word-2016docx0-项目概要

河北农业大学渤海校区参赛队员：刘 曼 赵紫光 王炎江 王庆一 范雨航 指导老师：刘祺凤 石旭柳 高建平 王洪东 张 凯四川达州石化年产10万吨醋酸乙烯项目目 录第一章 项目简介1第二章 工艺介绍3第三章 生产过程控制和机械化程度5第四章 节能技术与创新64.1 换热网络的优化与评价64.2 隔壁精馏技术7第五章 设备设计11第六章 厂区选址与布置12第七章 清洁生产147.1 清洁生产简介147.2 本项目清洁生产分析157.3 清洁生产措施157.4 本项目中的三废处理157.4.1 废气排放表及处理方案157.4.2 废液排放表及处理方案167.4.3 废固排放表及处理方案16第八章 经济分析17第九章 项目总结18四川达州石化年产10万吨醋酸乙烯项目 项目概要 第一章 项目简介近年来，随着国际社会对环境保护高度关注和新能源技术的发展，天然气从传统的能源化利用现状向更为清洁环保高效的资源化利用转型受到了广泛的关注。天然气裂解原料轻质化、混合烷烃芳构化等天然气资源化利用产业蓬勃发展。国家发改委2015年发布产业结构调整指导目录（2015年本），提出将油气伴生资源综合利用列为鼓励类项目。天然气是有优质燃料和化工原料。它是一种洁净环保的优质能源几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，燃烧时产生的二氧化碳少于其他化石原料，造成温室效应较低，因而能从根本上改善环境质量。醋酸乙烯是石油化工行业重要的基本原料之一，它可以通过自身聚合或与其它单体共聚生成聚合物，广泛用于化工、纺织、轻工以及造纸等领域。它也是天然气和乙炔最为重要的资源化利用方向。近年来，我国工业生产醋酸乙烯主要采用乙炔法和乙烯法，其中，乙炔法是主要的生产方法。乙炔法中大部分生产厂家采用的是电石乙炔法，只有中国石化四川维尼纶厂采用的是气相乙炔法生产醋酸乙烯产品，通过天然气部分氧化成乙炔，乙炔再和醋酸气相合成醋酸乙烯。电石乙炔法产生的废渣、废气等“三废”污染物一直一来是棘手的环境问题。而天然气乙炔法以其对改善环境的特殊贡献，大有取代电石乙炔法的趋势。近几年来中国市场醋酸乙烯利润相对较高，产能和生产力逐年攀升。中国醋酸乙烯市场供需关系还未达到失衡状态。每年大批量的进口量从另一个侧面证实了中醋酸乙烯市场的巨大缺口，从供求关系上相较于多数化工产品，醋酸乙烯生产商对于市场具有较大的话语权，同时在利润方面也远胜于其他化工产品。因此，将低附加值的天然气通过部分氧化制得乙炔，乙炔和气相醋酸乙烯反应制得市场紧缺的下游产品醋酸乙烯，具有巨大的经济效益和社会效益。 该项目符合国家能源战略产业发展政策，技术要求符合中国制造2025发展2020年指标，并且投产后企业的产品结构趋向合理，增加了企业的市场竞争能力。 从产品需求预测情况看，采用天然气乙炔法以天然气为原料生产醋酸乙烯将有很大的市场竞争力；且国际国内市场对醋酸乙烯的需求量也有逐步扩大趋势。因此，建设此项目是十分必要的。 从达州化工园区的实际情况看，依靠原有的专业技术人员管理人员，技术力量雄厚。因此，该项目建设是有基础的。 综合利用原公用工程的生产能力，根据需要填平补齐，可节省建设项目的总投资。第二章 工艺介绍本项目是采用天然气乙炔法以天然气为原料制取醋酸乙烯产品，主要有四个工段：天然气裂解部分氧化制取乙炔工段、乙炔提浓工段、乙炔和醋酸反应制取醋酸乙烯工段，醋酸乙烯精制工段。最终制取的产品醋酸乙烯质量标准达到了99.6%，属于一等品。除了有醋酸乙烯外，还有副产物乙醛和丙酮产生，副产物乙醛和丙酮精馏提纯达标以后会销售市场。 1）首先，空气经过一个冷却器，冷却到-117后经过一个空分塔分离出来氧气，氧气加热后和加热后的甲烷进入混合器，在进入换热器加热到635，混合器进入乙炔合成反应器反应生成了乙炔。