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众诚石化年产16万吨醋酸乙烯酯项目 创新性说明目录第一章 清洁生产技术创新11.1 液体循环使用工艺11.2废气、废液处理系统11.2.1 废气处理系统11.2.2废液处理系统2第二章 过程节能技术创新4第三章 新型过程设备应用技术创新73.1新型New-vst Plus塔板的运用73.2 VAC反应器创新73.3换热设备结构创新83.3.1 高通量管83.3.2扭曲管93.4 输送设备创新新型屏蔽泵11中国矿业大学 气肥焦瘦团队第一章 清洁生产技术创新1.1 液体循环使用工艺本项目对乙烯、醋酸、碳酸钾三种物料进行循环，减少了废液的排放，提高了原料的利用率。图1-1 循环使用工艺流程图1.2废气、废液处理系统1.2.1 废气处理系统表1-1 废气排放表序号排放源废气名称排放规律排放量(m3/h)废气组成（%）排放去向处理方法1吸收气脱水罐V0301含CO2废气连续1244.9CO2 92.79VAC 4.55H2O 1.51厂区尾气净化装置制作工业级别CO2由于废气中含部分有机物，采用先采用净化手段，废气通往改性活性炭纤维吸附（深圳耀中环保科技有限责任公司），吸附其中的有机物后达标排放。达标排放有机物吸附装置旋风分离器冷凝器气液分离装置图1-2 废气吸收净化简图1.2.2废液处理系统表1-2 废水排放表序号排放源废水名称排放规律排放量(kg/h)废水组成（v%）排放去向处理方法1热钾富液解吸塔T0302含K+废液连续45761.4H2O 58.75K+ 17.82HCO3- 10.00CO32- 8.22园区废水处理系统预处理后，送往园区废水系统2吸收气脱水器V0301酸性废液连续5571.59H2O 88.09CH3COOH 3.21VAC 1.69CO2 6.82园区废水处理系统预处理后，送往园区废水系统3醋酸精馏塔塔顶回流罐V0402酸性废液连续245.169CH3COOH 5.19VAC 83.33C4H8O2 11.48园区废水处理系统预处理后，送往园区废水系统4热钾富液解吸塔T0302含K+废液连续45761.4H2O 58.75K+ 17.82HCO3- 10.00CO32- 8.22园区废水处理系统预处理后，送往园区废水系统5吸收气脱水器V0301酸性废液连续5571.59H2O 88.09CH3COOH 3.21VAC 1.69CO2 6.82园区废水处理系统预处理后，送往园区废水系统废水中含有机物质，且呈酸性或碱性，因此在预处理后送往园区废水系统。第二章 过程节能技术创新2.1换热网络集成优化本项目是为设计乙烯法生产醋酸乙烯的分厂，为了最大化利用流程内部热量，以减少公用工程的消耗，降低能耗。为此，我们运用Aspen Energy Analyzer V9.0软件来进行换热网络的设计。本工艺对于整个流程的换热过程进行了集成，并通夹点技术对其进行优化。最终获得一个最经济的换热网络，如下图所示：图2-1换热网络优化方案改进前考虑到实际换热的可能性，我们去除回路、不经济的小换热器并去除距离太远管路成本过高的换热关系，改进该方案，改进后换热网络如下：图2-2换热网络优化方案改进后2.2脱重精制塔热泵精馏本项目采用热泵精馏技术。热泵精馏是把精馏塔塔顶蒸汽加压升温，使其用作塔底再沸器的热源，回收塔顶蒸汽的冷凝潜热。通过热泵精馏，将功转化为热能，提升流股的温度品味，使原本不能换热的流股可以进行换热，从而使得冷热公用工程的用量均有所减少。这样，消耗少量电能（用于做功），节省大量的热量与冷量，便可以有效节约能量。T0404脱重精制塔热泵精馏塔流程如图 3-4 所示：图2-4 热泵精馏示意图若不使用热泵精馏，其塔顶冷却能耗为14473.5 kW，塔底加热能耗为14544 .0 kW，总能耗为29017.5 kW；使用热泵精馏时，压缩机电耗为4133.6 kW，辅助气液分离罐冷却能耗为4041.9 kW，同时将塔顶与塔底物料产品至原方案的温度，分别需要消耗能量20.36kW、16.73kW，故热泵精馏总能为8212.6kW，节省能量17991.9kW，总能耗节约71.70%。其对比表格如表2-1所示。表2-1 热泵精馏与普通精馏能耗对比普通精馏热泵精馏节能率/%冷却能耗/kW14473.54079.071.82加热能耗/kW14544.04133.671.58总能耗/kW29017.58212.671.70综合考虑，使用热泵精馏技术可以使本流程更为经济节能。2.3 余热回收由于合成反应器R0201是一个强放热反应，出于安全和节能考虑我们引入了一个汽包来回收反应产生的热量用以产生0.8MPa，170的饱和低压蒸汽用以减少来自工业园区的热公用工程的用量。其流程如下图所示。图2-5 余热回收示意图其中5是反应器进料线，6是反应器出料线，2是进水线，4是撤热剂进料线，3是撤热剂出料线，1是蒸汽排出线。