10-附录一 创新性说明书

2019“东华科技-恒逸石化杯”第十三届全国大学生化工设计竞赛万达石化东营港分厂年产15万吨醋酸乙烯项目创新性说明书设计单位：长沙理工大学设计团队：Leaper团队指导老师：黄灵芝 黄朋勉 李丽峰 张跃飞 戴益民团队成员：陈春华 陈旭强 蒋猷亮 黄佳美 王伟涛2019年7月25日 长沙理工大学Leaper团队万达石化东营港分厂年产15万吨醋酸乙烯项目目录第一章 原料方案及其体系创新11.1原料方案11.2产品结构方案创新1第二章 清洁生产技术创新32.1醋酸乙烯绿色生产技术创新32.2二氧化碳资源化利用与蓄热燃烧新技术。3第三章 反应技术及分离技术创新43.1使用新型催化剂并应用STY辨识优化技术43.2多种助活物质与提高CO2保护气的含量53.3急冷吸收耦合技术53.4三塔非均相共沸精馏技术63.5分子筛吸附脱水技术7第四章 过程节能技术创新94.1热泵精馏技术（含与隔壁塔节能对比分析）94.2加压水移除反应热产蒸汽104.3蒸汽凝结水热量回收技术114.4加压精馏避免冷冻剂的使用114.5热集成创新11第五章 新型过程设备应用技术创新135.1反应器导流筒及其CFD模拟135.2新型CQF氟塑料屏蔽泵145.3新型CJST-MP膜喷无返混塔板的应用155.4空心环管壳式换热器的使用16第六章 环境保护技术创新186.1蓄热燃烧工艺与新型设备的应用186.2废水处理方法19第七章 防腐工艺创新217.1醋酸蒸发塔防腐工艺217.2醋酸塔防腐工艺21第八章 SIS安全仪表的多重论证238.1参考同类装置的多重联锁方案238.2仪表工作过程的详细拆解论证23 长沙理工大学Leaper团队23 / 28万达石化东营港分厂年产15万吨醋酸乙烯项目 创新性说明书第一章 原料方案及其体系创新1.1原料方案乙烯法与乙炔法所制备的醋酸乙烯含量都超过99.5%。然而乙炔法中含有杂质醛类超过乙烯法,所以乙烯法的质量要比乙炔法好。天然气乙炔在投资成本上要高于乙烯法,技术难度大且近几年天然气供需矛盾非常突出，保供形势严峻。以电石乙炔为原料的工艺虽比较于天然气乙炔法而言技术简单，成本较低，但由于在乙炔的生产过程中产生大量电石炉尾气、粉尘和电石渣,不仅对周围的大气环境带来极大的危害,对土壤和水资源也产生了长久的危害。另外电石生产能耗很大,因此该法在欧美国家已经逐渐被淘汰。20世纪我国在发展经济的过程中没有对环保问题给予应有的重视,导致我国醋酸乙烯生产装置中以电石乙炔为原料的装置占绝大多数。乙烯主要是以石脑油、轻柴油等液体石油馏分为原料，通过蒸汽裂解制乙烯装置获得，近年来，随着我国诸多大型炼化装置开工投产，国内的乙烯产能得到了有效的提升。据估计，未来三年，我国乙烯产能释放近3000万吨，有效地缓解了我国乙烯供需矛盾，因此本项目具有普适性、本质环保性以及较好的节能推广价值。 1.2产品结构方案创新表1-1 产品结构一览表序号产品规格（）产量备注1醋酸乙烯99.8151475.2t/a主产品2乙醛99.91900.2t/a副产品3食品级二氧化碳99.996349.2t/a副产品本项目以乙烯、氧气以及醋酸为原料进行醋酸乙烯的生产，相较于传统电石乙炔法，减少了电石乙炔生产对环境的污染，降低了单产能耗。设置了乙醛精馏塔回收了乙醛副产物，同时相比传统工艺新增了二氧化碳回收装置，资源化利用了原工艺排放至大气的高浓度二氧化碳尾气。