池州學(xué)院作品 6萬噸醋酸乙烯酯項(xiàng)目5-創(chuàng)新性說明.docx

1、6萬噸醋酸乙楠酯項(xiàng)目創(chuàng)新性說明秋浦化工Qiupu Chemical industry池州學(xué)院秋浦成隊(duì)隊(duì)員：丁瑞龍、凌夢瑤、魏美佳、劉宇、余木蘭指導(dǎo)老師：王麗麗、盛敏剛、錢立武、肖新樂、王瑞俠圖3-2第二、第三工段換熱匹配方案章、原料與工藝創(chuàng)新4.1原料創(chuàng)新本項(xiàng)目原料從就近的化工廠直接通過管道運(yùn)送到原料儲罐，大量節(jié)約了人力 物力與時間，并且?guī)恿酥車I(yè)的經(jīng)濟(jì)。生成的副產(chǎn)物也將運(yùn)送到周圍的廠 家進(jìn)行生產(chǎn)，符合國家和企業(yè)的發(fā)展方向以及世界綠色環(huán)保的主題，實(shí)現(xiàn)廢物利 用，在“金山銀山”的前提下，也實(shí)現(xiàn)了 “綠水青山”。本項(xiàng)目的建成從原料到 產(chǎn)品的工藝方案，均實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有項(xiàng)目的優(yōu)化，具有廣闊的前景。4

2、.2工藝創(chuàng)新工藝概述本項(xiàng)目，采用一種乙烯法醋酸乙烯反應(yīng)氣分離新工藝，可大幅度降低能耗和 蒸汽消耗。該分離工藝為反應(yīng)進(jìn)入預(yù)水分離塔，預(yù)水分離塔頂?shù)臍怏w采用逆流熱 交換器冷卻到(55- 75)C，繼續(xù)冷卻到(20-50)C,分離出水相和有機(jī)相，分出水相, 補(bǔ)加部分有機(jī)相用以脫水塔的回流用，分離部分有機(jī)相、氣相中的醋酸乙烯進(jìn)入 含醋酸水溶液的洗滌塔，脫除二氧化碳后與乙烯進(jìn)料進(jìn)行熱交換，循環(huán)氣和新鮮 乙烯進(jìn)料混合進(jìn)入反應(yīng)器采用新分離工藝，蒸汽消耗下降22%.另外，冷卻水用 量可減少800m/h,整個分離工藝能耗下降20%蒸汽用量下降22%創(chuàng)新部分概述本項(xiàng)目，采用一種乙烯法醋酸乙烯反應(yīng)氣分離新工藝，可大

3、幅度降低能耗和 蒸汽消耗。該分離工藝為反應(yīng)進(jìn)入預(yù)水分離塔，預(yù)水分離塔頂?shù)臍怏w采用逆流熱 交換器冷卻到(55- 75)C,繼續(xù)冷卻到(20-50)C,分離出水相和有機(jī)相，分出水相, 補(bǔ)加部分有機(jī)相用以脫水塔的回流用，分離部分有機(jī)相、氣相中的醋酸乙烯進(jìn)入 含醋酸水溶液的洗滌塔，脫除二氧化碳后與乙烯進(jìn)料進(jìn)行熱交換，循環(huán)氣和新鮮 乙烯進(jìn)料混合進(jìn)入反應(yīng)器采用新分離工藝，蒸汽消耗下降22%.另外，冷卻水用量可減少800m/h,整個分離工藝能耗下降20%蒸汽用量下降22%o氣液分離工段本項(xiàng)目經(jīng)過反應(yīng)工段，會生成大量的副產(chǎn)物與產(chǎn)物融合，因此我們采用了氣 液分離法，將大部分的產(chǎn)物根據(jù)自身的沸點(diǎn)不同進(jìn)行分離。本工

4、段工藝流程圖如 下：02025V0202022076圖4-1氣液分離工段流程圖422.2解吸工段一些輕組分會來到解吸工段，進(jìn)行分離提純，將一些輕組分副產(chǎn)物除雜循環(huán)回收，節(jié)約成本，大量實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。本工段工藝流程圖如下：033E0403PO4O1T0402W3365圖4-2吸收工段流程精t留工段雖然經(jīng)過解吸后，仍有些許副產(chǎn)物隨著產(chǎn)物一起出來，所以我們采用精餡的 方式，對于副產(chǎn)物一步一步的精餡除雜，使其最終產(chǎn)物成為優(yōu)等品，使其產(chǎn)物盡 量達(dá)到99,9%。本工段工藝流程圖如下：123卜圖24-3再生段流程圖由于醋酸甲酯和醋酸乙酯的純物質(zhì)沸點(diǎn)相近，所以此兩種物質(zhì)產(chǎn)生了共沸。導(dǎo)致 了在醋酸乙酯精餛時難以除

