word-2010版设计文档7-创新点概述

创新点概述中国石化扬子石化-巴斯夫年产2万吨叔丁胺项目- 20 -第一章 资源化利用创新1.1原料及产品方案创新石油炼制和石油化工生产过程中副产大量C4烃类，目前主要是利用了其中的丙烯和异丁烯，其他碳四目前大部分是作为民用燃料使用，总体化工利用率很低。在炼厂C4中，异丁烯性质最为活泼且最具化工利用价值，其衍生产品众多，上下游产业链复杂，消费结构呈多元化趋势，合理发展异丁烯产业，对于石化行业把握市场变化，优化资源利用，提高综合竞争力具有现实意义。本项目采用扬子石化-巴斯夫总厂用异丁烯抽提装置生产的高纯异丁烯作为原料。此外，原料中还采用了绿色环保的甲醇、水。表1-1 主要原料、辅助原料、催化剂来源表项 目名 称数量（t/a）来 源运输方式规 格主原料异丁烯22000来自扬子石化-巴斯夫有限责任公司管道运输纯度99.5辅助原料浓盐酸47000来自南京博得化工实业有限公司管道运输浓度31左右甲醇45000来自南京博得化工实业有限公司管道运输纯度99.98%氨气13000来自南京博得化工实业有限公司管道运输纯度99.6%工艺软水29000来自南京化学工业园区管道运输/D001大孔强酸性阳离子交换树脂18来自杭州泳洲水处理科技有限公司车辆运输按半年寿命来计算乙二醇39000来自扬子石化-巴斯夫有限责任公司车辆运输/1.2绿色催化剂创新本项目第一工段采用耐高温型大孔磺酸阳离子交换树脂D001作为催化剂，该类型的催化剂内部的孔隙又多又大，表面积很大，活性中心多，离子扩散速度快，离子交换速度也快很多，约比凝胶型树脂快约十倍，使用时的作用快、效率高，所需处理时间缩短。该催化剂耐溶胀，不易碎裂，耐氧化，耐磨损，耐热及耐温度变化，以及对有机大分子物质较易吸附和交换，因而抗污染力强，并较容易再生。1.3三废资源化处理技术1.3.1废气排放量及处理表表1-2 废气排放一览表种类来源排放量t/a温度污染物浓度v%处理方法去 向工艺废气叔丁醇生产工段23760131.9C8H160003水蒸气经处理后达标排放，其他物质排入火炬系统进行烧却处理循环利用H2O0.964C4H10O0.02C2H6O20.016叔丁胺生产工段725.898CH4O0.992甲醇经水进行物理吸收后进行循环利用；氯化铵达标处理后进行储存销售循环利用NH4Cl0.319储运废气储存系统、装卸系统间断25氨气酸性水吸收储槽本项目有组织排放的废气主要来自叔丁醇生产工段、叔丁胺生产工段产生的废气，主要是废水蒸汽中夹带着一些副产物如甲醇等。针对本项目产生的废气，提出具体如下处理措施：1) 工艺尾气处理： 叔丁醇生产工段排放的废水蒸气（附带些许原料和产物）送至三废处理厂处理；叔丁胺生产工段甲醇经水进行物理吸收后进行循环利用；氯化铵达标处理后进行储存销售。2) 储运系统排放气体控制：储罐呼吸阀排气经收集后送本流程酸性水储槽中进行吸收处理。3) 无组织排放废气控制：阀门的选定及彻底的维修。阀门的设置是考虑从质量优良的厂家定货。另外，消耗零件实施定期更换。采用屏蔽泵。由于采用的是屏蔽泵，与其他泵相比可以防止泄漏的发生，也比其他的泵维修简单。4） 放空气体排放控制：安全阀启跳放出的烃类气体，均排入火炬系统进行烧却处理。1.3.2废液排放量及处理表表1-3 废液排放一览表种类来源排放量kmol/h温度污染物浓度/kmol处理方法去向生产废水叔丁胺生产工段172.68664H2O171.412H2O经污水处理进行循环利用循环利用C2H6O21.274叔丁胺精制工段105.468-9.4C4H9Cl5.743送污水处理进行处理甲醇销售C4H11N3.723NH311.897CH4O81.953HCl2.152其他废水设备道路清洗水200常温-送污水处理站处理达标排放本项目排放的生产废水和生活污水，生产废水主要来至叔丁胺生产车间、叔丁胺精制工段，主要含甲醇、氨水。本项目不单独设置污水处理站，处理达到规定要求后，主要送到总厂污水处理系统进行处理。1.3.3废固排放量及处理表表1-4 废固排放一览表名称排放源排放量t/a主要污染物处理方法去向叔丁醇生产工段催化蒸馏反应器18D001大孔强酸性阳离子交换树脂再生送回原厂再生处理本项目产生的废渣主要是D001大孔强酸性阳离子交换树脂，废水处理产生的污泥、设备检修和事故泄漏产生的固体废物。