本项目年产15万吨醋酸乙烯，1900吨优等品乙醛，6349.2吨食品级二氧化碳，总厂与分厂集成三废处理、公用工程与其他辅助物料，实现能量与物料的高效利用，主产品醋酸乙烯与副产品乙醛和食品级二氧化碳在东营港经济开发区附近就近销售。本项目产品特色集成方案如下图：图1-1 本项目系统集成图第二章 清洁生产技术创新2.1醋酸乙烯绿色生产技术创新醋酸乙烯（VAM）是一种重要的有机化工原料，主要用于生产聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物。目前国内生产醋酸乙烯工艺路线主要有Wacker电石乙炔法、Borden天然气乙炔法、Bayer乙烯法。目前生产醋酸乙烯的传统电石乙炔法占我国醋酸乙烯总产能70%以上，虽工艺成熟，但产生大量电石炉尾气、粉尘和电石渣,不仅对周围的水体与大气环境带来极大的危害,对土壤和水资源也产生了长久的危害。同时电石生产能耗很大，与我国可持续发展战略相违背。另一方面，随着我国石化工业的不断发展，特别是大型乙烯生产设备的建成，使乙烯来源愈加丰富，使用乙烯作为原料具有污染小，能耗低的特点。故本项目创新地使用Bayer乙烯法，该工艺绿色环保，具有广阔的生产前景。2.2二氧化碳资源化利用与蓄热燃烧新技术。原工艺的直接碳排放部分主要来源于二氧化碳解吸塔直接排放至大气的高浓二氧化碳尾气。本项目考虑到大量碳排放对环境造成的影响，同时为了响应中国制造2025的标准，在经过详细的论证之后认为可以资源化利用这部分高浓二氧化碳。因此本项目选用中压法二氧化碳工艺，将原先排放至大气的高浓二氧化碳经过加压、吸附、浅低温精馏制得食品级二氧化碳，各项指标均符合GB 10621-2006各项指标，有效地降低碳排放。P.S南京塞拉尼斯高浓CO2处理方式为催化燃烧后直接排放。燕山石化已采取回收制取食品级的新工艺。本项目原有部分对于排入火炬系统的工艺尾气与送去废液烧却炉处理的有机废液。本项目相比较于原工艺创新性地将放火炬处理与废液烧却合二为一，改为进入旋转式蓄热式氧化炉进行深度氧化与热量回收处理，这部分回收的热量反过来供给于醋酸乙烯装置，降低了公用工程的需求，从而降低了生产过程碳排放。第三章 反应技术及分离技术创新3.1使用新型催化剂并应用STY辨识优化技术乙烯法醋酸乙烯合成催化剂的改进一直是该领域热点之一，催化剂的活性决定了反应器的生产能力，我国自引进可乐丽公司技术以来长期使用Bayer系列催化剂，由于依赖进口导致价格昂贵。为此中石化上海石化在总结了几十年运行经验后与1999年成功开发出CTV-IV型催化剂，经评定后认为性能已由于现有国外各系列催化剂。自主研发的成功使得催化剂的投资大大减少。但是对于催化剂的研究依旧在不断持续进行着。本项目使用内填装新型国产CTV-VI型催化剂,该催化剂采用蛋壳型分布，同时提高分布环上的活性组分含量，在控制合适的条件时选择性可超过94% ,氧气的转化率可超过 60%，催化剂活性相较于传统的CTV-IV系列活性高15%以上，有效地提高了反应器的生产能力，目前该催化剂已在上海石化2w吨生产装置上投产试验，得到了可靠的实际运行参数。第一层第二层图3-1 催化剂结构示意图自从引进Bayer乙烯法以来，对于最佳操作条件的优化一直是研究人员探索的问题之一。由于本催化过程是一个复杂的时变系统，为保证催化剂活性，床层温度会随着时间的推移而增加，研究人员应用辨识技术采用递推的最小二乘法来建立时变的空时得率(STY)数学模型，并制定出具有较强的自我修正和预测能力的STY控制曲线和升温曲线。利用前述方法最终能给出优化后的升温曲线和最大产量曲线，对生产有直接的指导意义。