1-项目可行性分析

扬子石化年产13万吨PMMA项目酯争朝烯合肥工业大学酯争朝烯队团队成员：侯鑫 张宇 迟璐璐 刘权锋 艾雪竹指导老师：杨则恒 姚运金 王莉 杨庆春 张卫新项目可行性报告 目录第一章 总论11.1 设计依据、标准与原则11.1.1 设计依据11.1.2 设计原则11.2 项目概述21.2.1 项目简介21.2.2 项目背景21.2.3 建设意义31.3 研究范围4第二章 产品市场分析52.1 产品分析52.2 产品基本情况52.2.1 基本介绍52.2.2 消费情况62.2.3 应用领域62.3 PMMA市场分析72.3.1 国外市场情况72.3.2 国内市场情况8第三章 建设规模与产品方案93.1 产品政策等复合型分析93.1.1 产业政策符合性分析93.1.2 行业准入符合性分析93.1.3 园区发展规划符合性分析93.2 建设规模与产品方案比选103.2.1 主要企业建设规模103.2.2 建设规模比选及确定113.2.3 产品方案12第四章 化工工艺及系统134.1 综述134.1.1 抽余C4的利用技术134.1.2 混合C4利用状况144.2 异丁烯提纯工艺的选择144.2.1 异丁烯生产工艺比较144.2.2 异丁烯生产工艺的选择及理由144.2.3 分离工艺流程164.3 MMA合成工艺的选择184.3.1 MMA合成工艺简介184.3.2 合成工艺的比较194.3.3 合成工艺经济比较204.3.4 合成工艺的选择和理由214.4 PMMA合成工艺选择224.4.1 MMA合成工艺简介224.4.2 本体聚合PMMA合成工艺选择234.5 工艺过程简述24第五章 材料供应及公用工程265.1 主要原料265.1.1 抽余C4265.1.2 甲醇275.2 主要原料来源及分析285.3 辅助原料285.3.1 正己烷285.3.2 偶氮二异丁腈295.3.3 正丁烷295.3.4 丙烷295.3.5 催化剂295.4 原料运输方式及用量305.5 公用工程315.5.1 设计依据315.5.2 公用工程来源分析315.5.3 公用工程需求表335.5.4 供电系统345.6 给排水系统345.7 通风系统355.8 通信系统355.9 公用工程协议355.10 供用电协议38第六章 厂址选择436.1 厂址选择基本原则436.2 厂址方案比选436.3 总厂介绍456.3.1 园区介绍456.3.2 总厂概况456.4 建厂条件466.4.1 自然条件466.4.2 交通运输条件476.4.3 社会经济条件496.5 厂区优势496.5.1 区位优势496.5.2 产业优势506.5.3 科技优势50第七章 环境保护517.1 编制依据517.2 废气处理517.2.1 空气污染物来源与分类517.2.2 化工和石油化工厂的大气污染源527.2.3 废气处理基本方法527.3 废水处理547.3.1 化工、石化废水的来源和特点547.3.2 废水处理基本方法547.4 废渣治理557.4.1 废渣的再资源化557.4.2 废渣处理基本方法557.5 三废排放量表56第八章 投资估算与资金筹措588.1 工程概况588.2 编制依据588.3 估算方法588.4 建设投资598.4.1 固定资产598.4.2 无形资产728.4.3 递延资产728.4.4 总预备费748.4.5 建设投资估算表748.5 流动资金758.5.1 流动资金估算758.5.2 流动资金估算表758.6 建设期利息768.6.1 建设期利息估算768.6.2 建设期利息估算表778.7 固定资产投资方向调节税788.8 总投资估算表788.9 资金筹措798.9.1 资金来源798.9.2 还款方式79第九章 经济效益分析809.1 编制依据809.2 产品成本估算809.2.1 生产成本819.2.2 管理费用839.2.3 财务费用839.2.4 销售费用839.2.5 成本和费用估算表839.3 销售收入和税金计算869.3.1 销售收入869.3.2 税金计算869.3.3 产品销售收入及税金计算表869.4 动态指标889.4.1 财务内部收益率（IRR）889.4.2 权益投资内部收益率（FIRR）929.4.3 投资回收期（Pt）969.4.4 财务净现值（NPV）969.4.5 借款偿还期969.4.6 税后利润969.4.7 盈亏平衡分析989.4.8 敏感性分析98第一章 总论1.1 设计依据、标准与原则1.1.1 设计依据2018年第十二届全国化工设计竞赛设计任务书南京地理、环境、经济、人文等因素产业结构调整指导目录（2015）年本化工工艺设计手册第四版化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定化工投资项目可行性研究报告编制办法（中石化联产发2012115号）。