项目设计摘要

惠州炼化年产11万吨甲基丙烯酸甲酯项目设计设计摘要惠州炼化11万吨甲基丙烯酸甲酯/年 项目设计 设计摘要广东石油化工学院烯时代 第2页2018“东华科技-陕鼓杯”第十二届全国大学生化工设计竞赛惠州炼化年产11万吨甲基丙烯酸甲酯项目设计设计摘要参赛学校： 广东石油化工学院 参赛团队： 烯时代团队 参赛队员： 黄小婵 刘洪彬 凌高业 黄健敏 林金鸿 指导老师： 陈辉、黄燕青 完成时间： 2018.3-2018.8 目录项目设计摘要11.1简介11.2工艺路线11.3主要创新点21.4热集成与节能技术31.4.1换热网络的设计结果31.4.2换热网络设计41.4.3节能措施41.5厂址选择与厂区布置41.5.1厂址的选择41.5.2厂区布置51.5.3 车间布置71.6安全与环境71.6.1安全71.6.2环境71.7 经济评价81.8 总结10项目设计摘要1.1简介首先，拟建项目通过对市场的调研，并经过详细分析后决定以现在市场缺口较大的甲基丙烯酸甲酯（MMA）进行项目的设计。通过数据分析拟建项目采用以MMA位主产品的生产方案具有较好的生产前景及经济效益，同时通过对抽余碳四液的处理来生产出生产系统所需要的原料，具有更好的抗风险性，也具有相对灵活的应用潜力。拟建项目采用年产11万吨甲基丙烯酸甲酯的产品方案，对乙烯装置副产的抽余碳四进行预处理，利用其生成中间产物叔丁醇后进一步生产高纯度异丁烯。采用了清洁的直接甲基化法的MMA生产工艺，并对生产系统排放的尾气进行工业化处理后再进行资源化利用，实现了工业生产上的废气零排放；在废水方面主要进行生产系统在氧化酯化工段生产出的酯类废水，通过建立一套完善的酯类废水处理装置，有效的处理了生产系统排放的酯类废水，并将其转化成工业上可用的中水进行循环利用或排放；废固方面，生产系统主要排放的固体催化剂通过对其中的贵金属，比如钼、铋等的回收以及返回原厂处理的方式将所有废固都进行处理且资源化。拟建项目在生产工艺上选择了清洁度极高的直接甲基化法进行产品的生产，中间的产物以及反应不涉及酸类物质的产生，极大的保护了生产装置。同时将生产出副产物合理的资源化利用，保护了环境，增加了生产的经济效益，符合未来的化工发展模式。1.2工艺路线拟建项目生产系统主要包括原料预处理单元、异丁烯生产甲基丙烯酸甲酯单元、甲基丙烯酸甲酯精制单元以及甲醇回收单元四个主要工作生产单元。在原料预处理单元，通过对乙烯装置副产的抽余碳四馏分（异丁烯含量在40%左右）进行化学处理，即先通过逆流水合生产出大量的叔丁醇，再经叔丁醇的脱水催化反应生产大量的高纯异丁烯作为拟建项目的原料来源。通过此生产单元。不但解决了原料来源的问题，还处理了现在闲置较多的抽余碳四的资源。最后得到的异丁烯产品纯度在99.5%以上，完全满足生产系统对于原料纯度的需求。在异丁烯生产MMA单元采用了清洁度极高的“直接甲基化法”工艺，对设备的要求较低且不腐蚀设备，三废的排量也较低。在MMA精制单元，采用了正己烷作为吸收剂，可以循环利用。精制工艺上采用了新型专利技术，通过正己烷回收塔等设备将MMA精制到聚合级产品。最后在甲醇回收单元，同样采取新型的专利技术，通过甲醇高压精馏塔以及甲醇低压精馏塔的系统将甲醇有效的回收。拟建项目采用的生产系统能够有效的生产出MMA产品且通过对三废收集再进行后处理，使得三废排放基本为零。