Word2003版1-设计文档集1-项目摘要

东华科技陕鼓杯 第十二届全国大学生化工设计竞赛 宁波大榭石化异丁烯法年产10万吨MMA项目项目摘要 河西学院蓝烯团队队员：王永宝 杨星 包海兵 石翎 王正铎指导老师：佟永纯 宋如 邱东目录1 项目简介12 工艺介绍(资源化利用)23 安全设计防护54 创新技术利用55 设备设计与选型66 自动控制67 车间布置与厂区设计68 经济评价79 软件使用710 项目总结8宁波大榭石化年产10万吨MMA项目 项目摘要1 项目简介本项目是国家提出在2020前全国推广使用乙醇汽油，大力发展清洁能源汽车、从源头上控制和消除“传统燃油汽车尾气污染”的背景下建设的，对于我国而言，2020年前石油化工界必须面对一个问题：当推广应用乙醇汽油而不再需要甲基叔丁基醚（MTBE）类的辛烷值添加剂后，如何利用（MTBE的原料）异丁烯生产既有使用价值又有市场需求量的下游产品。而MMA作为异丁烯的下游产品，生产MMA具有一定的发展前景。甲基丙烯酸甲酯是一种重要的有机化工原料和化工产品，主要用于生产有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA）、聚氯乙烯改性抗冲助剂（ACR）和甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丁二烯共聚物（MBS）和用作腈纶生产的第二单体。2015年，我国MMA的消费结构为：PMMA对MMA的需求量约占总消费量的64.5%，塑料加工助剂ACR和MBS占12.5%，表面涂料占13.0%，其他占10.0%。随着广告业、中高档家具业、建筑业、交通业、光学领域IT业的迅猛发展，我国对MMA的需求仍将进一步增加。在涂料领域，随着高档水性涂料工艺配方与国际的接轨，将增加对MMA的需求量。此外，随着环境保护力度的加大，以塑代木、以塑代钢将是未来发展的趋势，因此对聚氯乙烯相关制品的需求量将不断增长，进而促进MMA在加工和抗冲击改性剂ACR和MBS方面的需求，截止2016年6月底，我国MMA的总生产能力为88.8万吨，需求量为62.1万吨，产量为49.4万吨，是仅次于美国的世界第二大生产国家，预计到2020年我国对MMA的需求量将达到约95万吨，生产能力将达到约110.0万吨。预计未来几年国内MMA的需求将以6.4%左右的速度增长，而生产MMA的传统路线丙酮氰醇法受到丙烯腈运送或配产的影响很大，目前环保压力日趋加大，ACH法受到了不少制约；异丁烯法是目前生产高附加值的工艺，原料廉价，对环境么有污染，但工艺路线较长，收率较低 ；乙烯羰基化法，改法原料易得，原子利用率相对较高，达到64%，对环境么有污染，但乙烯氢甲酰化制丙醛的收率太低，产品成本较高，催化剂选择性差，使用寿命短；综合上述生产方法，选取异丁烯法生产甲基丙烯酸甲酯有一定的发展前景。本项目拟在中海油石油宁波大榭石化有限公司的基础上，新建一个异丁烯生产MMA的装置。在MTBE类的辛烷值添加剂大幅减少生产的情况下，该项目的建成，异丁烯将会从能源型向加工型利用的转变，使得华东地区化工产业向高附加值化工产品方向转变，同时也带来一定的社会效益与经济效益2 工艺介绍(资源化利用)（1）原料选择该项目所需原料异丁烯来自总厂，而甲醇来自万华化学有限公司，所需空气由本厂空压机获取，实现了大榭岛资源的网络状使用。将节约许多节省管道铺设和运输费用，做到自给自足资源化。具体资源化利用结构图如下：图 2-1 异丁烯资源化利用系统集成方案本项目所涉及的主要原料为异丁烯、甲醇、空气，辅助原料为正己烷，具体规格、消耗量及来源参看表2-1。表 2-1 主要原料、辅助原料、燃料来源项目名称数量（Wt/a）来源运输方式费用（万元）备注原料异丁烯5.45总厂提供管道运输52901.86甲醇3.45购买罐车运输10195.2可循环使用续表2-1辅助材料Mo-Bi复合催化剂0.0015购买车辆运输60杂多酸催化剂0.0018购买车辆运输360正己烷0.065总厂提供罐车运输552.5可循环使用燃料熔盐0.0036总厂运输车辆运输21.74（2）在工艺路线选择上，我们注重生产过程资源化，力求原料的最大利用率。（3）在工艺过程设计中，我们采用了“三大循环”，将甲醇、正己烷、水、进行回收循环利用，同时通过工艺参数优化，实现了对异丁烯资源利用的最大化。各主要循环物料正己烷、甲醇的损失率都在1%以下，做到了生产过程资源化。具体工艺流程图如图2-2所示：图 2-2 全流程工艺流程图（4）在三废处理方面，本项目实现资源化利用的同时实现清洁生产，因此在生产过程中仅产生一股废气，一股工艺废水以及少量废固。本项目催化氧化工段吸收塔塔顶产生的废气可直接送往总厂火炬装置进行燃烧处理。而对于废水处理，由于本项目一股工艺甲醇废水，根据甲醇废水的特点，本项目污水处理站采取二段厌氧消化的方法来对甲醇污水以及各类污水进行综合处理，处理流程如下：图 2-3 微生物法处理甲醇废水工艺流程本工程产生的废固主要为失效催化剂、污水处理站污泥、生产包装物和生活垃圾。除了生活垃圾属于一般固废外，其余固废属于危废HW06，产生量为113t/a，生活垃圾产生量为37.8t/a。催化氧化催化剂主要成份是Mo-Bi复合氧化物，每2年更换一次，送往供应厂家进行回收处理；催化酯化催化剂主要成分为P、V、Mo，每2年更换一次，送往供应厂家进行回收处理。