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尾气深度脱硫制甲硫醇项目-设计摘要目录1项目简介12 工艺路线及原料的确定23节能技术54产品简介75安全设计76.设备设计与控制97.厂区选址与布置108.总结1221项目简介随着人们环保意识的日益增强和环保标准的相应提高，降低硫化物排放量已不容忽视。从2014年开始相关严格法律条例的提出，为了减少环境污染和达到环保排放标准，必须发展尾气处理技术，尾气处理的工艺开发和应用已迫在眉睫。原厂采用克劳斯法制取硫磺来治理回收硫化氢，具有关消息报道，其排放气中含硫量大于960m3/h，存在硫资源浪费、经济效益低以及环境效益差等缺点。另外，作为碳化工产品的原厂主产物甲醇由于较低的附加值，导致其在当前国内市场供过于求的现象十分严重。近年来随着精细化工技术的迅速发展，有机化工产品以其独特的物理、化学性质，被广泛应用于饲料、农药、医药、溶剂、表面活性剂、油品添加剂以及分子量调节剂等领域。甲硫醇作为一种重要的有机合成中间体，我国现在生产甲硫醇的企业很少，只有几家医药、农药企业作为中间体自产，年产量不足千吨，20世纪90年代初其生产能力已超过20kt/ a。据统计，2000年我国对蛋氨酸的需求量约50 kt，预计2000 -2010年将达到70kt/ a，2010 -2020年将达到90kt/a，而目前我国蛋氨酸的产量仅为10kt/a，远远不能满足工业需求，依赖大量进口。以生产1t蛋氨酸消耗0.5t甲硫醇计，则至少需甲硫醇25kt。另外，甲硫醇还可制得甲基磺酞氯(CH3SO2Cl)、甲硫基丙醇、丙虫磷、倍硫磷西草净和杀虫剂灭多威等，这些方面甲硫醇的需求至少5kt/a。因此保守的估计甲硫醇的需求量也在30kt/a以上，我国甲硫醇远远不能满足市场需求，其开发和利用的前景十分广阔，效益巨大。因此，结合河南濮阳中原大化公司的现状，拟在河南濮阳工业园区建一座年产1300吨含硫尾气制甲硫醇分厂。本项目以原厂中克劳斯尾气为原料，通过反应转化、吸收解析、反应合成、甲硫醇精制，与来自界区的氧气、氮气、水蒸汽等辅助原料制得最终产品甲硫醇。生产过程中充分利用了原厂主产品甲醇，符合可持续发展的化工新理念。项目完成后，可年产1300吨甲硫醇，副产甲硫醚。不仅具有重要的经济效益，而且具有主要的社会效益2 工艺路线及原料的确定目前工艺上深度处理含硫尾气有多种，最主要的五种为：超级克劳斯法、萨费林脱硫法、低温SCOT、WSA工艺、生物脱硫。五条工艺技术方案的对比列于表2-1。但由于处理过后的产物不同，本项目以硫化氢制得甲硫醇工艺尚未在工业上大规模投产使用。表2-1工艺技术方案对比内容超级克劳斯萨费林脱硫低温SCOTWSA工艺生物脱硫工艺流程繁琐较繁琐简单简单简单吸收率99.5%99.8%99.9%99.9%完全吸收装置投资较高较高较低很高很高装置能耗高较高较高较低较高三废污染小污染小污染小污染小污染很小由表2-1可知，低温SCOT工艺具有原子利用率高，绿色环保，流程简单、能耗低等优点，符合“可持续发展、绿色化工”的理念。因此，本项目选用低温SCOT工艺对含硫尾气进行转化处理为硫化氢，采用水蒸汽、氮气作载气及稀释剂与原厂主产物甲醇氧化生成产品甲硫醇。原料气克劳斯尾气主要组成如下表2-2。表2-2馏分组成成分质量分数/H20.00104872H2S0.00688046SO20.00358156N20.71714444CO20.01811114H2O0.25010891CO0.00065247COS0.00247229总工艺流程本项目以原厂克劳斯尾气原料，总工艺流程图如图2-1。来自克劳斯尾气中的二氧化硫经过低温SCOT工艺转化为硫化氢，含有硫化氢的酸性气体与二甘醇胺溶液逆流接触充分吸收，解析出来的硫化氢被送进下一甲硫醇生成工段；在甲硫醇生成工段与来自界区的氧气、氮气、上一工段处理的尾气（N2）和原厂的甲醇充分混合后进入反应器生成甲硫醇；反应后甲硫醇粗产品经过降温后随大量载气进入甲硫醇精制工段，经过深冷分离后塔顶采出的载气和硫化氢分两步循环回反应器，甲硫醇等重组分依次进入初步分离塔、甲醇分离塔，分离出的甲醇再次循环使用。最后进入甲硫醇精制塔得到纯度为99.9%甲硫醇和99.7%的甲硫醚。图2-1 总工艺流程图3节能技术 热集成在本项目中，需要加热或冷却的物流很多，用到的冷公用工程为：冷却水（20）；热公用工程：中压蒸汽（175）、高压蒸汽（250）。作为能量消耗过多的化工产业，能量的回收利用十分关键，会直接影响到企业的经济效益。为了充分利用能量，本项目通过使用Aspen Energy Analyzer 软件，结合本厂设备布置的实际情况，在满足设计公用工程费用最小和设备费最小的情况下，对各个工艺流股以及公用工程之间进行热量匹配，设计出了一种最优的冷热流股匹配方案。