年产100万吨对二甲苯项目创新性说明.docx

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1、目录1. 工艺方案创新11.1 异构化C8非芳烃流程优化技术11.2 结晶分离与吸附分离耦合法组合工艺12. 产品结构方案创新33. 分离技术创新与节能降耗技术创新33.1分壁式精馏塔（DWC）的应用33.2高品位热量的利用53.3低品位热量的利用53.4热高分技术53.5中间冷凝技术64. 利用低温热发电技术75. 环境保护技术创新85.1 废水85.2 废气95.3 固体废弃物116. 新型过程设备的应用116.1 采用高通量管116.2 采用高效塔盘126.3 选用高效复合型管式空冷器136.4 加热炉对低温热能的综合利用147. 采用高效催化剂15XX石化集团XXX石化100万吨/年对

2、二甲苯项目创新性说明1. 工艺方案创新1.1 异构化C8非芳烃流程优化技术对于异构型催化剂的对二甲苯装置，乙苯异构反应过程需要C8环烷“塔桥”，异构化反应产物中的C8非芳烃（主要是C8环烷）需要循环回异构化反应进料。为了实现C8非芳烃的循环，常用技术是：C8非芳烃随脱庚烷塔底C8+芳烃一起送至二甲苯分馏单元的二甲苯塔，随塔顶流出物进入吸附分离单元，然后随抽余液一起循环回异构化反应，即C8非芳烃在二甲苯分馏、吸附分离和异构化三个单元中“大循环”。“大循环”会使循环回路中各设备负荷加大、各单元规模增加，同时，使吸附进料中PX的浓度降低，吸附剂的吸附能力下降，装置效率下降。异构化C8非芳烃流程优化技

3、术的核心内容是：在异构化单元内设置循环塔，将异构化产物中的C8非芳烃分离出来直接返回异构化进料，实现C8非芳烃“小循环”。改变脱庚烷塔功能，C8非芳烃从脱庚烷塔顶随庚烷以下组分一起分离出来，进入循环塔进一步分离，从循环塔底液分离出C8非芳烃直接循环回异构化反应。1.2 结晶分离与吸附分离耦合法组合工艺吸附结晶耦合法组合工艺的工艺流程如图1.1所示。首先利用吸附单元对低PX含量的C8芳烃原料进行提浓，得到高PX含量的C8芳烃原料；然后将这部分高PX含量的C8芳烃原料送入结晶单元以获得高纯度PX 产品；结晶单元的结晶母液再返回到吸附单元继续进行提浓，而吸附单元的抽余液经异构化单元处理后重新得到接近

4、热力学平衡组成的低PX含量的C8芳烃原料。图1.1结晶分离与吸附分离耦合法组合工艺耦合法组合工艺的特点是只通过结晶分离工艺生产PX产品，由于结晶分离法具有产品纯度高的优点，因此该组合工艺为PX质量的稳定控制提供了更大的弹性操作范围。相对于常规的结晶分离工艺，耦合法组合工艺实际上是利用吸附分离过程代替了其中操作温度最低的深冷结晶过程。在分离低PX含量C8芳烃原料时，单独采用结晶分离工艺需要在-62-68左右的深冷温度下进行结晶操作，此时PX晶体生长缓慢，为细长的单斜针状，在进行固液分离时所得滤饼含湿量高，只能得到纯度为85%90%的粗PX晶体，不能作为产品采出，这部分滤饼通常是熔化后作为高温结晶

5、过程( -200)的原料。而在耦合法组合工艺中，结晶单元取消了在-62-68左右的深冷结晶过程，直接用吸附单元来对低PX含量的C8芳烃原料进行提浓，为结晶过程提供适宜的高PX含量C8芳烃原料。吸附分离比深冷结晶过程的提浓效率更高、不受低共熔点的限制，而且能耗也更低。耦合法组合工艺中吸附单元只负责为结晶单元提供高PX含量C8芳烃原料，不需要生产高纯度的PX产品，这显著降低了吸附分离过程提纯区的要求，吸附剂用量可以大幅减少，吸附分离各功能区域的床层数及其分配也可进行优化和简化，从而节约投资、降低生产成本。 此外，从生产过程的能耗看，为保证PX产品纯度，单独的吸附分离过程对进料中C9+芳烃含量的要求

