年产6万吨甲基丙烯酸甲酯MMA0 项目摘要.docx
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年产6万吨甲基丙烯酸甲酯MMA0 项目摘要.docx
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年产6万吨甲基丙烯酸甲酯MMA0项目摘要
1.项目简介
本项目拟为山东滨州裕华化工有限公司设计一座以异丁烯为原料,年产6万吨甲基丙烯酸甲酯(MMA)的分厂,以主厂的原产品异丁烯(工业级,质量分数为99.8%)为主原料,甲醇、空气、正己烷、甲苯等为辅助料来进行60kt/a甲基丙烯酸甲酯(MMA)的生产。
。
经过异丁烯两步氧化制取MAA工段、MAA分离纯化工段、MAA酯化及分离纯化工段三个工段,生产纯度达到聚合级要求的MMA产品,供下游以MMA为原料单体的精细化工聚合装置使用。
近年来MMA在光学级有机玻璃、防射线有机玻璃、光导纤维等技术领域应用广泛,需求量急剧增加。
本项目采用异丁烯两步氧化法工艺,利用异丁烯直接进行氧化制备MMA。
考虑到山东化工企业有较大的MMA聚合项目,需要甲基丙烯酸甲酯原料从外部购买。
如果我们将炼油工程副产的这部分异丁烯作为原料来生产MMA,并提供给该聚甲基丙烯酸甲酯项目,不仅可以实现异丁烯附加产值利用,而且弥补了上下游产业链之间的缺失环节,形成“石油裂解-MTBE-异丁烯-MAA-MMA-PMMA”这一完整的产业链。
综上所述。
我们选择异丁烯氧化为甲基丙烯酸(MAA),甲基丙烯酸与甲醇酯化合成甲基丙烯酸甲酯(MMA)作为我们的产品路线。
《产业结构调整目录[2015年本]》(国家发展改革委令2015年第21号令修正)中“第二类限制类”中指出“四、石化化工2、新建80万吨/年以下石脑油裂解制乙烯、13万吨/年以下丙烯腈、100万吨/年以下精对苯二甲酸、20万吨/年以下乙二醇、20万吨/年以下苯乙烯(干气制乙苯工艺除外)……300吨/年以下皂素(含水解物,综合利用除外)生产装置”属于限制类。
拟新建8万吨异丁烯利用不属于限制类。
同时本项目符合《产业结构调整指导目录(2015年本)》中的第一类鼓励类第七项石油、天然气第4条“油气伴生资源综合利用”。
石油和化学工业规划院开展了《石油和化工行业“十三五”规划前期研究》。
研究提出,要以化工新能源、化工新材料、高端石化、传统化工产业升级作为主要发展方向,着力提升产业的国际竞争力和可持续发展能力。
因此,拟建项目符合国家产业政策要求。
2.工艺介绍
异丁烯两步氧化制备MAA工段
在反应段,新鲜原料异丁烯和经过空分器分离的氧气先进行混合,后进入第一反应器,大部分异丁烯在催化剂作用下被氧化转化为MAL,少部分转化为MAA。
第一反应器产生的MAL物流进入第二反应器,在第二反应器中大部分MAL在另一催化剂作用下,氧化为MAA,仍有少量MAL未转化。
工艺物料进入第一个闪蒸罐对苯二甲酸分离器进行分离,对苯二甲酸从闪蒸罐底部流出。
之后的物流再进入第二个闪蒸罐,对不凝气体CO2、CO、O2进行分离,最终闪蒸罐底部流出含有微量对苯二甲酸和不凝气体的物流进入后续分离工段。
MAA分离纯化工段
MAL-MAA分离段,经过分离之后的工艺物流进入MAL分离精馏塔进行分离精馏后MAL和水蒸气从塔顶采出,经分离之后作为循环物料流回第二反应器中继续反应。
MAA-甲醇酯化生产MMA及MMA分离纯化工段
在MAL-MAA分离工段,经过分离之后的工艺物流进入MAL分离精馏塔进行分离,MAL和水蒸气从塔顶采出,MAA用萃取的方式进行分离。
