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中石化齐鲁石化年产15万吨醋酸乙烯项目 可行性研究报告中石化齐鲁石化分厂年产15万吨醋酸乙烯项目2019 “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燕山大学酯日可待队团队成员：郭石麟、龚淳铠、丰闪闪、刘 拴、王荟欣指导老师：何云华、郭丽杰、姜 洋、康建新、李红冠 燕山大学酯日可待队 1/50齐鲁石化年产15.3万吨醋酸乙烯和0.68万吨乙醛项目 可行性研究报告目录1.项目简介12.原料产品确定13.工艺设计24.节能设计35.设备设计56.清洁生产57.厂区选址与布置68.安全环境分析89.经济效益分析810.项目总结10 燕山大学酯日可待队 2/4中石化齐鲁石化年产15万吨醋酸乙烯项目 项目摘要1.项目简介本项目是以齐鲁石化为总厂，为其建立生产醋酸乙烯的分厂。采用的工艺为乙烯气相法；建设规模为年产15万吨醋酸乙烯，同时可副产0.68万吨乙醛；建厂厂址位于齐鲁化学工业园区南侧预留空地上。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：2.原料产品确定本项目主要原料为乙烯、醋酸和氧气，其中乙烯和氧气由齐鲁石化总厂提供，醋酸从山东邢氏化工销售有限公司购买；主催化剂为Pd-Au/SiO2，寿命为两年，由上海石化研究院提供，助催化剂为醋酸钾，可从济南溪川化工科技有限公司购买。表1 主要原料、辅助原料来源表项目名称规格年消耗量单位来源运输方式备注原料乙烯99.9%63829.1t总厂提供槽罐车运输-冰醋酸99.9%110048t山东邢氏化工销售有限公司槽罐车运输-氧气99.8%8.07107（气态）Nm3总厂提供管道-辅助材料Pd-Au/SiO2-0.3t上海石化研究院汽运-醋酸钾-20t济南溪川化工科技有限公司汽运-本项目产品方案以国家的行业政策和发展规划为依据进行确定，并充分考虑国内外的市场前景和容量。本项目产品方案为生产高纯度醋酸乙烯，同时副产乙醛，进而提高企业的效益。本项目中的主副产品明细表如下所示：表2 主副产品表序号类别产品名称规格产量（吨/年）1主产品醋酸乙烯99.86%153321.62副产品乙醛99.3%6820.83.工艺设计通过对比醋酸乙烯各类的生产方法，我们最终选择了乙烯气相法制备醋酸乙烯作为本项目的工艺路线。工艺流程框图如图1所示，详见初步设计说明书第四章化工工艺与系统。图1 工艺流程框图本项目共分为三个工段，分别为醋酸乙烯合成工段、醋酸乙烯精制工段和二氧化碳吸收工段。全厂流程图如图2所示。图2 全厂流程图4.节能设计 换热网络优化换热网络的设计，自由度较大，所获得的方案数目众多，但是合理的换热网络需要经过筛选与优化。在设计换热网络时，需要考虑工艺流股换热的可能性，最好还要将设备费用等因素也考虑进去，以便获得最为合理的换热网络。在Aspen Energy Analyzer V8.4给出的Design中选取其中最为经济且换热面积较小的设计方案进行后续优化过程。同时将优化后的换热网络返回流程模拟和PID图纸，对比分析得出最后方案，详见Aspen流程模拟源文件和PID图纸。全厂换热网络的匹配方案如图3所示。图3 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，共需热公用工程为67.2MW，所需冷公用工程为76.8MW。与优化前相比，节能111.5MW。 热泵精馏 图 4 塔顶气体压缩式热泵精馏流程图本项目设计了热泵蒸发的方式来进行有效的能量回收。通过热泵蒸发，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。表3有无热泵技术对比表项目无热泵技术有热泵技术塔顶冷凝能耗（kW）15986.31638.84塔底再沸能耗（kW）15956.40压缩机功率（kW）01609总能耗（kW）31942.73247.84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28694.86kW，节省幅度达89.8%。热泵技术节省冷耗89.7%，节省热耗100%。 萃取精馏及预处理技术本项目采用萃取精馏技术，并在萃取精馏前采用预处理技术，以节约萃取剂和能耗。5.设备设计本项目设计过程中主要对乙醛精制塔、醋酸乙烯合成反应器、乙烯加热器和混合气体加热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。