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塞拉尼斯（南京）化工有限公司11万吨/年醋酸乙烯酯项目目录1 项目简介32 原料及产品方案42.1 原料组成42.2 产品方案53 工艺技术63.1 醋酸乙烯酯生产工段63.2 醋酸乙烯酯精制工段63.3 吸收工段83.4污水处理工段94 节能设计与创新104.1 换热网络105 设备设计与选型116 自动控制方案127 车间布置与厂区设计137.1 车间布置137.2 厂区设计138 清洁工艺148.1 三废处理148.2 清洁生产149 经济分析1510 项目总结161 项目简介本项目为塞拉尼斯（南京）化工有限公司11万吨/年醋酸乙烯酯分厂建设及生产项目，依托塞拉尼斯（南京）化工有限公司总厂乙烯、乙烷、醋酸原料，于扬州化学工业园区建设醋酸乙烯酯生产分厂。采用当前成熟可靠的乙烯法生产醋酸乙烯酯工艺。其产品具有广阔市场，与以乙炔为原料的醋酸乙烯酯生产工艺相比具有品质优势及环保优势。本项目厂址所在地扬州化学工业园区条件优越，原料供应可靠，运输距离短，交通运输便利，政策优惠多，产品部分能够就地销售，提供给下游腈纶、ABS/SAN、聚丙烯酰胺等作为生产原料。本项目使用总厂提供的进口乙烯，与醋酸和氧气反应制取醋酸乙烯酯，产品质量分数为99.8%以上的纯品。生产方法为乙烯气相法制醋酸乙烯酯，全厂总流程分为四个工段，分别是：醋酸乙烯酯反应工段、醋酸乙烯酯精制工段、吸收工段、与污水处理工段。本项目不仅能缓解国内对醋酸乙烯酯及其下游产品持续增长需求的情况，也对稳定国内醋酸乙烯酯市场、国家醋酸乙烯酯产业的健康长久发展有着重要意义，经济效益、社会效益明显。2 原料及产品方案2.1 原料组成本项目是以醋酸、乙烯、氧气为主要原料，配以乙烷、甘油、乙醇胺为辅助材料，进行醋酸乙烯酯的生产（设计纯度为99%，实际运行的纯度在99.8%以上）。醋酸使用塞拉尼斯（南京）化工有限公司的产品，醋酸国家标准为GB/T 1628-2008，选用工业级合格品，质量纯度为98.5%，年需用量为8.25万吨/年，总厂位于南京，采用公路运输的方式输送到本厂。乙烯国家标准为GB/T 7715-2014，选用工业级一等品，质量纯度为99.9%，年需用量为4.0万吨/年，乙烯主要由总厂统一进行进口采购。氧气国家标准为GB/T 3863-2008，选用工业级一等，质量纯度为99.2%，年需用量为2.8万吨/年，氧气产品采用普莱克斯（扬州）工业气体有限公司产品。表2-1 原料供应表项目名称规格年用量/万吨来源运输方式原料乙烯99.9%wt4.0030总厂统一外购水路运输醋酸98.5%wt8.2572塞拉尼斯（南京）化工有限公司铁路运输氧气99.2%wt2.8219园区内提供管道辅助材料乙烷99.5%wt0.1516上海海诺进出口贸易有限公司汽运甘油99.8%wt0.0009扬州飞扬化工有限公司汽运乙醇胺99.5%wt0.0003安徽省佳诺化工有限公司汽运戊烷99.5%wt0.001扬州市利达化工有限公司汽运工艺水99.98%wt4.3667厂内提供管道催化剂专利No.5808136型催化剂0.0005全部外购（按寿命3年计）汽运本项目中催化剂的规格如表2-2所示：表2-2 催化剂供应表序号名称型号单位装填量年耗量备注1醋酸乙烯酯催化剂美国专利No.5808136型催化剂t15.6955.232按寿命3年计2.2 产品方案本项目采用气相乙烯法，以乙烯、醋酸及氧气制得优等品醋酸乙烯为主产品。项目产品及规格如表2-3所示：表2-3 项目产品及规格序号项目规格1醋酸乙烯质量分数/%99.982密度（20）/（g/cm3）0.9343乙醛含量，%（m/m）04水分，% （m/m）0无副产品方案。3 工艺技术该工艺流程分为醋酸乙烯酯生产工段、醋酸乙烯酯精制工段、吸收工段和污水处理工段四个工段。流程如下框图所示。3.1 醋酸乙烯酯生产工段利用乙烯法制醋酸乙烯，原料为醋酸、乙烯、氧气，辅助物料为乙烷保护气。