年产11.7万吨聚甲基丙烯酸甲酯项目设计4-创新性说明书.docx

第一章生产资料来源的创新本工艺所采取的C4法生产甲基丙烯酸甲酯的原料来自于惠州大亚湾石化工业区的中海-壳牌石油化工有限公司.广东省是石化炼化大省，是一个良好的原料来源之地，而大亚湾石化工业区则是这个大省的石化产业园区的亚要支柱之一。的希近几年经济的发展、对外进出口贸易的频繁，大亚湾石化工业区亦不满足于现有的生产规模,推出了大亚湾石化工业区二期、石化工业区三期等等一系列发展方窠，因此中山大学Triumph用队选择广东省惠州市大亚湾石化工业区作为生产基地.而中海-壳牌石油公司也在将来有进一步扩大的趋势,其中之一便是C4的抽余炼化装置，中海油抽余C4的31成成分如下从表中可见,其中异丁烯占据了其大部分的分,具有十分广微的开发利用前景：«1-11*<4fijft成分鼻丁烷鼻丁端I-TM丁二烽正丁烷反式2T*式2-T»J含麻2.90%46.37%30.63%痕麻6.25%9.12%4.03%沸点/C-11.7-6.963-1.4-0.50.93.7相对挥发度1.2091.0701.0481.0000.8710.8430.770由于中海-壳牌石油的C4抽余裂解装置规模巨大，是整个惠州石化产业园的重要部分，因此中山大学Triumph团队选择了为中海壳牌石油公司作为总厂，其C4抽余裂解袋况作为异丁烯的来源组成，建设中海壳牌年产11.7万吨/年聚甲批丙烷酸甲酯分厂。有效提高了资源的利用效率,增强了总厂的经济效益，为创造更多的中海油公司创造更多的化工产品添<加瓦.第二章生产过程的资源利用创新2.1 原料的创新选用的化工生产原料过程中常见的水、叔丁醇、空气，充分利用一切可以利用的枳极因素，实现对水、有机溶剂乙酸乙酯、叔丁酹的最大利用，有效提高生产效率,实现空气利用的出大化，2.2 产品方案的创新经过深入谢研之后，木项目对产品方案进行了以下创新：（1）选择了聚甲菸丙烯酸甲酯（PMM作为我们生产过程中所制要的产品，有效拉长了精细化工品的生产畿，提高了产品的附加利用价值；（2）联合石化园区的周边卜谢企业，可以切换生产线,当经济效益不好的时候可以选择性.谕出甲基丙烯酸甲脑作为产品.有效实现产品的灵活切换提高经济效益：（3果用了多级反应与循环仲I收的利用策略.在前期叔丁酹水合步骤,采取:级反应措施，反应掉了原料中接近95%的异丁烯，提裔异丁炮的转化率，提尚生产的珞济效益；（4）作为分厂在前期分离过程中承担了主厂的C4耕谛塔的初步纯化任务，能钙将原料中的异J，烯进行充分的利用并将多余的C4纲分打回总厂甚至是其余石化园企业,为总厂、石化园企业的后续生产提供了方便.第三章工艺上的创新3.1 将粗分离与精细化生产进行有效结合作为分厂，我们珞总厂的C4分离装置与异丁端后期的生产线进行有效的偶联,做到了分工化、专业化、精细化生产，将其余的C4组分分漉至石化园区的其他企业.有效的提高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，有效的将匏个厂集成于黑州石化产业园，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.本厂的初分国装置图：H3-1初分*装塔顶蒸汽出料组成:表翱JHK汽IM1.Ia分摩尔Iuk正丁烷异丁烷异丁母IFeJB-2-T»1.3.