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四川维尼纶厂15万吨/年醋酸乙烯酯联产20万吨/年醋酸项目摘要14目 录1 项目简介12 工艺设计23 节能设计33.1 换热网络33.2 急冷锅炉的使用33.2 朗肯循环的使用43.4精馏塔加热泵44 设备设计65 清洁生产86 厂区选址与布置97 安全环境分析118 经济效益分析129 项目总结141 项目简介本项目是为中国石化集团建设一套年产15万吨醋酸乙烯酯的装置，有效地将生产聚乙烯醇产生的反应副产物醋酸甲酯深度利用，提高经济效益。建厂重庆市长寿区，占地85428m2。本项目采用醋酸甲酯羰基化法生产醋酸乙烯酯。醋酸甲酯是聚乙烯醇生产过程中的副产物，每生产1吨聚乙烯醇就要产生约1.68吨醋酸甲酯。本项目将中国石化集团四川维尼纶厂生产聚乙烯醇过程中的副产物醋酸甲酯用来生产所需的醋酸乙烯酯。本团队在工艺设计中，综合考虑安全、环保与效益等的前提下，通过一系列工艺创新、设备创新、节能降耗创新、清洁生产创新生产醋酸乙烯酯。主要体现在如下几个方面设计节能减排，减少能量的损耗，降低对环境的污染，解决了总厂产生廉价副产物导致的生产资金的浪费，兼顾经济效益和清洁生产，减少对环境的不利影响。 本厂所生产的醋酸乙烯酯用来供应四川维尼纶厂生产聚乙烯醇。本项目将甲醇合成法根据实际情况进行改进， 采用醋酸甲酯为原料，与合成气生成双醋酸亚乙酯与醋酐，双醋酸亚乙酯在对甲基苯磺酸的催化下生成醋酸乙烯酯。2 工艺设计本项目经过产品选择和工艺方案论证，采用醋酸甲酯羰基化合成法生产醋酸乙烯酯，本厂共设置三个工段，分别为EDA合成工段、EDA裂解工段、VAc精制工段，实现了全流程稳态模拟与优化。工艺流程图如下图所示，详见初步设计说明书第四章化工工艺与系统。图1工艺流程方框图将醋酸甲酯加压到3.5MPa且换热到174，将其与经过多段压缩至3.5MPa的合成气通入浆态床反应器在催化剂RhCl3+PdCl2/三苯基磷/CH3I的催化下反应生成EDA，同时副产醋酸和少量醋酐，再经闪蒸罐进行气液分离，将合成气回流再利用。分离后的液体经换热至80，再经减压阀减压至0.2MPa，将其送入精馏塔，分离出的废气后期处理，分离出的醋酸甲酯回流再利用，分离出的EDA、醋酸和少量醋酐混合物经泵输送至醋酸精馏塔，塔顶采出醋酸，塔釜EDA和少量醋酐混合物换热至170，补充醋酐抑制EDA裂解副反应，混合进入EDA裂解反应器，反应生成的混合物送至精馏塔精馏，塔釜采出EDA循环回EDA裂解反应器，塔顶醋酸乙烯酯、乙醛、醋酸和醋酐的混合物进行精馏，塔顶精馏出乙醛和醋酸乙烯酯混合物，塔釜是醋酸和醋酐混合物。醋酸乙烯酯和乙醛经压缩机压缩至0.11MPa，再送人精馏塔进行精馏，塔顶产出乙醛，塔釜产出醋酸乙烯酯。醋酸和醋酐混合物加压至0.11MPa后送人精馏塔精馏，塔顶产出醋酸，塔釜产出醋酐，醋酐部分采出，部分回流至第二工段EDA裂解反应器，抑制副反应。3 节能设计3.1 换热网络通过 Aspen Energy Analyzer 软件，然后根据夹点设计法，对全流程换热网络进行了设计。图2优化后换热网络图优化前后节能效果如下所示：表1 节能效果项目热公用工程冷公用工程换热网络优化前3.0551083.7840108换热网络优化后1.93401082.6630108节约百分率36.7%31.0%3.2 急冷锅炉的使用经精馏塔采出的醋酸温度较高且含有大量能量，本项目采用急冷锅炉回收大量高品位能量。Aspen Energy Analyzer进行换热网络的设计，我们从中可以看出全厂有使用热公用工程的低压蒸汽，刚好可以作为热公用工程进行部分提供使用。通过Aspen Plus模拟，我们得出通过急冷锅炉产生的蒸汽量为0.5t/h。图 3 急冷锅炉Aspen模拟流程图3.2 朗肯循环的使用从EDA合成反应器出来的溶液含有大量低位能能量，可用朗肯技术对其进行余热回收。