我们都队创新性说明

中国石化四川维尼纶厂年产25万吨醋酸乙烯项目附录常州大学 我们都队！团队成员：郭娜 杨晓刚 周雨婷 周宓 朱毅诚指导老师：马江权 薛冰 高晓新 徐松 周满创新性说明2019“东华科技-恒逸石化杯”第十三届全国大学生化工设计竞赛常州大学 我们都对团队 中国石化集团四川维尼纶厂年产25万吨醋酸乙烯项目 创新性说明目录第一章 产品方案及其体系创新31.1原料方案31.2产品结构方案创新3第二章 清洁生产技术创新及绿色发展指标42.1.原料绿色化程度高42.2 原子经济性好52.3 操作条件优化62.4 绿色高效催化剂72.5 三废资源化利用72.6 物流循环利用72.7 绿色发展2020指标达成度汇总8第三章 反应与分离技术创新93.1高效反应新工艺93.1.1 双段撤热流化床反应器93.1.2高效催化剂的使用103.2高效分离新技术103.2.1 乙炔/二氧化碳高效吸附分离103.2.2 共沸精馏技术123.2.3 化学吸收解吸13第四章 节能技术创新与碳排放减少154.1 换热网络集成优化154.1.1 全流程能耗低154.1.2 换热网络优化154.2 热泵精馏技术16第五章 新型过程设备应用技术创新185.1反应器结构创新185.1.1导流器185.1.2双段式水撤热系统195.1.3 内外耦合旋风分离系统205.1.4 绿色高效催化剂205.2 分离设备结构创新215.2.1 New-vst Plus塔板215.2.2 精馏塔液体分布器创新215.3 输送设备结构创新225.3.1 新型屏蔽磁力泵225.3.2 乙炔鼓风机235.4 换热设备结构创新245.4.1 用于再沸器的高通量管245.4.2 用于E0104的新型螺旋缠绕式换热器25第一章 产品方案及其体系创新1.1原料方案近年来，国内使用气相乙炔法生产醋酸乙烯酯的厂家占主导地位。目前，我国醋酸乙烯的工业生产主要采用乙炔法和乙烯法两种方法，其中乙炔法是主要的生产方法。截止到 2018 年 6 月的实际生产能力为 331.8 万吨，其中采用电石乙炔法的生产能力合计为 212.0 万吨/年，约占总生产能力的 63.89%。由于中国大陆乙炔法醋酸乙烯的生产能力占据主导地位，而中国大陆又是世界最大的醋酸乙烯生产国家，因此，未来世界醋酸乙烯的生产工艺仍将是乙烯法和乙炔法生产工艺长期并存。本项目选择乙炔气相法中的天然气乙炔法进行醋酸乙烯酯生产，相对于电石乙炔法而言，杂质种类少，含量也少，三废的量也少。醋酸甲酯羰基化是液相反应，故有废液产生，一般，严格把控操作条件和使用高效的催化剂，废液量较少。 1.2产品结构方案创新在醋酸乙烯酯生产过程中，由于副反应产生的乙醛约为6400吨/年，丙酮约为2200吨/年。若将之作为废液排放，不仅增大了废水处理的负担，也是对资源的极大浪费。依据目前市场价估计，乙醛单价约为 4288元/吨，具有较高的价值，丙酮单价约为3200元/吨，若直接作为废水排放，后续处理难度大。此外，通过精馏吸附耦合反应，实现高纯度CO2的捕集中。综上所述，为实现经济效益最大化，所以本项目将乙醛、丙酮、二氧化碳定为主要副产品产出，具体主副产物产品规格见下表1-1。表1-1主副产品规格表组分单位数量纯度醋酸乙烯万吨/年2599.99%丙酮万吨/年0.2299.6%乙醛万吨/年0.6499.9%二氧化碳万吨/年0.0899.99%第二章 清洁生产技术创新及绿色发展指标中国化工行业的健康持续发展必然对环保提出了高要求，这也是社会经济发展的必然内在要求。