docx版1-设计文档4-2创新性说明

“上海赛科”年产10万吨醋酸乙烯酯项目创新性说明创新性说明目录第一章 资源利用方案1第二章 反应技术与分离技术创新12.1萃取精馏技术12.1.1萃取精馏简介12.1.2萃取剂选择22.2五料循环22.2.1原料气乙烯循环22.2.2醋酸循环22.2.3MDEA二氧化碳吸收剂循环32.2.4喷淋废液循环32.2.5甘油回收循环3第三章 过程节能技术创新43.1热集成创新43.2反应热副产蒸汽43.3热泵技术分析5第四章 新型过程设备应用技术创新64.1新型填料的使用64.2新型降噪压缩机的使用74.3换热管结构创新84.4反应器催化剂孔网板支托结构创新8第五章 控制方案创新10第六章 环境保护技术创新11i 郑州大学物以烯为贵团队“上海赛科”年产10万吨醋酸乙烯酯项目创新型说明第一章 资源利用方案本项目是为上海赛科石油化工有限责任公司设计一座年产10万吨醋酸乙烯（纯度为99.99%）的分厂。醋酸乙烯酯（VAC）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。经过多年的发展，我国醋酸乙烯行业得到了较大发展，生产能力大幅度增加，生产工艺逐渐多样化，。但与国外先进技术和大型装置相比，我国醋酸乙烯生产装置仍主要采用生产工艺相对落后的电石乙炔法，生产成本相对较高，对环境有一定的污染，装置规模较小；产品的消费结构变化不大，仍主要用于聚乙烯醇等产品的生产，各常规产品所占份额基本稳定，导致大宗产品出现过剩，而一些高档产品却仍需要依赖进口解决。所以，我们应该努力提高产品质量，降低生产成本，积极扩大出口，以缓解国内过剩产能的矛盾，保持相关行业健康稳步发展。本项目采用相对绿色环保的乙烯气相法制备醋酸乙烯，以上海赛科的产物乙烯，其所在上海化学工业区内的气体供应公司提供的氧气，以及上海吴泾化工有限公司提供的醋酸作为原料生产纯度大于99.99%的醋酸乙烯。该法比我国传统方式更加环保，是我国未来醋酸乙烯生产的发展方向。本项目所得的产物醋酸乙烯纯度更高，有利于改善我国醋酸乙烯生产过剩但纯度较低的状况。总体而言，这是一个响应国家可持续发展经济方针的化工项目。第二章 反应技术与分离技术创新2.1萃取精馏技术2.1.1萃取精馏简介萃取精馏技术是在普通精馏基础上，加入第三组分萃取剂，改变被分离关键组分之间的相对挥发度，从而分离共沸物或沸点相差微小的物系。如图1-1是萃取精馏塔工艺流程。与共沸精馏相比，萃取精馏溶剂选择范围大；同变压精馏比，萃取精馏更适用于热敏性物质。该精馏单元中，醋酸乙烯和水能组成共沸混合物，无法用普通精馏的方法分开，需要用萃取精馏的技术提纯。合适的溶剂可以改变组分之间的相对挥发度，使分离成本降低。萃取精馏过程一般采用双塔流程，由萃取精馏塔和溶剂回收塔两塔组成。图2-1萃取精馏工艺流程2.1.2萃取剂选择一篇名为Vinyl Acetate from ethylene, acetic acid and oxygen Industrial Plant Simulation.的文献中提供了一种采用甘油改变醋酸乙烯和水挥发度的方法，从上一精馏单元中得到93%的醋酸乙烯从塔中部进入脱水塔中，纯甘油和循环甘油混合后从距离塔顶一定距离处进入脱水塔中（因为要有一定溶剂回收段），可以得到含水量510-5的醋酸乙烯送入下一精馏单元。2.2五料循环为提高乙烯、醋酸、甘油、MDEA二氧化碳吸收剂等的利用率，本项目采用了五料循环，从而达到清洁生产的目的。详述如下。2.2.1原料气乙烯循环VAC生产工段中，从闪蒸罐出来的乙烯等物料，依次经过醋酸喷淋塔、水洗塔、CO2吸收塔后得到纯净的乙烯进行回收利用，减少了原料乙烯的用量。2.2.2醋酸循环反应混合气进入醋酸乙烯精制工段后，依次经过醋酸塔，醋酸精制回收塔去除水后循环使用，从而节省了醋酸用量。图2-1原料气乙烯和醋酸循环2.2.3MDEA二氧化碳吸收剂循环由二氧化碳解吸塔出来的贫MDEA溶液，经泵循环到二氧化碳吸收塔循环使用，从而节省水量。2.2.4喷淋废液循环醋酸喷淋塔和水洗塔塔底出料中含有大量醋酸和醋酸乙烯，将其送入精制工段进一步回收再利用可减少醋酸用量且增大醋酸乙烯的产量。2.2.5甘油回收循环经甘油回收塔出来的甘油经降温后由泵循环，并与新鲜甘油混合后送至至萃取精馏塔进一步利用，减少甘油用量。