年产11.7万吨聚甲基丙烯酸甲酯项目设计0-项目摘要.docx

项目摘要目录I项目简介12原科及产品方案12.1 原料12.2 产品方窠23工艺设计24节能设计44.1 换热网络优化44.2 精建过程中热泵塔的使用45设备设计55.1 新型高效3D网闺塔板55.2 热泵塔55.3 新型CQF型工程塑料磁力泵55.4 胺分离调变甲基丙烯酸甲酯的精制65.5 共沸精蚀分离装置65.6 强化传热的装置65.7 钢管防腐蚀措施76清洁生产77技术创新87.1 C4相分离与精细化牛.产的有效结合87.2 MMA生产工艺的创新87.3 异丁优的三级“反应-稿合”单元操作97.4 朕分离技术97.5 环境保护的创新98厂区选址和布置IO8.1 厂址确定IO8.2 总厂布置108.3 三维布置I1.9安全环境分析1210经济效益分析12I1.项目总结141项目筒介本Jii目是某石油化工公司制取聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的配套子项目,拟以园区内总厂提供的抽余C4中的异丁烯（IBE）以及甲静、水、空气等为主要生产原料，将日本三爱人造丝公司的水合法与1木旭化成公司的DoE法（出接氧化酯化法）、溶液聚合相结合制PMMA,资源化利用抽余C4,年产P.7wiPMMA.本分厂建于广东惠州大亚湾石化区内。本团队在工艺设计中，兼顼经济效益和清洁生产，思路明确，亮点突出，其主要体现在如下几个方面：（I）物总厂的C4分离奘置与弁丁烯后期的生产规进行彳I效的隅联,将抽余C4中的I-丁烯重.整成为反式二丁烯提供给总厂或园区内兑他工厂：（2）由异丁烯制条MMA（甲茶丙烯酸甲命）时,将三菱人造丝公司的水合法与旭化成公司的DoE法结合，以减少能耗，降低成本；（3）符曲期MA1.（甲基丙烷酸）的共济分离与后期的就化脑化工艺进行了有效的偶联.降低了过程的能耗及成本.（4）在异丁优水合车间、叔丁醉氧化车间、甲基丙烯解一步氧化而化车间均采用热泵塔，有效的诚少了过程中的能任：（5）采用膜分离技术，能炒做到生产流程的甲解99%回收，有效战少了甲醉的损耗、排放,具有环境与经济的双重效益：（6）工艺流程中实现了对甲醉、水以及乙酸乙位的循环利用,提高了原子利用率.2原料及产品方案2.1原料本项目设计的是利用总厂提供的抽余C4中的异丁烯、甲制!等为主要烦料，年产!.7wiPMMA,资源化利用甲基叔丁基健的原料异烯，同时也创造了较高的经济效益,表2-1为总厂提供的抽余C4的狗成，表2-2为本项目主要原料以及辅助原料需求表：成分鼻丁丁异丁第1T丁二缗正丁烷反式2丁烯式2.丁烯含垃2.9046.37%30.63%痕歧6.25%9.12%4.03%沸C-11.7-6.963-4.4-0.50.93.7相对挥发度1.2091.0701.048I.(KX)0.8710.8430.770项目MM粗制异丁嫌IMXXJOtZa总厂提供36294Ua叔丁醇94Wa助材料乙酸乙脑聚对茶；的偶妞二异丁肝1039UaI7621.a1878ta道路路路路路管公公公公公总厂协助提供总厂协助提供总厂协助提供2.2产品方案本项目经过市场调研，为提掰本顶目的羟济效益，确定了以PMMA为主要产品的产品方案，旦本厂联合石化园区的周边下游企业，可以切换生产规，当羟济效益不好的时快可以选择性输出甲域丙烯酸甲Si(MMA)作为产品，产品的灵活切换.可有效的提高经济效益.