Wrod1-设计文档集3-创新性说明

2018年“东华科技-陕鼓杯”第十二届全国大学生化工设计竞赛 京博4.5万吨异丁烯资源化利用项目创新性说明重庆三峡学院“今烯何烯”团队 团队成员：崔朦、艾星宇、刘玺、程远其、肖洋 指导老师：谢永生、赖庆轲、陈星、黄美英、梁克中 京博4.5万吨异丁烯资源化利用项目创新性说明目录第一章 原料方案及其体系创新11.1 原料方案1第二章 清洁生产技术创新12.1 性能优良萃取剂的选取12.2 物料的循环利用12.3三废资源化处理2第三章 节能技术创新23.1 夹点分析23.2 废热的利用4第四章 控制方案创新44.1 SIS设计4第一章 原料方案及其体系创新1.1 原料方案本项目为山东京博石油化工有限公司4.5万吨/年异丁烯资源化利用的新建项目，主要原料来自总厂的工业异丁烯原料。经过对原料方案的性能经济指标对比和总厂炼化装置目前生产能力，既充分利用不同装置的异丁烯资源，又保证本项目的产量达标。原料结构见表1-1。表1-1 原料结构方案原料名称主要组成与含量用量（万吨/年）来源原料异丁烯99.9%4.5万吨/年京博石油化工有限公司甲醇99.9%2.5万吨/年本工艺流程以此实现了异丁烯的资源化利用，增长了石油化工的产业链，符合可持续发展战略，为国内炼化行业开启了一条低碳生产、高效创收的新方法途径。第二章 清洁生产技术创新2.1 性能优良萃取剂的选取采用挥发性小，毒性低正己烷作为萃取剂，减小了对厂区人员的危害和环境的污染，也减小了分离过程中萃取剂的损失。2.2 物料的循环利用催化氧化工段大量的甲醇和水都可以循环使用，实现减排。对于MAL吸收塔，循环回收的甲醇（贫液）与新鲜的甲醇（富液）采用不同位置的进料，极大的减少了甲醇的用量；2.3三废资源化处理本项目过程中会产生废水、废气，其中可利用的轻组分液体可循环至总厂再利用，充分实现三废资源化利用，其具体利用如表2-1所示。表2-1 废水排放一览表序号废液名称排放源排放量（t/h）组成处理方法处理去向1萃取精馏塔釜废水T302精馏塔0.00015MMA冷却回收供应商回收2有机废水T303精馏塔1.6383正己烷回收送污水处理厂3生活废水生活设施1COD、氨氮、SSDAT-IAT工艺经化粪处理后，送污水处理站表2-2 废气排放一览表序号排放物名称排放源排放量（t/a）有害物组成排放方式固废类别处理方法处理去向1Ni-Mo催化剂固定床反应器15K2WO4、Al2O3间歇危固HW06回收供应商回收2包装物生产使用150低毒或腐蚀性间歇一般固废回收送至资质单位处理3生活垃圾生活区26生活垃圾间歇一般固废回收垃圾处理站本项目废气充分利用，废液基本实现回收循环利用，其中的含酯废水经过氧化分解处理后达标排放，包括催化剂废固均送至厂家回收处理，生活废固送至园区统一处理，从而保证清洁生产第三章 节能技术创新3.1 夹点分析从整个工艺流程来看，本项目需要大量的公用工程，冷公用工程包括20冷却水、5低温冷却水，热公用工程包括125的低压蒸汽、175的中压蒸汽。冷公用工程来源于本项目厂区的循环水站及冷冻站，热公用工程来源于本项目厂区的蒸汽系统。为提高能量利用率，节约资源与能源，就需要优先考虑系统中各流股之间的换热、各流股与不同公用工程种类的搭配，以实现最大限度的热量回收，尽可能提高工艺过程的热力学效率。热集成网络的分析与合成，本质上是设计一个由热交换器组成的换热网络，使系统中所有需要加热和冷却的物流都达到工艺流程所规定的出口温度，并使基于热集成网络操作费用与换热设备投资费用的系统总费用最小。本项目具体可分为MAL合成与提纯工段、MMA合成工段、MMA精制工段。通过对换热网络的设计和优化，可以尽可能地实现流程内部热量的集成和最大化利，以减少公用工程的消耗，降低能耗。夹点技术不仅可以用于热回收换热网络的优化集成，而且可用于合理设置热机和热泵、确定公用工程的等级和用量，去除“瓶颈”、提高生产能力，分离设备的集成，减少生产用水消耗，减少废气污染排放等。优化前相关成本指数数据：优化后相关成本指数数据：表3-1热集成前后冷热公用系统对比表项目热公用系统/kW冷公用系统/kW换热单元数匹配前555.57573.4126匹配后2.2731.5733节能99.6%94.5%通过换热网络优化，该换热网络真正起到了节能降耗的目的。3.2 废热的利用第二工段增设废热锅炉，对系统中的废热加以回收，用以产生低压蒸汽，供给工艺，减少对热公用工程的消耗；同时，将排出的废气和甲醇吸收塔塔顶废气一起送入焚烧炉产生温度较高的气体，从而在一定程度上弥补了高品味热能不足的情况。第四章 控制方案创新4.1 SIS设计工业上SIS设计一般流程如下：对相应项目进行危险和风险分析，撰写危险和风险分析报告；根据危险和风险分析报告估计所需安全完整性等级。撰写SIS安全要求规格书，包括安全功能要求和完整性要求；根据安全要求规格书进行SIS设计，确定SIS设备的选型和结构等；SIS现场安装、调试和维护，并进行SIS的安全验证。由于SIS设计内容诸多，专业覆盖面广泛，设计流程冗长，本项目的SIS主要对R0201反应器进行了SIS概念性设计，具体工作内容如下，如图3所示。图3 SIS设计应用于催化氧化反应器在本项目中，异丁烯催化氧化反应为强放热反应，床层有发生飞温的风险，因此，从安全保护角度出发，对该反应器（R0201）设置了SIS。如上图所示，在R0201出口物料管路上设计三个温度安全高传感器。正常操作中，能通过基本过程控制系统使出口管道温度保持在正常范围，传感器通过电缆将信号传递给安全逻辑控制器，安全逻辑控制器通过1oo2D系统（1oo2表示2选1的表决系统结构，即两个通道有一个健康操作即能完成所需的安全功能；D代表该逻辑控制器带有诊断功能）对信号进行2oo3表决和诊断。完成后，输出两个信号，使电磁三通阀带电，从而使进料管道上的切断阀打开，原料能正常进入反应器。当操作出现异常时，如反应器温度飞升，靠基本过程控制系统无法使反应器温度下降时，出反应器气体温度升高，超过温度安全高传感器的设定值，信号传递给安全逻辑控制器，通过2oo3表决机制，如果确实有两个温度不正常，逻辑控制器输出信号使三通电磁阀失电，从而使混合原料（异丁烯、水和空气）的进料切断阀关闭。与此同时，自动打开氮气管道的电磁阀门，充入氮气稀释反应器内由