石化10万吨年丁醇项目摘要.docx

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石化10万吨年丁醇项目摘要

石化10万/年吨丁醇项目•摘要

项目摘要

1.项目简介

丁醇是重要的基本有机化工原料，在化工、医药、石油化工等方面具有广泛的用途。

本项目采用丙烯氢甲酰化合成精制路线，辅以改进膜工艺，生产纯度为99.5%的正丁醇和99.3%的异丁醇。

本项目正丁醇的生产规模定位在9.5万吨/年，异丁醇的生产规模定位在0.9万吨/年。

图1-1工艺流程图

图1-2厂区全貌

2.工艺设计

2.1工艺流程

本项目包括五个工段，各工段的工艺流程图及说明如下：

1）丙烯氢甲酰化工段

图2-1丙烯氢甲酰化工段工艺流程图

丙烯与合成气与催化剂混合后进入反应器，反应产物经气液分离罐和滗析器处理后，再经过丙烯吸收塔和汽提塔，从稳定塔的塔底分出粗丁醛产品。

2）粗丁醛脱水工段

图2-2粗丁醛脱水工段工艺流程图

粗丁醛产品经过丁醛精馏塔和丁醛脱水塔处理，将水的含量降至痕量。

3）丁醛加氢反应工段

图2-3丁醛加氢反应工段工艺流程图

除水后的粗丁醛产品经蒸发塔汽化后进入加氢反应器，生成的丁醇粗产品经过气液分离罐处理后的液相前往下一工段，气相前往废气液回收处理工段。

4）丁醇精制工段

图2-4丁醇精制工段工艺流程图

粗丁醇经过丁醇精馏塔（脱重塔）分离出重组分后进入异构物分离塔，该塔使用热泵精馏技术达到分离要求。

5）残液回收工段

图2-5残液回收工段工艺流程图

来自第三工段和第四工段的重组分废液经冷却后从废液吸收塔顶进料，用于吸收第三工段加氢尾气中的正异丁醇，塔顶气体送氢气膜分离单元提纯得到加氢用的氢气循环回第三工段，吸收液送入隔壁精馏塔分离，塔顶得到不合格异丁醇（0.935）送异构物塔，塔底得到高纯EPA送EPA储罐，侧线采出不合格正丁醇（0.982）送异构物塔。

6）氢气膜分离单元

气体膜分离技术是一种新型的化工分离技术，具有能耗低、投资省、占地面积小和使用方便等特点。

其中，氢气膜分离技术是开发应用得最早，技术上最成熟，取得的经济效益十分显著的气体膜分离技术。

本设计设置氢气膜分离单元主要是考虑回收大部分加氢尾气中的氢气。

氢气膜分离单元示意如图3-3。

经过第五工段吸收后的加氢尾气送入氢气膜分离装置，回收70%纯度达99.9%的氢气循环回第三工段用于加氢，减少了新鲜氢气的补充量，节省了生产成本，非渗透气送燃气总管作燃气。

3.节能设计与创新

3.1热耦精馏技术回收废液

来自废气液回收处理工段的吸收塔塔底出料中，正丁醇、异丁醇和辛烯醛的质量含量分别为0.407、0.055和0.538，利用分隔壁精馏塔替代两塔系统能够直接分离出三种组分的浓溶液，其中正异丁醇送第四工段异构物塔（T0401）侧线进料，最终增加了产品产量。

与两塔流程相比，采用隔壁精馏技术，可节省冷耗22.9%，节省热耗20.0%，具有明显的经济效益。

图3-1分隔壁精馏塔

3.2热泵精馏技术节约能耗

本工艺第四工段的异构物分离塔（T0402）是在常压下分离正异丁醇，此种情况下正异丁醇的沸点相近，相对挥发度很小，属难分离系统，普通精馏塔的计算结果显示分离正异丁醇需要90块理论塔板，能耗很大。

采用了热泵精馏技术，大大减少了对公用工程的依赖，减少了操作费用，获得可观的经济的效益。

图3-2热泵精馏工艺图

3.3氢气膜分离技术回收氢气

本设计设置氢气膜分离单元主要是考虑回收大部分加氢尾气中的氢气，因为加氢尾气本身有一定的压力，且经过第五工段吸收丁醇后浓度得到提高，达到了86.1%（wt.），所以利用膜分离的方法回收氢气能收到很好的经济性。

