1-设计文档3-word 20164-创新性说明书

1、长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书目录. 1一、原料方案及其体系创新11.1 资源利用（原料）方案创新. 11.1.1 方案构思11.1.2 原处理工艺概述21.1.3 方案对比31.2 产品结构方案创新8二、清洁生产技术创新92.1 绿色催化剂应用92.2 三废资源化处理技术102.2.1 概述102.2.2 先进技术应用11三、反应技术及分离技术创新143.1 反应与精馏耦合144.1 热集成技术194.2 热泵精馏194.3 副产低压蒸汽的利用21五、新型过程设备创新225.1 多级环流反应器225.2 新型方便检修油过滤器的活塞式压缩机

2、245.3 新型非接触式输送泵255.4 新型拼接式丝网除沫器265.5 新型螺旋折流板换热器282 / 53长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书六、基于粒子群算法的 EDA 裂解反应精馏塔优化316.1 计算原理和方法316.1.16.1.26.1.36.1.4粒子群算法理论31粒子群算法的基本步骤32粒子群算法的 MATLAB 编译33软件集成平台的建立346.2 基于粒子群算法的反应精馏塔优化模型的建立366.2.1 反应精馏塔稳态模型的建立366.2.2 基于粒子群算法的反应精馏塔的优化设计386.3 EDA 裂解反应精馏塔的优化406.3.1 EDA 裂解反应精馏稳态模型

3、描述及设计方案406.3.2决策变量的影响及其变化范围42 3 / 53长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书一、原料方案及其体系创新1.1资源利用（原料）方案创新本项目以聚乙烯醇（PVA）生产过程中产生的醇解废液一次精馏馏出液为原料，加入醋酸反应抽提醋酸甲酯，再通过合成气将醋酸甲酯（MeOAc）转化为双醋酸亚乙酯（EDA），最终由 EDA 裂解生产醋酸乙烯。总流程示意图如下：图 1-1 本项目总流程图1.1.1 方案构思调研可知：醋酸乙烯上游原料主要有乙炔、乙烯、甲醇、二甲醚或醋酸甲酯等选择。而聚乙烯醇生产过程中会产生含有大量甲醇和醋酸甲酯的醇解废液，由此可知，此废液有成为醋酸乙烯

4、生产原料的潜力。初步构思通过加入醋酸将甲醇转化为醋酸甲酯，后与废液中原有的醋酸甲酯1 / 53长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书一起作为生产醋酸乙烯的原料，进行后续生产。此方案可以同时达到处理醇解废液和生产醋酸乙烯两个目的，并可能联产其他物质。（详细设计过程见初步设计说明书）1.1.2 原处理工艺概述在 PVA 生产醇解工段中副产大量的醋酸甲酯。每生产 1t PVA 将产生 1.68t醋酸甲酯。醋酸甲酯在工业上主要用作硝基纤维素、醋酸纤维素和乙基纤维素的溶剂，由于它的某些性质与很相似，所以还被用作为的代用品，此外在人造革、涂料和香料制造中也有使用。但这些用途的用量还十分有限，远不

5、能消耗聚乙烯醇生产中副产的醋酸甲酯。目前国内外 PVA 厂家都将醋酸甲酯水解成甲醇和醋酸，经分离提纯后甲醇用于醋酸乙烯聚合工段，醋酸用于醋酸乙烯合成。醋酸甲酯的水解根据所用催化剂不同，有碱解法、氨解法、酸解法和离子交换树脂法等几种方法。由于离子交换树脂法不产生副产物，催化剂与产物容易分离，因此目前在工业上被广泛采用。聚乙烯醇生产厂家大多采用阳离子交换树脂为催化剂的固定床水解工艺。处理醋酸甲酯过程回收工艺路线长，操作复杂，能耗巨大，整个 PVA 工厂能耗有 50%-60%用于回收工段，而醋酸甲酯所需要的占其中 70%左右。催化水解工艺中, 由于物系中含有醋酸、氯离子、磺酸根离子, 设备腐蚀严重,

6、 给生产带来的影响较大, 特别是稀醋酸提浓塔, 此外，催化水解工艺中，即使使用造价极高的钛材, 也出现设备经常检修的状况, 生产连续稳定性差。燃料及动力消耗约占整个聚乙烯醇生产的 65%，直接造成聚乙烯醇生产成本居高不下。为了充分利用醋酸甲酯，提高 PVA 生产的经济性。目前，PVA 工业对从醇解废液提纯醋酸甲酯的应用开发技术进行了大量研究。通过使用新型萃取剂，可以使醋酸甲酯-甲醇体系中各组分之间的相对挥发度显著增发，醋酸甲酯-甲醇体系的共沸点小时，从而实现醋酸甲酯和甲醇的分离。醇解废液经共沸精馏塔脱除醋酸钠后，再进入萃取精馏塔，通过分离可以得到高纯度的醋酸甲酯（质量浓度可达 99.5%）。利

