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山东裕华化工有限公司 年产6万吨甲基丙烯酸甲酯(MMA)项目项目摘要15中国海洋大学-学贯中烯队目录1.项目简介22.工艺介绍33 清洁生产43.1 原料清洁43.2 生产清洁53.3 环境清洁54 过程节能105 安全设计106 技术设备创新117 设备设计和选型118 自动控制119 车间布置及厂区设计1110 经济评价1111 软件应用1212 项目总结131.项目简介本项目拟为山东滨州裕华化工有限公司设计一座以异丁烯为原料，年产6万吨甲基丙烯酸甲酯（MMA）的分厂，以主厂的原产品异丁烯（工业级，质量分数为99.8%）为主原料，甲醇、空气、正己烷、甲苯等为辅助料来进行60 kt/a甲基丙烯酸甲酯（MMA）的生产。经过异丁烯两步氧化制取MAA工段、MAA分离纯化工段、MAA酯化及分离纯化工段三个工段，生产纯度达到聚合级要求的 MMA 产品，供下游以 MMA 为原料单体的精细化工聚合装置使用。近年来MMA在光学级有机玻璃、防射线有机玻璃、光导纤维等技术领域应用广泛，需求量急剧增加。本项目采用异丁烯两步氧化法工艺，利用异丁烯直接进行氧化制备MMA。考虑到山东化工企业有较大的MMA聚合项目，需要甲基丙烯酸甲酯原料从外部购买。如果我们将炼油工程副产的这部分异丁烯作为原料来生产MMA，并提供给该聚甲基丙烯酸甲酯项目，不仅可以实现异丁烯附加产值利用，而且弥补了上下游产业链之间的缺失环节，形成“石油裂解-MTBE-异丁烯-MAA-MMA-PMMA”这一完整的产业链。综上所述。我们选择异丁烯氧化为甲基丙烯酸（MAA），甲基丙烯酸与甲醇酯化合成甲基丙烯酸甲酯（MMA）作为我们的产品路线。产业结构调整目录2015年本（国家发展改革委令2015年第21号令修正）中“第二类 限制类”中指出“四、石化化工 2、新建80万吨/年以下石脑油裂解制乙烯、13万吨/年以下丙烯腈、100万吨/年以下精对苯二甲酸、20万吨/年以下乙二醇、20万吨年以下苯乙烯（干气制乙苯工艺除外）300吨/年以下皂素（含水解物，综合利用除外）生产装置”属于限制类。拟新建8万吨异丁烯利用不属于限制类。同时本项目符合产业结构调整指导目录（2015年本）中的第一类鼓励类第七项石油、天然气第4条“油气伴生资源综合利用”。石油和化学工业规划院开展了石油和化工行业“十三五”规划前期研究。研究提出，要以化工新能源、化工新材料、高端石化、传统化工产业升级作为主要发展方向，着力提升产业的国际竞争力和可持续发展能力。因此，拟建项目符合国家产业政策要求。2.工艺介绍异丁烯两步氧化制备MAA工段在反应段，新鲜原料异丁烯和经过空分器分离的氧气先进行混合，后进入第一反应器，大部分异丁烯在催化剂作用下被氧化转化为MAL，少部分转化为MAA。第一反应器产生的MAL物流进入第二反应器，在第二反应器中大部分MAL在另一催化剂作用下，氧化为MAA，仍有少量MAL未转化。工艺物料进入第一个闪蒸罐对苯二甲酸分离器进行分离，对苯二甲酸从闪蒸罐底部流出。之后的物流再进入第二个闪蒸罐，对不凝气体CO2、CO、O2进行分离，最终闪蒸罐底部流出含有微量对苯二甲酸和不凝气体的物流进入后续分离工段。MAA分离纯化工段MAL-MAA分离段，经过分离之后的工艺物流进入MAL分离精馏塔进行分离精馏后MAL和水蒸气从塔顶采出，经分离之后作为循环物料流回第二反应器中继续反应。MAA-甲醇酯化生产MMA及MMA分离纯化工段在MAL-MAA分离工段，经过分离之后的工艺物流进入MAL分离精馏塔进行分离，MAL和水蒸气从塔顶采出，MAA用萃取的方式进行分离。主要含MAA的物流进入萃取塔，以甲苯为萃取剂进行萃取分离，最终甲苯和MAA体系从塔釜采出进入MAA-甲苯分离塔进行分离，分离后塔釜采出高纯的MAA进入下一工段，而塔顶的甲苯经过处理之后循环回流到萃取塔作为萃取剂循环使用。上一工段生产的高纯MMA和过量的甲醇一起进入MAA-甲醇反应精馏塔，塔顶采出MMA+甲醇，塔釜采出MMA+水。塔顶组分我们选择采用萃取精馏，萃取剂为乙二醇，最终塔顶采出为高纯甲醇，高纯甲醇循环回流到反应精馏塔，同时补充新鲜的甲醇原料，萃取精馏塔塔釜采出MMA和乙二醇，进入乙二醇回收塔，塔釜采出高纯的乙二醇循环到回收塔，塔顶采出高纯的MMA。