1.1.2 设计原则1、项目建设遵守国家和地区的各项相关政策以及法规法令，符合国家的产业政策、投资方向及行业和地区的规划；2、项目所选用的工艺、设备以及自控方案要满足先进性、可靠性、成熟性的原则；3、项目选用清洁生产工艺。合理治理操作过程中产生的三废，污染物的排放必须达到规定的指标，做到低能耗、低污染、低成本；4、项目设计过程中将消防、安全、劳动保护措施等因素考虑在内；5、产品生产和质量指标符合国家及地方颁发的各项相关标准；6、按照国民经济和社会发展的长远规划，行业、地区的发展规划，在项目调查、选择中对项目进行详细全面的论证。1.2 项目概述1.2.1 项目简介项目名称：扬子石化年产13万吨PMMA项目承办单位：中国石化扬子石油化工有限公司建厂地址：南京化学工业园区投资项目性质及类型：企业分厂项目内容：本项目是以扬子石化公司的乙烯裂解装置所副产的抽余C4馏分中的异丁烯为原料制备PMMA。1.2.2 项目背景1、C4资源利用目前，能源紧缺与环境保护已经成为世界关注的焦点。随着我国原油加工能力的不断提高和低碳烯烃生产规模的逐渐扩大，石油化工副产品C4的产量迅速增加，但我国C4烃类的利用率仅为40 %左右，仅为欧美国家的一半，远落后于发达国家。并且其中很大一部分用于燃烧，导致碳排放过高，对环境造成负担。所以，现需寻找新途径来提高C4资源利用率，以达到资源有效利用的目的。2、乙醇汽油推广乙醇汽油是将乙醇液体中含有的水进一步除去，再添加适量的变性剂可形成变性燃料乙醇，将其与汽油以一定的比例混合形成的。其中不含氮、硫等元素，因此它完全燃烧后排放的尾气中污染物少，有利于保护环境，所以乙醇汽油是较清浩的能源。掺有10 %乙醇的汽油燃烧可使CO2排放量减少30 %，碳氢化合物排放量减少10 %，不仅可以节省石油资源和有效地减少汽车尾气的污染，还可以促进农业生产。目前我国正在大力推广使用乙醇汽油，减少车用燃料油和燃料油添加剂的需求量。在这种情况下，如何有效地利用石油和石油加工产物中的相关馏分资源成为目前的关注点。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。3、我国PMMA市场前景目前国内 PMMA 主要终端消费领域为广告灯箱、标牌、灯具、浴缸、仪表、生活用品、家具等，基本属于中低端市场。而特种有机玻璃，如防射线PMMA、光学纤维及太阳能光伏电池等尚属空白，国外广泛应用于液晶显示器及导光板、CD、VCD、光盘生产用高纯度光盘级PMMA在我国还处于起步阶段。但随着液晶显示器制造业的发展，将带动导光板材料的消费增长，光学级PMMA成为最具成长性的高分子材料，其销量将迅速增加，潜在市场较大。1.2.3 建设意义1、充分利用C4资源随着我国原油加工能力的迅速提高和乙烯生产能力的快速发展，副产C4烃量迅速增长。本项目利用了富余的C4资源，减少资源浪费。2、满足PMMA市场需求聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是甲基丙烯酸甲酯(MMA)的均聚物或共聚物,是具有优异综合性能的透明材料,其拉伸、弯曲、压缩等强度均高于聚烯烃，也高于聚苯乙烯和聚氯乙烯。它具有优异的透明性、表观光泽性和抗电弧性,同时具有良好的介电、电绝缘性能、耐老化性能和后加工性能。随着新的应用领域不断开发，PMMA发展潜力巨大，应用前景广阔。PMMA以市场需求大、技术含量高、经济效益好已经成为投资热点。1.3 研究范围本项目是以扬子石化公司的乙烯裂解装置所副产的抽余C4馏分中的异丁烯为原料制备聚合级PMMA。目前项目可行性的研究范围主要包括：产品市场分析、建设规模及产品方案、工艺技术方案、原料及辅助材料供应、厂址选择、企业系统集成方案、公用工程、环境保护、投资估算与资金筹措、经济效益分析等方面。在可行性研究的基础上对项目的建设概况做出评价结论，为审批该项目提供一定的决策依据。第二章 产品市场分析2.1 产品分析表2-1 项目产品一览表类别名称产品指标年产量/（万吨）价格/（元/吨）主产品PMMA优等品1322400副产品萃余C411.4626152.2 产品基本情况2.2.1 基本介绍聚甲基丙烯酸甲酯俗称有机玻璃，是以丙烯酸及其酯类聚合所得到的聚合物，统称丙烯酸类树酯，相应的塑料统称聚丙烯酸类塑料。PMMA是迄今为止合成透明材料中质地最优异，价格又比较适宜的品种。应用方面：PMMA溶于有机溶剂，如苯酚，苯甲醚等，通过旋涂可以形成良好的薄膜，具有良好的介电性能，可以作为有机场效应管（OFET）亦称有机薄膜晶体管（OTFT）的介质层。PMMA树脂是无毒环保的材料，可用于生产餐具，卫生洁具等，具有良好的化学稳定性、和耐候性。