7、用羰基化技术，可以用高纯度的醋酸甲酯合成出高附加值的醋酐和醋酸乙烯。亦可利用酯交换反应合成其它高附加值的羧酸酯，从而实现大大提高醋酸甲酯的附加值和节能降耗的目的，提升 PVA 工业的市场竞争力。2 / 53长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书1.1.3 方案对比经过以上概述可以得出 PVA 醇解废液现处理工艺中存在的问题：1.2.3.4.5.6.废水利用差：经过多次分离步骤，所需的产物多次损耗；分离难度大：直接处理复杂的废水物系，杂质多，难度大；经济效益低：将醋酸甲酯水解为甲醇和醋酸，产品附加值降低；能量消耗大：直接从废液中分离醋酸甲酯，处理负荷大，能耗大；三废产生多：萃取精馏和水

8、解反应过程产生大量废水；检修频率高：工艺体系中产生大量腐蚀性介质，设备腐蚀严重，生产连续稳定性差，检修频率高。以下将进行更为具体的比较：1.1.3.1 原工艺长城能源公司原工艺通过将醇解母液中的甲醇和醋酸甲酯（通过反应转化为甲醇与醋酸）加以回收，回收工序生产过程中采用多种精馏、萃取等化工单元操作，需要将醋酸甲酯与甲醇共沸物分离以后，将精制的醋酸甲酯和水进行水解反应，生产醋酸和甲醇。原工艺醇解工段采用低碱醇解技术，回收工段的工艺流程如下：3 / 53长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书图 1-2 原醇解废液回收处理工艺回收原液（醇解母液）的共沸蒸馏1.从醇解工序来的回收原液用泵送入第

9、一热交换器预热，后加入回收一塔进行共沸蒸馏。塔顶馏出物主要含有甲醇和醋酸甲酯的共沸物，釜液为甲醇水溶液。2.醋酸甲酯的分离回收一塔馏出的甲醇和醋酸甲酯共沸物，用泵输送至回收二塔，再从塔顶加入一定量的水进行甲醇、醋酸甲酯的萃取精馏。塔釜液为甲醇水溶液，送至回收三塔进一步精制回收甲醇。馏出物为醋酸甲酯，其中含有5%的水和乙醛，经部分冷凝（约 60%），未凝气进入回收四塔。醋酸甲酯的精制3.回收二塔冷凝器未凝气进入回收四塔后，从塔顶分离出乙醛、等低沸物，送到醋酸乙烯装置使用。塔釜液为精制好的醋酸甲酯，和二塔流出液一并冷却后送醋酸甲酯储槽。4.醋酸甲酯的水解精制的醋酸甲酯和适量的纯水加入水解反应器在催

10、化剂作用下进行水解4 / 53长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书反应，得到甲醇和醋酸。反应式：CH3COOCH3+H2O=CH3COOH+CH3OH以上反应是一个可逆反应，经过水解反应，将有 25%以上的醋酸甲酯转化为甲醇和醋酸。5.水解反应液的分离在回收五塔中加入水解反应液，塔釜用蒸汽通过再沸器加热，从塔顶得到甲醇和醋酸甲酯，送到回收二塔；塔釜得到浓度 57%左右的稀醋酸，经冷却后送到回收六塔。6.醋酸浓缩五塔釜液用泵送到回收六塔，在回收六塔用醋酸正丁酯作萃取剂，使其和水形成共沸物，达到浓缩醋酸的目的。回收六塔塔顶得到的醋酸正丁酯和水的共沸物，经冷凝进入分层器，利用醋酸正丁酯不

11、溶于水的性质，使其进行分离，分层其上层得到的醋酸正丁酯返回回收六塔循环使用，下层分离水中含有醋酸正丁酯，送入回收七塔，将其中醋酸正丁酯进一步回收，以降低消耗，并达到环保标准。回收六塔蒸出的醋酸蒸汽，经冷却后得到纯醋酸，送到上有醋酸乙烯装置合成醋酸乙烯用。该工艺最主要的缺点是：1.MeOAc 的水解是可逆反应,且其平衡常数小(K=0.120.14)。在水和醋酸甲酯的摩尔比为 1:1 时，MeOAc 的平衡转化率不到 28%，一般实际水解率只能达 23%25%，此时酸水质量比约为 1.3 左右。MeOAc 的水解产物为 MeOH 和 HAc。由于尚有未水解的 MeOAc 和过量的水，因此其水解液为

12、四元混合物,组分间形成多个共沸体系所以分离过程复杂，需要多个精馏塔才能分离得到纯组分。2.3.由于大量未水解的 MeOAc 需回收循环，加上复杂的分离流程，故设备投资大，分离能耗高。1.1.3.2 现工艺现具体流程如下：5 / 53长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书图 1-3 现醇解废液醋酸甲酯合成抽提流程甲醇和醋酸甲酯的共沸物反应精馏来自母厂的 PVA 生产醇解废液和来自后续工段的循环醋酸分别加入到反应精馏塔中进行酯化反应。塔顶馏出粗醋酸甲酯，经 MeOAc 提纯塔， MeOAc-MeOH 共沸物打回塔内，精醋酸甲酯进入第二工段。该工艺主要的优点是：1.原料利用率高：将甲醇转化