丁二*反式2-T«ISKkmoIZhrt5.7223082.49469241.3224527.295813.5913190.2754598.127253ISMkmO1.Zhrj3.3109092.4946Z241.322263.6541610.0005930.2754572.23X941.S41kmo1.hr)2.4113992.83E4)90.0001830.000布0.26585I.86E-0632.85392财弁丁饰进行粗分离后,C4趾分的二丁优相关产M的纯度被初步提高,为后期生产带来便利，与此同时，在塔釜得到了纯度较高的1丁烯打回总厂，给下游的相关石化进行后续的生产，提制了本厂在石化产业园区域的整体可嵌入性，3.2 生产工艺技术的创新采用了C4手段生产卬基丙烷酸甲雷，相较于传统的卬第丙Mi酸甲酯的生产工艺-丙溺醉醉法（ACH法）而言，本法不采用氮乱酸、破酸等物侦，有效的战少了对于环境的破坏,减少了由于不确定性因乘造成的生产原料的泄露时环境造成的不利影响，制新性说书4n.7wt*rM<TMB面对于甲基丙烯酸甲Si生产的C2法而言，本工艺流程的主要催化剂,专利技术主要由中科院过程所张锁江院士团队进行的开发研究,不存在由巴斯夫、亮牌等欧美公司主导的C2法生产甲基丙烯酸甲酯的催化剂技术性封锁壁垒（至今未曾有技术转止意向.CO.H2Cocompe>HCHOAmne对比于I本三大甲基丙烯酸甲语生产巨头的工艺而言，我们的主要工艺采取了南开大学的的NKC-9型树脂、乌克兰ZheVineVSki教授的改性催化剂,张钺江院士科研团队的催化剂,相较于山松节男旭化成科技有限公M团队所研制的伟化剂（产率约90%）而吉.甲基丙爆醛的转化率可以提升至99.7%与甲基丙烯酸甲惭的产率可以达到95.5%,每一个反应车间的目标产物产率郴能膨有所提高，有效的提升了羟济效益.3.3 过程步骤的组合创新甲基丙烷酸甲脑的C4法流程是是上个世界八十年代日本三大化工巨头三菱人造丝、住友化学、旭化成科技分别独立开发的，三套流程各有不同，各有优点，按照前述顺序其流程与过程设备分别如下图所示：PtirgeH3-2HKAiftttC4tt第四章分离过程的创新4.1 共沸精馆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爆醛的合成工段采用了张锁江院士团队的甲基丙烯醛的水-甲砰共沸精瑞分离专利一相较于传统的甲基丙爆酸的四塔提浓流程，本流程将前期的共沸分离与后期的耙化酯化工艺进行了有效的偶联，夹带剂甲静同时也是后期所必须的反应物，这样有效提高了产品的效率、直接削减了夹带剂回收的设备成本，相较于传统的乙醉共沸剂，Uj以做到后削减后期分离乙醇的成本，相较于能耗较低但足拈度与成本均较高的离子液体洗涤分肉方法,本工2能够有效的降低吸收甲基内烯好的物料成本、操作条件与能知成本.有效提高了隙料的利用效率.在这个过程中，本流程全程无需外界钻人大北的水进行生产，有效地打造资源节约里、环境友好型生产：衰41不同甲布丙。分离工艺对比方法乙共沸法离子液体洗涤法甲隙共评法溶剂乙酹用量大能耗大循环利用率Itt溥剂成本*1'后期分离成本高I-烯丙基-3-甲区味哇四凝硼酸盐小原理共沸剂剂小而高低取然大尚低低共沸剂、反应原科E4-1鼻丁”化车IQiui4.2 分子箭膜分离技术在第三工段,我们采用了江西师范大学的甲基丙烯酸印酷体系的甲醉的分子筛膜分离技术(CN101857522A),有效的进行了甲其丙烯酸甲图的膜分围操作与共济精储操作进行结合,能鲂做到生产流程的甲醉99%回收,有效及少了甲醉的损耗、排放,具有环境与经济的双甲效益：E4-2分子IW1.分Mr4.3 腹分离调变甲基丙烯酸甲酯的精制同样是在甲茶丙烷酸甲酯水卬静的三元共沸体系中，我们进行了,下两种方案的考（1）双塔谢*制甲茶丙烯酸甲Bh对1.uybcn的平流加科二效分离甲醇-水这一共沸混合物分禹工之进行研究,在该工之中,高压塔顶蒸气在低塔再济器中冷凝,部分甲静冷凝液作为回流返回高出塔.