word-20161-设计文档集8-创新性说明

河北农业大学渤海校区参赛队员：刘 曼 赵紫光 王炎江 王庆一 范雨航 指导老师：刘祺凤 石旭柳 高建平 王洪东 张 凯四川达州石化年产10万吨醋酸乙烯项目目 录第一章 工艺创新11.1分离工艺的创新11.2 引入共沸体系节约能耗31.3 热耦合网络设计31.4 水的循环利用4第二章 分离技术的创新52.1 分离技术的创新间壁塔精制醋酸乙烯52.2 间壁塔操作方式52.3 间壁塔节能72.4 斜孔塔板精制乙醛7第三章 节能技术创新93.1 真空相变锅炉93.2 反应热副产蒸汽10第四章 设备创新114.1 螺旋扁管换热器114.2 新型壳程结构反应器124.3 磁力漩涡泵134.4 离心式醋酸泵的节能改造14四川达州石化年产10万吨醋酸乙烯项目 创新性说明第一章 工艺创新1.1 分离工艺的创新1988年，马彦贵等在聚乙烯醇的生产技术中书提到醋酸乙烯的精致的工艺流程，主要为反应液在第一精馏塔中脱除轻组分后,塔釜液由塔底连续加入第二精馏塔中，第二精馏塔的作用是将醋酸乙烯和醋酸分开，塔签液为粗醋酸。用泵连续送往第五精馏塔，塔顶馏出物的50%送往第三精馏塔；第三精馏塔为醋酸乙烯精制塔，塔顶冷凝液一部分回流。一部分加入第四精馏塔中，塔釜液侧采出醋酸乙烯；第五精馏塔的作用是醋酸精制，塔顶馏出液部分回流，部分采出加入到第六精馏塔醋酸回收塔中；另外第七精馏塔作为萃取塔。采用液液萃取的方式将乙醛和醋酸乙烯分离开；除此之外还包括第八精馏塔，第九精馏塔乙醛精馏塔；整个醋酸乙烯精制工段的流程主要包括粗分系统、醋酸乙烯精制系统、醋酸精制和回收系统等。在上述的传统工艺流程中，存在以下问题：VAc产品从第三精馏塔的侧采流股得到，要同时保证侧采流股中不含轻组分、重组分杂质,需要极高的工艺设计施工标准和严格的生产参数控制，在实际的生产中，很难得到高纯度的VAC产品;其次,现有的工艺流程中，混合物料进入精制工段后，首先在第一精馏塔的塔顶分离乙醛等轻组分。由于乙醛等轻组分在混合物料中的比重不大，第一精馏塔再沸器的加热负荷较大;现有工艺中,从反应也早中。(脱除的乙炔气体，设置了两个塔分别对其进行那个酸洗和水洗，设备投资较大；另外，现有的工艺流程采用萃取法脱除丙酮杂质，分离效率不高，分离结果不理想；现有工艺中,对醋酸残渣的回收利用不高，导致残渣废弃物中含有大量的醋酸。造成原料的浪费，并且未设置残渣尾气处理装置,对环境的不良影响较大；传统工艺中，分离顺序存在加大的优化空间，对整个流程的能源利用不充分,有待改进。本团队利用所学的化工设计知识，联系工程实际建立了一套新的乙炔法合成的醋酸乙烯的精制工段的工艺路线及生产装置。应用该方法于乙炔法制醋酸乙烯反应液分离中，该方法对比现有工艺及专利，显著提高了醋酸乙烯产品的纯度和品质，同时提高了反应液中醋酸的回收率及其品质，在获得高附加值、高纯度的乙醛等产品的同时，大幅降低了系统能耗，提高了产品质量标准，降低生产操作难度，减少了污染排放。本项目团队的具体方案是： (1)包括反应产物液相脱除乙炔，并在洗涤脱气塔内对乙炔气体进行酸洗、水洗的步骤; (2)包括将反应液首先按照醋酸乙烯为粗分塔主要塔顶产物、醋酸作为粗分塔主要塔釜产物,粗分塔塔顶分离得到醋酸乙烯、乙醛、丙酮醋酸甲酯,粗分塔塔釜分离得到醋酸、丁烯醛醋酐、二乙酸亚乙酯的步骤;(3)包括对粗分塔塔顶产物醋酸乙烯、乙醛、丙酮、醋酸甲酯进一步分离精制得到高纯度醋酸乙烯，然后对乙醛、丙酮、醋酸甲酯分离精制得到高纯度乙醛,对丙酮、醋酸甲酯进行分离脱除,并进-步回收残留醋酸乙烯的步骤;(4)包括对粗分塔塔釜产物醋酸、丁烯醛、醋酐、二乙酸亚乙酯进行进一步精制得到高纯度醋酸,然后对丁烯醛杂质进行脱除排杂,专门针对醋酸塔塔釜重组分残渣进一-步回收残留醋酸的步骤;(5)包括对残渣池的醋酸残渣释放气体进行的尾气处理步骤。