WORD 20100-项目摘要

1、独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要 1 西南大学 ICON 团队 项目摘要 独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要 I 西南大学 ICON 团队 目目 录录 第第 1 章章 项目简介项目简介 . 1 第第 2 章章 建设规模及产品方案建设规模及产品方案 . 2 第第 2 章章 工艺流程工艺流程 . 3 第第 3 章章 设备设计与选型设备设计与选型 . 5 第第 4 章章 控制方案控制方案 . 6 第第 5 章章 节能设计节能设计 . 7 第第

2、6 章章 厂区选址与布置厂区选址与布置 . 11 1、总厂布置、总厂布置 . 11 2、车间及管道布置、车间及管道布置 . 12 第第 7 章章 安全环境分析安全环境分析 . 13 第第 8 章章 经济分析经济分析 . 15 第第 9 章章 总结总结 . 17 独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要 1 西南大学 ICON 团队 第第 1 章章 项目简介项目简介 随着国内新型能源的发展，如何有效利用石油加工产物中的异丁烯馏分，生产既有 价值又有市场需求量的下游产品成为资源利用重要的发展方向。 本项目依托中石化独山子石化有

3、限公司 112 kt/a 抽余 C4 废弃资源，设计一套年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯（99.9%）装置，采用甲基叔丁基醚（MTBE）裂解法和异丁 烯直接甲基化法合成甲基丙烯酸甲酯（MMA） 。全装置由 MTBE 合成、MTBE 裂解、 MMA 合成三个工段构成，具有工艺先进、技术成熟、经济合理、能耗低、过程排 放少及环保优势显著等特点。 本项目在工艺设计中，亮点突出，主要体现在如下几点： （1）原料方面原料方面：本项目原料是来自主厂内的废弃抽余废弃抽余 C4 资源资源和产品甲醇，与主厂 共用污水处理系统和火炬系统，充分利用园区装置。 （2）工艺流程方面工艺流程方面：MMA 合成采用最新技术

4、异丁烯直接甲基化法异丁烯直接甲基化法，实现对抽余 C4 中异丁烯的有效开发和利用。MMA 分离采用非均相共沸精馏技术分离采用非均相共沸精馏技术，避免引入正己 烷等萃取剂杂质。 （3）节能技术方面节能技术方面：采用采用 Aspen Energy Analyzer 软件进行换热网络设计软件进行换热网络设计，采用采用 Water Design 软件进行水集成网络设计软件进行水集成网络设计。充分利用反应器的高温热源，通过导热油和锅 炉给水进行热量交换副产副产 40 公斤中压蒸汽公斤中压蒸汽，节省热公用工程用量。 本项目符合国家新时代可持续发展先进理念要求，为实现经济可持续发展、协调发 展做出重要贡献，

5、实现经济与社会双赢。 独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要 2 西南大学 ICON 团队 第第 2 章章 建设规模及产品方案建设规模及产品方案 本项目主要原料是来自主厂的抽余 C4，年处理量为 112 kt/a，其成分组成如表 2-1 所示： 表 2-1 抽余 C4 组成 组成 含量/% 沸点/C 相对挥发度 异丁烯 46.80 -6.9 1.070 1-丁烯 30.63 -6.3 1.048 顺-2-丁烯 4.03 3.7 0.770 反-2-丁烯 9.12 0.9 0.843 异丁烷 2.90 -11.7 1.20

6、9 正丁烷 6.52 -0.5 0.871 1,3-丁二烯 0.001 -4.4 1.000 产品方案如表 2-2 所示： 表 2-2 产品方案 项目 甲基丙烯酸甲酯 丁基橡胶 叔丁胺 原料用量（10 kt/a） 11.20 13.50 15.80 建设规模（10 kt/a） 8.30 7.20 8.80 投资金额（万元） 96186.22 105255.63 112764.58 占地面积（m2） 100100 120060 118650 可行性 建设规模 适中 较大 较大 投资金额 较少 适中 较大 年产量 较大 较低 较高 备注 国内 MMA 装置较少，年产量偏低，多依赖于进口，所以加大

7、MMA 产量，有利于减少 MMA 下游产业对进口的依赖。 经过对比，本项目决定利用抽余 C4 中的异丁烯制造其下游产品甲基丙烯酸甲酯。 独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要 3 西南大学 ICON 团队 第第 3 章章 工艺流程工艺流程 来自总厂抽提 1,3-丁二烯后的抽余 C4 经过加压使其压力达到 0.7 MPa， 与来自主厂 原料甲醇一起以液相混合后加入到 MTBE 合成反应器中， 该反应器是一个筒状固定床反 应器，其中填装的是 型分析筛催化剂。合成之后的混合液进入到催化精馏塔进一步反 应合成 MTBE，并将甲醇