其余部分作为产品采出.低压塔塔顶蒸气在冷凝器中冷凝.冷凝温度由冷凝器冷却水的温度和水或控制，高压塔的压力出低压塔再沸器产品采出版控制。并在设计分圈的过程中借帑了国立台湾大学化工系钱义隹教授团队的论文成果<D01.:10.1021ie1.02570n>,将甲醉的分国工艺运用在甲基丙嫌酸甲脂的分声操作上.将三塔精制改良成为适合本套装置地甲基丙烯酸甲能三塔精制使其与甲醉朕分肉进行联合操作,可以有效减少了甲基丙烯酸甲南的分离设备成本、操作成本、能显成本,提高了本厂生产过程中的羟济效益.B4-3XI的塔设善4-4改魅的塔设善传统的共沸摘馆方法及改法擒Mh利用ASPEN软件.选择UN1QUAC作为物性方法，对该混合物体系进行精耀曲线的合成分析以求搜寻共沸物所在的合适曲线,寻求操作以及耨决方案：Mft1.u1.HMMIMX1.ACVMPMM'.APUOMH4-5ASPEN的共M分析最告图4-5为ASPEN的共沸初分析报价，从报告中可见该体系会有两种共沸物的存在一一“甲基内燃酸甲隙&水”与“甲基丙烯酸甲丽&甲7”,其精慵合成曲线为:5.2.2热泵精馆的类型根据热泵所消耗的外界能圻不同，热泵精潴Ur分为蒸汽加压方式和吸也式两种类型.蒸汽加压方式热泵精埼有两种：蒸汽压缩机方式和蒸汽喷射式。5.2.2.1 臻汽压Sr机方式蒸汽压缩机方式又可分为间接式、塔顶气体直接纸缩式、分割式和塔釜液体闪蒸再淋式流程.1 .间接式热泵精馆I开式热泵希馆I当塔项气体具彳j屈饨性或塔顶气体为热敏性产品或塔顶产品不宜压缩时，可以采用间接式热泵将慵，见图5-3H5-3MxsO1.UMIiKSH它主要由精饰塔、压缩机、蒸发器、冷凝器及节流何等组成.这种流程利用单独封闭循环的工班冷剂)工作；冷剂与塔顶物料换热后吸收热状黄发为气体，气体经压缩提高压力和温度后，送至塔釜加热釜液，而本身凝结成液体.液体经节流减压后再去塔顶换热，完成一个循环于是塔顶低温处的热量,通过冷剂的媒介传递到塔姜高温处。在此流程中,制冷循环中的冷剂冷凝器与塔釜再沸器合为一个谀备.在此设备中冷剂冷凝放热而釜液吸热蒸发.间接式热茶和愉的特点是：(1)塔中要分离的产品与冷剂完全隔离：(2)可使用标准精询系统，易于设计和控制：(3)与塔段气体宜接压缩式相比较.多一个热交换器(即蒸发曙),乐端机需要克IM较高的温差和压力差，因此其效率较低-考虑到工质的化学稳定性,间接式热泵精窗应用的甜度范例限制在150C左右,而许多有机产品的精懒塔却在校高的温度下操作。与普通制冷剂相比，水的化学和热秘定性好，漫M时对人和见氧层无负效应，价格使宜,而且具有极好的传热特性,在热交换中所需的换热面积较小,特别适合精懒塔底温度较高的精懒系统.2 .若II蒸汽压缩式热泵精馆B55AaWWAitiiEWntan5.2.3热泵塔的应用5.23.1第一车间的络泵塔改造在第工段注意到一一异丁烯祖分岗塔的塔顶塔釜温差小于36C,C4组分内部进行分离的温龙推动力不甚大，又考虑到C4妙类加分对于压缩机等设备不具有较大的腐饨性.所以对异丁烯的粗分离塔果H1.塔痍半缩式热泵进行过程节能方面的改造.B5-6第一车间第设备3J对比困«5-1第一车同"17HJ式偏泵常负著比较塔设备类31闭式拈泵塔塔冷凝叁负荷(MW)2.500.42Hs-H第三车同塔惶备改造后对比国改造前后的能盘负荷如下表所示：我SJ笫三车间售It塔打开式偏泵塔夕荷比Ie塔设备类型普通塔开式IHE塔塔Im凝器负荷(MW)5.401.25塔箜再沸负荷rw)5.500压缩机负荷(M'V)01.55总负荷(箱电系数记为4)(MW)10.97.45节能前后,旎够有效节能约31%,减少了碳排放盘.