创新性说明书(0001).doc

目录目录21 原料方案的改进和创新32 产品结构方案创新43 反应技术和工艺创新43.1反应器设计43.2 分隔壁塔原料预处理53.3 引入多效精馏64 过程节能降耗技术创新84.1 多塔间热集成技术84.2 采暖通风设备84.3其他85 环境保护技术创新95.1 原料选择创新95.2生产工艺转化率高，产品专一95.3 废气产热95.4 生化处理废水产蒸汽95.5 催化剂回收再利用95.6 废热回收发电106 新型过程设备的应用101 原料方案的改进和创新本项目生产对二甲苯的原料为来自茂名石化总厂的催化重整油和C9芳烃以及中海石油建滔有限公司的甲醇，依托于华南最大的石化企业提供的充足的芳烃原料，本项目针对对二甲苯绿色化生产设计了以下原料利用方案： 图1-1 项目工艺流程图首先对原料催化重整油进行预处理分离，由催化重整油中分离的苯和C9芳烃进行烷基转移反应生产混二甲苯和甲苯，由催化重整中分离的甲苯和甲醇进行烷基化反应生产混二甲苯和苯，烷基转移反应生成的甲苯分离后输送到烷基化反应器中，烷基化反应生成的苯分离后输送到烷基转移反应器中。催化重整油中未反应的乙苯和氢气进行乙苯脱烷基反应生产乙烷和苯，反应产生的苯分离后输送到烷基转移反应器中反应，产生少量乙烷处理后作为锅炉燃料。以上反应中产生的混二甲苯送入二甲苯异构化反应器中，将副产的邻二甲苯和间二甲苯转化为对二甲苯，对二甲苯经除杂提纯得到高纯度的对二甲苯产品。以下为该原料方案的创新和优势：1、相对于传统的甲苯甲醇烷基化，苯C9芳烃异构化，甲苯歧化等需要利用高纯度原料的单一工艺，本项目原料方案直接利用催化重整油和C9芳烃等价格低廉的原料，极大的降低了项目的生产成本。2、相对于其他对二甲苯的生产工艺，本项目集成了甲苯甲醇烷基化制备对二甲苯、苯与C9烷基转移制备对二甲苯、乙苯脱烷基制备烷基转移原料苯和二甲苯异构化的生产工艺，因此，极大的提高了目标产物对二甲苯的产率，将传统生产工艺副产的苯、二甲苯异构物等完全转化为目标产物。3、相对于其他利用催化重整油生产对二甲苯的工艺，考虑原油产地不同其产出的催化重整油成分不同，由此会引起的设计意料外的副产物和工艺问题，本项目原料方案可以通过调节另外两种原料：C9芳烃和甲醇的用量，使原料催化重整油中的芳烃组分最大程度的转化为目标产物对二甲苯。2 产品结构方案创新本项目的产品只有对二甲苯一种，相对于其他利用催化重整油生产对二甲苯的工艺，考虑原油产地不同其产出的催化重整油成分不同，由此会引起的设计意料外的副产物和工艺问题，本项目通过调节另外两种原料：C9芳烃和甲醇的用量，使原料催化重整油中的芳烃组分最大程度的转化为目标产物对二甲苯，提高了原料的原子利用率，完成了过程的绿色生产。本工艺中，针对原料催化重整油中没有反应的乙苯设计了乙苯脱烷基反应，并对该反应产生的苯进行回收利用，物料损失极少。除了废水处理系统、废气焚烧系统产生二氧化碳及失活催化剂外，基本没有其他三废排放。失活催化剂可通过再生或厂家回收进行处理，故本项目对环境基本无害。3 反应技术和工艺创新3.1反应器设计本工艺流程采用径向的多段绝热固定床反应器，将反应器与换热器一体化，使反应换热同步进行。图3-1 本工艺反应器结构示意图除此之外，在原料进口处添加了气体与分布器，使得流体在反应器顶部的流动与混合状态得到改善，使反应器内流体流动通畅，反应稳定进行。从而提高了反应器的实用性和可操作性。图3-2 气体预分布器结构简图具体的反应器设计详见初步设计说明书第7章。3.2 分隔壁塔原料预处理在原料的预处理上，本工艺采用分隔壁塔进行预分离，运用aspen进行模拟如下图3-3和图3-4所示。 由图可知，采用分隔壁塔进行原料预处理，相比原来的传统工艺，节约了一个塔设备和换热设备的费用。通过aspen进行模拟，采用分隔壁塔后的热负荷为4.573Gcal/h，而传统精馏的塔负荷为8.753 Gcal/h，节能效果显著。3.3 引入多效精馏近十年来，多效精馏作为一种有效的节能措施，越来越受到人们的重视。众所周知，精馏是化工生产中的一个耗能大户，为了降低其能耗，可以采用多种措施，多效精馏计划是其中行之有效的工艺之一。