【導讀】項目可行性研究報告。余熱利用節(jié)能改造項目

　　

【正文】 供電部門安裝在華北變電站，并定期負責校驗。 可以保證本項目用電需求。 項目可行 性研究報告 ~ 27~ 第 5章 工程技術方案 項目組成 本次改造目的是為了甲醛、季戊四醇裝置的節(jié)能降耗 以及操作狀況的改善，針對裝置存在問題，確定改造內(nèi)容如下： 甲醛裝置節(jié)能改造 甲醛蒸發(fā)熱源改用吸收一塔液供給，氧化器兩段換熱改為一段，增加蒸汽產(chǎn)出量； 甲醛反應控溫的配料蒸汽改用尾氣和調(diào)整氧醇比控制，增加了蒸汽的外供量。 季戊四醇裝置節(jié)能改造 等壓疏水節(jié)汽； 醇塔加熱源的替代； 醇塔底余熱利用； 干燥空氣預熱； 季醇連續(xù)多效蒸發(fā)； 甲酸鈉蒸發(fā)二次汽利用。 甲醛裝置改造 現(xiàn)狀與問題 甲醛生產(chǎn)方法主要有銀法和鐵鉬法。鐵鉬法雖然甲醇單耗低，但投資大、能耗高、催化劑費用高，在我國很少采 用。我國甲醛工業(yè)生產(chǎn)以銀法為主，經(jīng)過 40 多年的發(fā)展，經(jīng)歷了由浮石銀催化劑到電解銀催化劑的進步，經(jīng)歷了項目可行 性研究報告 ~ 28~ 廢熱鍋爐從無到有的進步，經(jīng)歷了蒸發(fā)器由水蒸汽加熱到由熱水或由熱甲醛加熱的進步，從而形成了我國經(jīng)典的銀法甲醛設備及流程，即通常所說的傳統(tǒng)銀法工藝。 甲醛生產(chǎn)反應過程中，除發(fā)生化學反應外，還包含著諸如流體流動（動量傳遞）、熱量交換（熱量傳遞）和物質(zhì)的遷移（質(zhì)量傳遞）等多種物理現(xiàn)象和涉及反應熱力學與動力學的問題。 銀法生產(chǎn)甲醛反應過程中的化學反應，除甲醇氧化和甲醇脫氫等主反應外，還有甲醇燃燒和甲醛氧化等副反應，吸熱 與放熱同時伴隨著反應的發(fā)生，這些反應主要如式（ 1） （ 7）所示（式中反應熱均為 25℃時的熱量）。 主反應： CH3OH+1/2O2=CH2O+H2O+⑴ CH3OH=CH2O+⑵ H2+1/2O2=H20+⑶ 副反應： CH3OH+O2=CO+2H2O+ kJ/mol ⑷ CH3OH+3/2O2=CO2+2H2O+ kJ/mol ⑸ CH2O+1/2O2=HCOOH+ kJ/mol ⑹ HCOOH=CO+ kJ/mol ⑺ 此外，由于反應條件的變化，還可能發(fā)生下述反應中的一個或幾個副反應： CH2O=CO+ kJ/mol ⑻ CH2O+O2=CO2+H2O+ kJ/mol ⑼ CH3OH=C+H2O+H2+ kJ/mol ⑽ CH3OH+H2=CH4+H2O+ kJ/mol ⑾ 2CH2O+H2O→ CH3OH+HCOOH+ kJ/mol ⑿ 項目可行 性研究報告 ~ 29~ 近幾年，各個生產(chǎn)廠家與設備制造廠家都在對傳統(tǒng)銀法工藝進行研究改進，從改進催化劑制作方法提高催化劑性能、提高空速降低副反應、降低系統(tǒng)阻力以降低電耗、用尾氣或煙道氣等惰性氣體代替配料蒸汽生產(chǎn)高濃度甲醛、回用生成水和未反應甲醇降低甲醇消耗和提高甲醛濃度等方面有了不同程度的進展。 公司現(xiàn)有的甲醛生產(chǎn)裝置 1995 年建成投產(chǎn)，采用的是蒸發(fā)器由熱水加熱的傳統(tǒng)銀法工藝。與目前國內(nèi)先進工藝相比，在節(jié)能降耗上具有一定的差距。根據(jù)我公司工程技術人員多年對甲醛生產(chǎn)的研究與經(jīng)驗總結(jié)，借鑒國 內(nèi)外生產(chǎn)的先進經(jīng)驗，結(jié)合我公司裝置的實際情況，提出了對甲醛裝置進行節(jié)能降耗技術改造的方案，以充分發(fā)揮裝置的潛力，提高經(jīng)濟和社會效益。 裝置規(guī)模 設計規(guī)模： 10 萬噸 /年甲醛裝置，連續(xù)操作。 改造原理及工藝 該技術改造方案采用的原理是：采用甲醇不完全轉(zhuǎn)化和用尾氣代替部分水蒸汽帶走反應熱，控制較低的反應溫度，以減少副反應的發(fā)生，未轉(zhuǎn)化的甲醇和部分水在吸收塔中利用反應熱和甲醛溶解熱脫除，脫出的甲醇和水作為原料回用，達到既降低甲醇消耗，又大幅增加副產(chǎn)蒸汽量的目的。 