提高可挣续发展性能.5.3过程节能前后对比总公用工程用星MVttm优化后O204060601优化前优化后公用工程J1.1.性优化前优化后优化实耳，能总公用工S用*IMW1.1809050糠公用工程用量IMWJ966334冷公用工程用量IMWJ842767由表5,知,采用换热睥络与过程节能方法的改造之后.我们的流程成功进行了50%的节能.其中冷公用工程的用房大大减少，提高了整个生产过程的能J1.t利用效率，有效降低了本厂的能瓜费用与消耗成本！第六章催化剂的创新6.1 异丁烯水合催化剂的创新相较于传统的叔丁醉水合法，本法不采用玳酸作为催化剂，果用天津南开科技有限公司生产的NKC-9型米乙烯交联型碘股集团树脂，有效减少设备的酸腐蚀损耗，降低了设备的雄护成本，设i的设计成本，大大提高了生产过程的安全性，适用性，环境友好性；6.2 叔丁醇氧化催化剂的创新在甲基丙烯醛的制化部分，采用了乌克兰理工学院的Zhevinivsky教授催化剂，对比于以往的催化剂，这种催化剂可以笈化叔丁醉生成甲菸丙烯旌,有效避开了异丁烯氧化甲菸丙烯旌所衢要的严格的操作条件：6.3 甲基丙烯醛氧化酯化催化剂的创新在卬堪丙烷酸甲酯的反应流程中，利用张锁江院士团队的催化剂.相较于同类型的氧化金高效催化剂，本催化剂能帔ff效降低生产过程的必要成本，对比于旭化成的催化剂，本催化剂性能有效提薪反应物的转化率、选择性。第七章环境保护的创新本项目来用两人一小二越环有效减少生产过程中废水、VOCS的排放，提高了资源利用效率，图7-1、7-2分别为印基丙烯解氧化车间、甲基丙烯酸甲丽聚台车间的循环步探；BviM三FK两人一小三箭环策略的具体论述如H（1）在氧化砂化部分,采用了膜分黑技术实现了物产品中的大部分甲醉进行分肉回收镌环（小衡环）在甲基丙优酸甲脂的分盲过程中使用了国立台湾大学提出的两塔一箍策略的改善方案，将精制得到的甲班丙烯酸甲醋和甲醉的共沸物蒸汽进行与膜分离器：次结台，实现了未反应完毕的甲解的全部循环（大循环）：（2）在甲基丙烯酸甲酩的溟合部分采用了低压闪蒸实现溶剂乙酸乙丽的大部分循环，减少了生产过程中VOCS的持放（大循环）.其中，甲基丙烯酸甲酯车间的镌环物质是甲醉,喔甲基丙优酸甲函的车间循环的物历砧乙酸乙南,通过这些在生产过程中消耗最巨大的物质的衡环利用，最终提高了流程的生产效率，增加了本厂的经济效益。第八章工业三废的处置策略的创新本分厂主要污染源以及主要污染物如表8-1所示：*s主襄污染及主暮话:总表状态名称MMkgh）A（万Va）甲基丙烯醛热泵精储塔釜液水、甲基丙烯酸930514.9废液甲基丙烯酸甲曲热泵精缁塔釜液水、甲基丙烯酸、甲辞16552.6甲基丙烯酸提浓塔釜液水、甲基丙饰醛IO0.016中空纤维膜分离器气体异丁烷、异丁烷等4531036.2g中空纤维膜分离湍印醉、甲基丙烯酸甲脂等4936439.5无组织废气印醉、异丁烯、甲基丙嫌酸甲曲31.6NKC9型聚乙烯横酸基交换树脂NKC-9型紫乙烯磷酸基交换树脂2.8废固叔J静乳化他化剂Fe、Te、Mo、Ox3.7PdsBiijfsWSiO2-MgO分子筛Fe.Pb.Bi、MgO.SiO21.2嗓声设密运转噪声压缩机、机泵、电机噪声8.1 废液处理项目产生的污水主要包括工艺废水、生活污水、净化水站污水等废水和工艺循环水站外排污水.工之废水主要包括MA1.水洗产生废水等.主要成份为甲醉、MA1.