1-创新性说明1-设计文档集创新性说明-2010

镇海炼化厂石油炼制尾气深度脱硫装置设计及年产7.5万吨甲硫醇项目创新性说明目录一、原料方案及其体系创新11.原料方案12.产品结构方案创新1二、清洁生产技术创新11.三废资源化处理12.物质的循环利用3三、反应技术及分离技术创新31.反应技术创新多侧线进料多段式反应器32.分离技术创新4四、过程节能技术创新51.热泵精馏52.双效精馏6五、新型过程设备应用技术创新71.反应器气体分布器优化72.管壳式多物流换热器93.新型节能耐腐蚀离心泵104.新型HEV浮阀塔板11六、自动控制方案创新动态模拟1317一、原料方案及其体系创新1.原料方案本项目以成熟的原料气提纯硫化氢技术作为甲硫醇项目原料硫化氢来源，将硫化氢提纯技术与甲硫醇生产技术有机结合，极大程度地使硫化氢资源化利用生产高附加值的甲硫醇产品。通过查阅资料，我们选择中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司（以下简称镇海炼化）原油二次加工柴油加氢精制装置排出的含硫尾气（硫化氢体积分数为82.5%）作为原料，总厂拥有2300万吨/年原油加工能力，是国内最大的原油加工基地、进口原油加工基地、含硫原油加工基地、成品油出口基地和重要的原油集散基地。镇海炼化拥有三套柴油加氢装置，处理能力达到800万吨/年，装置规模200万吨/年III柴油加氢装置，300万吨/年IV柴油加氢装置和300万吨/年V柴油加氢装置。原料硫化氢来源充足。本项目的另一重要原料甲醇采取外购。2.产品结构方案创新经过查询资料了解到，国内甲硫醇的生产规模均在10万吨以下，规模较小，且国内甲硫醇生产厂家较少。近几年来，随着我国饲料业的发展，蛋氨酸需求量逐年增加，作为合成蛋氨酸主要原料的甲硫醇需求量也不断增长，国内甲硫醇产量远不能满足市场需求。随着我国对相关技术的突破与掌握，将迎来甲硫醇消费的热潮。本项目采用的是硫化氢甲醇气相法合成甲硫醇，催化剂为K2WO4/Al2O3，合理调节催化剂用量、反应条件，可提高甲硫醇的收率和选择性。综合技术和市场需求，故本项目确定硫化氢的下游产物为甲硫醇，产量7.5万吨/年，同时副产甲硫醚0.5万吨/年。二、清洁生产技术创新1.三废资源化处理（1）废气：在本项目废气只存在于变压吸附阶段，为高含二氧化碳的混合气，可直接返回主厂的尿素生产车间，实现废气充分利用，基本达到零排放。废气具体组成如下：表1 废气组成H2OH2SCO2CH4C2H6C3H8CH3OH质量流量 kg/h21.4532.22126060.0030.0010.0056.27含量%1.52.285.54.12.00.73.8（2）废液：在本项目废液主要有三种:MDEA再生塔部分MDEA废液、冷凝压缩的酸性水和双效精馏高压塔塔釜部分低浓度甲醇水液。废液量小，且酸性水和甲醇水溶液中的有害物质量少，经废水处理过后可直接达标排放。废液具体组成如下：表2 废液组成序号三废名称有害物质组成排放量t/h排放去向处理方法名称含量%1酸性水H2S1.60.27去总厂酸性水汽提装置达标排放2甲醇水溶液CH3OH0.14.5去污水处理站达标排放3MDEA废液MDEA34.50.0015去污水处理站生物脱氮（3）废固:本项目的废固只产生于甲硫醇合成工段，有少部分催化剂因为积碳而是失活，而使用多段进料式反应器能改善催化剂床层的结焦、积碳，同时采用栅板负载催化剂，改变栅板的开闭方式，从而降低催化剂的装卸难度，保证催化剂的更换时间，确保安全、稳定、满负荷生产。2.物质的循环利用本项目，充分利用流程内的物质，达到原料的最少化，需要购买的原料只有甲醇和反应阶段的催化剂，从而降低成本，使利润最大化。MDEA溶液的循环利用（以青色线条表示）反应原料的循环利用（以红色线条表示）洗涤甲醇的循环利用（以绿色线条表示）萃取剂水的循环利用（以紫色线条表示）图1 Aspen模拟工艺流程图三、反应技术及分离技术创新1.反应技术创新多段式侧线进料反应器多段进料式反应器允许在催化床层（栅板）之间直接计量甲醇和硫化氢的初始气体混合物，其中在催化剂床层释放的反应热直接加热侧线进料的反应原料，并且在进入下一个催化剂床层之前，降低床层间的温度。