主要含MAA的物流进入萃取塔,以甲苯为萃取剂进行萃取分离,最终甲苯和MAA体系从塔釜采出进入MAA-甲苯分离塔进行分离,分离后塔釜采出高纯的MAA进入下一工段,而塔顶的甲苯经过处理之后循环回流到萃取塔作为萃取剂循环使用。
上一工段生产的高纯MMA和过量的甲醇一起进入MAA-甲醇反应精馏塔,塔顶采出MMA+甲醇,塔釜采出MMA+水。
塔顶组分我们选择采用萃取精馏,萃取剂为乙二醇,最终塔顶采出为高纯甲醇,高纯甲醇循环回流到反应精馏塔,同时补充新鲜的甲醇原料,萃取精馏塔塔釜采出MMA和乙二醇,进入乙二醇回收塔,塔釜采出高纯的乙二醇循环到回收塔,塔顶采出高纯的MMA。
反应精馏塔塔釜采出MMA和水,我们选择共沸精馏塔,夹带剂正己烷一部分从塔顶采出,进入分相器进行分离,分离之后循环到共沸精馏塔。
从塔釜采出的部分正己烷和MMA一起进入MMA-正己烷精馏塔,塔顶采出正己烷,塔釜采出较纯的目标产品MMA,进一步进行精制得到高纯的MMA。
此过程中采用了反应精馏、萃取精馏、共沸精馏等强化过程。
3清洁生产
3.1原料清洁
在原料选择方面,直接使用原厂炼油产品异丁烯,纯度平均值为99.9%,供应充足可靠,质量和数量满足要求。
酯化反应原料甲醇需要外购。
我们将这部分异丁烯产品进行附加值利用,为园区下游聚酯产业提供MMA产品,将能获得较好的经济效益,达到清洁生产的目的。
表1原料需求清单
项目
名称
数量(t/a)
来源
运输方式
主要原材料
异丁烯
40397.5
山东滨州裕华化工有限公司
罐车运输
辅助原料
甲醇
19364
山东滨州新天阳化工有限责任公司
罐车运输
氧气
3000wNm³
山东滨州裕华化工有限公司
管道运输
萃取剂
正己烷
619.2
山东旭晨化工有限公司
槽车运输
甲苯
186.7
山东紫翔化工有限公司
罐车运输
乙二醇
0.792
山东紫翔化工有限公司
槽车运输
催化剂
DS树脂
9.0
陶氏化学有限公司
槽车运输
氧化催化剂
9.0
陶氏化学有限公司
槽车运输
3.2生产清洁
在工艺选择上,我们注重清洁生产,力求原料的最大利用率,在生产流程中,我们采用了未转化原料循环回反应器,辅助原料甲醇、夹带剂、萃取剂进行回收循环利用,(具体循环见可行性分析报告),同时通过工艺路线优化,得到了物料的最大利用,做到了工艺流程清洁化。
3.3环境清洁
在三废处理方面,本工艺产生了六股废水和一股废气,通过合理处理后均可达到排放要求。
3.3.1废气处理
废气中异丁烯质量分数为6%左右,不适合直接焚烧供热,我们先通过吸附法对其进行回收,减少原料的浪费。
以活性炭Ⅲ为吸附剂、采用常温吸附、低压水蒸汽脱附的吸附工艺;采用通用的固定式吸附床,结构简单,工艺合理。
装置可设计为双柱吸附,一床吸附,一床解吸,使之形成连续操作。
3.3.2废水处理
(1)废水1为质量分数为81.9%的对苯二甲酸,通过专利200810105380.X处理后,可以达到排放标准;
(2)废水2中含有少量乙酸和丙酸,经合并处理后可部分中水会用作厂区其他基本用水;
(3)废水3中主要含有少量酯和正己烷,送往污水处理站集中处理达到标准;
(4)废水4中有有较大量MAA和少量酯类,可送往燃气管网作为燃料燃烧,回收能量的同时保护环境。
3.3.3废固处理
本项目的主要催化剂是氧化催化剂、DS树脂,反复再生后活性降低很多,我们定期更换新催化剂,对于失活催化剂我们运往具有处理资质的单位进行统一处理,以免污染环境。
生产包装物和生活垃圾送往垃圾处理站或有资质的企业进行回收处理。
表格3.31三废排放一览表
类别
序号
污染源名称及排放点
主要污染物组成、性质
排放规律
治理方案
废气
1
火炬排放气
异丁烯95.382、水39.47、氧气1159.46、MAL6.335、丙醛1.349、乙酸0.069、CO2352.07、CO249.292、MAA2.755、丙酸0.015