采用列管式固定床反应器，且通过汽包内的饱和水进行移热，通过自然循环使汽包内的蒸汽进行流动。图3-1醋酸乙烯酯生产工段工艺示意图3.2 醋酸乙烯酯精制工段本工段，对醋酸乙烯酯生产工段的粗产品进行提纯。其中重组分与轻组分主要通过精馏塔进行分离。在粗产品中的乙烯与醋酸进行回收，经过提纯之后循环至反应器入口的混合气中，提高原料的利用率。醋酸乙烯酯产品的纯度为99.8%。图3-2 醋酸乙烯酯精制工段工艺示意图3.3 吸收工段吸收工段中，主要对乙烯气体中含有的产品进行回收，提高产品收率。同时经过净化的乙烯循环至反应器入口混合气作为原料使用，实现原料的回收与利用。图3-3 吸收工段工艺示意图3.4污水处理工段污水处理工段主要将循环原料醋酸提纯后形成的废水进行浓缩，使排废量大大减小，于此同时所得工艺水符合直接排放标准，且能够作为工艺循环水在本工艺中进行使用。图3-4 污水处理工段工艺示意图4 节能设计与创新4.1 换热网络本项目通过使用Aspen Energy Analyzer软件，完整绘制了实施热集成技术前后的过程组合曲线图，分析了夹点温度与节能综合经济效益（能耗成本和装置成本）的关系，以此为依据选定了合理的夹点温度，结合本厂设备布置的实际情况，先分别对三个车间各个工艺流股以及公用工程进行热量的匹配，以节能综合经济效益为目标进行换热网络优化设计，去除回路、不经济的小换热器、距离太远管路成本过高的换热关系，然后调试设计出全装置最优的冷热流股匹配方案。并将换热网络方案应用到工艺流程设计中。换热网络如图4-1：图4-1 全装置换热网络最终的节能优化结果见表4-1：表4-1 热集成前后冷热公用工程对比项目冷公用工程/MW热公用工程/MW总计/MW直接公用工程97.4978.26175.75换热网络设计66.0541.75107.8能耗减少量/%32.25%46.65%38.66%5 设备设计与选型本设计团队对列管式固定床反应器R0101、常压精馏塔T0206、醋酸循环冷却器E0202、油水分离器出口加热器E0204、所有回流罐、气液分离设备及油水分离器设备、泵、汽轮机及压缩机进行了详细设计与选型计算。利用Aspen Plus 进行单塔模拟，对于溢流型板式塔，保证降液管液位高度/板间距均介于 0.20.5 之间，保证每块塔板的液泛因子（Flooding factor）均应介于 0.60.85之间，降液管液体停留时间大于4秒；对于填料塔，保证每段填料的高度在 46 米，段间设置液体再分布器，保证整个填料层的能力因子（Fractional Capacity）均应介于0.40.8 之间。然后利用Aspen Plus的水力学模拟对流程中全部塔设备进行了工艺设计、水力学校核，得到合适的水力学负荷性能图。根据石化标准计算设备筒体壁厚、封头壁厚、裙座（或支耳）厚度、地脚螺栓大小及个数，利用SW6-2011对塔设备进行机械强度校核，校核过程充分考虑风载荷，地震载荷等，强度符合要求。利用Aspen EDR对换热器进行了详细设计，传热系数基于传热膜系数、固壁热阻和垢层热阻计算，校核结果保证换热器内冷、热流股的流态均应为湍流态，换热器面积裕度大于 30%，压降合理。利用SW6对换热器机械强度校核，得到换热器筒体壁厚、封头壁厚、管板厚度、并对换热器法兰进行校核。对于反应器，我们参考相关文献得到其动力学数据，并且依此进行Aspen Plus动力学反应器模拟；以此为基础，依照反应特点选择适合其反应的类型、设计温度、设计压力，并且对反应器直径、长度进行计算；同时在列管式固定床反应器壳程中加设了圆盘-圆环形折流板，一方面提高流体流速、增强湍动、改善传热，另一方面减小流动阻力。最后利用SW6对反应器的壁厚，封头、法兰等进行校核，校核过程中考虑了荷载、材质等因素。最终结果合理。本项目对泵、压缩机、汽轮机、储罐、回流罐等设备进行了合理选型。设备的详细选型结果见设备选型一览表和典型设备（标准设备和非标设备）工艺设计计算说明书。