生成的乙炔中混有炭黑、一氧化碳、二氧化碳、氢气和水，需要进入到下一进行乙炔的精制提浓。2）乙炔、炭黑、水和混合气体首先经过换热器后进入冷却塔，炭黑和一部分水从冷却塔下口出，达到乙炔和炭黑分离的目的；乙炔和混合器降温到40-50后从冷却塔上口出来经压缩机压缩后进入预吸收塔分离出剩余水，乙炔、混合气和NMP进入主吸收塔，分离出一部分的氢气、一氧化碳和二氧化碳；乙炔、NMP和一部分混合气进入解析塔，分离出的NMP进入NMP循环；乙炔和剩余的混合气进入洗涤塔，分离出高纯度的乙炔和少部分的NMP。乙炔的纯度高达99进入到醋酸乙烯合成工段，而分离出来的NMP需要进行进一步处理后回到厂家回收。3）经过上一工段提浓的乙炔和醋酸混合后经过换热器换热后进入到醋酸乙烯合成的反应器进行反应生成醋酸乙烯，生成的醋酸乙烯、部分杂质和去离子水进入到脱气塔，脱气塔分离出去的乙炔去到合成阶段经过吸收塔里的K2CO3生成KHCO3后进入解析塔。4）从脱气塔出来的醋酸乙烯和部分杂质经过粗分塔后和水进入分离罐进行相态的的分离后进入隔壁塔精制醋酸乙烯以及通过隔壁塔来回收醋酸乙烯。从隔壁塔上口出来的大部分乙醛和丙酮还有一小部分的醋酸进入醛酮浓缩塔，把乙醛、丙酮和醋酸乙烯进行分离后，醋酸乙烯回收进行循环进一步精制醋酸乙烯；乙醛和丙酮进入脱水塔后再经过乙醛精馏塔精馏出乙醛后，丙酮和一部分水经过丙酮精馏塔后得到丙酮。 粗分塔下口出来的主要是醋酸和醋酸酐，经过醋酸塔精馏出醋酸，剩余部分醋酸要进入醋酸回收塔进行醋酸的进一步精制再循环利用；醋酸分离器上口出来的混合物要经过丁烯醛分离器主要是分离出丁烯醛，再经过进一步处理。第三章 生产过程控制和机械化程度本装置采用集散控制系统（DCS），在控制室对整个脱硫过程进行监视和自动控制。所选用的DCS系统应是整个工厂管理和控制系统的一部分，现场仪表检测所得各种工艺参数，通过现场监视和控制站连到总线上，实时数据可通过网络接口连接到工厂数据管理网上。重要的参数集中到中央控制室由DCS系统显示和控制。重要的参数都集中到中央控制室由DCS系统显示和控制，次要的参数，因其设定点不经常调整，可采用就地显示和控制。必须在现场操作和监视的机组或设备，则应在机组或设备附近的现场安装仪表或操作盘，例如压缩机、大型机泵等。第四章 节能技术与创新4.1 换热网络的优化与评价针对推荐的换热方案进行手动调整，在调整优化的过程中主要遵循以下几个原则： （1）采用合并换热器等方法打破回路（Loop）；（2）减少换热设备数量，去掉较小的换热器。（3）避免因距离太远而管路成本过高的换热关系。（4）避免流股大量分割.在遵循上述原则的同时，本团队根据工艺流程的实际情况，对推荐的换热方案进行优化设计，得到最终的换热网络，如图4-1所示。图4-1 优化后的换热网络将换热网络集成前后的操作费用与公用工程负荷列于表4-1中。表4-1 换热网络设计前后经济指标项目经济指数单位合成换热网络之前设计换热网络之后热公用工程费用0.370.21Cost/s冷公用工程费用0.640,13Cost/s操作费用0.140.17Cost/s续表4-1设备投资80346408154000加热负荷691.21494.82MW冷却负荷1044.89678.94MW设计换热网络后，由于引入的压缩机在天然气氧化乙炔部分的两级压缩中压缩机消耗电能，电是比蒸汽品质更高的能源，两者之间的转换系数为3.29，将电耗折算的蒸汽负荷补充到表4-1设计换热网络之后的加热负荷中。由表4-1可看出，在未进行换热网络的优化设计前，装置的加热、冷却公用工程的量较大，操作费用大，因此总费用偏高。而在设计换热网络之后，冷热公用工程需求量减少，操作费用也相应减少。由此可知换热网络设计有显著效果，有助于热量的多级高效利用，降低运行成本，更加经济合理。但是由于使用了废热锅炉等节能技术，使得设备费用增加，但是总费用仍然比设计换热网络之前大大下降。