这种技术既缓解了企业电力不足的矛盾，又减轻了余热对环境造成的热污染，从而实现能源和环境的可持续性发展。图4 朗科循环Aspen模拟图表2 朗肯循环产电汽轮机产生功率（KW/h）泵需求功率（KW/h）实际产生功率（KW/h）263.138.28254.853.4精馏塔加热泵当塔顶塔底温度相近，且存在较大热平台的时候，如果进行热泵技术可以有效回收一部分能量，从而使得冷热公用工程用量均可以明显减小，从而节约能量。通过热泵技术，提升流股的温度品质，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。蒸汽压缩式热泵精馏结构通常可用于以下过程：塔顶和塔底温差较小的精馏塔、被分离物质沸点相近的难分离系统、低压下精馏时塔顶产品需要用冷冻剂冷凝的系统等。本项目设计中反应精馏塔塔顶塔釜存在较大热平台，且温差较小，因此可以设置热泵把塔顶汽相压缩升温作为塔底再沸器的热源。如下图为通过Aspen Energy Analgzer软件对设置热泵前后做了能耗分析后得到的数据，通过计算可知，设置热泵节约能耗约为84.4%。因此建议在实际生产过程中，对反应精馏塔设置热泵，以达到节能的目的。图5 精馏+热泵技术表3 热泵技术节能表设备精馏塔热泵 耗能(MW)1.9734 1.3342节能32.4%4 设备设计本项目设计过程中主要对EDA合成、EDA裂解反应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。详见典型设备设计与选型和反应器设计说明书。电力是最主要的高耗能行业之一，也是“节能减排”任务艰巨和潜力巨大的行业。在火力发电生产过程中充分利用高效热交换技术和设备是提高能源利用率，实现“节能减排”的重要途径。因此，必须进一步加强研究开发并推广应用高效换热技术和设备，以确保“节能减排”战略目标的实现。传热效率低下和传热表面积污结垢造成的传热劣化问题，是国际上多年来一直未解决的热传递过程中的难题，也是制约化工等高能耗行业提高能耗利用率的瓶颈问题。考虑上述因素，本项目换热器中使用了“洁能芯”。“洁能芯”是北京化工大学在国际上首创的节能降耗效益显著的高新技术产品。“洁能芯”可直接安装于传热管内，既可有效地解决管壳式换热器效率低下的问题，又无须改变换热器的结构。洁能芯的主要技术特点是：具有在线自动清洗与强化传热的双重功能；具有自调性功能，避免刮擦管壁，保障换热设备的运行安全；具有高效率、高可靠性等优点，节能降耗，效益巨大；具有很强的适应能力,能用于换热介质低流速到高流速的各种工况；结构确定的洁能芯，其自转速度只与介质流速有关，不受换热管长度的限制，并可适应换热管的弯曲；采用高分子材料制成,具有自润滑、耐腐、耐磨、耐高温、抗老化等特点；采用流线型结构设计、介质流动阻力增加不明显,完全在工程允许的范围内；具有安装简便的特点,不需要对原换热器设备结构做任何改变。图 6 洁能芯构造图 7 换热管内置“洁能芯”工作原理图与安装实景5 清洁生产本项目为醋酸甲酯羰基化法生产醋酸乙烯酯以及副产醋酸、乙醛、醋酐的生产，主要体现为：（1）利用聚乙烯醇过程中副产的醋酸甲酯加以利用，将醋酸甲酯资源化生产醋酸乙烯酯，将其作为总厂生产聚乙烯醇的原料，起到节能减排、清洁生产、废弃物资源化利用和提高经济效益的作用。（2）工艺路线过程进行醋酸甲酯、合成气、醋酐三大循环，即提高了原子利用率，也减少了三废排放。（3）使用醋酐循环技术抑制EDA裂解过程中副反应的发生，减少了副产物的生成，进而增加了醋酸乙烯酯的产量，同时扩大了经济效益。（4）本项目生产过程中不需要水作为反应物，且在生产过程中不生成水，因而减少了生产废水的产量，做到了低污染乃至无污染的效果，实现了项目环境友好型、生产经济型。