华中赛区醋烯长谈设计创新性说明

一、反应源头创 充分发挥一、反应源头创 充分发挥国家政策优惠--为生物乙醇的发展与应用推波助 生物乙醇具有的巨大优 二、热碱吸收二氧化碳技术创 热碱吸收二氧化 工艺中应 三、过程节能降耗技 3.1共沸精馏技 3.2热量集成-充分利 四、催化剂创新及动力学模 4.1催化剂选 4.2催化剂动力 五 环境保护技术创 废气的资源化处 资源循环与利 乙烯循环利 醋酸的循环利 六新型过程设备的应 反应器结构创 换热设备创 输送设备创 七、先进控制方案创 复杂体系控制方案设 SIS安全仪表系统的设 1新世纪以来，能源安全和环境问题日益成为新世纪以来，能源安全和环境问题日益成为制约可持续发展的焦点问题，生物乙醇为它的可再生、环境友好、技术成熟、使用方便、易于推广等综合优势，成为替代化石我国排名第三，但目前年消费量只有近260万吨，发展相对滞后广使用车用乙醇汽油的实施方案》（简称《方案》。根据方案，到2020年，全国范围内体燃料技术、装备和产业整体达到国际领先水平，形成更加完善的市场化运行机制。方对以生物乙醇为代表的生物能源的定位是“国家战略性新兴产业”。这一定位足以显示政对乙醇汽油为代表的生物能源的重视1.2生物乙醇具有的巨大优之所以把生物乙醇为代表的生物能源定位为“国家战略性新兴产业”进行大力推广有以下几个原因其一，助力国家能源安全。对于像我国这样一个石油消费大国来说，乙醇汽油的使可以替代部分石油，对于能源安全非常重要。据悉，美国因一年4000多万吨燃料乙醇使量提高了美国能源自给率（在能源自给率里占8个百分点。2016年我国进口了3.81亿的石油，石油对外的依存度是65.4%。从这个角度上，大力推广乙醇汽油是缓解石油对依存度、维护国家能源安全的途径之一其二，形成有效的粮食市场调控。国际经验表明，发展生物燃料乙醇可以为大宗农品建立长期、稳定、可控的加工转化渠道，提高国家对粮食市场的调控能力。也就是说在国家战略需要的时候，可以加快把超期超标的粮食转化为乙醇；如果粮食供求紧张，1就用木薯这些淀粉质的就用木薯这些淀粉质的原料来生产燃料乙醇，从而形成对粮食市场有效的调控库存已超储了数亿吨，这些玉米长期存放后将无法食用。生产燃料乙醇是处理问题粮、质粮的最好方式——在变废为宝的同时，也堵住了不法之徒借以牟利的源头从而保障了品安全其四，推广使用乙醇汽油，有利于改善生态环境。使用生物燃料乙醇可以减少二氧碳以及机动车尾气中多种有害有害物质排放22.1热碱吸收二氧化各种含碳物质2.1热碱吸收二氧化各种含碳物质的燃烧、氧化，人和动物的呼吸活动，都会产生CO2。近年来，随着民经济的快速发展，天然碳资源不断地被消耗，使大气中的CO2含量迅速增加，导致“及经济方面的极大困难，专家预测在今后50年间石化燃料仍将是世界的主要能源，故二化碳的排放量还将急剧上升，由此而产生的环境影响不容忽视。同时，CO2作为潜在资源及相关的资源再生问题已成为全球关注的“热点”课题现在常见CO2吸收方法：物理吸收法、化学吸收法、物理化学吸收法、变压吸附和膜分离法。其中化学溶剂吸收法是实现燃煤电厂烟气中CO2控制排放的有效途径之一与有机胺溶剂相比，碳酸钾溶液吸CO2具有溶剂成本和再生能耗等方面的优势，与其吸收溶剂体系相比具有明显的优势：1)具有低吸收热，约为609kJ/kg，比有机胺体系要50以上，因而溶剂再生能量消耗低；2)溶剂CO2负载能力较高；3)溶剂成本低；4)无2.2工艺中应我们用 模拟 从中可以看出该热碱吸收塔对二氧化碳的吸收与分离效果极佳，满足需求3443.1共沸精馏技在本项目醋酸乙烯酯合成精制单元中涉及到大3.1共沸精馏技在本项目醋酸乙烯酯合成精制单元中涉及到大量醋酸乙烯与水的分离，使用普通精方式不仅能耗较高，同时塔内气液两相流较大不利于设备的建造于操作控制。