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2万吨乙酸乙酯项目说明书( 一)
关于化工 -10-0618:16:49阅读782评论20字号: 大中小订阅
目录
第一章总说明...8
1.1项目概况...8
1.2项目意义...8
1.3厂区和生产概况...8
第二章总图运输...11
2.1厂区布置说明总述...11
2.2厂区布置分项说明...13
2.2.1行政区...14
2.2.2辅助区...14
2.2.3生产区...15
2.2.4储罐区...16
2.3厂区布置的说明表格...17
第三章化工工艺...18
3.1工艺路线的选择...18
3.1.1原料路线确定的原则和依据...18
3.1.2国内/外工艺技术概况...20
3.1.3工艺技术方案的比较和选择理由...23
3.2全厂的工艺流程和车间的工艺流程说明...30
3.2.1综述...30
3.2.2原料单元...32
3.2.3催化剂制造单元...32
3.2.4反应单元...33
3.2.5催化剂脱出单元...34
3.2.6精馏单元...35
3.2.5产品储存单元...37
3.2.6公用工程单元...37
3.3全厂物料平衡...38
3.3.1全流程物料衡算...38
3.3.2入塔泵P101a物料衡算...40
3.3.3入塔泵P101b物料衡算...41
3.3.4全混釜反应器R101物料衡算...42
3.3.5管式反应器R102物料衡算...43
3.3.6.入塔泵P102a( 备用泵P102b) 物料衡算...44
3.3.7单效蒸发器S201物料衡算...45
3.3.8机械分离器物料衡算...46
3.3.9精馏一塔物料衡算...47
3.3.10储罐物料衡算...48
3.3.11入塔泵P203a( 备用泵P203b) 物料衡算...49
3.3.12.入塔泵P203a( 备用泵P203b) 物料衡算...51
3.3.13入塔泵P204a( 备用泵P204b) 物料衡算...52
3.3.14精馏三塔物料衡算...53
3.3.15入塔泵P203a( 备用泵P203b) 物料衡算...54
3.3.16精馏四塔物料衡算...55
3.4全厂能量平衡...56
3.4.1入塔泵P101a能量衡算...56
3.4.2入塔泵P101b能量衡算...57
3.4.3全混釜反应器R101能量衡算...57
3.4.4管式应器R102能量衡算...58
3.4.5单效蒸发器S201能量衡算...58
3.4.6机械分离器( 含冷凝器) S202能量衡算...58
3.3.7入塔泵P202a( 备用泵P202b) 能量衡算...59
3.4.8精馏塔1能量衡算...59
3.4.9.入塔泵P203a( 备用泵P203b) 能量衡算...60
3.4.10精馏塔2能量衡算...60
3.4.11.入塔泵P204a( 备用泵P204b) 能量衡算...61
3.4.12精馏塔3能量衡算...61
3.4.13入塔泵P205a( 备用泵P205b) 能量衡算...61
3.4.14精馏塔4能量衡算...62
3.4.15全厂能量衡算...62
3.5全厂热集成...63
3.6主要设备的选择和计算...65
3.6.1主要设备一览表...65
3.6.2选型举例: 泵的选型...67
3.7设计图纸...78
3.7.1物料流程图...78
3.7.2带控制点的工艺流程图...78
3.7.3车间布置图...78
第四章空压站、 氮氧站和冷冻站...89
4.1全厂压缩空气、 仪表空气、 氮气和氧气...89
4.1.1压缩空气...89
4.1.2仪表空气...89
4.1.3氮气系统工程...90
4.2全厂各车间(装置) 用冷量、 用冷方式,用冷温度等级要求...90
4.2.1合成车间...90
4.2.1精馏车间...90
4.3空压站、 氮氧站、 冷冻站的规模和技术方案的确定...91
4.4主要设备表...91
第五章自动控制...92
5.1全混釜自动控制...92
5.2管式反应器自动控制...94
5.3乙醇储罐自动控制...97
5.4三乙醇铝储罐自动控制...98
5.5单效蒸发器自动控制...100
5.6浮阀塔一自动控制...102
5.7浮阀塔二自动控制...105
5.8填料塔一自动控制...108
5.9填料塔二自动控制...111
5.10附录( 自动控制总列表) ...113
第六章电信和供电...121
6.1电信...121
6.1.1设计规范、 标准...121
6.1.2具体设计...121
6.2供电...123
6.2.1设计原则...123
6.2.2设计规范及标准...124
6.2.3配电系统...125
6.2.4变配电所及高压设备...126
6.2.5电气系统的保护和报警系统...136
6.2.6电缆及电缆敷设...136
6.2.7照明系统...137
6.2.8接地系统...138
第七章公司营销策略...141
7.1营销目标...141
7.2目标市场...141
7.3营销策略...141
7.3.1产品策略...143
7.3.2价格策略...144
7.3.3广告策略...144
7.3.4渠道策略...145