图3-2 CTV-VI中试升温曲线图本项目使用的催化剂为新型CTV-Vl催化剂，此前已有一定数据基础，本项目可在此基础上利用本厂生产数据继续优化此项，采用最大产量操作方式，为企业增加创收，同时为下一代催化剂的研发提供数据支持。3.2多种助活物质与提高CO2保护气的含量醋酸乙烯催化机理中含有下列两步骤：Pd-CH3COOHPd-OPd-OCOCH3Pd-OH Pd-OCOCH3CH2CH-PdPd- CH2CHOCOCH3Pd 其中第二个反应为催化反应决速步骤，醋酸钾的作用是助催化的，它的作用是帮助醋酸在钯上缔合，促进物理吸附的醋酸离解和放出氢离子，减弱钯氧键的结合，促进醋酸钯键的分解，抑制深度氧化，以提高选择性。在反应过程中，催化剂中的醋酸钾会逐渐流失，流失量会因温度升高而增加，引起催化剂活性下降，选择性降低，副产物CO2增加，为此，本装置开车13天后连续补加醋酸钾，补加量视流失量而定，浓度为515g/l。醋酸钾的补加量过高或过低都会影响催化剂的选择性及空间收率，试验表明：醋酸钾补加量与加入醋酸量最佳比值为2535ppm。研究数据表明进反应器料中适量水的存在可提高催化剂的活性，并可减少醋酸对设备的腐蚀，因此，本项目创新地不使用高纯循环醋酸，而是通过控制醋酸塔油相回流比使得循环醋酸含水约3，防腐的同时实现助活作用。二氧化碳是反应的副产物，存在于循环气中。适量二氧化碳的存在既有利于应热的移除，又可抑制乙烯的深度氧化反应，且使氧的爆炸极限浓度变高，本项目将循环气中含有20%的二氧化碳提升到25%，好处有两点：增加反应选择性减少抽出侧流气的流量降低气体精制系统负荷，减少乙烯损失。3.3急冷吸收耦合技术本项目在产物气液分离部分采取急冷吸收技术，将气体的冷凝与吸收过程耦合，在保证气体分离效果相同的情况下再使得流出物流温度保持一致（因为气液两相后续均需升温，故需要考虑出料温度的影响），与分步进行的方案模拟对比， 先冷凝后吸收急冷吸收耦合先吸收后冷凝图3-3 AspenPlus模拟示意图结果显示本方案更加高效低耗。表3-1 分离效果对比表方案1方案2本项目方案冷耗多3000kw多400kw对比基准热耗多8000kw多5000kw3.4三塔非均相共沸精馏技术醋酸塔分离对象为醋酸-水-VAM体系，我们要使得塔底醋酸浓度达到97%,利用三元相图分析，如图3-1所示进料组成点图3-4醋酸-水-醋酸乙烯三相图上方的曲线为进料组成对应的剩余曲线，由于反应液含醋酸乙烯量的限制，提馏段组成会较快进入水与醋酸的分离体系，但是由于醋酸的强缔合性质，与水的相对挥发度接近1，增加塔板数并不能有效提升塔釜醋酸纯度，于是考虑采取分层回流的方式，反应气体经冷凝后进入回流罐分层，水相全采出，油相部分回流，由于资料表明，循环醋酸含有3%-4%水有利于活化催化剂，于是我们根据工艺条件使用非均相共沸精馏技术调节回流比至塔釜组成符合此项要求。通过aspenplus模拟数据对比，在分离要求与其他设置相同的情况下共沸精馏比直接精馏至少节能百分之60以上，这是由于醋酸与水体系相对挥发度接近1，难直接精馏分离的特性所决定的。同理，由于副产物水与产品醋酸乙烯存在共沸现象，普通精馏无法跨越共沸组成，如图3-2所示：分离受到共沸限制图3-5 VAM-水相平衡图我们再次使用非均相共沸精馏技术：在粗VAM塔将剩余的少量水同产品共沸馏出分层，下层水相与醋酸塔回流罐水相合并送往脱水塔，将其中的轻组分从塔顶蒸出回到粗VAM塔回流罐，脱水塔塔底排放有机物含量不超过0.03%的工艺废水，同时粗醋酸乙烯塔塔底得到几乎不含水的粗醋酸乙烯。