丙烯酸及酯项目介绍

1、 TOC o 1-5 h z 1丙烯酸及酯装置情况介绍31.1发展情况3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.2装置组成32工艺过程简介42.1基本生产原理42.2生产过程简介42.3成套单元与成套设备53工艺对控制的要求74自动控制方案8 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document ESD8 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document DCS9仪表的设置、选择及安装12L.4.3仪表的设置124.4仪表的选择124.5仪表的安装121丙烯酸及酯装置情况介绍发展情况

2、吉化2.7万吨/丙烯酸及酯装置上海高桥2.7万吨/丙烯酸及酯装置吉化0.5万吨/丙烯酸及酯装置沈阳蜡化8万吨/丙烯酸及酯装置兰州石化8万吨/丙烯酸及酯装置中海油惠州12万吨/丙烯酸及酯装置装置组成丙烯氧化生产丙烯酸丙烯酸精制丙烯酸与醇反应生产丙烯酸酯废水处理废气处理 中间罐区公用工程基本生产原理丙烯氧化生产丙烯酸丙烯通过固体催化剂发生气相氧化反应。反应所需氧气由空气经压缩机压缩供给。中压蒸 汽作为稀释剂来防止爆炸并抑制副反应发生。氧化反应以连续反应机理进行反应，丙烯氧化成 丙烯醛，丙烯醛又进一步氧化成丙烯酸。其反应化学方程式为：CH2=CH-CH3+O2CH2=CH-CHO+H2OCH2=CH

3、-CHO+1/2 O2CH2=CHCOOH在此工艺过程中，两步反应分别在不同的氧化反应器内进行，两个反应器彼此串连，以第 一反应器的生成气直接进入第二反应器。每一步反应都应使其催化剂处于最佳条件下。发生主反应的同时，在一定程度上还发生若干副反应，副反应的主要产物是醋酸、一氧化 碳和二氧化碳。酯化反应丙烯酸与醇的酯化反应是生成有机酯类的反应。其化学方程式如下：CH2=CH-COOH + ROH CH2=CH-COO R+ H2O这是一个平衡反应，为使反应向生成产品的方向进行，使用过量的酸或醇。生产过程简介以沈阳蜡化8万吨/丙烯酸及酯装置为例，主要介绍丙烯氧化生产丙烯酸的生产过程丙烯氧化生产丙烯酸

4、丙烯自罐区送入装置进入丙烯蒸发器汽化，再经丙烯过热器略微过热。空气经空气压缩机 压缩送入进料混合器，在混合器中与过热丙烯、中压蒸汽及洗涤塔顶部分返回的循环尾气充分 混合后进入第一反应器，丙烯与氧在氧化催化剂的作用下反应生成丙烯醛和少量丙烯酸。反应 放出的热量由热熔盐带走，用来发生蒸汽。反应物在混合器再次与空气混合后进第二反应器， 继续发生选择性氧化反应，生成丙烯酸。反应生成物经冷却器冷却后进入洗涤塔，反应产物被 从塔顶进入的洗涤水吸收、冷却，塔底丙烯酸溶液用泵送至丙烯酸缓冲罐。塔顶未吸收的尾气 一部分经循环气压缩机压缩后送至予混合器循环使用，其余送至催化焚烧处理。丙烯酸精制本单元主要是将丙烯酸

5、水溶液提纯。丙烯酸水溶液用泵送到轻组份分馏塔，塔底采用泵强 制循环，低压蒸汽作为再沸器热源；利用共沸蒸馏方法使大部分水、醋酸与丙烯酸分离后从塔 顶流出，经塔顶冷凝器冷凝，塔顶回流罐中共沸剂与含醋酸的水相进行分层，废水组成为水和 醋酸，并含少量共沸剂。废水在经泵加压后送至废水处理单元。塔底的物料由泵送至醋酸塔，在该塔内采用蒸馏的方法，将少量水、醋酸和部分丙烯酸一 起从塔顶蒸出，经冷凝冷却后进塔顶受液罐，凝液除部分回流外，其余返回到轻组份分馏塔塔 底以回收其中的丙烯酸。未被冷凝的气体用冷冻水进一步冷却，废气排至5100单元处理。塔底 泵将物料送至丙烯酸提纯塔，该塔主要是重组分与丙烯酸的分离，塔底以

6、低压蒸汽为热源。塔 顶冷凝冷却器冷凝冷却的丙烯酸，除用作回流液外，其余经产品冷却器冷却至丙烯酸日罐；未 凝气被蒸汽喷射器抽走，喷射液经喷射器冷却，以回收少量的丙烯酸。含有丙烯酸的重组份送 至二级再沸器，用低压蒸汽加热回收部分丙烯酸；剩余物料用泵经二聚物冷却器，物料送至二 聚物分解器，该分解器将二聚物分解为丙烯酸回收，未分解的重组份送至废水处理单元处理。 DCS的控制站应能满足石油化工装置常规过程控制的功能及速度要求，应具备连续过程控制、 批量控制和一般顺序控制的功能。丙烯酸轻酯（甲酯/乙酯）甲醇/乙醇和丙烯酸经离子交换树脂固定床反应器生成的粗丙烯酸甲酯/乙酯首先进入丙烯 酸分馏塔，塔顶馏份经过