7.3.5人员策略...146
7.3.6客户服务...146
第八章给水排水...149
8.1室内给水排水设计说明...149
8.1.1室内卫生水系统设计...149
8.1.2室内水消防系统设计...150
8.2室外给排水设计说明...155
8.2.1设计范围...155
8.2.2设计规范...155
8.2.3厂区给水和排水...156
8.2.4厂区给水...156
8.2.5厂区排水系统...157
8.2.6消防水系统...157
第九章环境保护...159
9.1厂址建设地区环境现状...159
9.1.1厂址...159
9.1.2大气质量现状...160
9.1.3水环境质量现状...160
9.1.4噪声环境...161
9.2.设计依据和采用的标准...161
9.2.1污水排放参照GB8978-1996的标准...161
9.2.2地表水评价标准...161
9.2.3空气环境质量标准...164
9.2.4噪声...164
9.2.5固体废物...165
9.3.工程概述...165
9.3.1生产规模...165
9.3.2总工艺流程方案...165
9.4项目主要污染源和污染物...166
9.4.1废水排放源及污染物...166
9.4.2废气排放及主要污染物...167
9.4.3固体废弃物排放...167
9.4.4噪声污染源...167
9.5环境保护措施及预期效果...167
9.5.1废水废气治理方案...167
9.5.3废弃物处理...167
9.5.4噪声控制...167
9.6.环境管理、 环境监测与绿化...168
9.6.1环境管理机构...168
9.6.2环保监测站...169
9.6.3绿化...170
第十章供热...172
10.1蒸汽系统的概述...172
10.2蒸汽系统的类型及规模...172
10.3蒸汽系统的总原则...173
第十一章采暖通风与空气调节...175
11.1设计依据及参数...175
11.1.1设计依据...175
11.1.2设计参数...175
11.2设计方案...176
11.2.1设计原则...176
11.2.3采暖通风及空气调节设计方案...176
第十二章外部工艺和公用工程管道...179
第十三章储运...180
13.1全厂性储运设施与管理制度...180
13.1.1储运管理制度...180
13.1.2厂外储运设施...182
13.1.3厂内储运设施...182
13.2各种物料储运安全...183
13.3贮存时间、 储存量...186
13.4物料的储运方案...187
13.4.1乙醛的储存与运输方案...187
13.4.2乙酸乙酯储存与运输方案...187
13.4.3乙缩醛的储存与运输方案...188
13.4.4催化剂的储存与运输方案...188
第十四章维修...189
14.1设备维修概述...189
14.2设备维护保养、 检查和维修分类...190
14.2.1设备的维护保养...191
14.2.2设备的检查...191
14.2.3设备的修理...191
14.2.4设备维修的定额...191
14.3设备的腐蚀和防护...193
14.4换热器的维护...193
14.5塔设备的维护...195
14.6反应设备的维护...198
14.7泵的维护...199
14.8管道阀门的维护...201
第十五章消防...206
15.1设计依据及设计贯彻的方针、 法规...206
15.1.1设计依据...206
15.1.2消防设计的方针...206
15.1.3设计遵循的消防法规...206
15.1.4设计执行的主要技术标准及规范...207
15.2工程概述...207
15.2.1工程概述及工艺流程...207
15.2.2自然条件...210
15.2.3可依托的消防设施概况...210
15.3装置火灾、 爆炸危险因素分析...211
15.4工厂防火的安全措施...212
15.4.1总平面布置...212
15.4.2电气设计的安全措施...212
15.4.3建筑防火...214
15.4.4钢材耐火保护...215
15.4.5安全疏散设计...216
15.5消防设计...218
15.5.1火灾报警控制系统...218
15.5.2消防水系统...221
15.5.3泡沫系统...222
15.5.4全厂消防水管网...223
15.5.5消防电源...224
第十六章职业安全与工业卫生...225
16.1.设计依据...225
16.2工业安全规则...226
16.2.1工厂安全一般规则...226
16.2.2机器设备的操作及管理...226
16.2.3电气安全措施...227
16.2.4手用工具...229
16.2.5货物及物料的储运...229
16.2.6火警的预防...235
16.3职业卫生...239
16.3.1职业危害...239
16.3.2职业卫生标准...240
16.3.3劳动防护用品...241
附录
附录1: 总厂平面布置图
附录2: 物料及能量衡算书
附录3: PFD图
附录4: PID图
附录5: 管道布置图
附录6: 厂址选择
附录7: MSDS
附录8: 市场分析
附录9; 投资估算及收益分析

