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年产55万吨对二甲苯项目项目摘要浙江大学 怦然心动 团队李盛巧、喻虹羽、王挺、王啸、蓝佳龙扬子石化年产55万吨对二甲苯项目项目摘要- 1 -一、 项目简介对二甲苯PX是生产对苯二甲酸PTA的原料，而对苯二甲酸广泛用于合成纤维、塑料等纺织、制造业基础原料的生产。随着我国PTA工业的迅猛发展，过程PTA的产能迅速增加，而作为原料的PX产能却跟不上其发展速度，造成国内PX市场缺口大，自给率严重不足。因此，以清洁、环保、节能的方式生产更多量的PX产品，不仅仅有较大的经济利益空间，也对拉动下游PTA产业的发展以及国家化工行业的发展有着重要意义。本PX清洁生产项目以芳烃抽提装置所产混合芳烃BTX为原料，结合工业级甲醇，利用甲苯甲醇烷基化反应、甲苯歧化及烷基转移反应以及二甲苯异构化反应进行对二甲苯的生产。 本项目位于南京市化学工业园区内，为扬子石化子项目。年产对二甲苯55万吨，副产邻二甲苯、精苯和粗苯。项目分为三苯分离工段、甲苯歧化及烷基转移工段、甲苯甲醇烷基化工段以及异构化工段四个工段共三个车间。厂区占地面积6.67万平米，厂区内包含有冷冻站、消防站等基础工业设施及安全防护部门。本项目生产过程清洁环保、节能比率大，所用原料的利用率高，生产过程对环境的污染小，经济效益十分显著。二、 工艺介绍本项目混合芳烃原料中苯含量为16.07%（wt），甲苯含量为37.13%（wt），碳八芳烃含量为37.05%（wt），重芳烃含量为9.75%（wt），为综合利用原料中甲苯及重芳烃，以及碳八芳烃中的间二甲苯、乙苯，采用甲苯歧化及烷基转移-异构化-甲苯甲醇烷基化三联工艺，如下图所示。混合芳烃经过三苯分离工段得到苯、甲苯、碳八芳烃及重芳烃产品。重芳烃和37.4%的甲苯进入甲苯歧化及烷基转移工段，剩余62.6%的甲苯与甲醇进入甲苯甲醇烷基化工段，高选择性的生产对二甲苯。异构化工段中的碳八芳烃中对二甲苯浓度为41.2%（wt），通过吸附分离得到对二甲苯产品，并通过精馏分离得到邻二甲苯产品，乙苯和间二甲苯则通过异构化反应，增产对二甲苯和邻二甲苯。异构化甲苯甲醇烷基化反应产物粗对二甲苯中对二甲苯浓度达到98.02%（wt），采用熔融结晶工艺进行分离得到对二甲苯产品。本项目通过歧化及烷基转移反应，将重芳烃转化为对二甲苯，使重芳烃资源得到充分利用。歧化及烷基转移反应通过改变歧化及烷基转移反应进料中甲苯和重芳烃比例来增大二甲苯的产量，加强烷基转移反应，并抑制甲苯歧化反应，增加二甲苯产量，减小副产物苯的产量。甲苯甲醇烷基化反应以甲苯和甲醇为原料，转化为1吨对二甲苯所需甲苯质量小于1吨，而甲苯歧化所需甲苯量则为2.52.8吨，甲苯甲醇烷基化反应大大提高了甲苯的利用率。且甲苯甲醇烷基化反应中对二甲苯选择性达9%，只需通过简单的一级结晶即可获得高纯度的对二甲苯产品。副产物少，降低了二甲苯分离、异构化、吸附分离等单元的规模，节省操作费用。尾气中富含乙烯等低碳烯烃，可回收至总厂乙烯装置回收利用。通过三联工艺，1吨芳烃原料可产出约0.63吨对二甲苯，0.21吨邻二甲苯和0.2吨苯产品。原料混合芳烃中苯、甲苯、碳八芳烃及重芳烃均得到充分利用，产品种类丰富。三、 设备与控制 设备选型我们对本工艺的非标设备塔、反应器等进行了设计。其中板式塔均采用ADV新型高效浮阀，与传统F1浮阀相比，处理能力和塔板效率提高，性能得到大大的优化。