连续
充分燃烧后排空
废水
1
萃取塔塔釜废水
水8764.12、MAL22.819、乙酸66.491、对苯二甲酸4.154、MAA0.001、丙酸46.18
连续
送污水处理站
2
甲苯-水分相气废水
水537.094、MAL1.865、乙酸5.433、丙酸1.348、甲苯0.662
连续
送污水处理站
3
正己烷-水分相气废水
水1434.09、MMA3.845、正己烷0.042
连续
送污水处理站
4
精制塔塔釜废水
水77.682、MMA6.266、正己烷484.781
连续
送污水处理站
废固
1
闪蒸罐
水3.482、MAL0.141、丙醛0.001、乙酸0.07、对苯二甲酸192.791、MAA38.712、丙酸0.156
连续
集中外运处理
3.3.3全厂主要技术经济指标
表5技术经济指标表
序号
项目名称
单位
数值
一
生产规模
万吨/年
6.00
二
产品方案
1
MMA
万t/a
6.00
三
年操作时间
Hour
7200
四
主要原材料、辅助材料用量
1
异丁烯
t/a
40397.5
2
氧气
万Nm3/a
3000
3
甲苯
t/a
186.7
4
甲醇
t/a
19364
5
乙二醇
t/a
0.792
6
正己烷
t/a
619.2
7
催化剂
t/a
9
8
DS树脂催化剂
t/a
9
五
公用动力消耗量
1
中压蒸汽
万t/a
0.98
2
低压蒸汽
万t/a
25.72
3
循环冷却水
万t/a
5647.12
4
高压蒸汽消耗量
万t/a
5.55
5
高压蒸汽产生量
万t/a
16.64
6
电
万kw·h/a
3606
7
氮气
万Nm3/a
448.6
8
仪表空气
万Nm3/a
141.1
六
三废排放量
1
含苯含烃废水
万t/a
2.2
2
含酸废水
万t/a
9.3
3
冷凝废水
万t/a
0.72
4
生活污水
万t/a
0.96
5
乏氧废气
万Nm3/a
8.4
6
氧化催化剂
t/a
9.1
7
DS树脂催化剂
t/a
6.5
8
污水处理站污泥
t/a
240
9
生产包装物
t/a
300
10
生活垃圾
t/a
37.8
七
全厂定员
人
250
八
总占地面积
万m2
6.4
九
单位产值能耗
吨标煤/万元
111.496
十
单位产品综合能耗
吨标煤/吨PO
2.341
十一
工程项目总投资
万元
47778.8
1
建设投资
万元
39842.4
2
建设期利息
万元
1960
3
流动资金
万元
5976.4
十二
年销售收入
万元
108000
十三
成本和费用
年均总成本费用
万元
61678.4
年均运营成本
万元
57557.9
十四
年均净利润总额
万元
36040.8
十五
年均销售税金
万元
10280.8
十六
财务评价指标
1
投资利润率
%
59.82
2
投资利税率
%
73.48
3
资本金净利润率
%
45.62
4
投资回收期(静态)
年
4.09
5
投资回收期(动态i=0.11)
年
6.01
6
资财务内部收益率FIRR(税后)
%
21.268
7
全投资财务净现值(税后,i=0.11)
万元
54411.20
十七
清偿能力指标
人民币借款偿还期(含投产期)
年
7
4过程节能
我们通过热集成和热泵精馏对能量进行了回收利用。
其中热集成节省了49.48%的公用工程能量,热泵精馏单元节能86.1%。
5安全设计
安全是工业生产最重要的考虑因素。
本项目生产采用先进的本质安全理念,从流程设计、操作条件、储存运输、设备选型等方面来减少事故发生的可能性和危害性。