13、为醋酸甲酯，减轻分离负荷的同时提高了原料利用率；2.过程复杂度低：可以看出，现工艺等效于将原工艺整个缩为第一工段，直接得到符合要求的醋酸甲酯进行醋酸乙烯的生产。将原工艺的七个回收塔和一个反应器缩为两个塔。主要通过反应精馏，集成简化了原处理工艺；3.4.经济效益高：将甲醇转化为醋酸甲酯，提高了其产品附加值；减轻分离负荷：原工艺需将大量甲醇与醋酸甲酯分离，且醋酸甲酯水解后又将面对大量醋酸、水和未反应完全的醋酸甲酯的分离，现工艺采用精馏塔耦合反应与精馏，实现了醇酯分离向“化醇为酯”的转变，避免了因为醋酸甲酯和甲醇的共沸导致的高能耗分离过程；5.减少三废排放：采用反应精馏的方式分离甲醇和醋酸甲酯，相比

14、于原工艺中采用会产生大量废水的共沸精馏和萃取精馏减少了三废排放；6.提高设备耐用度：不采用水解工艺，避免了产生大量酸，减少了对于设备的腐蚀。醋酸甲酯羰基化合成醋酸乙烯是一种新型煤化工合成醋酸乙烯工艺路线。随6 / 53长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书着煤化工技术的发展，用廉价醋酸甲酯为原料开发高附加值的下游产品，充分挖掘醋酸甲酯的经济效益，减少对苯二甲酸和聚乙烯醇生产成本势在必行。合成气在我国来源丰富，将醋酸甲酯羰基化生产醋酸乙烯更符合我国石油化工生产的现状，既降低了醋酸乙烯生产厂家的生产成本，创造了经济效益，也对社会产生良好的环境效益。提供了经济性、环保性更佳的醋酸甲酯利用方

15、案。本项目甲醇是由母厂内的废液提供，目前我国聚乙烯醇生产的产家主要有十二家，分布在十个省份中，年生产能力为 124.6 万吨。鉴于我国少油贫气相对多煤的现状，目前生产醋酸乙烯的方法主要是乙炔电石法，由于电石法污染巨大且后续分离困难，污染处理成本较高。故我们选择针对聚乙烯醇生产工业中废液的处理进行醋酸乙烯的生产，即能完成污染治理的要求，也能达到生产的目的。在此基础上，本项目具有充足的普适性以及推广价值。1.1.3.3 对比小结表 1-1 废水处理工艺对比7 / 53原工艺现工艺醋酸甲酯利用水解为甲醇和醋酸，未能直接将醋酸甲酯转化为附加值更高的产品直接利用醋酸甲酯生产醋酸乙烯，大大提高产品附加值甲

16、醇利用将甲醇提纯后送往 PVA 醇解工段通过本体系中产出的醋酸，将甲醇转化为醋酸甲酯，减少原有醋酸甲酯分离的负荷同时可以进一步生产醋酸乙烯，提高附加值过程复杂度七个回收塔，一个反应器两个塔经济效益低高能量消耗高低三废排放以水作为萃取剂提纯醋酸甲酯产生大量废水；加入水进行水解反应产生大量废水，且酸水分离负荷大，对设备腐蚀作用 强。采用反应精馏的方式分离甲醇和醋酸甲酯，相比于原工艺中采用会产生大量废水的共沸精馏和萃取精馏减少了三废排放安全工艺体系中产生大量腐蚀性介质，设备腐蚀严重， 生产连续稳定性差，检修不采用水解工艺，避免了产生大量酸， 减少了对于设备的腐蚀长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创

17、新性说明书1.2 产品结构方案创新在 PVA 生产过程中产生大量醋酸甲酯废水，废水中主要含有甲醇和醋酸甲酯，加入醋酸将甲醇转化为醋酸甲酯后，可以进一步反应生成醋酸乙烯。目前我国大大小小的聚乙烯醇厂有 20 家左右。2006 年国内聚乙烯醇的总生产能力已达58 万吨/年左右。据估算，全国 PVA 年产可达 70 万吨。由于 PVA 生产过程基本相似，因此本项目具有充足的普适性以及推广价值。这些厂家均可采用本项目的工艺包，将废液转化为醋酸甲酯，在进行接下来的工艺生产。本项目以中石化长城能源化工（）的醇解废料为原料进行双醋酸亚乙酯的合成及醋酸乙烯的生产，相较于一般醇解废液的处理即水解醋酸甲酯，分离精

18、制甲醇和醋酸，实现了醇解废液的创新利用途径同时向资源化利用的转变。为更好的适应市场需求，本项目通过工艺参数的改变可以实现生产不同比例的醋酸乙烯、乙酸酐和乙醛溶液。通过调节原料比例和反应条件，可以根据实际市场需求灵活调节各产物的产量，以实现最佳的产品结构方案。表 1-2 本项目主产品一览表8 / 53序号产品规格（%）产量（吨年）备注1醋酸乙烯99.8%(wt)100kt/a主产品2乙酸酐99.0%(wt)266kt/a副产品3乙醛40%(wt)63kt/a副产品频率高长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书二、清洁生产技术创新2.1 绿色催化剂应用目前，工业应用中最广泛的酯化催化剂仍然

