2-WORD版1-设计文档集0-项目摘要

Green Chem团队鄂尔多斯中天合创醋酸乙烯分厂年产20万吨VAC项目2019年“东华科技-恒逸石化杯”第十三届全国大学生化工设计竞赛项目摘要指导老师：李真 王凯伟团队成员：罗雄巍 王建志 秦柏城 许晓安 郭莎莎天 津 大 学 仁 爱 学 院鄂尔多斯中天合创醋酸乙烯分厂年产20万吨VAC项目项目摘要目录第一章 概述1第二章 项目简介2第三章 工艺简介4第四章 节能设计6第五章 环境及安全生产10第六章 设备设计和选型11第七章 自动控制12第八章 车间布置及厂区设计13第九章 经济评价15第十章 软件应用17第十一章 项目总结18第1章 概述1、 本项目依托中天合创能源有限责任公司360万吨/年甲醇项目，利用一氧化碳和甲醇制取醋酸，在采用乙炔气相法生产醋酸乙烯酯，属于非燃料油用途的有机化工产品，并且拥有原子利用率高，清洁生产等特点，经济与环保优势显著。2、 本装置临近中天合创能源有限责任公司，原料供应可靠，运输距离短，毗邻公路和铁路，交通运输便利，政策优惠多，产品融入当地石化产品体系，销售市场范围广阔。本项目为当地社会环境、人文条件所接受，与地方的相互适应性较好，并且得到当地发展政策的支持。3、 20万吨醋酸乙烯酯项目的可行性研究报告按照中石化联产发2012115号化工投资项目可行性研究报告编制办法（2012年修订版）的规定编制完成。4、 可行性研究是投资项目前期工作的重要内容，是投资决策的重要依据。本可行性研究坚持实事求是，坚持科学、客观和公正的原则，对投资项目的各要素进行认真的、全面的调查和详细的测算分析。5、 本可行性研究报告符合国家、行业和地方的有关法律、法规和政策，符合投资方有关规定和要求，编制依据充分，附件齐全，数据来源有出处。6、 本可行性研究以市场为导向，以经济效益为中心，最大限度优化方案，提高投资效益，作出实事求是的结论性意见。本报告全面反映研究过程中的不同意见和存在的主要问题，以确保本项目可行性研究的科学性和严肃性。7、 本可行性研究报告中的财务分析，按照国家有关投资项目经济评价方法的规定和行业有关规定进行编制。8、 本可行性研究报告中的投资估算，按照行业有关投资项目可行性研究投资估算编制办法的规定编制。 1天津大学仁爱学院GREENCHEM团队第2章 项目简介本项目以生产醋酸乙烯酯为目标，确定了以鄂尔多斯中天合创能源有限公司下属煤炭分公司的主要产品甲醇、一氧化碳以及乙炔为原料，确定了甲醇、一氧化碳制醋酸，醋酸、乙炔制醋酸乙烯酯路线来生产醋酸乙烯酯的工艺方案，拟生产醋酸乙烯20万吨/年。表2-1 项目概述项目名称中天合创化能源有限责任公司年产20万吨醋酸乙烯企业性质国有企业项目类型化工所属区域西北地区项目建设性质新建项目项目建设规模本项目以生产醋酸乙烯酯为目标，依托中天合创能源有限责任公司360万吨/年甲醇项目作为其原料。采用乙炔气相法生产醋酸乙烯酯20万吨/年，项目投资4.6亿元，项目用地43700m2。富煤、少气、贫油是我国能源赋存结构的基本特点，确立我国的能源安全战略，必须从这一基本条件出发。因此，以国内丰富的煤炭资源为基础，大力发展煤基能源化工产业，对于平衡我国能源结构，解决石油短缺具有重大意义。在以上背景下，为改善我国能源和化工产业的供求结构，提出依托以某丰富的煤炭资源为基础，发挥企业生产、管理、资金等方面的优势，在该地区建设大型煤化工生产基地，对保障我国能源安全和促进可持续发展具.有十分重要的战略意义。