【正文】 052) ........................................................82 參考文獻(xiàn) .....................................................................................................................................83 11 萬(wàn)噸 /年乙酸乙烯酯裝置 工藝設(shè)計(jì) 1 第 1 章 總論 項(xiàng)目概況 醋酸乙烯是一種重 要的有機(jī)化工中間體，主要原料為工業(yè)冰醋酸和電石，是世界產(chǎn)量最大 50 種化工原料之一。廣泛應(yīng)用于纖維、粘接劑、涂料、乳化劑、紡織品上漿及整理劑、制鞋、薄膜、安全玻璃、水溶性膜、土壤改良劑等方面；還用于建筑、機(jī)械、汽車(chē)、造紙、包裝、紡織、印染、卷煙、家具、印刷等行業(yè)。 2020 年全國(guó)產(chǎn)能已達(dá) 97 萬(wàn)噸，生產(chǎn)裝置約 15 套，每年仍需 10萬(wàn)噸以上的進(jìn)口量，且仍不能滿足國(guó)內(nèi)的需要，國(guó)內(nèi)的需求量每年以 5%的速度增長(zhǎng)，2020 年消費(fèi)量 達(dá)到 142 萬(wàn)噸，仍然存在一定的市場(chǎng)缺口。 目前，世界醋酸乙烯生產(chǎn)能力為 485 萬(wàn)噸 /年， 2020 年產(chǎn)量為 408 萬(wàn)噸。目前 我國(guó)現(xiàn)有醋酸乙烯生產(chǎn)廠 16 家 ，生產(chǎn)能力為 106 萬(wàn)噸 /年，產(chǎn)量為 96 萬(wàn)噸。 1972 年上海石油化工二廠又引進(jìn)了乙烯法醋酸乙烯裝置 ,1977 年四川維尼綸廠引進(jìn)天然氣乙炔法醋酸乙烯裝置 ,13 套裝置原設(shè)計(jì)能力為 376kt/a 醋酸乙烯 ,全是為維綸纖維配套。國(guó) 內(nèi)醋酸乙烯價(jià)格基本在左右 ,但各地區(qū)差異較大 。天然氣乙炔法一套 ,年產(chǎn) 12 萬(wàn) t,占 %。由于我國(guó)醋酸乙烯裝置大部分建成于 20 世紀(jì) 60 年代和 70 年代 ,其技術(shù)水平僅相當(dāng)于國(guó)外 20 世紀(jì) 70 年代初水平 ,雖然近年努力改造 ,醋酸乙烯產(chǎn)量有所增長(zhǎng) ,但仍落后于世界先進(jìn)水平。 11 萬(wàn)噸 /年乙酸乙烯酯裝置 工藝設(shè)計(jì) 2 設(shè)計(jì)依據(jù) （ 1）化工工程設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定。 （ 3）本章內(nèi)容主要包括廠址概況，總平面布置，豎向設(shè)計(jì)，工廠運(yùn)輸?shù)?，設(shè)計(jì) 依據(jù)如下： 《化工企業(yè)總圖管理規(guī)定》 原化工部文件 《化工企業(yè)總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB504892020 《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 GB5001687(2020) 《廠礦道路設(shè)計(jì)規(guī)范》 GBJ22— 87 《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50187— 93 《壓縮機(jī)廠房建筑設(shè)計(jì)規(guī)定》 HG/T2067389 《化工管道設(shè)計(jì)規(guī)范》 HG/T20695— 87 《化工設(shè)備管道外防腐設(shè)計(jì)規(guī)定》 HG/T20679— 90 《化工工廠總圖運(yùn)輸施工設(shè)計(jì)文件編制深度規(guī)定》 HG/T20561— 94 設(shè)計(jì)原則 以節(jié)能減排為目標(biāo)，減少尾氣、污水等對(duì)環(huán)境的污染，并盡可能優(yōu)化流程，減少設(shè)備和管道的使用，減少投資。 反應(yīng)器設(shè)計(jì)原則 （ 1）具有適宜的流體力學(xué)條件，流動(dòng)性能好，有利于熱量傳遞和質(zhì)量傳遞； （ 2）合理的結(jié)構(gòu)，能有效的加速反應(yīng)和水的脫除； （ 3） 保證壓力和溫度符合操作條件； （ 4）操作穩(wěn)定，調(diào)節(jié)方便，能適應(yīng)各種操作條件的變化。 