4-创新性说明书

寻找春天队年产两万吨乙酸叔丁酯项目 创新性说明书2018.08目录第一章 原料方案及其体系创新11.1原料方案11.2产品方案2第二章 清洁生产技术创新32.1酸烯酯化反应3第三章 分离技术创新43.1新型碳四分离工艺43.2产品分级分离工艺4第四章 节能技术创新54.1换热网络创新5第五章 副产利用技术创新65.1废气排放65.2反应副产物6 广东工业大学寻找春天团队 7/7第一章 原料方案及其体系创新1.1原料方案异丁烯的主要来源是乙烯厂裂解副产以及炼油厂催化裂化副产，而高纯异丁烯在国内供不应求，故不选用高纯异丁烯作为原料来源。而由于乙醇汽油的推广，混合碳四中异丁烯的下游产品甲基叔丁基醚作为汽油添加剂的需求大大减少，导致碳四过剩，使用乙烯厂及炼油厂的副产碳四作为异丁烯来源具有广阔的来源，符合市场需求。为确定原料来源，我们收集了炼化企业碳四资源的典型组成，结果见表1-1。表1-1 碳四典型组成（/%）组成催化裂化碳四乙烯裂解碳四C30.870.01C50.770.01乙炔类01.40异丁烷34.201.60正丁烷6.795.50异丁烯22.6022.001-丁烯016.202-丁烯34.708.701,3-丁二烯044.301,2-丁二烯00.20合计99.9099.90对比两种碳四，我们发现乙烯裂解碳四中烯烃含量高，利用价值较高，故我们拟采用乙烯裂解碳四作为我们的原料来源。通过调研我们了解到茂石化拥有年产百万吨的乙烯裂解装置，每年的副产四十万吨的乙烯裂解碳四，经丁二烯抽提装置分离出丁二烯之后仍有大量的抽余碳四，大部分作为MTBE装置的原料生产汽油调和剂，而随着乙醇汽油的推广，MTBE装置的命运最终是淘汰，急需寻找到一种新的有效资源化利用抽余碳四的方法。1.2产品方案乙酸叔丁酯是一种重要的含氧有机溶剂，被美国国家环保局列为非挥发性有机溶剂和非空气有害污染物，是一种可用于涂料、油墨、黏合剂和工业清洗的绿色环保溶剂，具有广阔的市场应用前景。2012年以后世界乙酸丁酯的生产能力达到150万吨年以上。在国内乙酸丁酯的产量增长迅速，中国乙酸丁酯的消费主要是在化学工业和医药工业，消费量各占63%和26%，在化学工业中又主要用作涂料的溶剂。2015年底，我国乙酸丁酯产量超过100万吨年，预计在未来十年，我国乙酸丁酯的年均消费增长率约5%，需求量达170万吨左右。同时，我们通过调查发现乙酸叔丁酯有部分作为医药中间体出售，相较于溶剂用途，具有更高的纯度要求和更高的产品附加值，所以我们采用了分步回收提纯的方法实现产品的纯度分级，分级销售，实现利润最大化。第二章 清洁生产技术创新2.1酸烯酯化反应由于叔丁醇的空间位阻大，乙酸与叔丁醇直接酸醇酯化反应慢收率低，产品分离困难。另外一种传统乙酸叔丁酯生产方法采用乙酐和叔丁醇为原料进行乙酰化反应生产，该方法副产乙酸导致后续分离能耗较大。相较于传统的生产方法，本项目所采用的酸烯酯化生产工艺，而乙酸与异丁烯直接加成酯化合成乙酸叔丁酯的反应属于100%的原子经济反应，是一种绿色原子经济反应工艺，符合绿色化学的思想理念。而酸烯酯化最大的问题在于异丁烯的二聚之上，我们通过查阅文献发现可以通过添加阻聚剂来抑制异丁烯的二聚反应，提高产品的收率。经过比较（见表2-1），我们最终选择叔丁醇作为阻聚剂，减少副产。表2-1 阻聚剂优缺点阻聚剂水叔丁醇杂环化合物复配优点简单易得阻聚效果较好阻聚效果好阻聚效果好加入量少缺点会与异丁烯水合，副产叔丁醇，产品收率低，分离困难加入量较大，与产品相对挥发度相近，不易分离成分复杂，易结垢，毒性较大第三章 分离技术创新3.1新型碳四分离工艺我们通过查阅文献发现反应产物的常规分离方法是有单独设置碳四分离塔，由于碳四的沸点较低，对冷凝器负荷较大，冷公用工程用量大，对冷源的温度也有要求，常规冷却水无法将碳四完全冷凝，需要使用冰盐水或者液氨作为冷却介质，能耗极大，不符合节能减排的理念，故我们选择了一个新型分离工艺。我们通过模拟发现当塔顶气相冷凝到一定温度时，气相的组成几乎完全时碳四，通过这个发现，我们创新性的采用了多塔塔顶部分冷凝，分多次脱除反应产物中的碳四组分，而不单独设置碳四脱除塔（图3-1），与传统方法脱除所得的碳四组分相差，我们的多塔塔顶抽取碳四法可以节省一个精馏塔的投资以及能耗，节省资源，符合可持续发展的观念。图3-1 塔顶碳四脱除3.2产品分级分离工艺本项目中我们生产了两个纯度等级的产品，第一塔塔底出99%的乙酸叔丁酯，塔顶产品再进入第二塔进行精馏，塔底得到99.9%的乙酸叔丁酯，99%的作为溶剂出售，市场需求大，99.9%的乙酸叔丁酯则作为医药中间体出售，合理的顺应市场的需求，同时降低了第一塔提馏段的操作压力，减少塔板数，同时也能根据市场需求调节生产能力，适应市场的变化，使企业具有更顽强的生命力。第四章 节能技术创新4.1换热网络创新本项目使用了夹点分析和热集成节能技术，运用了 Aspen Energy Analyzer V9软件，得到适用于本系统的换热网络方案。使厂区内的冷热物流在合理范围内换热，从而达到节省能量的目的，最终获得一个能量较大回用的换热网络。相比较于原本所有项目都使用冷热公用工程，我们根据换热优化方案给出的建议设置了两个换热器（图4-1），使用精馏塔塔底的高温塔釜液作为热源来加热精馏塔的进料，减小了精馏塔塔釜再沸器的热负荷。图4-1 流股间换热第五章 副产利用创新5.1废气排放本项目的反应时液相反应，气相产出只有醚后碳四，可作为副产品出售或者返回总厂深度加工资源化利用，没有多余气态产物。本项目最高的温度出现在脱酸塔塔釜，温度达到130，只需要使用公用工程的低压蒸汽作为热源，无需使用加热炉作为热源，故没有燃料燃烧，没有加热炉废气排放及二氧化碳排放，对大气无严重影响。5.2反应副产物本项目的反应转化率高，选择性高，原