本项目生产过程中副产品主要为MMA.IBE以及抽余C4,表2-2为本原目的产品方案一览表：«2-2产品方案一Jre名称产量Va细格%备注主要产品架甲基丙烷酸卬酯11722299主产品异丁烯953699.99副产品，管道运输回总厂抽余碳四86112副产品，管道运始回总厂副产品甲基丙嫌酸甲隙根据市场需要99.99副产品诩节3工艺设计本项目经过产品选择和工艺方案论证,将日本三菱人造丝的水合法与旭化成的直接翻化循化法相结合由异丁烯制爵甲基两烯酸甲南.再通过溶液聚合的方法制备聚甲基丙烯酸即能.设计了异丁烯水合M叔丁静工段、TBA就化制MA1.I：段、MA1.一步班化酯化制MMA工段和MMA溶液聚合制PMMA工段,并实现了全流程枪态模拟与优化.工艺流程如图3所示，详见初步设计说明书。图AI工艺IuMRB本J目若采用旭化成法制备MMA.则对弁丁端的纯僮要求较高，为节约成本、降低能耗、提高产率，将其与三英人造丝公司的方法相结合，即利用三菱人造丝公司的弁丁研水合法将异丁烯转化为叔丁解，再利用DoE法制备MMA,最后通过溶液聚合生产PMMA.异J烯水合反应的反应温度为60-95T.塔压为6bar,而考虑到异J烯水台叔J醉的时候转化率约为82.53%,因此采用"级串联反应流程，以充分提高整个波程的原子利用制得的TBA在压力为48636kPa,温度为663K下,利用铁-对制催化剂.用硝酸物作为活化剂进行活化,氧化为MA1.,转化率为100%,甲基内爆酷选择性为955%:上一工段中的MA1.在压力为I0I-325kPa以及温度为50下,使用PdsBi2FcfCaCO1作为催化剂,由MA1.直接一步制备MMA,其中甲加丙烷酸转化率88%,卬器丙烯酸甲酯转化率96.8%,并采用共沸精饱塔对MMA进行精制；甲基丙烯酸甲酩的覆合工艺采用溶液聚合,使用A1.BN作为引发剂，乙酸乙酯作为溶剂体系.在压力为101.325kPa,温度为323K下聚合得聚甲基丙烯酸甲酯.并对PMMA内蒸以制备较而纯度的PMMA.4节能设计采用换热网络与过程节能方法的改造之后，我们的流程成功诳行了50%的节能，其中冷公用工程的用；*大大减少，提高了整个生产过程的能麻利用效率，干j效降低了本厂的能量:费用与消耗成本！以卜为节能设计中的具体方法，4.1 换热网络优化在本项目中,涉及公用工程量较多.为了充分利用能址.本项目通过使用Aspen软件,根据央点设计法，结合实际情况，诳行流股匹配，谀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I可流程模拟和PID图纸,对比分析得出最后方案，详见Aspen流程模拟源文件和PID图纸，E4.1优化的排编网络H2-2优化后的换也同恪4.2 精储过程中热泵塔的使用在第一工段即异丁烯水合工段中异丁嫌粗分离塔的塔顶塔釜温差小于36C,C4组分内部进行分离的温弗推动力不出大,又考虑到C4妙类组分对于压缩机等设品不具有较大的廨独性，所以对异丁烯的粗分离塔采刖塔顶压缩式热泵进行过程节能方面的改造.与此同时，在第：工段即叔丁醇氧化工段也注意到了这个问SS一在卬暴丙烯酸的共沸精地塔中，在优化后的塔设备物流参数中可见一一塔顶塔釜海号小于36,并且，体系中不存在烧蚀性物质,所以,选择闭式热泵进行热泵粘甫塔的改造.在第三工段及甲基内饰醛-步氯化脂化工段，甲基丙优酸甲脂的公共洗混合物的分离流程中，考虑到产物中会存在布甲基丙烯酸这具有腐蚀性地物质，所以，我们对精循塔进行了开式热泵改造（以水作为循环工旗。在这三个工段中使用热泵塔，可有效被少能状消耗,提裔本项目装置的节能性能.5设备设计本项目设计过程中主要对叔丁科提浓塔、流股间换热涔、异J，烯水合反应器等设需进行了详细设计，对换热器、泵、压缩机等设备进行了选基。