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1、 鎮(zhèn)海煉化廠石油煉制尾氣深度脫硫裝置設(shè)計及年產(chǎn) 7.5 萬噸甲硫醇項目設(shè)計摘要目錄 一、項目簡介1二、甲硫醇市場分析1三、生產(chǎn)工藝概述23.1 原料的確定23.2 工藝確定33.3 工藝流程說明33.3.1 原料氣（含硫尾氣）預(yù)處理工段43.3.2 甲硫醇合成工段5五、工廠設(shè)計9六、節(jié)能設(shè)計116.1 換熱網(wǎng)絡(luò)集成116.2 熱泵精餾126.3 雙效精餾13七、安全設(shè)計13八、動態(tài)模擬14九、經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)16十、總結(jié)17I 鎮(zhèn)海煉化廠石油煉制尾氣深度脫硫裝置設(shè)計及年產(chǎn) 7.5 萬噸甲硫醇項目設(shè)計摘要一、項目簡介 本項目設(shè)計兼顧經(jīng)濟效益性、綠色環(huán)保性和清潔生產(chǎn)理念。在考慮經(jīng)濟效益的同時，積極使用

2、節(jié)能環(huán)保生產(chǎn)技術(shù)，如雙效精餾、熱泵精餾，夾點分析，三廢處理并兼顧經(jīng)濟性和環(huán)保性。并利用 Aspen 等軟件完成了工藝方案選擇、工藝路線設(shè)計、工藝過程模擬與優(yōu)化、換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、換熱器設(shè)計；使用 CAD 繪制了工藝物料流程圖（PFD）、管道及儀表流程圖（PID）、關(guān)鍵設(shè)備裝配圖、車間設(shè)備布置圖；同時采用 CAD works 工程軟件在對配管進(jìn)行設(shè)計的基礎(chǔ)上，利用Sketch Up 設(shè)計了三維車間、三維工廠，利用 Fluent 軟件對反應(yīng)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化；采用 Adobe After Effects 和 Adobe Premiere 軟件對動畫進(jìn)行后期處理。本項目所有設(shè)計均遵循 HSE 理念，H

3、SE 是健康（Health）、安全（Safety） 和環(huán)境（Environment）管理體系的簡稱。其核心價值觀是責(zé)任、關(guān)愛、共享和溝通。項目安全環(huán)保理念貫穿全廠。 二、甲硫醇市場分析 甲硫醇作為一種重要的有機化工產(chǎn)品，主要用于合成農(nóng)藥、醫(yī)藥、合成材料、飼料等。由于近年來蛋氨酸合成工業(yè)的快速發(fā)展，甲硫醇的工業(yè)生產(chǎn)也逐漸引起 1 重慶理工大學(xué)“火麒麟”團(tuán)隊人們的注意。結(jié)合目前化工廠以及石油提煉等排放出大量的硫化氫氣體對環(huán)境造成嚴(yán)重污染和國內(nèi)甲醇市場嚴(yán)重飽和的現(xiàn)狀，硫化氫甲醇法合成甲硫醇工藝成為當(dāng)前領(lǐng)域研究熱點。硫化氫與甲醇在載有鎢酸鉀的活性氧化鋁催化下，反應(yīng)生成的甲硫醇再與丙烯醛加成反應(yīng)后水解可

4、得 DL-蛋氨酸，具有原料易得、收率高、三廢容易處理、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品競爭力強等特點。 近年來，我國的飼料工業(yè)發(fā)展迅速，市場對蛋氨酸的需求量也迅速增加，蛋氨酸的市場活躍，一定程度上刺激了甲硫醇的市場。目前國內(nèi)僅有部分廠家為解決酸性廢氣問題，才開發(fā)了小規(guī)模硫化氫甲醇生產(chǎn)甲硫醇工業(yè)化項目，且產(chǎn)率不高， 效益較差。20 世紀(jì)末山東興武集團(tuán)在為其產(chǎn)品液體硫化氫尋求下游產(chǎn)品時選擇了硫化氫甲醇法合成甲硫醇生產(chǎn)項目，經(jīng)過多次探索性試驗和對催化劑進(jìn)行研制和開發(fā)，到 2004 生產(chǎn)能力達(dá)到年產(chǎn)甲硫醇 3000t、甲硫醚 500t 。南京化學(xué)工業(yè)公司為解決合成氨凈化工段排放大量含硫化氫的酸性氣體問題，建成一套年產(chǎn)

