4-创新性说明书

镇海炼化5.2万吨/年甲基丙烯酸甲酯生产项目创新型说明书15目 录第一章 资源创新利用11.1 高收率MMA生产工艺，提高抽余C4利用率11.2 有效融合1第二章 工艺创新22.1 反应精馏塔加热泵22.2 通过Excel编写吸附分离技术22.3 通过Frotran语言编写膜分离技术3第三章 设备创新43.1 全新ADV微分浮阀的应用43.1.1 ADV微分浮阀全新设计43.1.2 ADV塔盘的结构特点53.1.3 ADV塔板的优点53.2 管壳式换热器强化传热与自清洁技术5第四章 节能设计74.1 换热网络74.2急冷锅炉的使用74.3 朗肯循环的使用84.4 水集成94.4.1 水夹点技术94.4.2 水的再生和利用10第五章 动态模拟135.1 设计简介13第六章 环境保护14第七章 环境与安全风险评估15第一章 资源创新利用1.1 高收率MMA生产工艺，提高抽余C4利用率近年来抽余C4产能处于过剩状态，其中绝大部分作为燃料使用，剩余的部分主要用于化工原料，直接销售收益低。基于此现状建立一座中国石化镇海炼化的甲基丙烯酸甲酯的分厂，利用抽余C4生产高附加值的甲基丙烯酸甲酯。本项目选择中国石化镇海炼化公司作为总厂，以蒸汽裂解制乙烯装置中副产的抽余C4为原料来提纯异丁烯，实现了抽余C4的资源化利用，同时降低了整个生产过程的成本。1.2 有效融合本厂的原料抽余C4来自总厂镇海炼化；氢气由园区统一供给；甲醇来自宁波市镇海天晨化工有限公司。产出的2-丁烯供给总厂用于生产丙烯，产出的正丁烷供给总厂用于生产乙烯，产出的异丁烷、异丁烯混合物用于宁波海越新材料有限公司的异丁烷脱氢项目。本项目的产品结构多样，实现充分资源化；同时产品体系与总厂乃至园区集成，形成有效融合体系，即从炼化到下游聚酯产业链的一体化。第二章 工艺创新2.1 反应精馏塔加热泵本流程进料含1-丁烯和异丁烯以及其他多种碳四组分，碳四馏分各组分的沸点相近, 尤其是1-丁烯、异丁烯、丁二烯的相对挥发度差别极小。对于抽余碳四或炼厂碳四, 采用简单蒸馏的方法无法有效分离出其中1-丁烯/异丁烯。工业上利用碳四烃制备异丁烯的方法, 通常是先采用催化蒸馏技术将碳四烃中的异丁烯与甲醇醚化反应生成MTBE, 再将MTBE 裂解得到高纯异丁烯。该工艺生产路线长, 成本较高。采用1-丁烯临氢异构制2-丁烯反应精馏技术, 可将原料中的1-丁烯异构为2-丁烯, 在反应精馏塔顶得到主要含异丁烷和异丁烯的馏出物, 该馏出物通过萃取精馏技术可分离出异丁烯。并在此基础上添加了热泵技术，大大减少了设备费用与能耗。图2-1 反应精馏+热泵技术2.2 通过Excel编写吸附分离技术根据本工艺的特点需要采用变压吸附分离2-丁烯和正丁烷，得到副产2-丁烯和正丁烷；通过变温吸附对MMA进行提纯，得到产品纯度为99.9%的MMA。利用Excel编写吸附分离过程，实现了工艺参数的模拟。图2-2 Aspen Plus挂接Excel变压吸附模拟流程图图2-3 Aspen Plus挂接Excel变温吸附模拟流程图2.3 通过Frotran语言编写膜分离技术根据本工艺的特点，需要回收部分甲醇，该流股含部分甲醇、部分空气和少量其他有机杂质，采用普通精馏的方法难以将其回收，因此利用Fortran语言编写了膜分离装置，实现了工艺参数的模拟。图2-4 Aspen Plus挂接Frotran膜分离模拟流程图第三章 设备创新3.1 全新ADV微分浮阀的应用3.1.1 ADV微分浮阀全新设计ADV微分浮阀塔盘的全新设计，除采用ADV浮阀外，还采用了以下几项改进措施：（1） 新式降液管：新式降液管可以有效降低受液面积，从而增加鼓泡区面积，提高塔盘处理量。