结果是，可以降低反应放出的热量对催化剂床层的影响，使整个催化床层的温度分布均匀。图2 Aspen反应器模拟2.分离技术创新（1）产品气体混合物中H2S分离反应器出口物流中含有大量的硫化氢，产品甲硫醇、甲硫醚、二甲醚，以及惰性气体二氧化碳，目前，现有技术中的一个问题就是产品气体混合物不能清晰地分离成单独的物料流。本流程，通过两级冷凝把产品气体混合物分离成水相混合物、有机相混合物和不凝气体，再通过低温甲醇洗涤进一步吸收不凝气体中的有机物，既减少甲硫醇、甲硫醚的损失，又防止惰性气体的累积。然后，精馏加载的甲醇洗涤液以及含水和有机冷凝物，分离成硫化氢气体馏头和产品气体混合物的剩余组分，使大部分的硫化氢（99%）作为循环气体。通过以上操作，可使产品气体混合物中的硫化氢全部作为循环气体。 图3 Aspen原料气提纯硫化氢模拟（2）产品气体混合物中共沸物的分离萃取精馏在将H2S从产品气体混合物中分离出来之后，仍会形成甲硫醇/甲醇和甲硫醚/甲醇的恒沸物,可以用水做萃取剂，通过萃取精馏分离成甲硫醇和甲硫醚的物流以及含有甲醇和水的物流，其中，甲硫醇和甲硫醚作为馏头，甲醇和水作为塔釜残留物。图4甲醇/甲硫醇共沸物四、过程节能技术创新1.热泵精馏对于MDEA再生塔T102，塔顶温度102.7、塔釜温度110.5，温差较小。MDEA溶液的解析量比较大，从而消耗大量的加热蒸汽。由于塔釜与塔顶的温差较小，所以我们采用塔顶气相压缩式热泵精馏，以塔顶气体出料为工作介质，经压缩机加压、升温后作为加热介质，送入换热器换热。流程如下图：图5热泵精馏模拟图表3 采用热泵精馏前后对比结果项目常规精馏塔热泵精馏塔塔顶温度/102.66102.66塔釜温度/110.55110.55塔顶压力/KPa125125塔顶冷凝器热负荷/kW16533.048塔釜再沸器热负荷/kW7948.932压缩机负荷/kW3699.91总能耗/kW24481.9815982.308节能34.72%采用热泵精馏虽然增加了一个压缩机增加了设备费用，但是节能效果十分明显，从长远看具有较高的回报，方案可行。2.双效精馏本工艺需要用低温甲醇作洗涤剂，吸收不凝气体中的有机物。而在萃取精馏塔底得到水和甲醇的混合溶液，由于甲醇的价格较高、剧毒性，因此，需要对甲醇进行回收。为了提高节能效率，本工艺采用双效精馏，具体流程如下：图6双效精馏模拟图表4 采用双效精馏后前后对比结果项目常规精馏塔双效精馏塔总热负荷/kW7084.67342806.09729节能效率60.39%采用双效精馏，虽然增加了一个精馏塔和一个换热器，设备费用有所增加，但是能够在较短的时间回收成本，所以双效精馏方案可行。五、新型过程设备应用技术创新1.反应器气体分布器优化由于塔内气体的均匀分布（尤其是进口气流的初始分布）对大型填料塔的分离效率、产品质量都有很大的影响。性能优良的气体分布器不仅能削弱由于气流的导入造成的不均匀分布的影响，而且能大大降低系统的均布阻力。由于本工艺反应器采用多段填料式反应器，直径较大，该反应为放热反应，直接采用水平进气导致气体分布不均，容易造成局部温度过高，产生结焦造成催化剂失活，导致反应不完全，增加了生产成本。所以需要将进气分散均匀，增大提高反应收率，提高了经济效益。未经优化前的图如下：图7 无空气分布器流体分布图为此，同过查阅文献对比，本反应器采用板式气体分布器，该分布器是一种应用比较广泛的分布器，结构如下图，该分布器结构简单，分散效果比较好，同时具有耐高温、抗酸腐蚀性能。物料以径向和轴向进入塔体，经过气体分布器使气体分散均匀，从而使催化剂床层反应温度分布均匀，反应物转化率更高。图8 单床层流体分布矢量图图9 单床层流体流动图图10 反应器立体解构图2.管壳式多物流换热器由于产品精制塔的塔顶产品甲硫醇、塔底产品甲硫醚和双效精馏产品甲醇，温度高，流量小，若使用单一换热器，换热面积小，经济效益差。本项目，采用管壳式多物流换热器，可使壳程冷流体同时与三个管程热流体在同一台换热器设备实现换热。将减少换热器的台数、节省换热器壳体的个数，增加换热器的容量，降低换热器设备的投资。将这类型换热器与传统换热器结合于最优换热网络设计，可降低换热设备数量，使换热网络简化。