PDF版设计文档7-创新点概述

- 1 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 - 2 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 目录目录 第一章 摘要 . 5 第二章 原料方案及其体系创新. 7 2.1 资源利用（原料）方案创新. 7 2.2 产品结构方案创新. 9 第三章 清洁生产技术创新 . 13 3.1 绿色催化剂应用. 13 3.2 三废资源化处理技术. 13 3.2.1 废液排放量及处理表. 13 3.2.2 废气排放量及处理表. 15 3.2.3 废固排放量及处理表. 16 3.3 单产碳排放减少. 17 第四章 反应技术及分离技术创新 . 18 - 3 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 4.1 反应技术创新. 18 4.1.1 乙烯法制备 VAC 工艺 . 18 4.2 分离技术创新. 20 4.2.1 萃取精馏技术. 20 4.2.2 膜分离技术. 21 4.3 反应分离集成技术. 21 第五章 过程节能降耗技术创新. 23 5.1 换热网络集成优化. 23 5.2 热泵利用技术. 25 第六章 新型过程设备的应用技术创新 . 27 6.1 反应器结构创新. 27 6.2 分离设备结构创新. 29 6.2.1 萃取精馏分离器. 29 6.2.2 膜分离设备创新. 30 - 4 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 6.2.3 气液分离器. 31 6.3 输送设备结构创新. 34 6.4 换热设备结构创新. 35 第七章 环境保护技术创新 . 37 - 5 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 第一章 摘要 图图 1 1- -1 1 老工艺老工艺 图图 1 1- -2 2 本项目的新本项目的新工艺工艺 - 6 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 表表 1 1- -1 1 新老工艺对比新老工艺对比 本项目对新老工艺分别用 aspen 进行模拟，如图 1-1，图 1-2。并从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及工业固体废物综合利用率四方面进行对比，结果见表 1-1，由结果可得本项目符合中国制造 2025中提出 的绿色发展 2020 指标。 指标指标 新工艺新工艺 老工艺老工艺 新老工艺对比新老工艺对比 单位工业增加值能耗 0.19 吨标煤/ /吨醋酸乙烯 0.24 吨标煤/ /吨醋酸乙烯 较老工艺降低 26.3% 单位工业增加值二氧化碳排放量 5.69 吨 CO2/ /吨 6.98 吨 CO2/ /吨 较老工艺降低 22.6% 单位工业增加值用水量 本项目生产中不需要用水作为反应物料、 萃取剂等 4.562 吨水/ /吨 / / 工业固体废物综合利用率 采用新工艺后单程寿命按 3600 小时寿命来算 单程寿命按 450 小时寿命来算 较老工艺提高 80% - 7 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 第二章原料方案及其体系创新 2.1 资源利用（原料）方案创新 众所周知，世界上已将乙烯产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。随着中国经济的快速发展，中国对乙烯衍 生物市场终端产品的需求在快速增长;印度的市场需求也在同步增长，但基数相对较小。资料显示，我国乙烯及其下游行业发展迅猛， 在世界市场占有举足轻重的地位。本项目依托中国南京塞拉尼斯有限责任公司母厂生产的醋酸，且以扬子石化-巴斯夫生产的高纯乙烯 作为原料，与氧气，氮气（保护气）反应制备醋酸乙烯，同时副产二氧化碳与乙醛。 目前，世界上生产醋酸乙烯的厂家有 73%使用乙炔作为原料，利用乙炔为原料的缺点是能耗高，污染严重，催化剂易失活，乙醛、 巴豆醛、丙酮等反应产生的副产物太多，并且随着温度的升高，副产物会加剧。而本项目以乙烯为原料，用该原料进行生产绿色环保， 操作简单，催化剂寿命长，工艺经济性优，能源利用率高，且副产物少，碳原子利用率较高。 