再次,本项目生产中,运用DCS和SIS等控制手段对反应器,精馏塔等设备进行重点监控,并对整个工艺流程运用自动化手段进行工艺控制。
然后,本项目在全厂布置上严格遵循《石油化工企业设计防火规范》和《建筑设计防火规范》,使设计做到规范标准;在平时生产操作时,通过多次的安全培训,提高员工安全意识,规范安全操作,降低人为事故发生的概率。
最后,本项目制定全面的事故应急预案,运用ALOHA和Riskysytem软件对泄漏事故进行模拟,为应急措施的制定提供依据。
6技术设备创新
我们采用酯化反应精馏这种新型反应器,新型的过程设备,在换热方面,利用热泵精馏、多效精馏等多种节能方式降低能耗。
具体详见《创新性说明书》。
7设备设计和选型
本项目设计过程中主要对反应器、精馏塔、储罐等设备进行了设计,对换热器、泵、压缩机等设备进行了选型。
具体详见《初步设计说明书》。
8自动控制
本厂所有的工艺装置和大部分公用工程、辅助设施等,均采用DCS控制系统进行过程控制和检测,辅助SIS安全仪表系统,实现分布式集中操作,并建立全厂实时数据库,同时对控制系统中检测的结果实施报警动作或调节或停机控制,为全厂计算机信息管理和生产调度建立基础。
9车间布置及厂区设计
本项目设计过程中采用AutoCADplant3D件对部分车间进行了设备建模和详细的管道布置,并得到了各个方向的视图及管道轴测图。
利用AutoCAD绘制了车间布置图。
具体详见源文件及设计图册。
本项目设计过程中根据相关规范对厂区进行了布置,利用AutoCAD绘制了厂区平面布置图。
具体详见AutoCAD图纸绘制源文件及设计图册。
10经济评价
本项目从总投资估算、产品成本估算、收入分析、经济指标分析几个方面对本项目的经济性进行了分析,从投资利润率、投资利税率、静态投资收益率、投资回收期等指标可以看出本项目具有良好的经济效益,经济可行。
详见《经济分析》。
11软件应用
本项目设计过程中应用了多种相关软件进行辅助设计。
Ø流程模拟
AspenPlusV8.4
Ø换热网络设计与优化
AspenEnergyAnalyzer
Ø设备设计与选型
塔设备:
AspenPlusV8.4、SW6-2011
换热器:
AspenPlusV8.4、ExchangerDesignandRatingV8.4
Ø自动控制
AutoCAD2014
Ø厂区设计
Sketchup2015
AutoCAD2014
Ø车间布置
AutoCADplant3D2014
AutoCAD2014
Ø泄漏扩散模型模拟
ALOHA
Risksystem
12项目总结
本项目设计过程中,我们通过文献查阅设计了异丁烯两步法生产MMA工艺,完成了AspenPlus流程设计与模拟,对设计的工艺流程进行了充分的验证。
采用AspenEnergyAnalyzer对系统进行了换热网络的设计和优化;应用多种选型软件对各设备进行了设计与选型,完成了反应器图(1张),精馏塔图(1张);设计了系统自动控制方案,绘制了流程PFD图(8张),物料平衡表(3张),PID图(9张);对车间进行了布置,完成了AutoCADPlant3D立体设计(1个),车间三维布置图(1张),轴测图(6张),设备平面布置图(6张),设备立面布置图(2张),;对厂区进行了设计,完成了厂区平面布置图(1张)。
将软件分析结果与传统经济评价方法结合对项目进行了详细的经济评价。
此外,还完成了技术经济、总图运输、管道布置、公用工程、供电配电、电信、土建、给水排水、供热、环境保护、采暖通风与空气调节、节水与节能、储运、维修、消防、职业安全与工业卫生等内容,具体详见《初步设计说明书》。
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