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长春化工年产14万吨醋酸乙烯酯项目 摘要摘 要 目录1.项目简介13.工艺设计14.节能设计25.设备设计46.清洁设计97.厂区选址与布置108.安全环境分析119.经济效应分析1110 .项目总结12宁波工程学院KSF团队I1.项目简介本项目采用乙烯法和羰基化法联合工艺为长春（江苏）化工有限公司建立年产14万吨醋酸乙烯酯分厂项目，同时副产醋酐、乙醛、二氧化碳。原料来自总厂、园区及扬子石化有限公司，项目建设用地位于长春化工厂区西南侧预留空地上。本团队在工艺设计中，兼顾经济效益和清洁生产，思路新颖，亮点突出，其主要体现在如下几个方面：l 资源化利用总厂中间产物醋酸甲酯，作为羰基化原料结合乙烯法生产醋酸乙烯酯；l 采用分离技术得到纯度超过99.5%的二氧化碳产品，实现二氧化碳回收利用；l 固体催化剂采用液体浸泡、薄膜蒸发等再生工艺，使固体废弃物废弃物利用率达到75%；l 采用热泵精馏技术、热集成技术等多项节能技术对工艺流程进行优化，能耗达到绿色发展2020下降18%的要求；l 工艺流程中实现醋酸、乙烯、醋酸甲酯、一氧化碳、氢气等多种物料的循环，提高原子利用率。3.工艺设计出于环保、技术经济市场、国家政策、国家资源分布等多方面考虑，我们分析对比了各种工艺路线，最终确定了我们的整套工艺。本项目采用乙烯法和羰基化法联合工艺生产醋酸乙烯酯，资源化利用总厂中间产物醋酸甲酯作为部分原料，采用乙烯、醋酸多种循环技术，得到了醋酐、乙醛、二氧化碳副产品。工艺流程如图3-1所示，详见初步设计说明书第四章化工工艺与系统。图3-1 工艺流程简图4.节能设计 热集成技术本项目使用了夹点分析和热集成节能技术，运用了Aspen Energy Analyzer V10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4-1 换热网络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，运用热集成前后能耗对比如下：表4-1公用工程对比表项目冷公用工程/MW热公用工程/MW总计/MW直接公用工程66.1077.16143.26换热网络设计50.0460.6110.64能量减少量%24.3121.4722.77可以发现节能效果显著，能量回用率较大，加强了生产过程的经济性，能量回收率（节能率）达到22.77%，热集成分析详细参见能量集成及换热网络设计。 相变潜热的应用本项目利用脱醋酐塔T0504塔顶蒸汽的相变潜热，将塔顶的蒸汽作为塔底再沸器的热源，提高能量利用率。装置能耗与操作成本皆有大幅度的下降，工艺流程图见图4-2:图4-2 相变潜热利用工艺流程图将其与普通精馏进行能耗对比；在经过相关计算后，具体对比结果见表4-2。表4-2 能耗对比算表项目冷却能耗/Kw加热能耗/Kw总计/Kw热泵精馏-432.92429.28862.20常规精馏-2597.462593.825191.28能量减少量%83.3383.4583.39通过对比不难看出，使用热集成优化技术以及利用相变潜热能够有效地降低冷凝器与再沸器的能耗，从而降低生产操作成本。与传统精馏技术相比，可减少83.39%的能耗，从而大幅减少生产成本。5.设备设计 流化床反应器由于本项目主要反应乙烯气相氧化生成醋酸乙烯酯为气固相放热反应，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，我们采用流化床反应器，同时通过精准的控制系统，补加损失的催化剂。主反应：C2H4+12O2+C2H4O2r1C4H6O2+H2O副反应：C2H4+3O2r22CO2+2H2O本项目流化床采用小颗粒且粒度范围较宽的催化剂，可以消除内扩散阻力，且利用内置换热管及时移走反应放出大量热量，使整个床层在近于等温条件下操作，易于控制，利于传质。由于催化剂颗粒处于稳定的流动状态，所以采用补加催化剂的方式，维持流化床内好的流化条件。且设备结构简单，适用于大型化生产。可以解决目前现有固定床反应器内部换热结构存在的管式换热系数低，难以实现传热强化，催化剂耗量大且难以实现连续或生产等问题。图5-1流化床反应器详细见反应器设计说明书 新型旋风分离器现有的绝大部分炼油厂流化催化裂化装置上采用的是高效PV型旋风分离器，本项目采用刘秀林等研究的基于PV型旋风分离器上做出的优化后的新型旋风分离器，综合了旋风分离器入口、排气管、筒锥及灰斗等结构改进的方法，使之在保持高效率的同时能够大幅度降低能耗。结构改进：（1）在蜗壳式旋风分离器入口中间增加一块隔板，把入口气流分割成两个部分，并且保证隔板按照一定的包角与分离器筒体相切，以增加进气的对称性和旋流的稳定性。（2）基于PV-E型旋风分离器，新设计了了一种加长型的分流型排气管。此排气管整体包含了渐扩段、直筒段、二次渐扩段和出口直筒段。（3）在排气管的筒体及锥体部分，沿圆周方向开有若干条狭缝，开缝角度为60。（4）将灰斗的水平顶盖改为锥形过渡段，能够消除灰斗中的顶部灰环，提高效率。新型旋风分离器整体结构如下图所示：图5-2 新型旋风分离器结构图图5-3 新型与基准PV分离器实验结果对比新型分离器的效率开始略低于基准PV型分离器的效率，但是随着入口气速的增加，效率的差值也越来越小；待入口气速大于18.2m/s时，新型分离器的效率全部高于相同气速下的基准PV型分离器的效率，并且随着入口气速的增加，效率的差值越来越大。