同时，近年来我国醋酸产能过剩，选择醋酸为原料可以在一定程度上改变国内醋酸供求格局，同时开辟了新的醋酸利用路线。 本工艺流程以此实现了原料资源化利用，符合石化和化学工业“十三五”发展规划，实现了利用原料生产高附加值、又有市 场需求的下游产品。 表表 2 2- -1 1 主要原料主要原料、辅助原料辅助原料、催化催化剂剂来源表来源表 项目 名称 数量（t/a） 来源 运输方式 备注 - 8 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 主原料 乙烯 39263 来自扬子石化-巴斯夫化工有限公司 管道运输 纯度99.9 醋酸 82855 来自塞拉尼斯（南京）化工有限公司 管道运输 纯度99.5 氧气 24271 来自空气化工产品（南京）有限公司 管道运输 纯度 100 氮气 174 来自空气化工产品（南京）有限公司 管道运输 纯度 100 辅助原料 甘油 101 南京清扬商贸实业有限公司 管道运输 纯度95 钯-金催化剂 20 宁波东钱湖旅游度假区优适活性炭 厂 车辆运输 单程寿命按 450 小时寿命来算 压缩空气 25000 厂区内压缩机压缩空气自供 管道运输 通过压缩机压缩空气实现供给 - 9 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 2.2 产品结构方案创新 目前，世界上生产醋酸乙烯的厂家有 73%使用乙炔作为原料，并常利用电石乙炔法进行醋酸乙烯的生产，即乙炔和醋酸在一定温 度下通过催化剂进行反应，产生乙醛、巴豆醛、丙酮等副产物，能耗高，污染严重，催化剂易失活。本项目利用乙烯气相法进行生产， 该法产生二氧化碳及乙醛两种副产品，且两种产品纯度都较高，实现了碳原子的充分利用，绿色环保，操作简单，工艺经济性优，催 化剂寿命较长，能源利用率高。 醋酸乙烯的合成路线已有数十种，已工业化及具有工业化前景的生产方法有以下几种 ：乙醛与醋酸两步合成法、乙烯液相法、乙 烯气相法、乙炔液相法、乙炔气相法、甲醇合成气法、二甲醚一步合成法、二醋酸亚乙酯裂解法。采用何种工艺生产醋酸乙烯，要因 地制宜，根据工况条件、原料物质的来源难易、生成物的资源化利用和无害化处理的便利条件、能耗、设备装备的适用性、经济性等 多方面因素综合考虑确定。经过工艺论证本项目以乙烯与醋酸、氧气在氮气为保护气下反应生成醋酸乙烯。以下为典型醋酸乙烯方法 进行消耗、流程繁简、安全环保等方面对比。 1)乙醛与醋酸两步合成法：该技术流程长，产生的副产品多，能耗高。 2)乙烯液相法：此方法的生产也较为早，但是催化剂中的氯原子腐蚀性太严重。 3)乙烯气相法：该法绿色环保，操作简单，工艺经济性优，能源利用率高，但对于催化剂的要求会比较高。 4）乙炔液相法：此工艺方法为最早的生产方法，但缺点是催化剂选择性少，副产品多，设备腐蚀严重。目前，该法已经被完全淘 汰了。 5)乙炔气相法：该方法分为天然气乙炔法和电石乙炔法，电石乙炔法分为湿法和干法。 湿法电石乙炔法：原料来源比较多，但是 - 10 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 该工艺用水量大、乙炔溶液在水中的损失大、污染大、成本高；干法电石乙炔法：该方法生产对电石颗粒要求十分严格，反应不完全 同时电石渣分离困难，影响乙炔气的质量；天然气乙炔法：相对于电石乙炔法提高了乙炔的净化和回收率，操作费用也少一点，但是 污染还是比较大。综上所述：乙炔气相法技术简单，催化剂廉价，但是能耗高，污染严重，催化剂易失活。 6) 甲醇合成气法：该法不依赖石油资源，实现了醋酸的循环使用，没有副产物，缺点是催化剂复杂。 7) 二甲醚一步合成法：该方法合成方法过程简单，工艺条件温和，易于工业化。但是目前收率较低，产生大量的氯化钠废水。 8)二醋酸亚乙酯裂解法：该反应不在依赖石油，但是副反应多。 