6 厂区选址与布置厂址选择根据本项目具体情况，根据生产和运输等多方面考量，选择靠近主厂的地方，最终确定厂址为重庆市长寿区，中国石化集团四川维尼纶厂旁预留发展的空地上。厂区占地面积为85428m2。具体位置如下图所示。图 8 厂区选址项目建设地公共设施完善，原料由总厂直接经管道输送至本厂，方便快捷；三废处理、公用工程均有配套产业供应。项目所在地得到政府的政策扶助优惠和资金技术支持，产业的可持续发展。厂区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。采用了平行布置，将生产区生活区布置在厂区径向干道两侧，使二者互不影响。并且根据紧凑集中理念，合理布置厂区内建筑及车间位置，达到高效稳定安全的生产布置。总产地面积85428m2，主要包括厂前区、辅助生产区、生产装置区和储运区等区域。我们使用AutoCAD进行厂区的平面设计，厂区平面布置图如图5所示。图 9 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6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 10 厂区三维效果图7 安全环境分析本项目运用Risk System软件重点对厂区内的醋酸乙烯酯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火事故模型预测、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、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DCS和ESD相结合的控制系统，实现对设备和系统的稳定控制。8 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，借助 Aspen Economic Analyzer 进行辅助计算，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48731.01万元，年利润21212.91万元，投资回收期6.45年。分析结果表明，本项目在经济上是可行的，相较于现有的醋酸乙烯酯生产技术具有较高的经济效益。详见经济分析。表4综合经济技术指标序号项目名称单位数量备注（一）产品规模1醋酸乙烯酯(VAc)万吨/年15年操作时间8000小时/年2醋酸万吨/年203醋酐万吨/年24乙醛万吨/年0.8（二）主要材料及辅助材料用量1醋酸甲酯万吨/年282合成气万吨/年12.263催化剂吨/年8.15（三）主要共用动力消耗量1循环水吨/时36.8752冷冻盐水吨/时33中压饱和蒸汽吨/时51.454高压饱和蒸汽吨/时535仪表空气Nm3/h7.76中压氮气Nm3/h19.3开停车及事故时用7电kW/h9579.43（四）装置定员人156（五）占地面积m285428（六）经济指标1项目总投资（按全部流动资金）亿元4.92固定资产总投资亿元2.633年销售收入亿元1.814年总成本亿元1.375年均所得税亿元0.376年均税后利润亿元2.127投资回收期全部投资所得税前年6.45含建设期2年全部投资所得税后年6.99含建设期2年8财务内部收益率%569投资利润率%5310投资利税率%8811盈亏平衡点万吨/年4.679 项目总结通过大量查阅文献，本团队最终确定了产品方案及工艺方案，确定以醋酸甲酯羰基化法制取EDA，再经EDA裂解生产醋酸乙烯酯，同时确定原料为醋酸甲酯等高附加值的产品。采用Aspen Plus 10.0对流程进行设计与稳态模拟、物料及能量衡算，利用Aspen Dynamics对流程进行了动态模拟，利用Aspen Energy Analyzer进行换热网络集成设计，使用Aspen Plus、Aspen Energy Design & Rating、SW6-2011等相关软件进行设备的