全国各地加快了城市建设步伐，街头标志、广告灯箱和电话亭等大量出现，其中所用材料中有相当一部分是PMMA树脂。2.2.2 消费情况从产品性能和用途看，PMMA 模塑料分为通用级、耐热级、光学级和抗冲级产品。目前国内市场上销量最大的仍然是通用级和耐热级产品，其中，通用级产品约占40%的市场份额，耐热级产品约占30%市场份额，光学级产品约占20%，抗冲级产品的销量很小，仅占总市场份额的10%。2.2.3 应用领域1、平板显示器及导光板平板显示器（LCD，LED）是PMMA板材增长最快的应用之一，LED液晶电视的兴起将带来导光板市场容量的大幅上升，目前全球平板电视LCDLED导光板PMMA消费市场正从日韩向中国转移。2015年，我国用于制造显示器的PMMA消费量约为3.5万t。据预测，20152020年年均需求增长率将达到8.1%。2、PMMA光纤材料塑料光纤也是PMMA最新开发的新用途，近几年全球塑料光纤的需求量迅速增加，国际上PMMA塑料光纤年销售额已经达到数十亿美元。塑料光纤在宽带接入网系统、家庭智能网络系统、数据传输系统、汽车智能系统、工业控制系统以及纺织、照明、太阳能利用系统等方面的应用市场潜力巨大。3、太阳能光伏产业PMMA的另一个潜力用途为制造太阳能光伏电池。目前PMMA只占领了太阳能光伏电池市场的1%，其余99%为玻璃。近几年太阳能光伏产业市场增长很快，尤其是PMMA薄膜太阳能电池市场发展迅速。PMMA膜片板材具有质量轻、灵活性高及成本低的优势，将在不久的将来替代玻璃制造电池面板。4、信息技术产品在发展迅速的信息技术产品领域，国内外加工企业已推出PMMAABS共混工程塑料产品，既保留了ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料）良好的加工性、韧性，同时兼具PMMA优异的耐候性、表面硬度和光泽性等优点，使得PMMAABS合金具有比ABS好得多的耐候性、耐刮擦性和光泽。产品广泛运用于要求外观亮丽的各种电器、电子及复杂制件外壳，如车载电视、CD机壳、液晶电视外壳、显示器外壳、音响壳体、电话机和打印机壳体、复印机部件、MP3外壳、手机壳和充电器外壳等，实现了高光泽，免喷涂化，可降低成本。2.3 PMMA市场分析2.3.1 国外市场情况目前，世界PMMA产能（模塑料及板材）约为276.2万吨/年，产能主要集中在亚洲、北美和欧洲地区，其中亚洲占70%，北美占16%，欧洲占14%。产能最大的PMMA生产商为三菱丽阳公司、赢创公司、奇美公司、Altuglas公司（阿科玛）和住友公司，这五家公司的PMMA产能约占世界总产能的60%。近年来，世界PMMA消费保持稳定增长，全球PMMA消费量约为191.9万t，其中模塑料消费量约为63.3万t，占总消费量的33%；板材消费量约为128.6万t，占总消费量的67%，产能利用率约为70%。表2-2 世界PMMA主要生产商公司产能/（万吨/年）占比/%三菱丽阳/璐彩特45.616.5赢创38.413.9奇美32.711.8Altugals/阿科玛29.010.5住友化学20.17.3Plaskolite10.33.7LG8.23.0苏州双象8.02.9旭化成化学6.32.3Polycasa5.72.12.3.2 国内市场情况我国从20世纪70年代开始小规模生产PMMA粒料，20世纪80年代末黑龙江龙新化工有限公司从美国聚合物技术公司（PTI）引进了溶液法生产的1.2万吨/年的模塑料装置，有注射型和挤出型等多种品种。2003年和2004年我国又相继投产了南通丽阳化学公司和上海泾奇高分子有 限公司两套装置。2009年10月，南通丽阳化学有限公司与三菱丽阳高分子材料（南通）有限公司合并形成了目前的生产规模。在PMMA需求快速增加的推动下，2006年10月份台湾镇江奇美厂的5万吨/年生产装置也随之投产。2008年德国赢创工业集团在上海投资的PMMA生产装置投入生产运营。此外，我国还约有500余家小企业裂解生产PMMA的厂家，2006年总裂解产量达到12万吨。主要分布在华东、华南、华北等地，以私营或乡镇企业为主，这些生产厂将PMMA制品回收料、PMMA生产加工过程中产生的边角料、机头料重新裂解生产PMMA，裂解原料主要来自进口。第三章 建设规模与产品方案3.1 产品政策等复合型分析3.1.1 产业政策符合性分析聚甲基丙烯酸甲酯是以丙烯酸及其酯类聚合所得到的聚合物，属于丙烯酸类树脂，相应的塑料统称聚丙烯酸类塑料。因此本项目符合产业结构调整指导目录（2015年本）（修正）中的第一类鼓励类第十一项石化化工第12条“3万吨/年及以上丙烯酸酯橡胶”，而且年产13万吨有机玻璃项目未列入产业结构调整指导目录（2015年本）（修正）中的限制类或淘汰类。