中国制造2025是中国政府实施制造强国战略的第一个十年行动纲领。围绕实现制造强国的战略目标，中国制造2025明确了9项战略任务和重点，提出了8个方面的战略支撑和保障，其主要指标要求如下表2-1所示。表2-1 “绿色发展2020”指标类别指标2015年2020年2025年绿色发展规模以上单位工业增加值能耗下降幅度比2015年下降18%比2015年下降34%规模以上单位工业增加值二氧化碳排放下降幅度比2015年下降22%比2015年下降40%规模以上单位工业增加值用水量下降幅度比2015年下降23%比2015年下降41%工业固体废物综合利用率657379其中，2015年数据由2015年该行业的数据为支持。2.1.原料绿色化程度高我国天然气及非常规天然气资源分布丰富，新世纪以来，我国天然气勘探开发取得了显著成绩，生产供应能力大幅提升，年均增长8.2%，成为全球第六大天然气生产国，同时在非常规天然气资源方面，我国页岩气你丰富，总量占世界总页岩气资源量 14.7%，居世界第一，为天然气产业快速发展奠定了资源基础。本项目以四川维尼纶厂已有天然气化工项目生产的乙炔和醋酸为原料，实现资源有效利用，拓宽了天然气资源化利用的新思路。因此本项目具有充足的普适性以及较好的节能推广价值。中国石化集团四川维尼纶厂建有天然气化工项目，乙炔年生产 16 万吨，与英国BP公司合资的扬子江乙酰化工有限公司，采用世界先进技术生产醋酸和醋酸酯，同时利用醋酸扩建后富产的氢气进一步扩大合成氨生产规模，利用乙炔尾气扩大甲醇生产规模。年生产 60 万吨。经总厂汇集后，采用管道输送的方式运输到本项目装置，达到了就近取材的目的，安全性好运输成本低。具体指如下，表2-2和2-3：表2-2本项目乙炔成分一览表成分含量（vol/%）成分含量（vol/%）乙炔99.9二氧化碳40010-6一氧化碳20010-6氮、氩210010-6表2-3 本项目醋酸成分一览表成分含量（wt/%）成分含量（wt/%）醋酸95水3.8甲酸0.80乙醛0.40蒸发残渣0.03铁0.00042.2 原子经济性好为确保醋酸乙烯生产过程的绿色化生产，首先，对比乙炔法、乙烯法、二醋酸亚乙酯裂解法三种工艺的原子经济性，可知乙炔法为加成反应，理论原子利用率为 100%，乙烯气相法的原子利用率约为 82.7%，二醋酸亚乙酯裂解法原子利用率为 58.9%。从原子经济性方面来看，乙烯法属于氧化反应，生成水和二氧化碳，是劣于乙炔法的。本项目最终选取乙炔法，从源头上减少了废水、废气的排放。做到原子经济绿色生产。此外，本项目应用绿色高效醋酸锌负载型催化剂，使用碳酸铋作为助催化剂，可以抑制乙炔聚合物的形成。活性炭选择进口椰壳碳作为载体，具有微晶结构，微晶排列不规则，其机械强度大、耐磨性能好，结构稳定，吸附所需能量小，有利于再生。此外，全流程对于副产物丙酮、乙醛加以分离回收，提高了反应的综合原子利用率。2.3 操作条件优化本项目采用 Aspen PlusV11 软件，选用 NRTL-HOC 混合模型对醋酸乙烯生产装置进行全流程模拟。所得的结果与实际值吻合良好，符合实际的生产情况。在建立正确的醋酸乙烯生产装置的全流程模拟基础上，考察了气液分离塔，酸洗塔，水洗塔，脱重塔，乙醛精制塔，醋酸精制塔，丙酮精制塔，醋酸乙烯精制塔等主要参数对装置的影响。优化综合考虑设备费、操作费用、公用工程用量安全性等条件，最终得到优化后的工艺参数。