三井杯2015年天津大学队

“恒逸-三井杯”第八届化工设计大赛天津大学天津大学蓝图.TJU控制设计PID—陈丹蕾工艺设计和模拟——吴胜波设备设计CAD——徐继盛经济核算布厂区——代叶梅车间布置塔设计——于怀哲五个月的艰苦奋斗产品分布可调——BDP反应STDP反应相结合隔壁塔——大幅度降低能耗吸附结晶联合精制——实现分离的较佳组合五位老师指导李鑫钢辛峰隋红陈宁李洪请您欣赏队员：吴胜波徐继盛陈丹蕾代叶梅于怀哲指导教师：李鑫钢辛峰隋红李洪陈宁中俄东方石化60万吨/年PX项目7项目背景工艺优化过程集成设备创新控制设计整体布局工艺亮点项目评价新工艺提出91、项目背景12市场分析传统工艺3PX产能PX需求新建产能01000200030002756.4870402369.3185420070051002013年PX供需平衡数据一览单位：万吨/年2013年世界对二甲苯产能与消费[J].合成纤维工业,2014,03:27.223.4278.9374.2425.0485.5532.6649.4773.0850160.8184.0290.3342.1370.5352.7498.7628.69080200400600800100012001400160018002000200520062007200820092010201120122013PX进口量PX生产量4050607080自给率%10市场分析人才优势原料优势产业优势地理优势11国际港口—天津的优势TheSuperiorityOfTianjin0500100015002000250030003500201320152017PETPTAPX单位：万吨/年PX-PTA-PET产品需求预测国外依赖PTA产量升高产业链一体化亚洲产能过剩60万吨/年李瑾.我国聚酯产业链供需现状及市场分析[J].合成纤维工业,2013,05:48-50.12传统芳烃装置工艺流程图重整抽提分馏歧化异构化分离工艺弹性较小、开工不足能耗缺乏耦合、热利用低原料供应单一、规模较低反应选择性低、转化率低污染三废排放、污染严重13传统工艺14新工艺提出原料工艺反应能耗污染裂解汽油重整汽油C5-C7C8+芳烃抽提非芳烃B-T苯塔异构化反应C8AC9+苯甲苯甲苯PX结晶苯塔裂解汽油预分塔重整汽油隔壁塔BDP反应反应隔壁耦合技术二甲苯塔结晶吸附抽余液回隔壁塔回隔壁塔152、工艺模拟12工艺介绍流程模拟原料预分离单元芳烃分馏单元BDP反应单元STDP反应单元异构化单元产品精制单元16工艺介绍废物处理裂解油预分塔预处理隔壁塔芳烃抽提塔溶剂回收塔裂解汽油重整汽油C8+副产轻烃环丁砜甲苯苯+甲苯BDP出料异构化出料17苯塔二甲苯塔自溶剂回收塔塔顶反应原料副产苯C9+C8A自隔壁塔和预分塔塔底甲苯芳烃分馏装置的分离效果苯塔BEN99.99%TOL99.9%二甲苯塔C8A99.5%C9+99.9%苯18自苯塔苯自二甲苯塔C9+闪蒸罐氢气去原料分离隔壁塔BDP反应器苯和碳九及以上芳烃反应器反应温度347℃反应压力2.8MPa苯单程转化率50%碳八芳烃总选择性93%反应主要产物间二甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、甲苯循环19甲苯闪蒸罐氢气甲苯择形歧化反应择形歧化反应器反应温度455℃反应压力2MPa甲苯转化率31%甲苯选择性93%反应主要产物对二甲苯、苯PX至结晶20产物处理隔壁塔甲苯循环粗苯氢气循环吸附塔A吸附塔B抽余液塔抽出液塔抽余液抽出液解吸剂PX结晶母液C8A去异构化分配装置PX优等品21异构化反应器自抽余液塔闪蒸罐氢气回预分离隔壁塔分离异构化反应器反应温度360℃反应压力0.8MPa反应平衡产物对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、乙苯循环22白土再生处理溶剂再生氢气回收废气产品化BDP废气STDP废气异构化废气苯塔轻烃23抽提轻烃BDP废气STDP废气异构化废气活性高；单程寿命长；可多次再生；总寿命是白土的40倍。清洁生产ASPEN模拟预处理隔壁塔节能对比SMB吸附模拟产物处理隔壁塔节能对比甲苯择型歧化方案对比Crystal结晶模拟全流程收敛两个隔壁塔三种反应十大循环24工艺模拟交互作用参数准确化新鲜氢气补充工业化25公用工程价格国产化模拟问题处理反应隔壁耦合技术263、工艺亮点12常规隔壁联合预处理产品分布可调34吸附结晶联合精制271、常规-隔壁联合预处理物质组成沸点正戊烷C50.146336.07正己烷C60.062368.73环己烷C60.063280.72苯C60.0780.09甲苯C70.3110.63乙苯C80.0437136.2OXC80.0393144.43MXC80.108139.12PXC80.113138.361,2,3-TMC90.0045176.121,2,4-TMC90.0118169.381,3,5-TMC90.0087164.74甲乙苯C90.0192162.01对二乙苯C100.01183.787物质组成沸点1-丁烯C40.050-6.24正戊烷C50.06036.07环己烷C60.07280.72苯0.35080.09甲苯0.1883110.63乙苯0.040136.2OX0.012144.43MX0.030139.12PX0.026138.361,2,3-TM0.03176.121,2,4-TM0.02169.381,3,5-TM0.04164.74甲乙苯0.02162.01对二乙苯0.02183.787原料结构优化实现规模化实现BDP反应经济配比27返混高纯度低27SED原料组成塔负荷小萃取剂少282、产品分布可调2828►利用了低附加值C9+►可与甲苯择型歧化反应组合，优越性巨大！