5、掉醋酸甲酯，于是我們在精餡是采用了共沸精餡。第五章設(shè)備創(chuàng)新5.1熱管等溫反應(yīng)器本項(xiàng)目家加催化劑的反應(yīng)器采用的是熱管等溫反應(yīng)器（文獻(xiàn)：熱管反應(yīng)器等溫性能的研究），能在現(xiàn)有的多段絕熱固定床的基礎(chǔ)上提高乙烯的轉(zhuǎn)化率，即能使多段絕熱轉(zhuǎn)化率20%的基礎(chǔ)上在等溫反應(yīng)器中提高到38%o使用催化劑反應(yīng)時是一個強(qiáng)吸熱反應(yīng)，設(shè)計(jì)合理的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)是控制反應(yīng)器 等溫的關(guān)鍵。本項(xiàng)目的等溫反應(yīng)器采用的是內(nèi)部填埋熱管的間接加熱方式，熱管 均勻排列在等溫固定床層中，采用煙道氣加熱熱管殼層的堿金屬，使之發(fā)生相變 穩(wěn)定傳熱，保持催化劑床層溫度分布均勻，同時控制煙道氣流量使其達(dá)到等溫的 目的。其排列方式大致如圖5-1。7根管均勻排

6、布在管內(nèi)，中心管和其余6根管圍繞 中心排布，保證排布合理和溫度分布均勻。圖5-2 3D圓閥塔板結(jié)構(gòu)示意圖5.2新型塔板的運(yùn)用本項(xiàng)目在脫重塔中采用新型高效3D圓閥塔板（專利：浮閥鼓泡器，專利號ZL01265985.1）,將3D圓閥周邊設(shè)計(jì)成鋸齒 狀的下凹導(dǎo)流片結(jié)構(gòu)，使氣液接觸周長比同樣 開孔面積的F1浮閥周長增加.為了減少閥頂 的傳質(zhì)死區(qū)，3D圓閥中央向下開出3個鼓泡 口，鼓泡口連著下凹的導(dǎo)向片，結(jié)構(gòu)如圖5-2 所示。特點(diǎn)：（1）圓閥周邊的下凹導(dǎo)流片和圓 閥頂端開設(shè)的下凹導(dǎo)向片使上升的氣流從多 個方位進(jìn)入液層，形成了一個分層次多方位的鼓泡立體傳質(zhì)模型，使鼓泡均勻細(xì)178700.71.25由上表可

7、知，該款節(jié)能屏蔽泵比常規(guī)屏蔽泵節(jié)能20.2%, 一年運(yùn)行下來節(jié)約的成 本就可以將一臺屏蔽泵的成本節(jié)省下來，具有確切客觀的經(jīng)濟(jì)效益。目錄第一章、負(fù)載型鉗金催化劑催創(chuàng)新1. 催化劑的選擇與改進(jìn)1.1催化劑的選擇 1.2催化劑的改進(jìn) 121催化劑的活性評價催化劑的確定4第二章、三廢處理52.1三廢資源化利用5廢氣52.2.2 廢水5廢固5火山巖生物濾料處理生活污水6第三章過程節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新73.1換熱網(wǎng)絡(luò)集成優(yōu)化7第四章、原料與工藝創(chuàng)新104.1原料創(chuàng)新104.2工藝創(chuàng)新10工藝概述10創(chuàng)新部分概述104.2.2.1氣液分離工段11解吸工段11精餡工段11第五章設(shè)備創(chuàng)新125.1熱管等溫反應(yīng)器125.

8、2新型塔板的運(yùn)用135. 3新型節(jié)能屏蔽泵14綜述醋酸乙烯(簡稱VAc)又稱醋酸乙烯酯.是一種重要的有機(jī)化工原料.主要用于 生產(chǎn)聚醋酸乙烯(PVAc)、聚乙烯醇(PVOH)醋酸乙烯-乙烯共聚乳液(VAE)或共聚 樹脂(EVA)、醋酸乙烯-氯乙烯共聚物(EVC).聚丙烯臘共聚單體以及縮醛樹脂等衍 生物.在涂料、漿料粘合劑維綸薄膜皮革加工、合成纖維.土壤改良等方面具有廣 泛的，開發(fā)利用前景廣闊。目前醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝路線主要有乙烯和乙煥法兩種。其中乙烯法由于工 藝性、經(jīng)濟(jì)性好而成為目前國外生產(chǎn)醋酸乙烯的主要方法。采用該方法的醋酸乙 烯生產(chǎn)能力約占總生產(chǎn)能力的70%以上。盡管乙烯氣相法制醋酸乙烯在技

