宁波工程学院c bond设计团队10项目摘要

1、项目摘要2018 年“东华科技-陕鼓杯”第十二届大学生化工设计竞赛镇海炼化年产 6.5 万吨甲基丙烯酸1.5 万吨新戊二醇项目项目摘要团队名称：宁波C-Bond 团队：、指导团队成员：、方梓潼、玥完成时间：2018 年7 月镇海炼化年产 6.5 万吨甲基丙烯酸 1.5 万吨新戊二醇项目项目摘要目录123456789项目简介1原料及方案3工艺设计3节能设计4设计6厂区选址与布置8清洁生产10分析10项目总结11宁波C-Bond 团队I镇海炼化年产 6.5 万吨甲基丙烯酸 1.5 万吨新戊二醇项目项目摘要1项目简介2018 年 6 月 27 日，给各部门的打赢蓝天战三年行动计划（国发201822

2、号）提出要加快发展清洁能源和新能源和车船结构升级， 提前推广使用国六排放标准，并强调了要加快油品质量升级，从 2019 年 01 月01 日开始全面供应符合国六标准的车用汽柴油，停止销售低于国六标准的汽柴油。特别指出要加强对油品制售企业的质量监督管理，严厉打击生产、销售、使用不油品和车用尿素行为，以化工原料名义出售调和油组分，以化工原料勾兑调和油。MTBE 是一种高辛烷值（研究法辛烷值 115）添加剂和抗爆剂，可以与任意比例互溶而不发生分层现象，有良好的调和效应，调和辛烷值高于其净辛烷值。但研究发现，它会破坏水质，是一种污染物。并且，如果中的MTBE 的含量超过 7%，汽车排放中的氮氧化物会增

3、加。因此，中国在逐渐发展清洁能源汽车的同时，也采取了有效措施改进现有燃油汽车的排放。十五部委出台的关于扩大生物乙醇生产和推广使用车用乙醇的实施方案规定，2020 年基本实现推广使用乙醇，车用乙醇不得人为加入含氧有机化合物。所以当推广使用乙醇而不再需要甲基叔丁基醚（MTBE）类的辛烷值添加剂后，如何利用（MTBE 的原料）异丁烯生产既有使用价值又有市场需求量的下游成为一个亟待解决的。目前，镇海炼化气分 I/II 装置生产的 C4 馏分输送至德化学工业德化工将 C4 馏分作为原料，通过一系列工艺生产出。度的异丁烯。随着人们对环保要求的日益重视，MTBE 的使用逐渐减少，本项目利用镇海炼化气分 I/

4、II 装置生产的C4 馏分经德化工后生产的度异丁烯，设计了一家以异丁烯为原料生产具有市场前景的高附加值的分厂。同时该项目通过原料互供循环网，促进了宁波市化工园区内企业的互供与合作，具有深远的战略意义。本项目以异丁烯为原料，经过催化氧化生产中间产物甲基丙烯醛（MAL）。一部分 MAL 经催化氧化生产得到目标甲基丙烯酸（MAA）；另一部分 MAL宁波C-Bond 团队1镇海炼化年产 6.5 万吨甲基丙烯酸 1.5 万吨新戊二醇项目项目摘要催化加氢生成异丁醛，再经羟醛缩合、催化加氢等工艺生产目标新戊二醇（NPG）。另外，MAA 可与甲醇经酯化反应制得甲基丙烯酸甲酯（MMA）等下游，市场前景广阔。项目

5、流程如下图 1 所示。本项目达到年处理 6 万吨异丁烯产 6.5 万吨甲基丙烯酸 1.5 万吨新戊二醇的目的，既符合了相关政策要求，又充分利用了，项目与园区体系做到了有效融合，同时加强了园区内企业之间的合作，达到互利共赢的效果。催化氧化催化氧化催化加氢羟醛缩合催化加氢图 1 项目流程本团队在工艺设计中，兼顾效益和清洁生产，思确，亮点突出，其主要体现在以下几个方面：以镇海炼化气分I/II 装置所产的C4 馏分经德化工生产的异丁烯为原料，既达到化工生产的要求，又促进化工园区内企业的互供与合作；MAA 和 NPG，废液中度的 1115 酯经提纯同时生产两种包装后也可作为出售，且可根据不同时间段市场需

6、求的变化，灵活调节产量，具有良好的市场适应能力，抗风险能力强；所选厂址条件优越，原料供应可靠，多，就地销售。距离短，交通便利，政策本项目效益较好，内部率（税后）达到 27%，盈亏平衡点 1.53万吨，说明本项目具有很强的抗风险能力。本项目可基本化工原料供应结构，解决当地就业，拉动当地相关产宁波C-Bond 团队2新戊二醇甲基丙烯酸甲酯（MMA） 或其他化工异丁醛甲基丙烯酸（MAA）甲基丙烯醛（MAL）异丁烯镇海炼化年产 6.5 万吨甲基丙烯酸 1.5 万吨新戊二醇项目项目摘要业发展。本项目无安置，不占用农田和耕地，风险极小。2原料及方案我们此次选定的原料为德化学工业（下文简称“德化工”）镇海炼