（2）鼓泡促进器：提高鼓泡均匀度，强化气液接触，从而减少漏液量。（3） 新式塔板连接方式：提高浮阀排列的均匀度，增加塔板的最大开孔率，提高塔板的安装速度。全新设计的ADV浮阀塔盘，进一步优化了塔板上的气液两相的流动状态和接触状态，从而进一步提高了塔盘的处理量和分离效率。图3-1 ADV微分浮阀示意图3.1.2 ADV塔盘的结构特点（1） ADV微分浮阀顶面有切孔，部分气体由此喷出，形成密气泡，充分利用传质空间，气液接触更充分，提高传质效率。（2） 采用鼓泡促进器使整个塔板鼓泡均匀，同时气体分布也趋于均匀，从而增加了踏板处理能力和提高了传质效率。（3） 局部采用带有导向作用的ADV微分浮阀，消除塔板上的液体滞止区，使液体分布接近于理想。（4） 采用改进的降液管形式，增加鼓泡面积，提高生产能力。（5） 采用新的塔板连接方式，使塔板连接处也能布阀，提高塔板的阀孔排列均匀度，进一步提高了效率，缩短安装时间。（6） ADV微分浮阀与F1浮阀尺寸相同，如一对一更换，改造时可充分利用原塔内构件，减少安装时间，节约投资，而获得产量，质量的大幅度提高。3.1.3 ADV塔板的优点（1）塔板处理能力提高40%；（2）塔板效率提高10%以上；（3）塔板的泄漏率较F1大幅下降，约降低60%以上；（4）塔板的操作弹性由5提高至10；（5）高气速下，ADV微分浮阀的雾沫夹带量较F1浮阀大幅下降; 10%夹带点气速提高约20-30%；（6）ADV微分浮阀的氧解吸塔板效率较F1增加515%。3.2 管壳式换热器强化传热与自清洁技术电力是最主要的高耗能行业之一，也是“节能减排”任务艰巨和潜力巨大的行业。在火力发电生产过程中充分利用高效热交换技术和设备是提高能源利用率，实现“节能减排”的重要途径。因此，必须进一步加强研究开发并推广应用高效换热技术和设备，以确保“节能减排”战略目标的实现。传热效率低下和传热表面积污结垢造成的传热劣化问题，是国际上多年来一直未解决的热传递过程中的难题，也是制约化工等高能耗行业提高能耗利用率的瓶颈问题。考虑上述因素，本项目氨法脱碳工段换热器中使用了“洁能芯”。“洁能芯”是北京化工大学在国际上首创的节能降耗效益显著的高新技术产品。“洁能芯”可直接安装于传热管内，既可有效地解决管壳式换热器效率低下的问题，又无须改变换热器的结构。洁能芯的主要技术特点是：具有在线自动清洗与强化传热的双重功能；具有自调性功能，避免刮擦管壁，保障换热设备的运行安全；具有高效率、高可靠性等优点，节能降耗，效益巨大；具有很强的适应能力,能用于换热介质低流速到高流速的各种工况；结构确定的洁能芯，其自转速度只与介质流速有关，不受换热管长度的限制，并可适应换热管的弯曲；采用高分子材料制成,具有自润滑、耐腐、耐磨、耐高温、抗老化等特点；采用流线型结构设计、介质流动阻力增加不明显,完全在工程允许的范围内；具有安装简便的特点,不需要对原换热器设备结构做任何改变。图3-2 洁能芯构造图3-3 换热管内置“洁能芯”工作原理图与安装实景第四章 节能设计4.1 换热网络通过 Aspen Energy Analyzer 软件，然后根据夹点设计法，对全流程换热网络进行了设计，最终确定换热网络方案如下，详情参见初步设计说明书过程节能章节。图4-1优化后换热网络图优化前后节能效果如下所示：表4-1 节能效果项目热公用工程冷公用工程换热网络优化前3.0231083.245108换热网络优化后2.0161082.239108节约百分率33.3%31.0%4.2急冷锅炉的使用经异丁烯氧化后的温度较高且含有大量能量，本项目采用急冷锅炉回收大量高品位能量（产生171，0.8MPa的低压蒸汽）。