反应精馏塔塔釜采出MMA和水，我们选择共沸精馏塔，夹带剂正己烷一部分从塔顶采出，进入分相器进行分离，分离之后循环到共沸精馏塔。从塔釜采出的部分正己烷和MMA一起进入MMA-正己烷精馏塔，塔顶采出正己烷，塔釜采出较纯的目标产品MMA，进一步进行精制得到高纯的MMA。此过程中采用了反应精馏、萃取精馏、共沸精馏等强化过程。3 清洁生产3.1 原料清洁在原料选择方面，直接使用原厂炼油产品异丁烯，纯度平均值为99.9%，供应充足可靠，质量和数量满足要求。酯化反应原料甲醇需要外购。我们将这部分异丁烯产品进行附加值利用，为园区下游聚酯产业提供MMA产品，将能获得较好的经济效益，达到清洁生产的目的。表1 原料需求清单项目名称数量（t/a）来源运输方式主要原材料异丁烯40397.5山东滨州裕华化工有限公司罐车运输辅助原料甲醇19364山东滨州新天阳化工有限责任公司罐车运输氧气3000w Nm山东滨州裕华化工有限公司管道运输萃取剂正己烷619.2山东旭晨化工有限公司槽车运输甲苯186.7山东紫翔化工有限公司罐车运输乙二醇0.792山东紫翔化工有限公司槽车运输催化剂DS树脂9.0陶氏化学有限公司槽车运输氧化催化剂9.0陶氏化学有限公司槽车运输3.2 生产清洁在工艺选择上，我们注重清洁生产，力求原料的最大利用率，在生产流程中，我们采用了未转化原料循环回反应器，辅助原料甲醇、夹带剂、萃取剂进行回收循环利用，（具体循环见可行性分析报告），同时通过工艺路线优化，得到了物料的最大利用，做到了工艺流程清洁化。3.3 环境清洁在三废处理方面，本工艺产生了六股废水和一股废气，通过合理处理后均可达到排放要求。3.3.1废气处理废气中异丁烯质量分数为6%左右，不适合直接焚烧供热，我们先通过吸附法对其进行回收，减少原料的浪费。以活性炭为吸附剂、采用常温吸附、低压水蒸汽脱附的吸附工艺；采用通用的固定式吸附床，结构简单，工艺合理。装置可设计为双柱吸附，一床吸附，一床解吸，使之形成连续操作。3.3.2废水处理（1） 废水1为质量分数为81.9%的对苯二甲酸，通过专利200810105380.X处理后，可以达到排放标准；（2） 废水2中含有少量乙酸和丙酸，经合并处理后可部分中水会用作厂区其他基本用水；（3） 废水3中主要含有少量酯和正己烷，送往污水处理站集中处理达到标准；（4） 废水4中有有较大量MAA和少量酯类，可送往燃气管网作为燃料燃烧，回收能量的同时保护环境。3.3.3废固处理本项目的主要催化剂是氧化催化剂、DS树脂，反复再生后活性降低很多，我们定期更换新催化剂，对于失活催化剂我们运往具有处理资质的单位进行统一处理，以免污染环境。生产包装物和生活垃圾送往垃圾处理站或有资质的企业进行回收处理。表格 3.31三废排放一览表类别序号污染源名称及排放点主要污染物组成、性质排放规律治理方案废气1火炬排放气异丁烯95.382、水39.47、氧气1159.46、MAL6.335、丙醛1.349、乙酸0.069、CO2 352.07、CO 249.292、MAA 2.755、丙酸0.015连续充分燃烧后排空废水1萃取塔塔釜废水水8764.12、MAL22.819、乙酸66.491、对苯二甲酸4.154、MAA0.001、丙酸46.18连续送污水处理站2甲苯-水分相气废水水537.094 、MAL1.865 、乙酸5.433 、丙酸1.348 、甲苯0.662连续送污水处理站3正己烷-水分相气废水水1434.09 、MMA3.845 、正己烷0.042连续送污水处理站4精制塔塔釜废水水77.682 、MMA6.266 、正己烷484.781连续送污水处理站废固1闪蒸罐水3.482、MAL 0.141 、丙醛0.001 、乙酸0.07 、对苯二甲酸 192.791 、MAA 38.712 、丙酸0.156连续集中外运处理3.3.3 全厂主要技术经济指标表5 技术经济指标表序号项目名称单位数值一生产规模万吨/年6.00二产品方案1MMA万t/a6.00三年操作时间Hour7200四主要原材料、辅助材料用量1异丁烯t/a40397.52氧气万Nm3/a3000 