多效精馏是将精馏塔分成能位不同的多塔，能位较高的塔顶蒸汽向能位较低塔的再沸器供热，同时它自己也被冷凝。这样在多效精馏中只是一个塔的塔釜需要加入热量，最后一个塔的塔顶蒸汽用冷公用工程冷凝，而其余塔则不需要外界供热或者冷却，所以他具有非常明显的节能效果。图3-5 多效精馏的原理图在本工艺中，由于S-7物流流量大，T-104的进料温度压力高，因此先通过膨胀阀，让它产生不同的压力差，从而实现多效精馏。运用aspen进行模拟如图3-6和图3-7所示：参照优化后结果，通过双效精馏的引入，节约了13.17 Gcal/h的能量，且分离效果达到工艺要求。4 过程节能降耗技术创新4.1 多塔间热集成技术本项目精馏流程长、塔器众多，因此耗能较大而成为节能的首要目标。精馏系统热集成的方法主要有三种：一是塔顶冷凝器与塔底再沸器之间的热集成；二是冷凝器、再沸器与系统外的可用热源之间的热集成；三是某一精馏塔的塔顶冷凝器与另一精馏塔的中间再沸器之间的热集成。多塔间的热集成技术是系统内能量充分利用的有效途径之一，节能效果十分显著。通过设计换热网络，实现节约能源和费用。详见初步设计说明书第六章。4.2 采暖通风设备a) 厂房中采用地板采暖与带式辐射板采暖，可节能约10%，更为有利的是，低温水采暖可充分利用供热回水，低温工艺废水和天然热源以及热泵产生的热量。b) 减少通风换气量：将工艺设备密闭加排风罩进行局部排风，既能使工艺设备产生的有害物质不会影响工人健康，也达到了一定的节能效果。采取空气再循环使用以及回收废热也可以大大减少能耗，生产车间应有回收排气中废热的措施，可以采用带废热回收设备的屋顶式送排风机组代替一般屋顶通风机。减少送排风量的另一种方式是在一些场合设置冷空气幕、空气幕装在孔洞的外面，用室外空气而不必加热。4.3其他a) 充分利用地处沿海的地理条件，充分利用该地的风能及潮汐能源，用于日常电能的储备。b) 凡用热、用冷设备及其管道，全部采用新型保温材料，精心设计、施工。c) 采用节电、节能的电器设备和技术，降低动力消耗。d) 加强生产管理，减少原材料和动力消耗。5 环境保护技术创新5.1 原料选择创新详见第一章：原料方案的改进和创新5.2生产工艺转化率高，产品专一本项目的产品只有对二甲苯一种，相对于其他利用催化重整油生产对二甲苯的工艺，考虑原油产地不同其产出的催化重整油成分不同，由此会引起的设计意料外的副产物和工艺问题，本项目通过调节另外两种原料：C9芳烃和甲醇的用量，使原料催化重整油中的芳烃组分最大程度的转化为目标产物对二甲苯，提高了原料的原子利用率，完成了过程的绿色生产。5.3 废气产热在烷基化工段中罐V-201与T-202产生的废气（S-27与S-39）和产品精制工段中产生的废气（S-62）（主要为低级轻烃），送往蒸汽锅炉燃烧，产热用于加热废水产蒸汽供厂区使用，从而做到了自产自给，节能减排。5.4 生化处理废水产蒸汽在烷基化工段中产生的废水（S-32)中通过中的T-201的精馏，仅含有0.001kmol/h，即达到排放标准。因此将其回收用于产蒸汽，供公用工程换热使用，节约了公用工程的成本，也降低了生产能耗。5.5 催化剂回收再利用烷基化反应所需的Mg改性ZSM-5催化剂，大约每1000小时会失活。通过查阅文献得知，只需将其灼烧后即可再生重复使用，因此在工艺中所用到的催化剂一律通过回收送往原产厂或再生后重复利用，在节约成本的同时，也达到了环保生产的要求。5.6 废热回收发电工艺流程中通过引入废热回收发电的技术，来节约能耗，具体aspen模拟流程如下图所示：将R-201反应器流出的高温流股与流程中利用后余下的热废水，通过一个闪蒸罐装置，产出压力为5Bar 温度152.8的低压蒸汽，并利用这股低压蒸汽来进行发电，供分厂车间或生活区使用。6 新型过程设备的应用在原料预分离工段，我们采用了分隔壁精馏塔，与传统方式相比，节约了一个精馏塔的设备费用，同时，还能节省了能耗。在第一工段中，粗分塔采用了双效精馏塔，充分利用反应器出料的高压物流，通过产生不同的压差，经过双效精馏塔，由高压塔塔顶气对低压塔的塔釜进行加热，同时，达到对高压塔塔顶气体的冷凝效果，从而达到节能的目的，提高了经济效益。