19、是浓硫酸，因为它酸性强、催化效果质稳定、吸水性强并且价格低廉，但是它对设备的腐蚀性和催化得到较多的副产物始终是不可忽视的缺陷。为了克服现在醋酸甲酯合成工艺的高成本、高污染、低产品质量的缺点，现有学者研制出了可用于非均相催化反应精馏生产醋酸甲酯的强酸性阳离子交换树脂-ILC-1。经实验证明，该催化剂活性高、选择性好、条件温和、成本低、无腐蚀、再生性好。因此在醋酸甲酯合成抽提工段，我们选择强酸性阳离子交换树脂-ILC-1 作为催化剂。本项目在醋酸与甲醇酯化反应中采用强酸性阳离子交换树脂-ILC-1 代替传统生产中使用的硫酸，避免其在反应后处理的麻烦，避免对设备的腐蚀。强酸性阳离子交换树脂-ILC-

20、1 具有均一的分子大小孔道、酸催化活性，并有良好的热稳定性和水热稳定性；使用前后的 XRD 衍射图基本一样，表示出良好的再生性；对设备无腐蚀且容易与反应产物分离，生产过程中基本不产生“三废”，废催化剂处理简单，不污染环境；且在使用较长时间后，催化剂的活性和选择性保持率较好，适合反应精馏的连续生产。图 2-1 醋酸甲酯选择性和醋酸转化率与催化剂运行时间的关系9 / 53长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书2.2 三废资源化处理技术2.2.1 概述在三废处理方面，由于工艺流程的清洁化，本工艺在第二工段产生两股不用于本厂产品的液体，其中一股为质量分数达 99.4%的甲醇溶液，符合母厂醇解

21、工段对甲醇纯度的要求，本项目通过管道运输回总厂聚醋酸乙烯醇解工段进行资源化利用。在第五工段，产生质量分数达 98%的醋酸，由于第一工段所需乙酸较少，产生的醋酸仍有富裕，将过量醋酸送往母厂醋酸乙烯生产装置，参与醋酸乙烯的生产。本项目工艺流程中产生的废气极少，废固主要为废弃催化剂，将由厂家进行回收处理，然后进行负载再生，从而得到多次利用。具体利用如下表所示：表 2-1 废气资源化利用情况表 2-2 废液资源化利用情况废水排放组成及特性数排放特性排放数序号（液） 名称源据（wt.%）温度（）压力（bar）排放方式量（t/a）排放地点备注1醋酸甲酯废水T0102塔顶醋酸甲酯 88.59水 0.69甲醇

22、 8.06乙醛 2.6786.523.03975连续1485.222送至母厂污水处理装置脱水燃烧处理2甲醇废水T0203塔顶甲醇 99.39醋酸甲酯 0.6064.381.01325连续27393.4运回给母厂提供生产原料可再利用10 / 53气体污排放特性序号染源名称组成及特性数据（wt.%）温度压力bar排放方式排放数量（m3/h）排放去除处理方法1碘甲烷碘甲烷 59.57、醋酸甲酯 16.40、CO1.8、醋酸 1.8383.981.012连续14.45总厂火炬系统回收装置水封后， 送至母厂作原料2乙醛乙醛 83.84醋酸乙烯 11.9971.543.04连续0.0328总厂火炬系统回收

23、装置氧化处理长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书表 2-3 废固资源化利用情况排放数2.2.2 先进技术应用1.可燃气体处理方案11 / 53排放特性序号废渣名称组成及特性数据温度压力（bar）连续间断量（ta）排放地点备注1强酸性阳离子交换树脂-ILC-1苯乙烯系树脂常温12 年次0.769精馏塔内供应商回收2铑膦催化剂Rh(CO)Cl(PPh3)2常温13 次年0.02精馏塔釜处理后供应商回收3.阳离子交换树脂常温12 年次0.493精馏塔内供应商回收4生产包装物低毒或腐蚀性常温1间歇排放300仓库区送资质单位处理5生活垃圾生活垃圾常温1间歇排放30行政区送垃圾处理站处理3稀醋

24、酸水溶液T0203塔釜醋酸 3.72水 94.20甲醇 1.37NMP 0.798.701.01325连续30862.83送至母厂污水处理装置膜处理4萃余液T0202塔釜醋酸 40.42NMP 59.58137.541.01325连续436.4086送至母厂污水处理装置脱水燃烧处理5生活污水生活设施COD（230mg L）氨氮、SS（250mgL）常温1连续80000送至母厂污水处理装置分解处理长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书在第三工段 EDA 合成反应器内，采用循环的方式将反应产物进行分离，大量 CO，H2，醋酸甲酯继续参与循环进行反应，少部分惰性气体进行排空，来保证反应器内

25、处理量的稳定。由于废气中含有大量气体碘甲烷，因此，我们选择专利 CN 101721896 ，一种羰基化合成装置排入火炬系统的含碘甲烷的可燃气体的处理方法。羰基化合成装置排入火炬系统的含碘甲烷的可燃气体先进入火炬水封罐，然后再排入火炬系统，火炬水封罐中产生的含碘甲烷的污水收集后进行膜浓缩处理，得到浓缩碘甲烷废水，再将浓缩碘甲烷废水与醋酐进行水合反应除去水分，反应物作为羰基化反应原料的一部分，返送入母厂羰基化合成系统中。通过采用此工艺方法，醋酸、醋酐等羰基化合成装置的火炬系统可以设置水封罐，增强火炬系统安全性，并能节省氮气。2.泄露检测与修复技术本项目中原料及产物多为挥发性有机物（VOC），随着装

