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1、归去来烯团队洛化宏达年产 10000 吨甲基丙烯酸叔丁酯项目目录第一章 项目简介3第二章 原料及产品确定4第三章 工艺设计6第四章 节能设计8第五章 设备设计12第六章 清洁生产15第七章 装置选址与布置16第八章 环境分析19第九章 经济效益分析20第十章 项目总结2121第一章 项目简介甲基丙烯酸叔丁酯是一种重要的有机酸酯，在常温下为无色透明的液体，具有耐候性、耐水、耐油、耐化学品等良好的化学性能和物理性能。因其具有独特而又活性强的不饱和（双键）及酯基 (-COOR)结构，故可以衍生出许多种拥有良能的聚合物配方，并经乳液聚合、溶液聚合、共聚等加工方式制备出各种聚合物。其聚合物粘结性强，好，

2、成膜清晰等特点。使其在各种化学品的改性方面具有巨大的潜力，在涂料、涂层、造纸、无纺布、高吸水性材料、洗涤剂、合成纤维、合成橡胶、塑料、皮革、粘合剂、造纸等 方面得到越来越广泛的应用。本项目依托洛化宏达公司 5 万吨/年异丁烯生产装置，拟定年资源化利用 2 万吨纯度为 90%异丁烯合成 MTBE 并进行裂解提纯，得到 99%的高纯度异丁烯与甲基丙烯酸加成酯化，生产 1 万吨/年甲基丙烯酸叔丁酯产品。全装置由 MTBE 合成、MTBE 裂解、酸烯合成三个单元构成，具有工艺先进、技术成熟、经济合理、能耗低及环保优势显著等特点。第二章 原料及产品确定本项目设计的是年产 10000 吨异丁烯资源化利用制

3、甲基丙烯酸叔丁酯，其原料方案为混合进料，来自洛化宏达总厂的年产 5 万吨/年异丁烯生产装置的 90%的异丁烯混合碳四（精制碳四）：图 2-1 精制碳四组成表 2-1 建设项目原、辅料消耗情况表项目名称数量来源运输方式备注原料异丁烯1262总厂管道纯度为 90%甲基丙烯酸1703外购汽车纯度为 99.5%甲醇6179总厂汽车纯度为 99%辅料叔丁醇39t市场采购汽车阻聚剂催化剂83kg市场采购汽车一次装填，每一年更换一次本项目无副产，甲基丙烯酸叔丁酯的产品方案如表 2-1 所示。表 2-1. 产品方案（无副产）产品名称甲基丙烯酸叔丁酯规格999%（质量分数）产量10000 吨/年第三章 工艺设计

4、本项目经工艺技术方案论证，采用 MTBE 法精制异丁烯，酸烯加成酯化法制甲基丙烯酸叔丁酯。工艺系统共包含 MTBE 合成、MTBE 裂解和酸烯合成工段。工艺设计中采用反应精馏深度反应工艺，采用萃取等高效分离技术，并采用逐级换热、高温吸附式蒸汽生成热泵、双效精馏等热集成技术进行换热网络的设计，以求节能和技术经济效益最大化。工艺流程方框图如图 3-1 所示，详见初步设计说明书第四章。图 3-1 项目工艺流程方框图本项目原料为洛化宏达总厂所生产的异丁烯，为非可直接利用原料，所以首先需要通过异丁烯提纯工段将异丁烯纯度提升至 99%。提纯工段包含异丁烯与甲醇合成 MTBE 和 MTBE 裂解。本工艺主要

5、分为两大部分，一部分 丁烯的纯化，一部分为甲基丙烯酸叔丁酯（TBMA）的合成。本项目以90%（vol）为原料，需用通过 MTBE 法工艺将异丁烯提纯到 99%（vol），MTBE 法包括MTBE 的合成工段与 MTBE 的裂解工段。具体工艺路线简述如下：90%（vol）异丁烯原料与甲醇在混合槽混合后经预热至 58后送入固定床 MTBE 合成反应器，反应温度为 60，750kPa，反应催化剂为改性分子筛催化剂，反应转化率以异丁烯计为 80%，固定床 MTBE 合成反应器出口物流进入催化精馏塔深度反应，同时分离 MTBE，催化精馏塔塔顶流股含有C4 轻组分，塔底含有 MTBE 和甲醇，进入第二工段