第一章总说明
1.1项目概况
本项目为年产2万吨的乙酸乙酯的生产项目, 利用山东鸿达科技公司( 依为总厂) 的乙醛产品, 生产乙酸乙酯。考虑产品的市场需求、 原料来源情况以及所用工艺技术的情况, 本公司的设计生产规模为年产2万吨的乙酸乙酯。
本项目的总投资为7522.9万元人民币, 考虑到项目的建设进度以及建设各环节各时间的安排等因素, 我们项目的建设周期为1年。
1.2项目意义
乙酸乙酯是应用最广泛的脂肪酸酯之一, 具有优良的溶解性能, 是一种快干的、 极好的工业溶剂。已被广泛的用于醋酸纤维、 乙基纤维、 氯化橡胶、 乙烯树脂、 乙酸纤维耐脂、 合成橡胶等生产, 也可用于生产复印机用液体硝基纤维墨水; 在纺织工业中用作清洗剂; 食品工业中用作特殊改性酒精的香昧萃取剂; 在香料工业中是最重要的香料添加剂, 可作为调香剂的组成成分; 乙酸乙酯也可用作粘合剂的溶剂, 油漆的稀释剂以及制造药物、 染料等的原料。现阶段, 国内对之的需求很大。
我们的2万吨的乙酸乙酯项目的投产, 必将有效地缓解国内的市场需求, 而且我们采用的是较先进的乙醛缩合法, 对环境危害小, 产品的选择性高, 资源的利用充分, 我们对于后续产物的有效处理和合理利用, 都将是该项目有着较大的环境效益和社会效益。我们的原料来源还从生物资源的角度考虑, 具有可持续的意义, 这使得我们的竞争性和效益性非常的明显。
1.3厂区和生产概况
本项目的厂址选择在山东沂水县的经济开发区, 占地约为35000m2, 靠近公路, 临近河流。厂区分储罐区、 生产区、 辅助区和行政区四大块, 该经济开发区内有完善的水、 电、 气的来源, 依附于总厂( 乙醛生产厂) 的空压站、 氮氧站和冷却站, 有充分的冷却水源, 其它的维修、 检验、 消防系统等都相应辅助设施都配套完善。
本项目采用的工艺为欧洲、 日本广泛采用的乙醛缩合法的先进工艺, 反应器采用釜式与管式反应器相串联, 精馏段设4塔有效产出高纯度的产品。得到高纯度的乙酸乙酯产品, 同时每年还可得到定量的乙缩醛产品。
同时, 本项目采用的工艺对于废物进行了有效合理的处理, 产出的废物很少, 对环境危害小, 而且建立了以高压消防水系统和泡沫系统为主体的完善的消防系统, 采取了一系列措施保证工人的劳动安全和工业卫生。
表1.3-1主要技术经济指标