第三章 新型过程设备应用技术创新3.1新型New-vst Plus塔板的运用本项目精馏体系中主要存在醋酸乙烯、醋酸、乙烯、乙醛、乙烯醛和水等物质，由于醋酸乙烯和乙烯醛具有共轭双键，该双键较活泼，导致乙烯醛和醋酸乙烯酯存在自聚情况，即使加入稳定剂也不能完全抑制其自聚反应。实际生产应用证明,含乙烯醛和醋酸乙烯酯的精馏塔若采用填料传质,时间一长就会发生堵塔现象,不能长期正常运行。使用传统浮阀塔板不能很好的解决塔板堵塞等问题，同时浮阀塔板较大，通过查阅各种资料了解到，New-vst Plus塔板板孔较大且无活动部件,一般不易被较脏的或黏性物料堵塞。另外,气液是在喷射状态下离开帽罩的,气速较高,对罩孔本身有较强的自冲洗能力,物流中含有的颗粒、聚合物、污垢等杂质难以在罩孔聚集并堵塞罩孔。故New-vst Plus塔板比较适合解决上述存在的内件堵塞的问题，同时该塔板已在实际工厂中得到良好的应用及效益。图3-1 New-vst Plus塔板传质过程示意图使用New-vst Plus塔板，与F1浮阀相比，全塔效率提高10%以上。压降在低负荷时与F1型浮阀相当,高负荷时比F1浮阀低20% 30%,且负荷愈大,压降愈低。减少了设备投资，降低了能耗，很好地解决了体系自聚导致内件堵塞的问题，同时也具有较大的经济效益。3.2 VAC反应器创新本反应器主要解决现有技术中催化剂活性和选择性低的问题。通过用于生产醋酸乙烯的列管式反应器,所述的固定床列管式反应器,包括至少两个环状折流板和至少一个倒锥形折流盘,折流板和折流盘沿反应管轴向交替排列环状折流板具有上开口和下开口,且上开口在水平方向的投影面积小于下开口在水平方向的投影面积的技术方案,较好的解决了该问题,可用于乙烯气相法生产醋酸乙烯的工业生产中。图3-2 VAC合成反应器示意图本反应器解决了以往技术中列管式固定床反应器生产醋酸乙烯时的选择性和收率降低的问题,提供一种用于生产醋酸乙烯的列管式反应器,该反应器具有催化剂利用率高,转化率高,目的产物醋酸乙烯选择性好,装置制造简单等优点。3.3换热设备结构创新3.3.1 高通量管高通量管是在光管的内表面或外表面上覆盖一层多孔性的金属烧结层，使传热表面大为增加，并提供大量的汽化核心，以强化管内或管外泡核沸腾传热的换热管。内表面多孔高通量管见图3-3，外表面多孔高通量管见图3-4：图3-3 内表面多孔高通量管 图3-4 外表面多孔高通量管由于烧结型高通量换热管表面具有一层包含相互连通、形状各异的凹穴与孔隙的多孔层，与普通换热器相比，高通量管换热器的传热系数可达2000 W/m2K以上，可以在很小的温差下（约10）维持沸腾，阻垢性能良好。高通量管换热器体积小，占地面积小，节省投资。通过查阅文献，为了同时扩大管内、外的有效传热面积，最大程度地提高管程的传热系数，节约材料，降低成本，节约能源，同时满足设备安装空间有限等特殊要求。我们将高通量管应用于醋酸蒸发塔再沸器E0103，提高了换热器的效率。3.3.2扭曲管本项目醋酸乙烯合成反应放出大量热，出反应器的混合气体温度品味较高，热量被逐级利用，所涉及的换热器均为气-气相换热器。而气-气相换热器的总传热系数较低，导致换热面积较大，设备费用增加，占地面积增加。且流体易在管内结垢，严重影响换热的同时造成换热器寿命的降低以及能耗的消耗增加。针对上述问题，本项目在原料预处理工段换热器中使用了能同时改善换热器壳程及管程的传热效率的传热元件 “扭曲管”，其工作原理如下：图3-5 扭曲管管束示意图扭曲管是由普通圆管经压扁扭转制得，截面为椭圆形，两头仍为圆形截面，椭圆截面连续扭转变化，形成螺旋形流道，每经过一个导程截面旋转360度；在长轴处形成点支撑，每旋转60度形成一次支撑，一个导程六个支撑点，管束之间的空间即为螺旋形的流道。扭曲管管内流体旋转流动，在截面上形成二次流；壳程截面长轴处形成自支撑结构，流道也为螺旋形，壳程流体边旋转边纵向流动，强化传热的同时降低了压力损失，另外，纵流也避免了流体诱导的管束振动。洛阳石油化工公司成功地将螺旋扭曲扁管换热器在抚顺石油化工公司减四线油装置中进行了工业试验。结果显示，与传统折流板换热器相比，扭曲管换热器总传热系数可提高1.7倍，换热面积节省63%，投资节省30%由华东理工大学能源转换实验室与如皋赛孚机械有限公司合作加工的扭曲管冷凝器成功应用于江苏双马化工有限公司脂肪酸的生产，与折流板冷凝器相比，换热管面积减少21.6%，换热管长度减少25%。综上所述，扭曲管换热器具有传热效率高，压降小，不易积垢的突出优点，可应用于本项目的气-气换热过程。3.4 输送设备创新新型屏蔽泵为了贯彻绿色节能的理念，本项目所用泵通过市场调查决定采用新型节能屏蔽泵，该系列泵由上海佰诺泵阀有限公司生产，从而替代了以往高耗能的常规屏蔽泵产品。常规屏蔽式电动机与同功率同极数普通电动机相比效率要低10个百分点，功率因数则更低。但是