8、、醚后 C4 与合成的 MTBE 分离。其中，甲醇和醚后 C4 组分 从塔顶出料，进入甲醇萃取塔，MTBE 从塔底出料。提纯后的 MTBE 经过换热以后可 直接进入到 MTBE 裂解装置。 MTBE 裂解装置是一立式的列管式固定床反应器，其中填充的是 YL-型催化剂。 反应器出料预热进口物料后进入异丁烯脱重塔，甲醇水洗塔，得到高纯异丁烯。甲醇萃 取塔，异丁烯脱重塔，甲醇水洗塔塔底的物料经混合后进入甲醇回收塔，塔顶得到的甲 醇送往储罐，塔底得到的水经纯水净化器后，与外加水混合换热后分流，分别送往甲醇 萃取塔和甲醇水洗塔。 异丁烯、 水和空气按比例进入 MAL 合成反应器， 该反应器是列管式固定床

9、反应器， 其中填装的是钼铋催化剂。反应器出料预热进口物料后，与循环回来的甲醇以及部分外 加甲醇混合进入 MMA 合成反应器，该反应器是浆态床反应器，装填 Pd5Pb3Mg3/-Al2O3 金属催化剂。反应器出料进入冷却塔，塔顶得到的未反应完的 MAL 和甲醇溶液进入 MAL 吸收塔，用水做吸收剂。吸收塔塔顶气相排出送往火炬系统，塔底物料送往 MAL 回收塔，回收塔塔顶不凝气出料送往火炬系统，液相出料循环回 MMA 反应器，塔底出 料主要为水，循环回 MAL 吸收塔。冷却塔塔底得到的 MMA 和水的混合物进入液液分 相器，MMA 富液进入 MMA 脱水塔脱掉其中少量水，MMA 贫液进入 MMA

10、回收塔回 收其中的 MMA，两股塔顶溶液混合循环回液液分相器。MMA 脱水塔塔底出料进入 MMA 精制塔脱掉其中微量的 MAA 从而得到为 99.9%的 MMA（优等品） 。 独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要 4 西南大学 ICON 团队 图 3-1 全流程模拟 独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要 5 西南大学 ICON 团队 第第 4 章章 设备设计与选型设备设计与选型 本团队根据 Aspen Plus 的模拟结果，对工艺流程中的甲基叔

11、丁基醚（MTBE）合成 反应器和甲基叔丁基醚裂解反应器， 利用利用 COMSOL 软件模拟了反应器内催化剂装填体软件模拟了反应器内催化剂装填体 积积。本团队利用利用 COMSOL 软件对甲基丙烯醛（软件对甲基丙烯醛（MAL）合成反应器进行了催化剂装填）合成反应器进行了催化剂装填 量和列管长度优化的模拟，对反应器进行了详细计算量和列管长度优化的模拟，对反应器进行了详细计算。同时我们通过公式对甲基丙烯酸通过公式对甲基丙烯酸 甲酯（甲酯（MMA）反应器体积及内部主要结构进行详细计算）反应器体积及内部主要结构进行详细计算。 我们对 T0101 MTBE 精制塔、换热器 E0202、E0305、E030

12、6 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。 利用利用 SW6-2011、 CUP-Tower、 KG-Tower、 Aspen Plus V10 软件对流程中的全部塔设备进行了工艺设计、 基本参数设计和机械强度软件对流程中的全部塔设备进行了工艺设计、 基本参数设计和机械强度 校核校核。利用利用 EDR 和和 SW6-2011 对换热器进行了工艺设计、选型、基本参数设计和机械对换热器进行了工艺设计、选型、基本参数设计和机械 强度校核强度校核。此外还对泵、储罐、缓冲罐等设备进行了合理选型。 以 MAL 合成反应器为例，讲述设计思路如下： MAL 合成反应器的作用是将从精馏塔中

13、出来的高纯异丁烯，与空气、水蒸汽一起 发生反应生成甲基丙烯醛（MAL） 。异丁烯制备甲基丙烯醛的催化剂目前主要是钼铋体 系为主， 并添加铁、 钴等助剂来提高催化剂的选择性和稳定性。 由于本反应热效应较大， 不宜采用绝热式反应器，故本反应器采用列管式固定床，反应器外用导热油循环换热。 此种反应器具有良好的传热性能，管内温度较易控制，返混小、选择性高，有利于 MAL 合成反应的进行。 独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要 6 西南大学 ICON 团队 第第 5 章章 控制方案控制方案 本项目设计中，首先考虑了正常生产时的稳