9、術(shù)上較乙快法有很大的改進(jìn)，但從反應(yīng)動力 學(xué)和催化劑失活機(jī)理等方面看，該技術(shù)還存在許多缺陷，如催化劑的連續(xù)失活， 反應(yīng)器的床層分布不均乙烯單程轉(zhuǎn)化率有限等，針對以上缺陷，乙烯氣相法的研 究開發(fā)近年來獲得了很大的進(jìn)展.主要集中在催化劑改進(jìn)和新工藝開發(fā)等方面。 本項(xiàng)目主要對以下方面進(jìn)行了創(chuàng)新：第一章、負(fù)載型把-金催化劑催創(chuàng)新1.催化劑的選擇與改進(jìn)L1催化劑的選擇本工程采用等體積浸漬法制備的由硫代氨基腿硫醇化改性活性炭負(fù)載的犯 -金催化劑。1.2催化劑的改進(jìn)經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，僅含一種活性組分Au的催化劑沒有催化活性，只含 活性組分Pd的催化劑催化活性也較低。當(dāng)催化劑上活性組分Pd的含量一定 時，其催

10、化活性隨Au含量的增加而增大。視/金質(zhì)量比對催化劑上Pd和Au的負(fù)載率的影響見表1。從表1可知，隨著杷/金質(zhì)量比的增加，元素Pd和Au 的負(fù)載率呈先增大后減小的趨勢，當(dāng)測定的鉗/金質(zhì)量比為1.11時，Pd和Au 的負(fù)載率最大，分別為89.40%和105.60%o其原因可能為：MCACS含有豐 富的表面含氧、含氮官能團(tuán)，當(dāng)飩/金質(zhì)量比較小時，元素Pa和Au因濃度 小與MCACS的有效接觸面就小，負(fù)載率就??；當(dāng)鉗/金質(zhì)量比較大時， MCACS表面的活性位有限，與元素Pd和Au的發(fā)生部分反應(yīng)而使負(fù)載率降低。表1/金質(zhì)量比對催化劑上Pd和Au的負(fù)載率的影響Table 1 Effects of the

11、mass ratio of Pd to Au on the Pd and Au loadiNo.Pd/Aua)Pd/Aub)m(Au)%w(Pd)%10.700.7288.1279.5620.750.78893483.1330.880.8793.2284.3741.121.11105.6089.4051.521.5492.6785.5662.222.2586.6281.38催化劑的活性評價利用固定床反應(yīng)器評價了系列負(fù)載不同鉗/金質(zhì)量比的催化劑對乙烯氣相氧化法合成VA的催化活性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。從圖1可看出，催化劑的催化活性隨耙/金質(zhì)量比的增加呈先增大后減小的趨勢，當(dāng)鉗/金質(zhì)量比為1.11時，催

12、化劑的催化 活性最佳，此時,VA的時空收率和選擇性分別為825.0g/(Lh)和95.1%。2.0圖1Fig.lL01.5m(Pd): m(Au)杷/金質(zhì)量比對催化劑活性的影響Effects of m (Pd): m (Au) in the catalysts>專vtjs909585o o o o O0 5 0 5 0918 8 7 7 rfJ.BLPA 3U=usds00>752.5on their activitiesReaction conditions： Pd-Au/MCACS catalyst 1.50 g>140 r, 0.60 MPa, GHSV=1 500 h

13、，Hn2): r(o2): k(c2h4): jz(ch3cooh)=40 ： 7 ： 40 ： 13. Space time yield： Selectivity催化劑的確定1. 催化劑中飩/金質(zhì)量比為1.11時，Pd和Au元素的負(fù)載率最大，金屬活性分Pd 和Au的負(fù)載率越高(分別為89.40%和105.60%)，催化劑的活性越高。2. 在壓力 0.60MPa、溫度 140°C、GHSV5OOh、V(N2) : V(O2) : V(C2H4) : V (CH3COOH) =40 ： 7 ： 40 ： 13條件下，杷/金質(zhì)量比為1.11的催化劑具有良好的活性，VA的時空收率和選擇性分