工藝簡述如下： 甲醇由甲醇泵提壓、過濾器過濾進入蒸 發(fā)器，蒸發(fā)器液位靠甲醇流量調(diào)節(jié)閥控制；空氣通過空氣過濾器過濾、羅茨鼓風機提壓進入蒸發(fā)器風量由風機電機轉(zhuǎn)數(shù)控制；回收的稀甲醇通過轉(zhuǎn)子流量計進入蒸發(fā)器。蒸發(fā)器配有殘液濃縮器，可分離并排出雜質(zhì)和水。蒸發(fā)器內(nèi)的甲醇與甲醛溶液換熱，在蒸發(fā)器內(nèi)完成混合氣的生成、凈化、過濾等過程。 從蒸發(fā)器蒸出的甲醇和空氣混合物與尾氣羅茨鼓風機提壓的尾氣混合，項目可行 性研究報告 ~ 30~ 經(jīng)過熱器過熱后進入氧化器，在銀觸媒上發(fā)生氧化脫氫反應，反應溫度較傳統(tǒng)銀法低。在氧化器進口帶有阻火器，防止混合氣回火；觸媒層下部是平管板廢熱鍋爐，降低生成氣溫度，回收反應熱產(chǎn)生水蒸汽 。 較高溫度的生成氣進入吸收塔的脫醇段，再進入各個吸收段，吸收水從吸收塔頂加入。熱甲醛循環(huán)液先與甲醇換熱，再與冷卻水換熱。甲醛成品由脫醇段底部采出。 尾氣進入尾氣爐燃燒，生成水蒸汽。 改造方案 該工藝改造后與原工藝不同之處表現(xiàn)在： 甲醛氧化反應器選用一段式大面積平管板廢熱回收，充分回收反應熱產(chǎn)生水蒸汽； 吸收塔內(nèi)設脫醇段，熱源為離開氧化器廢熱鍋爐的反應生成氣，脫出大部分未反應的甲醇和一部分水，脫出的甲醇和水作為原料回用；熱甲醛循環(huán)液先與蒸發(fā)器內(nèi)的甲醇換熱，再與冷卻水換熱，甲醛成品由脫醇段底部采出； 甲醇蒸發(fā)器采用復合式蒸發(fā)器，蒸發(fā)器內(nèi)的甲醇與甲醛溶液換熱，在蒸發(fā)器內(nèi)完成混合氣的生成、凈化、過濾等過程； 增加尾氣羅茨鼓風機，用尾氣代替配料水蒸汽帶走反應熱，廢熱鍋爐副產(chǎn)的水蒸汽供季戊四醇裝置使用。 工藝參數(shù)及熱量平衡 項目可行 性研究報告 ~ 31~ 甲醛熱量衡算 一、尾氣鍋爐的熱量衡算（外送蒸汽量 kg/%） 尾氣中可燃物低位發(fā)熱值 KJ/M3 鍋爐效率 焓值 尾鍋產(chǎn)汽量 H2 CO CH4 η kj/kg kg/% 10744 12636 35711 2662 二、蒸發(fā)器熱量衡算（甲醇蒸發(fā)相變補充熱量） 甲醇相變熱 kj/kmol 水相變熱 kj/kmol 補充熱量 MJ/% 37490 44170 三、過熱器衡算（甲醇空氣溫升 47120 度補充熱量） 甲醇比熱 N2 比熱 O2 比熱 過熱初溫 過熱終溫 補充熱量 H2O 比熱 kj/kmol.℃ ℃ ℃ MJ/% kj/kmol.℃ 47 120 四、配料蒸汽用熱量 MJ/% 配料蒸汽用量 kg/% 五、氧化器熱量衡算 反應式 反應熱 KJ/Kmol Kmol 熱量 KJ CH3OH+1/2O2=CH2O+H2O 141 157500 CH3OH=CH2O+H2O 142 90120 CH3OH+3/2O2=CO2+H2O 143 674600 CH3OH+O2=CO+2H2O 144 392700 CH3OH+H2=CH4+H2O 145 120900 CH3OH+O2=HCOOH+H2O 146 400800 6個反應的反應熱 MJ/% 可轉(zhuǎn)化蒸汽 kg/% 六、吸收塔熱量衡算 甲醛相變熱 甲醇相變熱 水相變熱 相變總量 88%吸收熱 12%可汽化 MJ/kmol MJ/kmol MJ/kmol MJ/% MJ/% MJ/% 12%可汽化 kg/% 吸收工段需帶走的熱量 (反應熱 +相變熱 配料熱 過熱 蒸發(fā)） MJ/% 說明：數(shù)據(jù)來自 20xx 年全國甲醛行業(yè)協(xié)作組編著的《甲醛生產(chǎn)》 改造前：熱量衡算顯示甲醛能量 有 是通過吸收移走的，能量損失比較大。 改造后：是利用甲醇不完全轉(zhuǎn)化的思路，將過量 20%的甲醇利用吸收熱精餾回用 與 40%的尾氣循環(huán)一起替代配料水蒸氣作為載熱劑。 