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吉林石化年产15万吨MMA项目摘要目 录第一章 项目简介1第二章 原料及产品方案3第三章 工艺介绍43.1 全厂工艺流程简述43.1.1 MAL合成及纯化工段（反应工段）43.1.2 MAL氧化酯化工段（反应工段）53.1.3 MMA精制工段（分离工段）63.1.4 VOCs处理工段7第四章 自动控制系统8第五章 节能技术105.1 热集成夹点技术10第六章 清洁生产11第七章 厂址选择及厂区布置127.1 厂址选择127.2 厂区布置12第八章 经济效益分析13第九章 项目总结1414第一章 项目简介本项目为中石油吉林石化年产15万吨MMA项目，以MMA为主产品，同时副产丙酮、甲基丙烯酸，产品结构更加合理，产品种类更加多样，企业运营更加具有弹性。本项目采用异丁烯两段法生产MMA，其总工艺流程为：空气与异丁烯经分别经压缩机（C0101和C0102）压缩，加热后进入列管式固定床反应器（R0101）进行反应，采用熔盐作为热载体，反应温度350，反应压力0.3MPa。反应后的产物通过换热器E0101和E0102分别对空气和异丁烯预热，之后通过换热器E0105，E0106和E0107降温进入闪蒸罐（F0101），顶部排除未反应的氧气，异丁烯，异丁烷，正丁烷以及氮气等不凝性气体，底部流出的MAL，水和副产物丙酮等，进入丙酮分离塔（T0101）。塔顶分凝器采出不凝性气体，与闪蒸罐顶部气体通入总厂锅炉作为燃料，塔顶液相采出副产物丙酮，塔釜MAL和水的混合物进入水分离塔（T0102）。塔底得到废水，塔顶得到精制后的MAL，进入MAL氧化酯化工段。空气经压缩机（C0201）压缩后通过换热器E0201对MAL和甲醇的混合物加热，空气冷却后与MAL和甲醇的混合物进入连续搅拌釜式反应器（R0201）进行MAL的氧化酯化反应，釜内气相出料进入闪蒸罐（F0201）进行闪蒸，罐顶气相进入VOCs处理工段，罐底液相回流至反应釜内。反应后得到含有MMA的混合物，进入MMA精制工段。含有MMA的液相混合物进入甲醇预分离塔（T0301），塔顶分凝器采出的不凝性气体进入VOCs处理工段，塔釜得到甲醇和水的混合物进入甲醇精制塔（T0302）。塔顶得到的甲醇进入甲醇回流罐（V0304），塔釜排出废水进入VOCs处理工段作为吸收剂。甲醇预分离塔（T0301）塔顶液相MMA和甲醇的共沸体系添加共沸剂正己烷后，进入MMA共沸精馏塔（T0303），塔底得到质量分数99.9%的MMA，塔顶甲醇和正己烷共沸体系进入共沸剂分离塔（T0304）。在2MPa压力下共沸剂分离塔塔顶得到甲醇，进入甲醇回流罐（V0304），塔釜得到正己烷经换热器E0301降温后进入正己烷回流罐（V0301）循环使用。来自MAL氧化酯化工段闪蒸罐（F0201）和甲醇预分离塔（T0301）塔顶的气体进入甲醇MMA吸收塔（T0401），以水作为吸收剂，吸收塔底为甲醇、MMA和水的混合物，回流至甲醇预分离塔（T0301），塔顶气体排空。本项目符合当今国家节能减排的要求和“十三五”规划，实现了我国异丁烯资源的资源化利用，为社会、经济可持续发展做出了重要贡献，具有突出的社会效益；与此同时，生产的MMA产品带来了可观的经济效益。经济发展和社会可持续发展两者紧密结合，实现了双赢局面。同时，本项目对传统的工艺路线进行了改进，优化了能量利用的方式，减少了能耗。第二章 原料及产品方案本项目采用的原材料及辅助材料如表2-1所示。表2-1 原料及辅助原料表项目名称规格单位消耗量来源原料异丁烯93.8%t/h15.0依托吉化公司甲醇99.5%t/h9.9空气/kmol/h16771.0/正己烷100%kg/h36.6辅助材料电6000/380/220 VkW32847.1依托吉化公司冷却水20t/h134796.1依托吉化公司冷冻盐水-15t/h93420.6依托吉化公司熔盐KNO3/NaNO3 4:6t/h33.9依托吉化公司低压蒸汽/t/h3348.7依托吉化公司高压蒸汽/t/h403.7依托吉化公司本项目产品方案以国家的行业政策和发展规划为依据进确定，并充分考虑国内际的市场前景和容量。主产品及其规格如表2-2所示。