5、 7 千噸甲硫醇裝置和年產(chǎn) l0kt 蛋氨酸裝置。近年國內(nèi)甲硫醇工業(yè)快速而穩(wěn)步的發(fā)展可以在一定程度上改善國內(nèi)供不應(yīng)求的現(xiàn)狀。隨著國家環(huán)保力度的進(jìn)一步加大， 其它甲硫醇合成路線因環(huán)保問題受到很大限制。因此，國內(nèi)硫化氫甲醇法生產(chǎn)甲硫醇的規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)將具有很大的市場前景。 三、生產(chǎn)工藝概述 3.1 原料的確定 本項目采用的主要原料硫化氫來自于中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司 IV 柴油加氫精制裝置和 V 蠟油加氫裝置出來的含硫酸性尾氣。硫化氫是H2S 是劇毒物質(zhì)，不能排放，不易儲存和運輸，同時硫化氫中的硫又是重要的資源，回收廢氣中的硫化氫不僅是環(huán)保的要求也是資源的回收利用要求。 本項目還需要

6、甲醇，甲醇是一種重要的、需求量巨大的基本有機化工原料， 也是一種新型的清潔能源。我廠用于生產(chǎn)甲硫醇的原料甲醇由寧波市鎮(zhèn)海鴻鑫化工有限公司提供，寧波市鎮(zhèn)海鴻鑫化工有限公司有自主產(chǎn)權(quán)的倉庫，可存放二千多噸液體化工的儲罐，四輛危險品運輸車，另在寧波港化工碼頭有一千多噸的獨 3 鎮(zhèn)海煉化廠石油煉制尾氣深度脫硫裝置設(shè)計及年產(chǎn) 7.5 萬噸甲硫醇項目設(shè)計摘要家存放甲醇專用儲罐。其中甲醇每月銷售約四五千噸，是中石化甲醇采購的定點供應(yīng)商。 綜上所訴原料來源充足有保障。 3.2 工藝確定 由原料氣的氣質(zhì)條件可知，原料氣中硫化氫的含量，CO2 的含量，水和輕烴的含量，因此需要對硫化氫氣體進(jìn)行凈化。硫化氫提純法主要

7、有醇胺法、低溫甲醇洗法、NHD 法等。硫化氫和成甲硫醇的工藝有：硫化氫甲醇?xì)庀嗪铣煞ê透吡驓夂铣煞ā?通過對各工藝的各項技術(shù)指標(biāo)和優(yōu)缺點對比分析比較，硫化氫的提純選擇MDEA 法，MDEA 法對硫化氫的提純具有良好的選擇性；溶液濃度較高，酸氣負(fù)荷大，循環(huán)量小；再生能耗低，操作費用低；貧液腐蝕性低，蒸氣壓低，蒸發(fā)損失小等優(yōu)點。甲硫醇的合成選擇硫化氫甲醇法，該法具有工藝原料廉價易得， 收率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，甲醇轉(zhuǎn)化率可達(dá) 90%，甲硫醇最高收率為 98%（通?？氐皆?2%），副產(chǎn)品甲硫醚可以在催化劑作用下轉(zhuǎn)化為甲硫醇。三廢容易處理、生產(chǎn)成本優(yōu)點。 3.3 工藝流程說明 本工藝以石油煉化產(chǎn)生的含硫尾氣

8、為原料，經(jīng) MDEA 溶劑吸收、解吸和兩級壓縮冷凝后提純 H2S，H2S 再與甲醇反應(yīng)合成產(chǎn)品甲硫醇。主要流程包括原料 （含硫尾氣）預(yù)處理工段，甲硫醇合成工段、產(chǎn)品精制三個工段。 3 重慶理工大學(xué)“火麒麟”團(tuán)隊圖 3-1 工藝物料集成圖3.3.1 原料氣（含硫尾氣）預(yù)處理工段原料含硫尾氣從塔底進(jìn)入吸收塔，氣體自下而上與塔頂進(jìn)入的 MDEA 吸收劑逆流接觸，充分吸收，塔頂排出未被吸收的烷烴、大量 CO2、少量H2S（塔頂排出物會和下一工段的殘余氣流一起進(jìn)行變壓吸附），塔底吸收液進(jìn)入解析塔，塔底 MDEA 溶液循環(huán)回吸收塔，塔頂氣體經(jīng)過兩級壓縮和冷凝后除去水蒸氣， 分離出的 H2S（含有少量 CO