以煤化工为基础的电石生产，在我国西北及华北的煤，山西、内蒙有显著的资源、技术、成本优势。随着国际油价的高位运行及不可逆转的价格趋势:国内干法电石乙炔生产实现了污染零排放的技术突破;国家环保总局和国家发改委的对电石乙炔的政策解禁;为电石乙炔法的持续发展扫清了障碍。电石乙炔和乙炔化工正处于重新崛起的地位。以乙炔为原料的醋酸乙烯酯产品，具有装置投资较大、技术起点较高、工艺流程较长、生产过程较为复杂的特点，正因为如此，近30年来国内一直没有新建的工厂，基本上是原有企业的扩建和改造，其新增产量远不能满足国内的需求，每年进口量不断增加。拟建的醋酸乙烯装置在集成了国内技术先进成果的基础上，进行详细的方案比选，选择技术先进、成熟可靠、节能节水、具有低成本优势和循环经济优势的工艺路线，因而具有较好的经济效益、社会效益和较强的竞争力。综上所述，本项目拟在鄂尔多斯中天合创能源有限公司年产20万吨醋酸乙烯的分厂，厂区布置符合国家对于化工生产的要求，同时在安全以及环保方面做得十分全面。本项目不仅可以增加全公司的经济效益，带动该地区的经济发展，同时在一定程度上，能够缓解我国醋酸乙烯需求量逐年增长的状况。本厂生产产品规格如下：表2-2 产品规格序号产品产量（万吨/年）规格备注1醋酸乙烯酯20优等品产品2醋酸15优等品副产品3丙酮1.5合格品副产品4乙醛1.2合格品副产品18天津大学仁爱学院GREENCHEM团队第3章 工艺简介出于环保、技术经济市场、国家政策、国家资源分布等多方面考虑，我们分析对比了各种工艺路线，最终确定了我们的整套工艺。本项目确定乙炔气相法生产醋酸乙烯，采用甲醇-CO羰基化法制醋酸，乙炔-醋酸气相法制醋酸乙烯酯路线来生产醋酸乙烯酯的工艺方案。图3-1 HAC工艺示意图图3-2 VAC工艺示意图图3-3 全厂工艺示意图本项目共分为两个工段，分别为醋酸合成精制工段、醋酸乙烯合成精制工段。设计过程中利用Aspen Plus对全流程进行模拟，并在此基础上完成物料衡算、能量衡算，Aspen Plus模拟流程如图3-4所示。图3-4全厂工艺图第4章 节能设计本项目为鄂尔多斯中天合创能源有限公司年产20万吨VAC项目，运行成本是该项目的一个很重要的考核参数，而公用工程的消耗又是其中很重要的一部分。通过换热网络的设计和优化，可以尽可能地实现对内部流股热量集成最大化利用，减少公用工程的消耗。为此，我们运用Aspen Energy Analyzer V9.0软件来进行换热网络的设计，并且寻找可能节能的措施，以最大限度的降低成本。从整个工艺流程来看，本项目需要较大量的公用工程。其中冷公用工程包括冷却水和冷冻液，主要用于冷凝器的冷凝和冷却产品；热公用工程主要用于流股的预热及塔釜再沸器加热等过程，所使用的热公用工程包括低压蒸汽和中压蒸汽。冷公用工程集成厂址所在地的中天合创煤化厂区的循环水站及冷冻站，热公用工程同样集成中天合创煤化厂区内蒸汽系统。为了充分集成过程中的热量，本项目采用了热泵技术。热泵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。1、 换热网络优化工艺流程中涉及公用工程量较多，为充分回收利用能量，本项目使用Aspen Energy Analyzer软件，根据夹点设计法，结合实际情况，进行流股匹配，设计出一种相对较优的冷热流股匹配方案。图4-1优化后换热网络2、 热泵技术应用图4-2组合曲线（不含热泵精馏）在夹点附近存在平台区，其中第二部分是VAC精制塔T0204塔顶塔底的相变热，该塔可以通过热泵技术提高塔顶温位，增加系统内部换热量，减少公用工程的消耗量。