另外还会产生工业垃圾和生活垃圾。废催化剂送往原厂再生回收利用处理；工业垃圾和生活垃圾委托环卫部门及时清运、作卫生填埋等无害化处置。1.4单产碳排放减少本项目使用了热集成节能技术，运用了Aspen Energy Analyzer 软件，实现了较大能量回用的换热网络设计，过程中还使用了热泵等新型节能技术，节约了大量能量。本项目在叔丁醇生产工段采用催化精馏反应器，该反应器为吸收段、固定床反应段（精馏段）与提馏段组合体。在反应段中，反应产物叔丁醇与原料异丁烯进行精馏分离，异丁烯作为轻组分上升至吸收段，吸收段顶部通入的水吸收上升的异丁烯及叔丁醇，将其带回反应段继续反应，从而降低了尾气中原料及产物的含量，减少了碳排放。第二章 产品结构方案创新2.1典型叔丁胺方法进行消耗、流程繁简、安全环保等方面对比1）叔丁脲水解法：水解过程需要高温或高沸点溶剂，存在高沸点溶剂难回收问题；大量强酸、强碱的使用，设备腐蚀和环境污染严重；产品质量和收率不高。目前，该法在国外己趋于淘汰。2）异丁烯-氢氰酸法：该法工艺操作简单，产品质量较好。缺点主要是使用剧毒氢氰酸，不符合绿色工艺的要求，对环境及生产压力大，生产成本较高。3）甲基叔丁基醚-氢氰酸法：该方法工艺简单，原料价格低，产品的质量较好，收率较高，国外己实现工业化，国内已有小规模工业化生产。该方法主要缺点是，由于HCN和MTBE均为低沸点物质，易挥发，因此对生产设备的密封性要求较高。并且HCN为剧毒化学品，对环境压力大。4) 叔丁基甲酰胺水解法：该方法原料不易得，目前技术上仍有难度，且该工艺污染严重，生成大量的废酸，且副产物苯乙酸市场前景不甚理想，因而规模化生产意义不大。5) 异丁烯催化氨化法：异丁烯催化法中原料氨与异丁烯均廉价易得，所以生产成本低。从化学平衡角度看，该反应原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不需要附加其他成分，仅仅需要无损耗的催化剂，具有理想的原子经济性，无三废产生，有利于绿色环保，因此有很好的工业价值。用异丁烯与氨催化合成叔丁胺，需要使用固体酸催化剂，在2030 MPa的高压下才能有高的选择性，工艺技术要求高。而且要求较高的氨、异丁烯投料比，但由于单程转化率仍较低(20%),回收未反应原料时消耗大量的能量，还要保证催化剂寿命长，活性高，才能实现工业化生产。6) 甲基叔丁基醚催化氨化法：可见其单程转化率比较高。同时，热力学平衡也表明了该法制叔丁胺的有利性。但该方法选择性低，仅3040%，副产物有IBE、甲醇以及甲胺等，需要复杂的产物分离操作。7) 传统叔丁醇氯化再氨化法：该方法合成方法过程简单，工艺条件温和，易于工业化。但目前收率较低，产生大量的氯化钠废水。表2-1 典型叔丁胺工艺技术指标对比表叔丁胺生产技术消耗工艺流程难易程度单程转化率%选择性%环保安全叔丁脲水解法高简单-污染严重极度不安全异丁烯-氢氰酸法高较简单8365污染严重剧毒甲基叔丁基醚-氢氰酸法较高简单9375污染严重剧毒叔丁基甲酰胺水解法较低复杂7550污染严重一般异丁烯催化氨化法低复杂2055绿色环保安全甲基叔丁基醚催化氨化法较高复杂853040污染一般一般传统叔丁醇氯化再氨化法低简单7095.8污染严重安全本项目以绿色环保的水（水既是吸收剂又溶剂）为原料，采用催化精馏法制备叔丁醇，大大的提高了反应速率，异丁烯转化率从现有水合工艺的60%75%提升到80.7%。产物叔丁胺的生产以传统氯化再氨化法为基础，加入甲醇溶剂，避免了传统的氯化再氨化法易产生大量的氯化钠废水难以处理的问题，从源头上解决了环境污染问题。本项目大幅度地降低了能耗和设备投资，热公用工程节能52.08%，冷公用工程节能5.5%，生产叔丁胺的同时并得到了资源化利用，生产叔丁胺2万吨/年，副产氯化铵1.6万吨/年，大大提高了碳原子的利用率。表2-2 产品数量规格一览表项 目产量（t/a）规 格叔丁胺2000099.9%氯化铵1600099.0%第三章 反应技术及分离技术创新3.1反应技术创新3.1.1催化精馏技术碳四烃中异丁烯水合的原理是异丁烯在酸性催化剂作用下与水反应，生成叔丁醇，反应是放热反应。异丁烯水合根据催化剂及工艺的不同，可分为硫酸水合法、树脂并流水合法、溶剂树脂水合法以及逆流水合法。