3.1.2 行业准入符合性分析1、石油和化学工业“十三五”发展指南中提出：要以提质增效为中心，以供给侧结构性改革为主线，深入实施创新驱动发展战略和绿色可持续发展战略，着力改造提升传统产业，加快培育化工新材料。2、江苏省化学工业发展规划（2016-2020年）中指出：（1）石油化工的重点发展方向中包括提高劣质原油加工能力，发展轻烃加工能力；（2）化工新材料重点发展方向中包括丙烯酸酯类的发展。本项目选择抽余C4为生产原料，项目主产品为PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，属丙烯酸类树脂），符合石油和化学工业“十三五”发展指南和江苏省化学工业发展规划。3.1.3 园区发展规划符合性分析南京化学工业园区的发展规划中，指出需重点发展石油与天然气化工、基本有机化工原料、精细化工、高分子材料、生命医药、新型化工材料六大领域的系列产品。本项目属于石油化工项目，充分符合园区发展规划。3.2 建设规模与产品方案比选3.2.1 主要企业建设规模江苏扬子石化每年生产的抽余C4油中含异丁烯6万吨，可作为本项目生产资源化利用产品的原料。根据前期市场调研得出：（1）聚甲基丙烯酸甲酯生产企业年产量达到1.5万吨及以上便会形成经济规模效应，使生产成本得以降低，随着经济大力发展，国内外对于甲基丙烯酸甲酯的需求逐年上升。（2）聚甲基丙烯酸甲酯生产企业年产量达到7500吨以上才能使生产成本得以降低，随着芳烃、化工产业的不断发展，国内外对于PMMA的需求逐年上升。近年中国MMA项目生产规模见下表3-1。表3-1 国内部分PMMA主要生产厂家及其及其建设规模生产厂家产能/（万吨/年）主要品种或牌号黑龙江龙新化工有限公司1.6模塑料及板材上海泾奇高分子材料有限公司2.0PMMA模塑料MG820、MG845、MG888、MG515三菱丽阳高分子材料（南通）有限公司6.4粒子、板材、涂料树脂江苏镇江奇美化工有限公司5.0CM205、207、211璐彩特国际公司6.0PERSPEX、DIAKON、LUCITE赢创德固赛特种化学（上海）有限公司1.8PLEXIGLAS全系列可乐丽张家港公司0.3模塑料惠州惠菱化成公司4.0模塑料3.2.2 建设规模比选及确定参考国内主要生产企业的建设规模，充分考虑国内国际的市场前景和市场容量及化工产品远期的需求量。本项目拟定了以下三个建设规模:表3-2 建设规模方案比选表项目方案一方案二方案三建设规模/（万吨/年）3713年操作时间/（h）800080008000产业政策符合符合符合符合装置要求低中高投资金额低中高在考虑了国内主流企业生产规模、资源化产品市场情况及相应的经济性后，我们经讨论得出，本项目生产聚甲基丙烯酸甲酯130000吨/年，联产11.46万吨/年萃余C4。产品生产规模如表3-3所示：表3-3 建设规模表序号项目单位规模1建设规模万吨/年甲基丙烯酸甲酯：132-丁烯：11.462项目投资万元21.33项目用地平方米128180本项目综合考虑本厂的实际物质技术条件、对目标产品的社会需求和原料供应因素，同时参照国内外主要生产企业的生产情况（请参照市场分析一章）确定本厂的生产规模为；每年利用20万吨的抽余C4，以每年8000小时为生产周期，规模拟定每年生产13万吨的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）优等品，同时每年副产11.46万吨萃余C4。3.2.3 产品方案根据国家的行业政策、行业的发展规划、产品的市场前景、项目技术的可靠性、公用工程消耗量、经济的合理性、资金筹措能力等方面综合考虑，按照年产13万吨PMMA，全年操作时间8000 h的建设规模进行Aspen模拟。运行结果如下表3-4所示。表3-4 产品方案一览表类别名称产品指标年产量/（万吨）主产品聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）99.3%13副产品萃余C411.46第四章 化工工艺及系统4.1 综述4.1.1 抽余C4的利用技术工业上获得异丁烯原料主要来源是C4馏分。C4的来源有FCC催化裂化装置、裂解乙烯装置、MTO/MTP装置。混合C4分为以下几种：原C4（直接来自FCC、裂解乙烯或MTO/MTP的副产）、抽余C4（抽余丁二烯后的C4）、醚后C4（用MTBE法除去异丁烯的C4）。本项目以扬子石化工乙烯装置副产抽余C4为原料，经MTBE合成裂解后提纯出高纯度异丁烯，采用异丁烯直接甲基化法生产聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。抽余C4组成如表1所示。