7、加水萃取除醇，在醇汽提塔内进一步脱除醇等轻组分，最后在丙烯酸 酯精馏塔顶得到合格的丙烯酸甲酯/乙酯，丙烯酸分馏塔釜液经重组份分解器回收一部分丙烯酸 及丙烯酸甲酯/乙酯后，残液（即废油）送往废水处理单元处理。萃取塔的萃取相，经醇回收塔 将醇、水分开，塔顶的醇重新送往酯化反应，塔底的水则循环到醇萃取塔。丙烯酸重酯（丁酯/辛酯）丙烯酸和丁醇在复合催化剂存在下经第一酯化反应器和第二酯化反应器进行连续酯化反 应。为保证反应向正方向进行，反应生成的水连续由脱水塔脱出。反应液经萃取催化剂、洗涤、 丁醇汽提和产品精制后，得到合格的丙烯酸丁酯。催化剂萃取塔的萃取相为水及催化剂，返回 到脱水塔，洗涤塔的釜液在丁醇

8、回收塔内将醇和水分开，醇返回到反应系统，水相送往废水处 理单元处理。丁醇汽提塔顶部回收的丁醇返回到反应系统。酯提纯塔的釜液进入重组份分解器， 经分解回收的丁醇也返回到反应系统，废油送往废水处理单元处理。2.3 成套单元与成套设备丙烯氧化反应器空气压缩机循环气压缩机废水处理单元废气处理单元冰机丙烯与空气混合后，形成爆炸气体。丙烯的爆炸上限11.1%(V/V)，爆炸下限为2.0%(V/V), 因此要求必须严格控制丙烯与空气的比例远离爆炸危险区。在丙烯氧化生成丙烯醛与丙烯醛氧化生成丙烯酸的反应中同时伴随着许多副反应发生，为 了有效地阻止副反应发生，催化剂的选择尤为重要。这就要求在反应器的反应管内参与

9、反应的 物料的组分、流速、温度、压力等必须严格控制在催化剂允许的范围内。在正常生产操作中允许催化剂出现欠空气保护及接触液态水。丙烯氧化及丙烯醛氧化的反应，是剧烈的放热反应，产生大量的热，必须迅速而均匀地撤 走这些反应热，确保反应器在相对恒定的温度下安全正常地工作。为防止丙烯酸容易聚合，降低含有丙烯酸介质的操作温度，蒸馏塔都是在高真空的状态下 操作。丙烯酸甲、乙酯及丙烯酸丁、辛酯的生产均采用一条生产线切换操作，产品的切换操作需 自动完成。丙烯酸及酯装置是一个复杂的化工过程装置，工艺特点是流程长，操作难度大，要求工艺 参数控制精度高。装置运行过程中一旦出现异常，必须采取紧急措施，紧急停车又相关较多

10、设 备和阀门，因此对自动化程度要求很高。丙烯酸酯装置具有工艺流程长，反应温度高，介质易燃、易爆、易聚合等特点，对于安全 联锁及自动控制的要求非常高。装置的安全联锁及自动控制包括紧急停车系统（下称ESD）和集散 控制系统（下称DCS）DCS与ESD相互独立，ESD需在DCS上显示的报警和状态信号采取通讯方式传送到DCS 上。DCS与ESD紧急停车及联锁有关的信号通过硬接线连接。4.1 ESDESD采用安全等级不低于SIL 3的可编程序控制器（PLC），其CPU、输入输出模件等都采用 三重化设置，保证其长期稳定可靠地运行。在装置出现异常情况时，ESD必须采取紧急措施，迅速、准确地做出反应，确保装置

11、的设 备与人员的安全。根据丙烯酸酯装置的工艺特点，空气压缩机、循环气压缩机、废水废气处理的安全联锁通 常由成套机组完成，因此装置的ESD主要负责丙烯氧化单元的安全联锁及紧急停车。装置的ESD是以丙烯氧化单元的两台反应器为中心设置的。下面简要介绍一下ESD的设置 原则：第一反应器防爆第一反应起防爆有两个爆炸区。一个是关于由FNYR1、FNYR2和FNXR封闭的第一反应 器的条件计算。另一个是关于由FNYM1、FNYM2和FNXM封闭的混合器的条件计算，操作点 必须在两个爆炸区以外。考虑到仪表的误差，操作点有可能扩展到误差区。如果此误差区与爆 炸区接触，则必须由ESD停止氧化反应。第二反应器防爆进