14、別為825.0g/ (L-h)和95.1%。3. 催化劑表面具有豐富的含氧、氮和硫的官能團(tuán)，活性組分在催化劑上的化學(xué) 形態(tài)主要是由鉗的氮化物或氧化物和金單質(zhì)組成。第二章、三廢處理2.1三廢資源化利用本項(xiàng)目生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生的“三廢”，其中大部分“三廢”可循環(huán)利用，充 分實(shí)現(xiàn)三廢資源化利用。廢氣本項(xiàng)目中含乙烯等可燃物的廢氣送往火炬系統(tǒng)，燃燒后主要成份CO2、水蒸 汽等，對大氣環(huán)境危害較小。廢水裝置內(nèi)排水按其水質(zhì)劃分成生產(chǎn)污水系統(tǒng)、生活污水系統(tǒng)、污染雨水系統(tǒng)和 雨水系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)上層層把關(guān)，做到清污分流。本廠排出的生活污水進(jìn)入生物曝氣池進(jìn)行過濾，濾料采用新型火山巖生物濾 料，污水過濾后再進(jìn)行消毒處理，

15、實(shí)現(xiàn)廢水的綜合處理。其余廢水則進(jìn)入回收處 理裝置處理回用。凈化后的污水灌溉季節(jié)可用于礦區(qū)綠化、洗車等雜用，非灌溉 季節(jié)可儲存于儲水池中來年再用。2.3.3 廢裝置定期更換的廢催化劑含有重金屬，送生產(chǎn)廠家回收；污水污泥和生活垃 圾送往垃圾處理站或有資質(zhì)的企業(yè)進(jìn)行回收處理。具體利用如表2-1所示。2-1三廢資源化利用情況序號排放源廢水名稱排放規(guī)律排放量(kg/h)污染物組成(3%)排放去向處理方法表4-1廢水排放一覽表1閃蒸罐醋酸甲酯連續(xù)2059.39醋酸甲酯17.3%水洗塔裝置循環(huán)利用2閃蒸罐醋酸連續(xù)105.218醋酸24%水洗塔裝置循環(huán)利用3全廠生活廢水等625園區(qū)污水處理廠分解處理序號排放源

16、廢氣名稱排放規(guī)律排放量(Kg/h)污染物組成(V%)排放去向處理方法1閃蒸罐裝置含碳廢氣連續(xù)2.5CO210%, C2H4O 27.2%,水洗塔裝置循環(huán)利用2閃蒸罐裝置含碳廢氣連續(xù)596.9CO22.29%, C2H4O 0.5%水洗塔裝置循環(huán)利用3閃蒸罐裝置含碳廢氣連續(xù)120.3CO2O.7%, C2H4O7I.5%水洗塔裝置循環(huán)利用表4-2廢氣排放一覽表表4.3廢固排放一覽表序號排放源廢固名稱排放規(guī)律排放量(t/a)廢固組成排放去向處理方法1反應(yīng)器鉗金催化劑間歇1鉗和錨或金供應(yīng)商回收回收火山巖生物濾料處理生活污水本項(xiàng)目生物曝氣池采用火山巖生物濾料。該材料表面粗糙多微孔，有著較好 的微生物化

17、學(xué)穩(wěn)定性、表面電性與親水性，且對微生物的生長無抑制作用，不影 響活性。這些特點(diǎn)特別適合于微生物在其表面生長、繁殖，形成生物膜。使用火 山巖濾料的曝氣生物濾池不僅能處理生活污水，還可以處理有機(jī)工業(yè)廢水、微污 染水源水等，也可在給水處理中取代石英砂、活性炭、無煙煤等用作過濾介質(zhì)， 同時還可對已經(jīng)過污水處理廠二級處理工藝后的尾水做深度處理，其處理出水達(dá) 到回用水標(biāo)準(zhǔn)后可作中水回用?；鹕綆r濾料實(shí)物如下圖所示。圖2-3火山巖濾料實(shí)物圖第三章 過程節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新3.1換熱網(wǎng)絡(luò)集成優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，自由度較大，所獲得的方案數(shù)目眾多，但是合理的換熱網(wǎng) 絡(luò)需要經(jīng)過篩選與優(yōu)化。在設(shè)計(jì)換熱網(wǎng)絡(luò)時，需要考慮工藝流股換熱的可能性, 同時還要將設(shè)備費(fèi)用等因素也考慮進(jìn)去，以便獲得最為合理的換熱網(wǎng)絡(luò)。在 Aspen Energy Analyzer給出的design中選取其中比較經(jīng)濟(jì)且所需換熱器較少的設(shè) 計(jì)方案進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化過程。根據(jù)夾點(diǎn)原理，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)最大程度的熱量集成。綜合考慮系統(tǒng)中的物流 換熱潛力、物流性質(zhì)、以及物流輸送等性質(zhì)，即可進(jìn)行物流之間的換熱匹配，在 物流間的換熱設(shè)計(jì)過程中，還需要考慮設(shè)備的個數(shù)，以及由于換熱面積的改變而 產(chǎn)生的設(shè)備投資費(fèi)用。為了進(jìn)一步回收熱量，提高