表4-1 抽余C4成分一览表名称分子式沸点/（）质量分数/（%）乙炔C2H2-840.05丙烷C3H8-420.02环丙烷C3H6-330.09异丁烷C4H10-11.723.8异丁烯C4H8-6.9431-丁烯C4H8-6.24261,3-丁二烯C4H6-4.40.04正丁烷C4H10-0.516反-2-丁烯C4H817.53顺-2-丁烯C4H83.73.49混合C4中组分包含微量的C2、C3组分（乙炔、丙烷、环丙烷）及C4烷烃与烯烃。其中C4单烯烃有正丁烯，2-丁烯（包括顺、反2-丁烯）和异丁烯；双烯烃主要是丁二烯；C4烷烃分为正丁烷和异丁烷。4.1.2 混合C4利用状况全球大量C4烃主要用作燃料。对C4烃直接作燃料使用而言，其中具有潜力的化工原料，如异丁烯、1-丁烯将不能得到合理的应用。随着近年来我国陈化粮量的增加，国家大力推行乙醇燃料汽油。因此，将碳四烃加工成烷基化油甲基叔丁基醚及车用液化石油气等各种液体燃料或添加剂的传统石化势必掀起一场“产业革命”，将C4中进行深加工生产下游产品的路线被愈来愈多的应用于新建化工企业。而在C4组分中，异丁烯无疑是最具加工潜力的化工产品。4.2 异丁烯提纯工艺的选择4.2.1 异丁烯生产工艺比较工业上获得高纯度的异丁烯主要原料是抽余C4。从表4-1可以看出。抽余C4中组分复杂，异丁烯和正丁烯是同分异构体，它们的沸点都非常的相近，理论上需要300多块塔板才能实现二者的分离。同时异丁烯与异丁烷，正丁烷的沸点也很接近，所以通过简单精馏的方法从抽余C4中分离出高纯度的异丁烯成本非常高。目前得到高纯度的异丁烯的主要工艺如表4-2所示。4.2.2 异丁烯生产工艺的选择及理由由表4-2可以看出，分子筛吸附分离，硫酸萃取工艺具有高成本，重污染的弊病；醋酸酯化分离法，异构反应精馏法，异丁烷共氧化法因技术不够成熟，难以实现自控亦难于工业应用。相比之下，MTBE法和叔丁醇法等化学反应-分离法具有流程简单，产品纯度高的优势。2020年我国将全面推广使用乙醇汽油，在车用燃料油和燃料油添加剂需求量大幅度减少的情况下，由MTBE法生产高纯异丁烯具有丰富的原料来源。MTBE裂解制异丁烯是近年来普遍采用的一种方法，它具有环境污染小，设备腐蚀小，装置投资、能耗、物耗相对较低等特点。同时，以抽余C4为原料经反应分离后的醚后C4中几乎不含丁二烯和异丁烯，有利于对其进行深加工生产下游产品。因此，本项目选择MTBE法生产高纯异丁烯。表4-2 异丁烯生产方案比较表工艺工艺原理优点缺点分子筛吸附分离法利用正丁烯和异丁烯在分子筛上吸附能力差异生产异丁烯1. 产品纯度高2. 回收率高3. 能耗低1. 设备费用高2. 技术不够成熟3. 工艺复杂硫酸萃取法利用正、异丁烯与硫酸反应的速率差实现分离1. 技术成熟2. 回收率高3. 产品纯度高1. 设备腐蚀严重2. 产生大量废水叔丁醇法C4与H2O在酸催化作用下水合后与C4其余组分分离，经叔丁醇脱水后精馏制得高纯异丁烯1. 流程简单2. 产品纯度高3. 催化剂易回收1. 催化剂易破碎2. 转化率低3. 能耗高MTBE法异丁烯与甲醇醚化后与C4异构体分离，MTBE裂解提纯制高纯异丁烯1. 产品纯度高2. 选择性很高3. 生产能力大4. 回收率高1. 副反应多2. 流程复杂醋酸酯化分离法醋酸和异丁烯选择性酯化后进行水解，分离提纯1. 收率高2. 流程简单3. 污染较小4. 产品质量高1. 技术不够成熟2. 催化剂价格昂贵异构反应精馏法1-丁烯异构至2-丁烯后加普通精馏实现分离1. 收率高2. 流程简单3. 产品质量高1. 不易自动控制2. 反应器与精馏塔分开，能耗高异丁烷共氧化法丙烷与异丁烷进行共氧化，产生的过氧化物氧化丙烯同时产生叔丁醇，叔丁醇脱水制得异丁烯1. 能耗低腐蚀小2. 技术先进成熟，成本低1. 流程长，收率低2. 所需分离设备投资大，不经济4.2.3 分离工艺流程抽余C4与甲醇经混相床预反应器达到一定转化率进入催化蒸馏塔进一步反应，反应热充分利用于气液两相传质，从而在催化蒸馏塔中实现反应与精馏的耦合。经混相床-催化蒸馏技术，异丁烯转化率可达99.9 %，在催化蒸馏塔塔釜得到纯度为99 %的MTBE，塔顶得到醚后C4与未反应的甲醇。MTBE去精制塔，塔顶产品送去甲醇再生工段。在MTBE中不可避免的产生一些副产物（叔丁醇，异丁烯聚合物，甲基仲丁基醚及二甲基醚）。为了满足下游加工生产聚合级异丁烯的需要，MTBE中杂质含量必须严格控制，同时增加了一台MTBE精制塔，MTBE从塔顶气相采出，在塔釜除去二异丁烯等杂质。MTBE与裂解气换热后经导热油进一步加热进入裂解反应器生成甲醇和异丁烯。采用双（水洗）塔脱醇的方法将异丁烯与甲醇分离，异丁烯经脱重脱轻工段后纯度达到99.9 %，甲醇经精馏后纯度达到99.9 %后循环使用。实际上，MTBE法制异丁烯是一种非常精妙的思路。