87036.72 四 公用动力消耗 1 电 kwh 101432560kw h 2 循环冷却水 t/a 53920240t 3 循环冷冻剂 t/a 223412.8t 4 高压蒸汽 t./a 7734.4t 5 中压蒸汽 t/a 143601.6t 6 低压蒸汽 t 48450.768t 7 空气 Nm3/a 12627128Nm3 8 氮气 Nm3/a 362880Nm3 五 三废排放量 1 废水 t/a 61731.9 2 废气 m3/h 53209.6 3 废固 t/a 22.1 六 全厂定员 人 198 七 总占地面积 亩 126 八 工程项目总投资 万元 46865.65 1 建设投资 万