寧波工程學(xué)院c bond設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)10項(xiàng)目摘要

1、項(xiàng)目摘要2018 年“東華科技-陜鼓杯”第十二屆大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競賽鎮(zhèn)海煉化年產(chǎn) 6.5 萬噸甲基丙烯酸1.5 萬噸新戊二醇項(xiàng)目項(xiàng)目摘要團(tuán)隊(duì)名稱：寧波C-Bond 團(tuán)隊(duì)：、指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)成員：、方梓潼、玥完成時(shí)間：2018 年7 月鎮(zhèn)海煉化年產(chǎn) 6.5 萬噸甲基丙烯酸 1.5 萬噸新戊二醇項(xiàng)目項(xiàng)目摘要目錄123456789項(xiàng)目簡介1原料及方案3工藝設(shè)計(jì)3節(jié)能設(shè)計(jì)4設(shè)計(jì)6廠區(qū)選址與布置8清潔生產(chǎn)10分析10項(xiàng)目總結(jié)11寧波C-Bond 團(tuán)隊(duì)I鎮(zhèn)海煉化年產(chǎn) 6.5 萬噸甲基丙烯酸 1.5 萬噸新戊二醇項(xiàng)目項(xiàng)目摘要1項(xiàng)目簡介2018 年 6 月 27 日，給各部門的打贏藍(lán)天戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃（國發(fā)201822

2、號(hào)）提出要加快發(fā)展清潔能源和新能源和車船結(jié)構(gòu)升級(jí)， 提前推廣使用國六排放標(biāo)準(zhǔn)，并強(qiáng)調(diào)了要加快油品質(zhì)量升級(jí)，從 2019 年 01 月01 日開始全面供應(yīng)符合國六標(biāo)準(zhǔn)的車用汽柴油，停止銷售低于國六標(biāo)準(zhǔn)的汽柴油。特別指出要加強(qiáng)對(duì)油品制售企業(yè)的質(zhì)量監(jiān)督管理，嚴(yán)厲打擊生產(chǎn)、銷售、使用不油品和車用尿素行為，以化工原料名義出售調(diào)和油組分，以化工原料勾兌調(diào)和油。MTBE 是一種高辛烷值（研究法辛烷值 115）添加劑和抗爆劑，可以與任意比例互溶而不發(fā)生分層現(xiàn)象，有良好的調(diào)和效應(yīng)，調(diào)和辛烷值高于其凈辛烷值。但研究發(fā)現(xiàn)，它會(huì)破壞水質(zhì)，是一種污染物。并且，如果中的MTBE 的含量超過 7%，汽車排放中的氮氧化物會(huì)增

3、加。因此，中國在逐漸發(fā)展清潔能源汽車的同時(shí)，也采取了有效措施改進(jìn)現(xiàn)有燃油汽車的排放。十五部委出臺(tái)的關(guān)于擴(kuò)大生物乙醇生產(chǎn)和推廣使用車用乙醇的實(shí)施方案規(guī)定，2020 年基本實(shí)現(xiàn)推廣使用乙醇，車用乙醇不得人為加入含氧有機(jī)化合物。所以當(dāng)推廣使用乙醇而不再需要甲基叔丁基醚（MTBE）類的辛烷值添加劑后，如何利用（MTBE 的原料）異丁烯生產(chǎn)既有使用價(jià)值又有市場需求量的下游成為一個(gè)亟待解決的。目前，鎮(zhèn)海煉化氣分 I/II 裝置生產(chǎn)的 C4 餾分輸送至德化學(xué)工業(yè)德化工將 C4 餾分作為原料，通過一系列工藝生產(chǎn)出。度的異丁烯。隨著人們對(duì)環(huán)保要求的日益重視，MTBE 的使用逐漸減少，本項(xiàng)目利用鎮(zhèn)海煉化氣分 I/

4、II 裝置生產(chǎn)的C4 餾分經(jīng)德化工后生產(chǎn)的度異丁烯，設(shè)計(jì)了一家以異丁烯為原料生產(chǎn)具有市場前景的高附加值的分廠。同時(shí)該項(xiàng)目通過原料互供循環(huán)網(wǎng)，促進(jìn)了寧波市化工園區(qū)內(nèi)企業(yè)的互供與合作，具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。本項(xiàng)目以異丁烯為原料，經(jīng)過催化氧化生產(chǎn)中間產(chǎn)物甲基丙烯醛（MAL）。一部分 MAL 經(jīng)催化氧化生產(chǎn)得到目標(biāo)甲基丙烯酸（MAA）；另一部分 MAL寧波C-Bond 團(tuán)隊(duì)1鎮(zhèn)海煉化年產(chǎn) 6.5 萬噸甲基丙烯酸 1.5 萬噸新戊二醇項(xiàng)目項(xiàng)目摘要催化加氫生成異丁醛，再經(jīng)羥醛縮合、催化加氫等工藝生產(chǎn)目標(biāo)新戊二醇（NPG）。另外，MAA 可與甲醇經(jīng)酯化反應(yīng)制得甲基丙烯酸甲酯（MMA）等下游，市場前景廣闊。項(xiàng)目