通基于甲基叔丁基醚的合成与裂解原理，用甲醇将异丁烯和C4异构体分离是很方便的。第一阶段将甲醇和异丁烯反应生成MTBE，这样容易除去那些惰性组分。第二阶段，MTBE裂解成异丁烯和甲醇，并且回收甲醇到合成MTBE的阶段去。因此，MTBE裂解制异丁烯的生产工艺的研究开发愈来愈受到人们的重视。MTBE裂解制异丁烯工艺是上世纪70年代末开发的重要的生产异丁烯技术，该法得力于MTBE合成工艺的迅速发展。异丁烯分离工艺流程图如图4-1，4-2所示。图4-1 MTBE合成及精制工艺流程图图4-2 MTBE裂解及异丁烯提纯工艺流程图4.3 MMA合成工艺的选择4.3.1 MMA合成工艺简介目前MMA的生产方法主要有丙酮氰醇法、乙烯法、异丁烯法。1、丙酮氰醇法（ACH法）ACH法是最早工业化生产MMA的方法，也是目前世界最主要的MMA生产工艺。该法经过长期不断地改进和完善，技术先进、成熟可靠、产品收率高、质量好、竞争力较强，得到了非常广泛的应用。目前世界采用ACH法生产的MMA约占总产量的80 %。2、乙烯法（BASF法）乙烯法生产MMA是德国BASF公司开发成功的专利技术，目前世界上仅BASF公司采用此法生产MMA。乙烯法生产MMA工艺的优点，原料易得，具有一定的竞争力，特别是与大型石化乙烯装置联合一体化生产更具优势。但BASF公司从未转让该技术，也没有建立乙烯法MMA的合资装置。3、异丁烯法异丁烯法于1982年由日本三菱人造丝公司首先实现工业化生产，其原料为异丁稀。虽然异丁稀资源在我国很丰富，价廉易得，但是存在的问题是异丁烯原料中混有丁院、正丁稀等其他碳四组分，不能直接用来生产。由于汽油无铅化的普遍推行，高辛烷值汽油添加剂MTBE（甲基叔丁基醚）蓬勃发展，由MTBE生产纯异丁稀有丰富的原料。该工艺技术先进，成熟可靠，原料异丁烯易得，生产过程较简单，成本低，具有一定竞争力。4、改进丙酮氰醇法（MGC法）MGC法由日本三菱瓦斯化学公司开发，1994年建成年产六万吨的生产试验装置并运行。该法原料仍是丙酮氰醇，改进之处是在生产过程中不使用硫酸，从而省掉了价格昂贵的酸性残液回收硫铵装置；同时采用氢氰酸再生循环使用技术，减少了氢氰酸的需用量但该法相对来说工艺路线比较复杂，对设备的要求也比较高。4.3.2 合成工艺的比较通过对以上四种工艺方案进行各个方面的对比，选择合适的工艺。表4-3 MMA合成工艺比较工艺工艺原理优点缺点丙酮氰醇法HCN与丙酮反应生成ACH后与浓硫酸进行酰胺化反应，生成甲基丙烯酰胺硫酸盐，再与水、甲醇进行水解和酯化反应生成MMA1. 技术先进、成熟可靠、投资少2. 收率高、质量好3. 竞争力较强，得到广泛应用1. 原料属剧毒物质2. 酸性残液处理价格昂贵3. 三废污染环境且处理困难乙烯法乙烯与合成气为原料，进行羰基化合成丙醛；甲醇与纯氧合成甲醛；丙醛和甲醛进行缩合反应，生成MAL；MAL经空气氧化生成MAA；MAA与甲醇进行酯化反应生成MMA1. 原料易得，有效降低生产成本2. 与大型石化乙烯装置联合一体化生产更具优势3. 整个工艺是一条绿色清洁工艺1. 目前乙烯法为BASF公司垄断2. 乙烯氢甲酰化制丙醛收率低3. 催化剂选择性差，寿命短异丁烯法异丁烯经气相催化氧化得MAL，MAL一步氧化酯化生成MMA1. 工艺技术先进，成熟可靠2. 原料异丁烯易得，成本低3. 环境影响小1. 设备多，工艺较为复杂2. 催化剂寿命短3. 总产率低改进丙酮氰醇法ACH水合制得羟基异丁酰胺后与甲酸甲酯反应得到羟基异丁酸甲酯和甲酰胺，羟基异丁酸甲酯脱水制MMA，甲酰胺脱水制HCN，再生回收的HCN和丙酮反应制ACH，甲酸和甲醇经酯化反应制甲酸甲酯1. 利用产生的副产物HCN作为原料循环利用，并且完全不产生硫酸铵2. 基本不损失HCN，无废酸产生，环境污染小1. 工艺流程长，限制了该工艺的进一步推广2. HCN循环能耗高4.3.3 合成工艺经济比较丙酮氰醇法、改进丙酮氰醇法、乙烯法以及异丁烯法的技术经济比较见表4-4所示。表4-4 MMA生产工艺经济比较项目丙酮氰醇法乙烯法异丁烯法改进丙酮氰醇法MMA产能/（万吨/年）11.311.311.311.3总固定投资/（百万美元）129.1153.8159.266.30生产成本/（美分/kg）106.8893.3984.84102.97原材料费用/（美分/kg）74.0752.8643.3976.22公用工程费用/（美分/kg）4.386.327.736.87维修材料和工资/（美分/kg）4.855.375.512.34运转费用/（美分/kg）0.992.181.761.76分析测试/（美分/kg）0.180.400.330.33折旧/（美分/kg）11.3913.5514.035.84税金和保险/（美分/kg）2.272.712.801.17企业管理费/（美分/kg）2.804.053.342.49销售和科研费/（美分/kg）5.955.955.955.95 总生产成本/（美分/kg）135.29126.83120.33117.58从表4-4可见，当生产规模同为11.3万吨/年时，由于改进丙酮氰醇法工艺简单，每步反应收率较高，且不用硫酸，许多设备可使用碳钢，因而投资费用最低，仅为6630万美元，尽管该工艺中副产物的循环利用增加了公用工程费用，但总生产成本为117.58美分/千克，仍比其他工艺具有优势。