西南賽區(qū)重慶real v團隊提交版設(shè)計創(chuàng)新性說明書

1、創(chuàng)新性概述1、工藝路線的改進和創(chuàng)新1.1 經(jīng)濟節(jié)能的 DMO 精餾技術(shù)DMO、DMC 與混合工藝氣體分離精制系統(tǒng)中，由于粗產(chǎn)品中氣體含量過高，直接精餾能耗高，所需精餾塔塔板數(shù)多，塔徑大，設(shè)備，分離難度大，鑒于以上考慮，選擇了減壓“蒸發(fā)-精餾”的精制方案，在保證收率和產(chǎn)品質(zhì)量的同時，大大地降低了能耗和設(shè)備投資成本。圖 1-1預(yù)分離塔工藝流程圖1.2 DMC 與甲醇分離流程優(yōu)化由于 DMC 與甲醇形成了共沸體系，采用普通精餾很難將二者分離干凈，采用增大回流比與塔板數(shù)的方法可以在一定程度上將甲醇和 DMC 分離，但是這樣設(shè)備費用和能耗都會增大，本工藝設(shè)計中采用平行雙效變壓精餾技術(shù)，將分離任務(wù)分擔到兩

2、個塔進行，塔 T0202 在常壓下操作，然后塔底采出物經(jīng)泵加壓后進入塔 T0203。有效減少了塔板數(shù)和能耗。圖 1-2平行雙效精餾塔分離 DMC 與甲醇流程示意圖1.3 增設(shè)尾液回收循環(huán)一般的乙二醇精制塔塔頂采出的物料直接進入三廢處理，這樣既是對原料的大大浪費，又會增加處理成本，尤其對成本較貴的組分，更加缺乏經(jīng)濟性，因此本設(shè)計提出了一種新的殘液回收處理流程，將未反應(yīng)的 DMO 和 MG 加壓循環(huán)回到加氫反應(yīng)器中。如下圖所示（圖中藍色物流線表示從乙二醇精制工段循環(huán)回加氫工段的 DMO 和 MG）。圖 1-3尾液循環(huán)回收流程圖1) 回收了廢液中的有用組分，增加了產(chǎn)品產(chǎn)量；2) 減少了廢液的處理量，

3、節(jié)省了三廢處理成本，降低了對環(huán)境的污染程度。1.4 氫氣膜分離單元回收氫氣采用先進的膜分離技術(shù)回收了 95%加氫尾氣中的氫氣，純度能達到 99.9%，大大減少了新鮮氫氣的補充量，節(jié)省了生產(chǎn)成本的同時從本質(zhì)上減少了馳放氣體的排放量。一般工藝對加氫尾氣的簡單處理是送燃氣總管做氣，然而氫氣對于化工企業(yè)來說是一種重要的資源，所以對氫氣的回收利用有很大的應(yīng)用價值。同時，排放出去的氫氣的安全處理也是一題。本設(shè)計采用先進的氫氣膜分離單元回收大部分加氫尾氣中的氫氣，因為加氫尾氣本身有一定的壓力，且濃度較高，所以利用膜分離的方法回收氫氣能收到很好的經(jīng)濟性。由于 Aspen plus 沒有膜分離單元模塊，因此采用

4、 sep 模塊進行概念設(shè)計模擬氫氣膜分離過程，模擬示意圖如下。圖 1-4氫氣膜分離單元示意圖經(jīng)過加氫產(chǎn)品的氣液分離后的加氫尾氣部分送入氫氣膜分離裝置，由于循環(huán)氫氣濃度較高，只需要掉補充的被消耗部分的氫氣時帶入的惰性氣體氮氣，所以不需要全部循環(huán)氣體進行膜分離處理，所以先采用簡單分流，將少部分循環(huán)氣體引入氫氣膜分離裝置進行處理即可，這樣既回收了氫氣，節(jié)省了生產(chǎn)成本，減少了馳放氣體的排放，同時也避免了膜設(shè)備的浪費，減少了設(shè)備投資費。最終回收了 99%純度達 99.9%的氫氣循環(huán)回加氫反應(yīng)器中，大大減少了新鮮氫氣的補充量，且大大減少了能量消耗和馳放氣體的排放，具有十分顯著的經(jīng)濟效益。2 、換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)

