3-创新性说明书

茂名石化8万吨/年MMA生产项目 创新性说明WORTH DOING 1一、反应技术及分离技术创新1.1 内部热集成共沸精馏塔的应用在MMA合成及精制工段中，分离甲醇和产品甲基丙烯酸甲酯时，本项目创新性的采用了内部热集成共沸精馏塔。甲醇和甲基丙烯酸甲酯在一定的温度和压力下会形成共沸物。这为分离甲醇和甲基丙烯酸甲酯带来了极大的麻烦。通过Aspen Plus的共沸分析，得出当压力越高时共沸程度越小，共沸分析结果如图1-1所示。图1-1 共沸分析结果当提高塔顶压力时，精馏段的整体温度就会上升。而在正常共沸精馏的压力下提馏段就能达到预期的分离效果，由此将内部热集成精馏技术运用在该塔上。内部热集成精馏原理是通过在精馏段和提馏段之间安装压缩机和膨胀阀，并将提馏段包裹在精馏段外部，可以让精馏段在比提馏段更高的压力下操作，从而产生足够大换热温差，使热量从精馏塔段传递给对应位置的提馏塔段，实现塔内热量的内部集成。内部热集成精馏塔不仅可以提高甲醇和甲基丙烯酸甲酯产品的分离效率，同时由于压缩机输入了机械功提高了精馏段的温位来给提馏段提供热量，从而节约了热量消耗，冷量节约50%，热量节约11.2%。内部热集成精馏示意图如图1-2所示。图1-2 内部热集成精馏示意图利用Aspen Plus模拟该塔如下图所示。图1-3 内部热集成精馏塔在Aspen Plus中模拟示意图由于精馏段对提馏段传热，导致精馏段的气液相负荷分布不均匀，故精馏段的塔径变化频繁。未改进前内部结构如下图所示。图1-4 改进前内部结构图利用COMSOL Multiphysics 5.3a进行温度分布分析，发现在变径处存在明显的温度分布不均匀，结果如下图所示。图1-5 改进前温度分布分析图将精馏段结构进行改进，将突然变径改成均匀变径，结果如下图所示。图1-6 改进后内部结构图利用COMSOL Multiphysics 5.3a进行温度分布分析，温度分布得到明显改进，结果如下图所示。图1-7 改进后温度分布分析图1.2 预共沸精馏与膜分离组合工艺在MMA合成及精制工段，甲基丙烯酸甲酯脱水精制过程中，本团队创新地采用预共沸精馏再进行膜分离的工艺。预共沸精馏加膜分离技术的应用与萃取精馏相比不需要萃取剂的使用，节约能耗。与只用膜分离相比降低了膜设备的负荷，同时又保留了膜分离体系的分离精度。预共沸精馏与膜分离组合工艺在Aspen Plus中模拟如图1-8。图1-8 预共沸精馏加膜分离组工艺合示意图1.3 MMA合成反应器气体分布器的应用在MMA合成反应中应用浆态床反应器，浆态床反应器没有使用气体分布器时，利用ANSYS15.0流场模拟发现气液分布极为不均匀，严重影响到气液传质效果。结果如下图所示。图1-9 使用前ANSYS15.0流场模拟图增加气体分布器后，再次进行流场模拟得到结果如下图所示，可见气液分布明显更加均匀，气液传质效果得到较大改善。图1-10 使用后ANSYS15.0流场模拟图二、过程节能技术创新2.1 换热网路全流程进行了换热网络的设计，进行了能量的回收利用。优化后换热网络如图2-1所示。图2-1 优化后换热网络全流程换热后进行换热回带如图2-2所示。图2-2 换热回带后全流程优化后的换热网络所需换热器数目为30台，包含10个流股热量回收利用的换热器，数目减少且结构更为精简。经过优化后热量回收率35%，冷量回收率32.3%，共需热公用工程50500KW，共需冷公用工程57000KW。2.2 热泵精馏技术在原料预处理工段，T0103脱水塔的作用是将进料中的水脱离开来，适合热泵精馏进行能量回收。总能耗节约了29%。Aspen Plus模拟热泵精馏如图2-3所示。图2-3 Aspen Plus模拟热泵精馏2.3 急冷塔副产中压蒸汽将急冷塔副产的中压蒸汽用于R0102MTBE裂解反应器，热力循环利用率为71.2%。急冷塔示意图如图2-4所示。Aspen Plus模拟急冷塔副产中压蒸汽如图2-5所示。图2-4 急冷塔副产中压蒸汽示意图图2-5 Aspen Plus模拟急冷塔副产中压蒸汽三、环境保护3.1 三废资源化处理本项目过程中会产生四种废液，三种废气，两种废固，其中可利用的轻组分气体、重组分液体可循环至总厂再利用，贫氧气体可送至燃烧管网利用，充分实现三废资源化利用。本项目废气充分利用，基本实现无排放，废液基本实现回收循环利用，催化剂废固均送至厂家回收处理，生活废固送至园区统一处理，从而保证清洁生产。3.2 废水循环利用创新在MMA合成及精制工段中的相分离储罐中，水相中含有少量的甲基丙烯酸甲酯，为不浪