主要生产流程框图如下：图1.2.1主要生产流程框图1.3主要创新点1、改变已有的传统生产方式，进行原料及产品的生产方案的创新；2、采用新型的静态混合器；3、应用新型的反应分离集成技术新型的反应精馏塔的应用；4、采用新型组合式固定床反应器；5、在异丁烯氧化生产甲基丙烯醛单元采用“反应器+除水柱“的反应系统；6、改进原料到产品的生产系统；7、引入新型变频节能调速系统；8、特殊的塔设备采用热泵精馏节能技术；9、整个生产系统利用换热网络技能技术；10、加热炉采用新型加热炉节能技术；11、反应器设备用最新改善超大型列管式固定床反应器局部换热死区的结构；12、采用新型全液相进料分布器；13、板式塔采用新型改良的塔板以及塔结构；14、引入高能效管壳式换热器；15、采用新型的板壳式换热器；16、用新型的钼铋类复合氧化物催化剂催化氧化异丁烯；17、用性质更优良的甲基丙烯醛氧化酯化催化剂；18、采用新型的复配阻聚剂+离子液体的阻聚混合物；19、过程控制系统上采用新型组合控制系统；20、生产安全系统采用新型的安全仪表系统；21、三废采用新型处理工艺；22、采用新型固体催化剂装填系统；23、管道结构上采用新型主动补偿保温方法及管道保温结构；24、管道节能技术上采用新型自密封旋转式管道补偿节能技术；25、采用新型抗汽蚀的离心泵；1.4热集成与节能技术拟建项目对于生产系统的节能技术主要在换热网络进行优化等。1.4.1换热网络的设计结果拟建项目整个流程能量消耗主要发生各工段精馏塔的再沸器和冷却器中的单元操作中。本工艺在设计中，加热和冷却介质都来自公用工程，加热介质采用低，中压蒸汽，冷却介质采用低压水、冷却空气，20的冷却水，-20冷冻盐水.本工艺换热网络的设计是基于Aspen Energy Analyzer V9.0完成的。选用最小传热温差为8。热端夹点为40，冷端夹点为30。1.4.2换热网络设计利用Aspen Energy Analyzer V8.4的推荐设计功能，对本项目的换热网络进行理论上的平均年换热成本最优化设计的网络见图1.4.2.1。图1.4.2.1换热网络优化设计图1.4.3节能措施1、采用热泵精馏节能技术对温差较小的塔设备进行节能；2、副产含碳有机物送回燃烧炉进行燃烧供热；3、采用高效的管壳式换热器以及不结垢式板壳式换热器；4、加热炉采用黑体技术；5、电路系统引入新型变频调速。1.5厂址选择与厂区布置1.5.1厂址的选择拟建项目的厂址选择定在惠州大亚湾工业园区，依附总厂建设，设计意图是处理惠州炼化的抽余碳四液，厂址选择在石化区附近预留发展用地。项目建设位置见图1.5.1.1。图1.5.1.1项目建设位置厂址紧邻惠州大亚湾石化区，原料酸性废气通过管道输送到分厂进行深度脱硫及资源化利用，所在地水资源丰富，航空、铁路、公路交通方便，所在地硫化工产业快速发展，产品销路有保障，气候适宜，地形平坦，地质结构稳定。所在城辖区劳动力充足，生产生活设施完善，良好的天然气产业基础包括公用工程以及政府为环保事业提供一系列优惠政策，形成了有力的利好条件。1.5.2厂区布置厂区布置为矩形，长为320m，宽为300m，总面积为96000m2。本厂区按照功能分区集中布置，即物料装卸区、储存设施区、工艺装置区、辅助设施区、行政管理区、其他设施区等。本项目厂区中间有一条横贯厂区的主干道，宽度为12米，作为主要的物流线。在主干道的两侧分布着一些支路，贯通整个厂区。在反应区、储罐区均设有环形消防通道。本厂区储存设施区分为原料区、产品区，中间设置隔堤。厂区内部设置消防站、配电站、中控室、分析室、检修室、空分站等。场内设施完整，功能齐全。