表表 2 2- -2 2 典型醋酸乙烯生产工艺技术指标对比表典型醋酸乙烯生产工艺技术指标对比表 醋酸乙烯生产技术 消耗 工艺流程难易程度 单程转化率% 选择性% 环保 安全 乙醛与醋酸的两步合成法 高 复杂 已被淘汰 已被淘汰 污染一般 安全 乙烯液相法 高 简单 已被淘汰 已被淘汰 污染一般 安全 乙烯气相法 较低 简单 10 （乙烯） 9094（乙烯） 绿色工艺 一般 乙炔液相法 较低 简单 已被淘汰 已被淘汰 污染严重 一般 乙炔气相法 高 简单 1216（乙炔） 9298 （乙炔） 污染严重 安全 甲醇合成气法 低 简单 44（甲醇） 88.5（甲醇） 污染一般 一般 二甲醚一步合成法 高 简单 82.2（二甲醚） 1.50（醋酸乙污染一般 一般 - 11 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 表表 2 2- -3 3 典型醋酸乙烯合成工艺优缺点对比表典型醋酸乙烯合成工艺优缺点对比表 醋酸乙烯生产技术 优 点 缺 点 乙醛与醋酸的两步合成法乙醛与醋酸的两步合成法 比较安全 流程长，产生的副产品多，能耗高 乙烯液相法乙烯液相法 消耗较低 催化剂中的氯原子腐蚀性太严重 乙烯气相法乙烯气相法 绿色环保， 操作简单， 工艺经济性优， 能源利用率高 催化剂的要求会比较高 乙炔液相法乙炔液相法 流程简单 催化剂选择性少，选择性低，副产品多 乙炔气相法乙炔气相法 天然气、煤炭资源丰富 电石法和天然气法生产乙炔能耗较高， 生产过程中易产生电石 渣、废水和废气等，对环境有一定的污染 甲醇合成法甲醇合成法 副产品多 原料廉价， 降低了生产厂家的生产成本， 创造了经济效益， 也对社会产生良好的环境效益 二甲醚一步合成法二甲醚一步合成法 不依赖石油资源，实现了醋酸乙烯原均相反应本身存在后期催化剂回收利用和产物分离困难， 以及 烯） 二醋酸亚乙酯裂解法 低 复杂 59.98（二醋酸亚 乙酯） 45.67（醋酸乙 烯） 污染一般 一般 - 12 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 料路线的根本改变 该反应体系存在操作条件要求较高的危险 二醋酸亚甲基裂解法二醋酸亚甲基裂解法 副产品多 反应不在依赖石油 通过以上比选结果，得出本项目工艺方案为：乙烯气相法生成醋酸乙烯。 本项目依托中国南京塞拉尼斯有限责任公司，以中国扬子石化-巴斯夫有限责任公司提供的乙烯为原料，与氧气，醋酸在氮气保护 气下反应制备醋酸乙烯，同时副产二氧化碳与乙醛，相比现代国内的乙炔法制备醋酸乙烯，从源头上解决了污染，运用了萃取精馏与 膜分离技术，降低了能耗和设备投资。本项目降低了能耗和设备投资，热公用工程节能 36.95%，冷公用工程节能 11.09%，生产醋酸乙 烯的同时并得到了资源化利用，共计生产醋酸乙烯 10 万吨/年，副产二氧化碳 0.43 万吨/年和乙醛 0.02 万吨/年，大大提高了碳原子的 利用率。 表表 2 2- -4 4 产品产品结构结构一览表一览表 序号序号 产品产品 产产量（万吨量（万吨/年）年） 规规 格格 备注备注 1 醋酸乙烯 10 99.8% 主产品 2 二氧化碳 0.43 99.99% 副产品 3 乙醛 0.02 99.99% 副产品 - 13 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 第三章清洁生产技术创新 3.1 绿色催化剂应用 本项目第一工段采用负载型催化剂，以金属钯、金为双金属催化剂的金属活性组分，醋酸钾为助催化剂，以活性炭为载体（pd 含 量 0.5%，Au 含量 0.1%，CH3COOK 含量 0.01%，C 含量 98%）。该类型的催化剂内部的孔隙又多又大，表面积很大，活性中心较多，使用 时的作用快、效率高，所需处理时间缩短。 在金属 Pd 中加入第二种金属可改善其电子效应和几何效应，生成双金属混合位，进而提高该催化性能。助催化剂醋酸钾能促进物 理吸附的乙酸解离，减弱 Pd-C 链的结合，有利于醋酸乙烯的生成，即提高了催化剂的活性。活性炭由于其比表面积大、孔结构发达、 孔径小且分布窄、灰分含量低、吸附量大、吸脱速度快、再生容易。该催化剂不易碎裂，耐氧化，耐磨损，耐热，并较容易再生。 3.2 三废资源化处理技术 3.2.1 废液排放量及处理表 表表 3 3- -1 1 废废液液排放一览表排放一览表 序号序号 废液名称 有害物组成 排放量 t/h 排放点 排 放 方式 排放去向 处理方法 名称名称 含量含量% % - 14 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 1 1 废水 H2O C2H4O C2H4O2 C4H6O2 C3H8O3 95.87% 0.17% 0.11% 3.41% 0.45% 0.895 第二工段液液分离器 V0204 连续 送厂区污水处理厂 回收使用 2 2 醋酸精制塔废水 H2O C2H4O2 99.99% 0.01% 1.969 第二工段醋酸精制塔塔顶 T0203 连续 送厂区污水处理厂 回收使用 3 3 含醋酸废液 