9、2）進(jìn)入甲硫醇合成工段。 圖 3-2 原料預(yù)處理工段流程圖（1）4 鎮(zhèn)海煉化廠石油煉制尾氣深度脫硫裝置設(shè)計及年產(chǎn) 7.5 萬噸甲硫醇項目設(shè)計摘要圖 3-3 原料預(yù)處理工段流程圖（2）圖 3-4 原料預(yù)處理工段流程圖（3）3.3.2 甲硫醇合成工段來自原料氣預(yù)處理工段的硫化氫和甲醇經(jīng)加壓預(yù)熱后進(jìn)入裝有催化劑的甲 硫醇合成反應(yīng)器，反應(yīng)器為固定床反應(yīng)器，從反應(yīng)器出來的混合氣體，通過兩級部分冷凝，將產(chǎn)品氣體分離成含有甲醇、水的含水冷凝物，和含硫化氫、甲硫醇、甲硫醚、甲醚的有機冷凝物。未冷凝殘余氣流，通過甲醇洗滌從殘余氣流中吸收甲硫醇， 經(jīng)洗滌后與上一工段吸收塔塔頂排出的混合氣體一起進(jìn)入變壓吸附塔， 分

10、離出的硫化氫氣體循環(huán)回硫化氫甲醇預(yù)熱加壓階段，分離出的二氧化碳濃度較高（含少量烷烴）送尿素處理廠。 5 重慶理工大學(xué)“火麒麟”團(tuán)隊圖 3-5 甲硫醇合成工段流程圖3.3.3 產(chǎn)品精制工段上一工段經(jīng)兩級部分冷凝的兩股含水冷凝物和有機冷凝物和甲醇洗滌液一起進(jìn)入汽提塔，塔頂排出的硫化氫氣體循環(huán)回硫化氫和甲醇預(yù)熱加壓階段，塔底混合物進(jìn)入萃取精餾塔，加水萃取，塔頂?shù)玫郊琢虼技琢蛎鸦旌衔?，塔底甲醇和水?jīng)過進(jìn)一步精餾，分離出的甲醇循環(huán)到上一工段的甲醇洗滌塔，分離出的一部分水循環(huán)到本工段的萃取精餾塔中，另一部分送污水處理廠。塔頂混合物經(jīng)精餾塔分離后，塔頂?shù)玫街鳟a(chǎn)物甲硫醇，塔底得到副產(chǎn)物甲硫醚。 6 鎮(zhèn)海煉化廠

11、石油煉制尾氣深度脫硫裝置設(shè)計及年產(chǎn) 7.5 萬噸甲硫醇項目設(shè)計摘要圖 3-6 產(chǎn)品精制工段流程圖（1）圖 3-7 產(chǎn)品精制工段流程圖（2）圖 3-8 產(chǎn)品精制工段流程圖（3）7 重慶理工大學(xué)“火麒麟”團(tuán)隊圖 3-9 產(chǎn)品精制工段流程圖（4）圖 3-10 產(chǎn)品精制工段流程圖（5）四、清潔生產(chǎn) 本項目為鎮(zhèn)海煉化廠石油煉制尾氣深度脫硫裝置設(shè)計及年產(chǎn) 7.5 萬噸甲硫醇項目，不僅實現(xiàn)了含硫尾氣的處理，也是實現(xiàn)了硫化氫的資源化利用，符合石化和化學(xué)工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃中提出的“推廣化工園區(qū)產(chǎn)業(yè)集聚，能源有效利用、排放集中治理等先進(jìn)生產(chǎn)方式，實現(xiàn)廢棄物減量化和資源化，構(gòu)建循環(huán) 8 鎮(zhèn)海煉化廠石油煉制尾氣深

