年产35万吨乙二醇项目项目总结.docx

XX石化年产35万吨乙二醇项目XX石化年产35万吨乙二醇项目 项目总结2015年7月目 录1 项目简介12 工艺设计22.1流程简述22.2工艺特点42.2.1 催化水合与反应精馏耦合工艺42.2.2 选用YS-8810高选择性催化剂52.2.3 中间冷却器的使用52.2.4 热泵技术的应用52.2.5 变压吸附回收乙烯52.2.6 三效蒸发浓缩乙二醇溶液52.2.7 革除二甘醇精制塔63 资源消耗64 节能减耗75 环境保护86 安全与控制107 厂区布置118 经济分析119 总结12II1 项目简介乙二醇是一种重要的有机化工原料，广泛应用于聚酯纤维、塑料、防冻液、精细化学品、纳米粒子制备等领域。随着国内聚酯行业快速发展，对乙二醇的需求也逐年俱增。但国内乙二醇产能有限，2014年乙二醇进口依存度达到67%，是对外依存度最高的大宗化学品。因此，投资生产乙二醇具有显著的经济效益和战略意义。本项目的目标是为一家化工综合企业设计一座乙二醇分厂，目前世界上生产乙二醇的原料主要有石油法（乙烯路线）和煤化工法（合成气路线），通过比较后发现，乙烯路线未列入产业结构调整指导目录（2011年本）（修正）中的限制类或淘汰类，并且在生产能力、三废排放、产品质量方面更占优势，具有较大的利润空间，其可以有效填补国内乙二醇市场空缺，减轻乙二醇对外依存度。 因此，本项目选择乙烯作为合成乙二醇的原料。鉴于国内乙二醇产量难以满足聚酯行业对乙二醇的需求，特别是在东部经济发达省份，而国家鼓励发展30万吨/年以上的乙二醇项目,因此，结合各乙二醇工厂特点，本项目研究决定，将乙二醇产量定位35万吨/年，并以全国石化龙头企业之一的中国石化XX石油化工有限公司为母厂，南京化学工业园区为厂址，建设一座使用低耗、高效、安全、清洁生产工艺的乙二醇分厂。依据绿色工艺的要求，贯彻节能减排、提高经济效益的原则，同时参照国内外乙二醇合成的工艺路线，对工艺原料、工艺模块均进行了创新设计，并在此基础上进行了工段集成，对各工段进行工艺比选，条件优化，全流程模拟，能量匹配。 本项目突出作为母厂子系统中转站的地位，纵观整套乙二醇生产系统由总厂供应原料乙烯、氧气，致稳气甲烷，年产35万吨乙二醇通过销售给园区内的斯泰潘（南京）化学有限公司和南京佰亿达化纤实业有限公司用于聚酯及化纤产品的生产；副产的二甘醇利用或者销售；产生的二氧化碳送至XX石化芳烃厂作为合成气生产原料，将系统产生的废水输回总厂三废处理中心统一处理，形成与总厂的物料大集成。图1.1 物料集成图2 工艺设计2.1流程简述本项目是以乙烯为原料，经氧气氧化生成环氧乙烷，利用催化水合与反应精馏耦合工艺使环氧乙烷水合生成乙二醇的新型乙二醇生产工艺。该工艺主要分为以下四个工段：环氧乙烷合成工段、循环气处理工段、乙二醇合成工段和乙二醇提纯工段。 图1.2 工段集成图图1.3 工艺流程方框图具体工艺流程如下：在环氧乙烷合成工段中，乙烯、甲烷和循环气和氧气混合后构成反应气在乙烯氧化反应器中，催化氧化生成环氧乙烷，环氧乙烷经吸收解吸再吸收三步从反应体系中分离，并以水溶液的形式进入乙二醇合成工段，而剩余气体进入循环气处理工段。在循环气处理工段中，由环氧乙烷吸收塔塔顶出来的贫环氧乙烷循环气分成三股，一股（57vol%）压缩后循环回乙烯氧化工段，另一股(0.2vol%)通过变压吸附装置回收乙烯，除去氩气等气体。回收的乙烯循环回乙烯氧化单元。剩余气体（42.8vol%）进入热碳酸钾脱碳单元，在二氧化碳吸收塔中，碳酸钾与二氧化碳反应生成碳酸氢钾以完成脱碳，在再生塔中碳酸氢钾受热分解为碳酸钾和二氧化碳以完成二氧化碳的释放和碳酸钾的再生，脱碳后的气体循环回乙烯氧化单元，二氧化碳至总厂进行再加工，其余废水废气去三废处理。乙二醇合成工段采用催化水合与反应精馏耦合工艺进行乙二醇生产，即来自环氧乙烷再吸收塔塔底的环氧乙烷溶液与去离子水混合形成水合比为10：1的溶液进入催化水合反应器进行反应，反应器中环氧乙烷的转化率为77.5%，反应器出口物料进入反应精馏塔再进行反应，最终环氧乙烷转化率达到99.99%，乙二醇选择性达到96.14%。反应精馏塔塔顶蒸汽可作为后续脱水塔蒸汽源，塔底得到的乙二醇溶液进入乙二醇提纯工段。乙二醇提纯工段分为三效蒸发单元和乙二醇精制单元，由反应精馏塔塔底出来的乙二醇溶液进入三效蒸发单元进行蒸发浓缩，第一效脱水塔所需蒸汽来自于反应精馏塔，后续脱水塔所需蒸汽依次来源于前一效脱水塔。