本方法简单易操作，利用该分离技术，有效地减少了分离过程中的能耗与产品损失，并大幅降低了废水的有机物含量（仅万分之2）。 图3-6三塔非均相共沸精馏流程图3.5分子筛吸附脱水技术二氧化碳精制工段中，高浓二氧化碳经过三级压缩后，排气中仍然含有0.64的水分。水分会对后续二氧化碳低温精馏产生不良影响，影响精馏塔与产品质量，应通过先进的分离技术将排气中的水分脱除，在考察了现有的脱水工艺后，我们选用分子筛脱水技术来解决这一问题。分子筛吸附脱水工艺在低水分、高温、高气体流速等苛刻条件下仍能保持比其他固体吸附剂高的吸附容量，且技术发展快、应用广，其主要特点是：能耗低，工艺适用范围较广；产品纯度高且可灵活调节；工艺流程简单，可实现多种气体的分离；装置自动化程度高，操作方便；装置调节能力强，操作弹性大；投资小，操作费用低，维护简单，检修时间少，开工率高；吸附剂使用周期长，正常操作下吸附剂一般可以使用十年以上；环境效益好，除因原料气的特性外，装置的运行不会造成新的环境污染。本工艺进料气流量为854.2kg/h，其中含水0.54kg。规模较小，工业上一般采用双塔流程。在双塔流程中，一塔进行原料吸附脱水的同时，另一塔进行吸附剂的再生、冷却，在一塔完成吸附过程后，另一塔已经再生完成，可以进行吸附操作，此时进行切换，继续进行吸附脱水操作。双塔流程的工艺过程如下：表3-2 两塔方案时间分配表吸附塔0-24h24-48h分子筛脱水塔1吸附阶段再生阶段分子筛脱水塔2再生阶段吸附阶段从上表可以看出，每个时间段都有一个塔处于吸附阶段，一个塔处于再生阶段，通过控制系统实现双塔塔的合理切换，从而保证下游供气的连续性。本工艺中两塔的控制与模拟流程图如下：图3-7 分子筛吸附脱水塔控制与模拟示意图更多内容请查阅7-变温吸附装置设计说明书第四章 过程节能技术创新4.1热泵精馏技术（含与隔壁塔节能对比分析）通过热集成分析可知，精VAM塔塔顶塔釜存在较大热平台。减少此过程公用工程消耗可考虑采取如下两种方式：将粗VAM塔和精VAM塔整和成隔壁精馏塔（DWC）实现完全热耦合利用热泵技术提升精VAM塔塔顶工质温位，实现流股内部热交换。我们分别对热泵改造与隔壁塔改造进行了模拟对比分析，结果如下：图4-1 热泵与隔壁塔模拟对比图对比结果如下，此处仅对比对最终能耗影响较大的热与电耗：表4-1 热泵技术和隔壁塔技术方案对比（精塔与粗塔加和）项目热泵技术隔壁精馏热耗（kW）1249.716917.76压缩电耗（kW）7070热耗总和（kW）3575.086917.76设备投资增加一台压缩机减少一台冷凝器与再沸器可行性国内有应用基础国内尚无隔壁塔示例控制难度较难难考虑到实际应用情况，最终决定本项目采用塔顶蒸汽直接压缩式热泵技术，以塔顶气体为工质，塔顶气体经压缩机压缩升温后，与塔釜液相换热，使之部分汽化，同时使自身降温，再经冷却后进入塔顶回流罐，液相部分回流至精馏塔，部分采出。再沸液体经换热后部分汽化，循环回提馏段底部，液相出料为醋酸乙烯-醋酸乙酯混合物，泵入废液槽，热泵精馏塔结构如下图所示：图4-2 热泵精馏结构图塔顶蒸汽直接压缩式热泵，由于压缩机采用电力驱动，能耗主要由电耗和深度冷却器产生，实现热泵改造后电热能耗转换后为热耗2325.37kW，深度冷却器的冷耗为808.17kW。而无热泵技术的冷耗为5072.5kW，热耗4973.31kW。故与无热泵技术相比，热泵技术综合节约能耗68.8。