详见设备设计及选型说明书。6.清洁生产本项目为年产15万吨醋酸乙烯项目的清洁生产工艺，主要体现为：（1）本设计绿色环保，符合目前的经济发展模式，齐鲁化学工业园区内给予许多支持，并在税收等政策上提供很多优惠，有助于本项目早日实现较好的经济效益和社会效益。（2）工艺路线方面采用工艺性、经济性较好的乙烯气相法，三废少，对环境友好，而且实现了多股物料循环，而且收敛，避免了原料的浪费，极大提高产了原子利用率，是极具竞争力的清洁技术路线。根据上述分析，本评价认为项目工艺设备先进，注重节能降耗，污染防治措施合理，尽量做到三废的资源化利用，达到了清洁的要求。7.厂区选址与布置图5 厂区位置本项目将厂址定在齐鲁化学工业园区内南侧预留发展空地上，具体位置如图5所示。 总图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。厂区长229.78m，宽180m，总占地面积41136.4m2，主要包括行政生活区（厂前区），生产装置区，辅助生产区和储运区。我们使用AutoCAD进行厂区的平面设计，厂区平面布置图如图6所示。图6 厂区平面布置图 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7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。图7 厂区三维效果图8.安全环境分析本项目运用Risk System软件对厂区内的醋酸乙烯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、道化学火灾、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、DCS和ESD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，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56671.9万元，年利润28992.7万元，静态投资回收期4.59年。分析结果表明，本项目在经济上是可行的，具有较高的经济效益。详见5-经济分析。表4 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/a16.01二产品方案1醋酸乙烯t/a153321.62乙醛t/a6820.8三年操作时间h8000四主要原材料、辅助原料用量1乙烯t/a63829.12冰醋酸t/a1100483氧气m3/a8.071074Pd-Au/SiO2t/a0.35醋酸钾t/a20五公用动力消耗量1125低压蒸汽万t/a5.312175中压蒸汽万t/a37.743250高压蒸汽万t/a4.794循环冷却水万t/a7477.305循环冷冻剂万t/a170.456工艺软水 万t/a3.027导热油万t/a0.00668电度36062400 9氮气Nm3/a12080010仪表空气Nm3/a179200 六三废排放量1废水t/a10577.652废气m3/a1.251073废固t/a31.9七全厂定员人165八总占地面积m241136.4九工程项目总投资1建设投资万元479392流动资金万元7190.93建设期利息万元1542.0十年总销售收入万元142559.3十一年总成本万元100312.4十二年利润总额万元34109.1十三年销售额税金及附加万元8137.8十四财务评价指标1投资利润率%60.192投资利税率%74.553资本金净利润率%51.164投资回收期（静态）年4.595投资回收期（动态）年5.486财务内部收益率%35.97财务净现值万元83473.78净现值率%147十五清偿能力指标1人民币借款偿还期（不含投产期）年610.项目总结本项目以“安全稳健、节能环保、资源化利用、可持续发展、有效融合”的设计原则进行了初步设计。通过查阅文献、市场调研确定了以乙烯、醋酸和氧气为原料，采用乙烯气相法工艺再在此基础上进行改进和创新。然后采用Aspen Plus软件完成全流程的工艺模拟，并对全流程进行物料衡算和能量衡算。再根据模拟数据并结合Aspen Energy Analyzer软件对过程进行了热集成分析，确定了本项目的节能方案。在此基础上再用Aspen plus软件对所需的公用工程进行了模拟计算和优化设计。根据流程模拟数据对设备进行选型，并利用SW6和CUP-Tower对设备进行校核；对于反应器，采用新型的列管式反应器并进行了反应器的详细设计。在控制上，我们运用HAZOP分析、道氏化学火灾、爆炸危险指数评价系统等一系