以醋酸精制塔为例，进行了塔板数的优化，进料板位置的优化以及回流比的优化，综合节能效果为：精馏塔T0301主要用以分离循环醋酸中的醋酸乙烯，丙酮等，塔釜醋酸回收率99.99%，产物中VAC含量不超过5 mg/kg（质量分数5E-6）。在权衡设备投资费用和操作费用后，在满足分离要求的前提下优化得到塔的理论板数为20块（包括冷凝器和再沸器）。通过设计规定优化得到塔的回流比为1.30787、优化后的加料板为第8块板（包括冷凝器）。在此优化条件下，塔顶醋酸流股信息如表2-4所示，塔釜醋酸产物中HAC含量和醋酸在塔顶的回收率和均符合要求。表2-4 塔釜醋酸流股信息组分单位流量质量分数C2H2kg/hr00CH3COOHkg/hr23260.90.999948VACkg/hr1.19350CH3CHOkg/hr00CO2kg/hr00CH3COCH3kg/hr00.000052H2Okg/hr0.0006206757.16594E-09AL2O3kg/hr06.68836E-062.4 绿色高效催化剂本项目在醋酸乙烯酯合成反应中采用醋酸锌/活性炭催化剂，其属于固体酸催化剂。使用碳酸铋作为助催化剂，铋含量在10 ppm 左右可以有效增加催化活性，同时抑制乙炔聚合物的形成。活性炭选择进口椰壳碳作为载体，具有微晶结构，微晶排列不规则，其机械强度大、耐磨性能好，结构稳定，吸附所需能量小，有利于再生。且活性炭催化剂孔隙发达，比表面积大，能与气体充分接触，在气相反应中具有高效催化效果。待其失活后，可送至资质处理厂家回收再生，因此生产过程中基本不产生“三废”。2.5 三废资源化利用针对废气部分，有组织排放的废气主要来自各单元的塔顶馏出气，经分类初步处理后汇至总厂火炬燃烧供热。针对废液部分，对丙酮，乙醛分离提纯后作为产品销售，将含少量醋酸乙烯废液作为冷却介质，利用后送往污水处理厂。减少二氧化碳排放的同时，每年为本厂增加了4992万元的收入，实现了一定的经济价值。对于废固部分将每次更换下来的废催化剂全部装入密闭容器，并在容器外壁贴上明显标签，慎防同其他固废混淆。如不能及时运出，需将容器放入固定堆放催化剂的仓库进程暂存。其中醋酸乙烯合成工段的失效催化剂送去催化剂处理站，在水洗的条件下进行再生，不能再生的催化剂送入原厂处理，装置定期更换的废催化剂，送生产厂家回收，并进行再负载。2.6 物流循环利用为了实现生产过程资源的有效利用，本项目工艺实现乙炔、VAC、醋酸三大循环。资源化成本低、原子利用率高。1.醋酸乙烯的循环为保证 VAC 合成反应速率，工艺采用乙炔过量的方法，过量的乙炔循环利用，驰放乙炔通过驰放气催化转化回收进入乙炔循环系统。VAC 产品在醋酸乙烯精制塔与VAC 与水分离器间形成 VAC 循环，以使 VAC 产品收率达到 99.99%，醋酸乙烯阻聚剂在 VAC 循环中亦实现了阻聚剂的循环利用。2.乙炔循环由于反应不完全，从反应器出来还有一定量的乙炔，因此，乙炔在二氧化碳吸收塔的塔顶出料，循环至混合器3.醋酸循环为了提高乙炔的转化率，采用醋酸过量的方法，因此从反应器出来还有部分的醋酸，且酸洗塔塔底也存在大量醋酸。因此，两股醋酸混合后在醋酸回收塔的塔釜出料，循环至醋酸蒸发器，循环利用。2.7 绿色发展2020指标达成度汇总 经初步设计说明书第二十一章及中国制造2025符合性分析计算、阐述，可得出结论，即本项目规模以上单位工业增加值能耗，单位工业增加值二氧化碳排放量，单位工业增加值用水量，工业固体废物综合利用率均达标。