可外供的蒸汽 =反應熱 +12%相變熱 +尾氣燃燒熱 =650+68+330=1048kg/% 項目可行 性研究報告 ~ 32~ 甲醛裝置改造前后的節(jié)能對比 項目 原設計 現(xiàn)階段（改造前） 改造后數(shù)據(jù) （專利） 國內(nèi)同行 先進水平 甲醇單耗 kg/t37%甲醛 470 445 425435 440450 副產(chǎn)蒸汽 kg/ t37%甲醛 100 300 1000 300500 注： 原設計數(shù)據(jù)為原化工部第四設計院的數(shù)據(jù)。 P5 56 頁 1993 現(xiàn)階段 (改造前 )見 20xx年濮陽市鵬鑫化工有限公司蒸汽考核表 國內(nèi)同行先進水平化學工業(yè)出版社的《甲醛及其衍生物》 P18頁 改造后的數(shù)據(jù)見《化工催化劑及甲醇技術》 20xx年第 4期 P1820 頁 設備選型 本次改造共有工藝設備 24 臺，全部由國內(nèi)供貨。其中非定型設備 19 臺，機泵類設備 3 臺，其它設備 2臺。 設備選型 原則 設備選型遵循以下原則： 立足國內(nèi)。 選用技術先進、質(zhì)量可靠、效率高的產(chǎn)品。 設計所遵循的主要標準規(guī)范 《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》； 《鋼制壓力容器》； 《管殼式換熱器》； 《鋼制焊接常壓容器》； 《鋼制化工容器設計基礎規(guī)定》； 《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》； 《鋼制化工容器強度計算規(guī)定》； 項目可行 性研究報告 ~ 33~ 《鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設計規(guī)定》； 《鋼制化工容器制造技術要求》； 《塔器設計技術規(guī)定》。 設備材料選用說明 本裝置中主要工藝介質(zhì)及二次汽為腐蝕性介質(zhì)，根據(jù) 介質(zhì)特性、裝置操作條件，并綜合考慮經(jīng)濟合理性，設備主要材料為不銹鋼（ 30 321 及 316L） 。 主要設備一覽表 序號 設備名稱 主要規(guī)格 臺套 備注 一 塔器類 1 氧化器 Φ 20xx 8000 2 2 蒸發(fā)器 Φ 2400 5370 1 3 吸收精餾塔 Φ 1800 20500 1 4 吸收精餾塔 Φ 20xx 22500 1 改造 5 吸收塔 Φ 1600 14500 1 改造 二 換熱器類 1 甲醇蒸發(fā)加熱器 Φ 1000 3000， F=100m2 2 2 過熱器 Φ 800 3000， F=90m2 1 3 鍋爐上水預熱器 Φ 800 3000， F=60m2 2 4 板式換熱器 F=100m2 2 5 甲醇冷卻器 Φ 1000 3000， F=90m2 2 三 容器類 1 甲醇回流槽 Φ 20xx 3000 2 四 泵類 1 甲醇回流泵 Q= m3/h， H=20m 2 五 其它 1 尾氣風機 L4866WD1 110KW 1 2 尾氣過濾器 Φ 1000 1200 1 3 四元過濾器 Φ 20xx 20xx 1 改造 4 靜態(tài)混合器 Φ 159 20xx 2 技改前后甲醛裝置用汽圖示 技改前： 項目可行 性研究報告 ~ 34~ 甲 醇 空 氣 蒸 發(fā) 器 過 熱 器 急 冷 段 吸收二塔 阻火過濾器 吸收一塔 尾氣處理器 余鍋汽包 尾鍋汽包 季戊四醇裝置 冷 卻 段 項目可行 性研究報告 ~ 35~ 技改后： 甲 醇 空 氣 蒸 發(fā) 器 過 熱 器 氧 化 器 吸收二塔 阻火過濾器 吸收一塔 尾氣處理器 余鍋汽包 季戊四醇裝置 尾氣風機 尾鍋汽包 項目可行 性研究報告 ~ 36~ 季戊四醇裝置節(jié)能改造 現(xiàn)狀及問題 季戊四醇是由一定濃度的甲醛和乙醛在堿性縮合劑下 反應制得的，同時副產(chǎn)甲酸鹽。為使乙醛反應完全，實際生產(chǎn)中采用了使用過量甲醛的方法，過量的甲醛再通過精餾脫除，塔底液經(jīng)真空濃縮使季戊四醇濃度達到35％ ～ 40％ ，再經(jīng)過冷卻結(jié)晶，此時甲酸鈉仍在反應溶液中，然后過濾，水洗得到白色 季戊四醇結(jié)晶，干燥后得產(chǎn)品季戊四醇。溶液再經(jīng)真空濃縮得到甲酸鈉結(jié)晶，經(jīng)