由上述可知，通过集成换热网络设计，经济效益显著，加热蒸汽用量降低了12%，冷却公用工程降低了22.4%，换热网络设计有效。4.2 隔壁精馏技术隔壁精馏塔，在精馏塔中添加一垂直的隔壁，将其分成预分馏塔和主塔，其分离原理和计算方法与热耦合精馏塔大致相同。在隔壁塔中，进料侧分为预分离段，另一侧为主塔，粗VAC在预分离塔中分离成VAC和轻组分，VAC和重组分，两组混合物，进入主塔后塔上部将轻组分分离，主塔下部将重组分分离。最终侧线采出优等品的醋酸乙烯产品。隔壁精馏塔的工作示意图如图4-2所示。图4-2 隔壁塔工作示意图在现有的醋酸乙烯精制工艺中一部分是利用普通的双塔精馏分离副产物，由于中间设计到醋酸乙烯和副产物丙酮形成共沸物，导致分离需要较高的塔板数，回流比，相应的塔顶和塔顶的热负荷会升高，影响经济效益。另一部分利用共沸剂共沸精馏塔分离醋酸乙烯，由于涉及到共沸剂的循环，工艺冗长，占地面积大，耗能较高。本项目中采取隔壁精馏塔分离共沸的醋酸乙烯利丙酮混合物，不仅减少的占地面积，还在一定程度上减少塔顶塔底的能耗，提高了醋酸乙烯的产品纯度。其Aspen模拟流程图如图4-3所示。图4-3 VAC 隔壁精馏塔Aspen模拟示意图图4-4 普通双塔精馏Aspen模拟示意图我们对常规双塔和隔壁精馏塔进行了对比模拟，模拟得到的相关数据如下表。表4-2 普通双塔精馏与隔壁精馏塔精馏对比表操作方式公用工程能耗对比（kW）冷凝器1冷凝器2再沸器1再沸器2普通双塔精馏1224.6712309.701435.0312311.71隔壁塔精馏7203.87672222.635节能分率46.8%47.5%由计算结果可知，采用差压双效精馏技术后，冷公用工程用量降低了46.8%，热公用工程用量下降了47.5%，节能效果明显，经济效果好。图4-5 隔壁精馏精馏技术节能对比（注：详细换热网络与节能技术见，附录一：换热网络与节能技术。）第五章 设备设计本项目设计过程中主要对储罐、固定床列管式反应器、萃取精馏塔进行了详细设计，对换热器、泵、压缩机等设备进行了选型。详见典型设备设计与选型和反应器设计说明书。第六章 厂区选址与布置 选址确定图6-1 厂址所在地本项目将厂址定位在四川省达州市达州化工园区内，具体位置如上图所示.达州市天然气能源化工产业区区位优势明显。地处成都、重庆、西安和武汉四大城市交汇辐射中心地带，交通便捷，市场腹地广，发展空间大。达渝高速公路、达陕高速公路穿园而过，新建铁路专用线与环绕园区的襄渝铁路、达成铁路、达万铁路相连，紧邻渠江水运直通长江，达万铁路和新建的达万高速公路直达万州深水港，河市机场直航北京、成都、广州、深圳等地。达州市天然气能源化工产业区依托资源丰富。达州市天然气远景储量3.8万亿立方米，已探明储量6600亿立方米以上，中石化普光气田普光净化厂和中石油宣汉净化厂投产后，将年产净化天然气200亿立方米、硫磺400万吨。中石化普光净化厂通往产业区年输气30立方米的达化输气专线已建成投入使用，中石油南坝净化厂通往产业区的输气专线正在规划设计中。达州市天然气能源化工产业区坚持“产业项目、公用设施、环保安全、物流传输、管理服务”一体化的开发理念，遵循“政府主导、市场运作、统一规划、分步实施、项目推动、建管一体、市县共建、利益共享”的建设思路，靠市场配置资源、吸引投资，以项目集聚要素、培育产业，大力发展循环经济。通过统一规划、集中建设，产业区已形成四通八达的道路网络，具备完善的供电、供水、供气、消防、污水处理等公用设施，成功引进齐鲁石化公司、贵州瓮福集团公司、四川投资集团公司、凯丹水务国际集团、北京润发石油气投资集团公司等国内外企业入驻产业区。优越的地理位置、充足的原料和完善的配套设施为本项目的建设和发展创造了良好的条件。 总厂布置根据人车分离理念，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。