Aspen Energy Analyzer进行换热网络的设计，我们从中可以看出全厂热公用工程为低压蒸汽，刚好可以作为热公用工程进行使用。通过Aspen Plus模拟，我们得出通过急冷锅炉产生的蒸汽量为3.242t/h。图 6-2 急冷锅炉Aspen模拟流程图4.3 朗肯循环的使用从萃取精馏塔塔底出来的异丁烯溶液含有大量低位能能量，可用朗肯技术对其进行余热回收。这种技术既缓解了企业电力不足的矛盾，又减轻了余热对环境造成的热污染，从而实现能源和环境的可持续性发展。图4-3 朗科循环Aspen模拟图表4-4 朗肯循环产电汽轮机产生功率（KW/h）泵需求功率（KW/h）实际产生功率（KW/h）263.138.28254.854.4 水集成4.4.1 水夹点技术水夹点技术是水网络集成技术的一个分支，用各操作单元的用水的负荷对浓度参数作图，得到负荷浓度关系图。用水系统的极限复合曲线与最小供水线的交点就是的水的“夹点”。在夹点的上方，该操作单元的用水的极限进口浓度高于夹点浓度，要通过处理后利用，不能使用新鲜水，通过其他操作单元的处理用水来补充；在水夹点下方，该操作单元的极限出口浓度低于夹点浓度，不应排放废水，应将提高它的重复利用价值。这就是用水的“夹点技术”。在实施所设计出的最大水复用率的用水网络时，要对某些作为中间用水过程出口水流中的部分非关键组分进行水处理，使它们的浓度达到匹配的用水单元进口浓度要求。最小供水线斜率的倒数就是系统的最小新鲜水用量。由用水系统夹点分析图可知夹点位置处最小用水量为607.87 t/h，新鲜水浓度为300.00 ppm，平均输出水浓度306.45 ppm。用水网络浓度间隔如图所示：图4-4 用水组合曲线和最佳供水量如下图所示：图4-5 4.4.2 水的再生和利用从系统某一单元操作中产生的废水或多个单元操作产生废水的总汇，经过全部再生和部分再生后，在对其它单元无不利影响条件下，作为该单元操作的水源，从而大幅度减少新鲜水的需求和废水处理量。：优化后用水网络如下所示：根据上述用水网络设计，优化前和优化后对比如下表所示：表4-1 新鲜用水量（t/h）重复利用率%优化前全部新鲜水9154.256.64优化后再生重复利用607.87综上所述，采用水集成夹点技术后，建立优化后的用水网络，水的重复利用率相比之前没采用的水集成网络提高了6.64%，同时改善了园区用水紧张的局面，有助于推进全场的节能降耗，取得良好的经济效益和环保效益。第五章 动态模拟5.1 设计简介为了能够更好的模拟实际情况下的塔和其他设备的运行状态，我们使用Aspen Dynamic 对部分设备控制系统进行了动态模拟，如下图所示，关于Aspen Dynamic的更多详细内容请参看动态模拟设计说明书。图8-1反应精馏塔控制系统模拟第六章 环境保护为确保生产环境有序、清洁，并满足特殊工序对环境参数的要求，使工厂资源得到合理配置和合理使用，从而达到工厂质量方针和目标的要求，本项目设计高度重视工厂和周边环境的保护。本项目在整个工艺流程中分别在气液分离器、膜分离装置、脱水分子筛处产出大量的废气，为33231.5437kg/hr，其主要成分为O2、N2、CO2，还有少部分的烷烃烯烃类。将几处出装置产生的废气直接通回总厂焚烧炉燃烧掉，回收其热量进行再利用。本项目在整个工艺流程中在共沸精馏塔、气液分离器、相分离罐处产出大量的废液，为10460.817kg/hr，其中大部分都是水，还有少量的MMA、正丁烷、二氧化碳等。将产生的废水回收后做水集成，做到资源的循环利用。本工程产生的废固主要为失效催化剂、生产包装物和生活垃圾。Pd5Bi2PbFe/CaCO3催化剂产生量0.232t/a, MoBiFeCoCe催化剂产生量5.452t/a，Ni/Al2O3催化剂产