表2-5 改进后项目下降幅度及2020指标序号项目下降幅度（%）2020指标（%）1单位工业增加值能耗21.97182单位工业增加值二氧化碳排放量22.11223单位工业增加值用水量26.37234工业固体废物综合利用率83.0473第三章 反应与分离技术创新3.1高效反应新工艺3.1.1 双段撤热流化床反应器由于气固非均相反应这一特性，目前乙炔气相法合成VAc的反应装置主要有固定床和流化床两种。在反应器的选型过程中，主要根据以下几个该反应体系的特征进行考虑：1. 主反应放热量为110.5 kJ/mol，活化能约为72 kJ/kmol，而主要副反应乙炔的放热量为150.14 kJ/mol，及时撤出反应热使反应稳定在适合的温度，有利于提高反应的转化率与选择性，减少由于局部过热而引起的催化剂失活。2. 该反应体系所使用的是醋酸锌催化剂，虽然催化剂的平均寿命在1.52年，但仍会有部分催化剂因为磨损而无法回收，因此为保证装置持续在高效的催化能力下运行，新鲜催化剂每天按照损失量补加。在传统的固定床反应器中，存在以下问题：1. 乙炔与醋酸反应生产醋酸乙烯是强放热量反应，当转化率较高时，若不能及时移走热量，会导致催化剂局部失活，严重时甚至会造成停车事故。2. 不能使用小直径颗粒催化剂，否则流体阻力增大，影响正常操作，使得催化剂的活性表面得不到充分利用。3. 反应器末端催化助剂流失严重，导致催化活性下降，需定期停车更换失活催化剂。分析以上反应特征，并结合本文第一章对不同类型反应的详细介绍，本项目选用流化床反应器。主要优势如下：1. 由于催化剂的颗粒较小，一定体积的催化剂，接触面较大，有利于传热和传质；2. 催化剂颗粒在流体中处于不断的运动状态，气固相的界面不断搅动，使相界面不断更新，提高了传热和传质系数，使床层内温度分布均匀，避免了局部过热，不仅增加了催化剂的寿命，还提高了产品质量；3. 在运转过程中，可以很方便地卸出一部分旧催化剂，补加一部分新催化剂，保证了催化剂活性降低较慢，延长了操作周期；流化床反应器主要包括以下几部分：本体部分，内构件，分布器，水撤热系统以及内外旋风分离器。配合使用平均粒度0.453 mm的活性炭负载醋酸锌催化剂，实现高效反应。3.1.2高效催化剂的使用本项目在醋酸乙烯酯合成反应中采用醋酸锌/活性炭催化剂，其属于固体酸催化剂。使用碳酸铋作为助催化剂，铋含量在10 ppm 左右可以有效增加催化活性，同时抑制乙炔聚合物的形成。活性炭选择进口椰壳碳作为载体，具有微晶结构，微晶排列不规则，其机械强度大、耐磨性能好，结构稳定，吸附所需能量小，有利于再生。且活性炭催化剂孔隙发达，比表面积大，能与气体充分接触，在气相反应中具有高效催化效果。待其失活后，可送至资质处理厂家回收再生，因此生产过程中基本不产生“三废”。3.2高效分离新技术3.2.1 乙炔/二氧化碳高效吸附分离在本工艺生产过程中产生大量二氧化碳气体，为响应我国低碳环保绿色发展，达到中国制造2025低碳排放要求，本工艺采用先进吸收解吸过程，在合理利用二氧化碳过程中提高未反应完全的乙炔的纯度，以达到循环使用的要求。同时，将二氧化碳吸收并制得环保绿色农业新产品。提高产品利用率，降低碳排放量，减小环境压力。因为孔径可调和孔壁可功能化，微孔金属有机骨架（MOFs）作为气体分离和净化的材料极具前景，已成为目前化学材料领域的前沿研究热点之一。过去的20年间，大量的多孔MOFs已被用于不同的气体分离净化，从较不具挑战性的（如CO2/N2和CO2/CH4）发展到较具挑战性的混合气（如炔/烯和烯/烷）分离。由于乙炔和CO2的物理性质非常相似且动力学直径几乎相同，设计多孔材料用于二者的高效净化是非常困难和极具挑战性的课题。