最终从第三效脱水塔得到80wt%的乙二醇浓缩液，蒸发出的水集中后再处理。乙二醇浓缩液进入乙二醇精制单元中的乙二醇干燥塔脱净水分，干燥塔塔底得到粗乙二醇进入乙二醇精制塔，在精制塔塔顶得到35万吨/年规模的乙二醇，塔底得到二甘醇。2.2工艺特点2.2.1 催化水合与反应精馏耦合工艺该工艺针对现有催化水合反应器、催化剂使用量过大的现象，设计了新型双塔切换型逐段外移热式绝热固定床反应器，有效解决了这一问题，而针对新型反应器中转化后23%的环氧乙烷时催化剂的催化效率不高的问题，利用反应精馏技术，将这部分环氧乙烷溶液进行反应精馏，在保证乙二醇选择性较传统催化水合工艺基本不变的前提下，环氧乙烷转化率达到设计要求，同时催化剂使用量大大降低。该工艺相对与传统催化水合工艺，减少了催化剂的使用量，提高了催化效率，而相对于目前工业上的直接水合工艺，则减小了水合比，大大提高了乙二醇选择性，减少了分离能耗，具有显著的经济效益。2.2.2 选用YS-8810高选择性催化剂YS-8810是我国自行开发的高选择性银催化剂，相对传统的高活性和中选择性催化剂，该催化剂降低了反应温度，提高了环氧乙烷选择性，从而减小乙烯单耗，相对国外同类催化剂，该催化剂的各项指标均与之持平甚至优于，而价格更为优廉。因此，选择YS-8810催化剂具有良好的经济效益。2.2.3 中间冷却器的使用在环氧乙烷吸收塔中设置了中间冷却器，可以有效减少吸收剂的用量，降低吸收塔操作温度，增强环氧乙烷的吸收效果，同时减少了环氧乙烷再吸收塔的能耗。2.2.4 热泵技术的应用在二氧化碳解吸塔中，碳酸氢钾受热分解为碳酸钾、二氧化碳和水，该塔塔顶塔底温差较小，且塔顶蒸汽量较大，有较高的热能回收价值，因此，采用塔顶蒸汽压缩式热泵技术，提高塔顶蒸汽品味，从而为塔底再沸器提供热源，该技术有效节省了能耗，具有良好的节能效果。2.2.5 变压吸附回收乙烯驰放气中仍有数量相当的乙烯，若直接排放，造成了资源浪费，环境污染的问题，因此，本项目利用变压吸附技术对驰放气中的乙烯进行了回收，从而提高了原料的利用率，减少了成本。2.2.6 三效蒸发浓缩乙二醇溶液由于催化水合与反应精馏新工艺大大减少了水合比，因此在浓缩乙二醇溶液时不需要使用工业上直接水合工艺的五效甚至七效蒸发，使用三效蒸发即可将乙二醇浓缩至工艺要求，因而大大精简了流程，节省了设备投资。2.2.7 革除二甘醇精制塔本项目中，得益于催化水合与反应精馏新工艺的乙二醇高选择性，使得副产物三甘醇含量非常少，若像传统工艺中设置二甘醇精制塔在经济上并不可行，因此本项目革除了二甘醇精制塔，简化了流程，节省了设备投资。3 资源消耗 本项目对工艺中各能耗单位进行计算统计，得出原辅料消耗表和公用工程表消耗表，具体如表3.1和3.2所示:表3.1 原辅料需求与主要来源表名称用量（吨/年） 规格来源运输方式备注乙烯19400099.95vol%中石化XX石油化工有限公司惠生（南京）清洁能源有限公司管道运输已由总厂进行脱硫脱炔处理甲烷485096vol%中石化XX石油化工有限公司管道运输已由总厂进行脱硫脱炔处理氧气17780099.5vol%XX石化比欧西气体公司管道运输水915900工艺软水中石化XX石油化工有限公司管道运输碳酸钾700099.5wt%南京南试化学试剂有限公司公路运输银催化剂50.88YS-8810外购公路运输水合催化剂25.5树脂催化剂外购公路运输二氯乙烷499.9vol%江苏丹化集团有限责任公司公路运输表3.2 公用工程消耗表物料数量单位来源备注120低压蒸汽21.17万吨/年XX石化有限公司热电厂连续使用170低压蒸汽23.10万吨/年XX石化有限公司热电厂连续使用223中压蒸汽-35.83万吨/年外送连续生产250中压蒸汽40.28万吨/年XX石化有限公司热电厂连续使用电耗14115万度/年XX石化有限公司热电厂连续使用冷冻水1100万吨/年自制连续使用循环冷却水11800万吨/年自制连续使用工艺水91.59万吨/年XX石油化工有限责任公司水厂连续使用4 节能减耗本项目使用了夹点技术、中间冷却器、热泵技术、三效蒸发等多种节能措施对工艺进行节能优化。各项节能措施效果如下表所示，表4.1 节能效果表节能技术描述节能效果夹点技术利用Aspen Energy Analyzer对全厂换热网络进行优化热公用工程减少32.4%，冷公用工程减少21.7%，节省投资1722.82万元/年中间冷却器在环氧乙烷吸收塔中设置中间冷却器减小吸收剂用量，减轻解吸塔再沸器负荷。