另据介绍：丙酮氰醇法必须具有一定规模的生产能力和较高的开工率才有经济性。异丁烯和乙烯法，虽克服了丙酮氰醇法使用剧毒原料HCN和腐蚀性的硫酸，但投资费用相对较高，不过原材料费用相对较低，生产成本分别为120.33美分/千克和126.83美分/千克，所以与丙酮氰醇法相比，具有一定优势。4.3.4 合成工艺的选择和理由表4-5 以异丁烯为原料生产MMA的工艺路线比较工艺工艺原理优点缺点异丁烯一步氧化法以异丁烯为原料，将异丁烯经一步氧化制得甲基丙烯酸（MAA）然后将MAA与甲醇按一定比例酯化得到MMA1. 原料费用低、产品纯度高2. 设备紧凑，建设费用减少3. 工序简单成本低1. 催化剂选择条件较高2. 目前尚未实现工业化异丁烯两步氧化法异丁烯、空气、蒸汽混合后气相催化氧化生成MAL，再氧化生成MAA，MAA与甲醇进行酯化反应，生成MMA1. 原料来源广泛、过程简单2. 工艺已逐渐成熟和完善3. 无污染、成本低1. 工艺流程长、收率较低、产品纯度低2. 甲基丙烯酸腐蚀设备直接甲基化法将异丁烯、空气、蒸汽以比例送入MAL合成反应器，将异丁烯氧化为MAL，经分离提纯后与甲醇和氧进行氧化酯化生成MMA。1. 避免污染，绿色化程度高2. 较高的转化率与选择性3. 工艺简单采用了价格昂贵的贵金属Pd系催化剂，初期投资费用高通过表4-3和表4-4，对以上四种工艺方案各个方面的对比与分析可知异丁烯法具有原料资源丰富，价廉易得，工艺技术先进，成熟可靠，生产过程较简单，总生产成本低，具有一定竞争力。因此本项目选择异丁烯法制备MMA。异丁烯法制备MMA主要分为一步氧化法、两步氧化法和直接甲基化法三种。通过对以上四种工艺方案各个方面的对比，异丁烯直接甲基化法制MMA具有原料来源广泛、工序简化、生产过程简单、工艺成熟、无废酸产生、绿色化程度高、转化率与选择性较高、成本低的优点。综合考虑，异丁烯直接甲基化法制MMA工艺具有较大的经济效益和社会效益，很有发展前景。因此，本项目最终确定选择异丁烯直接甲基化法制备MMA。4.4 PMMA合成工艺选择4.4.1 MMA合成工艺简介根据聚合方式不同，PMMA生产工艺可分为悬浮聚合、溶液聚合、本体聚合。悬浮聚合是将MMA单体、引发剂、水、分散剂四种组分搅拌形成悬浮液后，再经油溶性引发剂引发而进行聚合反应；溶液聚合是由单体、油溶性引发剂、链转移剂在溶液中发生聚合反应生成PMMA的过程；本体聚合是单体在无溶剂、无分散剂的条件下，在引发剂的作用下发生聚合反应。相较于悬浮法与溶液法，本体聚合无需添加溶剂，制得聚合物纯度高且成本低。此外，本体聚合设备使用率高，竞争优势大，因此本项目选择本体法制备PMMA。4.4.2 本体聚合PMMA合成工艺选择PMMA本体聚合工艺大致由以下几部分组成：（1）原料精制系统；（2）聚合系统；（3）脱挥系统。原料精制系统一般为精馏装置，用于去除MMA中添加的阻聚剂及残留杂质，提高产品性能。聚合系统按反应装置可分为单釜式，多釜式及釜-管式串联聚合系统，其工艺流程及特点如下表所示。表4-6 PMMA合成工艺路线比较聚合系统工艺原理优点缺点单釜式MMA精制后与引发剂混合共同进入反应釜，在120150 下反应0.52 h，生产PMMA1. 投资少2. 操作灵活3. 便于控制1. 转化率低2. 生产成本高两釜式在单釜式基础上改良，第二反应釜温度较第一反应釜高出2060 ，转化率达60 %后移入脱挥工序1. 转化率较高2. 可串联生产也可并联生产3. 生产连续性提高1. 温度控制要求高2. 操作难度加大釜-管式串联在釜内转化率达到50 %左右移入第一管式反应器，在第二管式反应器中转化率达80 %90 %后移入脱挥系统1. 转化率显著提高2. 降低了管道堵塞风险3. 产品质量高釜式反应器移热量大，对温度控制要求高由上表可看出，相比于单（多）釜式聚合系统，釜-管式聚合系统转化率高，且产品质量优异，因此本项目选择釜-管式聚合系统。脱挥系统可分为单级脱挥与多级脱挥。单级脱挥即聚合物混合物经泵加压再加热后脱去挥发分，多级脱挥是在单级脱挥基础上，在此加压加热。相比于单级脱挥，多级脱挥处理量大，操作灵活，产品质量高。经模拟二级脱挥即可达到产品质量要求，因此本项目选择二级脱挥系统。