5、流程如下圖 1 所示。本項(xiàng)目達(dá)到年處理 6 萬噸異丁烯產(chǎn) 6.5 萬噸甲基丙烯酸 1.5 萬噸新戊二醇的目的，既符合了相關(guān)政策要求，又充分利用了，項(xiàng)目與園區(qū)體系做到了有效融合，同時(shí)加強(qiáng)了園區(qū)內(nèi)企業(yè)之間的合作，達(dá)到互利共贏的效果。催化氧化催化氧化催化加氫羥醛縮合催化加氫圖 1 項(xiàng)目流程本團(tuán)隊(duì)在工藝設(shè)計(jì)中，兼顧效益和清潔生產(chǎn)，思確，亮點(diǎn)突出，其主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：以鎮(zhèn)海煉化氣分I/II 裝置所產(chǎn)的C4 餾分經(jīng)德化工生產(chǎn)的異丁烯為原料，既達(dá)到化工生產(chǎn)的要求，又促進(jìn)化工園區(qū)內(nèi)企業(yè)的互供與合作；MAA 和 NPG，廢液中度的 1115 酯經(jīng)提純同時(shí)生產(chǎn)兩種包裝后也可作為出售，且可根據(jù)不同時(shí)間段市場需

6、求的變化，靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)量，具有良好的市場適應(yīng)能力，抗風(fēng)險(xiǎn)能力強(qiáng)；所選廠址條件優(yōu)越，原料供應(yīng)可靠，多，就地銷售。距離短，交通便利，政策本項(xiàng)目效益較好，內(nèi)部率（稅后）達(dá)到 27%，盈虧平衡點(diǎn) 1.53萬噸，說明本項(xiàng)目具有很強(qiáng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。本項(xiàng)目可基本化工原料供應(yīng)結(jié)構(gòu)，解決當(dāng)?shù)鼐蜆I(yè)，拉動(dòng)當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)產(chǎn)寧波C-Bond 團(tuán)隊(duì)2新戊二醇甲基丙烯酸甲酯（MMA） 或其他化工異丁醛甲基丙烯酸（MAA）甲基丙烯醛（MAL）異丁烯鎮(zhèn)海煉化年產(chǎn) 6.5 萬噸甲基丙烯酸 1.5 萬噸新戊二醇項(xiàng)目項(xiàng)目摘要業(yè)發(fā)展。本項(xiàng)目無安置，不占用農(nóng)田和耕地，風(fēng)險(xiǎn)極小。2原料及方案我們此次選定的原料為德化學(xué)工業(yè)（下文簡稱“德化工”）鎮(zhèn)海煉

7、化氣分 I/II 裝置含異丁烯的C4 組分后生產(chǎn)的度異丁烯。異丁烯具體規(guī)格如表 1 所示。表 1德化工異丁烯規(guī)格產(chǎn)能（萬 t/a）原料純度異丁烯6.099.5%通過以異丁烯為原料下游的對(duì)比，由于丁基橡膠、聚異丁烯產(chǎn)能過剩，供大于求，聚合物生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，甲基丙烯酸甲酯（MMA）市場趨于飽和， 因此不給予考慮。而異丁烯和氧氣反應(yīng)能生成 MAL 和 MAA，并且根據(jù)市場需求變化，可調(diào)整生產(chǎn) MAA 或 NPG 的 MAL 的量。MAL 經(jīng)催化加氫產(chǎn)得異丁醛，再與縮合、加氫產(chǎn)得 NPG，能靈活滿足市場的需求，且 MAA 既可直接作為，也可與醛類通過酯化反應(yīng)制得其他化工。綜合考慮環(huán)境保護(hù)的要化利用的