节约用水量12.3%，节约能耗14.6%热泵技术对碱液再生塔塔顶蒸汽压缩后提高蒸汽品位作为再沸器热源节约能耗31.9%，节省费用437.4万元/年三效蒸发对乙二醇溶液进行蒸发浓缩较双效蒸发节约能耗41.8%，节能投资2066.52万元/年对全厂各能耗分析，得到本项目的能耗计算表：表4.2 能耗消耗表项目 数 量换算值数值电14115万度/年0.328kg标煤/度4.63万吨标煤/年120低压蒸汽21.17万吨/年0.1286kg标煤/kg2.72万吨标煤/年170低压蒸汽23.10万吨/年0.1286kg标煤/kg3.00万吨标煤/年250中压蒸汽40.28万吨/年0.1306kg标煤/kg5.26万吨标煤/年223中压蒸汽-35.83万吨/年0.1306kg标煤/kg-4.68万吨标煤/年项目年综合能耗10.93万吨标煤万元产值能耗481.5千克标煤乙二醇年产量35万吨乙二醇年产值227000万元每吨乙二醇综合能耗312.2千克标煤5 环境保护本项目对废水废气废渣进行分析，并提出相应的处理方案，具体见表：表5.1 废气一览表序号来源排放量104 m3/年主要污染物处理方式1变压吸附装置S401932.688甲烷、乙烯、氢气、乙烷送余热锅炉焚烧2再生塔除气罐 FL30144.656甲烷、乙烯送余热锅炉焚烧3反应精馏除气罐 FL5010.848环氧乙烷化学吸收4二氧化碳冷凝罐 FL3021846.417二氧化碳送至XX石化芳烃厂合成气装置做生产原料表5.2 废水一览表序号来源排放量104 m3/年主要污染物处理方式1除水罐FL3038.864环氧乙烷、乙烯，甲烷等少量气体溶质杂质较少，在厂内处理后作为工艺循环水使用。2洗涤液T30121.7683二氧化碳冷凝罐 FL30223.072环氧乙烷、二氧化碳等少量气体溶质4冷凝器H50620.48乙二醇、二甘醇、环氧乙烷送至总厂污水处理中心集中处理。5冷凝器H50732.4086冷凝器H50434.9287冷凝器H5057.664表5.3 废渣一览表序号类型排放量处理方式1废活性炭（t/5a）12.42送有资质的固废承包商进行焚烧处理2废催化剂（t/3a）211.5厂家回收3废交换树脂（t/5a）2.34送有资质的固废承包商进行填埋处理本工艺采用先进的催化水合与反应精馏耦合工艺使得三废量较现有工艺大幅减少。其中，本项目产生的二氧化碳送至XX石化芳烃厂合成气装置用以生产合成气，其余含有较多甲烷的废气去余热锅炉燃烧回收热能；对于杂质较少的废水，在厂内处理后作为工艺循环水使用，杂质较多的废水则送至总厂污水处理站；废渣主要来源于失效的催化剂，离子交换树脂和废活性炭。本项目为了节约处理费用，将联系原催化剂厂家及离子交换树脂厂家，将废物回收，对于废活性炭交给有资质的危险废物处理单位统一处理。6 安全与控制在本系统中存在的主要危险物质是乙烯、环氧乙烷、甲烷、乙二醇、二甘醇。具体如表1.4所示，对此，本项目对生产工艺进行改进，采用了氧气专用混合罐，选用甲烷作为致稳剂，保持环氧乙烷以水溶液形式存在，控制各工段易燃易爆物质浓度在爆炸极限之外，从本质上保证安全生产。同时，本项目配置可靠、先进的控制系统，从外部保障工厂的安全连续生产。表6.1 主要危险物质一览表物质名称分子量熔点（）沸点（）闪点（）引燃温度（）爆炸极限V%建规火险分级毒性乙烯28.06-169-104-1004252.74-36.95甲环氧乙烷44.052-112.210.8-294293-100甲高度乙二醇62.068-12.6197.3111.14183.2-15.3丙A中度二甘醇106.11-10245143351.9丙轻度甲烷16.04276-182.5-161.5-1885385.0-15.4甲类中度控制方面，本项目中物料品种繁多，含氧气、易燃、易爆、腐烛性介质，且存在高温、低温、高压工况，对自动控制系统的可靠性、安全性要求相当高。故应配置可靠、先进的控制系统以满足上述要求，以保障工厂的安全连续生产。如原料配比控制方案中用到了双闭环比值控制系统及前馈-反馈控制系统，在能量集成控制方案中用到了分流调节控制，在预分离塔塔釜控制方案中用到了串级均匀控制系统等等。此外，本项目还对各个设备进行了危险和操作性分析（HAZOP），以保证工艺安全性。7 厂区布置本项目以聚合级乙烯和工业级氧气为原料，采用环氧乙烷催化水合与反应精馏耦合工艺年产35万吨/年聚合级乙二醇，副产1.29万吨/年一级品二甘醇。综合对比原料来源，优先考虑较发达地区靠近产品市场或总厂有自我消化能力的厂址。