Word20161-设计文档0-项目摘要

镇海炼化年产20万吨醋酸乙烯项目 项目摘要目录1.项目简介12.原料产品确定13.工艺设计24.节能设计25.设备设计46.清洁生产97.厂区选址与布置98.安全环境分析119.经济效益分析1110.项目总结12HUGO华格一队镇海炼化年产20万吨醋酸乙烯项目 项目摘要1.项目简介本项目的设计目标是缓解我国高端醋酸乙烯产量不足的现状，而为镇海炼化设计醋酸乙烯酯生产分厂。本项目主办单位为中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司，选址于浙江省宁波市宁波镇海化学工业园区。项目年产醋酸乙烯215023.52吨，副产品醋酸乙酯883.88吨、醋酸甲酯4858.10吨、乙醛水溶液（40%）85196.25吨。本团队在工艺设计中，兼顾经济效益和清洁生产，思路明确，亮点突出，其主要体现在如下几个方面：（1）副产物商品化，提高资源能耗利用率（2）生产过程自动化，保证生产过程高效安全（3）结合物联网，打造智能化工厂（4）符合中国制造2025中2020年绿色生产指标2.原料产品确定本项目以醋酸，乙烯和氧气为原料，以乙烯气相法合成目的产品醋酸乙烯，并通过特种分离技术得到醋酸乙酯、醋酸甲酯、乙醛水溶液等副产品。表1-1主要原材料、辅助原料、燃气来源表项目名称数量（t/a）来源运输方式备注原料醋酸154705.6外购储罐车购自恒成化工乙烯100479.2总厂提供管道总厂提供氧气72248.4总厂提供管道总厂提供辅助原料二氧化碳52.81（一次投料）总厂提供管道循环使用乙二醇30.41（一次投料）总厂提供储罐车循环使用甲醇2.29（一次投料）外购储罐车购自凯明化工循环使用燃料-表1-2产品规模序号产品规格（wt%）产量（t/a）备注1醋酸乙烯99.95215023.52主产品2醋酸甲酯99.3883.88副产品3醋酸乙酯99.994858.10副产品4乙醛水溶液4085196.25副产品3.工艺设计经过分析，我们以Bayer法为蓝本，结合多项特种精馏技术与先进节能技术，以醋酸，乙烯为原料，经过醋酸乙烯合成工段、醋酸乙烯粗分离工段与醋酸乙烯精制工段最终制得纯度为99.9%（wt%）醋酸乙烯与一系列副产品。整体流程图如下所示：图1 全厂工艺流程图4.节能设计（1）换热网络优化在本项目中，设计公用工程量较多。为了充分利用能量，本项目通过使用Aspen Energy Analyzer软件，根据夹点设计法，结合实际情况，进行流股匹配，设计出了一种最优的冷热流股匹配方案。同时将优化后的换热网络返回流程模拟和PID图纸，对比分析得出最后的方案，详见Aspen流程模拟源文件和PID图纸。全厂换热网络匹配方案如图2所示。图2 全厂换热网络匹配方案经过热集成对换热网络进行优化后，共需要冷公用工程75.28MW，热公用工程72.65MW，与优化前相比，节能16.9%。（2）热泵精馏技术，ASPEN模拟流程见图3，运用前后能耗对比见表3：图3 热泵精馏模拟流程图表3热泵精馏运用前后能耗比较项目无热泵技术热泵技术冷公用工程能耗（kW）3390.7276热公用工程能耗（kW）3421.864.8压缩机功耗（转为热消耗kW）01273.5总能耗（kW）6812.51614.3在热泵粗分塔采用热泵精馏有着设备简单、投资少、分离效果好、运行成本低的优势。经过Aspen对比模拟，热泵精馏总能耗节约76.3%。（3）内部热耦合通过内部热耦合，改进醋酸分离流程，总能耗由原来普通精馏97656kw，降低到44100.5kw，节能53555.5kw。图4内部热耦合模拟流程图表4内部热耦合精馏运用前后能耗比较项目普通精馏塔内部热耦合精馏塔冷公用工程能耗（kW）48625.613482.7热公用工程能耗（kW）49030.43076.6压缩机功耗（转为热消耗kW）027541.2总能耗（kW）9765644100.55.设备设计本项目设计过程中主要对醋酸乙烯合成反应器，热泵精馏塔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。以下简述结构创新部分内容：（1）列管式固定床反应器分布器：在醋酸乙烯合成工艺过程中，反应循环气从位于列管式醋酸乙烯合成反应器顶部的气体入口进入合成反应器内。