如下图1-1为本工艺的化工工艺流程简图：图1-1 工艺流程简图本工艺较之前的工艺的优化了副产品的回收，减少了残余醋酸乙烯的浪费，符合中国制造2025中提出的各项指标。1.2 引入共沸体系节约能耗 在第一步的洗涤脱气阶段,在脱气塔上部向系统中加入去离子水，使其在后续分离过程中形成丙酮-水、醋酸甲酯-水等形成共沸组成,从而可以有效的降低塔顶温度,减少能耗,提高分离效率。1.3 热耦合网络设计在于通过设计热耦合网络,利用醋酸塔顶蒸汽为粗VAc塔再沸器提供热量,利用醋酸塔侧采蒸汽为精VAc塔再沸器提供热量,大幅度减少了精馏单元能耗,降低了醋酸乙烯生产的成本。1.4 水的循环利用本发明涉及的一种乙炔法合成的醋酸乙烯的精制的方法,其优点在于系统中的水得到了二次利用:粗分塔和粗醋酸乙烯塔顶水相进入脱水塔分离后,作为脱丙酮塔的萃取水;丁烯醛塔顶水相经过废水塔分离后,送至醋酸回收塔釜,稀释重组分粘度并释重组分并水解醋酐及二醋酸亚乙酯生成醋酸,减少了系统的废水排放量和后续的污水处理量。第二章 分离技术的创新2.1 分离技术的创新间壁塔精制醋酸乙烯在传统的乙炔法制醋酸乙烯装置的分离技术中,进行醋酸乙烯精制的系统:多级精馏塔之间功能不明确,工艺冗长却低效,产品指标较差,能耗较高,得到的醋酸乙烯产品中水和醋酸甲酯质量分数超标。乙炔法利醋酸乙烯的过程主要分为合成工段和精制工段。合成工段的主要作用是利用醋酸和乙炔合成醋酸乙烯,精制工段的主要作用是将反应液中的醋酸乙烯分离并精制。精制工段的进科主要为合成工段送来的反应液,包括醋酸乙烯、醋酸,乙炔、乙醛、醋酸甲酯、甲醇、丁烯醛、二乙酸亚乙酯，醋酸酐、丙酮和水等组分。反应液体入精制工段后,首先脱除其中的乙炔气体,然后进行粗分离,分离得到醋酸乙烯为主的轻组分以及醋酸为主的重组分,然后再分别进行精制和分离。其中,粗分后以醋酸乙烯为主的轻组分物料中含有乙醛醋酸甲酯、甲醇、丙酮和水等组分,从中进行产品级醋酸乙烯的提纯，是实现乙炔法制醋酸乙烯工艺流程的关键。本团队在于融合了上部不相通的间壁塔技术的前提下设计了一种乙炔法合成醋酸乙烯的高纯醋酸乙烯的精制系统和方法,该间壁塔上部不联通,可以在该塔内实现完全脱除轻组分杂质,得到纯度极高的醋酸乙烯产品;同时通过间壁塔和醛酯浓缩塔串联，尽可能的回收了脱轻组分中的夹带的醋酸乙烯产品。该方法通过对过程的集成与强化,改变与优化工艺流程,减少蒸汽及冷却水的用量，具有设备投资少,能耗低的优点。2.2 间壁塔操作方式 一种利用间壁塔精制醋酸乙烯的装置,由醋酸乙烯塔和醛酯浓缩塔组成;其中醋酸乙烯塔为间壁塔中间由一垂直隔板将精馏塔分为进料侧和VAc产品采出侧,间壁塔两侧塔釜联通,塔顶不连通;塔顶、塔釜分别设置两个冷凝器,两个再沸器;醛酯浓缩塔设有一一个冷凝器,一个再沸器。自粗分塔及其他工段的粗VAc进入醋酸乙烯塔一侧,轻组分从进料侧的塔顶采出,经冷凝器冷凝后进入分相罐,分相罐的油相侧部分回流、部分进入醛脂浓缩塔回收其中的VAc,并进行粗分离;通过醛酯浓缩塔分离后的VAc从塔釜采出,并直接接返回醋酸乙烯塔进料侧的塔项回流;醋酸乙烯塔的另一侧为产品出料侧，从塔顶采出高纯度醋酸乙烯,经冷凝器冷凝后,进入VAc回流罐,部分回流，部分作为高纯度的醋酸乙烯产品送出界区。