厂区中装卸区、三废处理区等易产生污染的区域被安排在厂区最大频率风向的上风侧，罐区放在最大频率风向的下风向及离人群密集的地方最远，尽量减少其对中控室、行政楼、值班室等人群相对密集的区域的影响。厂区平面布置总图见1.5.2.1，厂区平面布置三维视图见图1.5.2.2。图1.5.2.1厂区平面布置图图1.5.2.2厂区平面布置三维视图1.5.3 车间布置车间布置的效果图如下：图1.5.3.1车间三维效果图1.6安全与环境1.6.1安全本项目在安全方面考虑伴随整个设计过程，在设计过程中着重强调工艺路线、辅助材料、厂区车间、仪器设备、电气等存在的安全隐患，充分考虑防雷、防尘、防噪、防腐蚀以及机械、坠落等劳动卫生安全，建立相应对策措施和安全设施。对原料产品进行危险有害因素辨析，划分安全评价单元进行评价，并设计消防和安全管理系统，尽可能确保项目安全生产和运营。1.6.2环境本项目具有较好的社会效益和间接经济效益，项目在废气方面造成的环境影响较小，废水、固废上环境正效益明显。从短期看，环境成本内部化必然导致企业增加环境成本，企业在提高环境绩效的同时，必然会降低经济效益，进而影响企业的竞争力。也就是说国家在实现社会环境保护目标的过程中，必然会损害企业的经济目标，企业环境成本与经济效益二者之间是负相关。但是长远来看，我国环保部门的以市场为基础的激励性环境规制鼓励了我厂的环保创新，促使我厂选择可以降低环境管理成木和提高效益的新技术和新工艺。同时我厂选择了更具竞争优势的清洁生产方式，将废弃物转化为可利用的资源，这不仅减少了对环境的污染，提高经济效益，还可以使企业环境管理成本得到补偿。1.7 经济评价相应经济指标如表1.7.1所示。表 1.7.1主要技术经济指标表序号项目名称单位数值一产品方案1MMA万t/a11.13二年操作时间小时7200三主要原材料、辅助材料、燃料用量1抽余碳四t/a200001.62甲醇t/a40608.73氧气t/a79254.74正己烷t/a25385大孔磺酸型催化剂t/a3.906钼铋系催化剂t/a7.077磷钼酸杂多酸催化剂t/a10.868阻聚剂t/a55.3四公用动力消耗1低压蒸汽万t/a152.7052中压蒸汽万t/a39.1123循环冷却水万t/a170.6154循环冷冻剂万t/a19.6525电度/a1465618426氮气Nm3/a1257仪表空气Nm3/a514五三废排放量1废水t/a1796462.0642废气m3/h634.6433废固t/a24.96六全厂定员人360七占地总面积m296000八工程项目总投资1固定资产投资万元25309.02流动资金万元4049.4九年销售收入万元245491.6十成本和费用1年均总成本费用万元177757.62年均经营成本万元173784.5十一年均净利润总和万元51322.2十二年均销售税金万元8078.6十三财务评价指标1投资利润率%83.002投资利税率%94.23资本金净利润率%80.34投资回收期（静态）年4.15投资回收期（动态）年4.76财务内部收益率%287财务净现值万元55295.10十四清偿能力指标1人民币借款偿还期（含建设期）年51.8 总结基于对各种工艺的优缺点对比后，我们选择异丁烯直接甲基化法生产甲基丙烯酸甲酯，在其工艺、催化剂选择、设备强化、物质集成、能量集成、水集成、系统耦合优化、节能降耗、三废处理等方面进行一定程度的优化改进，形成一套清洁生产组合工艺技术方案。运用Aspen plus进行全流程的模拟和优化，以及通过全流程和各单元设备的物料衡算和能量衡算，具有较高技术可靠性。以Aspen plus模拟计算