一般来说，气体入口管道的直径远远小于反应器的直径，如果反应循环气直接由小直径的气体入口喷入大直径的合成反应器内，在气体入口附近区域内，气体速度很大，气流所具有的能量以动能为主，静压能很小，对进入合成反应器内的气体沿合成反应器径向方向的分配十分不利，由此往往导致反应气体在进入合成反应器内之后分布不均匀。另外，尤其是当使用助催化剂时，醋酸饲溶液液滴在沾到惰性瓷球上后很难二次分布，从而使反应器内的各反应管受气量和助催化剂分配差别较大。对合成反应器来说，这会造成部分催化剂利用率低，部分催化剂又因负荷过高而提前失活；还会出现某些反应管内的反应热不能被及时带走的现象，引起局部过热，甚至烧毁催化剂，使工艺操作不稳定。对反应物料来说，由于在各个反应管内参与反应的情况不一致，会使总体的醋酸乙烯合成反应转化率和收率降低。为此，需要在列管式醋酸乙烯合成反应器入口处设置气体分布装置，对反应气流进行能量转换。单级或多级挡板，多孔板以及导流板等是反应器内气体分布装置常采用的形式（谢一乐，固定床催化反应器的气体分布装置，石油化工设备技术， 1990, 11(3),2 9 ）。在反应器入口下方，设置一个因盘型挡板可以避免高速入射气流对催化剂床层的冲击，提高气体在反应器径向的流动能力。当反应器直径较大时，还可采用圆盘圆环型的多级挡板结构。这种挡板结构存在的不足是容易使高速气流向外偏斜，从而沿着反应器内壁向下流动，造成另一种形式的分布不均匀。并且通过该挡板结构后，气体流速仍会保持较高水平，上述反应气流分布不均匀的问题依然会出现。因此，我们采用天津大学专利（授权公告号CN 202893325 U）结构，即进口管与球形带孔的分布器，见图5：图5 球形带分布孔的气体分布器具有结构简单，加工方便，不会对催化剂上层产生冲击而飞扬，气体分布均匀，不会形成短路现象。本分布器为反应器的结构创新点，我们采取了流体力学CFD模拟计算，分别对无分布器的和采用本分布器的进行流体速度分布的对比，见图6，图7：图6无进口分布器的CFD速度分布图图7本方案进口分布器的CFD速度分布图表明本方案的球形带孔的气体分布器性能良好，达到气体分布均匀的要求。三维结构图分别见图8和图9： 图8无进口分布器的结构图 图9球形带分布孔分布器结构图对本反应器的直径和具体情况，根据CFD模拟计算，分布器的球形直径为900mm，孔的直径为20mm（不易堵），间隔50mm曲线上升开孔，到球形对半中心线10为止。（2）换热器螺旋折流板：传统采用的弓形折流板存在压降较大，易结垢，易发生漏液等问题图10螺旋折流板结构图螺旋折流板较传统弓形折流板而言，其流经路径不存在突变，也就是不会出现死区。其流经路径尽管固定，但是依然能使壳层流体把持较好的湍动情况，有较好的传热效果。（3）New-vst Plus精馏塔板：本项目精馏体系中主要存在VAC，乙酸甲酯，水。VAC具有共轭双键，该双键较活泼，导致存在自聚情况，即使加入稳定剂也不能完全抑制其自聚反应。这些物质一旦聚集极易堵塞内件,比较难处理。加之VAC，乙酸甲酯，水存在交叉共沸情况，所以分离该四种物质的精馏塔对内部传质元件的要求高。实际生产应用证明,时间一长就会发生堵塔现象,不能长期正常运行。所以,要想从根本上解决堵塔问题,就必须选用合适的塔板。使用传统浮阀塔板不能很好的解决塔板堵塞等问题，同时浮阀塔板较大，通过查阅各种资料了解到，New-vst Plus塔板（立式连续传质塔板）板孔较大且无活动部件,一般不易被较脏的或黏性物料堵塞。另外,气液是在喷射状态下离开帽罩的,气速较高,对罩孔本身有较强的自冲洗能力,物流中含有的颗粒、聚合物、污垢等杂质难以在罩孔聚集并堵塞罩孔。故New-vst Plus塔板比较适合解决上述存在的内件堵塞的问题，同时该塔板已成功应用于VAC生产。图11 New-vst Plus塔板传质过程示意图（4）保温泵的使用：在设计过程中可以发现，我们存在低温液体（-18），以及在在温度过低时易结晶的的醋酸液体，为保证管道内的液体温度达到设计要求，我们在泵的选取时考虑了保温泵。新型保温流程泵由于其特殊构造，较之于普通构造泵，保温泵的优点在于输送液体时能够保持液体温度不变。具体实施时，在泵体保温夹套内通入保温介质，如蒸汽、导热油等对泵送介质进行保温，适合输送降温容易凝固的介质。图12保温泵实物图图13保温泵内部结构图6.清洁生产为确保生产环境有序、清洁，并满足特殊工序对环境参数的要求，使工厂资源得到合理配置和合理使用，从而达到工厂质量方针和目标的要求，本项目设计高度重视工厂和周边环境的保护，专门编制本章，对生产过程中的环保措施和布置作出叙述。