表4-1 无热泵技术和热泵技术方案对比（仅针对精VAM塔）项目无热泵技术热泵技术冷公用工程能耗（kW）5072.5808.17热公用工程能耗（kW）4973.310压缩机电耗（kW）0707总能耗（kW）10045.813133.544.2加压水移除反应热产蒸汽本项目的醋酸乙烯产品的合成反应是强放热反应，反应过程为维持床层温度稳定需要用加压水换热移除反应热量，同时汽包产出低压蒸汽供给负荷最大的醋酸精馏塔使用，减少外购蒸汽耗量159696t/a，降低了装置能耗水平与运行成本。汽包产气与补水换热流程见图4-2： 图4-3加压水取热产蒸汽示意图（红色物流）4.3蒸汽凝结水热量回收技术饱和蒸汽凝结水含有蒸汽热能的20%30%,合理利用该部分能量能有效减少本项目的蒸汽耗量，从而降低能耗水平，经过论证可知，由于本项目使用了140与175两种不同规格的蒸汽，其中175蒸汽凝结水可采取降压至0.3609Mpa闪蒸，产生的蒸汽补充到140蒸汽管网。经过计算，利用该项技术本项目每年可节约140蒸汽1454.68t/a，每年节约26.18w元蒸汽费用。图4-4凝结水热回收示意图本项目锅炉补水为40除盐水，本可利用蒸汽凝结水将其预热至90送往汽水分离器，以提高蒸汽产量。4.4加压精馏避免冷冻剂的使用本项目乙醛精馏塔传统为常压操作塔顶温度22，塔顶冷凝器需要使用冷冻盐水作为冷却介质,本项目提高了该塔操作压力，加压后的塔顶泡点温度47可以使用循环冷却水作为冷却介质，降低了公用工程的品位，从而节约了能耗。表4-2加压精馏与常压精馏对比项目塔顶温度/冷却介质/常压精馏22冷冻盐水加压精馏47循环冷却水4.5热集成创新本项目使用了夹点分析和热集成节能技术，运用了Aspen Energy Analyzer V9.0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4-5换热网络相较于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4-3公用工程对比表项目热公用工程消耗量冷公用工程消耗量换热网络优化前（不含节能技术）79845449.2200991045.6换热网络优化前（含节能技术）61941209.2185629918.7换热网络优化后40465725.5164154158.0综合节能49%18.33%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27.1%，热集成分析详细参见换热网络与节能设计说明书。第五章 新型过程设备应用技术创新5.1反应器导流筒及其CFD模拟由于本项目醋酸乙烯合成反应气固相放热反应，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。由于本项目采用催化剂活性较高，空时收率较大，快速移热问题就成为工程开发的关键问题之一。这又归结为反应器内流体的均匀分布问题。如果载热体不能均匀分布、热量不能及时移走,形成飞温,造成局部温度过高,不仅影响催化剂和反应器的利用效率,影响目的产物的选择性、收率,而且可能会造成反应器的损坏,最终影响装置的安全运行。专利CN202113842公开了一种合成醋酸乙烯的新型固定床反应器。这种反应器在一定程度上提高了热交换效率,能够有效的避免“飞温”现象的发生,也降低了载热体的用量,减少了装置的操作成本。但该方法中,存在加工困难、设备费用高等缺点。为此，本项目采用中石化实用新型专利CN 203494495 U中的新型醋酸乙烯反应器导流筒来解决上述问题。