C2H4 O2 N2 C4H6O2 H2O C2H4O2 CO2 C2H4O 2.97% 0.02% 0.18% 14.32% 1.14% 81.18% 0.03% 0.16% 0.872 第二工段多级压缩机 C0201/C0202 连续 送厂区污水处理厂 回收使用 4 4 水膜分离器废水 H2O C2H4O2 99.99% 0.01% 0.093 第三工段水膜分离器 X0301 连续 送厂区污水处理厂 回收使用 5 5 含醋酸废液 C2H4 H2O C2H4O2 C4H6O2 C2H4O CO2 7.27% 1.26% 43.67% 46.22% 1.50% 0.05% 1.270 第二工段闪蒸罐V0207 连续 送厂区污水处理厂 回收使用 - 15 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 本项目内排水按其水质分为生产污水系统、生活污水系统、污染与水系统和雨水系统，在设计上层层把关，做到清污合流。 （1 1） 生产废水生产废水 本项目生产废水主要来至第二工段与第三工段，主要含乙酸、甘油、及少量醋酸乙烯等。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回收使用。 （2 2） 生活废水生活废水 生活污水排入全厂生活污水干管，最终进入总厂生活排水管网。 （3 3） 地面洗水地面洗水 工艺装置区和罐区围堰内的地面冲洗水和下雨时的初期雨水，经排水地沟收集，然后经全厂地下排水管网送至厂区污水处理站。 （4 4） 事故废水事故废水 从风险事故分析及采取的相应措施可知， 本项目风险事故中产生的污染物即为火灾事故处理中产生的事故消防废水。 装置事故时， 消防水量 100L/s，持续时间按 2h 计算，水量为 720m 3。发生事故时，人工关闭后期雨水阀，打开初期雨水阀，事故水直接排入含油污 水系统，后排入南京工业园区事故水池。 3.2.2 废气排放量及处理表 表表 3 3- -2 2 废废气气排放一览表排放一览表 序号 废气名称 有害物组成 排放量 m 3/h 排放点 排放方式 排放 去向 处理方法 名称名称 含量含量% % N2 0.03% 6 6 生活废水等 COD、SS 等 0.11 全场生活设施 间歇 送厂区污水处理厂 分解处理 - 16 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 1 1 含乙烯废气 C2H4 H2O C2H4O2 C4H6O2 C2H4O N2 O2 CO2 91.39% 0.02% 0.13% 1.20% 0.29% 5.45% 0.61% 0.91% 31.13 第二工段闪蒸罐 V0207 连续 总厂火炬 燃烧供热 化工厂的主要大气污染物来源有:加热炉和锅炉排放的燃烧气体;生产装置产生的不凝性气体;反应的副产气体;化工厂物料往返输 送所产生的跑、冒、滴、漏，构成了化工厂的大气污染之一。 本项目有组织排放的尾气主要来源于第二工段的闪蒸罐，经初步处理后汇至总厂，送母厂火炬系统或者燃气管网进行燃烧处理， 塞拉尼斯设有火炬气回收装置，正常时可以回收所有火炬气作为燃料使用。燃烧后主要成份 CO2、 水蒸汽等，对大气环境危害较小。 3.2.3 废固排放量及处理表 表表 3 3- -3 3 废固排放一览表废固排放一览表 序号 废固名称 有害物名称 排放量 （吨/年） 排放点 排放方式 排放去向 处理方法 1 1 钯-金催化剂 Pd-Au/CH3COOK-C（pd:0.5%，Au:0.1%， CH3COOK:0.01% C:98%） 20 醋酸乙烯合成反应器 R0101 半年/次 供应商回收 回收 2 2 生产包装物 低毒或腐蚀性 0.6 生产使用 间歇 送资质单位处理 降解 3 3 生活垃圾 生活垃圾 5.4 生活区 间歇 送至垃圾处理站 降解 本项目主要产生的废固为失效催化剂和生活垃圾。 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 - 17 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 入固定堆放催化剂的仓库进程暂存。送生产厂家回收，并进行再负载。 项目职工日常生活垃圾实行袋装化管理，定点封闭储存，及时清运，送入垃圾处理中心。 综上所述，本工程产生的废固经妥善收集处置后对周围环境无影响。 