对于分隔壁塔则使用填料塔，节约能耗，易于控制。而反应器分别为轴向绝热固定床反应器、冷凝态流化床反应器和径向绝热固定床反应器，符合甲苯歧化及烷基转移、甲苯甲醇烷基化和异构化三个反应的特点和要求，设计合理详细。另外，对泵、压缩机、气液分离器、储罐等设备也进行了设计选型。本工艺中的核心分离设备移动吸附床和结晶器则分别采用UOP公司Parex工艺和Sulzer公司MWB工艺的相应设备。 控制系统我们设计的控制系统主要由DCS集散型控制系统组成，主要用信息反馈来控制泄压阀的开启、加热蒸汽流量、冷却水回水量、各种旁路与阀门流量。以及显示各压力容器和管路的压力、温度、液位。分隔壁塔不同于普通精馏塔，易波动不易控制，故我们采用先进控制系统，通过MPC模型预测控制策略实现分隔壁塔的稳定控制。另外，我们还设计了R201的SIS紧急停车设计，用冗余原理充分保障了反应器的安全。四、 节能降耗 热集成能量回用本项目工艺中需要加热或冷却的物流很多，公用工程需求量巨大。作为能量消耗较多的化工产业，能量的回收利用十分关键，会直接影响到企业的经济效益。我们利用Aspen Energy Analyzer V8.0对工艺过程进行了换热网络的优化设计，已达到回收能量节能降耗的目的。经过热集成优化后，节能180.06MW。共需要冷公用工程139.28MW，热公用工程124.42MW。所使用的冷公用工程为：冷却水（20）、冷冻盐水（-25）；所使用的热公用工程为：中压蒸汽（4.1MPa）、低压蒸汽（1.4MPa）、燃气（1000）。相较不采用热集成技术直接用公用工程进行换热的换热网络，能量回收率（节能率）达到40.51%。 分隔壁塔（热偶精馏技术）三苯分离工段和甲苯甲醇烷基化工段中苯、甲苯和重芳烃分离过程中，采用了分隔壁塔工艺代替了传统的双塔分离工艺，实现了减少设备投资的同时节约能量消耗。相比不使用双塔分离工艺，分隔壁塔总节能63.13MW，节能率达30.51%。 热泵精馏技术热泵精馏技术充分利用了温差小、跨夹点传热的精馏塔，通过改变蒸汽温位使原本不能换热的流股有换热的可能，从而提高了可回收能量的比率，实现了较大程度的节能。我们在过程中利用热泵技术，用压缩机加压，使得热泵所在塔的塔顶气相的温度提高一个等级，从而可以跨过夹点，给塔底的物料的汽化提供能量。由于使用了热泵精馏技术，相比不使用热泵精馏技术的分离塔，热泵精馏过程共节约冷公用工程60MW，热公用工程78MW。同时热泵精馏还将系统的能量回收率从20.69%提高到了40.61%，实现了大幅度的节能。五、 清洁生产本项目为对二甲苯的清洁生产，主要体现如下： 采用甲苯甲醇烷基化新型工艺，反应条件温和，所用甲苯甲醇原料均为工业品，相应安全规范齐全，混合无爆炸危险，操作安全。 三废少，处理便捷。运用新技术后，甲醇进料量的一半将生成水，可通过SBR序批式活性污泥法对其进行预处理，控制其中的COD含量。产生废气主要为塔顶不凝气体，成分为低碳烯烃、氢气等可燃烧性气体，可将其送往燃烧锅炉进行利用。废渣主要为催化剂，成分为硅酸盐，循环利用后可将其送往附近水泥厂。焚烧炉底灰委托园区固废站处理。工业垃圾和生活垃圾委托环卫部门及时清运、作卫生填埋等无害化处置。并且，选用低噪音设备，做好隔声、消声、吸声措施。另外，在厂区进行绿化，改善生态平衡。根据以上特点进行环境评价，该项目环保清洁。 