图3-3氢气分离膜单元工艺图

图3-4氢气分离膜示意图

图3-5有机膜结构示意图

3.4基于Fluent软件的加氢反应器优化

Fluent是通用的CFD软件，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流体的流动。

由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而能达到最佳的收敛速度和求解精度。

灵活的非结构化网格和基于解算的自适应网格技术及成熟的物理模型，使Fluent在层流和湍流、传热、化学反应、多相流、多孔介质等方面有广泛应用。

本设计小组希望借助Fluent软件来处理和解决反应器内流体的分布问题。

通过设置气体再分布器使流体分布均匀。

对增设了挡流板后的反应器内流场分布进行二维模拟，其分布图如下：

图3-6反应器内的流体速度矢量图

由图3-6可以看出，通过增设挡流板，入口端封头没有大的漩涡，流体流动较为有序。

但是，其流场分布仍不太均匀。

对此，本设计小组又设计了二段挡流板，其结构参数及装配数据如下所示：

图3-7二段挡板在封头的安装位置图

图3-8二段挡板结构图

作出二段挡板的列管入口处平面的压力分布和速度分布的格子图如下所示，其压力和速度偏差均较未设挡流板前大幅下降。

图3-9列管入口处平面格子点表压

图3-10列管入口处平面格子点速度

通过对二段挡板处的流体分布进行三维模拟，可以得到较好的分布图，说明增设的二段挡板达到了使流场分布均匀的目的。

从折流板的结构上来看，其具有结构简单，造价低，便于制造和维修的优势。

图3-11二段挡板入口封头段三维流场视图

3.5换热网络设计与优化

通过AspenEnergyAnalyzer能量分析器对五个工段的热集成网络的分析，最终确定换热网络方案如下：

图3-12换热网络的改造方案图

下图所示为第一工段按照换热网络设计方案修改得到的热集成图，图中鲜蓝色线框为实现工艺物流换热的换热器，Aspenplus模拟结果显示完全可以实现。

图3-13第一工段换热网络

最终的节能优化结果如下：

表3-1热集成前后冷热公用工程对比

项目

热公用工程（kW）

冷公用工程（kW）

换热单元数

总换热面积（m2）

匹配前

18100

27390

27

2643

匹配后

11410

22770

27

2837

节能

37.0%

16.9%

—

—

4.厂区布置

厂区的布置考虑厂区的地形、地质构造等因素，综合本项目的生产和产品性质、特点和工艺流程最终确定了总厂布置图。

图4-1总厂布置图

5.经济分析

本项目现金流量情况具体见表5-1：

表5-1现金流量表

序号

项目

建设期

生产期

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1

现金流入

1.1

销售收入

0

104159

104159

104159

104159

104159

104159

104159

104159

104159

104159

1.2

回收固定资产余值

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1.3

回收流动资金

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

小计

0

104159

104159

104159

104159

104159

104159

104159

104159

104159

104159

2

现金流出

2.1

建设投资

21132

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

2.2

流动资金

2633

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

2.3

经营成本

0

88782

88782

88782

88782

88782

88782

88782

88782

88782

88782

2.4

税金及附加

0

3266

3266

3266

3266

3266

3266

3266

3266

3266

3266

2.5

所得税

0

2753

2753

2753

2753

2753

2753

2753

2753

2753

2753

2.5

本金偿还

0

2409

2409

2409

2409

2409

0

0

0

0

0

小计

23765

97210

97210

97210

97210

97210

94801

94801

94801

94801

94801

3

净现金流量

-23765

6949

6949

6949

6949

6949

9358

9358

9358

9358

9358

累计现金流量

-23765

-16816

-9867

-2918

4031

10980

20338

29696

39054

48412

57770

6.总结

对于本项目，我们坚持“环保节能，和谐发展”的理念进行设计。

从产品的生产工艺到设备的改进，从高新技术的应用到节能技术的应用，无一不将“绿色化工，科学发展”的思想应用到实处。

综上，在本套项目中，我们通过先进的工艺、高新的技术、改进的设备、能源的综合利用以及经济的合理分析，最终实现了年产10万吨丁醇项目的目标，并且达到了人与自然的利益最大化。