经过对比选择，中石化XX石油化工有限公司符合选址条件。本项目针对总厂内部预留空地进行扩建，总图设计时充分考虑与总厂原有布局的协调统一。合理确定安全防火间距，优化管廊排布，充分保证了安全生产、人车分离、节约用地、合理绿化等要求。本团队应用Google Sketchup、Navisworks、PDMS等三维软件进行了三维仿真模拟、5D车间模拟。图7.1 三维厂区45度全厂俯瞰图8 经济分析 对本项目进行经济计算后，得到如下表所示数据：表8.1 投资估算表序号项目名称估算价值/万元占投资的比例%工程建设总投资85677.11100.00一建设投资（一）固定资产投资1工程费用1.1设备购置费1.1.1主要设备价格23229.621.1.2生产工具及生产家具购置费46.461.1.3备品备件购置费139.381.1.4设备内部填充购置费696.891.1.5设备运杂费1393.781.1.6电气设备费用2787.551.1.7自控设备费用11614.811.2安装工程费11894.551.3建筑工程费1.3.1直接费用4722.41.3.2间接费用377.791.3.3税金168.31工程费用小计57071.5466.612其他费用2.1压力容器检验费139.382.2工程保险费4702.3劳动安全卫生评价费5其他费用小计659.380.77固定资产投资总计57730.9167.38（二）无形资产费用1土地使用费1780.72技术转让费300无形资产费用小计2080.72.43（三）递延资产费用1建设单位管理费2853.582生产准备费2563联合试转费1141.434城市基础设施配套费717.265研究实验费1800递延资产费用小计6768.267.90（四）预备费1基本预备费6657.992涨价预备费2886.55预备费小计9544.5311.14二流动资金6927.718.09三建设期利息26253.06表8.2 生产总成本估算表序号项目投产期生产期合计第3年第4年57812生产负荷(%）60801001001直接材料费79661.28106215.04132768.8132768.81248026.722直接燃料及动力费21410.228546.935683.635683.6335425.93工资福利费1721.41721.41721.41721.4172144其他费用1731.931731.931731.931731.9317319.35财务费2925292529252925292506折旧费2463.182463.182463.182463.1824631.87摊销费737.41737.41737.41737.417374.18管理费461.2461.2461.2461.246129销售费3130.723130.723130.723130.7231307.210利息支出26252625262526252625011总成本费用128515.73155069.49181623.25181623.251736571.22(3+4+12)其中：1.可变成本101071.48134761.94168452.4168452.41583452.622.固定成本27444.2520307.5513170.813170.8153118.212经营成本122690.14149243.9175797.61175797.611678314.92表8.3 经济效益分析表（万元）序号项目建设期生产期1 23 4 578121 销售收入0.0 186843.20 250457.60 313072.00 313072.00 生产总成本0.0 128515.73 155069.49 181623.25 181623.25 税金及附加0.0 5830.50 11032.40 16074.50 16074.50 2 利润总额0.0 52496.97 84355.71 115374.25 115374.25 所得税0.0 7874.55 12653.36 17306.14 17306.14 3 净利润0.0 44622.42 71702.35 98068.11 98068.11 9 总结 在本套乙二醇生产工艺系统中，我们从资源可靠性、技术可行性、经济合理性和环保等各方面综合考虑，对工艺模块进行了设计与集成，在产品方案、反应器设计、分离技术、自动控制及节能减排等方面进行了创新，最终实现了年产35万吨/年乙二醇的目标。16