建設(shè)規(guī)模及產(chǎn)品方案 化工廠設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性的活動(dòng)，它包括工藝設(shè)計(jì)和非工藝設(shè)計(jì)。非工藝設(shè)計(jì)時(shí)以工藝設(shè)計(jì)為依據(jù)，按照各專(zhuān)業(yè)的要求進(jìn)行的設(shè)計(jì)，它包括總圖運(yùn)輸、公用工程、土建、儀表及其控制等。 建設(shè)規(guī)模及產(chǎn)品方案 表 11 產(chǎn)品及規(guī)格表 成分 質(zhì)量分率 % 乙酸乙烯酯 ≥ 年操作時(shí)間： 333 天（ 8000 小時(shí)） /年； 原料：二氧化碳，氧氣，乙酸 ， 乙烯 ； 主產(chǎn)品：乙酸乙烯酯 。 公用工程： （ 1）熱劑用蒸汽：根據(jù)生產(chǎn)需要選用不同壓力級(jí)別的蒸汽。 產(chǎn)品方案 聚乙烯醇自 20 世紀(jì) 60 年代實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，都是由醋酸 乙烯經(jīng)聚合成聚醋酸乙烯再醇解而制得的。 以石油裂解聯(lián)產(chǎn)的乙烯為原料，采用多管型固定床反應(yīng)器氣相氧化合成醋酸乙烯的拜 耳乙烯法，是由德國(guó)拜耳公司開(kāi)發(fā)成功，日本可樂(lè)麗公司首先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。 主要反應(yīng)方程式為： C2H4 + CH3COOH+ →C 2H3OOCCH3 +H2O ΔH=146KJ/mol 副反應(yīng)： C2H4 + 3O2→2CO 2 + 2H2O ΔH=1340KJ/mol 主要副產(chǎn)物使 CO2，其它副產(chǎn)物很少。但不斷循環(huán)后 CO2 將逐步積累，使其含量過(guò)高。 廠址選擇 廠址條件選擇是項(xiàng)目建設(shè)條件分析的核心內(nèi)容，不僅關(guān)系到工業(yè)布局的落實(shí)、投資的地區(qū)分配、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、生態(tài)平衡等具有全局性、長(zhǎng)遠(yuǎn)性的重要問(wèn)題，還將直接或間接地決定著項(xiàng)目投產(chǎn)后的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和經(jīng)濟(jì)效益。 乙酸乙烯酯 對(duì)眼睛、皮膚、粘膜和上呼吸道有刺激性。乙酸乙烯酯易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。與氧化劑能發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇明火會(huì)引著回燃。交通運(yùn)輸要方便，這樣原料供應(yīng)便捷，節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用 。此外，氣化、合成等化學(xué)反應(yīng)過(guò)程都要放出大量的熱，從各個(gè)熱量等級(jí)分級(jí)利用余熱進(jìn)行原料預(yù)熱。按不同的保溫要求，選用保溫性能好的材料。將通過(guò)離子交換樹(shù)脂去除硬度的軟化水，與新鮮水配比補(bǔ)入循環(huán)水系統(tǒng)，濃縮倍數(shù)提高，大大地降低了循環(huán)水補(bǔ)水量、排污量、藥劑消耗量，提高了水的重復(fù)利用率。針對(duì)不同水質(zhì)、不同工藝運(yùn)行條件，采用耐高鈣硬度、高堿度、高含鹽量、高有機(jī)物的水穩(wěn)劑和高效殺菌劑，為降低循環(huán)冷卻水的消耗提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持 。 （ 5） 凡用熱、用冷設(shè)備及其管道，全部采用新型保溫材料，精心設(shè)計(jì)、施工。 11 萬(wàn)噸 /年乙酸乙烯酯裝置 工藝設(shè)計(jì) 6 主要污染物 本項(xiàng)目涉及到的主要污染源及主要污染物見(jiàn) 表 12： 表 12 主要污染物匯總表 序號(hào) 污染源名稱(chēng) 組成 溫度， ℃ 壓力，kpa 狀態(tài) 備注 1 工藝廢水 H2O ~45 ~ 液態(tài) 處理后循環(huán)使用 2 催化劑 催化劑 反應(yīng)溫度 粉塵 送回廠家再生 3 加熱爐排放煙氣 CO N2等 ~60 ~ 氣體 送煙氣處理 4 生活污水 H2O 常溫 常壓 液體 送城市污水管網(wǎng) 5 壓縮機(jī)、泵噪聲 相應(yīng)的防護(hù)措施 環(huán)保措施 （ 1） 精餾塔頂含乙酸、二氧化碳 等不凝氣體送總廠分離處置，其后續(xù)環(huán)保措施依托總廠設(shè)施，由于此塔為加壓工況，不存在其它廢氣逸散污染； （ 2）對(duì)非正常工況如檢修期間的吹掃廢氣最終均集中匯集至總廠廢氣凈化系統(tǒng)； （ 3）對(duì)于物料泄漏及火災(zāi)、爆炸等突發(fā)性事故下的廢氣污染應(yīng)急處理措施，則嚴(yán)格按照 突發(fā)性污染應(yīng)急預(yù)案及時(shí)安全處置。 