14、态控制策略。在控制系统方面主要由在控制系统方面主要由 DCS 集散型控制系统组成， 同时结合集散型控制系统组成， 同时结合 SIS 控制，控制， 主要用信息反馈来控制泄压阀的开启、 阀门流量以及显示各压力容器和管路的压力、温度、液位等，实现分散控制集中管理， 加强安全性。本厂厂区内的生产装置、公用工程及辅助设施利用 DCS 集散控制系统进 行集中操作、 控制和管理； 此外， 为了应对生产过程中可能发生的危险， 本项目为 MTBE 裂解反应器、MAL 合成反应器设计了 SIS 安全仪表系统，充分保障了反应器的使用安 全；同时全厂采用了 ESD 紧急停车系统，事故一旦发生能够得到有效控制。选择的控

15、 制系统除满足以上要求之外，还从 SNG 生产规模、系统投入、系统性能及实用性等多 方位考虑。对一些关键设备，特别是塔设备，我们考虑了非正常情况下（进料流量发生 变化）控制，利用利用 Aspen Dynamics 软件对软件对 T0101 MTBE 精制塔进行了动态模拟精制塔进行了动态模拟。 设计中对各工段详细绘制了 P&ID 工艺管道及仪表流程图，具体详见 AutoCAD 图 纸源文件及项目图纸集。 独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要 7 西南大学 ICON 团队 第第 6 章章 节能设计节能设计 根据夹点原理，

16、系统可以实现最大程度的热量集成。 综合考虑系统中物流换热潜力、 物流性质、 以及物流输送， 即可进行物流之间的换热匹配， 在物流间的换热设计过程中， 还需要考虑设备个数， 以及由于换热面积所产生的设备投资费用。 为了进一步回收热量， 本团队使用本团队使用 Aspen Energy Analyzer 软件设计换热网络软件设计换热网络，进行优化后，得到全流程温焓 图与全流程物流总组合曲线图。如图 6-1、图 6-2、如图 6-3、图 6-4 所示： 图 6-1 全流程物流温焓图（优化前） 图 6-2 全流程物流总组合曲线图（优化前） 独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要独山子石

17、化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要 8 西南大学 ICON 团队 图 6-3 全流程物流温焓图（优化后） 图 6-4 全流程物流总组合曲线图（优化后） 在设计完所有的物流间换热后，其余的物流换热则通过冷热公用工程实现，进而完 成整个系统的全部换热。针对相同的换热目标，可以设计出不同的换热方案，在设计合 理的前提下，为了减少有效能的损失，得到最大热回收量，以最小设备数、最小换热面 积、最小操作费用为目标，进行不同方案的筛选和优化。从而确定出最后的换热方案， 如图 6-5 所示： 独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目

18、项目摘要 9 西南大学 ICON 团队 图 6-5 全流程换热匹配方案 全场节能效果对比如表 6-1 所示： 表 6-1 全流程公用工程节能信息表 项目 热公用工程/(kJ/h) 冷公用工程/(kJ/h) 匹配前 2.254108 2.027108 匹配后 7.947107 1.175108 物流匹配节能百分率（） 64.74 42.03 由此表看出，进行冷热流股匹配后，公用工程用量大大降低，达到了很好的节能效 果。 最终在 Aspen Plus 中对换热网络模拟如图 6-6 所示： 图 6-6 全厂 Apsen Plus 换热网络模拟图 本团队还利用利用 Water Design 软件对本工

19、艺的水资源消耗过程建立水集成网络软件对本工艺的水资源消耗过程建立水集成网络，通 过水夹点技术进行优化，对部分水进行循环利用，最大限度降低水资源的消耗。具体详 独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要 10 西南大学 ICON 团队 见 13-Water Design 水集成源文件中水集成评估报告。 本团队针对本团队针对 MAL 反应器换热后的高温导热油，进行副产蒸汽设计反应器换热后的高温导热油，进行副产蒸汽设计。通过锅炉给水 与高温导热油换热，每年副产 40 公斤中压蒸汽 13.6 万吨。蒸汽进入管网，减少热公用 工程用量