26、置连续运行周期的增长，设备老化、物料腐蚀等导致管阀件出现不同程度的泄漏时有发生，不仅导致化工园区存在恶臭异味，而且物料损失严重。泄漏检测与修复技术（LDAR）是利用固定或便携式监测设备，监测化工企业各类反应釜、原料输送管道、泵、压缩机、阀门、法兰等易产生泄漏的密封点，并修复超过一定浓度的泄漏点，从而达到控制原料泄漏损失和环境保护的目的。具体实施方案如下：需要对检测的设备组件进行标识，建立台账，定义可接受的泄漏浓度；开展装置设备密封点泄漏检测工作，发现 VOCs 泄漏点，记录泄漏的浓度值；组织人员对泄漏点进行维修，通过各种维修措施，确保维修效果；检测人员再次对维修的泄漏点进行复测，以评估维修效果

27、。12 / 53长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书图 2-2 LDAR 技术工作流程3.催化剂回收处理方案EDA 制取工段使用主要成分为 Rh(CO)Cl(PPh3)2，为均相催化剂，失活速率基本为 0.3%每天，每年失活量为 20kga。铑膦络合催化剂常由于反应过程中产生的各种高沸点产物以及原料中的杂质的存在而失活。铑资源很少，且开采提取都比较困难，催化剂制备复杂而且价格昂贵，因此采用专利 CN 106319202 B 对精馏塔塔釜含铑焦油进行处理，处理后铑收率为 99.5%，将处理后的铑废渣，交由厂家处理。13 / 53长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书三、反应

28、技术及分离技术创新3.1 反应与精馏耦合T0101反应精馏是一种反应和分离耦合在一起的高效强化过程，适合于反应精馏塔的体系需要满足以下 2 个条件：(1)反应为可逆反应，反应物及时离开反应体系，平衡不断向正反应，使反应更加彻底，此外，反应物最好是体系中最重或最轻组分，只有这样，才很容易在塔顶和塔底得到产品；(2)反应体系的物质分离较困难，比如存在共沸或近沸现象，在反应精馏塔中可以显著提高原料的总体转化率和降低生产能耗。醋酸和甲醇酯化反应生产醋酸甲酯方法，完全满足这些条件。因此在醋酸甲酯合成抽提工段，我们选择可反应精馏法。醋酸和甲醇酯化反应生产醋酸甲酯是反应精馏在化工生产中的典型应用，其反应具有

29、以下特点：（1） 液相可逆反应，转化率收到平衡限制。若通过提高反应温度增加反应速率，则逆反应-水解反应速率也加快。（2） 反应体系存在复杂共沸物，难以制备高纯度醋酸甲酯。共沸物如下表：表 3-1 常压下酯化系统共沸物及产物性质相应物质沸点相似，常规精馏难以直接制备纯度大于 95%的醋酸甲酯。（3）需要采用强酸性催化剂（如浓硫酸，对甲苯磺酸等）以提高反应速率。反应精馏可以将反应物与产物分开，打破共沸体系，因此在醋酸甲酯合成抽提工段，我们选择反应精馏法。在填料的装填方式上，我们选择天津大学专利 CN107051368 A，设计的盘式组装的袋装催化精馏填料，其在合成醋酸甲酯过程中，催化剂包选择耐腐蚀

30、材料缝制而成，催化剂包与规整填料片的数量比为 1：1，催化精馏填料中组件 B 采用开窗导流填料，填料片平行叠放于催化剂包之下，并卷曲成型。使用本发明的14 / 53共沸物组成（mol%）共沸点/醋酸甲酯/甲醇82：1853.9醋酸甲酯/水95：556.1醋酸甲酯157.0长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书催化精馏填料与使用普通困扎包式催化精馏填料相比，径向分布均匀，塔内压降降低 12.8%，反应转化率高达 99.8%以上，醋酸甲酯的纯度提高 16%。T0401通过热力学动力学分析，了解到 EDA 裂解生成醋酸乙烯具有以下特点：（1）化学平衡常数小，在反应温度条件下为 10-310

31、-2 数量级，平衡转化率低， 如下表 4-16表 3-2 常压下温度对主反应平衡常数的影响（2）生成醋酸乙烯和醋酸的沸点均低于反应物 EDA 和反应物介质醋酐的沸点，如表 4-17 所示：表 3-3 体系内各物质沸点（3）目的产物醋酸乙烯含有碳碳双键，容易发生聚合反应，反应停留时间宜短。鉴于裂解反应以上的特点，本工段采用的主要设备为反应精馏塔。通过反应精馏，可以把生成的醋酸乙烯移走，促进化学平衡向着生成醋酸乙烯的方向进行，15 / 53组分常压沸点/醋酸乙烯72.5 醋酸117.9 EDA169 醋酐139.6 乙醛20.9 反应精馏/rG/（kJ/mol）平衡常数 130 17.2 0.00