项目名称
单位
数量
备注
一
生产规模
万t／a
2.12
乙酸乙酯、 乙缩醛

二
产品方案

1
乙酸乙酯
万t／a
2.09
纯度99.97%
2
乙缩醛
万t／a
0.03
纯度99.89%
三
年操作日
天
330

四
主要原材料,燃料用量

1
乙醛
kg/h
2800
乙醛99.9%
水0.01%
五
公用动力消耗量

1
供水(新鲜水)
万t／a
0

平均用水量
t/h
0

2
供电

设备容量
kW
55

年耗电量
kWH
5

3
供气

平均用气量
t/H
2.7

4
冷冻

平均用冷负荷
KW
2250

六
三废排放量

1
废水
m3/H
0

2
废气
Nm3／h
0

3
废渣
kg／h
24.7
掩埋
七
运输量
t／a

1
运入量
万t／a
2.22
管道运输
2
运出量
万t／a
2.12
槽车运输
八
全厂定员
人
60

1
其中: 生产工人
人
48

2
管理人员
人
12

九
总占地面积
万m2
3.53

十
全厂建筑面积
m2
13487.08

十一
全厂综合能耗总量( 包括二次能源)

十二
单位产品综合能耗

十三
工程项目总投资
万元
7522.9

1
固定资产投资
万元
4000.7

2
流动资金
万元
3522.2

十四
年销售收入
万元
19890

十五
成本和费用

1
年均总成本费用
万元
14088.462

2
年均经营成本
万元
14088.462

十六
年均利润总额
万元
5801.538

十七
年均销售税金
万元
994.5

十八
财务评价指标
%
77.11

1
投资利润率
%
34.12

2
投资利税率
%

3
资本净利润率
%
21.85

4
投资回收期
年
3

5
全员劳动生产率
万元／人
3.383

6
全投资财务内部收益率( 税前和税后)
%
77.11
税前内部收益率
7
全投资财务净现值( 税前和税后; 需注明i,值)
万元
24727.28
税前, i＝20年
十九
清偿能力指标