福建师范大学项生昌研究小组基于ACS型MOFs孔空间分割法(PSP)的孔径可调性和孔壁Lewis碱位点可识别乙炔的属性，提出将PSP发展成一种MOFs的双功能优化的可设计的新思路，所获得的材料在常温常压下对挑战性的C2H2/CO2混合气分离表现出优异性能。参考文献：Pore Space Partiton within a Metal-Organic Framework for Highly Efficient C2H2/CO2 Separation图 3-1（a）福建师范大学FJU-90a吸附剂吸附等温线；（b）循环5次的穿透曲线本项目设计两组并联吸附脱附塔，内填充福建大学研发的FJU-90a吸附剂，该催化剂减小孔尺寸后的FJU-90a可吸附室温下高达180 cm3g-1C2H2，但却少得多的CO2 (103 cm3g-1)。模拟柱穿透分析表明，FJU-90a表现出净化50%:50% C2H2/CO2的质量分离容量为5.10mol kg-1，是目前报道的最高值，如图3-1a所示。此外，实际穿透实验进一步验证了该材料对50%:50% C2H2/CO2混合气具有优异的分离和纯化性能，且进行5次循环后性能没有明显的降低，如图3-1b所示。经过吸附后，在30 分钟内塔顶采出气为高纯度CO2，30分钟以后切换至真空泵进行吸附剂再生，再生时吸附剂FJU-90a内部吸附的分子在负压状态下散逸，实现吸附剂再生。吸附脱附塔的流程如图3-2所示。图3-2 吸附脱附塔3.2.2 共沸精馏技术本工艺对醋酸乙烯精制塔采用共沸精馏。传统乙炔法制醋酸乙烯工艺中，通常采用普通精馏的方法提纯醋酸乙烯，本工艺采用共沸精馏，并嵌套热泵精馏，大大降低了传统工艺中精制塔的能耗。醋酸-醋酸乙烯-水，为三元共沸体系。根据相图，本工艺共沸精馏塔顶分相器操作压力为0.332 bar。本工艺醋酸乙烯精制塔如图所示，塔顶气相经冷凝器冷凝后，进入分相器分相，水相采出，有机相回流；塔釜获得高出度醋酸乙烯（质量分数达99.99%）。图3-3 VAC/H2O/CH3COOH共沸相图3.2.3 化学吸收解吸为了响应国家节能减排政策、提高资源利用率，本工艺对乙炔-二氧化碳体系采用MEA对CO2吸收解吸进行气相组分分离，实现乙炔回收利用与二氧化碳捕集。目前工业上常用CO2捕集方法主要有吸收法、吸附法和膜分离法，其中，物理吸收法吸收负荷能力依赖于吸收溶剂的性质以及气体中CO2的分压和操作温度，本工艺CO2分压较低，很难满足物理吸收法的工艺要求；本工艺处理气体量较大且对分离要求较高，膜的更换频率较大，并且保证膜两侧压差也需要消耗大量能量；吸附法需要在低温下进行吸附，在高温下进行解吸附，需要大量的吸附剂且能耗较大。经过筛选，我们最终选择化学吸收法，利用与碱性溶液发生的可逆反应实现对于CO2的捕集和分离。有机胺成为当前应用最为广泛的CO2吸收溶剂，主要有MEA、DEA、MDEA等。除此之外的典型吸收剂还有热碱溶液和氨吸收法。其中使用有机胺MEA的溶液作为吸收剂的吸收分离工艺拥有广阔的应用前景，被视为当前最为成熟的CO2脱除工艺，具有反应活性高、溶剂成本低、相同质量吸收容量高、热稳定性与热降解速率适中的优势。图3-4 吸收解吸图3.3反应分离集成技术（1）流化床反应器反应-分离集成流化床反应器中，催化剂的磨损问题一直是工业项目中的难点问题。