32、59 140 16.0 0.0094 150 14.9 0.0146 160 13.7 0.0223 170 12.5 0.0334 180 11.4 0.0490 长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书从而提高转化率。另外，从抑制聚合反应，副反应的角度上看，采用反应精馏实现 EDA 裂解也是有利的。3.2 萃取与精馏耦合醋酸是一种重要的有机酸，广泛应用于化工、轻纺和医药等工业领域。醋酸、对苯二甲酸和聚乙烯醇等化工原料的生产过程中，都存在醋酸与水的分离，目前生产中通常采用普通精馏和共沸精馏工艺，存在能耗高，成本大的问题，醋酸与水虽不共沸物，但相对挥发度接近一，采用普通精馏需较多的塔板

33、和较大的回流比，采用共沸精馏一般要求醋酸含量较高(大于 80 %)。采用萃取精馏法是节能研究的方向之一。1为处理反应精馏塔塔底流出的醋酸稀溶液（36%），我们对普通精馏塔、共沸精馏与萃取精馏塔进行比较，阅读文献发现共沸精馏主要适用条件为醋酸浓度在 80%以上溶液，因此利用 aspen 软件比较普通精馏与萃取精馏。 图 3-1 萃取精馏流程图 1 韩淑萃,杨金杯.NMP 萃取精馏分离醋酸和水的过程模拟J.广东化工,2012,39(09):177-179. 16 / 53长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书 图 3-2 普通精馏流程图（1）能耗比较表 3-4 萃取精馏与普通精馏能耗比较

34、由 aspen 给出的数据可得，萃取精馏在能耗方面略优于普通精馏。（2）设计任务要求比较途中蓝色流股为废水排放流股，红色流股为进入下一工段的醋酸甲酯成品。表 3-5 设计规定比较由表中数据分析可以得到，进入下一工段的醋酸甲酯纯度上，普通精馏略高于萃取精馏，但萃取精馏获得的醋酸甲酯更加多，有利于产品产量的提升；而在废水处理上，萃取精馏明显优于普通精馏，由于萃取精馏可以将醋酸提纯，减少惰性组分的排放，因此，循环的醋酸甚至可以不用放空就直接输送回反应精馏塔。而且从废水的处理上看，普通精馏塔顶的废水组分中，酸含量（3.5%）较多，不利于后续处理。17 / 53序号设计规定设计要求萃取精馏普通精馏1废水

35、流率 kg/h尽量少656.110493.62醋酸甲酯成品尽量纯98.21%98.27%3醋酸甲酯流率 kg/h尽量多80413.279488.5萃取精馏普通精馏总能耗Gcal/hr98.1598.73热公用工程能耗Gcal/hr48.548.84冷公用工程能耗Gcal/hr49.6549.89长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书从经济上看，萃取精馏一次投资较高，但综合考虑，能耗以及废水处理问题，认为选择萃取精馏更加合适。萃取精馏法分离醋酸和水工艺流程如图 3 所示，包括萃取精馏塔和溶剂回收塔，通过萃取精馏塔实现醋酸与水的分离，塔顶分离出合格的水，塔釜得到萃取剂 NMP 和醋酸的混

36、合物，再进入到溶剂回收塔进行减压分离，塔顶分离出合格的醋酸，塔釜的溶剂返回到萃取精馏塔循环使用。根据相对挥发度的差异，塔顶得到水，塔釜得到醋酸。图 3-3萃取精馏工艺流程图18 / 53长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书四、过程节能技术创新4.1 热集成技术本项目使用了夹点分析和热集成节能技术，运用了 Aspen Energy Analyzer V10 软件，得到适用于本系统的换热网络方案。使厂区内的冷热物流在合理范围内换热，从而达到节省能量的目的，最终获得一个能量较大回用的换热网络，如下图所示：图 4-1 换热网络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，运用热集成

37、前后能耗对比如下：表 4-1 公用工程对比表可以发现节能效果显著，能量回用率较大，加强了生产过程的经济性，能量回收率（节能率）达到 7.66，热集成分析详细参见能量集成及换热网络设计。4.2 热泵精馏在无热泵技术的情况下，组合曲线如下图所示。19 / 53项目冷公用工程/kW热公用工程/kW总计/kW直接公用工程8055677972158528换热网络设计7402872361146389能耗减少量/%10.177.267.66长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书图 4-2 过程组合曲线图（不含节能措施）由图可知，在 90存在平台区且热量较大，该处区域为醋酸甲酯和醋酸甲酯与甲醇共沸物

38、的分离温度，塔顶塔釜温差为 6，且存在较大的相变潜热，因此可以采用热泵技术。同时，通过热泵将气体进行压缩，将功转换成热能，提高了流股能量的品味，使得原来不能换热的流股可以进行换热，从而减少公用工程的用量，达到节能的效果。将醋酸甲酯与共沸物分离塔的塔顶冷凝器和塔釜再沸器取消，直接引出塔顶气相，通过压缩机加压，使得塔顶气相的温度提高一个等级，作为热源至塔釜再沸器换热，放出热量冷凝部分气体，再经节流阀减压降温，得到产品醋酸甲酯后一部分液体回流进行再次分离。而塔釜在换热中已经达到再沸器的复合要求，其结构如图 4-3 所示。图 4-3 开式热泵示意图热泵的节能情况如下表所示：表 4-2 热泵节能前后情况