图5-1 专利附图导流筒结构示意该新型反应器通过设置带有大小不等均匀分布的导流孔的载热流体进口导流筒,对进口载热流体均匀分流,从而实现载热流体通过小孔均匀进入列管式固定床反应器壳程,减小壳程径向截面的流体分布不均匀程度,提高反应器换热能力。同样通过设置带有大小不等均匀分布的导流孔的载热流体出口导流筒,对出口载热流体均匀合流,从而实现载热流体通过小孔均匀离开列管式固定床反应器壳程,减小列管式固定床反应器壳程上部径向截面的流体分布不均匀程度,提高反应器换热能力。采用CFD模拟计算得到如图3-8、图3-9所示模拟结果，模拟效果表明，传统进料方式下在入口出处流速过大、压力分布不均匀，在中部流速下降迅速，流动扰动差接近层流，传热效果差；在导流装置壁的阻挡作用下，从上述十个孔进行分散进入，反应器内流动效果好，压力分布均匀，有利于反应选择性和收率的提高。图5-2模拟工况速度分布图（左：传统，右：新型）5.2新型CQF氟塑料屏蔽泵为由于本项目泵P0102，P0203输送介质为高浓度醋酸，有极强的腐蚀性，因此我们选用新型的CQF氟塑料磁力泵，保证设备抗腐蚀性能力，实现安全生产。磁力驱动泵（简称磁力泵）是将永磁联轴器的工作原理用于离心泵的高科技产品，氟塑料磁力泵，其过流部件全部采用氟塑料制造，设计合理，工艺先进，具有全密封，无泄漏，耐腐蚀性能极强等特点，其性能达到世界同类产品的先进水平，已广泛替代进口磁力泵，其结构图如图5-3所示。磁力泵以静密封取代动密封，使泵室处于完全密封状态，取消了轴封、利用磁力耦合间接驱动，完全消除了滴漏的烦恼，不污染使用场地。由于泵的过流部分选用“氟塑料合金”制造。可连续输送任意浓度的酸、碱等腐蚀介质毫不受损。 图5-3 CQF氟塑料磁力泵结构图5.3新型CJST-MP膜喷无返混塔板的应用本项目精馏过程由于醋酸乙烯存在自聚情况，即使加入阻聚剂也不能完全抑制其自聚反应。实际生产应用证明,对于醋酸乙烯装置中的T0201醋酸塔若采用传统3mm筛板塔盘，时间一长就会发生堵塔现象，不能长期正常运行。针对上述情况，本项目应用新型CJST-MP膜喷无返混塔板进行结构改造以解决上述问题。该塔板是由天津创举在低阻力膜喷射塔板的基础上开发的一项新产品，重点解决塔盘返混导致板效率下降的问题。适用于大液气比的工况以及易堵物系的分离工况。传质方式为：气体从升气管进入塔盘，在喷嘴处与液相接触。液体被高速气体提拉上升向分离板撞击，经折流改变方向。沿水平方向形成对撞，对撞后液体落回塔板上导流槽内，导流槽将液体直接导入降液管，气体上升进入上一层塔板。经传质后的液体不再落回到原塔盘上，从而保证塔盘上与喷嘴接触的液体为原始浓度，使传质推动力始终保持在高值上。图5-4塔板专利附图（CN200910067917.2）其主要特点是：（1）无返混、无浓度梯度：以往各类形式的塔板，传质过程都存在着不同程度的返混，并且在塔板的流动方向上，形成了浓度梯度，无论是返混还是浓度梯度都降低了传质平衡推动力，影响了塔板效率。MP塔板采用了集液导出装置，做到了塔板上各点无返混、无浓度梯度，使得传质过程均保持在高推动力下进行。（2）高传质效率：MP塔板是以喷射态作为传质形式的塔板，在喷射形式上因为采用特殊喷射方式，可进一步提高液相的分散程度，液滴更多，液相表面积更大，传递速率更高；无返混、无浓度梯度使得传质过程均保持在高推动力下进行，也大大提高了传质效率。故塔板层数减少，降低投资。