异丁烯硫酸水合法缺点是消耗大量硫酸和烧碱，并且有大量含硫酸钠的废水产生，反应选择性低、单耗高、设备腐蚀严重；溶质树脂水合法不存在硫酸腐蚀设备及排出大量废水造成环境污染问题，但需要加入某种溶剂来提高碳四烃与水的互溶度；树脂并流水合法工艺流程简单、无污染，但转化率低，且很难提高；本项目反应采用逆流水合反应与精馏技术相结合，对现有的异丁烯水合工艺进行改进，得到一种吸收-催化反应-精馏于一体的新工艺。该新工艺无需加入溶剂，异丁烯从反应段底部进料，水从吸收段顶部进料，异丁烯与逆流而来的水在大孔磺酸阳离子交换树脂D001催化作用下于反应段发生反应，同时精馏。吸收段顶部通入水以吸收上升蒸气中的叔丁醇，从而降低尾气中叔丁醇的浓度。提馏段提供上升蒸气，同时起到了分离作用。3.2分离技术创新3.2.1萃取精馏技术本项目在叔丁醇生产工段采用萃取精馏技术对叔丁醇-水进行高效分离。向叔丁醇-水混合溶液中加入萃取剂乙二醇（循环利用），改变了原有组分间的相对挥发度而达到分离要求。表3-1 乙二醇精馏塔出料一览表项 目组 分质量流量kg/h组 成萃取剂乙二醇5463.74-塔顶出料水2837.730.96叔丁醇237.920.02乙二醇160.780.016二异丁烯0.1176PPM塔底出料水522.5613.3反应分离集成技术叔丁醇生产工段采用催化精馏反应器，此反应段中在生成叔丁醇的同时又对未反应的异丁烯进行精制，异丁烯进入吸收段，叔丁醇进入提馏段，从而起到叔丁醇的提纯。表3-2 反应器反应段出料一览表项 目组 分质量流量kg/h组 成反应器顶出料水17.5520.419叔丁醇71.3790.414二异丁烯43.8120.168反应器底出料水3077.90.741叔丁醇4269.350.25二异丁烯223.5830.009中间产物叔丁基氯生产过程中采用反应精馏，叔丁醇与盐酸反应生成叔丁基氯，叔丁基氯一旦生成即从塔顶蒸出，未反应的盐酸从塔釜出。表3-3 反应精馏塔出料一览表项 目组 分质量流量kg/h组 成塔顶出料水0.02322PPM盐酸78.9630.037氨气199.9470.202甲醇0.806433PPM叔丁胺3075.430.724叔丁基氯196.2020.036塔底出料水tracetrace盐酸tracetrace氨气tracetrace甲醇2627.170.941二异丁烯4.657476PPM叔丁胺97.130.015叔丁醇0.35254PPM叔丁基氯350.5960.043第四章 过程节能降耗技术创新4.1换热网络集成优化根据Aspen Energy Analyzer 8.8的计算，内部换热的网络图如下：图4-1换热网络匹配前图4-2换热网络匹配后表5-1换热前后能量消耗对比项目热公用工程消耗（kJ/h）冷公用工程消耗（kJ/h）换热网络构建前349600059730000换热网络构建后8530005694000节省的百分率%75.64.674.2热泵利用技术热泵是一种充分利用低品位的热能转移到高品味的装置。在叔丁醇生产工段采用热泵技术，提高了热能的利用率第五章 新型过程设备的应用技术创新5.1反应器结构创新本项目采用催化蒸馏反应器，其构成为吸收段、固定床反应段（精馏段）和提馏段组合体，反应器示意图如图所示。吸收段：塔顶通入水以吸收上升蒸气中的叔丁醇，从而降低尾气中叔丁醇的浓度。反应段：异丁烯从反应段底部进料，水从吸收段顶部进料，异丁烯与逆流而来的水在大孔磺酸阳离子交换树脂D001催化作用下于反应段发生反应，同时精馏。提馏段：提供上升蒸气，同时起到了分离作用。图5-1催化精馏反应器示意图5.2分离设备结构创新5.2.1萃取精馏分离器本项目在叔丁醇生产工段采用萃取精馏技术对叔丁醇-水进行高效分离。向叔丁醇-水混合溶液中加入萃取剂乙二醇（循环利用），改变了原有组分间的相对挥发度而达到分离要求。图5-2萃取精馏塔示意图5.2.2反应精馏分离器本项目引用反应精馏技术生产高纯度的叔丁基氯，反应和分离同时进行，叔丁基氯一旦生成即从塔顶蒸出，有效地提高了叔丁醇地转化率，未反应的盐酸从塔釜出。5.2.3反应吸收分离器本项目引用催化精馏反应器生产叔丁醇，反应器顶部为吸收段，上升蒸气将反应生成地叔丁醇与原料异丁烯带入反应段上部，通过加入吸收剂水，可以有效的将上升蒸气中带有的有用组分吸收，降低塔顶蒸气中叔丁醇的浓度。5.3输送设备结构创新屏蔽泵是由泵和屏蔽电机组成一体的无泄漏泵，具有无泄漏、体积小、噪音低等优点，适宜于输送