湘潭-32共價(jià)鍵隊(duì)1設(shè)計(jì)10摘要

1、目錄第一章項(xiàng)目簡(jiǎn)介1第二章工藝流程選擇及介紹22.1 工藝流程選擇22.2 工藝流程介紹2第三章節(jié)能設(shè)計(jì)與創(chuàng)新63.1 熱量集成63.2 分離技術(shù)創(chuàng)新63.2.1 高壓共沸提純 DMC63.2.2 雙塔雙效精餾73.3 控制方案創(chuàng)新8第四章工藝方案創(chuàng)新104.1 反應(yīng)精餾亞硝酸酯104.2 CO 羰化偶聯(lián)制草酸酯114.3 CO 羰化偶聯(lián)反應(yīng)11第五章廠址選擇與廠區(qū)布置135.1 廠址選擇135.2 廠區(qū)布置13I第一章本項(xiàng)目的目標(biāo)是為某一大型綜合化工企業(yè)設(shè)計(jì)一座采用清潔生產(chǎn)工藝乙二醇（EG）的分廠。本項(xiàng)目乙二醇產(chǎn)量為 25 萬噸/年，建廠于伊寧縣。省伊寧市本項(xiàng)目以自總廠來的氣分離的氫氣和一氧

2、化碳為主要原料，生產(chǎn)乙二醇（主產(chǎn)品）、碳酸二甲酯。本項(xiàng)目主體生產(chǎn)裝置包括建設(shè)規(guī)模公稱能力為 25 萬噸/年氣制乙二醇裝置、1.1 萬噸/年每年碳酸二甲酯裝置、輔助工程、廠外工程等。設(shè)計(jì)中原料的循環(huán)利用，減少原料需求量，利用節(jié)能新技術(shù)，降低能量損耗，減少系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的不利影響，并對(duì)排出的污染物提出了合理的治理方案。1項(xiàng)目簡(jiǎn)介第二章 工藝流程選擇及介紹2.1 工藝流程選擇傳統(tǒng)路線乙二醇的基礎(chǔ)是以乙烯氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷為前提，盡管工藝和催化劑的研究有了很大的突破，但它們各自面對(duì)的突出是目前原油資源，價(jià)格持續(xù)上漲的趨勢(shì)，其經(jīng)濟(jì)性會(huì)逐漸降低，并進(jìn)一步影響國(guó)內(nèi)外乙二醇的生產(chǎn)需要，因而開辟一條新的乙二醇路線迫在

3、眉睫。充分利用我國(guó)煤資源相對(duì)豐富、我國(guó)對(duì)煤制氣間接制乙二醇工藝技術(shù)產(chǎn)業(yè)化研究和工程化實(shí)施的優(yōu)勢(shì)!以及擁有煤制氣間接制乙二醇工藝知識(shí)的有利條件，加快形成煤制氣間接制乙二醇工業(yè)規(guī)?；?，必將對(duì)我國(guó)乙二醇產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生質(zhì)的改變。煤制氣間接制乙二醇裝置與目前、中石油乙稀法生產(chǎn)乙二醇裝置進(jìn)行對(duì)比，其主要競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)在于原料成本低，總成本較石油乙稀法工藝約低 1000-1500 元/t，具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。故此次流程選擇以煤制氣為原料，經(jīng)草酸酯乙二醇，副產(chǎn)碳酸二甲酯的工藝流程，該工程清潔，原子利用率高，污染物排放量少。2.2 工藝流程介紹本項(xiàng)目分為五個(gè)工段，各工段工藝流程圖及說明如下：1) CO 羰化偶聯(lián)工段2圖

4、 2-1 CO 羰化偶聯(lián)工段工藝流程圖氣經(jīng) PSA 變壓吸附得到的高純度 CO 原料儲(chǔ)罐與來自空分系統(tǒng)來的 N 作為載氣以及由酯再生工段得到的亞硝酸甲酯混合，經(jīng)過預(yù)熱器，加熱至130進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)。2) 酯再生工段圖 2-2 酯再生工藝流程圖來自 CO 羰化偶聯(lián)的循環(huán)氣以及補(bǔ)充的 NO，經(jīng)過壓縮機(jī)加壓后與空分系統(tǒng)中出來的同壓強(qiáng)氧氣混合，與乙二醇生成提純工段生成的甲醇以及少量補(bǔ)充甲醇一起通入反應(yīng)精餾塔中反應(yīng)。3) 碳酸二甲酯提純工段3圖 2-3 碳酸二甲酯提純工段工藝流程圖CO 羰化偶聯(lián)工段得到的混合物通過一個(gè)氣液分離器，得到循環(huán)氣通過吸收塔(T0301)用甲醇將雜質(zhì)吸收后循環(huán)，液相通過預(yù)分