3.3 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。 本项目通过热集成技术，节能 10280kW。其中，所需热公用工程为 9270 kW，所需冷公用工程为 1010kW，进行优化后，热公用 工程节省 36.95%，冷公用工程节省 11.09%，实现了较大程度的能量回收利用，使用该技术，可减少 CO2排放。 - 18 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 第四章反应技术及分离技术创新 4.1 反应技术创新 4.1.1 乙烯法制备 VAC 工艺 目前，世界上生产醋酸乙烯的厂家有 73%使用电石乙炔法，该方法技术简单并且催化剂廉价，但是此气相法的缺点是能耗高，污 染严重，催化剂易失活，乙醛、巴豆醛、丙酮等反应产生的副产物太多，并且随着温度的升高，副产物会加剧。且电石乙炔法由于污 染大、成本高，在国外已属逐步淘汰的技术。 本项目将乙烯与氧气，醋酸在氮气保护气下反应制得醋酸乙烯，同时副产二氧化碳与乙醛， 相比现代国内的乙炔法制备醋酸乙烯， 从源头上解决了污染，运用了萃取精馏与膜分离技术，降低了能耗和设备投资，产品质量高，且副产纯度较高的二氧化碳及乙醛，实 现了碳原子的充分利用。 此外，本项目用提升管-流化床反应器，一改传统乙烯气相法固定床反应器中催化剂更换费事，传热系数较小等缺点，利用提升管 式反应器与流化床反应器的耦合，大大增强了催化剂的使用周期且增强了反应的转化率，使反应工艺更加高效。 醋酸乙烯合成工段流程图如图 4-1 所示。 - 19 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 图图 4 4- -1 1 醋酸乙烯合成工段流程图醋酸乙烯合成工段流程图 - 20 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 4.2 分离技术创新 4.2.1 萃取精馏技术 本项目在产品精制工段采用萃取精馏技术对醋酸乙烯-水进行高效分离。向醋酸乙烯-水混合溶液中加入萃取剂甘油（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。 表表 4 4- -1 1 萃取萃取精馏塔精馏塔出料一览表出料一览表 项项 目目 组组 分分 质量流量质量流量 kg/h 组组 成成% 塔顶出料 水 1.58578 0.15 醋酸乙烯 1034.96 96.42 乙醛 36.5231 3.40 甘油 0.338434 0.03 塔底出料 水 91.7317 2.11 醋酸 0.00176 - 醋酸乙烯 575.268 13.22 甘油 3683.45 84.67 - 21 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 4.2.2 膜分离技术 本项目应用了先进的膜分离技术，在提纯循环工段运用脱二氧化碳膜，产品精制工段运用了醋酸乙烯体系脱水膜。下面仅对脱水 膜进行叙述。 在产品精制工段运用了醋酸乙烯体系脱水膜，本项目应用了先进的渗透汽化膜，膜分离过程为管、膜以及壳程三个传质阶段，气、 液在膜的两侧均处于层流状态，分别产生气相边界层和液相边界层。 本项目含水混合物经预热后进入膜组件进料侧，而渗透侧采用抽真空方式维持一个低压环境。在进料侧，水分子优先吸附于膜表 面，在膜两侧水蒸气分压差推动下透过膜，并在膜渗透侧汽化为水蒸气。经分离操作后，膜进料侧出口得到无水的产品，而渗透侧组 分经冷凝后去废水处理。 经过膜分离的醋酸乙烯-水混合物从原先的含水量 10.2 降至 5.4%以下。分离后的醋酸乙烯进入后续设备继续分离。通过膜分离技术 可最大程度地利用资源。 4.3 反应分离集成技术 本项目采用流化床反应器与一段旋风分离器的耦合，原料进入提升管式反应器进行反应，反应完的产物进入沉降段的一段旋风分 离器内进行分离，旋风分离器顶部为产品，底部出催化剂，催化剂进入再生段，再生段类似于一流化床反应器，压缩空气由底部通入， 进入气体分布器均匀分布，并使一段旋风分离器底部的催化剂再生且呈流态状分布于再生段，再生段的催化剂进入二段旋风分离器进 行后续的分离。如下图 4-2 所示： - 22 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 图图 4 4- -2 2 提升管提升管- -流化床反应器流化床反应器 - 23 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 第五章过程节能降耗技术创新 5.1 换热网络集成优化 本项目使用了夹点分析和热集成节能技术，运用了 Aspen Energy Analyzer V8.4 软件，得到适用于本系统的换热网络方案。