间壁式醋酸乙烯塔进料侧有40-60块理论板，其中精馏段有20-40块理论板:醋酸乙烯出料侧由35-70块理论板。如权利要求2所述的方法,其特征是所述的醛酯浓缩塔共有30-70块理论板,其中精馏段有15- 36块理论板:其特征操作压力为1.0-1.2bara,塔顶温度25 -30 ,塔釜温度为65-70。醋酸乙烯塔分相罐的水相汇集后送脱水塔处理，脱水塔分离得到的水在醋酸乙烯精制系统内循环使用,减少污水排放。图2-1 间壁塔流程简图2.3 间壁塔节能在醋酸乙烯的工艺中，工业上有双塔序列精馏和侧线采出两种常用的方式，由于在分离过程中涉及到醋酸乙烯，水，丙酮三者的共沸问题，普通的双塔序列精馏只能通过增大塔板数，增大回流比来保证醋酸乙烯的纯度，本团队引入隔壁塔对醋酸乙烯进行分离我们对两种分离的能耗进行了对比。下图为隔壁精馏塔和普通双塔的能耗对比图。图2-2 能耗对比图2.4 斜孔塔板精制乙醛在醋酸乙烯的工艺中，乙醛的回收是一大难点，由于乙醛塔在一般的工艺中为加压操作，部分乙醛随丙酮侧线采出，降低了乙醛的回收率，本团队采取常压操作，并利用斜孔塔板对乙醛进行精制，塔板数为54 ，塔顶产品为精乙醛，用再沸器加热，有侧线采出，侧采出丙酮，Vac,釜液排污水处理。图2-3 斜孔塔板图斜孔塔板（上图为斜孔塔板）有效的增大的操作范围，提高了开孔率，推动了塔板上液体的流动，减少塔板上的死区，大大的降低了再沸器和冷凝器的能耗，进一步减少了塔顶和塔底的公用工程用量。图2-4 流程简图 7 /15第三章 节能技术创新3.1 真空相变锅炉真空相变热水锅炉的结构，是由燃烧室、负压蒸汽室、热交换器、热媒水等组成的。机体内部为真空状态，与外部空气隔绝，形成密闭状态。热媒水覆盖着受热面并密闭在机体内部，因负压蒸汽室内的压力保持在大气压之下，当密闭在内的热媒水在燃烧加热后，立即就沸腾起来，产生与热媒水相同温度的蒸汽。机内产生的蒸汽在上升过程中，接触到配置在负压蒸汽室内的热交换器表面，由于热交换器内的水温低于蒸汽温度，蒸汽会在热交换器表面上冷凝并放出大量汽化热，加热热交换器中的水，冷凝水在重力作用下重又回到热媒水中。因此，热媒水不断在封闭的机体内进行着沸腾=蒸发=冷凝=热媒水的循环。无须补充热媒水，也无空烧的危险。热交换器中的水被加热后输送给用户用于空调和卫生热水。真空相变热水锅炉内涵密闭腔通过真空抽气后形成一个真空腔，燃烧使热媒水在真空腔中沸腾汽化产生负压水蒸气，蒸汽在换热管外凝结，将管内冷水加热升温并通至用户，水蒸气凝结后形成水滴流回热媒水，重新被加热汽化，然后在换热器进行汽水凝结换热，如此完成整个循环。热媒水是经脱氧、除垢等特殊处理的高纯水，由工厂出厂前一次充注完成，使用时在机组内部封闭循环（汽化凝结汽化），无增减，在机组使用寿命内无须补充和更换。由于真空相变热水锅炉炉体内部永不结垢，无氧化腐蚀，几乎可达到半永久性寿命，远远超出普通热水锅炉10年左右的使用寿命。3.2 反应热副产蒸汽图3-1 余热锅炉流程简图裂化炉得到的高温乙炔气需要迅速冷却到90左右进入提浓工段，在这个过程中裂化得到的乙炔气中带有大量的反应余热，本团队在此处引入了相变锅炉利用反映的余热为锅炉提供热源，并对高温的反应气进行冷却，余热锅炉副产中压蒸汽，一部分进入到公用工程中，一部分直接利用到后面的汽提塔，进行脱水和解吸操作。 2 / 2第四章 设备创新4.1 螺旋扁管换热器瑞典alares公司开发了一种扁管换热器，通常称为麻花管换热器。美国休斯顿的布朗公司做了改进。