6、很严格，一般要求不大于500g/g，因此二甲苯分馏塔的操作能耗较高；而在耦合法组合工艺中，吸附单元产出的高PX含量C8芳烃中含有的C9+芳烃，对结晶单元产品纯度的影响很小，因此，耦合法组合工艺对于二甲苯分馏塔的分离要求会显著降低，这是组合工艺降低PX回路总能耗的主要原因。2. 产品结构方案创新对二甲苯是石化工业的基本有机原料之一，用它可生产精对苯二甲酸（PTA）或对苯二甲酸二甲酯（DMT），PTA或DMT再和乙二醇反应生成聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），即聚酯。从全球来看，对二甲苯在市场上供不应求，但是近年来由于一些产业冲突，导致对二甲苯的价格略有波动，本项目采取产品结构多样化的形式进行生产，

7、除生产主要产物对二甲苯之外，本项目还联产邻二甲苯、苯、重芳烃、非芳烃等。高纯度对二甲苯可去下游工序用于生产对苯二甲酸，进而生产对苯二甲酸乙二醇酯、丁二醇酯等聚酯树脂，亦可作涂料、染料和农药等的原料。邻二甲苯可生产苯酐、染料、杀虫剂，故以对二甲苯和邻二甲苯为主体构成的产品结构方案绿色环保，价值可观。市场可调，经济可行。3. 分离技术创新与节能降耗技术创新3.1分壁式精馏塔（DWC）的应用工业应用精馏法大多采用常规精馏模型。利用分壁式精馏塔 （Divided Wall Column）能够实现塔内热量集成，最终起到节能降耗的作用。较之于常规精馏模型，分壁式精馏少用一个精馏塔，在一个塔内完成精馏的任务

8、，降低了设备投资。歧化及烷基转移工段常规精馏流程需要两个塔（苯塔、甲苯塔），设备费和能耗很高，于是我们采用分壁式精馏。分壁式精馏塔实际上相当于一个热耦合精馏塔，它将常规工艺中的两个塔精简为一个塔，同时省去了一个精馏塔，其结构图如图3. 1所示：图3.1 分壁式精馏塔模型模拟结果显示，采用分壁式精馏后，达到同样的产品纯度要求，分壁式精馏节约了一个精馏塔。一共减少能量消耗16942.67kW，节能22.25%。对比结果如表3.1所示：表3.1 对比结果两塔分离分壁塔苯塔甲苯塔工艺参数 理论板数624470回流比10412.3操作压力减压减压常压进料位置222350苯出料位置塔顶/塔顶甲苯出料位置/

9、塔顶30汽相分配比/0.71液相分配比/0.78能耗指标 冷凝器热负荷/（kW）-17742.92-19372.20-27716.06再凝器热负荷/（kW）18494.0319507.7230458.14总热负荷/（kW）75116.8758174.20节约能耗/%22.55产品指标 苯纯度/%99.9099.91甲苯纯度/%99.9099.903.2高品位热量的利用精馏过程中塔顶高温气体如果用循环冷却水冷却，需要量很大，很不经济。为了回收这部分潜热，我们设计了以下流程。图3.2 高品位热量的利用如图所示，我们将塔顶的高温物流通过蒸发器，将饱和水变为饱和蒸汽。模拟结果显示，该过程每小时能够产生

10、135.11吨的低压蒸汽。3.3低品位热量的利用来自二甲苯塔、抽余液塔、抽出液塔塔顶的低品位热量每小时可产生1300t的70热水，这些热水无偿供全厂及周围居民的冬季供暖以及平日热水使用。3.4热高分技术歧化单元采用热高分技术以节能。图3.3 热高分技术歧化单元采用热高分技术后，汽提塔进料温度提高了83，相当于汽提塔塔底热负荷减少14.06MW，空冷器耗电减少0.24MW，循环氢压机功率仅增加0.13MW，合计节能14.17MW。对比结果如表3.2所示：表3.2 对比结果项目热高分冷高分热高分节能/MW分馏塔进料温度/1234014.06空冷器热负荷/MW21.6736.57空冷器耗电量/MW0