全厂换热网络的匹配方案如图3-1所示。图3-1全厂换热网络的匹配方案 经过热集成对换热网络进行优化后，共需冷公用工程5.144103Kw，热公用工程2.734103Kw，与优化前相比，热公用工程节能44.70%，冷公用工程节能30.18%。全厂能耗项目单位数量综合能耗吨标煤/年1000单位产品能耗吨标煤/吨甲硫醇0.77万元产值能耗吨标煤/万元0.064产品简介本项目综合综合考虑工艺流程特点，以甲硫醇为主产品，同时副产甲硫醚的产品结构。具体结构见表4-1。本方案充分利用了原料，运用低温SCOT工艺转化吸收、硫化氢-甲醇制甲硫醇，提高了原子利用率，同时排放严格达标，辅助原料为氧气、氮气、二氧化碳，减轻了环保压力。表4-1产品方案一览表产品名称试验方法规格（wt%）级别产量（吨/年）单价（元/吨）主要产品甲硫醇GB/T 1752999.90优等品1000600000主要副产品甲硫醚GB/T 162899.70优等品1180005安全设计安全风险分析本项目对工厂的甲醇、甲硫醇、甲硫醚罐区及生产区进行了重大危险源辨识，并根据物质的物性进行了罐区物质的源相分析。采用道化学火灾爆炸指数危险评价对重大危险源进行风险预评价。HAZOP分析本项目采用HAZOP分析方法，以甲硫醇精制塔（T304）为节点进行分析。根据该设备可能产生的偏差如：进料流量增大等进行系统分析，根据结果对可能产生的危险源和隐患进行有效预测。6.设备设计与控制设备设计根据Aspen plus的模拟结果，严格依据相关国家标准，我们对工艺流程中的甲硫醇反应器R201、深冷分离塔T301、甲硫醇精馏塔T302、甲醇精馏塔T303、甲硫醇精制塔T304、固定管板式换热器进行了详细设计，包括基本的设备设计参数和特殊内构件的设计。利用Cup-Tower及SW6-2011软件对流程中全部塔设备进行了工艺设计、基本参数设计和机械强度校核。利用Aspen Energy Design and Rating和SW6-2011对全部的换热器进行了工艺设计、选型、基本参数设计和机械强度校核。此外还对泵、压缩机、储罐、回流罐等设备进行了选型，使用SW6-2011对甲硫醇生成反应器、精馏塔、换热器、储罐、回流罐进行设备的强度校核和重量计算。控制方案 本项目设计的控制系统主要由 DCS 集散型控制系统组成，主要用信息反馈来控制泄压阀的开启、熔盐和导热油的进出量、各种旁路与阀门流量。以及显示各压力容器和管路的压力、温度、液位。此外，本项目还利用了串级控制分别对反应器R101、R201的导热油和熔盐进口量以及换热后分股流向不同容器的流出量进行了准确的控制。7.厂区选址与布置总厂布置总图布置贯彻“十分珍惜和合理利用每寸土地，切实保护耕地”的基本国策，因地制宜，节约用地，提高土地利用率。坚持做到：符合国情，布置合理，生产安全，技术先进，保护环境，节省投资，运营费低。根据人车分离理念，分设车流通道和人员通道，减少交通阻力。采用了平行布置，将生产区与生活区布置在厂区径向干道两侧，使二者互不影响。并且根据紧凑集中理念，合理布置厂区内建筑及车间位置，达到高效稳定安全的生产布置。厂区长 280m，宽 175m，总占地面积 49000m2 。主要包括生活和管理区、生产辅助区、生产工艺区和储运区等区域。我们使用 Auto CAD 进行厂区的平面设计（厂区平面布置图如图 7-1 所示）并用 PDMS、3ds Max、Lumion 等软件绘制了厂区的立体效果图，有助于直观地了解厂区的全貌。 图 7-1 厂区总平面布置图 车间及管道布置本设计小组严格依据车间及管道布置的基本规则，结合本项目特点，对车间的设备、管道以及全厂各个功能区进行了设计和布置。用Pdmax三维工厂设计软件，进行了各车间的设备布置及配管设计，并用3Dmax三维动画渲染和制作软件对车间效果进行了进一步的渲染。车间三维布置图如图 7-2所示。图7-2车间三维布置8.总结 本项目以“安全稳健、节能环保、可持续发展”的设计原则进行了初步设计。通过查阅文献、市场调研确定了以河南濮阳中原大化克劳斯尾气为处理原料，通过SCOT工艺、硫化氢-甲醇反应制得主产物甲硫醇，副产物甲硫醚。然后采用Aspen Plus软件完成全流程的工艺设计，并对全流程进行物料衡算和能量衡算。再根据流程模拟数据并结合Aspen Energy Analyzer软件对过程进行了热集成分析，确定了本项目的节能方案。在此基础上再用Aspen plus软件对所需的公用工程进行了模拟计算和优化设计。根据流程模拟数据对设备进行选型，并利用SW6和Cup-Tower:对设备进行校核；对于反应器，我们运用了COMSOL Multiph