详见设备选型与典型设符设H-J、反应器设计说明书以及设备选型一览表.5.1 新型高效3D圆阀塔板本项目在塔设备中采用新型高效3D网网塔板（专利：浮阀鼓泡器，专利号Z1.01265985.1）.将3D欧阀坦边设计成锯齿状的下凹导流片燃构，使气液接触周长比同样开孔面枳的F1.浮网周长增加.为了M少阀顶的传侦死区，3D回阀中央向下开出3个强泡口，豉泡口连箭下凹的导向片。5.2 热泵塔在笫一工段即异丁烯水合工段中异丁烯粗分离塔的塔顶塔釜温差小于36C,C4级分内部进行分离的温差推动力不甚大，又考虑到C4是类组分对于压缩机等设在不具有较大的腐蚀性，所以时异丁烯的机分离塔枭用塔顶IK缩式热泵进行过程节能方面的改造.与此同时.在第二工段即叔丁酹林化工段也注意到了这个问翘一一在甲基丙烯心的共沸精潮塔中，在优化后的塔设备物流参数中可见一一塔顶塔釜温差小于36-C,并且，体系中不存在腐蚀性物质，所以，选择闭式热泵进行热泵精爆塔的改造.在第三工段及甲班内那旌一步软化能化工段，甲基丙优酸甲酯的公共沸混合物的分离流程中，考虑到产物中会存在有甲基丙烯酸这一具有腐蚀性地物质，所以，我们对精饱塔进行了开式热泵改造以水作为循环工质）.在这三个工段中使用热泵塔.可有效减少能ht消耗，提高本项目装置的节能性能.5.3 新型CQF型工程塑料磁力泵本项目采用了一种新型的CQF型工程电科磁力柒,CQF型工程型料破力泵（下简称破力泵）是应用现代磁学原理,将永磁联轴零的工作原理无接触的传递扭矩的新型泉.当原动机带动外磁钢转动时通过隧场的作用亮动内磁钢传手同步旋转，而内磁钢转手和叶轮连成体，从而达到无接触带动叶轮转动之目的。毡力泵以静密封取代动密对，使泵的过流部件处于完全玄时状态，彻底解决了其它系的机械密封无法避免的跑、苛、滴之弊病：是消除环境污染，创造“无泄漏车间”、“无泄漏工厂”.实现安全、文明生产的理想用泵.极力泵选用耐脚饨、高强度的工程塑料、纲玉陶在、不锈制作为制造材料,因此它具有良好的抗腐独性能，并可以使被输送介质免受污染.5.4 腹分离调变甲基丙烯酸甲酯的精制在甲基丙烯酸甲而-7b甲醛的三元共沸体系中，单塔流程设备成本较低，但能显成本略高于三塔流程，因此我们选用设备成本较低的单塔分离，与此同时我们蔚要对设备进行相关的设造，以便进行深度的节能，提高利用效率.而对甲基丙烯酸甲曲的共沸精德分禹塔进行改造时,由于考虑到反应体系存在甲基丙烯酸这一酸性组分的存在会对压缩机直接造成燃蚀.因此我们采用了开式热泉.以水作为开式热泵的工质诳行甲基丙烯酸甲而精制塔的节能改造，将其进行开式热泵塔改造.对开式热泵设造后，本套装附的甲基丙烯酸甲酯精制流程能够有效减少能量成本、设备犯设成本，因此,在甲携丙烯酸甲图的精制分离过程中选用开式热泵塔交联甲醉的膜分离技术进行甲基丙烯酸甲醋的精制分离。5.5 共沸精Ifi分离装置在工艺内部流程的设计上，我们在第二工段甲基丙烯酹的合成工段采用了张锁江院士团队的印基丙烯酹的水-甲解共沸精溜分离C利相较于传统的甲基丙烯解的四塔提法流程,本专利符前期的共济分离与后期的氧化作化工艺进行了有效的偶联.共沸剂同时也足后期所必须的反应物，这样有效提高了产M的效率、直接削战了共流剂I可收的设备成本.相较于能耗较低但是热度成本较高成本较高的忘f液体,本工艺能够有效的降低吸收甲基丙烷解的成本、操作条件，有效提高了原料的利用效率，与此I可时，改涔了专利分掰过程中的水的利用，利用循环将其作为反应原料、吸收塔原料,实现了流程的水输入，打造资就节约型、环境友好型生产.5.6 强化传热的装置本项目来用了新型的强化传热的反应装置及强放热反应的连续生产的方法。