39、对比20 / 53项目无热泵技术热泵技术长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书由上表可知，考虑到压缩机做功和冷却器能耗，热泵技术比无热泵技术节能12950.59kW。节能幅度高达 84.41%。节省了冷耗 93.45%，节省热耗 100%。4.3 副产低压蒸汽的利用在第三工段的反应器中，由于进行醋酸甲酯氢甲酰化反应反应，因此会放出能量品味很高的热量（温度超过 159）因此可以作为同工段 T0301 和 T0302 塔釜再沸器的能量来源（塔釜温度在 100150）,而且反应器放热量 20119.51kW 高于两者再沸器能耗（19328.77kW），因此可以将反应器移热产生的能量并入低压

40、蒸汽管道，作为其再沸器的热源，参与能量的循环利用。21 / 53塔顶冷凝消耗（kW)6929.04454.49塔釜再沸消耗（kW）8413.270压缩机功率（kW）01937.23总能耗（kW）15342.312391.72长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书五、新型过程设备创新5.1 多级环流反应器环流反应器是以鼓泡塔为基础设计改造的多相流反应器，可以应用于气液、气液固、气液液等场合。与搅拌反应器利用搅拌等方法不同，环流反应器以气体输送和导流设备为基础，使内外套筒产生密度差，进而形成动力产生循环流动。环流反应器结构简单、混合效果好、能耗低、传质性能好、剪切力较小，非常适合较低剪切

41、力的生物化工等场合。由于环流反应器的优势明显，目前很多科研工作者对其展开了许多研究，其在生物化工、能源化工、环境工程等方面都得到了广泛的应用。按照流体结构通道的不同，环流反应器可以分为内循环式和外循环式两种形式具体结构如图图 5-1 不同结构气升式环流反应器示意图根据流体产生的动力来源不同，环流反应器又可以分为气升式、喷射式、压差式和搅拌式。气体通入导流筒，管内外的气体密度不同，产生密度差形成液体环流运动。根据反应器的结构可分为单级和多级环流反应器。多级环流反应器从单级环流反应器的结构发展而来，将导流筒分段形成多级流动形式。多级环流反应器又可分为立式和卧式多级环流反应器，具体结构如图22 /

42、53长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书图 5-2 不同结构多级环流反应器示意图气升式环流反应器主要由上升段、下降段、反应器底部与气液分离区构成。不同的区域内气液流动的流体力学和传质性能是不同的。反应器的底部受到气体分布器和刚进入的气泡影响明显，其特征也存在一定的不稳定性。气泡经过分布器进入上升段，通过浮力和液体的携带从底部上升到反应器的顶部，其中大部分气泡经由气液分离区从顶部溢出，一部分气泡由液相携带进入下降段。动力来自上升段和下降段的密度差，当表观气速较大时，密度差较大，此时进入下降段的气泡可被携带再次进入上升段。进而形成了完整的气液循环流动。上升段气含率较高，湍动较剧烈，下降

43、段气含率较低，液相湍动较低，传质性能较低，气液的主要传质发生在上升段。多级环流反应器由于上升段分段，气泡更容易进入下降段，传质性能高于普通单级环流反应器。23 / 53长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书图 5-3 气泡循环示意图5.2 新型方便检修油过滤器的活塞式压缩机专利选择大全新能源股份活塞式压缩机CN201821414449 .2，方便检修油过滤器的活塞式压缩机。该压缩机主要包括曲轴箱、油过滤器、切断阀。曲轴箱用于密封曲轴，并且存储润滑油，曲轴箱具有出油管，用于排出润滑油；油过滤器设置在曲轴箱的外部，用于排出润滑油；切断阀的一端固定连接于出油管，另一端可拆卸连接在油过滤器上

44、，用于打开或关闭出油管。当油过滤器需要检修或者更换时，关闭切断阀，使曲轴箱内的润滑油停留在曲轴箱内，再将油过滤器取下或者更换节课，相对于现有技术，当油过滤器出现故障或者需要进行检修时，需要先将曲轴箱内的润滑油排放干净，然后再对油过滤器进行检修，检修完毕后，重新将润滑油加入曲轴箱内，再加入排放和重新加入润滑油的过程中，容易对润滑油造成污染，或者导致润滑油泄露，当润滑油被污染后，需要更换新的润滑油，不仅增加了对油过滤器的检修时间，还会造成不必要的经济损失，通过将油过滤器设置在曲轴箱的外部，在出油管上设置切断阀，从而达到快速清洗或者更换油过滤器的技术效果，不仅节24 / 53长城能源年产 10 万吨