人民币借款偿还期( 含建设期)
年
5

第二章总图运输
2.1厂区布置说明总述
本厂设计位于沂水县经济开发区。本厂设计布置为长方形, 长226m, 宽156m。北面、 西面和南面均为土地, 东边为省道, 西边不远处有沂河。
厂区分为行政区、 辅助区、 生产区和储罐区四个部分。其中储罐区又分为原料储罐区和产品储罐区两个部分, 二者独立布置, 且有各自独立的消防车间。
厂区布置总图如下所示:
图2.1-1厂区布置总图
生产区布置结构紧凑, 充分利用空间, 有效减少不同车间之间的连接管道长度。原料储罐区域和产物储罐区域分别放置于生产车间两侧, 同样也是为了减少不通车间之间的连接管道长度。
生产部分的合成车间和精馏车间的相对位置及布置图如下所示:
图2.1-2生产部分的合成车间和精馏车间的相对位置及布置图
原料储罐区出来的原料经过低温保障车间, 能够直接通到合成车间I。由于低温保障车间直接位于原料储罐区和生产区域之间, 因此能够减少有保温要求的管道长度。
原料储罐区的布置图如下所示:
图2.1-3原料储罐区的布置图
产物储罐区的布置图如下所示:
图2.1-4产物储罐区的布置图
设备检修室布置于精馏车间旁边, 靠近精馏车间和三个合成车间, 以方便检修设备。另外, 生产区域附近有完备的消防准备设施: 包括三个消防车间和一个150m2的消防水池。
整个设计厂区的绿化面积5475.26m2, 绿化率达到15.53%。能够调节局部微小气候、 美化洁净环境、 减小噪音, 同时还有隔离作用。最后, 这些绿化用地将来还能够在必要时用以做进一步的发展只用。
2.2厂区布置分项说明
2.2.1行政区
处于安全考虑, 行政区靠近厂区入口且位于上风口。在发生储罐泄漏事故或者是生产区域事故时能够保证安全。行政区主要就是半框形的大楼, 其中包括食堂、 研发中心、 行政办公等几个部分。其中食堂位于一楼西边的位置。行政中心位于二楼东边和中间位置, 研发中心位于三楼。
另外, 行政楼正面有很好的绿化布置, 包括花坛喷水池和草坪。能够为工作人员提供一个良好的工作环境, 行政区域如下图所示:
图2.2-1行政区域图
2.2.2辅助区
辅助区域包括倒班宿舍、 控制中心、 公共工程站和电气工程站。在前面图中均有标注。
倒班宿舍位于控制中心的北面, 远离生产区域。一方面, 倒班宿舍位于全年最高频率风向的上风口, 较为安全; 另一方面, 倒班宿舍远离生产区域和储罐区, 能够让倒班休息的工人充分休息。最后, 倒班宿舍和行政中心、 公用工程站以马路和较宽的绿化带隔开, 也能够起到减少噪音的作用。
控制中心位于厂区北面中心位置, 和生产区域只隔了一个主干道, 而且和主要生产区域用绿化带隔开。
公共工程站包括氮气站和压缩空气站。其中氮气站主要是用以提供开停车及检修时吹扫管路所用的氮气。空气站的压缩空气则是用于设备检修时吹扫管路和设备只用。压缩空气位于全年最多频率风向的上风口用以采集空气。公用工程站和生产区域隔开较远。
电气工程站位于厂区的西北方向, 紧挨在公共工程旁。而且位于全年最多频率风向的上风口。与储罐区距离较远。电气工程站在厂区西门的旁边, 方便电气设备的检修。
2.2.3生产区
A.精馏车间
精馏车间半露天布置, 精馏车间的泵一并布置在车间内, 不单独另设泵房, 以减少输送的距离。合成车间与精馏车间的距离满足相关的设计规范。精馏车间内的设备包括浮阀精馏塔、 填料精馏塔、 全凝器、 冷凝器、 回流罐和再沸器。
B.合成车间
合成车间包括三个部分: 合成车间I( 生产车间) 、 合成车间II( 产物预处理车间) 、 合成车间III( 催化剂生产车间) 。合成车间泵全部布置在车间内部, 不单独另设泵房, 节约了管线。
C.设备检修室
维修站位于生产区域的东南方向。有供交通运输的直接通道, 方便到工艺装置。维修站外有加工制作的露天场所。设备检修室的具体位置和与其它生产车间和精馏车间的相对位置如下图所示:
图2.2-2设备检修室位置图
2.2.4储罐区
储罐区分为原料储罐区和产物储罐区两个部分。两个部分的储罐区均位于下方口。原料储罐区和生产区域距离大于50m, 产物储罐区和生产区域的距离大于40m。两部分储罐区域军原理生活区和行政服务区。
原料储罐区有一个体积为670m3的球罐, 这是7天的储存量。连带上低温保障的设备, 有8m的外径。产物储罐区有三个球罐, 容积为1340m3, 这是14天的储存量。每个储罐外径为6m。各个储罐之间的间距为≥0.6D, 符合化工企业设计防火规范。
另外, 标准规定, 容积≥5000m3的液体储罐周围设0.3m高的隔堤进行隔离, 减少储罐发生少量泄露事故时的污染范围。由于本例中的容积不大, 因此没有另设单独的防护墙。
最后, 储罐组内设置集水设施, 并设置可控制开闭的排水设施。原料储罐区和产品储罐区的北面均设有物料操作平台, 供产品供应装卸用, 距离罐区15m。操作平台上设置有称重区域, 当货运卡车经过时在上面称重, 以计量运输量。
2.3厂区布置的说明表格
1) 区域系数
表2.3-1区域系数表
序号
指标名称
单位
数量
1
厂区占地面积
平方米
35256
2
建筑占地面积
平方米
13487.08
3
绿化面积
平方米
5475.26
4
围墙长度
米
746
5
建筑系数
%
38.25
6
厂区利用系数
%
64.50
7
绿化系数
%
15.53

2) 各区域面积
表2.3-2各项区域面积
名称
占地面积( 平方米)
行政服务中心
1632
倒班宿舍
300
控制中心
500
公共工程站
600
电气工程站
600
原料操作平台
287.44
原料储罐区
493.72
消防车间I
100
低温保障车间
300
合成车间I
238
合成车间II
194.4
合成车间III
132
精馏车间
160
消防车间
150
设备检修室
300
产物操作平台
437.44
产物储罐区
1037.44
消防车间II
100
消防水池
150
原料区花坛
800