6 自动控制方案本工厂为塞拉尼斯（南京）化工有限公司11万吨/年醋酸乙烯酯分厂建设及生产项目，涉及易燃易爆、危险的化工生产，且反应为强放热反应，应配套可靠、先进的控制方案。本厂厂区内的生产装置、公用工程及辅助设施利用DCS集散控制系统进行集中操作、控制和管理同时全厂采用了SIS安全逻辑控制，事故一旦发生能够得到有效控制。选择的控制系统除满足以上要求之外，还从醋酸乙烯酯生产规模、系统投入、系统性能及实用性等多方位考虑。7 车间布置与厂区设计7.1 车间布置对于车间设备平立面布置，以工艺为主导，既保证了水平和垂直方向上的连续性，减少物料的交叉往返；又充分利用厂房的垂直空间布置设备，做到经济合理；最后本项目按照相关国家标准以及流程模拟结果进行车间设备平立面布置，具体详见AutoCAD源文件及项目图纸集。7.2 厂区设计本厂的总平面布置，是在总体规划的基础上，根据企业的性质、规模、生产流程、交通运输、环境保护以及防火、安全、卫生、施工及检修等要求，结合场地自然条件，通过技术经济比较后，设计多种方案后择优确定而来的。图7-1 塞拉尼斯（南京）化工有限公司11万吨/年醋酸乙烯酯项目厂区布置图8 清洁工艺8.1 三废处理催化剂的选择、处理及生产中所产生的三废都是清洁生产的重点。因此，我们对其进行了重点考虑，以确保在选用为绿色催化剂、三废不污染环境达标排放的前提下，进行资源化处理。再者，考虑三废处理工艺时，通过对某些工艺的比选，尽可能实现节能降耗、减少单产碳排放量的目标。对于三废排放量、三废处理措施具体详见环境影响评价报告。8.2 清洁生产从原材料使用环节实施清洁生产的内容出发，本次设计任务要求设计清洁生产醋酸乙烯。我们通过气相乙烯工艺路线，最大可能地生产目标产品并且贴近清洁。本项目采用列管式固定床反应器，并特设汽包，不仅达到了为强放热反应及时移热的目的，还降低了对其他能量的损耗；使用厂区热集成、热泵精馏等技术，对热量进行最大的利用；污染物排放量少，所有的废水、废气均采取了可行的处理方法进行处理，处理后的废水、废气可以达到国家标准规定的排放指标。本项目的大部分固体废物可综合利用，需要进行堆放的废渣中不含有毒有害物质，可以直接堆放。因此从原料、工艺、设备、能量等方面出发，本项目符合清洁生产的要求。9 经济分析本项目从总投资估算、产品成本估算、销售收入分析、财务评价与经济指标几个方面对本项目的经济性进行了分析。从投资利润率、投资利税率、资本金利润率、投资回收期等指标可以看出本项目具有良好的经济效益，经济可行。全厂综合经济指标见表9-1：表9-1 综合经济指标表序号指标名称单位数值1设计规模万吨/年112占地面积平方米936003建筑面积平方米280804年操作时间小时/年80005工程项目总投资万元50449.9886固定资产投资万元29489.6147直接材料费万元/年48279.9248总定员人1259年成本费用万元/年70691.51910全厂总产值万元/年8797511年净利润总额万元/年10258.34312投资利润率%31.5913投资利税率%39.9214财务内部收益率%20.515投资回收期年6.1216投资净现值（税后）万元20571.4110 项目总结醋酸乙烯（VAc）是一种重要的化工原料，其下游产品种类丰富，可用于化工、纺织、轻工、造纸、建筑以及汽车等众多领域。随着合成技术的进步，醋酸乙烯的下游产品更加多样化，性能更为优越、应用更为广泛。因此近年来对醋酸乙烯的需求量大幅增长，国内外醋酸乙烯产能均不能满足市场需求。随着合成技术的进步，对产品质量的要求愈发严格。而目前我国醋酸乙烯产品的纯度较发达国家仍有一定差距。为了提高国内醋酸乙烯产品的国际竞争力、占据出口优势，需要进一步提高产品的分离技术，减少其中的杂质，进而提高醋酸乙烯的纯度。在我国推进绿色生产的背景下，传统制造业面临全面的绿色改造，淘汰落后的工艺技术、发展节能环保的生产工艺已经成为化工行业的主要趋势，因此化工厂必须逐