综上，PMMA合成工段选择连续本体聚合法合成PMMA，MMA精制后与引发剂经釜-管式聚合系统得到聚合物混合物，经二级脱挥后得到高质量PMMA产品，挥发分（主要是MMA）冷却精制后循环使用。4.5 工艺过程简述本项目以粗异丁烯为原料，经MTBE合成-裂解法分离出异丁烯，高纯度的异丁烯经过氧化制得MAL。通过双塔吸收将气态MAL转移至液相，与惰性气体组分分离。再经一共沸精馏塔，利用MAL与甲醇形成共沸物将MAL与液体惰性组分分离。甲醇与MAL混合物在氧气作用下氧化酯化生成MMA，经分离提纯后制得纯度为99.9 %的MMA。MMA精制后与引发剂经釜-管式聚合系统得到聚合物混合物，经二级脱挥后得到高质量PMMA产品，挥发分冷却精制后循环使用。图4-3 MAL合成工段流程图图4-4 MMA合成工段流程图图 4-5 PMMA合成工段流程图第五章 材料供应及公用工程5.1 主要原料5.1.1 抽余C4本项目以扬子石化工乙烯装置副产抽余C4为原料。抽余C4组成如表5-1所示。表5-1 抽余C4成分一览表名称分子式沸点/（）质量分数/（%）乙炔C2H2-840.05丙烷C3H8-420.02环丙烷C3H6-330.09异丁烷C4H10-11.723.8异丁烯C4H8-6.9431-丁烯C4H8-6.24261,3-丁二烯C4H6-4.40.04正丁烷C4H10-0.516反-2-丁烯C4H817.53顺-2-丁烯C4H83.73.49混合C4中组分包含微量的C2、C3组分（乙炔、丙烷、环丙烷）及C4烷烃与烯烃。其中C4单烯烃有正丁烯，2-丁烯（包括顺、反2-丁烯）和异丁烯；双烯烃主要是丁二烯；C4烷烃分为正丁烷和异丁烷。5.1.2 甲醇本厂选择南京美福石油化工有限公司的甲醇为原料，南京美福石油化工有限公司地处南京，交通运输方便，可减少运输成本。甲醇规格如下表所示。表5-2 甲醇规格控制项目优等品一等品合格品色度/Hazen单位（铂-钴色号）5.010密度（20）/（g/cm3）0.7910.7920.7910.793沸程（0，101.3kPa,在64.065.5范围内，包括64.60.1）/0.81.01.5高锰酸钾实验/min503020水的质量分数/%0.100.15酸的质量分数（HCOOH计）/%或碱的质量分数（NH3计）/%0.00150.00020.00300.00080.00500.0015羰基化合物的质量分数（HCOH 计）/%0.0020.0050.010蒸发残渣的质量分数/%0.0010.0030.005硫酸洗涤实验/Hazen 单位（铂-钴色号）50乙醇的质量分数/%供需双方协商5.2 主要原料来源及分析本项目所用抽余C4原料来源于扬子石化，其中含有大量的异丁烯。通过MTBE法提纯异丁烯，将杂质去除，提高异丁烯纯度。再经过异丁烯法合成MMA，聚合生成PMMA。以抽余C4作为原料具有原料来源充分、价格低廉、运输方便、充分利用资源、防止资源浪费等优点。本项目的原料甲醇来源于南京美福石油化工有限公司，作为原料可以取得较高的经济效益。5.3 辅助原料5.3.1 正己烷本项目正己烷来源于南京润生石化有限公司，年用量0.086万吨。正己烷质量标准如下表所示。表5-3 正己烷规格项 目质量指标密度( 20) , k g / m 3655-681气味无残留异味贝壳松脂丁醉值报告嗅指数 1000颜色( 满足下列两指标之一)赛波特色号 铂-钴色号 +2810馏程初馏点， 干点， 6371硫含量，mg/kg 10不挥发物，mg/100mL 1苯含量， %( m/ m) 0.15.3.2 偶氮二异丁腈本项目偶氮二异丁腈来源于宁波国贸化工有限公司，年用量0.088万吨。作为本项目PMMA聚合引发剂，使用规格要求优质品。5.3.3 正丁烷本项目正丁烷来源于成都兴华石油化工有限公司，年用量0.0418万吨。使用规格要求优质品。5.3.4 丙烷本项目丙烷来源于山东东明石化集团有限公司，年用量0.2275万吨。使用规格要求优质品。5.3.5 催化剂本项目工艺过程中使用多种催化剂，包括Amberlyst 35树脂催化剂、YL-I型催化剂、Mo-Bi系催化剂和P-Mo系催化剂。5.4 原料运输方式及用量本项目原料运输方式及用量如下表所示：表5-4 原料供应一览表项目名称规格年用量/（万吨）来源运输方式主要原料抽余C420.0中国石化南京扬子石化有限公司管道运输甲醇优等品5.0南京美福石油化工有限公司公路运输空气37.0本厂动力车间管道运输辅助原料正己烷优等品0.086南京润升石化有限公司公路运输水52.0园区供应管道运输水蒸气0.29园区供应管道运输Amberlyst 35树脂催化剂0.0111南大合成化学有限公司公路运输YL-I型催化剂0.0083金之键高科技材料有限公司公路运输Mo-Bi系催化剂0.0