本项目反应工段所使用的是醋酸锌负载活性炭催化剂，催化剂的基本参数如下：表3-1催化剂规格项目规格项目规格外表面2.68*10-3 m2平均直径8.0*10-3 m床层空隙率0.40堆密度695.6 kg/m3颗粒密度940 kg/m3醋酸锌35% W活性炭选择进口椰壳碳作为载体，具有微晶结构，微晶排列不规则，其机械强度大、耐磨性能好，结构稳定，吸附所需能量小，有利于再生。装置开车时，按照反应器大小，加入新鲜催化剂。根据实际生产经验，一床催化剂大约在1.5-2年左右全部更换一次。此外，由于磨损等因素，每天都有催化剂损失，新催化剂每天按照损失量补加。因此，在剧烈的流化床反应器中，完全避免催化剂的破碎是不可能实现的，因此反应器出口的粉末分离必须予以考虑。基于此，本项目在流化床反应器设置内外耦合旋风分离系统，在反应的同时实现了催化剂的气固相分离以及回收，具体催化剂操作步骤如下：本项目流化床中，催化剂一直在反应器中沸腾，反应器出来的气体中，因沸腾过程触媒的损失夹带一些粉末，这些微粒必须除去，故反应气体先经四组并联的内旋风分离器，除去50 m以下的微粒，再经两组并联的外旋风分离器（粉末分离器），然后到气体分离塔。内旋风分离器分离下来的粉末通过下料腿回到反应器底部及中部，粉末分离器分离下来的粉末进入粉末受槽，再经粉末卸出槽，定期卸出。此旋风分离器的效率为50%，每日由粉末取出槽取出的粉末约80-400 L不等。视触媒质量和空速不同而异。粉末的堆积比重为0.6左右。（2）本项目在含有CO2的处理方面，通过化学吸收解吸，实现了乙炔气相回收循环，可以作为醋酸乙烯合成工段的原料补充气，进一步提高了本项目的原子利用率，实现了三废的资源化利用。解吸出来的CO2和C2H2通过后续的MOFs高效吸附，实现高纯CO2的资源化利用。第四章 节能技术创新与碳排放减少4.1 换热网络集成优化4.1.1 全流程能耗低本工艺为气相反应，在分离过程中产生多股塔顶温度较低的气体流股，是比较宝贵的冷源，在节能优化过程中资源化利用，大幅丢减少公用工程冷却水、制冷剂等公用工程用量，降低了整个生产过程的能耗，符合中国制造2025中2020年能耗下降幅度要求。4.1.2 换热网络优化本项目使用夹点分析和热集成节能技术，结合Aspen Energy Analyzer V11.0软件，得到了适用于本系统的换热网络方案，使厂区内的冷热工艺物流在合理范围内换热，从而达到节省能量的目的。相较不采用热集成技术直接用公用工程进行换热的换热网络，热集成后的换热网络能量回收率（节能率）达到21.97%。换热网络如图：图4-1 换热网络运用热集成前后能耗对比如下：表4-1 优化前后能耗比较表项目热公用工程(kJ/h)冷公用工程（kJ/h）总计优化前8.1021089.30810817.41108优化后6.2041087.38110813.585108节能效率（%）23.4%20.7%21.97%4.2 热泵精馏技术当精馏塔的塔顶塔底温度跨越夹点的时候，如果进行热泵精馏可以有效回收一部分能量，从而使得冷热公用工程用量均可以明显减小，从而节约能量。通过热泵精馏，将功转化为热能，提升流股的温度品味，使原本不能换热的流股可以进行换热，从而使得冷热公用工程的用量均有所减少。这样，消耗少量电能（用于做功），节省大量的热量与冷量，便可以有效节约能量。热泵精馏技术的分离塔，热泵精馏节约能量1357.42kW，总能耗节约80%。表4-2有无热泵技术对比项目无热泵技术（kW）有热泵技术（kW）冷凝器00再沸器16910压缩机0199.98辅助冷凝器077.79辅助再沸器055.79总计1691333.58图4-2 热泵精馏第五章 新型过程设备应用技术创新5.1反应器结构创新反应器结构创新主要包括导流器、双段式水撤热系统、内外旋风分离器催化剂回收系统，分别介绍如下：5.1.1导流器反应物料乙炔与醋酸蒸汽混合后由底部进料管进入反应器。