6、后进一步脱除轻组分后经泵加压与两级预热后进入固定床 MTBE 裂解反应器，反应条件为180，600kPa，催化剂为 YL-I 型工业催化剂，转化率以 MTBE 计为 90%， 出口产物经三级冷却同时预热进口原料，最终温度达到 30，进入水洗塔， 与水逆流萃取，塔底为甲醇和水，经精馏后回收甲醇，塔顶为 MTBE 和异丁烯，经精馏后塔顶为高纯异丁烯，进入下一工段进行甲基丙烯酸叔丁酯的合成。从第二工段来的高纯异丁烯和甲基丙烯酸及阻聚剂叔丁醇混合后进入酸烯合成反应器，反应条件为 20，200kPa，催化剂为磺酸改性 SBA-15 介孔分子筛催化剂。产物经异丁烯分离塔分离未反应的异丁烯后进入叔丁醇回收塔

7、， 侧线出料回收叔丁醇，塔顶为副产二异丁烯，后进入甲基丙烯酸叔丁酯双效精馏塔，回收甲基丙烯酸同时提纯甲基丙烯酸叔丁酯，甲基丙烯酸、叔丁醇、异丁烯循环使用。第四章 节能设计（1） 换热网络优化在本项目中，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 软件，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。同时将优化后的换热网络返回流程模拟和 PID 图纸，对比分析得出最优。详见 Aspen 流程模拟源文件和PID 图纸。全厂换热网络匹配方案如图 4-1 所示。详见节能减排与换热网络。图 4-1. 全流程换热网络（2

8、） 双效精馏本项目中甲醇与水的分离操作采用逆流双效精馏技术，可有效降低分离能耗，减少操作成本。与普通精馏对比，冷耗节约 66.3%，热耗节约 36.3%。流程模拟示意图如图 4-2 所示。详见换热网络与节能设计第四章。图 4-2 双效精馏（3） 逐级换热形成三级换热网络图 4-3 反应产物换热冷却系统（4） 高温吸附式蒸汽生成热泵系统图 4-4 高温吸附式蒸汽生成热泵系统在本项目中存在大量废水和废气等低品位废热，在厂区范围内不可被直接利用，这些低品位热量可以用余热回收装置进行回收并转化为可直接利用的高品位蒸汽（低压）用以供厂区的热源。（5） 节能减排效果对比本项目依据 GB/T 50441-2

9、016石油化工设计能耗计算标准，将节能设计前后的冷热公用工程消耗量（包括热泵压缩机的电耗）折算为年耗量进行对比，且根据国家发改委的推荐，每燃烧 1 吨标准煤将排放 2.62 吨 CO2。节能减排效果如表 4-1 所示。每吨产品能耗计算表如表 4-2 所示。表 4-1 节能减排项目对比项目节能设计前节能设计后公用工程消耗（MJ/a）79048.6753366.17能量优化量（MJ/a）25682.5综合节能分率32.5%年碳排放减少量2.296 万吨 CO2/年每吨产品碳排放减少量0.8457 吨 CO2/吨产品表 4-2 每吨产品能耗计算表能耗项目年消耗量折算当量标油系数折算能耗单位能耗单位数

10、量单位数量kgoe/akgoe/t能耗指标104MJ/a56849.4MJ/kgoe41.86813578245.92500.16合计500.16第五章 设备设计本项目设计过程中对叔丁醇回收塔、MTBE 裂解反应器、酸烯合成反应器等设备进行了详细设计，对换热器、泵、压缩机等设备进行了选型。详见塔设备设计说明书、反应器设计说明书、换热器设计说明书和泵选型说明书。反应器设计在反应器设计方面，本团队参考相关文献得到动力学数据并进行 Aspen Plus 动力学反应器模拟，依照反应特点选择适合的反应器型式并建立完整的反应器模型。对于酸烯合成反应器，本团队采磺酸改性SBA-15 介孔分子筛催化剂， 利用

11、利用 COMSOL 软件计算出硫醚合成反应的反应体积和停留时间，对反应器尺寸进行优化，并对反应器中温度、浓度、压力等分布进行了计算，相关结果详见反应器设计说明书和 COMSOL 源文件。图 5-1、5-2 分别为所得停留时间以及反应体积。图 5-1、5-2、5-3 分别 丁烯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸叔丁酯在反应器中的浓度分布图。图5-4、5-5 为反应器内的温度、压力分布图。图 5-1 反应器内异丁烯浓度分布图图 5-2 反应器内甲基丙烯酸浓度分布图图 5-3 反应器内 TBMA 浓度分布图图 5-4 反应器内温度分布图图 5-5 反应器内压力分布图在甲基丙烯酸叔丁酯合成体系中，本团队采用固定