8、市場等因素，確定為 MAA 和 NPG，具體方案見求、表 2。表 2方案表名稱數(shù)量規(guī)格甲基丙烯酸（MAA）萬噸6.599.9%新戊二醇萬噸1.599.99%3工藝設(shè)計(jì)本項(xiàng)目經(jīng)過選擇和工藝方案論證，對(duì)原料異丁烯進(jìn)行催化氧化，再經(jīng)過催化加氫與羥醛縮合等過程，MAA 和 NPG。參國化學(xué)賽鼎寧波工生產(chǎn) MAA 和 MAL 的工藝設(shè)計(jì)了 MAL工段與 MAA 的程部分。參考德國公司度甲基丙烯酸的設(shè)計(jì)了 MAA的與精制工段。部分參考上海華誼丙烯酸由甲基丙烯醛加氫連續(xù)生寧波C-Bond 團(tuán)隊(duì)3鎮(zhèn)海煉化年產(chǎn) 6.5 萬噸甲基丙烯酸 1.5 萬噸新戊二醇項(xiàng)目項(xiàng)目摘要產(chǎn)異丁醛的工藝設(shè)計(jì)了異丁醛的與提純工段。參考

9、北京三聚新材料有限公司產(chǎn)新戊二醇的工藝設(shè)計(jì)了新戊二醇的與精制工段。并實(shí)現(xiàn)了全流程穩(wěn)態(tài)模擬與優(yōu)化。工藝流程圖 2 所示，詳見初步設(shè)計(jì)說明書第四章化工工藝及系統(tǒng)。圖 2 工藝流程框圖4節(jié)能設(shè)計(jì)Ø 換熱優(yōu)化在本項(xiàng)目中，涉及公用工程量較多。為了充分利用能量，本項(xiàng)目通過使用Aspen Energy Analyzer，根據(jù)夾點(diǎn)設(shè)計(jì)法，結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)行流股匹配，設(shè)計(jì)出了一種最優(yōu)的冷熱流股匹配方案（見圖 3）。同時(shí)將優(yōu)化后的換熱返回流程模擬和 PID 圖紙，對(duì)比分析得出最優(yōu)節(jié)能效果（見圖 4）。詳見 Aspen 流程模擬源文件和 PID 圖紙。全廠各工段換熱的匹配方案如圖 3 所示，節(jié)能效果如圖

10、4 所示。寧波C-Bond 團(tuán)隊(duì)4鎮(zhèn)海煉化年產(chǎn) 6.5 萬噸甲基丙烯酸 1.5 萬噸新戊二醇項(xiàng)目項(xiàng)目摘要圖 3 全流程換熱匹配方案優(yōu)化前后用量對(duì)比17.94冷公用工程24.129.86熱公用工程16.04010優(yōu)化后20優(yōu)化前30圖 4：MW）節(jié)能效果圖（Ø 熱泵精餾甲基丙烯酸精制采用熱泵精餾有著簡單、投資少、分離效果好和運(yùn)行成本低的優(yōu)勢(shì)。圖5 和圖6 分別為熱泵精餾流程圖和熱泵精餾運(yùn)用前后能耗比較圖， 經(jīng)過 Aspen 對(duì)比模擬，熱泵精餾總能耗節(jié)約 72.12%。詳見創(chuàng)新性說明第三章。圖 5 熱泵精餾模擬流程圖寧波C-Bond 團(tuán)隊(duì)5鎮(zhèn)海煉化年產(chǎn) 6.5 萬噸甲基丙烯酸 1.5 萬

11、噸新戊二醇項(xiàng)目項(xiàng)目摘要能耗對(duì)比2500020000150001000050000常規(guī)精餾熱泵精餾圖 6 熱泵精餾運(yùn)用前后能耗比較5設(shè)計(jì)Ø 潔能芯的使用本項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中主要對(duì)固定床列管式反應(yīng)器、精餾塔進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，對(duì)換熱器、泵、壓縮機(jī)等進(jìn)行了選型。詳見典型設(shè)計(jì)與選型。管殼式換熱器中，普遍著傳熱效率低下的，而且還由于無機(jī)物沉淀結(jié)垢、微生物滋生繁衍、污泥雜物淤積等在換熱管內(nèi)形成日益增厚的污泥層，大幅度降低了傳熱效率，造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。傳熱效率低下和傳熱表面積結(jié)垢所造成的傳熱劣化一直是制約提高能源利用率的瓶頸。工業(yè)中應(yīng)用最廣的是列管式換熱器，由于細(xì)長管內(nèi)介質(zhì)中沿管壁為速度緩慢的邊界層，對(duì)