5、化使用 Aspen Energyyzer 能量分析器對全流程進行熱集成網(wǎng)絡(luò)分析，結(jié)果表明全流程能進行比較合理的能量匹配利用，經(jīng)過對換熱網(wǎng)絡(luò)的改造，最終得到了如下圖所示的熱集成方案。圖 2-1全流程熱集成示意圖采用夾點技術(shù)進行換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計時，一般是先找出最小公用工程消耗，即先設(shè)計能量最優(yōu)的換熱網(wǎng)絡(luò)，然后在采取一定的方法，減少換熱單元數(shù)，從能量和設(shè)備數(shù)上對換熱網(wǎng)絡(luò)進行調(diào)優(yōu)。同時換熱網(wǎng)絡(luò)的實際還需考慮到設(shè)備布置，不同車間之間物流換熱的代價，物流是否具有腐蝕性還有對換熱材料的要求等。因此在具體設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)時可以從兩方面出發(fā)：一是物流信息的確定，求出整個系統(tǒng)的所有涉及到加熱冷凝的物流信息；二是考慮到具

6、體物流的熱集成能力以及其他性質(zhì)情況（包括位置等）在滿足換熱匹配的要求上進行換熱設(shè)計。本項目中換熱的基本：各個工段內(nèi)，反應(yīng)后的熱物流與反應(yīng)前的冷物料進行換熱，若反應(yīng)后的熱物流能量，反應(yīng)前的冷物料的剩余能量由公用工程提供，以保證達到反應(yīng)所需的溫度。對于加氫反應(yīng)工段，反應(yīng)器 R-301 的出料溫度較高，能量也較高，可以為流程內(nèi)其余物流加熱。該出料先后加熱酯化工段MN 再生反應(yīng)精餾塔（T-401）、甲醇回收塔（T-402）塔底釜液，完全提供釜液汽化所需熱量，之后加熱羰化反應(yīng)工段甲醇洗滌塔（T-101）塔底釜液，部分提供釜液汽化所需熱量，之后加熱反應(yīng)器 R-301 進料，提供原料部分所需能量，原料剩余能

7、量由中壓蒸汽提供，反應(yīng)出料降溫后用循環(huán)冷卻水繼續(xù)冷卻至所需溫度。對于羰化反應(yīng)工段，反應(yīng)器 R-101 的出料先預(yù)熱反應(yīng)器進料，之后加熱壓縮機 C-401 進料，其能提供該進料所需的溫度，反應(yīng)器出料降溫后用循環(huán)冷卻水繼續(xù)冷卻至所需溫度。羰化反應(yīng)工段甲醇洗滌塔（T-101）塔底釜液汽化剩余能量由乙二醇精制塔（T-502）塔頂蒸汽加熱。其他物流使用公用工程換熱處理。工段和不同工段之間的換熱實現(xiàn)了能量的梯級利用和能量的自給自足，其中，反應(yīng)器飽和水的換熱可以產(chǎn)生高溫水蒸汽，該水蒸汽可以作為公用工程為流程內(nèi)合適的冷物流提供熱量，大大減少了公用工程的使用，達到節(jié)能效果。用夾點技術(shù)方案優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)，可以能量級

8、別高低綜合利用的總能體系，這種體系，有效能的內(nèi)外損失都將大為減少，同時顯著減少了公用工程的耗用量，達到了“按質(zhì)用能，按需用能”的指導(dǎo)原則。熱集成前后冷熱公用工程對比情況如下表所示。表 2-1 熱集成前后冷熱公用工程對比3 、Aspen plus 對反應(yīng)器的模擬確定反應(yīng)器的主體結(jié)構(gòu)通過使用 Aspen plus模擬管式平推流反應(yīng)器最終確定本工藝的反應(yīng)器采用四個反應(yīng)器串聯(lián)，其中前面三個反應(yīng)器采用列管式固定床反應(yīng)器，且分別采用不同壓力的加壓水，從而實現(xiàn)不同的吸熱效果，最后一個采用絕熱反應(yīng)器。四個反應(yīng)器的內(nèi)徑大小各不相同。反應(yīng)器內(nèi)徑及冷卻水壓力的詳細數(shù)據(jù)見表 3-1。表 3-1 反應(yīng)器內(nèi)徑及冷卻水壓力

