150000t/a醋酸乙烯项目流化床反应器工艺设计

150000t/a醋酸乙烯项目流化床反应器工艺设计

摘要

本项目为年产十五万吨醋酸乙烯酯项目，用乙烯气相法制取醋酸乙烯酯。该工艺包括原料预处理工段、反应工段、二氧化碳捕集工段以及分离精制工段。涉及到的反应器为流化床反应器，下面对其进行结构选型设计，并根据该反应的反应（动力学、热力学）和物料、催化剂等方面的特点，计算操作条件（温度、压力、组成等）及反应器体积，并以此确定反应器主要构件的尺寸，同时还应该考虑经济的合理性和环境保护等方面的要求。

关键词：乙烯；催化剂；操作条件

第一章前言 1

1.1 项目背景 1

1.2 醋酸乙烯的性质 1

1.2.1 主要物理性质 1

1.2.2 主要化学性质 1

1.3 醋酸乙烯市场分析 2

1.3.1 市场需求分析 2

1.3.2 未来醋酸乙烯行业技术开发方向 2

1.3.3 醋酸乙烯价格走向 2

1.4 项目规模及意义 3

1.4.1 项目规模 3

1.4.2 原料来源 3

1.4.3 项目建设意义 3

第二章工艺简述 4

2.1 醋酸乙烯工艺原料处理工艺概述 4

2.1.1 设计目标 4

2.1.2 工艺路线确定 4

2.2 常用制醋酸乙烯脂工艺技术方案 4

2.2.1 乙炔法 4

2.2.2乙烯法 4

2.2.3催化剂制备 5

2.3 醋酸乙烯催化剂 5

2.3.1 醋酸乙烯催化剂概述 5

2.3.2催化剂载体选择 5

2.3.3催化剂制备 5

第三章工艺流程及模拟 7

3.1 工艺流程简述 7

3.1.1 原料预处理工段 7

3.1.2 反应工段 7

3.1.3 二氧化碳捕集工段 7

3.1.4 分离精制工段 7

3.2 工艺流程模拟及优化 8

3.2.1 全工艺流程流程模拟 8

3.2.2 醋酸乙烯工艺流程流程优化 8

第四章设备设计 11

4.1 反应器设备设计 11

4.2 反应器选型 11

4.2.1 反应器类型分析 11

4.2.2 反应器类型的确定 14

4.3 反应器模拟模型构建 15

4.4 设计条件分析 15

4.5 反应器参数的设计 17

4.5.1 催化剂用量的确定 17

4.5.2 反应器直径的计算 18

4.5.3 反应器床层高度的计算 19

4.5.4 反应器床层压降的计算 21

4.6 反应器内部结构设计 21

4.6.1 气体预分布器 21

4.6.2 气体分布板 22

4.6.3 旋风分离器 25

4.7 接管设计 26

4.7.1 进料管 26

4.7.2 出料管 27

4.7.3 人孔 27

4.7.4 催化剂进出口管 27

4.8 反应器换热系统设计 27

4.8.1 热负荷Q 28

4.8.2 总传热系数K 28

4.8.3传热温差 29

4.8.4 换热面积A 29

第五章反应器校核 30

5.1 概述 30

5.2 SW6-2011反应器机械强度校核 30

5.2.1 内压筒体的校核结果 30

5.2.1 封头的校核结果 30

第六章车间布置 31

6.1 概述 31

6.2 车间划分及布置 31

6.2.1 厂房建筑队设备布置的要求 31

6.3 管道设计 31

第七章环境和消防 32

7.1 区域环境概况 32

7.2 项目清洁生产分析 32

7.3 三废处理 32

7.3.1 废气 32

7.3.2 废水 32

7.3.3 废渣 33

7.3.4 噪声 33

7.4 消防概述 33

7.5 消防平面布置 33

7.6 消防措施 33

第八章结论 34

参考文献 35

谢辞 36

第一章前言

1.1 项目背景

根据现有国内醋酸乙烯的市场需求量，基于我国醋酸乙烯的市场，结合世界醋酸乙烯产能的现状，有效利用总厂富足的乙烯。同时参照目前相关工业的生产规模参数，现拟定每年生产15万吨醋酸乙烯。

本项目是为南京扬子石化股份有限公司新建一个年产15万吨醋酸乙烯生产项目，选址江苏省南京化学工业园。以总厂生产的乙烯作为原料，采用乙烯气相法与醋酸、氧气氧化生成醋酸乙烯。可以为总厂拓展企业的业务范围，实现多元化经营，也可以为醋酸乙烯下游产业链项目提供原料，与南京扬子石化当地的原料到产品的体系相结合。此项目经济合理、清洁环保，十分有市场前景。