使厂 区内的冷热物流在合理范围内换热，从而达到节省能量的目的，最终获得一个能量较大回用的换热网络，如下图所示： 图图 5 5- -1 1 换热换热网络网络前前 - 24 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 图图 5 5- -2 2 换热换热网络网络后后 相较于热集成技术直接用公用工程进行换热的换热网络，运用热集成前后能耗对比如下： 表表 5 5- -1 1 公用公用工程对比表工程对比表 项目项目 冷 公 用 工 程冷 公 用 工 程 / /MWMW 热 公 用 工 程热 公 用 工 程 /MW/MW 总计总计/MW/MW 直接公用工程 9.11 25.09 34.2 换热网络设计 8.1 15.82 23.92 能量减少量/% 11.09 36.95 30.64 - 25 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 可以发现产生了节能效果，加强了生产过程的经济性，能量回收率（节能率）达到 30.64%，热集成分析详细参见能量集成及换 热网络设计。 5.2 热泵利用技术 在无热泵技术的情况下时，组合曲线如图 5-3 所示。 图图 5 5- -3 3 组合曲线（不含节能措施）组合曲线（不含节能措施） 由图可以看出，在 65左右存在平台区且热量较大，经分析可知，该平台处有一部分为醋酸乙烯精制精馏塔（T0304），塔顶塔 底温差为 47.4，且存在较大的相变热，可以采用热泵技术。如果通过改变物质的汽化温度，使两平台“错开”，从而回收更多的能 量。结合以上两点原因，我们设计了热泵蒸发的方式来进行有效的能量回收。通过热泵蒸发，将功转化成热能，提高流股的温位，使 原本不能换热的流股可以进行换热，从而减少公用工程的用量。这样，消耗少量电能（用以做功）便可以节省大量的冷量与热量，从 - 26 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 而节能。 将醋酸乙烯精制精馏塔 T0304 的冷凝器取消，直接引出塔顶气相，通过压缩机加压，使得塔顶气相的温度提高一个等级，作为热 源至塔釜再沸器换热，放出热量冷凝部分气体，再经节流阀减压降温，由于醋酸乙烯产品纯度要求，故在节流后继续通过较为经济的 二次冷凝，用公用工程降温至 21，从而得到符合产品要求的醋酸乙烯，一部分液体回流至塔内进行再次分离。塔釜则在换热过程中 已经达到再沸负荷的要求，其结构如图所示： 图图 5 5- -4 4 塔顶气体压缩式热泵精馏流程图塔顶气体压缩式热泵精馏流程图 考虑压缩机做功和冷却器能耗，热泵技术比无热泵技术大大节省能耗，在产品精制工段采用热泵技术，提高了热能的利用率。 - 27 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 第六章新型过程设备的应用技术创新 6.1 反应器结构创新 由于本项目主要反应乙烯气相氧化法生成醋酸乙烯为气固相放热反应，放热量较大，当温度升高时对反应选择性和转化率造成较 大影响。由于高温下催化剂易结焦失活，为了实现良好的传热性能与催化剂的高效催化，我们采用提升管-流化床反应器。 本项目采用提升管式反应器与流化床反应器的耦合，原料进入提升管式反应器进行反应，反应完的产物进入沉降段的一段旋风分 离器内进行分离，旋风分离器顶部为产品，底部出催化剂，催化剂进入再生段，再生段为一流化床反应器，压缩空气由底部通入，进 入气体分布器均匀分布并使一段旋风分离器底部的催化剂呈流态状分布于再生段，再生段的催化剂进入二段旋风分离器分离，旋风分 离器顶部为压缩空气进行放空，底部分离出的可循环利用的催化剂进入储存区储存，以便进入提升管反应器进行再利用。 - 28 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 图图 6 6- -1 1 提升管提升管- -流化床流化床反应器示意图反应器示意图 - 29 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 6.2 分离设备结构创新 6.2.1 萃取精馏分离器 本项目在产品精制工段采用萃取精馏技术对醋酸乙烯-水进行高效分离。