3甲苯t/a186.74甲醇t/a193645乙二醇t/a0.7926正己烷t/a619.27催化剂t/a98DS树脂催化剂t/a9五公用动力消耗量1中压蒸汽万t/a0.982低压蒸汽万t/a25.723循环冷却水万t/a5647.124高压蒸汽消耗量万t/a5.555高压蒸汽产生量万t/a16.646电万kwh/a36067氮气万Nm3/a448.68仪表空气万Nm3/a141.1六三废排放量1含苯含烃废水万t/a2.22含酸废水万t/a9.33冷凝废水万t/a0.724生活污水万t/a0.965乏氧废气万Nm3/a8.46氧化催化剂t/a9.17DS树脂催化剂t/a6.58污水处理站污泥t/a2409生产包装物t/a30010生活垃圾t/a37.8七全厂定员人250八总占地面积万m26.4九单位产值能耗吨标煤/万元111.496十单位产品综合能耗吨标煤/吨PO2.341十一工程项目总投资万元47778.81建设投资万元39842.42建设期利息万元19603流动资金万元5976.4十二年销售收入万元108000十三成本和费用年均总成本费用万元61678.4年均运营成本万元57557.9十四年均净利润总额万元36040.8十五年均销售税金万元10280.8十六财务评价指标1投资利润率%59.822投资利税率%73.483资本金净利润率%45.624投资回收期（静态）年4.095投资回收期（动态i=0.11）年6.016资财务内部收益率FIRR（税后）%21.2687全投资财务净现值（税后，i=0.11)万元54411.20十七清偿能力指标人民币借款偿还期（含投产期）年74 过程节能我们通过热集成和热泵精馏对能量进行了回收利用。其中热集成节省了49.48%的公用工程能量，热泵精馏单元节能86.1%。5 安全设计安全是工业生产最重要的考虑因素。本项目生产采用先进的本质安全理念，从流程设计、操作条件、储存运输、设备选型等方面来减少事故发生的可能性和危害性。再次，本项目生产中，运用DCS和SIS等控制手段对反应器，精馏塔等设备进行重点监控，并对整个工艺流程运用自动化手段进行工艺控制。然后，本项目在全厂布置上严格遵循石油化工企业设计防火规范和建筑设计防火规范，使设计做到规范标准；在平时生产操作时，通过多次的安全培训，提高员工安全意识，规范安全操作，降低人为事故发生的概率。最后，本项目制定全面的事故应急预案，运用ALOHA和Riskysytem软件对泄漏事故进行模拟，为应急措施的制定提供依据。6 技术设备创新我们采用酯化反应精馏这种新型反应器，新型的过程设备，在换热方面，利用热泵精馏、多效精馏等多种节能方式降低能耗。 具体详见创新性说明书。7 设备设计和选型本项目设计过程中主要对反应器、精馏塔、储罐等设备进行了设计，对换热器、泵、压缩机等设备进行了选型。具体详见初步设计说明书。8 自动控制本厂所有的工艺装置和大部分公用工程、辅助设施等，均采用DCS控制系统进行过程控制和检测，辅助SIS安全仪表系统，实现分布式集中操作，并建立全厂实时数据库，同时对控制系统中检测的结果实施报警动作或调节或停机控制，为全厂计算机信息管理和生产调度建立基础。9 车间布置及厂区设计本项目设计过程中采用AutoCAD plant 3D件对部分车间进行了设备建模和详细的管道布置，并得到了各个方向的视图及管道轴测图。利用Auto CAD绘制了车间布置图。具体详见源文件及设计图册。本项目设计过程中根据相关规范对厂区进行了布置，利用Auto CAD绘制了厂区平面布置图。具体详见Auto CAD图纸绘制源文件及设计图册。10 经济评价本项目从总投资估算、产品成本估算、收入分析、经济指标分析几个方面对本项目的经济性进行了分析，从投资利润率、投资利税率、静态投资收益率、投资回收期等指标可以看出本项目具有良好的经济效益，经济可行。详见经济分析。11 软件应用本项目设计过程中应用了多种相关软件进行辅助设计。 流程模拟Aspen Plus V8.4 换热网络设计与优化Aspen Energy Analyzer 设备设计与选型塔设备：Aspen Plus V8.4、SW6-2011换热器：Aspen Plus V8.4、Exchanger Design and Rating V8.4 自动控制Auto CAD 2014 厂区设计Sketchup 2015Auto CAD 2014 车间布置AutoCAD plant 3D 2014Auto CAD 2014 泄漏扩散模型模拟ALOHARisksystem12 项目总结本项目设计过程中，我们通过文献查阅设计了异丁烯两步法生产MMA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，完成了反应器图（1张），精