5-创新性说明书

塞拉尼斯(南京)化工有限公司11万吨/年醋酸乙烯项目目录第一章清洁生产技术创新31.1清洁生产概要31.2生产清洗31.3环境清洗4第二章工艺节能技术创新52.1滚筒的自然循环热和有机朗肯循环52.1.1滚筒的自然循环移动热52.1.2有机朗肯循环62.2热整合62.3塔顶蒸汽直接压缩式热泵精馏72.4塔釜液相闪蒸式热泵精馏82.5中间加热精馏8第三章分离过程技术创新103.1 MEA胺法脱碳二段吸收二段解析10第四章工艺设备创新114.1分离设备结构创新114.1.1工艺装备强化技术114.1.2填料闪光灯114.2换热设备的结构创新124.2.1低螺纹翅片管124.2.2螺杆挡板热交换器134.3反应设备结构创新134.3.1圆盘-圆环状挡板134.3.2壳介质进口结构154.4水洗酸洗塔154.5耐腐蚀泵16第一章清洁生产技术创新1.1清洁生产概要清洁生产是指将综合预防的环保战略持续应用于生产过程和产品，降低对人和环境的风险。 清洁生产本质上是对生产过程和产品采取全面预防的环境战略，在减少或消除它们对人类和环境的危害的同时，充分满足人类需求，最大化社会经济效益的生产模式。清洁生产本质上是对生产过程和产品采取全面预防的环境战略，在减少或消除它们对人类和环境的危害的同时，充分满足人类需求，最大化社会经济效益的生产模式。 具体措施是不断改进设计，改进采用清洁能源和原料的先进技术和设备的管理，从综合利用的来源减少污染，提高资源利用效率，减少或避免服务和产品使用中污染物的产生和排放。 清洁生产是实施可持续发展的重要手段。清洁生产的定义包括生产全过程和产品循环全过程两个清洁过程控制。对于生产过程，清洁生产包括节约原材料和能源，淘汰有毒有害原材料，在排放物和废弃物离开生产过程之前，尽量减少排放量和毒性。 对于产品来说，清洁生产的目的是在产品的生命周期中减少从原料的提取到产品的最终处理对人类和环境的影响。清洁生产思路与以往不同的是，在考虑对环境的影响时，要关注污染物产生后如何处理，减少对环境的危害。 清洁生产要求在污染物产生前清除。根据经济可持续发展的资源和对环境的要求，清洁生产要求达到两个目标1 )通过资源综合利用、资源替代短缺、二次能源利用、节能、消耗、节水，合理利用自然资源，延缓资源枯竭。2 )减少废弃物和污染物的排放，促进工业产品的生产消费过程和环境融合，降低工业活动给人类和环境带来的风险。1.2生产清洁为了满足绿色发展2025国家战略的要求，我们在过程选择中特别注重生产清洁。 我们再利用了大量未反应的材料和保护煤气的乙烷。 具体循环结果在Aspen过程仿真中，分析如下。 表1-1显示，大部分主要循环资料的损失率在0.7%以下，达到了生产清洗化的目标。表1-1循环物质损失量表损失物质反应器出口量kmol/h循环量kmol/h损失量kmol/h损失比例%氧气66.225365.85760.36770.5552乙烯1603.351593.509.85000.6143乙酸621.540620.5560.98430.1584乙烷650.397642.9497.44801.14511.3环境清扫在三废处理方面，本项目将探讨清洁工艺方法和工艺设计。废水处理，首先从源头控制，按工艺方案减少三废的产生，然后进行废水分类，大部分废水达到排放标准，可直接排放的其他少量废水送至污水处理厂进行规范化处理。 其中污水处理工程中，股份废水中含有大量乙酸，本项目采用塔顶蒸汽直接压缩式热泵精馏塔回收利用水和乙酸，废水回收率达到95.5%，能源消耗量也大幅减少。关于废气处理，酸性废气通过水淋浴用碱液淋浴吸收收集，形成废水进行二次处理的有机溶剂类废气通过冷凝和活性炭吸附转化为废水进行二次处理。关于废固处理，催化剂在供应商回收利用的生产生活等垃圾无法回收的情况下，委托专门的处理机构进行处理。综上所述，本项目在三废处理和排放中充分实现了环境清洗的目标。第二章工艺节能技术创新2.1滚筒的自然循环热和有机朗肯循环乙烯、氧气、醋酸反应生成醋酸乙烯酯，该反应是强烈的发热反应，反应中释放出大量的热量。 