在本工业生产流程中,存在着大IR的反应琳,这些反应器体枳庞大,因而如何疔效的解决传热问题成为一个值得深入网考的东西,因此本设计过程中,为了强化传热引入了CN106732295A的强化传热的反应袋也及强放热反应的连续生产方法,为了控制反应的温度，前人在工艺与工程两个方面都采取了很多措俺，但是这些措施都没有能步从根本上解决问电一在工艺上，普遍使用大埴的溶剂稀稀反应混合物，并采取低价物料的措施，但是要求后期蒸愉回收溶剂，生产能力小，能耗而，并且在产品中存在赤溶剂杂质，在工程上普遍采用反应釜内设汽盘管增大设备的换热面积但由于手反应釜内空间的制约.换热面积W½书Ri,因此采用了一种提供强化传热的装置，适用于快速强放热反应的连续合成,并旦使用完品或者近室温的循环水代替低温的冷冻盐水，节能降耗减少腐蚀,延长设备的使用存命，其示懑图如下所示：Esi提供IHt传也的意图5.7 钢管防腐蚀措施碳钢因成本低廉、力学性能优良，是我们工艺物流管道的首选，但第三工段中物料大多含有腐蚀性的甲菸丙烯酸，这意味着必须时碳刑进行防耀处理.以下给出种在李侪华等的文献中利用陕喃甲解IS-（对甲基藻翦）-134啤二畦-2-短基卜乙酰腺（FPTA）作为缓蚀剂的解决方法.一些缓蚀剂对生态环境不利，会产生无人，然而我们选刖的这种嗅二畦类衍生物不仅成本低廉且无毒无吝，是一种环境友好型的援蚀剂，切合“绿色化工”的主题，且充分结合中山大学化学工程与技术学院的学院发展方向之一海洋防腐蚀，具有十分Hi要的意义。根据文献报道，在失重法怆测中,碳弱在经过FPTA处理后对0.5mo1.1.1的硫酸溶液耐腐蚀程度大大增加.具体表现为在20mg1.nA中浸泡6h后即可达到91.84%的援蚀率.当缓蚀剂浓度继续增加到50mg1.,缓蚀率达到94.08%,再继续提升线蚀剂浓度对缓健率提升不大，故比较经济和理想的处理浓度在2050mg1.1冠国内.文献中利用动电位极化曲战的电化学方法证明了，FPTA并没有改变碳钢的阴阳极反应，只是通过表面瓶施的形式阻止了硬钢的腐蚀,属于几何覆盖效应。同时FPTA在碳纲表面形成的这层膜符合朗缪尔等温吸附曲线.吸附形式属于化学吸附.在扫描电子显微镜课件FPTA在碳钠的表面形成了点状的保护层分布良好能很好地保护碳制不受腐饨,起到了很好地缓蚀作H1.-6清洁生产本项目为由抽余C4中的异丁烯资源化利用生产聚甲%丙烯酸甲酯的清衲生产过程,主要体现在下面几个方面：（I）本项目将三箜人造统公司的水合法和旭化成公司的DOE法相结合制备得的MMA通过溶液聚合生产PMMA,避免了ACH法或MAN法中的环境污染问题以及酸的处埋问邈,过程中将MA1.-步班化常化为MMA,减少了废气、废液、废固的排放，过程节能减排，做到清洁生产；（2）工艺过程中实现了水、甲解和乙酸乙Si的循环利用，提高了眼子利用率，减少了过程中的能耗：（3）使用高效反应、膜分离技术、共沸精储、热泵精储等技术.减少废气、废液的同时提高了经济效益：（4）在中雄丙烯酸甲酯的聚合部分采用了低压闪热实现溶剂乙酸乙酯的大部分循环，诚少了生产过程中VoCS的排放。7技术创新7.1 C4粗分离与精细化生产的有效结合作为分厂，本项目物总厂的C4分窗装置与异丁烯后期的生产线进行有效的偶联，做到了分工化、专业化、耕细化生产，将其余的C4殂分分流至总厂或石化园区的其他企业,有效的提南了生产过程的专一性，加强了本厂的可嵌入性，充分实现了资源化、集约化应用,有效的将整个厂集成于惠州石化产业园,形成了有效的融合体系,提高了惠州石化产业园的经济效益.