采用SIS安全仪表控制系统和HAZOP危险性和可操作性分析，从而能快速有效地识别危险，并在此基础上提出措施，对减少和预防事故有重要意义，大大提高员工和生产的安全度。对项目进行安全评价，可知该项目安全可靠。 原料利用率高，结构合理创新，产物选择性高。六、 厂区选址与布置项目选址在国家级化学工业园区南京化学工业园区内。园区作为中国石化集团重点发展的化学工业基地之一，公共设施完善，企业集群使内部产业链优势明显。混合芳烃原料直接来源于总厂扬子石化芳烃装置，产品PX可直接销往PTA生产集中地江浙沪闽等。三废处理、公用工程均有配套产业供应。另外，园区还得到了政府的政策扶助优惠和资金技术支持，注重产业的健康可持续发展，特别适合本项目的投资建设。 总厂布置厂区长316m，宽211m，总占地面积66676m2，主要包括工艺装置、仓储设施、辅助公用、生产管理及生活服务等区域。工厂布置严格遵守设计安全要求，车间布置规范，物流走向合理。同时，以物流人流高度分离为理念布置运输线路。厂区非生产储运区均设有绿化带，用以隔离噪音和有害因素，保证安全环保。考虑未来发展，我们将发展用地定于厂区西南边。我们使用Auto CAD进行厂区的平面设计，并用3D建模软件进行立体效果图的绘制。 车间及管道布置我们使用Smart Plant 3D对第一车间（三苯分离工段）进行了设备布置和详细的管道布置，确定了管道的走向，并得到了每根管道的轴测图。另外，还利用Auto CAD 对第一车间进行了设备布置图的绘制。七、 经济分析经济分析是工程项目可行性研究和评估的核心内容和决策的重要依据，其作用在于最大限度地避免风险，提高投资效益。本项目建设期两年，投产期四年，主要对工程建设、经营成本、产品价值等做了大致评估，得出了盈利分析和敏感性分析，具有重要指导及实践意义，也从经济角度证明了本项目的可行性及其蕴含的巨大经济效益和社会效益。项目数据运营过程固定资产142351.64万元总投资169686.8万元原材料费用743189.8万元/年运营成本851152.76万元/年产品销售收入939429.4万元/年正常销售期毛利润77779.41万元/年正常销售期净利润68840.36万元/年正常销售期净现金流量41587.86万元/年盈利能力投资利润率45.84%投资利税率52.42%投资收益率40.57%投资回收期4.4年财务内部收益率IRR25%财务净现值NPV233573.34万元净现值率137.65%不确定性分析产销盈亏平衡点BEPQ36.91万吨/年产销最大允许降低幅度60.57%单价盈亏平衡点BEPL9182.36元/吨最大允许降价幅度4.24%经营成本敏感性-0.358产量敏感性0.051产品价格敏感性0.324本项目的盈利能力良好，在经济上具有很大的可行性。项目应对市场供求变化的能力强，生存能力强。八、 总结我们通过文献查阅以及Aspen Plus软件模拟，对各工艺流程进行了充分的验证，主要完成了物料能量衡算、热集成、设备选型、物料流程图(11张)、带控制点工艺流程图(12张)、车间布置(Auto CAD平面设计4张，Smart Plant 3D立体设计1个)、重要设备装配图(3张)、轴测图(34张)、总厂布置(Auto CAD平面设计1张，三维建模立体设计1个)、控制系统、设备选型(反应器、塔、泵、换热器、压缩机、储罐等)、经济分析以及安全环境影响评价等。此外，还完成了储运、供电、通信、公用