其中VAC精制塔T0204塔顶塔底温度差为12，且存在较大的相变热，可以采用热泵技术，将该塔改为VAC精制塔，在Aspen 中模拟流程如下：图4-3热泵精馏模拟图图4-4过程组合曲线图（含节能技术）3、 双效精馏先对双效精馏的两个塔采用DSTWU进行模拟，得到初步数据之后，再代入RadFrac模型中，运用Aspen Plus自带的计算器工具，计算得在高压塔塔顶负荷与低压塔塔底负荷相匹配的情况下的塔参数，工艺流程图如下图所示：图4-5双效精馏流程图表4-1 普通精馏与双效精馏对比表项目普通精馏工艺双效精馏工艺高压塔低压塔塔压/bar141塔顶出料量/（kg/h）316.3200.8640.197所需塔板数NT/块163632塔顶温度/55.6104.064.2塔底温度/99.5133.698.7冷凝器负荷/MW17.8011.3再沸器负荷/MW199.40总能耗/MW36.820.7综上比较分析，采用双效精馏工艺分离甲醇与水的方案与常规单塔精馏相比，不仅节约能耗，综合费用投资也大大减少。4、 总结本项目通过热泵技术、热集成技术，换算后节能34.0MW，需要冷公用工程16.5MW，热公用工程34.5MW，实现了较大程度的能量回收。冷公用工程包括冷冻水和冷冻液，需要的热公用工程包括低压蒸汽和中压蒸汽和燃气，可由园区公用工程站和本厂废热锅炉提供。公用工程明细如表4-2所示：表4-2公用工程明细表公用工程进口温度/ 出口温度 /介质负荷/kWMP Steam175174中压蒸汽9117.3644LP Steam125124低压蒸汽3127.345Cooling Water2025冷却水5301.733第5章 环境及安全生产本项目从建设到投产全程中涉及到一氧化碳、甲醇、乙炔等危险品的贮存、输送及使用。工艺过程中火灾甚至爆炸成为主要危险；其他还存在着触电、机械伤害等事故的可能性。本评价报告遵照国家有关法律法规规定，对生产装置进行了危险、危害因素分析等评价工作。依据建设项目环境风险评价技术导则（HJ/T169-2004）的有关规定，根据建设项目所涉及的物质危险性、功能单元和重大危险源判定结果，以及建设项目周围的环境敏感程度等因素确定项目环境风险评价等级为一级。本项目风险评价利用Risk system软件，重点对醋酸乙烯储罐、甲醇储罐的液体泄漏燃烧、蒸汽爆炸、火球爆炸对大气的污染等事故进行后果预测，主要风险评价结果详见设计源文件中相关截图。本项目满足一下条件：本项目符合相关产业规划；项目选址符合相关规划，选址合理；本项目生产符合清洁生产原则；采用切实有效的污染防治措施可保证污染物达标排放；污染物排放符合总量控制要求；项目建成后，外排污染物不会导致当地环境质量下降；事故风险处于可接受水平。第6章 设备设计和选型本项目设计过程中主要对R0201醋酸乙烯合成反应器、T0201醋酸回收塔、E0102换热器、E0201换热器进行设计，包括基本设备的工艺参数和特殊内构件的设计。同时对储罐、泵、压缩机等设备进行了选型，具体详见工艺设备选型说明书以及设备选型一览表。并利用Aspen Plus对各个塔设备进行工艺参数优化与水力学计算，并用SW6进行了机械强度校核。对T0101醋酸精制塔、T0102甲醇回收塔、T0103高压塔、T0104低压塔、T0201醋酸回收塔、T0202乙醛回收塔、T0203水洗分离塔、T0204 VAC精制塔的工艺参数进行了灵敏度分析。