11、.300.540.24压缩机功率/MW0.990.86-0.13合计14.173.5中间冷凝技术本工艺T0502轻烃塔塔顶温度为87.9，塔釜温度为167.2，整个塔温差很大。因此采用中间冷凝技术。在适当位置上设置中间冷凝器，可使全塔气、液相负荷均匀，从而缩小塔径，减少设备投资。将最优工况与原工况进行热力学分析，其结果如图3.4所示：图3.4 有效能损失对比图通过对比发现最优工况的有效能损失大大减少。再利用Aspen Plus对基本工况和最优工况进行流程模拟，如图3.5所示：图3.5 中间冷凝模拟对比发现采用中间冷凝技术每小时可节省30.11吨高品质冷耗。4. 利用低温热发电技术芳烃联合装置流

12、程长，循环物料多，分离过程多，分馏塔也多，塔顶冷凝低温热多，大部分的低温热由于温位较低，一般在90150，难以在装置内部得到利用，只能是采用空冷及水冷来进行冷却。由于低温热源温位低，客观上存在着回收技术难度大、经济效益不高等问题。芳烃装置是高耗能装置，低温热得不到有效利用是重要的原因之一。目前采用的常规办法是配合工厂的低温热利用整体规划，采用除盐水或除氧水作为循环热媒回收利用装置低温热量，用作热水伴热、罐区维温、生活用热等方面，这些方法只能回收一部分低温热，并且其利用率随季节变化而变化。因此，开发技术上稳定可行、经济上合理有效的低温热利用技术，是降低芳烃联合装置能耗的一个重要手段。利用低温热发

13、电是一种重要的能量回收形式，可以将低温热能直接转化成电能。在大量低温热过剩，难以找到合适的回收渠道时，利用低温热发电是一种有效途径。近年来，芳烃联合装置中分馏塔顶低温热发电技术逐渐开始其工业化应用。根据低温热源温位的高低，利用低温热发电技术包括：利用低温热产生低压蒸汽，再利用低压蒸汽发电（简称“低压蒸汽发电”）。 5. 环境保护技术创新5.1 废水该项目的废水主要是含油污水和生活污水，含油污水主要来源有采样器冷却水回水、精馏塔水包工艺脱水、抽空器凝水排放、锅炉连续排放闪蒸罐排液等。其中含有COD、油等有害物质。5.1.1组合式废水生化处理装置本发明一种组合式废水生化处理装置，包括组成一体的水解

14、酸化区、一级好氧区、兼氧区、二级好氧区、沉淀区;含油废水首先进入水解酸化区，水解酸化区出水直接进入一级好氧区，一级好氧区出水自流进入兼氧区，兼氧区出水自流进入二级好氧区，经过曝气氧化后出水进入中心沉淀区域;水解酸化区设置了布水系统和回流系统，布水系统将废水均匀分布于水解酸化区的底部，回流系统，将水解酸化区内污泥层的上方的清水回流至污泥层下方。本发明可有效处理含油废水，将水解酸化、好氧、兼氧反应及沉淀单元有机结合，确保处理后水质达到国家和当地的排放标准。具有结构简单、便于操作、经济实用等特点。本技术采用总装备部工程设计研究总院专利：专利号CN 102775008A5.1.2 凹凸棒石/稻壳活性炭

15、高效复合净水材料处理生活污水用凹凸棒石/稻壳活性炭高效复合材料处理本厂中排出的生活污水。凹凸棒石/稻壳活性炭高效复合材料是一种具链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物。其结构属2：1型粘土矿物。在每个2：1单位结构层中，四面体晶片角顶隔一定距离方向颠倒，形成层链状。在四面体条带间形成与链平行的通道，通道横断面约3.7*6.3A。对生活污水有极强的净化吸附处理能力。这种凹凸棒石/稻壳活性炭高效复合材料是常州大学的专利技术，专利号：CN 103301807A表5.1 废水处理类别处理前 吨/年处理方法处理后 吨/年COD 56.16 组合式废水生化处理装置 专利号：CN 1027750085.60 石