9、反應(yīng)器的特點：（1）多段換熱反應(yīng)器由于該反應(yīng)屬于弱放熱反應(yīng)，導(dǎo)致反應(yīng)進行過程中，反應(yīng)器內(nèi)的放熱量很不穩(wěn)定，假如采用同樣的冷卻系統(tǒng)，將導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)溫度很難控制。因此采用多段換熱。反應(yīng)器變量反應(yīng)器一(R1)反應(yīng)器二(R2)反應(yīng)器三(R3)反應(yīng)器四(R4)殼體內(nèi)徑(m)2900197243842827冷卻水壓力(bar)1.81.732.22汽化潛熱(kJ/kg)2210.92214.3322192.4項目熱公用工程(KJ/h)冷公用工程(KJ/h)總費用（Cost/s）匹配前6.7731089.0001080.6737匹配后3.5161085.7431080.3878節(jié)約百分率48.09%36.19

10、%43.45%（2）反應(yīng)器內(nèi)徑大小不一反應(yīng)器 R-1：由于反應(yīng)剛開始時反應(yīng)速率較快放熱量很大，從而使冷卻系統(tǒng)可以很容易的來保持反應(yīng)器內(nèi)溫度恒定。通過 Aspen plus 模擬應(yīng)器內(nèi)的溫度變化如圖 3-1 所示。也得到了驗證。第一段反圖 3-1 第一段反應(yīng)器內(nèi)溫度分布由圖可以看出第一段反應(yīng)器內(nèi)的溫度分布確實是基本不變，前后相差不到一度。反應(yīng)器 R-2：由于本反應(yīng)器為串聯(lián)反應(yīng)器，反應(yīng)進行到第二段時，由于反應(yīng)器內(nèi)熱量的積累以及催化劑反應(yīng)活性等多方面的原因?qū)е碌诙畏磻?yīng)器內(nèi)的放熱量急劇增多，從而導(dǎo)致溫度很難控制。為此采用了床層高度與第一段相同，但截面積比第一段小的反應(yīng)器，從而增大床層內(nèi)流體速度，減慢

11、其停留時間從而使反應(yīng)的速率稍微降低，降低了冷卻的難度。反應(yīng)器 R-3：由于反應(yīng)速率隨著反應(yīng)的進行不斷減小，導(dǎo)致第三段反應(yīng)器內(nèi)的放熱量也相對減小，為了保證冷卻系統(tǒng)正常運行，采用大直徑的反應(yīng)器，從而適當?shù)脑龃罅黧w才反應(yīng)器內(nèi)的停留時間，加快反應(yīng)轉(zhuǎn)化量，增大反應(yīng)放熱量。反應(yīng)器 R-4：由于反應(yīng)器進行到了后期，反應(yīng)物濃度降到了很低，產(chǎn)物濃度較高，此時反應(yīng)速率已經(jīng)到了很低的程度，從而反應(yīng)放熱量也很小，為此可以采用絕熱反應(yīng)器來保證反應(yīng)器內(nèi)的催化劑活性溫度。保證反應(yīng)的順利進行從而達到目標產(chǎn)量。4、基于 fluent對羰化反應(yīng)器氣體分布器的模擬Fluent 是通用的 CFD，用來模擬從不可壓縮到高度可壓縮范圍內(nèi)

12、的復(fù)雜流體的。由于采用了多種求解方法和多重網(wǎng)格加速收斂技術(shù)，因而能達到最佳的收斂速度和求解精度。靈活的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和基于解算的自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)及成物理模型，使 Fluent 在層流和湍流、傳熱、化學反應(yīng)、多相流、多孔介質(zhì)等方面有廣泛應(yīng)用。想使用 fluent對分布器的流體分布做出一個模擬，通過觀察各個管嘴的出口速度分布從而來判斷此氣體分布器的性能采用的氣體分布器為新型的多管式氣體分布器，如圖 4-1 所示。圖 4-1 多管式氣體分布器首先通過手工的初步計算，確定了氣體分布器的分支管直徑為 100mm，管嘴直徑為 20mm，每個管嘴的間隔為 10mm。通過查閱相關(guān)文獻，知道，氣體在分支管的前幾個管嘴處會出現(xiàn)一定程度的偏流現(xiàn)象。隨著向下沿程軸向速度的減小，使得下游分支管口處的偏流有所減小并逐漸接近于均勻。建立分支管與管嘴的二維模型，來進行流體力學的模擬。首先使用Gambit設(shè)計氣體分布器網(wǎng)格，在用 Fluent導(dǎo)入 2D 模型，設(shè)置進口速度為 25m/s。選用標準的 K-模型，松弛系數(shù)為默認值。最終模擬出來的流體速度分布圖如圖 4-2 所示。圖 4-2氣體速度分布圖從圖中可以看到每個管嘴的出口速度基本上是相