螺旋扁管的制造过程包括了“压扁”与“热扭”两个工序，改进后的麻花管换热器同传统的管壳式换热器一样简单，由于管子结构独特使管程与壳程同时处于螺旋运动，促进了湍流程度。该换热器总传热系数较常规换热器高40%，而压力降几乎相等。组装换热器时也可采用螺旋扁管与光管混合方式。该换热器严格按照ASME标准制造。凡是用管壳式换热器和传统装置之处均可用此种换热器取代，在化工、石油化工行业中具有广阔的应用前景。将其应用于热负荷较大的T0405再沸器，可显著提高传热效率，降低换热面积。其结构见下图。图4-1 换热器图4.2 新型壳程结构反应器在反应器壳程结构的上、下两端分别沿圆周方向均匀设置具有四个排出口的上环形分布器和具有四个进入口的下环形分布器，所述排出口通过上环形分布器中的环形通道彼此流体连通，所述进入口通过下环形分布器中的环形通道彼此流体连通。 具体设计壳程进入口4个，直径为200mm，在下环形分布器的内侧沿圆周方向设置有24个均匀分布、大小一致的分布孔，孔径为60mm；设置排出口4个，直径为200mm，在上环形分布器的内侧沿圆周方向设置有36个均匀分布、大小一致的分布孔，孔径为90mm。图4-2 环形分布器示意图此设计能够实现水一水蒸汽作为撤热介质在壳程内的均匀流动和均匀撤热，减小反应器径向温度差，从而提高列管式醋酸乙烯合成反应器的整体性能；使得合成反应热得到合理应用；降低运营成本，削减了导热介质循环泵等设备投资和运行费用。折流板可以增加壳程流体的湍流速度，以提高管间对流传热系数。因为管比较细长，折流板还可以起到支承板的作用，便于安装和防止管子弯曲变形。就环形分布器而言，仅靠进入口的均匀分布，排出口的均匀收集还不能完全保证来自外界的撤热介质在反应器壳程的均匀流动。尤其当反应器直径较大时反应管数量很多，容易产生流动死区。这些流动死区常常集中在反应器的中心和边缘区域。为了提高撤热介质的流速，增强壳程流体湍动改善传热效果，在反应器的壳程加设折流板。传统的折流板布置方式往往不能满足水一水蒸汽两相流均匀分布的要求。图4-3 折流板示意图沿水平方向在上环形分布器与下环形分布器之间设置折流板，所述折流板包括顶端圆环形折流板、底端圆环形折流板和在两者之间的圆盘形折流板；从而在上环形分布器与下环形分布器之间形成撤热介质的缓冲流动区域。沿着反应器轴向向上，所述圆环形折流板的中心切除率逐渐增大。4.3 磁力漩涡泵本CWB型磁力驱动旋涡泵（简称磁力旋涡泵）是将永磁联轴器的工作原理应用于离心泵的新产品，设计合理、工艺先进、具有全密封、无泄漏、低流量、高扬程、耐腐蚀的特点，其性能达到国外同类产品的先进水平。其结构如图4-4所示。图4-4 磁力旋涡泵结构图磁力旋涡泵的特点：高扬程、小流量，比转数一般小于40；结构简单、体积小、重量轻；具有自润滑回路，减小叶轮径向力，提高滑动轴承使用寿命；增设冷却回路，及时带走磁涡流热；设有叶轮轴向间隙调节机构，可随时调整间隙，确保泵的长期正常运转；随输送介质黏度增加，泵的效率急剧下降，因而介质度粘度不宜太大。本项目中的T0408脱水塔塔顶出料泵P0422，需要承担低流量高扬程的输送任务，因此，本项目脱水塔塔顶出料泵P0422选用旋涡磁力泵，可以满足工作要求。4.4 离心式醋酸泵的节能改造（1）对于中低比转数离心泵，轮盘摩擦损失在机械损失中所占比重较大。它是低比转数离心泵效率降低的主要原因。为了减小该损失，需要提高叶轮外表面的光洁度、降低泵体内壁的表面粗糙度。由于轮盘摩擦损失与叶轮外径D2的5次方成正比,只需将叶轮外侧0.72D2D2环形表面进行磨光，即可达到明显减小轮盘摩擦损失而又降低加工成本的目的