16、油类 4.68 0.04 NH3-N14.04 凹凸棒石改性黏土治理 专利号：CN 1033018030.20 挥发酚0.47 酸催化化学沉淀法 专利号： CN10459600.00 5.2 废气本项目的废气来源主要是烟气排放为加热炉烟气排放、燃料（燃料气、燃料油）进入加热炉燃烧后产生的高温烟气，经烟囱排放至大气，主要污染物为SO2、NOx、CO等有害成分和催化剂粉尘。5.2.1 加热炉在线清灰技术（1）传统的清灰方式及特点l 停炉清灰。这种清灰方式只适合于间断使用的加热炉。l 吹灰器。包括声波吹灰器和激波吹灰器等。，多数装置采用此种方法对加热炉对流段及预热系统清灰有一定效果，但不能解决根本问

17、题，圆因是炉管积灰坚硬致密，通过一般物理振动方法难以奏效。l 在燃料油系统中添加各种添加剂。国内外开发了多种燃油添加剂，但由于各石化装置加热炉系统运行情况相差较大，清灰效果不佳。（2）新型清灰剂CH-2l 炉管白色小颗粒状，密度为2.3g/cm3，直径为0.81.5mm。l 环境温度不超过200时不会分解燃烧，只有在400以上才会发生反应；l 无毒、不挥发，但易吸潮，储存时应注意防水防潮。清灰前后炉管外壁温度整体增长幅度较大。由于炉管表面灰垢存在，在一定情况下对炉管表面温度测量有较大影响。清灰后炉管表面露出金属本色后，炉管传热效果改善显著，明显提高了炉管表面温度测量的准确性。通过对芳烃二甲苯加

18、热炉实施在线清灰，大大延长了加热炉的运行周期，避免了芳烃装置非计划停工，经济效果显著。5.2.2 废气进行脱硫脱硝处理同时脱除烟气中硫氧化物、氮氧化物和一氧化碳的方法，在再生之后，烟气轮机之前或之后，设置氧化还原反应器，将高温再生烟气和还原性气体注入氧化还原反应器中，在常压、500-650的条件下，烟气中的硫氧化物、氮氧化物、氧气与还原性气体发生氧化还原反应，生成单质硫、氮气和水蒸气;反应后的混合烟气经能量回收系统逐步换热降温后，在较低温位处设置液态硫和固态硫收集器来回收单质硫，脱除了硫氧化物、氮氧化物和一氧化碳的再生烟气排出装置。本方法采用同时脱除烟气中硫氧化物、氮氧化物和一氧化碳的方法，专

19、利号：CN 102895873A表5.2 废气处理类别处理前 吨/年处理方法处理后 吨/年有组织SO233.60 氧化还原反应器处理 专利号：CN 1028958732.56 NO化物100.20 1.20 烟尘19.90 静电除尘技术 专利号： CN1037592840.40 无组织H2S3.20 设置监控点 苯1.07 甲苯0.14 二甲苯5.83 储运过程油气膜法油气回收 专利号：CN2013663075.3 固体废弃物本项目的固体废弃物主要有废催化剂和废白土。5.3.1 废白土再生使用一种非极性溶剂与极性溶剂以及两者的混合溶剂作为抽提溶剂，非极性为C4-C15 烃类，极性溶剂甲醇，在超

20、声波作用下，将抽提溶剂与废白土进行混合搅拌，解吸，抽提出废白土中的油，最后用水洗涤，过滤，干燥，使白土表面恢复，活性得以再生。本方法采用中国石油大学的专利，专利号：CN 103394339A本环保技术体现国家“环境保护法”的精神及环保“三同时”精神：防治污染及其他公害的设施与主题工程，同时设计，同时施工，同时投入使用。表5.3 废渣处理类别处理前 吨/年处理方法废催化剂 120/6年送回催化剂厂再生处理废白土 20401.废白土再生技术 专利号：CN 103394339A 2.完全废弃的白土送至砖瓦厂6. 新型过程设备的应用6.1 采用高通量管邻二甲苯塔再沸器，歧化分壁塔再沸器及其冷凝器，重芳