乙酸 送至總廠處理，對(duì)于管道泄漏，治理措施在于預(yù)防為主，對(duì)設(shè)備定期的檢修。 （ 1）本項(xiàng)目正常工況下不產(chǎn)生工藝廢水； （ 2）初期雨水：罐區(qū)和裝置區(qū)的初期雨水通過(guò)相應(yīng)區(qū)域的圍堰和收集閘門(mén)收集至裝置和罐區(qū)附近建設(shè)的收集池收集后泵送總廠廢水處理站處理； （ 3）檢修期間設(shè)施清洗廢水則同樣依托初期雨水收集池匯集； （ 4）本項(xiàng)目建設(shè)同時(shí)將建設(shè)應(yīng)急廢水池，具體池容及相關(guān)要求將根據(jù)項(xiàng)目環(huán)境影響11 萬(wàn)噸 /年乙酸乙烯酯裝置 工藝設(shè)計(jì) 7 評(píng)價(jià)文件及批復(fù)要求實(shí)施，突發(fā)性事故時(shí)的消防廢水則匯集至該池，最終通過(guò)泵送總廠污水處理設(shè)施達(dá)標(biāo)處理。 （ 2）噪聲較大的壓縮機(jī)，風(fēng)機(jī)等設(shè)備的進(jìn)出口配有消音器。詳見(jiàn)安全專(zhuān)篇中的噪音控制設(shè)計(jì)。搞好綠化是現(xiàn)代企業(yè)清潔生產(chǎn)的標(biāo)志。 車(chē)間的平面布置應(yīng)預(yù)留有綠化地，綠化布置不應(yīng)妨礙工藝裝置、儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施等散發(fā)的有害氣體的擴(kuò)散，保證道路的行車(chē)安全，保證生產(chǎn)操作、設(shè)備檢修、消防作業(yè)和物料輸送；充分利用通道，零星空地及預(yù)留地。綠化面積不低于 12%并配置必要的綠化技術(shù)人員 。 另外在生成產(chǎn)品中，產(chǎn)品乙酸乙烯中具有雙鍵很容易聚合，所以在生產(chǎn)過(guò)程中要嚴(yán)格控制溫度和壓力以防止乙酸乙烯酯聚合而堵塞管道，影響生產(chǎn)。 參考文獻(xiàn) [1] 錢(qián)伯章，上海期刊， 醋酸乙烯的生產(chǎn)技術(shù)與國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)， 2020,35(3) [2] 顏藝倩 廣州科技 總第 231 期 11 萬(wàn)噸 /年乙酸乙烯酯裝置 工藝設(shè)計(jì) 9 第 2 章 工藝流程設(shè)計(jì) 生產(chǎn)方案選擇 產(chǎn)品性質(zhì)及規(guī)格標(biāo)準(zhǔn) 乙 酸乙烯又稱(chēng) 乙酸乙烯酯 ，在常溫下是一種無(wú)色液體，分子量 ， 凝固點(diǎn)為 93℃ ，沸點(diǎn)是 ℃ ， 相對(duì)密度 (水 =1)為 ，溶于苯，乙醇，四氯化碳。 化學(xué)式 為 CH3COOCH=CH2（ VAM） ， 具有甜的醚味；微溶于水，溶于醇、醇、丙酮、苯、氯仿。遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。極易受熱、光或微量的過(guò)氧化物作用而聚合，含有抑制劑的商品與過(guò)氧化物接觸也能猛烈聚合。其單能共聚可生產(chǎn)多種用途粘合劑；還能與氯乙烯、丙烯晴、丁烯酸、丙烯酸、乙烯單能共聚接枝、嵌段等制成不同性能的高分子合成材料 。 表 21 本廠乙酸乙烯酯控制指標(biāo) 組分 乙酸乙烯酯 水 摩爾分率 /% 原料路線確定原則和依據(jù) 選擇生產(chǎn)方法和工藝流程時(shí)應(yīng)該著重考慮以下三項(xiàng)原則： (1) 先進(jìn)性。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，選擇的生產(chǎn)方法應(yīng)達(dá)到物料損耗較小、物料循環(huán)量較少并且易于回收利用、能量消耗較少和有利于環(huán)境保護(hù)等要求。應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持一切經(jīng)過(guò)試驗(yàn)的原則，不允許把未來(lái)的生產(chǎn)工廠當(dāng)做試驗(yàn)工廠來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 11 萬(wàn)噸 /年乙酸乙烯酯裝置 工藝設(shè)計(jì) 10 (3) 合理性。 ② 國(guó)內(nèi)化工生產(chǎn)所用的化工原料及設(shè)備制造所需要的各種材料的供應(yīng)情況。 ④ 國(guó)家環(huán)境保護(hù)、清潔生產(chǎn)的有關(guān)規(guī)定和化工生產(chǎn)中“三廢”排放情況。 ⑥ 資金籌措和外匯儲(chǔ)備情況。 目前，國(guó)內(nèi)的上海石化和北京有機(jī)化工廠采用了拜耳乙烯法合成醋酸乙烯原料路線 。 普朗克公司開(kāi)發(fā)成功，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn) 。 反應(yīng)方程式 HC≡CH+ CH3COOH→H 2C=CHO(CO)CH3 ΔH=?118KJ/mol 反應(yīng)條件：氣相 170250℃ ,在 Zn(OAc)2催化劑作用下反應(yīng)，乙炔的轉(zhuǎn)化率為 6070％ ，乙炔的選擇性為 93%，醋酸的得選擇性為 99%。 （ 3） 電石乙炔法 用水與電石發(fā)生乙炔，采用沸騰床反應(yīng)器氣相催化合成醋酸乙烯的電石乙炔法是最11 萬(wàn)噸 /年乙酸乙烯酯裝置 工藝設(shè)計(jì) 11 早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的一種生產(chǎn)方法 。該反應(yīng)分為兩個(gè)部分：第一部分在 120140℃， FeCl3為催化劑下反應(yīng)； 反應(yīng)方程式為： CH3CHO+(CH3CO)2O→CH 3CH(OCOCH3 )2 第二步是分解反應(yīng)，在 120℃，酸的催化下反應(yīng)： 反應(yīng)方程式為： CH3CH(OCOCH3)2→H 2C=CHO(CO)CH3+ CH3COOH 三種不同的原料路線都能生產(chǎn)出質(zhì)量?jī)?yōu)良的聚乙烯醇產(chǎn)品，原料路線對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)不構(gòu)成影響或影響甚微 。 歐美和日本則全部采用石油乙烯法原料路線 。缺點(diǎn)是產(chǎn)量周期性波動(dòng)大 、 反應(yīng)器內(nèi)溫度不均勻 、 生產(chǎn)周期短 、 更換觸媒時(shí)間長(zhǎng) 、 勞動(dòng)強(qiáng)度大 。 從以上對(duì)比可以看出：固定床反應(yīng)器比沸騰床反應(yīng)器具有一定的優(yōu)勢(shì)，但需掌握高效催化劑配制的關(guān)鍵技術(shù)，而目前這項(xiàng)技術(shù)國(guó)內(nèi)只有川維一家掌握，不具普遍性，因此本文以國(guó)內(nèi)聚乙烯醇生產(chǎn)企業(yè)普遍采用的沸騰床反應(yīng)器工藝技術(shù)進(jìn)行論述 。 操作條件的確定 1. 反應(yīng)方程式 主要反應(yīng)方程式為： C2H4+CH3COOH+→C 2H3OOCCH3+H2O ΔH=146KJ/mol 副反應(yīng)： C2H4+3O2→2CO 2+2H2O ΔH=1340KJ/mol 主要副產(chǎn)物使 CO2，其它副產(chǎn)物很少。但不斷11 萬(wàn)噸 /年乙酸乙烯酯裝置 工藝設(shè)計(jì) 12 循環(huán)后 CO2將逐步積累，使其含量過(guò)高。 2 .主要影響因素 由圖 21可以看出反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物生成的影響。一般來(lái)說(shuō)壓力一般去 。 圖 23裝置工藝原則流程示意圖 工藝流程簡(jiǎn)述 模擬圖中兩個(gè)換熱器都采用 33℃ ,C2H4， O2， CO2，采用閃蒸塔的主 要原因是分離其中氣體，再將它們分離出來(lái)，再返回反應(yīng)器來(lái)循環(huán)使用，這樣可以降低后面塔的負(fù)荷和增大處理量。通過(guò)計(jì)算，從中找出主副產(chǎn)品的生成量，廢物的排出量，確定原材料的消耗與定額，確定各物流的流量、組成和狀態(tài)，確定每一設(shè)備內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)換與能量傳遞的速度。 本裝置以氧氣、二氧化碳、乙烯、乙酸為原料生產(chǎn)年產(chǎn)量 11 萬(wàn)噸的乙酸乙烯酯。 主要設(shè)備的物料衡算 反應(yīng)器 R0101的物料衡算 反應(yīng)器的物料衡算如表 31a、 31b 所示