等,均可送至总厂下属的污水处埋厂进行回收处理,废水I可收变为生活用水要达到另城Wi污水再生利用城市杂用水水质3(GB,T18920-2002、土城锁污水再生利用工业用水水质？(GB.'TI9923-25)标准要求及园区内水回用企业水质婴求.项目防治分区,划分重点污染区和一般污染区：设置多个排水管网，将污水分级处理：采用以SBR生化技术为基础的CASS周期循环活性污泥法处理污水装置.CASS工之在原来SBR工艺的基础上设践了预反内池，实现连续进水间歇排水的目的,还在原来工艺的基础上设置多级曝气池，实现厌男曲和好氧菌的综合利用，外排水经过处理达到外扑水标Hh循环水在外排水的基础上通过聚体被乙烯中型纤维膜祖件处理达到褥环水标准。本工程设有循环水站，其主要任务是通过一整套完整的啖水砧环装置将生产废水经过预处理,化学中和池以及一级、二级生化池HU气处理再经放流池加药处理使废水达到广东省博放污柒物排放限值一徼标准.一郃分水达标外排,大部分水再经一套高效纤维过港系统,即聚假维乙爆中空纤维服组件处理，使废水达到£再生水用作循环冷却用水的水质控制标掂B工艺产品水标准，循环利用，具体处理流程如图8-1所示，fH年节省废水处理费用约61万元。*««n送循环水星姣Bs-I废水处A体椎程图污水处理后出水达到£城抗污水处理厂污染物排放标准3汲A标准要求.8.2 废气处理本项目废气主要成分是轻炒气体.时于轻烧气体，木项目使用高温燃烧法.高沿燃烧（AOGD是处理各种含有机类污染物尾气的最为有效的方法，国外同类装置大多采用这种方法处理有机类污染物.高温坳烧法的主要设在是I台焚烧炉。本品中粒燃气体较纯I1.排放吊较少，送往总厂焚烧炉集中处理。8.3 废固处理本项目产生的生活垃圾废固，制于一般固废。按人均02kgd计算，生活垃圾产生量为101a.生活垃圾实行袋装化管理，定点封闭储存，及时清运，送入垃圾处理中心.本项目产生的伟化剂废阅,产生Ift为67ta.其中贵金属含量高且侏化剂可回收再生,因此送回供应商进行回收处理,同时以IH换新,减少生产成本。第九章过程设备的创新9.1 新型高效3D圆阀塔板本项目在脱重塔中采用新型高效3D圆网塔板（专利：浮阀坡泡器，专利号Z1.O1265985.1）.将3D圆闷闷边设计成爆齿状的下凹导流片结肉，使气液接触周长比同样开孔面积的FI浮周长增加.为了减少封顶的传桢死区，3D即同中央向下开出3个城泡口,诙泡口连希卜凹的导向片,结构如图S-8所示。B9.1.w同WMM示森田新型高效3D圆阀塔板具有以下特点：（1圆阀周边的下网导流片和阴堀顶端开设的下凹导向片便上升的气流从多个方位迸入液层,形成了一个分层次多方位的鼓泡立体传麻模型，使鼓泡均匀细化，传质更加充分，提高了传质效率：（2）及曲门氐负荷下部分浮闺关闭所引起的脓动现象,降低/总板压降：（3）阀孔的特殊设计使3D圆克服了F1.型浮阙在网孔中旋转、导致浮阀物磨损和脱落且不稳定的缺点等：（4）在塔板的弓形区域合适的方向布置该阀，通过阀的地流导向，可以减弱或消除塔盘弓形区域的涡流和涌流死区：（5）阀顶导向片和周边区域的导流片的低位设计，使从脚原鼓泡口和周边导流片的缝隙斜向鼓出的气泡通过板上液层的距肉加大,气液两相接触时间增长,从而气液两相传质更加充分，也减少了雾沫夹带.因此，在此处采用新型制效3D圆阀塔板能极大地提高传质效率，加强塔的分离能力。9.2 新型CQF型工程煲料磁力泵本项目采用了一种新型的CQF型工程照科磁力泵，CQF型工程夔料磁力泵（下简称破力泵）是应用现代磴学原理，将永磁联轴器的工作原理工作原理无接触的传递扭矩的新型案,当原动机带动外世铜行动时,通过横场的作用胆动内描钢转子同步旋转，而内磁钢转子和叶轮连成一体,从而达到无接触带动叶轮转动之目的.