（3）阻力降低：塔板的特殊结构使得气相与液相接触无需穿越塔板液层，而是形成对液体膜的喷射，这样塔板阻力大为降低；并利用喷咀雾化的原理，通过对喷咀处的液层高度控制来实现塔板的低阻力，阻力降可控制在20mmH2O以下。（4）抗堵性强：塔板在结构设计上基本没有可堵塞的部件，在喷咀处气速较高不易形成堵塞，对有颗粒沉液的物系，抗堵持续时间长，为易堵物系的传质分离开辟了新途径。（5）适用范围广：对于阻力降较低的减压蒸馏和低压吸收也有很好的适应性，对于带有较高热效应的（塔盘上需要布有冷却小装置）吸收操作，冷却装置易于排布，且冷却面积可加大。 图5-5 CJST-MP塔板气相流场模拟使用新型CJST-MP塔板，相比传统F-1塔盘，设计弹性可提升到40-150%。实际应用过程中全塔压降下降了10-15%。分离能耗降低约10%，很好地解决了体系自聚导致内件堵塞的问题，同时也具有较大的操作节能效益。本项目应用后预计每年可节约蒸汽1.5w吨，同时保证了T0201醋酸塔的安全平稳运行。5.4空心环管壳式换热器的使用本项目醋酸乙烯合成工段由于反应温度较高，出反应器的混合气体温位较高，热量被逐级利用，所涉及的换热器均为气-气相换热器。而气-气相换热器的总传热系数较低，导致换热面积较大，设备费用增加，占地面积增加。且经过对反应工段气体循环工艺流程的分析可知，减少循环气体压缩机出口到反应器进口流段的压降有利于降低循环气体压缩机的负荷，降低了设备运行周期后期超载带来的设备安全隐患。针对上述问题，本项目在醋酸乙烯合成工段的物流间换热器中使用了能同时改善管程与壳程换热器传热系数及流体压降的传热设备空心环管壳式换热器，其基本信息如下：图5-6 空心环网-缩放管示意图该种换热器是由华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室开发的新型壳程强化传热技术，其的结构特征是以粗糙型强化传热管取代传统换热器的普通光滑传热管，以空心环管间支承物取代传统换热器的折流隔板管间支承物，并配有壳程纵向均流气体分布器及低阻的环状壳程进出口结构。采用以上结构后换热器具有以下特点：壳程流阻低。壳程轴向流道空隙率达80的空心环管间支承物对纵向流体的形体阻力几乎可以忽略，可将壳程流体的绝大部分流动功耗用于促进粗糙传热管束传热界面上的流体湍流，以有限的流动功耗最大幅度地提高界面传热膜系数，有效地避免传统换热器中折流隔板对流体形体阻力过大，造成流体输送功白白浪费，而传热膜系数又较低的缺陷。传热膜系数高。该种结构的换热器可充分发挥粗糙型强化传热管的强化传热性能，利用传热管的周向粗糙肋，促进纵向流体在传热界面上滞流层的湍流度，获得比普通光滑管界面高80100的传热膜系数。鹤山市磷肥厂年产4万t硫酸生产线中,经过改造后新增的空心环管壳式换热器换热器重量仅48 t,设备投产65万元，与传统折流隔板管壳式换热器相比,节省钢材62 t,降低设备造价45万元。在系统风机操作费用方面,由于换热器总压降减少58%,克服了原换热器折流板易结酸泥,引起壳程阻力不断上升的致命缺点，风机维持在较低的压力下运行,运行费用也大大下降，每年可使风机节电39.万度,价值27.5万元。经广东省科委组织技术鉴定。化工部中国硫协，南京化学工业集团公司研究院及四川化工设计院等单位专家参加评议，并与近年美国孟山都硫酸设备公司生产的新型碟环折流隔板管壳式换热器，美国国际石油（UOP）公司生产的折流杆管壳式换热器，以及南京化学工业集团公司生产的新型双圆缺型管壳式换热器的技术性能相比较，确认空心环管壳式换热器有较大的优越性，其技术性能达国际领先水平。