向醋酸乙烯-水混合溶液中加入萃取剂甘油（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。 图图 6 6- -2 2 萃取精馏塔示意图萃取精馏塔示意图 - 30 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 6.2.2 膜分离设备创新 膜组件是膜分离系统的核心部件，是提纯或分离过程的发生场所。在膜组件中，热料液蒸汽在膜两侧压力差的驱动下透过膜孔进 行传质。 原料以一定组成、一定流速进入膜组件，由于其中的某一组分更容易通过膜，所以膜组件内料液的组成和流速均随位置而变化， 进入膜组件的料液通过膜组件后分为两部分，即透过物和截留物，透过物即为通过膜孔的那部分物流，截留物则为被膜丝所截留的物 流。 综合各个本流程及产品特点，我们创新性地选用对流体质量要求低、抗污染能力强、清洗方便的圆管式膜组件。 所谓圆管式膜是指在圆筒状支撑体的内测或外侧刮制上一层半透膜而得到的圆管形分离膜，再将一定数量的这种膜管以一定方式 连成一体而组成，其形状类似于列管式换热器。 图图 6 6- -3 3 管式膜组件原理图管式膜组件原理图 - 31 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 6.2.3 气液分离器 本项目的物料信息如下表所示： 表表 6 6- -1 1 气液分离器工艺参数气液分离器工艺参数 参数 进口物料 气体出料 液体出料 温度/ 37.1 30 30 压力/bar 5.95 1.1 1.1 气相分率 0 1 0 摩尔流率/（kmol/hr） 975.805 32.071 943.734 质量流率/（kg/hr） 54174.6 995.481 53179.1 体积流率/（m 3/hr） 55.325 734.87 52.744 因分离液体量较少，选择立式丝网分离器来完成该气液分离过程。在实际应用中，会存在由于气体量大而形成大量液体被夹带从 上口出去，为了达到更好的气液分离效果，本项目在在丝网部分参考黑龙江鑫达晟机械科技有限公司的专利 CN201520216299.4一种 高效除沫气液分离器来解决气液分离不够彻底，无法适应长时间的气液分离工作的问题。在罐体内设置除沫装置、挡板、电源、时 控开关和若干初步清洁装置，除沫装置安装在罐体的上端，挡板设在除沫装置上部的蒸汽出口处，初步清洁装置在除沫装置上，初步 清洁装置的输入端通过时控开关与电源建立连接。除沫装置包括第一丝网捕沫器（波浪形）和第二丝网捕沫器（上装式）。第一丝网 - 32 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 捕沫器和第二丝网捕沫器均包括丝网垫和支架，支架贴合安装在丝网垫的上下两侧，蒸汽经过两层丝网捕沫器进行分离，能够将 95% 的气液进行分离，从而加强分离效果。每个震动包括防水罩、电机和偏心凸轮，电机固定在第一丝网捕沫器上和第二丝网捕沫器的支 架上，电机的输出轴与支架器平行，所述电机的输入端通过时控开关与电源建立连接，电机的输出轴上安装有偏心凸轮，防水罩扣在 电机和偏心凸轮的外部，电机转动带动偏心凸轮转动，形成震动，使支架产生震动，进而丝网垫上的带有微小颗粒的液滴加速下落， 方式因液滴内的微小颗粒滞留在丝网上造成丝网的堵塞。 该新型技术与现有技术相比具有以下效果：蒸汽经过第一丝网捕沫器和第二丝网捕沫器逐层分离后由蒸汽挡板进行最终的气液分 离，分离效果更加彻底，同时利用震动装置，使附着在除沫装置上的液滴快速下落，在气液分离器工作的同时进行初步清理，使设备 工作时间更长，本实用新型提高了工作效率，延长了工作时间，保证了气液分离质量，从根本上解决了蒸汽夹带物料的问题，从而保 证了蒸发器更高效更稳定的运行。具体结构图如下图所示： - 33 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 图图 6 6- -4 4 高效除沫气液分离器结构图高效除沫气液分离器结构图 - 34 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 6.3 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， 适宜于输送有毒液体 （如毒素、 难闻液体） 、 危险性液体（如腐蚀性、爆炸性、易燃性和挥发性液体）、贵重液体等。