本项目在用了共沸精馏技术后，装置能耗和操作成本皆有大幅度的下降，其模拟流程见图3-13-1共沸精馏技术流程将共沸精馏与普通精馏模拟对比，计算加热及冷却负荷，计算结果见表3-1由计算结果可知，采用共沸精馏技术后，冷公用工程用量降低了66.3%，热公用工用量下降了36.3%，节能效果明显，经济效果好3.2热量集成-换热网络是化工工业过程能量回收的重要手段，对化工生产降低能耗有着重要的意义合理的利用热物流去加热冷物流，减少公用工程辅助加热和冷却负荷，可以能提高整个程系统的能量利用率和经济性5操作方公用工程能耗对比冷凝再沸普通精共沸精节能分3-2优化前的换热方针对推3-2优化前的换热方针对推荐的换热方案进行进行手动调整，在调整优化的过程中主要遵循以下几个原则（1）采用合并换热器等方法打破回路（Loop（2）减少换热设备数量，去掉较小的换热器（3）避免因距离太远而管路成本过高的换热关系（4）避免流股大量分割在遵循上述原则的同时，本团队根据工艺流程的实际情况，对推荐的换热方案进行化设计，得到最终的换热网络，如图所示优化后的换热网6通过组合曲线图（温焓图）可以看出，系统有通过组合曲线图（温焓图）可以看出，系统有较大的能量可以通过冷热物流的匹配热达到回收的目的。通过AspenEnergyAnalyzer确定夹点温度，并确定最小冷热公用工用量目标经过换热网格优化之后，热冷用工程用量大大减小，操作费用也随之减小。这有助于热的高效多级利用，降低运行成本，更加经济合理，在包含了换热网格优化所需的热泵精等设备费之后仍然达到了很好的节省效果7夹点温度最小公用工程消耗量热冷热公用冷公用4.1催化剂选以乙醇脱水这一步反应为例来说明我们在催化剂4.1催化剂选以乙醇脱水这一步反应为例来说明我们在催化剂的选择和应用上的创新。反应和主副反应方程式如下催化剂的使用会使反应条件更加温和，使反应向能量较低的方向进行，并且实现更的选择性。目前，乙醇催化脱水制乙烯反应的催化剂有白土、金属催化剂、分子筛等，工业上最常用的催化剂为活性氧化铝和分子筛催化剂。参照广西大学梁娜论文《乙醇制表催化剂比由表中信息清晰可得，HZSM-5(亚微米分子筛催化剂)催化效果、选择性、热稳定性生产成本等多个方面都占据优势8名优缺活性氧化HZSM-孔径较小而通道较SAPO-CoSAPO-和CoFeSAPO-4.2动力学数据是指导反应生产过程的重要指挥棒，反应动力学方程根据华东理工大学士王飞论文《亚微米分子筛催化乙醇脱水制乙烯：失活、再生及动力学（2010年4.2动力学数据是指导反应生产过程的重要指挥棒，反应动力学方程根据华东理工大学士王飞论文《亚微米分子筛催化乙醇脱水制乙烯：失活、再生及动力学（2010年11月日）所述，动力学方程如下动力学模型为PP2DE)Kp1 1(1KPKPPEt W DEP)Kp2rE2(1KPKP PEt W DEk8.75108exp(1k2.641015exp(2 ) 5.35105exp(W式中ri为产物i的生成反应速率；Ki为基元方程式的反应平衡常数Pi物质i的分压；ki为反应速率常数；Ki物下标:E乙烯;DE乙醚;W水:Et乙9Kexp(2564.21TKexp(219192T将反应速Kexp(2564.21TKexp(219192T将反应速率换算成aspen中使用的单位kmol·s-1·m-3，本征反应动力学的指前因献中指前因子单）也随之改变（其中装催化剂的质量是5g反应器的体（P115）2*10-4立方米改为g体积4*10-5m3时hk=6.076106exp(74670)kmols11k=1.8331013exp(151860)kmols12选择LHHW型反应，并将平衡常数取自然对数后，相应的参数输入aspen中，结果下综合催化剂自身综合催化剂自身特点以及动力学数据能更好地指导实际过程中的反应生产，也能指HZSM-5.1废气的资源化处本装置在正常生产过程5.1废气的资源化处本装置在正常生产过程中会产生含乙烯的混合废气，为了满足环保、资源利用等要将乙烯和醋酸反应制醋酸乙烯酯的废气经过分离再利用。得到的乙烯可以二次利用，而离出的CO2则可以转化为液态作为副产品销出。本方法具有降低工业废渣的排放，减少环境的污染，并且工艺简单能耗小等优点，其得到的液态CO2是一种更高价值的化学品5.2资源循环与利本装置设计多股循环物流，包括乙烯循环、醋酸循环、冷却水循环以及萃取剂循环等这些循环都能大大提高资源的利用率，减少环境污染。