7、化气分 I/II 装置含异丁烯的C4 组分后生产的度异丁烯。异丁烯具体规格如表 1 所示。表 1德化工异丁烯规格产能（万 t/a）原料纯度异丁烯6.099.5%通过以异丁烯为原料下游的对比，由于丁基橡胶、聚异丁烯产能过剩，供大于求，聚合物生产工艺较为复杂，甲基丙烯酸甲酯（MMA）市场趋于饱和， 因此不给予考虑。而异丁烯和氧气反应能生成 MAL 和 MAA，并且根据市场需求变化，可调整生产 MAA 或 NPG 的 MAL 的量。MAL 经催化加氢产得异丁醛，再与缩合、加氢产得 NPG，能灵活满足市场的需求，且 MAA 既可直接作为，也可与醛类通过酯化反应制得其他化工。综合考虑环境保护的要化利用的

8、市场等因素，确定为 MAA 和 NPG，具体方案见求、表 2。表 2方案表名称数量规格甲基丙烯酸（MAA）万吨6.599.9%新戊二醇万吨1.599.99%3工艺设计本项目经过选择和工艺方案论证，对原料异丁烯进行催化氧化，再经过催化加氢与羟醛缩合等过程，MAA 和 NPG。参国化学赛鼎宁波工生产 MAA 和 MAL 的工艺设计了 MAL工段与 MAA 的程部分。参考德国公司度甲基丙烯酸的设计了 MAA的与精制工段。部分参考上海华谊丙烯酸由甲基丙烯醛加氢连续生宁波C-Bond 团队3镇海炼化年产 6.5 万吨甲基丙烯酸 1.5 万吨新戊二醇项目项目摘要产异丁醛的工艺设计了异丁醛的与提纯工段。参考

9、北京三聚新材料有限公司产新戊二醇的工艺设计了新戊二醇的与精制工段。并实现了全流程稳态模拟与优化。工艺流程图 2 所示，详见初步设计说明书第四章化工工艺及系统。图 2 工艺流程框图4节能设计Ø 换热优化在本项目中，涉及公用工程量较多。为了充分利用能量，本项目通过使用Aspen Energy Analyzer，根据夹点设计法，结合实际情况，进行流股匹配，设计出了一种最优的冷热流股匹配方案（见图 3）。同时将优化后的换热返回流程模拟和 PID 图纸，对比分析得出最优节能效果（见图 4）。详见 Aspen 流程模拟源文件和 PID 图纸。全厂各工段换热的匹配方案如图 3 所示，节能效果如图

10、4 所示。宁波C-Bond 团队4镇海炼化年产 6.5 万吨甲基丙烯酸 1.5 万吨新戊二醇项目项目摘要图 3 全流程换热匹配方案优化前后用量对比17.94冷公用工程24.129.86热公用工程16.04010优化后20优化前30图 4：MW）节能效果图（Ø 热泵精馏甲基丙烯酸精制采用热泵精馏有着简单、投资少、分离效果好和运行成本低的优势。图5 和图6 分别为热泵精馏流程图和热泵精馏运用前后能耗比较图， 经过 Aspen 对比模拟，热泵精馏总能耗节约 72.12%。详见创新性说明第三章。图 5 热泵精馏模拟流程图宁波C-Bond 团队5镇海炼化年产 6.5 万吨甲基丙烯酸 1.5 万

11、吨新戊二醇项目项目摘要能耗对比2500020000150001000050000常规精馏热泵精馏图 6 热泵精馏运用前后能耗比较5设计Ø 洁能芯的使用本项目设计过程中主要对固定床列管式反应器、精馏塔进行了详细设计，对换热器、泵、压缩机等进行了选型。详见典型设计与选型。管壳式换热器中，普遍着传热效率低下的，而且还由于无机物沉淀结垢、微生物滋生繁衍、污泥杂物淤积等在换热管内形成日益增厚的污泥层，大幅度降低了传热效率，造成严重的能源浪费。传热效率低下和传热表面积结垢所造成的传热劣化一直是制约提高能源利用率的瓶颈。工业中应用最广的是列管式换热器，由于细长管内介质中沿管壁为速度缓慢的边界层，对

12、流传热效率低，而且普遍管内结垢的严重影响换热。上述，我们采用了洁能芯技术来减轻管内结垢影响换热的。图 7 洁能芯结构原理图宁波C-Bond 团队6能耗（KW）镇海炼化年产 6.5 万吨甲基丙烯酸 1.5 万吨新戊二醇项目项目摘要该装置由固定架，转子和支撑轴等部件组成。两固定架分别承插固定在换热管的两端，转子的表面有，转子上有中心孔，支撑轴穿过转子的中心孔固定在两定架上。在换热器传热管内放置多个转子，转子的总长度略小于传热管长度，转子的外径小于传热管的内径，转子的中心孔直径略大于支撑轴的外径。支撑轴的中心线与传热管的中心线基本重合。转子在流体介质的作用下不需要外部动力即能自如转动。在介质冲击下，