为了贯彻绿色节能的理念，本项目所用泵通过市场调查决定 采用新型节能屏蔽泵，该系列泵由上海佰诺泵阀有限公司生产，从而替代了以往高耗能的常规屏蔽泵产品。 常规屏蔽式电动机与同功率同极数普通电动机相比效率要低 10 个百分点，功率因数则更低。但是该系列泵磁路为径向结构，结构 简单、漏磁较少，由于空间的限制，采取这种特殊的隔磁方式，减小隔磁桥的尺寸来增大磁阻，使漏磁减小，使用较少钕铁硼永磁体 能够提供电动机所需的气隙磁密。该设计使泵的整体效率提高，利用哈氏合金、钕铁硼永磁材料，使电机效率高、功率因数高及功率 密度大、过载能力强，且温升低，噪声小，长期高温运行时可靠性高，无泄漏、防爆、耐腐蚀等特点，且可以在 200下稳定运行。 图图 6 6- -5 5 新型屏蔽新型屏蔽泵泵 - 35 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 6.4 换热设备结构创新 管壳式换热器中，普遍存在着传热效率低下的问题，而且还由于无机物沉淀结垢、微生物滋生繁衍、污泥杂物淤积等在换热管内 形成日益增厚的污泥层，大幅度降低了传热效率，造成严重的能源浪费。传热效率低下和传热表面积结垢所造成的传热劣化问题一直 是制约提高能源利用率的瓶颈问题。工业中应用最广的是列管式换热器，由于细长管内介质流动中沿管壁为速度缓慢的边界层，对流 传热效率低，而且普遍存在管内结垢的问题严重影响换热。针对上述问题，我们采用了洁能芯技术来减轻管内结垢影响换热的问题。 图图 6 6- -6 6 洁能芯结构原理图洁能芯结构原理图 - 36 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 该装置由固定架，转子和支撑轴等部件组成。两固定架分别承插固定在换热管的两端，转子的表面有螺棱，转子上有中心孔，支 撑轴穿过转子的中心孔固定在两定架上。在换热器传热管内放置多个转子，转子的总长度略小于传热管长度，转子的外径小于传热管 的内径，转子的中心孔直径略大于支撑轴的外径。支撑轴的中心线与传热管的中心线基本重合。转子在流体介质的作用下不需要外部 动力即能自如转动。在介质冲击下，转子自动悬浮于换热管中心，并且当流场稳定时，可将管内转子看作整体同步转动 图图 6 6- -7 7 洁能芯实物图洁能芯实物图 采用洁能芯技术的优点有： （1）加剧了流体的湍流强度及边界层的扰动，并可以防止污垢的沉积 ，使传热强化并起到清洁的作用。 （2）流体中间区域密度较大的冷流体趋于向外流动，与靠近边缘的密度较小的热流体相混合，这种径向混合现象可更有效地提高 换热效率。 （3）整体的表面传热系数分布比较均匀。 - 37 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 第七章 环境保护技术创新 本项目实现资源化利用的同时实现清洁生产，本项目通过“三大循环”醋酸吸收剂的循环、未反应醋酸循环、未反应原料气的 循环，以及“三小循环”分离废水循环、萃取剂甘油循环、萃取剂回收塔塔顶水的循环，实现物料的最大化利用，大幅减少了废液、 废气以及废固的产生，副产二氧化碳与乙醛，实现了碳原子的高效利用，同时利用本项目的提升管-流化床反应器，实现了催化剂的高 效利用。生产过程中仅产生一股废气、五股废水及少量废固。三废具体信息见下表所示。 表表 7 7- -1 1 废液排放一览表废液排放一览表 序号序号 废液名称 有害物组成 排放量 t/h 排放点 排放方式 排放去向 处理方法 名称名称 含量含量% % 1 1 废水 H2O C2H4O C2H4O2 C4H6O2 C3H8O3 95.87% 0.17% 0.11% 3.41% 0.45% 0.895 第二工段液液分离器 V0204 连续 送厂区污水处理厂 回收使用 2 2 醋酸精制塔废水 H2O C2H4O2 99.99% 0.01% 1.969 第二工段醋酸精制塔 塔顶T0203 连续 送厂区污水处理厂 回收使用 - 38 - 中国南京塞拉尼斯年产 10 万吨醋酸乙烯项目 创新点概述创新点概述 本项目内排水按其水质分为生产污水系统、生活污水系统、污染与水系统和雨水系统，在设计上层层把关，做到清污合流。 （1 1）生产废水）生产废水 3 3 含醋酸废液 C2H4 O2 N2 C4H6O2 H2O C2H4O2 CO2 C2H4O 2.97% 0.02% 0.18% 14.32% 1.14%