如何有效地消除该部分的热量，安全、顺利地进行反应，如何有效利用该能源成为本项目的关键。本项目在费托加工过程中参考反应器鼓热交换系统和有机朗肯循环，设计了以下反应器热交换系统. 流程如下图2-1汽包自然循环热和有机朗肯循环2.1.1滚筒的自然循环热首先，来自汽包的饱和戊烷在13.04bar下从反应器底部进入反应器壳，通过环形扰流板向上流动。 饱和戊烷向上流动的过程中，在列管外壁吸收管内反应释放的热而气化，产生的气泡与液体戊烷一起从反应器的上部出口流出，再次返回滚筒，完成滚筒的热交换循环。汽包内，汽水混合物在重力作用下分离后，得到戊烷蒸汽和戊烷饱和液体，饱和液体和补充的饱和液体再次进入反应器，蒸汽通过除泡器进入汽轮机，驱动发电机组产生电能。 汽轮机排出的蒸汽不足的压力下降到3bar，在冷凝器中进一步散热凝结成液体，进一步热交换达到饱和状态后，再用工业泵返回汽缸，完成有机朗肯循环。本项目利用汽包转移反应器，采用自然循环。 自然循环是封闭系统中仅由冷热流体之间的密度差形成的漂浮驱动流体循环流动的能量输送方式，利用连续的污染和定期的污染来调整、保证滚筒内的传热介质的品质，利用泵克服了对自然循环滚筒内的水容积和蓄热能力大、自动控制水平要求低的蒸发受热面的流动阻力与强制循环相比，不需要在高温下工作的循环泵，因此工作可靠。详细的滚筒设计说明见典型设备（标准设备和非标设备）工艺设计计算说明书第8章。2.1.2有机朗肯循环有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，简称ORC )是以低沸点有机物为工程的朗肯循环，主要由馀热锅炉(或换热器)、涡轮、冷凝器和工程泵四部分组成，图示了本工艺中使用的有机朗肯循环的工作原理。 本项目的有机工质在滚筒内从馀热流吸收热量，产生具有一定压力和温度的蒸汽，蒸汽进入涡轮机械的膨胀作用，驱动发电机或拖动其他动力机械。 涡轮机排出的蒸汽通过冷凝器向冷却水散热，凝结成液体，最终通过工业泵再次返回滚筒，这样循环下去。图2-2有机朗肯循环本项目利用该反应器的汽包换热系统和有机朗肯循环，利用2783.4kw的功率，可降低辅助换热功率3150.47kw。 在高效、高效、可控的条件下消除反应器发热，同时降低传热介质强制循环的能耗，有效利用能量。有关详细的有机朗肯循环技术模拟，请参阅Aspen Plus文档。2.2热整合本项目采用夹点法采用过程热集成技术节能，采用Aspen Energy Analyzer V9.0软件实现了年运行费用最小化的换热网络设计。 在合理的范围内自行使工厂内的冷热物流进行热交换，达到节约能源的目的。 与不采用热整合技术直接在公共工程中进行热交换的热交换网络相比，能源回收率(节能率)达到38.66%。详细的热集成过程请参阅换热网络设计及优化。2.3塔顶蒸汽直接压缩式热泵精馏普通精馏，1条供给，塔底通过重沸器从热能体(一般为加热蒸汽)供给热量，在塔内使塔罐材料气化而上升，通过下降的液体材料和塔板传递质量的热量，通过轻成分的气化和凝结分离重要成分，上升的气体最后到达塔顶，通过塔顶冷凝器使冷能(一般为冷却水) 在精馏过程中，塔顶蒸汽向冷凝器吸收大量热量，接近塔底再沸器的热能体供应的热量，如果能够合理利用普通精馏塔顶蒸汽的冷凝热量，能够大幅度降低能耗，达到节能插件的目的。 热泵精馏用工作介质精馏吸收塔顶蒸汽的相变化热，用热泵压缩工作介质，升压升温，提高其能量，节约精馏塔再沸器的加热热源作为再沸器的热源，降低塔顶冷凝器的冷凝热交换负荷，达到节能。热综合分析表明，T0401废水处理塔塔顶、塔底温差小，可以进行热泵精馏操作。 我们取消塔顶的冷凝器，直接抽出塔顶蒸汽，用压缩机加压，塔顶蒸汽的温度上升到能够高效地使塔釜液相进行热交换，为塔底材料的气化提供能量。 塔底物流正好达到塔底再沸程度时，冷热流股对数传热温差约10满足换热器正常操作的要求。 其结构如图2-3所示。