现有流化床反应器底部进料器仅有一个光滑的锥形封头进行过度，绝大部分混合气直接从分布板中部穿过，导致边缘气量和气压不足，分布板边缘部分催化剂不能被混合气充分吹起。长期过程中就造成了催化剂的堆积甚至堵塞，从而造成分布板压差大，严重缩短了检修周期，影响生产持续高效进行。针对这一问题，本项目采用新型流化床进料分布器（专利号：CN 206746501 U），对进料口进行分区，减小其流量和压力差。图5-1 新型流化床进料分布器1-进料管；2-锥形封头；3-分区隔板；4-支撑板新型流化床进料分布器包括进料管，所述进料管仅留管后端设置有锥形封头，锥形封头较小的一端与进料管连接，锥形封头内设置有若干锥形套的分区隔板，分割分区隔板从大到小依次相套排列，且均与锥形封头朝向一致并同轴，所锥形封头与分区隔板之间分区，分区隔板与分区隔板之间设置有若干支撑板。新型进料分布器结构示意图如上所示。5.1.2双段式水撤热系统反应器的控制方案方面，为实现反应器内部温度实现精确控温，本设计采用上下双段式水撤热系统满足控温要求。虽然流化床内温度大体分布均匀，由于床层较高，气泡在床层内分布不均，整体温度分布存在差异，具体体现为床层中部温度低，壁面温度高；反应器底部温度低，顶部温度高。通过与乙烯聚合反应相比较，该两种反应均为强放热反应。下表为具体对比结果：表5-1 流化床中醋酸乙烯合成和乙烯聚合反应放热量醋酸乙烯合成反应器体积m3272放热量kcal/h10180000单位体积放热量kcal/(m3h)37426乙烯聚合反应器体积m390放热量kcal/h7241400单位体积放热量kcal/(m3h)80460由表可知，醋酸乙烯合成反应和乙烯聚合反应均为强放热反应，且具有一定的可比性。本项目选取乙烯聚合反应相关的文献中提供的反应器温度分布图，用于流化床反应器中移热管的优化布局。因此在实际运行过程中设置双段撤热系统，反应底部通过气相反应物料移热，中部和上部设置换热管。在流化床中部布置较少的换热管（管数占比约1/4），在流化床上部布置较多的换热管（管数占比约3/4）。实现反应器内温度分布均匀，提高操作稳定性灵活性。图5-2双段式水撤热系统5.1.3 内外耦合旋风分离系统反应器采用醋酸锌/活性炭催化剂。流化床反应器中，催化剂的磨损问题一直是工业项目中的难点问题。本项目设计内外耦合旋风分离系统，在反应的同时实现了催化剂的气固相分离以及高效回收，具体结构组成如下：本项目流化床中，催化剂一直在反应器中沸腾，反应器出来的气体中，因沸腾过程触媒的损失夹带一些粉末，这些微粒必须除去，故反应气体先经四组并联的内旋风分离器，除去50 m以下的微粒，再经两组并联的外旋风分离器（粉末分离器），然后到气体分离塔。内旋风分离器分离下来的粉末通过下料腿回到反应器底部及中部，粉末分离器分离下来的粉末进入粉末受槽，再经粉末卸出槽，定期卸出。此旋风分离器的效率为50%，每日由粉末取出槽取出的粉末约80-400 L不等。图5-3 内外耦合旋风分离系统5.1.4 绿色高效催化剂 反应器采用醋酸锌/活性炭催化剂，使用进口添加碱式碳酸铋助剂，活性炭选择进口椰壳碳作为载体，具有微晶结构。铋含量在10 ppm 左右可以有效增加催化活性，当活性炭上的铜含量较高时，适当增加铋含量。助剂可有效抑制乙炔聚合物的生成，减少对催化剂的毒害作用。