以下是本厂的初分温装置图：图7IC4初分离装*7.2 MMA生产工艺的创新住友化学与旭化成科技的C4法生产MMA的时候对异丁烯的要求是99.99%,对前半期分离要求较高.同时考虑到异丁烷从妙类组分中分离较难而叔丁醇-水这一共沸组成相较于烧类组分更加容易分离，因此采用了噪人造丝公司的异丁烯一叔丁醉T甲基丙爆酷这,转化流程，作为前期甲基丙烯酸（MA1.）的生产流程，后步程则采用旭化成公司的步氧化酩化法（D.O.E法）进行MMA的合成,这样可以有效的规避了生产过程中的能量、设备等不必要的支出损耗，同时避免严苛的原料供应要求,有效粘合工艺手段资源，提高了产品的市场竞争力.因此在工艺上本生产流程采取了:菱人造丝法-旭化成法的高效结合,将二者的优点结合，充分发挥生产的性能，7.3 异丁烯的三级反应-相合”单元操作在叔丁砰水合阶段，异丁烯水合叔丁醵的时候转化率约为8253%.因此.为提高对于异丁烯组分的利用程度，本项日采用了多拨中联的“反应分离”揭合的单元操作过程，三级串联反应流程，充分提高了整个流程的原子利用率，增加了分厂的经济效益。7.4 膜分离技术甲基内烯酸甲陆的合成工段中,我们采用r江西师范大学的甲基丙烯酸甲曲体系的甲酹的分子筛媵分离技术（CN101857522A>，有效的进行了甲基丙烯酸甲丽的膜分离操作与共沸精谣操作进行结合，能够做到生产流程的甲醉99%回收，不f效殴少了甲醉的损耗、排放，具有环境与经济的双虫效益。7.5 环境保护的创新本I贪目采用两大一小二.循环H效减少生产过程中废水、VOCS的排放,提高了资源利用效率，图74、72分别为甲小丙烯潞氧化车间、甲基丙烷酸卬能聚合车间的循环步骤；两大一小三循坏策略的具体论述如下：（I）在氯化酯化部分，采用了股分圆技术实现了将产品中的大部分甲醛进行分离W1.收循环（小循环）在甲茶丙烯酸甲酯的分岗过程中使用了国立台湾大学提出的两塔一旗策珞的改善方案，将前制得到的甲基丙烯酸甲油小甲醇的共沸物蒸汽进行与膜分离器二次结合，实现了未反应完毕的甲静的全部循环（大循环）：（2）在甲基内烯酸用施的聚合部分采用了低压闪蒸实现溶剂乙酸乙脑的大部循环,减少了生产过程中VOCS的排放大很环.其中,甲基丙烯酸甲基车间的循环物质是甲肿,嬖甲基内烯酸甲油的车间循环的物防是乙酸乙防，通过这些在生产过程中消耗址巨大的物质的循环利用，最终提高了流程的生产效率，增加了本厂的羟济效益.8厂区选址和布置8.1 厂址确定本项目位于广东惠州大亚湾石化工业区内,大亚湾石化工业区是广东省里点发展的东西两见两个石化工业基地之一，由于拥有大项目的巨大带动效应，具有十分便利的交通和港口条件,有功能完善的公用工程一体化服务，加上地处我国化工品市场中心地带的珠三角地区，必将成为当今国际国内化工企业投资的理想家园，项目建设地位于惠州大亚湾石化工业区东北部，项目用地现属于空地，籽合本项目用地需要,项目厂址如下图所示：ff1.*-项目厂址空地8.2 总厂布置总图布置根据人车分离理含，分设物流通道和人流通道，M少交通阻力，采用了平行布置，将生产区生活区布置在厂区径向干道两干，使二者互不膨响,并且根据紧凌集中理念.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350m,宽250m.总产地面枳875(Xhn2,主要包括管理区、辅助生产区、生产工2区和储运区等区域.我们使用AU1.oCAD进行厂区的平面设计，厂区平面布置如下图所示：Rs2厂区平IB布置国8.3三维布置本项目利用AuIoCAD进行了设备布置图的绘制，确定设备的挖放位汽，方便生产，同时对厂区三维进行设计，如下图所示.