20、。 独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要 11 西南大学 ICON 团队 第第 7 章章 厂区选址与布置厂区选址与布置 本项目的目标是对总厂产生的抽余 C4 中的异丁烯进行下游产品研发，考虑到原料 的输送， 化工厂须建在总厂附近， 再综合考虑运输成本、 原料的来源、 产品的需求区域、 国家政策支持等要求因素， 我们最终将厂址定在位于自治区克拉玛依市奎 屯-独山子工业园区。园区作为自治区石油化工重点发展的化学工业基地之 一，公共设施完善，企业集群使内部产业链优势明显。 1、总厂布置、总厂布置 总图布置贯彻“十分珍惜和合理

21、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 385 m， 宽 260 m， 总占地面积 100100 m2， 绿化占地面积 22806 m2， 主要包括行政办公及生活服务区、辅助生产区、生产区和储运区等区域。我们使用 AutoCAD 进行厂区的平面设计

22、 （厂区平面布置图如图 7-1 所示） ， 并用 3D 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 独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要 12 西南大学 ICON 团队 2、车间及管道布置、车间及管道布置 本项目使用 CAD Worx 对三个工段进行了设备布置和详细的管道布置， 确定了管道 的走向。另外，还利用 AutoCAD 进行了设备布置图的绘制。车间三维布置图如图 7-2 所示。 图 7-2 车间三维布置图 独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯

23、酸甲酯项目 项目摘要独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要 13 西南大学 ICON 团队 第第 8 章章 安全环境分析安全环境分析 1、本项目采用本项目采用 Risk System 软件对工厂的罐区及生产区进行了重大危险源辨识软件对工厂的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， 继而根据源相分析的结果进行了池火事 故模型预测、液体扩展蒸预测、 蒸汽模型预测分析了事故的伤害范围。 图 8-1 液体扩展蒸汽（火球 BLEVE）伤害范围 2、本项目采用本项目采用 HAZOP 分析方法，对流程节点进行分析分析方法，对流程节点进行分析。根据设备可

24、能产生的偏 差如：进料流量增大、回流比增大等进行系统分析，根据分析结果对可能产生的危险源 和隐患进行有效的预测，研究出偏离后果如：传热效果下降，分离效果降，采取一 系列安全措施如：液位指示、进料流量控制等，以此实现对该设备和系统的稳定控制。 3、在厂区布置中使用使用 ALOHA 软件对危险有害物质进行了事故伤害范围的模拟软件对危险有害物质进行了事故伤害范围的模拟， 总图布置严格按照石油化工企业设计防火规范等设计规范。 4、三废处理：生活污水量较少，且为间歇排放，可采用重力流排出装置区，接入 厂区生活污水管道，送总厂污水处理站经化粪处理达标后排放。生产废液主要为有机物 废水，由于其余工艺废水产量

25、较少，本工艺废水可集中后送往总厂污水处理站进行有机 处理。对其可采用 MBR-膜反应器工艺进行处理，达到国家一级排放标准后，可纳管用 作工艺循环水站补充使用。废固主要为生活垃圾和废催化剂。生活垃圾分类后送至垃圾 处理站处理，废催化剂经过回收和简单处理后，供应商回收，并按一定比例以旧换新。 本厂的废气主要为反应后的空气，经过反应后全部送到火炬系统，燃烧处理。 独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要 14 西南大学 ICON 团队 5、本项目使用本项目使用 EIAN 20 软件对厂区噪声污染进行了模拟软件对厂区噪声污染进行了

26、模拟，噪声模拟结果低于国家 标准，符合国家法律法规和行业要求。 6、本项目位于自治区，当地多荒漠，缺少植被，故本项目将绿化面积 大大增加，绿化面积达到 22806 m2，绿化利用系数达到 22.7%，绿化面积的提高改善了 当地生态平衡。 独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要独山子石化年产 8.3 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 项目摘要 15 西南大学 ICON 团队 第第 9 章章 经济分析经济分析 通过对该项目进行投资估算和财务评价，得出全厂的综合经济技术指标如表 9-1 所 示： 表 9-1 全厂的综合经济技术指标 序号 指标名称 单位 数值 1 设计规模 t/a 83000 2 占地面积 平方米 100100 3 建筑占地面积 平方米 24942 4 年操作时间 小时/年 8000 5 工程项目总投资 万元 66490.67 6 固定资产投资 万元 41624.21 7 原料及辅助材料 万元/年 80865.90 7 总定员 人 129 8 年成本费用 万元/年 111954.87 9 全厂总