极力泵以加密封取代动密封.使泵的过流部件处于完全密封状态,彻枝解决了其它泵的机械密封无法避免的地、目、滴之韩病：是消除环境污染，创造“无泄M东间”、”无泄漏工厂“，实现安全、文明生产的理想用泵，底力泵选用耐腐蚀、裔强度的工程照料、钢玉陶瓷、不锈钢作为制造材料，因此它具有良好的抗腐蚀性能，并可以使被输送介顺免受污染.磁力泵的泵体采用了增强聚丙聚(FRPP)材料,该工程力料有长久的使用的使用存命，能在数十年内保持高的物埋强度和化学耐腐蚀性.因该工程型料使用了玻烟纤维增强，耐热程度高，工作范围大，在工厂中使用更加安全.同时，坡璃纤维限制了聚丙烯高分子之间的相互移动，使得该工程照料的收缩率下降很笠，刚性也大大提而，拉伸强度、压缩强度、弯曲强度都提高了很多，不会应力开裂。由于工艺中采用多泵申我的方式将小流量叔丁肿的压头提高.使用这样一种强度大,耐脚蚀安全性高的磁力泵是十分理想的“E93«9CQFfiTSf1.M*jK9.3 强化传热的装置本项目采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.存在著大的的反应器,这些反应器体枳庞大,因而如何有效的解决传效问区成为一个值得深入思考的东西，因此本设计过程中,为了强化传热，引入了CN106732295A的强化传热的反应装汽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施，但是这些措施都没有能翡从根本上解决问题一在工艺上，普遍使用大量的溶剂稀粽反应混合物，并采取低价物料的措施，但足要求后期蒸储回收溶剂生产能力小,能耗高,并且在产品中存在着溶剂杂质.在工程上普遍采用反应釜内设箔盘管增大设备的换热面积，但由于手反应釜内空间的制约，换热面积皆能有限,因此采刖了种提供强化传热的袋及，适用于快速强放热反应的连续合成，并旦使用空温或者近室温的循环水答题低温的冷冻盐水，节能降耗，减少腐蚀，延长设务的使用寿命，其示意图如卜所示：Bm4提供IMt传也的意图9.4 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苜选。但第三工段中物料大多含有腐蚀性的甲翦丙烯酸，这意味着必须对碳钢进行防腐处理，以卜给出一种在李伟华等的文IW中利用陕喃甲幽5-（对甲基藻基）-134喔二畦2筮基卜乙能腺（FpTA）作为援蚀剂的解决方法.些缓蚀剂对生态环境不利，会产生无人，然而我们选用的这种响：哇类衍生物不仅成本低谶且无毒无古，是一种环境友好型的缓蚀剂，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，具有卜分重要的意义.根据文帆报道，在失理法检测中.俺钠在经过FF1.A处理后对0.5mo1.1.的硫酸溶液耐腐蚀程度大大增加.具体表现为在20mg1.,FPTA中浸泡Gh后即可达到91.84%的缓蚀率，当线蚀剂浓度继续增加到50mg1.,缓效率达到9408%,再继续提升缓蚀剂浓度对缓蚀率提升不大，故比较经济和理想的处理浓度在2O5Ong1.1.范明内。文献中利用动电位极化曲线的电化学方法证明了，FPTA并没有改变碳削的阴阳板反应，只是通过表面应而的形式阻止r硬钢的腐蚀.属于几何秘费效应.同时FPTA在俄钠表面.形成的这层膜符合朗缪尔等电吸附曲线.吸附形式璃于化学吸附.在扫描电子显做镜课件FPTA在碇羽的表面形成了点状的保护层，分布良好，能很好地保护砂制不受腐蚀，起到了很好地缓蚀作用。