每次更换下来的废催化剂全部装入密闭容器，并在容器外壁贴上明显标签，慎防同其他固废混淆。如不能及时运出，需将容器放入固定堆放催化剂的仓库暂时存放。污水处理站产生的泥饼，泥饼中主要含有降解后的有机物和无机物及氮、磷等，化工企业处理污泥属于危险固废，按照危险固废处理，送有处理资质单位处理。项目职工日常生活垃圾实行袋装化管理，定点封闭储存，及时清运，送入垃圾处理中心。综上所述，本工程产生的废固经妥善收集处置后对周围环境无影响。在催化氧化催化剂的选择方面，我们选用高选择性Mo-Bi复合催化剂，尽量减少副产物的生成；采用列管式固定床反应器，用熔盐加热，利用熔盐高比热的特性，将反应放出的热量带出，来保持反应器的温度恒定。具体工艺流程及环境保护参见初步设计说明书。3 安全设计防护安全是工业生产最重要的考虑因素，本项目贯彻“安全第一，预防为主，综合治理”的指导思想，设计了从上至下的五个安全保护层次。首先，整个工厂建立统一的HSE管理体系，把健康、安全、环境整合在一起形成一个管理体系综合管理。从项目的HSE管理方针、管理机构、人力资源、物质保障和遵循法律法规出发，进行整个体系的设计。其次，项目生产采用先进的本质安全理念，从流程设计、操作条件、储存运输、设备选型等方面来减少事故发生的可能性和危害性。再次，本项目生产中涉及到了国家重点监管危险工艺中的加氢工艺，运用DCS、SIS和ESD等控制手段对催化氧化反应器和甲醇高压回收塔进行重点监控，并对整个工艺流程运用自动化手段进行工艺控制。然后，本项目在全厂布置上严格遵循石油化工企业设计防火规范-2015和建筑设计防火规范-2014，使设计做到规范标准；在平时生产操作时，通过多次的安全培训，提高员工安全意识，规范安全操作，降低人为事故发生的概率。最后，本项目制定全面的事故应急预案，运用Risksystem软件对泄漏事故进行模拟，采用HAZOP软件对生产车间的危险设备进行了分析，为应急措施的制定提供依据。4 创新技术利用在催化氧化工段醛的分离过程中采用了甲醇共沸精馏技术，在MMA氧化酯化工段MMA和甲醇的分离过程中，采用了双溶剂萃取，是异丁烯清洁生产MMA的重要步骤。在熔盐运输设备中能采用GY型熔盐泵。节能方面，我们对整个厂区进行了热集成分析，根据优选匹配原则，以费用最低为目标，实现了厂区内的冷热物流换热的合理匹配，将催化氧化反应器放出的热量与进料甲醇进行换热。实现能量的循环利用。具体详见创新说明书。5 设备设计与选型本项目设计过程中主要对列管式固定床反应器、高压精馏塔、换热器等进行了设计。对储罐、泵、压缩机等进行了选型。具体计算及选型见典型设备设计选型说明书。6 自动控制仔细研究了本工艺的反应条件及工艺要求后，设计了与本工艺相适应的自控方案。考虑到常规单回路反馈控制策略（即P&ID控制）已在工业现场广泛应用，其调节也相对简单，易于让工程师和现场操作人员接受，本工艺过程大部分的控制回路都采用该控制策略。为提高过程的动态性能，对于特殊的工序，也采用了一些相对复杂的控制策略，具体如下：（1）单闭环比值控制（2）双闭环比值控制（3）前馈-反馈控制（4）串级控制（5）分程控制（6）均匀控制（7）安全联锁控制详情参见初步设计说明书第十章。7 车间布置与厂区设计本项目设计过程中利用AutoCAD绘制了车间平立面布置图,同时采用CADworx2015软件对全厂车间进行了设备建模和详细的管道布置，并得到了车间三维布置图及管道轴测图。具体详见设计图册及CADworx2015源文件。本项目设计过程中根据相关规范对厂区进行了布置，利用AutoCAD绘制了厂区平面布置图。具体详见AutoCAD图纸绘制源文件及设计图册。图 7-1 厂区平面布置图8 经济评价我们从总投资估算、产品成本估算、收入分析、经济评价指标分析几个方面对本项目的经济性进行了分析。经过核算，本项目总投资为13.39亿、投资利润率为26%、投资利税率43%、财务内部收益率为0.3%、投资回收期为8年，通过以上经济指标可以看出本项目经济效益良好，具备投资生产的可行性。具体详见经济分析报告。9 软件使用 表 9-1 软件使用一览表流程模拟Aspen Plus V8.4换热网络优化和设计Aspen Energy Analyzer V8.4塔设备设计与校核Aspen Plus V8.4、Cup-Tower、KG-Tower、SW6-2011换热器设计与校核Aspen Plus V8.4、Aspen Exchanger Design and Rating V8.4、SW6-2011自动控制、厂区设计AutoCAD车间布置及三维制作CADworx2015、AutoCAD、3dmax2014泄露扩散模型模拟Risksystem安全风险分析HAZOP大气估算软件Screen3Mod水集成软件Water Design噪声环境影响评价软件Eian10 项目总结本项目设计过程中，我们项目组结合查阅的文献资料，设计了异丁烯催化氧化及MAL催化酯化生产MMA的工艺，基于Aspen Plus V8.4完成了流程的建模与优化，同时对设计的工艺流程进行了充分的验证，根据模拟结果改进了工艺流程。采用Aspen Energy Analyzer对系统进行了换热网络的设计和