21、塔再沸器，抽出液塔再沸器，二甲苯塔再沸器，脱庚烷塔再沸器换热管均采用高通量管，在光管的内（外）表面覆盖一层多孔性金属烧结层，使传热表面大为增加，提供大量汽化核心。增大传热系数，以减少所需换热面积。图6.1 内/外表面多空高通量管6.2 采用高效塔盘二甲苯塔，抽余液塔塔盘均采用高效塔盘，采用独特的复合孔微型阀，多折边倾斜式降液管，三角形鼓泡促进器，等流程长度四溢流。采用由浮阀和固定阀组合的复合孔微型阀，根据塔内介质物性对阀的布置进行优化组合。复合孔微型阀的阀体周边具有由许多半圆孔组成的曲线，形成众多小孔叠加于大孔之上，气体流过阀孔时，就自动地被分割为许多小气流，增加了气相的传质面积及效率。复合孔

22、微型阀结构如图6.2所示：图6.2 复合孔微型阀结构降液管采用多折边倾斜式结构，不仅解决了液体流动死区的问题，还消除了气体流动的不均匀性。降液管由上向下向塔壁处倾斜，底部为一多折边细长条以使液体流动分布均匀。降液管内壁由下向上沿整个堰长逐渐扩大，以使上升气体沿塔盘横向分布均匀。另外，这种降液管还有效地增加了液体流程长度，从而增加了气液接触时间，大大改善了塔板的传质效率。多折边倾斜式降液管结构如图6.3所示：图6.3 多折边倾斜式降液管结构采用独特的三角形鼓泡促进器，使气体既有向前的速度分量来推动液体向前流动，又有向上的速度分量来增加泡沫层高度，延长气液接触时间，增加传质效率。三角形鼓泡促进器结

23、构如图6.4所示：图6.4 三角形鼓泡促进器结构6.3 选用高效复合型管式空冷器高效复合型管式空冷器由预冷翅片管、冷凝盘管、喷淋、水泵、水箱及风机等构成。工艺介质先进入上部的空冷段，在翅片管内强化换热至70以下，然后进入下部的冷却段，目的是避开循环水易结垢温度范围。下部冷却段采用光管，并通过喷淋设施将循环冷却水均匀喷淋到光管上，形成一层很薄的水膜，管内介质与管外的水和空气（湿空气）进行蒸发换热。用轴流风机从设备下部四周的进风栅引进空气，空气由下往上流动，与喷淋水形成逆流。湿空气在下部冷却段换热后，进入上部的空冷段对进入的工艺介质进行大风量、大温差的冷却，然后排入大气。下部未蒸发的水在下落的过程

24、中被进风冷却，并均匀下落到水箱中被循环使用。高效复合型管式空冷器结构如图6.5。高效复合型管式空冷器具有压降较小、传热系数高、结构紧凑及占地面积小等优点。普通空冷器与高效复合管式空冷器技术对比如表6.1所示：表6.1 普通空冷器与高效复合管式空冷器技术对比消耗及能耗普通空冷器高效复合管式空冷器设备规格及台数空冷：GP93，48片SYL-123，12片传热系数W/m2k289404占地面积/m21728432电/kW1080675能耗/(kg标油/t进料)0.740.56设备投资基准基准-30%图6.5 高效复合型管式空冷器结构6.4 加热炉对低温热能的综合利用利用低温工艺介质或低温热水、低压蒸

25、汽加热加热炉所需燃烧空气，可以减少燃料消耗。通常每提高燃烧空气温度约20，燃料消耗减少1%，如燃烧空气由15预热至75，可减少燃料消耗约3%，相当于热效率提高3%。 异构化加热炉增设空气预热器可提高热效率2%3%，在同时采用低温废热预热燃烧空气可减少燃料消耗5%6%，相当于加热炉热效率提高了5%6%。采用低温废热加热助燃空气，提高了空气进入空气预热器的温度，空气预热器低温段金属壁温随之提高，可有效防止露点腐蚀。7. 采用高效催化剂 l HAT-100由金属加氢组分和酸性分子筛组成，以丝光沸石为活性组元。分子筛的酸性和金属加氢性能，使得副反应少，产品质量高，有良好的经济性能。适合更高空速，更低轻烃比的反应工况，同时处理更多重芳烃原料，达到最大化增产对二甲苯以及实现装置节能的目的，可节约49.4千克标油/吨PX。图7.1 HAT-100结构图15