45、醋酸乙烯项目创新性说明书省了更换油过滤器的时间，同时还保证了润滑油的质量，降低了企业的生产成本。1-曲轴箱；11-箱体；12-箱盖；13-进油管；2-油过滤器；3-切断阀；4-出油管；51-第一阀芯；52-第二阀芯；53-第一通道；54-第二通道；55-止回阀图 5-4 新型降噪压缩机5.3 新型非接触式输送泵专利选择陕西科技大学一种非接触式输送泵CN201810687754.7，该非接触式输送泵是由泵壳、磁力传动器、电机等部分组成。关键部件磁力传动器由外磁体组件、内磁体组件、耐腐隔离罩组成。起主要输送工作的是内磁体组件，通过外磁体组件的磁力耦合作用来实现非接触式的转动工作，极大地减少了腐蚀性

46、介质与泵其他部分接触造成腐蚀。与腐蚀性介质相接触的耐腐蚀内壳、耐腐隔离罩和内磁体组件均采用耐腐材料制成，避免泵内过流部分被耐腐蚀介质腐蚀。内磁体组件和叶轮通过轴承在固定不动的泵轴上转动，将动密封转化为静密封，从而省略了动态轴密封这种高难度结构设计。由于泵轴、内磁体组件、耐腐隔离罩完全封闭，从而彻底解决了“跑、冒、滴、漏”问题，消除了炼油化工行业易燃、易爆、有害介质通过泵密封泄漏的安全隐患，有力地保证了职工的身心健康和安全生产。25 / 53长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书该泵的过流部件全部采用聚偏乙烯和聚四氟乙烯氧化铝陶瓷灯材料制成，非常适用于输送酸性腐蚀性介质。轴承采用了有自

47、润滑性的石墨轴承设计，而且泵轴采用氧化铝陶瓷材料，改材料具有硬度高、自润滑性、耐高温性等特点，从而在使用过程中实现自润滑，不需要加润滑油，并且可以用泵轴能与工作介质直接接触，实现利用工作介质降温。1-托架；2-外磁体组件；3-内磁体组件；4-叶轮；5-泵轴；6-泵壳；7-连接法兰；8-内壳；9-轴承；10-吊环；11-耐腐隔离罩；12-驱动装置；13-排泄盖图 5-5 新型非接触输送泵5.4 新型拼接式丝网除沫器专利选择武汉齐达康能源装备一种拼接式丝网除沫器CN201821431618 .3，该丝网除沫器主要是由滑环、卡接板、铁网、固定环纵杆、卡接块组成。滑环上设有安装孔，滑环的内腔呈上下对称

48、固定设有卡接板，卡接板上固定设有固定孔，卡接板与卡接块卡接，卡接板和卡接块之间通过纵杆连接，卡接板和卡接块中最外侧的卡接板和卡接块分别通过纵杆与滑环固定连接，滑环的内腔设有铁网，铁网通过卡接板隔开，滑环的内腔滑动设有固定环。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本丝网除沫器将固定环和滑26 / 53长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书环设置为由多组拼接块拼接而成，且固定环拼接块和滑环拼接块通过螺栓固定，通过卡接板与卡接块卡接，再用螺栓固定，通过卡接板与卡接块卡接，再用螺栓固定，将多组固定环拼接块和滑环拼接块拼接成一个圆，由于滑环和固定环滑动卡接，可转动滑环使得多组滑环拼接块开始转

49、动，当多组滑环拼接块分别位于合适位置时，再利用取下的螺栓将滑环和固定环固定即可，可拆卸拼接，便于运输和搬运。27 / 53长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书图 5-6新型拼接式丝网除沫器5.5 新型螺旋折流板换热器管壳式换热器具有制造简单、结构坚固、运行工况适应性强等优点。壳侧的折流板用于支撑换热管，控制流动分布，对换热器的流动和传热强化由显著影响。弓形折流板换热器具有压降高、流动死区大、易泄露、易结垢、高速流动诱导振动等缺点，对换热器的流动和传热性能有不利影响。螺旋流换热器被认为最有可能是弓形折流板换热器的替代品。孟芳2针对三角形泄露区，提出了一种新型螺旋流折流板结构，使壳程流

50、体接近连续螺旋状流动，强化传热过程。新型螺旋流折流板是在双螺旋的基础上增加了一组菱形折流板，菱形折流板的位置垂直于壳体的横截面，相邻两块菱形折流板相互垂直，相间的菱形折流板相互平行。不同形式换热器的结构参数如表 2。 2孟芳.一种新型的螺旋折流板换热器J.山东化工,2019,48(08):150-152+154. 28 / 53长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书图 5-7 单螺旋与新型螺旋结构的布置方式（=30）表 5-1 单螺旋与新型螺旋换热器的结构参数图 5-8 换热器压降、传热系数、单位压降传热系数随流量变化曲线29 / 53长城能源年产 10 万吨醋酸乙烯项目创新性说明书螺旋角为 10-30时，单螺旋折流板换热器和新型螺旋折流板换热器的传热系数、压降、综合性能随流量的变化曲线。从图中可以看出：换热器壳程传热系数、压降均随流量的增加而增加，随螺旋角度的增加而减小；综合性能随流量的增加而减小，随螺旋角度的增加而增加。新型螺旋折流板换热器的传热系数高于单螺旋折流板换热器的传热系数；新型螺旋折流板换热器的压降均高于单螺旋折流板换热器的压降，且压降的增加幅度随螺旋角的增大而减小。当螺旋角增大到 30时，