1.2 醋酸乙烯的性质

1.2.1 主要物理性质

　英文名称： vinyl acetate；ethenyl ethanoate

　分子式： C4H6O2；CH3COOCHCH2

外观与性状无色液体，具有甜的醚味

　分子量： 86.09

蒸汽压：13.3kPa/21.5℃

闪点：-8℃ 熔点：-93.2℃ 沸点：71.8～73℃

溶解性：微溶于水，溶于醇、醇、丙酮、苯、氯仿

　密度：相对密度(水=1)0.93；相对密度(空气=1)3.0 稳定性稳定

1.2.2 主要化学性质

(1)本品对眼睛、皮肤、粘膜和上呼吸道有刺激性。长时间接触有麻醉作用。

(2)对环境有危害，对水体、土壤和大气可造成污染。

(3)易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂能发生强烈反应。

1.3 醋酸乙烯市场分析

1.3.1 市场需求分析

2005-2010 年间，中国醋酸乙烯工业飞速发展，产能年均增速达10%；需要年均增速为 6.6%。国内醋酸乙烯市场供需格局逐渐由供应不足向供大于求转变，传统生产企业的扩张和煤化工的进入，国内产能增长迅速， 2013年，国内醋酸乙烯产量170.5万吨，同比增加3.3%；装置平均开工率65.5%。2013年，虽然国内供应量有所增多，但仍无法满足下游PVA、EVA等装置生产需要，进口量为29.6万吨，同比增长10.9%。出口由上年的0.8万吨下降到0.3万吨，同比减少62.5%[1]。

1.3.2 未来醋酸乙烯行业技术开发方向

在生产技术上，大力发展新工艺，提高催化剂性能，减少环境污染，实现原料和工艺的多元化。在生产能力上，淘汰落后产能，慎重新建生产装置。合理布局，实现产品生产和使用的多元化和便捷化。在规模化基础上，应大力开展上下游一体化的产业链，上游匹配甲醇、醋酸原料装置，下游同时配套聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、VAE 和 EVA 等装置，规避经营风险，实现效益最大化，增强地区生产风险的能力。

1.3.3 醋酸乙烯价格走向

近几年，我国醋酸乙烯的市场价格总体呈现下降后上升的发展态势。相比2016年，2017年由于下游需求增长、原料价格上涨以及进口单价提升等因素影响，市场价格有较大的提升。2017 年平均价格为 6505元/吨，同比增长约 13.01%。其中最高为2月份的6200元/吨，最低价格为9月的6800元/吨。进入2018年，市场价格继续上涨。1月份市场价格为6850元/吨，6月份上涨到8400元/吨。预计今后一段时间内，我国醋酸乙烯的市场价格仍有上扬的发展态势，但由于产能过剩，下游需求提幅不会太大，加上原材料供应价格趋于正常，市场价格将逐渐落[2]。

1.4 项目规模及意义

1.4.1 项目规模

本项目是为南京扬子石化股份有限公司新建一个年产15万吨醋酸乙烯生产项目，选址江苏省南京化学工业园。以总厂生产的乙烯作为原料，采用乙烯气相法与醋酸、氧气氧化生成醋酸乙烯。可以为总厂拓展企业的业务范围，实现多元化经营，也可以为醋酸乙烯下游产业链项目提供原料，与南京扬子石化当地的原料到产品的体系相结合。

1.4.2 原料来源

本项目主要原料为南京扬子石化股份有限公司生产的醋酸、乙烯，辅助原料为乙酸甲酯。催化剂有醋酸乙烯合成催化剂（Pd-Au/SiO2）、助催化剂醋酸钾。

1.4.3 项目建设意义

随着我国民众生产水平的不断提高，市场上对醋酸乙烯的需求不断提高，该醋酸乙烯项目的建设符合国家产业政策和行业发展规划，醋酸乙烯将在国内市场上与广阔的销售空间，发展前景良好，市场潜力巨大。

结论

本项目为年产15万吨MAc项目，属于新建项目，结合江苏省南京市当地气象条件、居住区分布及本项目的特征，对事故发生后的危害范围及风险进行预测，做出环境风险（ERA）评价和环境影响评价（EIA），为本项目的风险决策及管理提供了依据，为工程的设计和施工提供依据。

本项目建设在江苏南京市六合区扬子石化北侧空地上，为新建项目，社会效益明显、经济效益良好。根据本项目环境影响报告书的初步评价结果，本项目的建设符合国家产业政策；项目规划建设符合区域经济发展规划和环境功能区划；工程采用成熟的生产工艺，贯彻了清洁生产原则，符合循环经济发展的要求；项目拟采用环保措施可靠，预测表明对项目拟建地周围的水、气、声环境影响较小，污染物排放总量可以控制在南京市环保部门下达的指标内，满足总量控制要求；对地区居民、企业、生态环境等的影响较小；通过采取有效的事故防范和应急措施，本项目的环境风险可控在较低水平，事故风险处于可接收水平。因此，从环境保护角度考虑，本项目在扬子石化北侧空地上的建设可行。

参考文献

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[2]肖铭，我国醋酸乙烯得的市场分析[J]．精细与专用化学品，2018，26（9）：7-10．

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[4]郭挺，乙烯气相氧化法合成醋酸乙烯催化剂的制备及性能研究，[D]，2011

[5]董有波，分析醋酸乙烯生产技术[J]．高新技术，2015（4）

[6]杨兵，乙炔制Vac醋酸锌/活性炭催化剂的吸附性质与失活机理研究[J]，天津大学，2016

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