图2-2吸收液、喷淋废液、甘油溶剂循环第三章 过程节能技术创新3.1热集成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 V9.0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，如下图所示。图3-1换热网络相较于热集成技术直接用公用工程进行换热的换热网络，运用热集成前后能耗对比如下：表3-1公用工程对比表项目冷公用工程/MW热公用工程/MW总计/MW直接公用工程60059.2636345.8396405.09换热网络设计49472.2127083.3376555.54能量减少量34.221.425.93可以发现节能效果显著，能量回用率较大，加强了生产过程的经济性，能量回收率（节能率）达到36.46%，热集成分析详细参见换热网络设计说明书。3.2反应热副产蒸汽VAC反应器反应热效应很大，本项目设计列管式固定床反应器。反应需要及时移走反应热以充分控温，反应热效应可通过副产蒸汽的方式回收热量。本设计所取用换热介质为127、0.23MPa的水。利用水蒸发带走热量，同时产生低压蒸汽。反应器所需要的冷却介质用量为15054.04kg/h，故每年可产生11.9万吨低压蒸汽，节约本项目低压蒸汽用量93%。3.3热泵技术分析在无热泵技术的情况下时，组合曲线如图7-1示。图3-2 组合曲线（不含节能措施）由图可以看出，在夹点附近存在较长的平台区且热量较大，经分析可知，该平台处有一部分为乙醛精制塔（T0205），塔顶塔底温差为27.4，且存在较大的相变热，可以采用热泵技术。如果通过改变物质的汽化温度，使两平台“错开”，从而回收更多的能量。结合以上两点原因，我们设计了热泵精馏的方式来进行有效的能量回收。通过热泵精馏，将功转化成热能，提高流股的温位，使原本不能换热的流股可以进行换热，从而减少公用工程的用量。这样，消耗少量电能（用以做功）便可以节省大量的冷量与热量，从而节能。将乙醛精制精馏塔T0205的冷凝器取消，直接引出塔顶气相，通过压缩机加压，使得塔顶气相的温度提高一个等级，作为热源至塔釜再沸器换热，放出热量冷凝部分气体，再经节流阀减压降温，输出乙醛产品，一部分液体回流至塔内进行再次分离。塔釜则在换热过程中已经达到再沸负荷的要求，其结构如图所示：图3-3塔顶气体压缩式热泵精馏流程图表3-2 有无热泵技术对比表项目无热泵技术热泵技术塔顶冷凝能耗（kW）67.6716.68塔底再沸能耗（kW）74.9219.10压缩机功率（kW）026.84总能耗（kW）142.4962.62由上表可知，考虑压缩机做功和冷却器能耗，热泵技术比无热泵技术节省能耗79.87kW，节省幅度达56.05%。热泵技术节省冷耗75.31%，节省热耗74.51%。第四章 新型过程设备应用技术创新4.1新型填料的使用填料塔的填料大体分为散装填料和规整填料。规整填料是一种在塔内按均匀几何图形排布，整齐堆砌的填料。由于具有比表面积大、压降小、流体分均匀、传质传热效率高等优点，因此得到了广泛的应用。规整填料中应用最广的是垂直波纹填料。垂直波纹填料又分板波纹型和网波纹型。波纹填料的规格型号表示方式中，数字一般代表其比表面积数值，字母X、Y分别代表其波纹倾角为30，45。例如，400X则表示此种波纹填料其比表面积为400m2/m3，波纹倾角为30。X型填料压降小；Y型填料传质性能较好。我们选择的金属板波纹型的进阶版填料，MellapakPlus填料（由苏尔寿公司制造），与常规Mellapak填料相比，每米理论级数值相同，性能却提高了50%之多。Mellaparkplus规整填料的各项指标都较优异。美国精馏协会（FRI）对新一代 Mellapakplus规整填料也进行了性能测试，并证实与 Mellapak填料相比， Mellapakplus M规整填料处理能力最大可提高40，鉴定其为高性能、高处理量的规整填料。其他同类型的填料都难以达到如此高的处理能力。以某42000m3/h空分设备上塔为例，采用 Mellapak750Y填料，上塔的塔径为42m若保持上塔的塔径不变，将填料更换为 Mellapakplus752Y，得到的液泛率会下降1520，也就是说在同样的条件下，用 Mellapakplus752Y填料可使处理量提高1520。