表2-2 主要产品及特性产品名称产品规格产量色度（工业级）（号）20含量（工业级）（%）99.915万吨/年第三章 工艺介绍3.1 全厂工艺流程简述本项目的全流程示意图如下图2.1所示。图2.1 全流程示意图根据各个工段的工程和特点，分为以下几个工段：（1）MAL合成及纯化工段（反应工段）；（2）MAL氧化酯化工段（反应工段）；（3）MMA精制工段（分离工段）；（4）三废处理工段。3.1.1 MAL合成及纯化工段（反应工段）主反应：副反应：本工段为异丁烯氧化生成MAL并对MAL进行精制，过程如图2-2所示。图2.2 MAL合成及纯化工段示意图流程说明：空气与异丁烯分别通过压缩机C0101和C0102加压至0.3MPa，再通过换热器加热至350进入列管式固定床反应器（R0101）进行反应，反应器内温度为350，压力为0.3MPa。反应生成MAL，H2O以及副产物丙酮。反应后的产物对原料空气和异丁烯进行预热，降温后进入闪蒸罐F0101，顶部除去部分不凝性气体，底部为MAL，H2O和丙酮的混合物，进入精馏塔T0101。精馏塔塔顶分凝器分出不凝性气体，塔顶液相为丙酮，塔釜MAL，水与少量丙酮的混合物进入精馏塔T0102。精馏塔釜得到水，塔顶为精制后的MAL，进入MAL氧化酯化工段。3.1.2 MAL氧化酯化工段（反应工段）主反应：副反应：本工段为MAL氧化酯化生成MMA，过程如图2.3所示。图2.3 MAL氧化酯化工段流程说明：空气经压缩机（C0201）加压后对甲醇与MAL的混合物进行加热，冷却后与甲醇MAL的混合物进入连续搅拌釜式反应器（R0201）进行反应，反应器内的温度为50，压力为0.8MPa。3.1.3 MMA精制工段（分离工段）本工段对MMA，甲醇和水进行分离，过程如图2.4所示。图2.4 MMA精制工段流程说明：反应釜得到的产物进入闪蒸罐（F0301），顶部采出部分不凝性气体，底部为MMA，甲醇和水的混合物，进入甲醇预分离塔（T0301），塔釜为甲醇和水的混合物，进入甲醇水分离塔（T0302）。塔顶采出甲醇进入甲醇缓冲罐（V0303），塔釜排出水。甲醇预分离塔（T0301）塔顶分凝器采出部分不凝性气体，塔顶液相为MMA和甲醇的共沸物，与共沸剂正己烷混合后进入共沸精馏塔（T0303）。塔底得到精制的MMA，塔顶甲醇与正己烷共沸物进入加压精馏塔（T0304），在2MPa压力下，塔釜得到正己烷循环回正己烷储罐（V0303），塔顶得到的甲醇进入甲醇缓冲罐（V0303），缓冲罐内甲醇循环回MAL氧化酯化工段。3.1.4 VOCs处理工段本工段对各工段尾气中挥发性有机物进行后处理，过程如图2.5所示。图2.5 三废处理工段流程说明：来自MAL合成及精制工段的尾气通入总厂锅炉作为燃料，来自MMA精制工段的尾气进入吸收塔（T0401），用水作为吸收，吸收尾气中的少量甲醇和MMA，塔顶气体排放至大气。第四章 自动控制系统本厂遵循“技术先进、经济合理、运行可靠、操作方便”的原则，根据工艺装置的生产规模、流程特点、产品质量、工艺操作要求，并参考国内类似装置的自动化水平，对主要生产装置实施集中监视和控制；对辅助装置实施岗位集中监视和控制。本装置采用集散控制系统DCS，DCS系统完成装置的基本过程控制、操作、监视、管理，同时还需完成顺序控制、工艺联锁和部分先进控制等功能。DCS系统由操作站、辅助操作台、打印机、PC机、控制站、I/O机柜、安全栅或/及端子柜、配电柜及网络设备等组成。所选用的DCS系统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，主要的和重要的参数集中到中央控制室由DCS系统显示和控制，不重要的参数其设定点不经常调整的参数，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、加热炉等。装置的复杂控制系统，如原料组分含量的在线测定、循环气的组分含量的在线测定、补入物料的比例控制，反应器出口温度与反应进料温度、进料组成的逻辑控制、压缩机的防喘振控制、工业自动分析数据处理和控制这些都将在DCS中完成，并随着今后装置的运行情况探求出装置的优化控制条件。在可能泄漏或聚集可燃/有毒气体的场合，分别设置可燃/有毒气体传感变送器，并将信号接至DCS系统独立的AI卡笼或独立AI卡，在中央控制室设置独立的操作站显示和独立的声光报警设施。