厂区长为，宽为，厂区占地总面积为，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AutoCAD进行厂区的平面设计厂区平面布置图如下所示。 三维布置本项目利用草图大师进行了设备布置图的绘制，确定设备的摆放位置，方便生产，同时对厂区进行三维设计。详见车间平立面、车间三维布置和厂区三维布置源文件。第七章 清洁生产7.1 清洁生产简介清洁生产是指不断采取改进设计，使用清洁的能源和原料，采用先进的工艺技术与设备，改善管理，综合利用等措施，从源头消减污染，提高资源利用效率，减少或者避免生产服务和产品使用过程中污染物的产生和排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。清洁生产从本质上来说，就是对生产过程与产品采取整体预防的环境策略，减少或者消除它们对人类及环境的可能危害，同时充分满足人类需要，使社会经济效益最大化的一种生产模式。具体措施包括：不断改进设计；使用清洁的能源和原料；采用先进的工艺技术与设备；改善管理；综合利用；从源头削减污染，提高资源利用效率；减少或者避免生产、服务和产品使用过程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。清洁生产的定义包含了两个清洁过程控制：生产全过程和产品周期全过程。 对生产过程而言，清洁生产包括节约原材料和能源，淘汰有毒有害的原材料，并在全部排放物和废物离开生产过程以前，尽最大可能减少它们的排放量和毒性。对产品而言，清洁生产旨在减少产品整个生命周期过程中从原料的提取到产品的最终处置对人类和环境的影响。清洁生产思考方法与前不同之处在于：过去考虑对环境的影响时，把注意力集中在污染物产生之后如何处理，以减小对环境的危害，而清洁生产则是要求把污染物消除在它产生之前。根据经济可持续发展对资源和环境的要求，清洁生产谋求达到两个目标：(1)通过资源的综合利用，短缺资源的代用，二次能源的利用，以及节能、降耗、节水，合理利用自然资源，减缓资源的耗竭。(2)减少废物和污染物的排放，促进工业产品的生产、消耗过程与环境相融，降低工业活动对人类和环境的风险。7.2 本项目清洁生产分析本项目采用先进的工艺技术，生产过程中只产生少量的废液及废固，并且所有的废水、废固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，本项目符合清洁生产的要求。7.3 清洁生产措施第一，各种节能降耗技术，包括产品的三效蒸发技术等，不断提高节能率。第二，各种物料回收与综合利用技术，包括废水、废固处理技术等。通过这些技术的研制与开发利用，不断提高自然资源和垃圾资源的综合利用程度，实现净化环境与提高效益的双重目标。本厂采用少废、无废的生产工艺技术和高效生产设备，不用有毒有害的原料；减少生产过程中的各种危险因素和有毒有害的中间产品；使用简便、可靠的操作和控制；建立良好的卫生规范(GMP)、卫生标准操作程序(SSOP)和危害分析与关键控制点(HACCP)；组织物料的再循环；建立全面质量管理系统(TQMS)；优化生产组织；进行必要的污染治理，实现清洁、高效的利用和生产。7.4 本项目中的三废处理7.4.1 废气排放表及处理方案序号废气名称有害物组成排放量m3/h排放点排放方式排放去向处理方式名称含量%1二氧化碳CO2100488.8T0403连续碱式MgCO3设备碱反应2合成气H22021600T0203连续储罐售卖CO807.4.2 废液排放表及处理方案序号废水名称有害物组成排放量t/h排放点排放方式排放去向处理方式名称含量%1丙酮废液醋酸0.01562.3丙酮萃取塔连续生物降解池达标后外排丙酮99.969乙醛0.01562醋酐废液醋酐98.6140.3残渣蒸发器连续碱洗塔碱洗醋酸1.379