如果维持与采用 Mellapak750Y填料方案相同的液泛率，采用 Mellapakplus752Y填料，上塔的塔径可以缩小到3.8m，从而帮助客户节省投资。近年来大量工业装置的成功应用，也证实了新型 Mellapakplus 3填料具有更大的气液处理能力和更低的压降等优点。由于具有以上性能优点，对于新建的精馏塔，如果使用Mellapakplus填料进行设计，则塔径可以得到明显缩小，从而降低客户的前期一次性投资成本；而为了达到提高产能的目的，对旧塔进行升级改造，在维持相同分离效率的前提下，用 Mellapakplus M填料替换传统的 Mellapak填料，则可以大幅度提高原装置的生产能力。图4-1Mellaparkplus填料示意图4.2新型降噪压缩机的使用为达到绿色环保的目的，本项目根据专利选择珠海格力电器股份有限公司压缩机排气降噪结构及压缩机CN201710805250.6，减少压缩机噪声污染。在端盖内设置膨胀腔，压缩机内由转子压缩后的气体通过排气管进入膨胀腔，利用膨胀式消声原理经过膨胀消声后，气体通过排气管和端盖上的排气口排出压缩机，通过内置膨胀式排气降耗的方式，能够有效降低压缩机排气噪声，解决对于降噪安装空间有限的问题，不会产生较高的投资成本。结构如图所示：图4-2新型降噪压缩机4.3换热管结构创新乙烯法制醋酸乙烯是一个强放热反应，设计合理的反应器结构是控制反应器温度的关键。本项目反应器采用螺纹翅片形式的换热管，传热系数可提高20%，更好地实现了热量的传递，保持催化剂床层温度分布均匀，同时严格控制冷却水的流量使其达到控温的目的。图4-3螺纹翅片换热管结构4.4反应器催化剂孔网板支托结构创新西安汉术化学工程股份有限公司公开了一种列管式固定床反应器催化剂孔网板支托结构（专利号CN206823748U）,把整个下管板伸出管板下端的反应管布管区分成若干个分区,每一个分区用一块上面铺有金属丝网的薄孔板托,薄孔板和金属丝网通过螺栓和管板固定,从而形成了一个整体的催化剂孔网板支托结构。本实用新型列管式固定床反应器催化剂孔网板支托结构解决了传统列管式固定床反应器催化剂支托结构加工难度大,易松脱,安装及检修工作量大,管内通气阻力大等问题,使催化剂的安装、更换更为方便快捷,提高了工作效率,同时降低了后期维护、保养成本,安全可靠性高,再就是系统阻力降低,节能降耗明显,特别适用于反应管内充装填料高度较高的反应器。图4-4 列管式固定床反应器催化剂孔网板支托结构如下图所示,该列管式固定床反应器催化剂孔网板支托结构为把整个下管板下端(1)的反应管(2)布管区根据人孔大小分成若干个分区,每一个分区用一块薄板(4)支托。在薄孔板(4)上打好两种孔,一种孔的直径大小、中心距及排列形式和下管板(1)上每一对应分区的反应管(2)相同,另一种孔是固定螺栓(5)的孔。再在开好孔的薄孔板(4)上面铺上金属丝网(3),然后用螺栓(5)把薄孔板(4)和金属丝网(3)固定在金属丝网(3)靠近下管板(1)一侧,这样就堵住该区内的所有反应管(2)管头,对反应管(2)里的催化剂起到很好的支撑作用。图4-5 管帽结构图4-6 已有的弹簧式一列管式固定床反应器催化剂支托结构主视图。图4-7 俯视图图4-8 局部放大图第五章 控制方案创新本项目对R0101反应器进行了SIS概念性设计。图5-1VAC合成反应器SIS设计图若反应器出现飞温，由出口温度检测仪表发出连锁警报，并反馈信息至SIS安全逻辑系统，切断进料管路，同时通入氮气对反应器内进行稀释，然后开启反应器顶部安全阀，将剩余气体排至火炬烧掉。（1）反应管顶部和出口设置压差指示仪表，检测反应管内压差变化；（2）反应器出口设置温度监测点，对反应器出口物料进行流量检测和控制；（3）反应器进口设置流量控制，以稳定反应物浓度；（4）反应器床层的温度和出口物料的温度由除氧水的流量和进料流量进行控制；（5）反应器反应段均匀设置温度监测点以及温度联锁超高和超低报警，并设置SIS逻辑控制切断和紧急停车系统第六章 环境保护技术创新本项目实现资源化利用的同时实现清洁生产，本项目通过“三大循环”原料气乙烯循环、醋酸循环、喷淋废液循环，以及“两小循环”MDEA二氧化碳吸收剂循环、甘油循环，实现物料的最大化利用，大幅减少了废液、废气以及废固的产生。在生产过程中仅产生四股废气、五股废水以及少量废固，且废水、废气、废固都最大程度的进行回收利用或者燃烧供热，实现环保生产的目的。表6-1废水排放一览表序号废