通过采用循环浸渍工艺、最佳的助剂添加量可以将催化剂的使用周期从250天增至300天，减少了设备停车更换催化剂次数，也减少了固体催化剂的用量近 20%，从而减少了固废的产生。5.2 分离设备结构创新5.2.1 New-vst Plus塔板本项目精馏体系中主要存在醋酸乙烯、醋酸、乙醛、丙酮和水等物质，由于醋酸乙烯具有共轭双键，该双键较活泼，导致甲醋酸乙烯存在自聚情况，即使加入阻聚剂也不能完全抑制其自聚反应。实际生产应用证明,含醋酸乙烯精馏塔若采用填料传质,时间一长就会发生堵塔现象,不能长期正常运行。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 New-vst Plus塔板比较适合解决存在的内件堵塞的问题，同时该塔板已在实际工厂中得到良好的应用及效益。图5-4 New-vst Plus塔板传质过程示意图使用New-vst Plus塔板，与F1浮阀相比，全塔效率提高10%以上。压降在低负荷时与F1型浮阀相当,高负荷时比F1浮阀低20% 30%,且负荷愈大，压降愈低。减少了设备投资，降低了能耗，很好地解决了体系自聚导致内件堵塞的问题，同时也具有较大的经济效益。5.2.2 精馏塔液体分布器创新本项目闪蒸罐设计时，采用常州大学自主研制的新型管槽式精馏塔液体分布器，如图5.6所示，新型管槽式液体分布器结合管式和槽式液体分布器的优点，分布器内进料由导液管进行第一次液体分布，经由分支管均匀进入一级布液槽中，布液槽内有锯齿形溢流板，锯齿底高保持一致，使槽内水量升高至锯齿底部时从槽口各个方向溢流进入二级布液槽，二级槽底连通管使槽内液体连通，水位保持一致。经过三重保障，能有效地提高液体分布的均匀性。图5-5 常州大学新型管槽式液体分布器示意图随着喷淋密度的增大，管槽式分布器的不均匀系数逐渐下降，最大喷淋密度时其值接近0，相对于管式和槽式分布器分别下降6%和11%；不同风速下，管槽式分布器相对于管式和槽式分布器的整塔压降最高分别降低24和16；而且管槽式分布器壁流效应比管式与槽式的更不明显，具有广阔的应用前景。5.3 输送设备结构创新5.3.1 新型屏蔽磁力泵由于整个工艺流程中存在大量的醋酸和醋酸乙烯等具有强烈腐蚀性的化学物质，且反应器等处的温度较高，因此我们选用输送介质磁力泵作为醋酸生产工艺中作用极其重要的介质的输送设备。（例：醋酸精制塔塔釜出料泵P0303A/B）其在高温强腐蚀性的作用下泵体中的叶轮连接处、内磁转子连接处的部件结构，普通泵部件结构通常采用键与键槽的结合并配合螺栓、螺母的栓固结构，该部件结构极易被腐蚀毁损，致使磁力泵无法正常工作，既缩短了磁力泵的运行周期，又增加了磁力泵维修维护的成本，并且严重影响了产线生产的效率。此外，醋酸的强腐蚀性以及高温特性也使磁力泵泵壳内的金属衬被、叶轮及叶轮口环等部件易被腐蚀，不仅降低了磁力泵的稳定性，而且缩短了磁力泵的运行周期。这种新型屏蔽泵摒弃磁力泵中叶轮连接处、内磁转子连接处易被酸性液体腐蚀的键与键槽的配合结构，以加强传动部件结合处的稳定性、耐酸蚀性。此外， 鉴于锆及锆合金材质设备遭受酸蚀破坏的情况较少，本实用新型采用将部分过流部件（如泵壳、口环、叶轮、泵轴、节流盘等）由锆材制作而成，而泵轴、隔离套、内磁转子、卡盘是由哈氏合金制作而成。以增加磁力泵关键性部件的使用寿命，减少部件因腐蚀造成的损失，从而延长磁力泵的稳定运行周期。本实用新型耐酸蚀的磁力泵相较于普通磁力泵具有：传动部件结合处的稳定性、耐酸蚀性强且防转防松，同时过流部件耐酸蚀性也得到加强，从而提升磁