12、床反应器，并对各分区域温度进行严格控制。在反应器结构方面，并采用新的盘管型式进行多段换热，同时对反应器进料纯度进行严格控制，使反应转化率保持在 98%左右。详见反应器设计说明书。第六章 清洁生产项目以精制碳四为原料，清洁生产高附加值 TBMA 产品，主要体现为：（1） 采用精制碳四原料路线，合理使用，是石化行业发展循环经济、实现节能减排、清洁生产、提高经济效益的重要途径；（2） 工艺路线过程采用酸烯合成，原子利用率达到 100%，减少了三废排放。（3） 过程包括未反应物料循环回收，符合绿色化工、节能减排与技术经济的要求。（4） TBMA 合成采用固体酸催化剂，在提高选择性和转化率的基础上保证低

13、污染乃至无污染，实现项目环境友好型、生产经济型；（5） 使用高效反应新工艺与高效分离新技术，过程节能创新，减少单产碳排放。第七章 装置选址与布置（1） 选址确定本项目选址位置如图 7-1、7-2 所示。图 7-1 项目选址图图 7-2 洛化宏达厂区位置图（2） 厂区总图布置本项目以洛阳炼化宏达厂内道路的路边为界线，长 262 米，宽 192 米， 总占地面积为 50304m2。工艺生产装置宜布置在人员集中场所全年最小频率风向的上风侧，并位于散发可燃气体的储运设施全年最小频率风向的下风侧。根据选址地点福建泉州的风玫瑰图可以看出，全年最小频率风向是东南风。本项目中人员集中的场所为外操室，其布置在最

14、小风频的下风向。本项目储罐数量少、容积小， 且危险性小，如果布置在总厂罐区管道成本很大，因此罐区布置在项目一侧， 不与总厂罐区集成。设装卸区，通过油罐车外运产品。工艺装置和罐区留有消防通道，可供消防车通过，详细设计如图 7-3 所示。图 7-3 厂区平面布置图（3） 三维布置本项目利用 sketch up 对进行了设备布置图的绘制，确定设备的摆放位置，方便生产，同时对装置三维进行设计，如图 7-4 所示。详见三维配管设计和装置三维布置源文件。图 7-4 厂区三维效果图第八章 环境分析本项目运用 Risk system 软件对厂区内的甲醇和二甲基亚砜储罐进行了重大危险源辨识，并根据物质的物性进行

15、了罐区物质的源相分析，进行池火事故模型预测、沸腾液体扩展蒸汽爆炸预测、蒸汽云爆炸模型预测，分析事故的伤害范围和介质泄漏扩散范围。同时运用噪声评估软件针对装置主要噪声源进行分析，据此采取系列措施，使装置噪声达到环境安全标准。废物资源化利用：（1） 废气：本项目主要废气丁烯提纯塔和叔丁醇回收塔尾气，其主要组成为二异丁烯、异丁烯。回收有用成分后去火炬放空。（2） 废液：本项目产生含甲醇废水，其主要组成为甲醇、水、MTBE。甲醇和水分离后进行排放。降低废渣排放、减少环境污染、工艺简单、能耗小等显著优点。第九章 经济效益分析本项目技术经济分析遵循相关经济指标与分析方法，在充分调研市场价格后，对项目总投资

16、、项目总成本、销售收入和税金进行详细估算与说明，对投资利润率、投资利税率、资本金利润率、投资回收期等指标进行分析比较， 可以看出本项目财务可行且具有良好的经济效益。本项目综合经济指标如表 9-1 所示：表 9-1 综合经济指标表序号指标名称单位数值1生产规模t/a100002占地面积平方米503043年操作时间小时/年72004总定员人475工程项目总投资万元29978.286年总成本费用万元/年431217年销售收入万元/年500008年净利润总额万元/年41349年销售税额万元/年137810投资利润率%52.3411投资利税率%65.3212资本金净利润率%39.2513投资回收期（静态）年4.6314全财务内部收益率（税后）%33.5615财务净现值（税后）万元/年13950第十章 项目总结本项目以“安全稳健、节能环保、资源化利用、可持续发展、有效融合” 的设