12、度脫硫裝置設(shè)計及年產(chǎn) 7.5 萬噸甲硫醇項目設(shè)計摘要經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈?！北卷椖坎扇《鄠€循環(huán)，將未反應(yīng)的原料循環(huán)利用，采用雙效精餾和 熱泵精餾，實現(xiàn)了能源的合理利用。本項目對經(jīng)濟和環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。 項目所有的廢水、廢氣、廢物均采取了可行的處理方法進(jìn)行處理，處理后的廢水可以達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的排放指標(biāo)；處理后的廢氣二氧化碳濃度高可可送總廠的尿素處理廠；廢固經(jīng)過回收預(yù)處理返回經(jīng)銷商。工藝反應(yīng)條件溫和，設(shè)備安全規(guī)范，保證生產(chǎn)安全。 因此本項目符合清潔生產(chǎn)的要求并且在原料利用上在經(jīng)濟和環(huán)保兩方面達(dá)到了雙贏。 五、工廠設(shè)計 考慮了原料、市場、交通、政策、環(huán)境承受能力等各方面因素，廠址選擇在浙江省寧波市

13、石化經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)國家相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實際情況，本設(shè)計團(tuán)隊采用 Auto CAD 進(jìn)行了廠區(qū)布置、車間布置和管道布置， 如下圖所示： 圖 5-1 廠區(qū)平面布置圖9 重慶理工大學(xué)“火麒麟”團(tuán)隊圖 5-2 三維管道布置圖圖 5-3 原料預(yù)處理車間平面布置圖10 鎮(zhèn)海煉化廠石油煉制尾氣深度脫硫裝置設(shè)計及年產(chǎn) 7.5 萬噸甲硫醇項目設(shè)計摘要圖 5-4 車間三維布置圖圖 5-5 廠址地理位置六、節(jié)能設(shè)計 6.1 換熱網(wǎng)絡(luò)集成 在本項目中，涉及公用工程量較多。為了充分利用能量，本項目通過使用Aspen Energy Analyzer 軟件，根據(jù)夾點設(shè)計法，結(jié)合本廠設(shè)備布置的實際情況，

14、進(jìn)行流股匹配，以經(jīng)濟節(jié)能為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，通過選定最佳最小傳熱溫差 6后 11 重慶理工大學(xué)“火麒麟”團(tuán)隊進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)的自行設(shè)計，再進(jìn)一步手動優(yōu)化，結(jié)合人工校核，設(shè)計出了一種最優(yōu)的冷熱流股匹配方案。同時將優(yōu)化后的換熱網(wǎng)絡(luò)返回流程模擬和 PID 圖紙，對比分析得出最優(yōu)。詳見 Aspen 流程模擬源文件和 PID 圖紙。 最終配結(jié)果如下所示： 圖 6-1 換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化方案6.2 熱泵精餾 為達(dá)到節(jié)能降耗的目的，我們在解析分離時采用“熱泵精餾分離技術(shù)”，根據(jù)我們選擇的塔設(shè)備和分離任務(wù)的特點，選擇熱泵精餾，經(jīng)計算節(jié)能效果明顯， 節(jié)能如下表所示： 表6-1 節(jié)能效果表熱公用工程能耗/KW冷公用工程能耗/

15、KW無熱泵精餾22997.767631958.3676含熱泵精餾681815778.6節(jié)能70.354%50.628%12 鎮(zhèn)海煉化廠石油煉制尾氣深度脫硫裝置設(shè)計及年產(chǎn) 7.5 萬噸甲硫醇項目設(shè)計摘要6.3 雙效精餾 為達(dá)到節(jié)能降耗的目的，不但節(jié)約一個換熱器，還可以回收部分熱量，根據(jù)我們選擇的塔設(shè)備和分離任務(wù)的特點，選擇雙效精餾，經(jīng)計算，節(jié)能如下所示： 表 6-2 節(jié)能效果表熱公用工程能耗/KW冷公用工程能耗/KW無雙效精餾10246.0418935.2341含雙效精餾681815778.6節(jié)能50.28%20%七、安全設(shè)計 安全是工業(yè)生產(chǎn)最重要的考慮因素，本項目貫徹“安全第一，預(yù)防為主，綜合