详见车间平立面、车间三维布置和厂区三维布置源文件.Bs-.'K三HMMIB9安全环境分析本项目对厂区内的甲醇、异丁烯、甲基丙烯酸甲他谛城区进行了理大危险源辨识并根据物防的物性进行了域区物质的源相分析,维而根据海相分析的结果进行池或事故模型预测、沸脏液体犷展蒸汽爆炸预测、蒸汽云爆炸模里预测并分析了事故的伤害范围：采用了HAZOP分析软件、道化学火灾、爆炸危冷指数评价对虫大危险源进行风险预评估后设近SIS.DCS和ESD相£4合的控制系统，实现对设备和系统的桓定控制.10经济效益分析项目名称.<,I；.-单位数值-聚甲基丙绿酸甲*生产般模万Ua11.7二产品方案I聚甲菸丙烯酸甲酯万Va11.7三年操作时间小时8000四主襄材料、辅助材料、燃料用鱼I抽余搬四Ua1600002甲醉t/a362943乙酸乙而Ua10394叔丁静t/a94885对笨二的t/a17626偶氮二异丁偶t/a18787聚乙烯械酸基交换树脆t/a2.88负我型铁系催化剂1./a3.79PdSBiFaCaCO、分子箍1./a1.2五公用动力消耗量1电104kwh288202循环冷却水1.(X,1.32693低压蒸汽104t6.564中压蒸汽10f,t6.425加热油,6.46仪表空气IOiNm'198.67氮气IO4Nm-501.98循环冷却剂tr,764.8大三>*MI废水WUa5.52废气m½270303废固Ua7.7七全厂定员人175总占地面积万而8.75九工程项目总投贵亿元151固定资产投资亿元6.02流动资金亿元1.8十年浦售收入万元260184+-成本和费用I年均总成本费用万元2017602年均经营成本万元155889十二年均“利洞总和万元32138十三年均情售神万元20614十四财务畀价指标I投资利润率%33.5%2投资利税率%47.3%3资本金净利涧率%66.4%4投资回收期（铮态）年5.65投资回收期（动态i=0.12）年10.66全投资财务内部收益率（税后）%24.57全投资财务净现值（税后,i=O.I2>亿元54.3十五清偿能力演I人民币借款偿还期（含建设期年7从以上经济分析结果可以看到，本项目的盈利能力良好，在经济上具有很大的可行性，同时能耗相对国家行业标准较低，且项目应对市场供求变化的能力强，生存能力强,11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”的设计原则进行了初步设计，通过杳阅文献、市场调研确定了以总厂的抽余C4中的异丁烷和甲髀等作为主要原料，利用三菱人造丝的水合法,旭化成的直接氧化能化法以及溶液卷台制需较高纯度、具有较高附加值的聚甲基内烯酸甲酯.然后采用AspenP1.us软件完成全流程的工2模拟.并对全流程进行物料衡算和能量衡算.再根据模拟数据并结合AspenEnCrSyAna1.yzcr软件对过程进行了热集成分析，确定了本项目的节能方案.在此基础上再用AspenP1.us软件对所需的公用工程进行了模拟计算和优化设计。根据流程模拟数据对设备进行选型，并利用CUP-Tower,Su1.pak及SW6-2011对设备进行设计与校核；对于反应涔，对反应器进行了的详细设计。在控制上,我们运用HAZOP分析、道氏化学火灾、爆炸危险指数评价系统等一系列方法进行了安全评估后设置SIS.DCS和ESD相结合的控明系统.在环境安全上采用RiSkSyStCm软件等系列软件诳行相关评估，图纸方面，主要先成了PFD（物料流程图）、P&ID（带控制点工艺流程图、车间布巴图，地要设备装配图、厂区布置，文档方面，完成了包括可行性研究报告$、初步设计说明、环境影响评价报告等一系列设计文档。