除此之外，该换热器还可增加冷、热物流间的热量回收，提高换热器的效率，节省能源。换热器由前端管箱、壳体、数组换热管、折流板和后端结构组成。在前端管箱上设置数个管程流体入口，在壳体内设置数组换热管，在后端结构上设置数个管程流体出口，在壳体上一侧，设置壳程流体入口，在壳程另一侧，设置壳程流体出口，壳体内侧设置数个折流板。壳程流体可同时与几个管程流体在同一台换热器内实现换热。3.新型节能耐腐蚀离心泵本项目中的反应原料甲醇、硫化氢和产品甲硫醇、甲硫醚均具有强腐蚀性，故采用新型节能耐腐蚀的离心泵设备，介质过流部分设备全部采用聚乙烯醇缩丁醛，改良酚醛玻璃纤维材料经高温模压而成，具有耐腐蚀，强度大，尺寸稳定等优点。该泵设计选型先进，结构简单，具有运行平稳、性能可靠、高效低耗、保养维修方便的特点。图11 新型节能耐腐蚀离心泵结构示意图1-外壳 3-保护套 4-端盖 5-泵轴 6-联泵轴器 7-电机 8-机座 9-叶轮 10-泵体为了保证泵的安全运行，需要有如下注意：本泵在安装前根据选定泵型，按外形及安装尺寸做好地脚基础，安装时根据管路位置的要求，尽量使安装的位置便利管理和维修。、安装的位置泵体如果高于液面，必须附装罐液装置。泵起动前先将液体灌满泵体后开车，严禁无介质运转和倒转，否则泵体内缺乏液体冷却而损坏机械密封。停车时应关闭液管阀门，避免液体倒流。定时检查电机电流值，不得超过额定电流。注意平时保养，经常检查泵运行是否平稳。有无异常震动，注意更换弹性块。视油标补充泵轴承的润滑油，定期更换机架中的润滑油一般三个月必须换一次。4.新型HEV浮阀塔板常用的浮阀塔板是阀孔开有阀孔，阀孔上装有浮动部件可上下浮动的浮阀。在塔板的进口端由于液面比较高，浮阀在该区域存在较大的漏液量、难以形成有效的鼓泡，这将降低浮阀塔板的操作下限并降低塔板效率；液体进入塔板后由于中间液体流路较短而两侧弧形流路较长，并且由于流道的不断扩大而形成涡流，造成塔板部分区域传质死区。本工艺采用了一种新型HEV浮阀塔板，该组件由阀孔板、导向鼓泡促进器、液体推进器、阀孔和浮阀组成；阀孔板上冲有导向鼓泡促进器，阀孔上安装浮阀，导向鼓泡促进器区域位于液体推进器和阀孔区域之间。本新型浮阀塔板降低塔板进口端的漏液量，形成了有效的鼓泡，提高了有效传质面积和塔板效率，而且减小了浮阀列间距，增大了塔板最大开孔率，极大提高了塔的处理能力。图12 新型HEV浮阀塔板结构示意图1-阀孔板 2-导向鼓泡促进器 3-液体推进器 4-阀孔 5-浮阀 图13 导向鼓泡促进器结构示意图 图14 导向鼓泡促进器的俯视结构示意图 图15 液体推进器结构示意图 图16 阀孔结构示意图 图17 浮阀结构示意图 图18 浮阀结构俯视示意图六、自动控制方案创新动态模拟Aspen plus进行的是工艺的稳态模拟，是工厂连续操作后，工艺条件处于稳定时，物流参数在某一范围内处于稳定值，因此 Aspen plus模拟得到的是理想情况下的各种物流信息。但是在实际生产中，不可避免会遇到由于设备的故障或者其他的工艺条件改变（开、停车过程）造成流程处于非稳态操作条件下，从而影响的产品的产量和和纯度。在开、停车过程中为了达到产品要求，需要不断调整工艺条件，包括具体的进料量、温度、压力等操作因素，因此在化工生产中，对于设备的控制，或者说是在控制下的设备所具有的抵抗干扰性和操作弹性也具有相当重要的作用。对于干扰因素以及控制系统的性能可通过使用Aspen dynamics实现。T304是产品甲硫醇和产品甲硫醚的分离塔，由于在整个工艺流程的特殊性，控制系统显得尤为重要，既要确保整个精馏塔的安全、稳定操作，又要保证产品的高纯度。塔顶采出物和塔釜采出物都是高纯度产品，但塔顶甲硫醇为主产品。塔釜的再沸器热量来自于反应器产物的余热。因此，做出以下设计：图19 单一温度控制器模拟图20 温度温度串级控制器模拟灵敏板温度控制的优点在于反应快，但它不能保证产品纯度恒定。优化后，添加塔顶馏出物温度与灵敏版温度的串级的控制系统，以灵敏板的温度控制器为副控制器，并与塔板温度检测器、执行器和副对象构成副回路，副控制器直接操纵再沸器热量输入；以塔顶馏出物温度控制器为主控制器 ，馏出