5、離塔(T0302)將大部分 DMO進(jìn)行分離。預(yù)分離塔塔頂?shù)玫降拇?DMC 與由吸收塔塔底得到的少量 DMC 混合。4) 乙二醇提純工段圖 2-4 乙二醇提純工段工藝流程圖來自碳酸二甲酯提純工段的少量草酸二甲酯與大量由預(yù)分離塔(T0302)中得到的大量草酸二甲酯混合，與大量來自 PSA 變壓吸附得到的氫氣混合一起經(jīng)加4壓預(yù)熱一起通入反應(yīng)器中反應(yīng)生成乙二醇后通過乙二醇精餾塔(T0401)將純度99.9%以上的乙二醇分離提純送去儲(chǔ)罐5)雙效精餾工段圖 2-5 雙效精餾工段工藝流程圖由反應(yīng)精餾塔塔底得到的液相通過換熱降溫通入雙效精餾工段，將甲醇水系統(tǒng)進(jìn)行分離。5第三章 節(jié)能設(shè)計(jì)與創(chuàng)新3.1 熱量集成本

6、項(xiàng)目組利用 Aspen Energyyzer V7.2對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行熱集成及優(yōu)化，最大化利用熱量，減少公用工程的消耗，達(dá)到節(jié)能效果。經(jīng)過熱集成優(yōu)化后，利用夾點(diǎn)技術(shù)確定最小傳熱溫差，并通過手動(dòng)優(yōu)化使能量利用率升高，得到最終優(yōu)化結(jié)果如下圖 6-1 所示：圖 6-1 手動(dòng)優(yōu)化后的最終結(jié)果可見通過熱網(wǎng)的優(yōu)化本裝置降低了 47.50%的總年度費(fèi)用，20.98%的操作成本，24.80%換熱器設(shè)備成本。3.2 分離技術(shù)創(chuàng)新3.2.1 高壓共沸提純 DMC共沸物難以用普通精餾方法分離,目前世界上的分離方法有膜分離法、冷凍結(jié)晶分離法、恒沸精餾法、萃取精餾法、加壓精餾法等12。但是膜分離法技術(shù)難度高,目前還不夠成

7、熟,沒有相關(guān)的工業(yè)化;冷凍結(jié)晶法在化工生產(chǎn)中主要用于從溶液中分離固體物質(zhì),而且能耗高;恒沸精餾法常用的恒沸劑有烷烴、6環(huán)烷烴等,毒性較低,容易回收,但恒沸劑的選擇受共沸體系制約,操作參數(shù)范圍窄,而且恒沸劑等被汽化,能耗較高;萃取精餾法中萃取劑的選擇不受共沸物體系的限制,選擇性高,操作參數(shù)范圍寬,能耗相對(duì)恒沸精餾法低,但是 DMC 收率低,萃取劑毒性大且使用量大,回收難度高。然而,加壓精餾法工藝流,設(shè)備投資少,操作方便,同時(shí)避免了萃取精餾法難以回收萃取劑和恒沸精餾法操作參數(shù)范圍窄等缺點(diǎn),廣泛應(yīng)用在 DMC 工業(yè)生產(chǎn)中。3.2.2 雙塔雙效精餾雙效精餾作為多效精餾的一種,因其設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝不甚復(fù)雜

8、、應(yīng)用范圍廣而受到廣泛的關(guān)注,近年來對(duì)實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備的節(jié)能改造及對(duì)雙效精餾影響的理論研究日益增多。理論上雙效精餾的節(jié)能率為 50%,但實(shí)際節(jié)能量受各種的制約,只有在理論上明確了影響節(jié)能的主要,才能成功地指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。雙塔精餾工藝比較簡(jiǎn)單,其設(shè)備就是預(yù)塔和主塔,亦即輕(組分)塔和重(組分)塔。該工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品純度基本上能夠達(dá)到 99.9%的工業(yè)甲醇雙塔精餾工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是投資少、建設(shè)周期短、操作簡(jiǎn)單、見效快。此次工藝中，由于組分中主要是甲醇水體系，并且甲醇的純度要求塔就可達(dá)到要求，不必要運(yùn)用三效精餾，節(jié)約設(shè)備成本。雙塔雙效精餾由一組單效精餾塔耦合而成,與單效精餾類似:回流比、塔的操作壓力、進(jìn)料熱狀