12、流傳熱效率低，而且普遍管內(nèi)結(jié)垢的嚴(yán)重影響換熱。上述，我們采用了潔能芯技術(shù)來減輕管內(nèi)結(jié)垢影響換熱的。圖 7 潔能芯結(jié)構(gòu)原理圖寧波C-Bond 團(tuán)隊(duì)6能耗（KW）鎮(zhèn)海煉化年產(chǎn) 6.5 萬噸甲基丙烯酸 1.5 萬噸新戊二醇項(xiàng)目項(xiàng)目摘要該裝置由固定架，轉(zhuǎn)子和支撐軸等部件組成。兩固定架分別承插固定在換熱管的兩端，轉(zhuǎn)子的表面有，轉(zhuǎn)子上有中心孔，支撐軸穿過轉(zhuǎn)子的中心孔固定在兩定架上。在換熱器傳熱管內(nèi)放置多個(gè)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的總長度略小于傳熱管長度，轉(zhuǎn)子的外徑小于傳熱管的內(nèi)徑，轉(zhuǎn)子的中心孔直徑略大于支撐軸的外徑。支撐軸的中心線與傳熱管的中心線基本重合。轉(zhuǎn)子在流體介質(zhì)的作用下不需要外部動(dòng)力即能自如轉(zhuǎn)動(dòng)。在介質(zhì)沖擊下，

13、轉(zhuǎn)子自動(dòng)懸浮于換熱管中心，并且當(dāng)流場時(shí)，可將管內(nèi)轉(zhuǎn)子看作整體同步轉(zhuǎn)動(dòng)圖 8 潔能芯實(shí)物圖采用潔能芯技術(shù)優(yōu)點(diǎn)有：1.加劇了流體的湍流強(qiáng)度及邊界層的擾動(dòng)，并可以防止污垢的沉積 ，使傳熱強(qiáng)化并起到清潔的作用。2.流體中間區(qū)域密度較大的冷流體趨于向外，與靠近邊緣的密度較小的熱流體相混合，這種徑向混合現(xiàn)象可更有效地提高換熱效率。3.整體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分布比較均勻。Ø 梯形傳質(zhì)塔盤（CTST）的運(yùn)用對(duì)于傳質(zhì)塔板，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：1.2.3.4.5.6.氣、液兩相通過能力大；塔板傳質(zhì)效率高；塔板壓降低，操作彈性大；能處理含固體顆粒、容、易發(fā)泡的特殊物料；塔板上液面梯度對(duì)操作的影響稍??；投資小，改造

14、方便，施工周期短，運(yùn)轉(zhuǎn)周期長。經(jīng)過綜合分析，考慮到氣液兩相的量和的，我們?cè)?MAA 精制塔寧波C-Bond 團(tuán)隊(duì)7鎮(zhèn)海煉化年產(chǎn) 6.5 萬噸甲基丙烯酸 1.5 萬噸新戊二醇項(xiàng)目項(xiàng)目摘要中使用該類塔板。圖 9 CSTS 塔板結(jié)構(gòu)簡圖圖 10 CSTS 塔板工作原理使用該類塔板，雖然會(huì)增加塔板造價(jià)，但是與普通塔板相比其處理量更大能提高 26%，效率可提高 18%20%，操作彈性更大且適合合節(jié)能達(dá) 1516%，綜合各個(gè)方面考慮后選用該塔板是可行的。的物料，綜6廠區(qū)選址與布置Ø 選址確定圖 11 廠區(qū)選址本項(xiàng)目將廠址定在位于浙江省寧波市鎮(zhèn)海區(qū)寧波技術(shù)開發(fā)園區(qū)內(nèi)，寧波C-Bond 團(tuán)隊(duì)8鎮(zhèn)海煉

15、化年產(chǎn) 6.5 萬噸甲基丙烯酸 1.5 萬噸新戊二醇項(xiàng)目項(xiàng)目摘要鎮(zhèn)海煉化，具置如圖 11 所示?？拷倧S園區(qū)作為浙江省石油化工重點(diǎn)發(fā)展的煉油基地之一，公共設(shè)施完善，企業(yè)集群使內(nèi)部產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)明顯；原料液化石油氣直接來自總廠，方便快捷；三廢處理、公用工程均有配套產(chǎn)業(yè)供應(yīng)；園區(qū)還得到了的政策扶助和資金技術(shù)支持，注重產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。Ø 總廠布置總圖布置根據(jù)人車分離理念，分設(shè)車流通道和通道，減少交通阻力。采用了平行布置，將生產(chǎn)區(qū)與生活區(qū)布置在廠區(qū)徑向干道兩側(cè)，使二者互不影響。并且根據(jù)緊湊集中理念，合理布置廠區(qū)內(nèi)及車間位置，達(dá)到高效安全的生產(chǎn)布置。廠區(qū)長為 342m，寬為 228m，廠區(qū)占

