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中石化镇海炼化分公司年产20万t醋酸乙烯酯项目 项目摘要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 中石化镇海炼化分公司年产20万t醋酸乙烯酯项目项目摘要VAc想要变得可爱队队员：严琦斌、吴徐冰、黄蓓、卢润芝、王要辉指导老师：胡晓萍、蒋斌波、阳永荣目录1 项目简介32 工艺简介53 安全设计防护74 设备设计和选型85 自动控制96 车间布置及厂区设计107 经济评价118 软件应用139 项目总结141 项目简介表1 项目概述项目名称中石化镇海炼化分公司年产20万吨醋酸乙酯分厂项目企业性质国有企业项目类型石油化工所属区域华东地区项目建设性质新建、生产性项目、基本建设性项目项目建设规模本项目以乙烯、醋酸、氧气为原料，利用固定床反应器装置合成醋酸乙烯酯，再以精馏工艺提纯得到高纯醋酸乙烯，达到年产20万吨醋酸乙烯的目标，同时获得乙醛副产品，初步投资91034.38万元。我国经济发展进入新常态，作为立国之本、兴国之器、强国之基的制造业发展面临新挑战。尤其是对于化学工业这一传统制造业，资源和环境约束不断强化，主要依靠资源要素投入、规模扩张的粗放发展模式已经难以为继，唯有遵循中国制造2025指出的方针，坚持绿色发展，以创新驱动，加强节能环保技术、工艺、装备推广应用，全面推行清洁生产，发展循环经济，提高资源回收利用效率，构建绿色制造体系，走生态文明的发展道路，才能实现我国化学工业的转型升级，为所有其它产业的进步、为我国的科技、经济和社会发展提供必需的物质基础。醋酸乙烯，即乙酸乙烯酯（Vinyl Acetate Monomer，简称VAc或VAM），是世界上产量较大的有机化工原料之一，广泛用于生产聚乙烯醇（PVA）、醋酸乙烯-乙烯（EVA）共聚物、聚醋酸乙烯（PVAc）、醋酸乙烯-氯乙烯（EVC）共聚物等，在化工、轻工、建筑以及汽车等领域具有广泛的应用。近年来，由于国内醋酸乙烯下游工业发展较快，我国醋酸乙烯的需求量也不断增加，同时也需要更加环保的工艺路线开发。目前国际上醋酸乙烯的生产工艺主要有两种，即乙炔法和乙烯法两种。乙烯法是指乙烯、醋酸和氧气在Pd催化剂存在下反应生成醋酸乙烯；乙炔法是指乙炔和醋酸在醋酸锌催化剂作用下气相反应生成醋酸乙烯。乙烯法由于其工艺性和经济性更具有优势而占据主导地位。目前，全球82以上的醋酸乙烯产能均采用乙烯法生产，17采用乙炔法生产，其余的采用乙醛法生产。而在我国，由于电石资源较丰富，石油资源较短缺的国情，目前的生产工艺仍以乙炔法为主，放眼国际，显然我国的工艺技术相对落后。因此对加快对乙烯生产设备的改进，对催化剂性能的提高，以及对工艺流程的简化降费、减少副反应等是国内研究的大势所趋。本项目为中国石化镇海炼化分公司年产20万吨醋酸乙烯项目，利用来自中国石化镇海炼化分公司生产的工业用乙烯、宁波市华迅化工有限公司提供的醋酸为主要原料，通过乙烯氧乙酰化、VAc分离精制等工艺，将技术提升达到中国制造2025中提出的绿色发展2020年指标。本项目的主要产品是醋酸乙烯酯VAc，VAc产品浓度达到99.8%，生产量为20万吨/年。项目建设地位于中国石化镇海炼化分公司预留发展空地上，依托当地发达的交通网络，充足的原料供应，庞大的市场需求以及完善的公共设施，本项目经过前期可行性研究及多方面技术论证，评估其在技术及经济上切实可行。2 工艺简介出于环保、技术经济市场、国家政策、国家资源分布等多方面考虑，我们分析对比了各种工艺路线，最终确定了我们的整套工艺。我们利用母厂生产出的乙烯，与外购的醋酸，以气相乙烯法合成醋酸乙烯酯，然后利用精馏塔多次精馏分离提纯，得到精醋酸乙烯酯产品和乙醛副产品，对于尾气，我们分离出未反应的乙烯、醋酸，并循环通入反应器，并利用碳酸钾溶液脱除废气中的CO2，再进行排放。本厂主要分为四个工段，分别是醋酸乙烯酯合成、产品分离预处理、气体吸收处理、醋酸乙烯酯精制。图1 全厂流程图本厂主要分为四个工段，分别是醋酸乙烯酯合成、产品分离预处理、气体精制、醋酸乙烯酯精制。其工艺流程图如下：图2 全厂工艺流程图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较多的危险物质以及易燃易爆炸的物质，在工厂设计进行了防火设计，并且对生产工艺进行自动控制，保证其安全性。