第7章 自动控制本厂所有的工艺装置和大部分公用工程、辅助设施等，均采用DCS（集散控制系统）进行过程控制和检测，辅助SIS安全仪表系统，实现分布式集中操作，并建立全厂实时数据库，同时对控制系统中检测的结果实施报警动作或调节或停机控制，为全厂计算机信息管理和生产调度建立基础。由于工艺流股中含有甲醇，一氧化碳，乙炔，醋酸乙烯酯，醋酸都属于甲类火灾爆炸危险性，极易产生火灾爆炸；生产过程中的一氧化碳具有窒息性；醋酸乙烯酯、一氧化碳均有毒性。所以该生产项目过程中存在着安全隐患，因此，对工艺流股中气体的监控尤为重要。我们主要采用PLC进行过程控制与监测，在线控制仪表实时监测工艺流股中气体的含量并将数据送往中心控制室，及时调控装置参数，从而保证整套装置的安全可靠性。此外，本项目还对部分图纸中的设备进行了危险和操作性分析（HAZOP），以保证工艺安全性。为了应对生产过程中可能发生的危险，本厂还采用紧急停车系统（ESD）对全厂的生产装置及与工艺生产装置相配套的公用工程部分进行控制。设计中对各工段均绘制了P&ID图，具体详见Auto CAD图纸绘制源文件及设计图册。第8章 车间布置及厂区设计本项目厂址选于鄂尔多斯中天合创能源有限公司预留用地，紧邻总厂，原料充足，辅助设施完善，具体位置如图：图8-1 厂区选址图8-2厂区布置本项目使用Auto CAD进行厂区的平面设计，厂区平面布置图如图所示。总图布置根据人车分离理念，分设车流通道和人员通道，并按照功能分区集中布置，即物料装卸区、储存设施区、工艺装置区、辅助设施区等。厂区长230 m，宽190m，总占地面积43700m2。工厂布置严格遵照设计规范要求，充分考虑了安全、环保、运输、未来发展等因素。本项目利用Sketch Up软件对厂区整体进行三维设计，同时运用Lumion软件进行渲染，厂区三维效果图如图所示。图8-3厂区三维效果图第9章 经济评价本项目设计过程中通过 Aspen Process Economic Analyzer 进行初步估算。从总投资估算、产品成本估算、收入分析、经济指标分析几个方面对本项目的经济性进行了分析，从投资利润率、投资利税率、静态投资收益率、投资回收期等指标可以看出本项目具有良好的经济效益，经济可行，详见经济分析。表9-1 主要技术经济指标表序号项目名称单位数值一生产规模万t/a20二产品方案1醋酸乙烯酯万t/a202醋酸万t/a153丙酮万t/a1.54乙醛万t/a1.2三年操作时间h8000四主要原材料、辅助原料用量1一氧化碳t/a1464002工业级甲醇t/a160804.83乙炔t/a153669.64氢氧化钾t/a31685铑负载HI、KI催化剂t/a5.66醋酸锌负载活性炭催化剂t/a15.2五公用动力消耗量1电万度/年4302.762冷却水万吨/年2082.683仪表空气104Nm3/a4.384中压蒸汽万吨/年30.565低压蒸汽万吨/年4.496氮气104Nm3/a5.56六三废排放量1废水t/a298302废气Nm3/h151.673废固t/a45.82七全厂定员人81八总占地面积m243700九工程项目总投资1建设投资万元38475.2942流动资金万元5771.33建设期利息万元1201.6十年总销售收入万元204340十一年总成本万元102867.442十二年利润总额万元63311.98301十三年销售额税金及附加万元23660.57499十四财务评价指标1投资利润率%38.7%2投资利税率%52.6%3资本金净利润率%62.6%4投资回收期（静态）年4.865投资回收期（动态）年4.146财务内部收益率%29.3