►实现产品分布可调，一定程度上应对市场波动BDP反应优势反应进料质量比w(苯)/w(C9+A)=30/70～50/50充分苯和重质芳烃反应，生产甲苯与C8芳烃BDP反应条件BDP反应原理2829调节流程123303、反应隔壁耦合技术303030三段绝热式反应器T0T134M0M12pX0pX1345MO0MO5B0B3GH0GH24dyFrrrrdWdyFrrrdWdy1FrrrrrdW2dyFrrdWdy1FrrdW2dy1Fr(rr)dW2'1111TM222M'3333T'4444pX55pXrr1kpprkprr1kprr1.4kprkpTTMMpXpXppyppyppy32111332223233334442555E55.710kAexp()3.84510exp()RTRTE68.710kAexp()1.99910exp()RTRTE6110kAexp()2.50710exp()RTRTE29.610kAexp()4.110exp()RTRTE57kAexp()1.65810exp(RT3.210)RTRXiip,mix1122334455p,mixHrdTdWFc(HrHrHrHrHr)Fc22p,mixpTTpMMppXpXpHHpAApGHGHpBBpMOMOccycycycycycycycy4.26倍转化率废水量催化剂寿命短27.3%不适合工业化30反应隔壁耦合技术31甲苯择形歧化反应甲苯(63.6%)二甲苯苯∆T=68.5℃反应器循环甲苯预热隔壁塔塔釜再沸隔壁塔进料预热闪蒸罐80.6MW32隔壁塔控制设计33text27.7%85%30%适合吸附80%适合结晶334、结晶吸附联合精制刮刀结晶器结晶釜增稠器液氨制冷晶体原料结晶内部完全热耦合35模拟结果与工业应用实际结果对比SMB吸附色谱模拟控制设计优化364、工艺优化、设备及控制12工艺优化设备设计选型32060102029DWC-INC5~C7CZ-TC8+CZ50塔板数目优化侧线采出优化SensitivityS-2ResultsSummaryVARY1DWC1COL-SPECMASS-RRKG/HR4.54.64.74.84.95.05.15.25.35.45.55.65.75.85.96.06.16.26.36.46.5300.0350.0400.0450.0500.0550.035700.035750.035800.035850.035900.035950.036000.011300.011350.011400.011450.011500.011550.011600.0FTTOPFTSIDEFTBOTM回流比优化塔设备位号塔压（MPa）理论板数进料板数回流比塔顶采出（kg/hr）T1010.531242.233490T1020.152205.541800T1030.24036.26.030976T1040.00751070.744315T2010.124112.158788T2020.953262.4183647T4010.145207.021725T5010.123124.536235T5020.120122.69755037模拟优化•氨/水吸收制冷循环•低温流股制蒸汽38能量优化常规隔壁双塔双效耦合精馏技术三塔热耦合技术反应器热耦合技术3927.6119.3346.9410.869.8220.68020406080热能耗冷能耗总能耗芳烃抽提塔溶剂回收塔节能前节能后29.15MW67.62MW56.9%二甲苯塔芳烃抽提塔溶剂回收塔1、三塔耦合精馏402、反应器热耦合BDP异构化节省高品位能耗：17.36MWSTDP循环甲苯内部耦合加热62.3435.798.0467.8145.49113.351.2728.1979.4629.2424.3853.62020406080100120热能耗冷能耗总能耗隔壁塔（预热）隔壁塔（无预热）顺序精馏倒序精馏4153.6224.38常规隔壁非耦合常规隔壁耦合精馏较倒序节能：45.3%较非预热进料节能：32.5%耦合进一步节能：54.5%二甲苯塔预分离隔壁塔3、常规隔壁双塔双效耦合精馏设备选型与设计泵压缩机换热器储罐计算计算机辅助对比两者选型塔塔参数估算尺寸计算内构件设计水力学校核强度校核4344控制设计112个温度点97个压力点72个流量点56台换热器交织的换热网络74个液位点465、厂区布置12平面布置车间布置三维布置3生活办公区辅助生厂区罐区工艺生产区47平面布置塔顶冷凝器层缓冲罐及换热器层泵及塔釜再沸器层原料预处理车间A-A剖面图48车间布置49三维布置（示例）原料预处理单元506、项目评价12清洁生产技术经济节能减污清洁生产020040060080010001200热公用冷公用总能耗533.04522.321055.36332.4385.3717.7189.9350.2540.1全公用工程初步设计最终优化相比全公用工程节省48.8%38.4773.6680.617.6020406080100三塔双塔反应隔壁反应耦合单位：MW废液废渣废气环丁砜用量少分解少采用DOT-100耦合技术，杜绝废白土的产生轻烃回总厂实现循环经济节能安全环保减污安全性高环境影响小5253动静态指标总投资盈亏平衡分析不确定分析53经济分析工程总投资277061万元产品总成本781960万元项目年利润74462万元静态分析指标投资回收期（年）6.7014投资利润率（%）71.8726投资利税率（%）86.5638动态分析指标净现金流量（万元）241204.280内部收益率（%）24.0014.00财务净现值（万元/年）104799.34-2000000200000400000600000800000100000012000000100000200000300000400000500000600000700000价格/万元产量/t盈亏平衡分析销售收入总成本BEP值36.12%不确定分析清洁生产经济效益选址天津产能60万工艺弹性较小能耗缺乏耦合原料供应单一反应选择性低环境污染较