12、入到M-103的惰性气体和空气的比例必须保持在3： 7。如果比例降到2.7： 7.3，则必须 由ESD停止氧化反应器系统。防止欠空气的催化剂保护对于催化剂保护，操作点必须在FNYR3区域以下。如果操作点的误差区与此保护区接触，则必须由ESD逻辑停止氧化反应。防止进入液态水的催化剂保护氧化催化剂被水浸湿而损坏。如果M-102的进气条件接近露点，则必须由ESD逻辑停止氧 化反应器系统。丙烯直接氧化制取丙烯酸的操作要求见图4-1丙烯氧化操作区域图图4-1丙烯氧化操作区域图DCSDCS负责完成整个装置工艺参数的集中监视、控制、操作及报警。其过程控制及紧急停车 和联锁全部实现自动化。根据工艺生产过程对自

13、动控制的要求，DCS需实现对整个装置的工艺参数的显示、报警、 简单回路控制、复杂回路控制、顺序控制等。复杂回路控制包括流量补偿运算、串级控制、比值控制、选择控制、分程控制、压缩机防 喘振控制等；顺序控制主要是针对阻聚集配置、产品贮存与输送罐的切换、备用泵的自动启动、紧急操 作程序、生产线切换操作顺序等。下面简要介绍几种对于装置的操作非常关键的控制。流量补偿运算对于参与氧化反应的丙烯、空气、蒸汽、惰性气的流量，必须进行温度、压力补偿，换算 成质量流量，参与氧化反应器的进料控制。对于与装置消耗定额有关的进出装置的蒸汽、工艺空气、氮气、仪表空气等也需要进行温度、压力补偿，换算成质量流量。气体流量补偿

14、方框图 见图4-2气体温度压力补偿框图图4-2气体温度压力补偿I图氧化反应器的进料控制参与氧化的空气、惰性气体分成两路，空气的一路、惰性气体的一路与中压蒸汽在第一混 合器混合后进入第二混合器与丙烯混合后进入第一氧化反应器进行氧化反应；第一氧化反应器 进行氧化反应产物与空气的另一路、惰性气体的另一路进入第二氧化反应器进行氧化反应。氧 化反应器的进料量应与其操作负荷相适应，操作负荷以丙烯流量为基准进行计算和调节，进料 计算设定器向各个流量调节器给出设定点。氧化反应器的进料控制方框图见图4-3氧化反应器进 料控制框图-5)*5)急冷水进给计算器水进给计算器空气进给计算器*5）INT（惰性气体）进给计

15、算器*5)室气进给计算器*5)R/G进给计算器NOPQ设定设定设定设定、,， 、f、设定到 18. 4. 14载荷计算器Hi截除文件空气空气去空气 湿度R/G设定 计算器2空气设定 计算器2蒸汽设定 计算器1去M-103的 再循环气体去M-101的 再循环气体空气设定 计算器1R/G设定 计算器1惰性流量计算器2VAI-1003FIC-1007FIC-1010FIC-1003FIC-1022FIC-1011FIC-1023PVIPIDPIDPIDPIDPIDPID图4-3氧化反应器进料控制框图第一反应器反应区温度控制丙烯在第一氧化反应器中进行氧化反应的同时放出大量的热，反应热由壳程 的熔盐带走

16、，在换热器中与脱盐水换热，产生中压蒸汽，工艺流程见图4-4第一氧 化反应器反应区温度控制流程示意图。在正常操作条件下，第一氧化反应器反应 区的温度控制在333 C，其两侧的温度差控制在2 C以内，达到2C时报警，超过 3C时，ESD联锁停车。TDIC-1通过调节阀TV-1A控制两侧温度差，TIC-1通过调节阀TV-1B控制温度。控制方框 图见图4-4第一氧化反应器反应区温度控制框图。.图4-4第一氧化反应器反应区温度控制框图PV (TDIC-1 )= abPV (TIC-1) = (a+b)/2紧急操作程序当ESD系统执行紧急停车(ESD)逻辑时，DCS系统将立即执行紧急操作顺序，以支持操 作

17、人员操作。紧急操作程序使与之相关的调节器，如参与丙烯氧化反应的丙烯、空气、蒸汽、 循环惰性气体等的流量、压力调节器均被强制手动并且输出值为预先定义值。5仪表的设置、选择及安装仪表的设置参与紧急停车（ESD）逻辑的检测器、变送器、阀门应单独设置，对于安全等级达到SIL3 的，变送器应采取三取二逻辑。仪表的选择仪表的防爆应根据爆炸危险区域划分和爆炸性气体的分级、分组，正确选择仪表的防爆型式和防爆等 级成套仪表下述的成套设备密切相关的、关键或特殊的仪表应与设备成套提供：丙烯氧化第一、第二反应器上安装的一支多点热电偶、单支热电阻（偶）、熔盐调节阀、熔盐 泵上的液位变送器等。空气压缩机、循环惰性气体压缩机上安装的入口导叶阀、轴振动与轴位移测量仪表、润滑 油系统测量仪表、机组控制系统等。 仪表的型式应根据装置的工艺流程特点及介质特性选择合适的仪表。对于易凝固、易聚合的介质如丙烯酸。其流量测量宜采用质量流量计、涡街流量计、转子 流量计等，不宜采用带导压管线的流量计如节流装