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 和建筑设计防火规范，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预防措施，运用HAZOP软件对系统设计和运行进行模拟，找出系统设计以及运行中潜在的薄弱环节，提出可能采取的预防改进措施，以提高系统运行的安全水平。4 设备设计和选型本项目设计过程中主要对醋酸乙烯酯合成反应器、醋酸乙烯酯精制塔、换热器、循环器汽水分离器等设备进行了设计，对储罐、回流罐、缓冲罐、泵、压缩机、透平机等设备进行了选型。具体详见设备设计及选型说明书以及设备选型一览表。5 自动控制本厂所有的工艺装置和大部分公用工程、辅助设施等，均采用DCS控制系统进行过程控制和检测，辅助SIS安全仪表系统，实现分布式集中操作，并建立全厂实时数据库，同时对控制系统中检测的结果实施报警动作或调节或停机控制，为全厂计算机信息管理和生产调度建立基础。为了应对生产过程中可能发生的危险，本厂还采用紧急停车系统（ESD）对全厂的生产装置及与工艺生产装置相配套的公用工程部分进行控制。设计中对各工段均绘制了P&ID图，具体详见Auto CAD图纸绘制源文件及设计图册。6 车间布置及厂区设计本项目设计过程中采用Smart Plant 3D软件对精馏车间进行了设备建模和详细的管道布置，并得到了各个方向的视图及管道轴测图。利用Auto CAD绘制了车间布置图。具体详见Smart Plant 3D源文件及设计图册本项目设计过程中根据相关规范对厂区进行了布置，利用 Auto CAD 绘制了厂区平面布置图。具体详见Auto CAD图纸绘制源文件及设计图册。7 经济评价本项目设计过程中通过 Aspen Process Economic Analyzer 进行初步估算。从总投资估算、产品成本估算、收入分析、经济指标分析几个方面对本项目的经济性进行了分析，从投资利润率、投资利税率、静态投资收益率、投资回收期等指标可以看出本项目具有良好的经济效益，经济可行。详见经济分析。表2 主要技术经济指标表序号项目名称单位指标一生产规模万t/a20二产品方案1醋酸乙烯酯t/a2059082乙醛t/a765三年操作时间h8400四主要原材料、辅助原料用量1乙烯t/a74947.22醋酸t/a1453103氧气t/a611094钯-金贵金属催化剂t/a11.5295醋酸钾助催化剂t/a206碳酸钾t/a1061.97对苯二酚t/a68.78对苯醌t/a34.39工艺软水t/a69368.9五公用动力消耗1电kWh/a9759282.22170低压蒸汽t/a58932.13250中压蒸汽t/a45896.0425冷却水t/a14669951.8512冷冻水t/a18835482.26氮气Nm3/a596407仪表空气Nm3/a148680六三废排放1废水、废液t/a86384.192废气t/a21258.573废固t/a46.529七全厂定员人107八总占地面积m257600九综合能耗总量t标煤/a17203.45十单位产品综合能耗t标煤/t产品0.0835十一工程项目总投资万元91034.381建设投资万元78095.112流动资金万元11714.273建设期利息万元1225十二年总销售收入万元134299.2十三年总成本万元94492.2十四年利润总额万元33278.86十五年销售额税金及附加万元6528.14十六财务评价指标1投资利润率%36.62投资利税率%43.73资本金净利润率%60.84财务净现值万元23185.175财务内部收益率%20十七清偿能力指标1人民币借款偿还期（不含建设期）年78 软件应用本项目设计中应用了多种软件进行辅助设计流程模拟：Aspen Plus V10.0换热网络设计与优化：Aspen Energy Analyzer塔设备：Aspen Plus V10.0强度校核：SW6-2011换热器：Aspen Plus V10.0, Exchanger Design and Rating自动控制：Auto CAD车间布置：Auto CAD、Smart Plant 3D初步经济分析：Aspen Process Economic Analyzer劳动安全卫生：HAZOP9 项目总结本项目设计过程中，通过文献查阅以及当地资料调查，确定了醋酸乙烯酯市场分析，确定工艺路线，完成了Aspen Plus流程设计与模拟，对设计的工艺流程进行了充分的验证。应用多个软件对各个设备进行充分设计，并进行强度校核。采用 Aspen Energy Analyzer对系统进行了换热网络的设计和优化；设计了系统自动