下面摘取乙烯的循环和醋酸的循利用进行具体介绍5.2.1乙烯循环利乙醇脱水制得乙烯之后，乙烯进入下一步反应，当反应结束之后进入分馏塔，乙烯塔顶被蒸出经过再提纯后继续参与反应。我们凭借此项创新循环大大提高了乙烯的利用率同时在这一部分也生成了本工艺重要副产品-液CO2，其本质上也属于一种反应废气的利用，十分有效地减轻了大气污染。由 步循环得到的最终能进行反应的乙烯的流量为4061.8kg/h，其中乙烯流量显而易见乙烯的再利用意义重大5.2.2醋酸的循环利醋酸和5.2.2醋酸的循环利醋酸和乙烯制得醋酸乙烯酯之后，反应结束之后进入醋酸吸收塔，醋酸从粗分塔塔流出后经过再提纯继续参与。我们凭借此项创新循环大大提高了醋酸的利用率，其本质也属于一种反应废气的再利用，十分有效地减轻了大气污染。由 二，由图可知我们经过此步循环得到的最终能进行反应的乙烯的流量125000kg/h，其醋酸的流量119019kg/h，显而易见醋酸的循环意义重大6.1反应器结6.1反应器结构创点，板式反应器比管式反应器系统能耗降低20%以上，设备投资降低约25%，配套费用15%15%6.2换热设备创本项目中，对于乙醇蒸发器E101设计为人字形波纹板式换热器，换热器冷端流体生物乙醇，热端流体主要为水，通过热流体供热，将乙醇蒸发，完成热泵工质循环。相于传统管壳式换热器，板片的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流，板式换热具有传系数高；流体在板式换热器内的流动，总体上是并流或逆流的流动方式，其温差修正系大，对流平均温差大；板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式换热器5-1板式换热器6.35-1板式换热器6.3输送设备创变频节能降耗是当前社会发展的趋势，但目前应用于流体输送工业中的泵设备都是通过节出口或入口挡板、阀门开度来控制流量，其输出功率大都小号在挡板、阀门的截流过中。另外，由于在通常的设计中为了满足峰值需求，泵的选型裕量往往过大，造成了不有的浪费。而变频泵是通过改变转速来调整泵的特性曲线，从而使泵达到新的工作点达改变流量的目的。为了解决“大马拉小车”的现象，本项目在设计过程中使用变频调速来改变泵的转速来调整流量，这将大大节约电能，达到节能减排的目的本项目选择三菱公司FR-F500系列变频器，基本参数如下表所示5-3变频调速器基本参型FR-F700系额定电压AC380-电机功率直流电源性电流控制方输出电压调节方供电电7.1复杂体系控制方案设本项目7.1复杂体系控制方案设本项目中醋酸乙烯酯粗分离塔T401控制质量好坏直接关系到萃取精馏的能耗和物具体控制方案为操控气相馏出物流量控制塔顶压力，操控回流量控制回流罐液位；操控沸器热负荷控制塔釜温度，操控釜液流量控制塔釜液位。T401控制方案如7-1所示7-1T401控制方7-2控制器仪表完成对控制器的整定之后，需要对其动态性能进行评估，考察面对干扰时，所维持变量与期望值的接近程度以进料流量上升10%为例，考察控制系统稳定性，控制器的相应如图6-3~6-7所示7-3DMS纯度变7-4塔顶压力变7-3DMS纯度变7-4塔顶压力变7-5塔釜温度变7-6回流罐液位7-7塔釜液位变由以上结果可见，T401选用的控制结构动态性能非常稳定，可有效克服各类扰动引的变化7.2SIS安全仪表系统的设在本项目中，乙醇脱水反应为强放热反应，为了防止反应器温度失衡发生飞温，从7-8SIS计在本7-8SIS计在本项目中，经过保护层分析（LOPA）推荐反应器添加SIL2SIF（安全仪表回路设计三个独立的温度检测，并将信号连锁至逻辑表决算器，最终到达执行器。根据SIS余原则，SIL2宜采用冗余电磁阀，单SIS控制阀停车系统)的元件，设备，环节或能源发生故障或者失效时，SIS安全仪表系统(ES紧急停工艺过程及安全仪表系统的设计。本设计中整SIS安全仪表系统(ESD紧急停车系统)，包括现场仪表和执行器，都设计成以下绝对安全形式，即：（1）场触点应开路报警，常操作条件