图2-3塔顶蒸汽直接压缩式热泵精馏2.4塔釜液相闪蒸式热泵精馏塔釜液相闪蒸式热泵精馏工艺是直接以塔釜液的材料为工作介质，用节流闪蒸减压、降温后，作为制冷剂输送至塔顶冷凝器，吸收热量蒸发成气体，用压缩机加压升温，以塔顶蒸汽为热源，塔顶蒸汽在热交换过程中释放热量凝结成液体。塔釜液闪蒸再沸式热泵精馏工艺适用范围：本工艺特别适用于塔顶产品不适合直接压缩、塔釜产品气化后可再压缩的常压或加压下，塔底与塔顶温差不足20，塔釜液可用于无毒精馏工艺。热综合分析表明，T0207塔基质体系气化后可压缩，塔顶、塔底温差小，采用了塔釜液相闪蒸式热泵精馏技术。 废除塔顶冷凝器，采用闪蒸的低温塔釜气体冷却塔顶蒸汽，降低塔釜流股温度一级，为塔顶提供冷热量。 其结构如图2-4所示。图2-4塔底液相闪蒸式热泵精馏2.5中间加热精馏热力学第二定律表明，能量具有不同的品位。 化工过程中如何有效利用低品位能源减少高品位能源使用量已成为节能技术的另一个重要方向。 在精馏塔的馏段温度上升，塔槽需要大量消耗高品位能源的情况下，本项目考虑在塔的中间段追加换热器，输入低品位能源，减少塔底高品位能源的使用量，从而达到节能的目的。 其结构如图2-5所示。图2-5中间加热精馏经过温度分布分析，塔T0205塔底温度超过280时需要消耗大量高品位能量. 注意塔的最后第3个塔板中温度低的液体流量也大，以满足充分的传热温度差为前提，在第13个塔板中加入低品位能量的一部分。 能源使用量不足0.002%，但经济指标下降13.06%，达到预期目标。 比较结果示于表2-1 .表2-1能源与经济指标的比较类型高品位能源消耗量kJ/h高品位能源价格$/kJ低品位能源消耗量kJ/h低品位能源价格$/kJ总价格$/h普通精馏3938572.93.5E-602.5E-613.785中间加热2138650.53.5E-61799998.72.5E-611.985第三章分离过程技术创新3.1 MEA胺法脱碳二段吸收二段分析常见的胺法脱碳工艺主要有4种：一级吸收、一级再生二级吸收、二级再生二级吸收、一级再生二级吸收、闪蒸再生。 其1段和2段的不同主要在于吸收塔和再生塔是否有半贫液循环。 一级吸收是指只有贫液从吸收塔塔顶进入，二级吸收是指贫液从吸收塔塔顶进入，半贫液从塔中部进入，一级再生是指富液在再生塔内扩散再生而成为贫液，二级再生是指富液在再生塔上部被长齿解析而成为半贫液，一部分减压闪蒸产生的半贫液返回吸收塔的循环可以降低胺液再生所需的能源消耗量，实现节能的目的。图3-1 MEA胺法脱碳二段吸收二段分析流程图MEA溶液CO2吸收塔分为上下两层，是为了利用MEA溶液的物理吸收性能，节约蒸汽，确保原料气体的净化度。在吸收塔下段，原料气体与半贫液逆流接触。 MEA吸收二氧化碳主要是在物理吸收过程中，尽管半贫液中的二氧化碳含量高，但由于转化气体中二氧化碳分压高的MEA吸收二氧化碳的推进力大，原料气体大部分在此被吸收，进入塔的上部，与贫液逆流接触。 贫液量仅占塔总液量的极小一部分，贫液在气体萃取闪蒸溶液中的二氧化碳含量已经很少，吸收二氧化碳气体的物理化学性能很强，可以将原料气体中的二氧化碳除去到规定的指标。 保证了气体的净化度和再生气的二氧化碳的纯度，塔的下段使用了没有气体闪烁的半贫液，半贫液量占全液量的大部分，因此可以节约蒸汽。第四章工艺设备创新4.1分离设备的结构创新4.1.1工艺装备强化技术性能良好的大型填充塔，填充剂自身的高性能是重要的，但与此相适应的塔内部件，特别是液体分配器和气体分配器也是重要的。 填料的高性能无法充分发挥。现在使用的液体分散器的形式主要是槽式液体分散器和槽式气液分散器，槽式液体分散器由主槽和几条平行的分槽构成，其结构如图4-1所示。 槽式液体分散器具有液体分布均匀、气流大、阻力小、操作弹性大、制造容易等优点，但必须与液体收集器并用，占有空间高度高。 槽盘式气液分布器的构造参照图4-2，槽盘式气液分布器能够同时实现集液、气体分布、液体分布等特征，阻力稍大，但能够降低高度.图4-1