9、態(tài)、進(jìn)料位置等多種均對(duì)塔底熱負(fù)荷產(chǎn)生影響,從而影響雙效精餾的節(jié)能率。相對(duì)于單塔精餾工藝,雙塔順流工藝有了較大的改進(jìn)。由于塔頂蒸汽的冷凝潛熱被自離體系循環(huán)利用,理論上是大大降低了能耗和冷卻水用量。雙塔順流工藝中第一個(gè)塔頂水蒸氣的冷凝潛熱須滿足第二個(gè)塔的再沸器熱負(fù)荷,同時(shí)須滿足傳熱溫差，工藝流程模擬：7圖 3-1 雙效精餾工段工藝流程圖模擬結(jié)果顯示，采塔雙效精餾后，達(dá)到同樣的純度要求，雙效精餾節(jié)約能量消耗 4517.76KW，節(jié)能 29.1%。對(duì)比結(jié)果如表 3-2 所示：表 3-2對(duì)比結(jié)果3.3 控制方案創(chuàng)新本項(xiàng)目控制方案的研究范圍包括 CO 羰化偶聯(lián)工段、雙效精餾工段、碳酸二甲酯提純工段、乙二醇

10、提純工段、酯再生工段、罐區(qū)以及與工藝生產(chǎn)裝置相配套8參數(shù)單塔雙效精餾高壓塔常壓塔理論板數(shù)301823回流比1.4190.7091.03操作壓力 MPA0.1013250.60.101325進(jìn)料位置191219能耗指標(biāo)冷凝器熱負(fù)荷 KW-11021.350-8705.89再沸器熱負(fù)荷 KW15548.2811030.520節(jié)約能耗 %29.1%產(chǎn)品指標(biāo)甲醇 %99.9199.93水 %99.9099.92的公用工程部分的控制系統(tǒng)及相關(guān)儀表。其中對(duì)于壓縮機(jī)，喘振是壓縮機(jī)安全運(yùn)行的隱患。所謂喘振，就是當(dāng)壓縮機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)流量值低于其極限流量值時(shí)所發(fā)生的流量逆向現(xiàn)象。喘振會(huì)使壓縮機(jī)出口流量、壓力不穩(wěn)定，甚

11、至對(duì)壓縮機(jī)造成損害。因此需對(duì)喘振現(xiàn)象進(jìn)行防范和控制。本項(xiàng)目中壓縮機(jī)采用旁路控制方案。當(dāng)需要流量較小時(shí)，打開旁路調(diào)節(jié)閥可以避免直接調(diào)節(jié)進(jìn)口流量而導(dǎo)致端負(fù)壓嚴(yán)重的缺陷。在壓縮機(jī)裝有流量傳送和壓力傳送儀表，在出口段裝有壓力傳送儀表，集成到防喘震控制器中，經(jīng)過控制器的計(jì)算，調(diào)節(jié)旁路流量達(dá)到防止喘震的目的。9第四章 工藝方案創(chuàng)新4.1 反應(yīng)精餾亞硝酸酯采用反應(yīng)精餾技術(shù)進(jìn)行酯化反應(yīng)亞硝酸酯，酯化反應(yīng)器實(shí)際上是具有反應(yīng)、吸收和精餾復(fù)合作用的多功能反應(yīng)精餾塔，從羰化反應(yīng)器出口經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)輸送回來的大量循環(huán)氣，與來自預(yù)反應(yīng)器的新鮮氧氣及補(bǔ)充的 NO 氣體的混合氣，由酯化反應(yīng)器底部管線進(jìn)入，與從塔底進(jìn)入的補(bǔ)充甲醇

12、溶液在填料或塔板上逆流接觸反應(yīng)。聯(lián)碳公司較早設(shè)計(jì)這種反應(yīng)器用于亞硝酸酯的，并申請(qǐng)了專利，全部反應(yīng)容器設(shè)計(jì)成空間上具有兩個(gè)獨(dú)立的區(qū)域，及反應(yīng)區(qū)和精餾區(qū)，下部反應(yīng)區(qū)可設(shè)計(jì)為填料塔，以保證氣液充分接觸，上部精餾段最好設(shè)計(jì)成板式塔，以提供足夠的停留時(shí)間，盡可能減少出口中水的含量。對(duì)于反應(yīng)熱的移除，專利認(rèn)為可以采用從反的物流中抽出一股物流經(jīng)過換熱器冷卻后返回反，或者是從精餾塔的下部從一塔盤取出液體，經(jīng)過冷卻器后再返回到塔盤。由于反應(yīng)精餾塔的作用，該工藝流程就不再設(shè)置水洗塔、干燥器等設(shè)備，流，投資減少是該技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)之一。此外，由于此次反應(yīng)精餾塔出料為循環(huán)氣、亞硝酸甲酯的氣相以及甲醇、水的液相，知道亞硝