综上所述，空心环管壳式换热器具有传热效率高，设备投资小，压降小，不易积垢的突出优点，主要应用于大流量，低压降的气-气换热过程。适用于本项目的反应气体循环中的E0102、E0103、E0110。第六章 环境保护技术创新6.1蓄热燃烧工艺与新型设备的应用本项目实现资源化利用的同时实现清洁生产，本项目通过“两大循环”反应气循环、未反应醋酸循环，以及“三小循环”侧流气净化循环、回收醋酸循环、共沸除水循环，实现物料的最大化利用，大幅减少了废液、废气以及废固的产生。同时本项目采用新型旋转式蓄热氧化炉（旋转式RTO）治理工艺废气，同时回收热量用于过热蒸汽，其基本结构如图6-1所示：图6-1 旋转式RTO示意图旋转式RTO主要由燃烧室、陶瓷填料床和旋转阀等组成。炉体分成12个室，5个室进废气、5个室出净化气，1个室清扫，1个室起隔离作用。废气分配阀由电机带着连续、匀速转动，在分配阀的作用下，废气缓慢在12个室之间连续切换。废气进入炉体后首先被高温蓄热陶瓷加热，然后进入燃烧室进行深度氧化，净化后的高温气体离开氧化室，进入冷却区，将热量传给蓄热体而气体被冷却，并通过气体分配器排出。而冷却区的陶瓷蓄热体吸热，“贮存”大量的热量（用于下个循环加热废气）。旋转式RTO是第三代RTO，较传统的三室RTO，其主要优点有：（1）旋转式RTO散热面积小，热效率95%，12个室交替工作缓冲，能有效节约能耗；（2）12个室一起工作，气流分配，净化效率99%；（3）占地面积小，同样处理量，相较于传统三室蓄热燃烧占地面积减少40%；（4）采用旋转阀，进气、排气连续，管道压力波动小，废气不倒灌，车间气味小。图6-2 三室RTO与旋转式RTO实物图本厂原有三股有机废液和三股废水，其中三股有机废液采取集中收集至废液槽，泵连续抽出，经旋转式RTO高温烟气蒸发后汇入工艺废气进入炉内燃烧放热，以RTO代替原工艺的废液烧缺炉。同时本项目将热量回收与旋转式RTO先进的废气处理设备结合，积极响应国家节能减排的方针，充分体现了环保节能的理念，取得了良好的环保和经济价值。6.2废水处理方法对于四股工艺废水，其中压缩机凝液和脱附废水量较少且有机物含量低，脱水塔废水量较大，但有机物含量也在0.03以下，主要杂质为微量醋酸，本项目采取合并后调节pH再送往污水处理厂生化处理。总废水经计算COD值较低，约为500mg/L，且基本不含氮磷，本项目送往总厂污水处理厂采用活性污泥法（SBR）再生。图6-3 SBR流程其原理为在有氧条件下,利用好氧微生物的作用来去除废水中的有机物。在处理过程中,废水中溶解性的有机物透过细菌的细胞壁进入细菌体内为细菌所吸收,而固体和胶体形式的有机物先被吸在细菌体外,由细菌分泌的外酶分解为溶解性物质,然后再渗入细菌细胞中。细菌通过自身的生命活动,即在细胞内的作用下通过氧化、还原、合成等过程,相反,一部分被吸附的有机物氧化为简单的无机物,如有机物中的碳被氧化成二氧化碳、氮和氧化合成水、氮被转化为氨等。同时释放出细菌生长、活动所需要的能量。与此同时,另一部分有机物合成为新的原生质,作为细菌自身生长、繁殖所必需的营养物质。来自装置区的含醇、酸度水经过调节池,均匀混合后进人一级生化池好氧处理后,进入二级生化池。进一步经过好氧处理后,进人斜板沉降池.除去废水中的悬浮物。然后经过活性炭过滤器过滤。悬浮物经进一步吸附后,达到循环水质要求后,补充到循环水系统得以利用。第七章 防腐工艺创新7.1醋酸蒸发塔防腐工艺本项目醋酸进料使用醋酸蒸发塔，其不同于一般蒸发器，其特点在于本体外设物料加热器。醋