装置的联锁系统将由独立于集散控制系统DCS的紧急停车系统(ESD)来完成，紧急停车系统(ESD)应选用当今世界先进而可靠的三重化可编程逻辑控制器PLC独立承担，PLC应带有显示器(CRT)的编程器，编程器简单容易。系统能区分第一事故，并发出声光报警。系统具有事故追忆功能，发生联锁后自动高速记忆事故前后的现场，并可按事件顺序打印出来，以便分析事故原因。在有易燃、易爆及有毒气体存在的危险场所，设置可靠的可燃气体/有毒气体检测报警系统。控制室和机柜室内设置感温、感烟探测器构成的火灾报警系统。本厂采用现场总线技术与智能仪表管控一体化的现场总线控制系统DCS，优势主要体现在以下几个方面：1）充分利用计算机强大的计算处理能力，实现指示、记录、报警、实时反馈信号、降低滞后时间，保证精确控制，能够根据工况变化进行调整，时刻优化控制变量及控制要求，使生产得到优化，保证在生产同等产量的时候效率和产品的品质更高。2）降低工作人员的劳动强度，统一管理，提高了各仪表阀门的自动化程度。3）仪表间的连接采用总线连接，线路简单，方便安装和检修。4）仪表主要为智能仪表，仪表之间可以相互联系，实时调整，精确控制。5）现场设备可以相互通信，统一组态，构成所需的控制系统。6）硬件和安装费维护费用低。7）装置的自动化水平达到国内同类装置先进水平。第五章 节能技术5.1 热集成夹点技术在工厂的初步设计阶段，利用ASPEN ENERGY ANALYZER V9进行计算机辅助换热网络的设计和优化，同时结合合成工艺要求，合理利用装置热量，充分利用超过100的物料显热，最终以实现最大程度的经济效益为目标，来指导热量集成网络的设计和优化。相较不采用热集成技术直接用公用工程进行换热的换热网络，热公用工程节能10%，冷公用工程节能26%，能量回收率较高。基于夹点技术，通过经济性评价并兼顾流程简单、操作简便性，最终选择的换热网络设计见图5.1。图5.1 换热网络最终设计第六章 清洁生产清洁生产是指既可满足人们的需要又可合理使用自然资源和能源并保护环境的实用生产方法和措施，其实质是一种物料和能耗最少的人类生产活动的规划和管理，将废物减量化、资源化和无害化，或消灭于生产过程之中。清洁生产的观念主要强调三个重点：（1）清洁能源。包括开发节能技术，尽可能开发利用再生能源以及合理利用常规能源。（2）清洁生产过程。包括尽可能不用或少用有毒有害原料和中间产品。对原材料和中间产品进行回收，改善管理、提高效率。（3）清洁产品。包括以不危害人体健康和生态环境为主导因素来考虑产品的制造过程甚至使用之后的回收利用，减少原材料和能源使用。本项目采用先进的工艺技术，以异丁烯为原料经一段氧化、直接氧化酯化得到产品甲基丙烯酸甲酯，达到了资源化利用的效果。本项目三废排放少，气液分离器产生的冷凝水，进入系统回用，不外排。生产包装及生活垃圾固废送至垃圾处理中降解处理。因此本项目符合清洁生产的要求。第七章 厂址选择及厂区布置7.1 厂址选择吉林，地处中国东北中部，东北亚地理中心，地跨东经1213813119、北纬40504619之间。东西长769.62公里，南北宽606.57公里，土地面积18.74万平方千米，占全国面积的2%。本厂的厂址选在了吉林省吉林市吉林石化工业区。综合考虑厂区的地形、地质构造等因素，以及本项目的生产和产品性质、特点和工艺流程，最终确定了总厂布置图。7.2 厂区布置图7.1 厂区布置第八章 经济效益分析本项目技术经济指标情况具体见表8-1。表8-1 本项目经济技术指标序号指标名称单位数值1MMA产量万吨152占地面积平方米763803建筑面积平方米376614年操作时间小时/年80005工程项目总投资万元147886.116固定资产投资万元123238.428总定员人1009年成本费用万元/年212947.3710全厂总产值万元/年29250011年净利润总额万元/年7855312投资利润率%28.913投资利税率%4114内部收益率%1915投资回收期年5第九章 项目总结本项目设计过程中，我们通过文献查阅设计了甲基丙烯酸甲酯生产的工艺，完成了Aspen Plus 流程 设计与模拟，对设计的工艺流程进行了充分的验证。采用Aspen Energy Analyzer 对系统进行了换热网络的设计和优化；应用多种选型软件对各设备进行了设计与选型；设计了系统自动控制方