在入口气速为19.6m/s时，新型分离器效率较基准提高了约1.6%，效果非常明显。在一般的工业运用场合，新型分离器能够在大幅度降低分离器压降的同时，保证分离器有95%左右的高效率，且能提升分离器的处理量，具有良好的操作弹性，具有广泛的应用前景。 液体再分布器本项目采用了一种具有支撑作用的液体再分布器，这种液体再分布器安装在填料塔中，包括液体收集组件和液体再分布组件，所述液体收集组件包括两层收集盘，上层收集盘和下层收集盘之间至少通过两组分流支撑件连接，每组分流支撑件包括两根分流支撑杆，所述的两根分流支撑杆的一端均连接在上层收集盘盘底，两根分流支撑杆相互之间形成 60-90角，每根分流支撑杆与上层收集盘之间的夹角为45-60；所述液体再分布组件包括集液盘，所述集液盘和下层收集盘之间通过若干支撑柱连接，在两根相邻的支撑柱之间安装有液体再分布结构。该发明在有效完成自身液体再分布功能时还具有填料层支撑功能。图5-4 有支撑作用的液体再分布器采用此种液体再分布器取得了以下收益（1）形状结构的设计，使得在更有效完成自身液体再分布功能时还具有填料层支撑功能。 （2）无需填料支撑板，节约成本。（3）液体再分布效果好。 新型耐酸蚀磁力泵本项目采用了一种耐酸蚀的新型磁力泵。在本项目中由于存在大量的醋酸，且反应器等处的温度压力较高，作为醋酸生产工艺中作用极其重要的输送介质磁力泵，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，该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。作为新型磁力泵又进一步改进，偏心段结构是由泵轴的中部向内磁转子方向依序分为泵轴段、内磁转子连接段、内磁转子偏心段、内磁转子螺接段所构成，其中，内磁转子连接段、内磁转子偏心段、内磁转子螺接段的横向截面半径依序递减，泵轴段、内磁转子连接段、内磁转子螺接段的轴线共线，泵轴段、内磁转子偏心段的轴线平行且不共线；偏心孔结构是由内磁转子中部对应内磁转子连接段、内磁转子偏心段所开设的内磁转子连接孔、 内磁转子偏心孔所构成，且内磁转子连接孔的轴线与内磁转子纵向截面的中心线共线，内磁转子偏心孔的轴线与内磁转子纵向截面的中心线平行且不共线；内磁转子螺接段具有外螺纹且外露于内磁转子外并通过与内磁背母的螺接而使内磁转子连接段、内磁转子偏心段 穿设固定于内磁转子连接孔、内磁转子偏心孔中。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，从而提升磁力泵稳定运行的周期。图5-5 新型耐酸蚀磁力泵6.清洁设计本项目利用乙烯法和羰基化法联合工艺来生产醋酸乙烯酯，采用了清洁生产工艺，主要体现为：l 将国内资源化利用程度低的醋酸甲酯加以利用，作为羰基化原料，起到节能减排、清洁生产、废弃物资源化利用和提高经济效益的作用；l 工艺路线过程进行乙烯、醋酸、醋酸甲酯三大循环，既提高了原子利用率，也减少了三废排放；l 使用高效反应、分离技术，将含甘油废水进一步回收利用，减少了有机物废水的排放，同时扩大了经济效益；l 采用吸收、解吸、干燥工序，得到纯度超过99.5%的二氧化碳产品，实现了碳零排放。7.厂区选址与布置 选址确定 图7-1 厂区位置本项目将厂址定在长春化工西南侧预留空地上项目建设地公共设施完善，企业集群使内部产业链优势明显；原料醋酸甲酯管线输送至本项目，方便快捷；三废处理、公用工程均有配套产业供应。项目所在地得到政府的政策扶助优惠和资金技术支持，产业的可持续发展。 总厂布置图7-2 厂区布置图8. 安全环境分析本项目运用了ALOHA软件对乙醛、醋酐、醋酸乙烯储罐进行了蒸汽云爆炸事故、BLEVE事故、池火事故、中毒事故的模拟；还采用了HAZOP分析软件对重大危险源进行风险预评估后设置DCS和ESD相结合的控制系统，实现对设备和系统的稳定控制。9.经济效应分析本厂经济技术分析遵循相关经济指标与分析方法，在充分了解市场价格后，借助 Aspen Economic Analyzer进行辅助计算，对全厂投资、利润、现金流量等进行了详细估算与说明。计算可知，本厂总投资54499.44万元，年利润23249.63万元，投资回收期5.9年。分析结果表明，本厂在经济上可行，具有较高的经济效益。详见经济分析。表9-1综合技术经济指标表序号项目名称单位数值一建设规模吨140000二全厂定员人103三总占地面积亩137四工程项目总投资万元54499.441建设投资万元46697.132流动资金万元5891.743建设期利息万元1910.57五年销售收入万元11231.2六年总成本万元87602.21七年利润总额万元23249.63八年销售额税金及附加万元4379.36九财务评价指标1投资利润率%32.592投资利税率%40.273投资回收期（静态/动态）年5.94财务内部收益率%24.255财务净现值万元36475.0310 .项目总结本团队以“安全稳定、节能环保、合理创新、和谐发展、切合实际”为理念完成了长春化工年产14万吨醋酸乙烯酯项目的设计任务。本设计中，采用Aspen Plus对流程进行了设计与稳态模拟、物料及能量衡算，利用Aspen