13、转子自动悬浮于换热管中心，并且当流场时，可将管内转子看作整体同步转动图 8 洁能芯实物图采用洁能芯技术优点有：1.加剧了流体的湍流强度及边界层的扰动，并可以防止污垢的沉积 ，使传热强化并起到清洁的作用。2.流体中间区域密度较大的冷流体趋于向外，与靠近边缘的密度较小的热流体相混合，这种径向混合现象可更有效地提高换热效率。3.整体的表面传热系数分布比较均匀。Ø 梯形传质塔盘（CTST）的运用对于传质塔板，主要有以下优点：1.2.3.4.5.6.气、液两相通过能力大；塔板传质效率高；塔板压降低，操作弹性大；能处理含固体颗粒、容、易发泡的特殊物料；塔板上液面梯度对操作的影响稍小；投资小，改造

14、方便，施工周期短，运转周期长。经过综合分析，考虑到气液两相的量和的，我们在 MAA 精制塔宁波C-Bond 团队7镇海炼化年产 6.5 万吨甲基丙烯酸 1.5 万吨新戊二醇项目项目摘要中使用该类塔板。图 9 CSTS 塔板结构简图图 10 CSTS 塔板工作原理使用该类塔板，虽然会增加塔板造价，但是与普通塔板相比其处理量更大能提高 26%，效率可提高 18%20%，操作弹性更大且适合合节能达 1516%，综合各个方面考虑后选用该塔板是可行的。的物料，综6厂区选址与布置Ø 选址确定图 11 厂区选址本项目将厂址定在位于浙江省宁波市镇海区宁波技术开发园区内，宁波C-Bond 团队8镇海炼

15、化年产 6.5 万吨甲基丙烯酸 1.5 万吨新戊二醇项目项目摘要镇海炼化，具置如图 11 所示。靠近总厂园区作为浙江省石油化工重点发展的炼油基地之一，公共设施完善，企业集群使内部产业链优势明显；原料液化石油气直接来自总厂，方便快捷；三废处理、公用工程均有配套产业供应；园区还得到了的政策扶助和资金技术支持，注重产业的健康可持续发展。Ø 总厂布置总图布置根据人车分离理念，分设车流通道和通道，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，合理布置厂区内及车间位置，达到高效安全的生产布置。厂区长为 342m，宽为 228m，厂区占

16、地总面积为 77976m2，主要生活和管理区、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 12 所示）图 12 厂区平面布置图Ø 三维布置本项目利用 Auto CAD 进行了布置图的绘制，确定的摆放位置，方便生产，同时对厂区进行三维设计，如图 13 所示。详见车间平立面、车间三维布置和厂区三维布置源文件。宁波C-Bond 团队9镇海炼化年产 6.5 万吨甲基丙烯酸 1.5 万吨新戊二醇项目项目摘要图 13 厂区三维效果图7清洁生产本项目为以异丁烯为原料生产 MAA 和 NPG 的清洁生产工艺，主要体现为：1. MTBE 虽然

17、是一种高辛烷值添加剂，但它会破坏水质，是一种水污染物。并且，如果中的 MTBE 的含量超过 7%，汽车排放中的氮氧化物MAA 和会增加。因此，本项目利用其原料异丁烯，采用环保工艺，生产NPG；2. 工艺路线过程包含 H2、甲基丙烯醛、甲基丙烯酸等循环系统，既提高了原子利用率，也减少了三废排放；3. 采用钼系、负载型 Ir 等绿色催化剂，基本保证低污染乃至无污染，实现项目环境友好和生产；4. 废气均实现了循环利用，提高了原子利用率，催化剂产生的废固直接由出售厂家回收，生活废固降解处理，废液除部分 1115 酯回收包装出售外，其他均送往总厂处理。8分析本厂技术分析遵循相关指标与分析，在充分了解市场

18、价格后，借助 Aspen Economic Analyzer 进行辅助计算，对全厂投资、利润、现金流量等进行了详细估算与说明，结果见表 3。计算可知，本厂总投资 21097.74 万元，年利润 16326 万元，投资回收期 5.92 年。分析结果表明，本厂在上可行，具宁波C-Bond 团队10镇海炼化年产 6.5 万吨甲基丙烯酸 1.5 万吨新戊二醇项目项目摘要有较高的效益。详见分析。表 3综合技术指标表序号指标名称数值1万吨/年6设计规模2小时/年8000年操作时间3工程项目总投资万元21097.744固定资产投资万元13166.835直接材料费万元/年71956.76101总定员人7年成本费用万元/年98096.28全厂总产值万元/年1380009万元/年16326年净利润总额10投资利润率%65.411投资利税率%83.612%27内部率13投资回收期年5.9214投资净现值（税后）万元/年25294.89项目总结本团队以“安全、节能环保、合理创新、和谐发展、切合实际”为理念完成了镇海炼化年产 6.5 万吨甲基丙烯酸 1.5 万吨新戊二醇项目的设计任务。