16、治理”的指導(dǎo)思想，設(shè)計了從上至下的五個安全保護(hù)層次。 首先，整個工廠建立統(tǒng)一的 HSE 管理體系，把健康、安全、環(huán)境整合在一起形成一個管理體系綜合管理。從項目的 HSE 管理、管理機構(gòu)、人力資源、物質(zhì)保障和遵循法律法規(guī)出發(fā)，進(jìn)行整個體系的設(shè)計。 其次，項目生產(chǎn)采用先進(jìn)的本質(zhì)安全理念，從流程設(shè)計、操作條件、儲存運輸、設(shè)備選型等方面來減少事故發(fā)生的可能性和性。 再次，本項目生產(chǎn)中的原料硫化氫和產(chǎn)品甲硫醇、甲硫醚均是易燃易爆劇毒的危險品，本項目加強對這些物質(zhì)的儲運管理和提高防泄漏措施。 然后，本項目在全廠布置上嚴(yán)格遵循石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范和建筑 設(shè)計防火規(guī)范，使設(shè)計做到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)；在平時生產(chǎn)操作時

17、，通過多次的安全培訓(xùn)， 提高員工安全意識，規(guī)范安全操作，降低人為事故發(fā)生的概率。 最后，本項目制定全面的事故應(yīng)急預(yù)案，運用 Risk System 軟件對泄漏事故進(jìn)行模擬，為應(yīng)急措施的制定提供依據(jù)。 13 重慶理工大學(xué)“火麒麟”團(tuán)隊八、動態(tài)模擬 Aspen plus 進(jìn)行的是工藝的穩(wěn)態(tài)模擬，是工廠連續(xù)操作后，工藝條件處于穩(wěn)定時，物流參數(shù)在某一范圍內(nèi)處于穩(wěn)定值，因此 Aspen plus 模擬得到的是理想情況下的各種物流信息。但是在實際生產(chǎn)中，不可避免會遇到由于設(shè)備的故障或者其他的工藝條件改變（開、停車過程）造成流程處于非穩(wěn)態(tài)操作條件下，從而影響的產(chǎn)品的產(chǎn)量和和純度。 基于 fluent 軟件對

18、甲硫醇合成反應(yīng)器進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新： 由于塔內(nèi)氣體的均勻分布（尤其是進(jìn)口氣流的初始分布）對大型填料塔的分離效率、產(chǎn)品質(zhì)量都有很大的影響。性能優(yōu)良的氣體分布器不僅能削弱由于氣流的導(dǎo)入造成的不均勻分布的影響，而且能大大降低系統(tǒng)的均布阻力。由于本工藝反應(yīng)器采用多段填料式反應(yīng)器，直徑較大，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，直接采用水平進(jìn)氣導(dǎo)致氣體分布不均，容易造成局部溫度過高，產(chǎn)生結(jié)焦造成催化劑失活，導(dǎo)致反應(yīng)不完全，增加了生產(chǎn)成本。所以需要將進(jìn)氣分散均勻，增大提高反應(yīng)收率， 提高了經(jīng)濟效益。未經(jīng)優(yōu)化前的圖如下： 圖 8-1 無空氣分布器流體分布圖為此，同過查閱文獻(xiàn)對比，本反應(yīng)器采用板式氣體分布器，該分布器是一種應(yīng)用比較廣泛

19、的分布器，結(jié)構(gòu)如下圖，該分布器結(jié)構(gòu)簡單，分散效果比較好，同時具有耐高溫、抗酸腐蝕性能。物料以徑向和軸向進(jìn)入塔體，經(jīng)體分布器使 14 鎮(zhèn)海煉化廠石油煉制尾氣深度脫硫裝置設(shè)計及年產(chǎn) 7.5 萬噸甲硫醇項目設(shè)計摘要氣體分散均勻，從而使催化劑床層反應(yīng)溫度分布均勻，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率更高。 圖 8-2 單床層流體分布矢量圖圖 8-3 單床層流體流動圖15 重慶理工大學(xué)“火麒麟”團(tuán)隊圖 8-4 反應(yīng)器立體解構(gòu)圖九、經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo) 經(jīng)過對項目進(jìn)行投資估算和財務(wù)評價，全廠的綜合經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)如下表所示。 表 9-1 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)序號指標(biāo)名稱單位數(shù)值1設(shè)計規(guī)模萬噸/年82地面積平方米74734.753建筑面積平方米18798.014年操作時間小時/年72005工程項目總投資億元4.36固定資產(chǎn)投資億元2.77直接材料費億元/年3.816 鎮(zhèn)海煉化廠石油煉制尾氣深度脫硫裝置設(shè)計及年產(chǎn) 7.5 萬噸甲硫醇項目設(shè)計摘要8