13、酸甲酯、一氧化氮等氮氧化物容易與水形成硝酸系產(chǎn)物腐蝕產(chǎn)品，影響產(chǎn)品純度，運(yùn)用反應(yīng)精餾技術(shù)，能極大降低水在循環(huán)回流時(shí)的量，提高產(chǎn)品收率，更能使設(shè)備更長(zhǎng)。10圖 4-1 反應(yīng)精餾酯化工藝流程示意圖4.2 CO 羰化偶聯(lián)制草酸酯利用亞硝酸甲酯與CO 偶聯(lián)氣相反應(yīng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)以甲醇與CO 液相反應(yīng)生產(chǎn)草酸二甲酯。較液相法而言，氣相法具有較高經(jīng)濟(jì)效益，較高產(chǎn)品收率，回收循環(huán)容易等優(yōu)點(diǎn)。在氣相法中，利用亞硝酸酯代替醇類，與 CO 發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，從而草酸酯。CO 催化偶聯(lián)草酸二酯過程可分為兩步。第一步，一氧化碳在負(fù)載型貴金屬催化劑的催化作用下，與亞硝酸酯偶聯(lián)反應(yīng)生成草酸二甲酯和一氧化氮，反應(yīng)方程式如下：第二步，

14、在偶聯(lián)反應(yīng)中生成的 NO 經(jīng)過分離后，進(jìn)入再生反應(yīng)精餾塔中，與甲醇和氧氣反應(yīng)，完成亞硝酸酯的再生，反應(yīng)方程式如下：這樣，生成的亞硝酸甲酯又可作為原料，參與到第一步 CO 偶聯(lián)生成草酸酯的反應(yīng)中去。原料甲醇便宜易得，O2 可以通過空分裝置來提供，同時(shí)分離出的 N2 則可以作為反應(yīng)的保護(hù)氣。該路線反應(yīng)條件十分溫和，偶聯(lián)反應(yīng)僅在 110150，15atm下就可以進(jìn)行，而亞硝酸酯的再生在常溫常壓下就能進(jìn)行。不計(jì)過程中的物質(zhì)損耗，理論上 NO 不需要補(bǔ)充，則反應(yīng)完之后，副產(chǎn)物僅剩下水，所以整個(gè)反應(yīng)體系的原子利用率非常高，工藝環(huán)保清潔，符合當(dāng)代社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的理念。4.3 CO 羰化偶聯(lián)反應(yīng)CO 羰化偶聯(lián)

15、反應(yīng)中，未反應(yīng)完全的亞硝酸甲酯沸點(diǎn)較低，不容易處理，故11優(yōu)先考慮亞硝酸甲酯的轉(zhuǎn)化率。此次反應(yīng)，由于查閱大量文獻(xiàn)，并沒有發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中的物質(zhì)會(huì)與亞硝酸甲酯發(fā)生其它反應(yīng)，故考慮在反應(yīng)器足夠大的情況下，亞硝酸甲酯可以認(rèn)為反應(yīng)近乎完全。若在以后的實(shí)驗(yàn)或者資料中顯示，在反應(yīng)產(chǎn)物中會(huì)有某種物質(zhì)與亞硝酸甲酯反應(yīng)影響轉(zhuǎn)化率，那么在反應(yīng)后通過一個(gè)簡(jiǎn)單的氣液分離系統(tǒng)，再將得到的氣相通入第二反應(yīng)器中繼續(xù)反應(yīng)，將亞硝酸甲酯反應(yīng)完全。由于反應(yīng)產(chǎn)物中的 DMO,DMC 等液相與 CO 等不凝性氣體和亞硝酸甲酯非常容易分開，故此次反應(yīng)器模擬流程如下：圖 4-2 CO 羰化偶聯(lián)工段工藝流程圖12第五章置5.1本項(xiàng)目坐落在伊犁自治州伊寧縣曲魯海鄉(xiāng)工業(yè)園的慶華煤化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)園內(nèi)，犁河谷中一個(gè)海拔千米高的山頭上。在河谷中填出一塊 2.16 平方公里的臺(tái)階式平地，低，最大落差為 120 米。它的原料地就是不遠(yuǎn)的另一座山，表層土下