本项目产生废水9329.574t/a，处理排放废气188.06m3/h，15.15t/a废渣为催化剂、生活垃圾等废物。其中废水采用一定的分离除杂手段达标后进行厂区内循环利用，可燃性废气可送母厂火炬系统或者燃气管网进行燃烧处理或者送往久丰热电厂进行集中处理，燃烧后主要成份CO2、水蒸汽等，对大气环境危害较小，废渣通过部分回收后其余综合处理利用。7.厂区选址与布置7.1选址确定图14厂区选址本项目将厂址定在镇海炼化南侧预留发展空地上，具体位置如图14所示。项目建设地公共设施完善，企业集群使内部产业链优势明显；火炬气废气由总厂直接经管线输送至本项目，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。7.2总厂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。厂区长313.5m，宽286m，总产地面积87869.8m2，主要包括厂前区、辅助生产区、生产工艺区和储运区等区域。我们使用AutoCAD进行厂区的平面设计，厂区平面布置图如图15所示。图15厂区平面布置7.3 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16所示。详见车间设备平立面、车间三维布置和厂区三维布置源文件。图16厂区三维效果图8.安全环境分析本项目运用Risk System软件对厂区内的甲醇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或事故模型预测、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、道化学火灾、爆炸危险指数评价对重大危险源进行风险预评估后设置SIS、DCS和ESD相结合的控制系统，实现对设备和系统的稳定控制。9.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。项目预期总投资为70173.22万元，寿命期14年，累计现金流为303729.09万元，所得税后投资回收期为6.66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生产技术具有较高的经济效益。详见经济分析。表9-1 主要技术经济指标表序号项目名称单位数值一产品方案1醋酸乙烯t/a215013.522醋酸甲酯t/a4858.13醋酸乙酯t/a883.884乙醛水溶液t/a85196.25二年操作时间h8000三主要原材料、辅助原料用量1甲醇t/a2.292乙二醇t/a30.413二氧化碳t/a52.814乙烯t/a100479.25氧气t/a72248.46醋酸t/a154705.67改性Y型沸石分子筛t/a2.158Pd-Au/SiO2催化剂t/a12.4四公用动力消耗1冷却水t/a1195624802冷却剂t/a4287603低压蒸汽t/a1247584中压蒸汽t/a1234805电kWh573904006仪表空气Nm3/a24359007氮气Nm3/a442500五三废排放量1废水t/a26357.182废气m3/h25003废固t/a76.85六全厂定员人208七总占地面积亩132八工程项目总投资万元70173.221建设投资万元57598.992流动资金万元9791.833建设期利息万元2782.4九年销售收入万元198835.3十年总成本万元146367.7十一年利润总额万元27710.25十二年销售额税金及附加万元14114.32十三财务评价指标1投资利润率%39.452投资利税率%59.63投资回收期（静态/动态）年5.24/6.664财务内部收益率%325财务净现值万元71120.9110.项目总结本项目以“安全稳健、节能环保、资源化利用、可持续发展、有效融合”的设计原则进行了初步设计。通过查阅文献、市场调研确定为镇海炼化设计建造一座醋酸乙烯分厂，然后采用Aspen Plus软件完成全流程的工艺模拟，并对全流程进行物料衡算和能量衡算。再根据模拟数据并结合Aspen Energy Analyzer软件对过程进行了热集成分析，确定了本项目的节能方案。在此基础上再用Aspen Plus软件对所需的公用工程进行了模拟计算和优化设计。根据流程模拟数据对设备进行选型，并利用SW