16、地總面積為 77976m2，主要生活和管理區(qū)、生產(chǎn)輔助區(qū)、生產(chǎn)工藝區(qū)和儲(chǔ)運(yùn)區(qū)等區(qū)域。我們使用 Auto CAD進(jìn)行廠區(qū)的平面設(shè)計(jì)（廠區(qū)平面布置圖如圖 12 所示）圖 12 廠區(qū)平面布置圖Ø 三維布置本項(xiàng)目利用 Auto CAD 進(jìn)行了布置圖的繪制，確定的擺放位置，方便生產(chǎn)，同時(shí)對(duì)廠區(qū)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，如圖 13 所示。詳見車間平立面、車間三維布置和廠區(qū)三維布置源文件。寧波C-Bond 團(tuán)隊(duì)9鎮(zhèn)海煉化年產(chǎn) 6.5 萬噸甲基丙烯酸 1.5 萬噸新戊二醇項(xiàng)目項(xiàng)目摘要圖 13 廠區(qū)三維效果圖7清潔生產(chǎn)本項(xiàng)目為以異丁烯為原料生產(chǎn) MAA 和 NPG 的清潔生產(chǎn)工藝，主要體現(xiàn)為：1. MTBE 雖然

17、是一種高辛烷值添加劑，但它會(huì)破壞水質(zhì)，是一種水污染物。并且，如果中的 MTBE 的含量超過 7%，汽車排放中的氮氧化物MAA 和會(huì)增加。因此，本項(xiàng)目利用其原料異丁烯，采用環(huán)保工藝，生產(chǎn)NPG；2. 工藝路線過程包含 H2、甲基丙烯醛、甲基丙烯酸等循環(huán)系統(tǒng)，既提高了原子利用率，也減少了三廢排放；3. 采用鉬系、負(fù)載型 Ir 等綠色催化劑，基本保證低污染乃至無污染，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目環(huán)境友好和生產(chǎn)；4. 廢氣均實(shí)現(xiàn)了循環(huán)利用，提高了原子利用率，催化劑產(chǎn)生的廢固直接由出售廠家回收，生活廢固降解處理，廢液除部分 1115 酯回收包裝出售外，其他均送往總廠處理。8分析本廠技術(shù)分析遵循相關(guān)指標(biāo)與分析，在充分了解市場

18、價(jià)格后，借助 Aspen Economic Analyzer 進(jìn)行輔助計(jì)算，對(duì)全廠投資、利潤、現(xiàn)金流量等進(jìn)行了詳細(xì)估算與說明，結(jié)果見表 3。計(jì)算可知，本廠總投資 21097.74 萬元，年利潤 16326 萬元，投資回收期 5.92 年。分析結(jié)果表明，本廠在上可行，具寧波C-Bond 團(tuán)隊(duì)10鎮(zhèn)海煉化年產(chǎn) 6.5 萬噸甲基丙烯酸 1.5 萬噸新戊二醇項(xiàng)目項(xiàng)目摘要有較高的效益。詳見分析。表 3綜合技術(shù)指標(biāo)表序號(hào)指標(biāo)名稱數(shù)值1萬噸/年6設(shè)計(jì)規(guī)模2小時(shí)/年8000年操作時(shí)間3工程項(xiàng)目總投資萬元21097.744固定資產(chǎn)投資萬元13166.835直接材料費(fèi)萬元/年71956.76101總定員人7年成本費(fèi)用萬元/年98096.28全廠總產(chǎn)值萬元/年1380009萬元/年16326年凈利潤總額10投資利潤率%65.411投資利稅率%83.612%27內(nèi)部率13投資回收期年5.9214投資凈現(xiàn)值（稅后）萬元/年25294.89項(xiàng)目總結(jié)本團(tuán)隊(duì)以“安全、節(jié)能環(huán)保、合理創(chuàng)新、和諧發(fā)展、切合實(shí)際”為理念完成了鎮(zhèn)海煉化年產(chǎn) 6.5 萬噸甲基丙烯酸 1.5 萬噸新戊二醇項(xiàng)目的設(shè)計(jì)任務(wù)。