第三章化工工艺
3.1工艺路线的选择
乙酸乙酯, 又称醋酸乙酯, 英文名为ethylacetate或aceticester。是一种无色澄清液体, 有强烈的醚似的气味, 清灵、 微带果香的酒香, 易扩散, 不持久。对眼、 鼻、 咽喉有刺激作用; 高浓度吸入可引起进行性麻醉作用, 急性肺水肿, 肝、 肾损害; 持续大量吸入, 可致呼吸麻痹; 有致敏作用; 长期接触本品有时可致角膜混浊、 继发性贫血、 白细胞增多等。
乙酸乙酯的分子式为C4H8O2,分子量为88.11, 熔点-83.6℃, 折光率为1.3708--1.3730( 20℃), 沸点77.2℃, 相对密度(水=1)0.894--0.898, 饱和蒸气压13.33kPa(27℃), 闪点为25℃, 引燃温度426℃, 爆炸极限为2.0—11.5%( 体积) , 微溶于水, 溶于醇、 酮、 醚、 氯仿等多数有机溶剂。
乙酸乙酯的生产方法有下面几种: ( 一) 酯化法, 这传统方法, 在催化剂作用下发生酯化反应生成乙酸乙酯; ( 二) 乙醛缩合法, 是由乙醛在以乙醇铝为主体的复合催化剂作用下, 经一步反应合成乙酸乙酯; ( 三) 乙醇脱氢法, 由乙醇直接脱氢生成乙酸乙酯, 同时有氢气产生; ( 四) 乙烯乙酸直接加成法, 由乙烯乙酸直接加成得到。
3.1.1原料路线确定的原则和依据
由于乙酸乙酯的合成方法有多种, 因而原料路线也是多种多样。主要包括:
a．乙醇和乙酸
b．乙醛
c．乙醇
d．乙烯和乙酸
对于化工项目来说, 不同的原料路线要求不同的工艺流程, 不同的化工设备, 不同的操作条件, 不同的产品精制要求, 不同的自控要求和不同的安全要求, 不同的三废处理要求以及对燃料和动力的不同要求, 这就是说, 原料路线影响到拟建项目的技术方案, 因而必然会对项目的投资、 成本、 利润等产生决定性的影响。因而, 原料路线的选择应该经过详细而周密的考虑, 然后抉择。
我们综合分析了各个原料路线, 并对应于原料路线的选择原则分析, 如下:
( 1) 原料来源的可靠性。考虑到化工生产的连续操作性, 应该保证原料的来源可靠稳定, 上面提到的四种原料路线, 原料的来源均比较的可靠稳定;
( 2) 原料的经济性。如前所述, 原料路线的选择影响到拟建厂的技术方案、 厂址、 环境保护等多个方面, 从而对项目的投资、 成本、 利润产生影响。我们对于四种原料分别进行分析如下:
路线a: 由乙醇和乙酸酯化合成乙酸乙酯, 中国国内企业普遍采用的路线, 采用浓硫酸为催化剂, 浓硫酸腐蚀设备, 副反应较多, 对环境有污染, 加大三废处理要求;
路线b: 由乙醛缩合得到乙缩醛, 在常温低压下进行, 反应条件温和, 对设备要求不高, 生产成本低, 受原料来源限制, 适合乙醛来源广泛地区;
路线c: 只用乙醇一步生成, 成本较低, 腐蚀小, 但此项技术尚不成熟, 存在转化率和选择性低缺点, 分离系统存在问题;
路线d: 由乙烯和乙酸直接加成酯化, 直接要利用乙烯原料, 一次性投资低, 环境友好, 但能耗上较高, 又考虑到近来石油价格的上涨, 原料成本升高, 经济效益下降较大。
( 3) 资源的合理利用: 随着国民经济的增加, 可持续发展的战略的提出, 以及世界资源环境形势的严峻, 要求必须合理有效的利用资源。从这一角度来考虑, 路线c是最好的, 因为其所用到的原料只有基础原料乙醇一种, 其它如乙醛或乙酸, 均是要由乙烯或乙醇得到, 如果能找到选择性好的催化剂, 无疑很好; 路线b, 只用乙醛, 高的转化率和选择性, 对于乙醛来源广泛的地区, 能最大限度的利用乙醛资源, 资源利用上也很好; 路线c, 用乙烯和乙酸, 用来源广泛的原料乙烯, 在资源利用上较好, 但乙烯价格的上升, 会给此方法带来成本压力; 路线a, 国内最为广泛应用, 资源利用上较为基础合理, 对于环境危害较大, 成本较高, 如果在新型催化剂研究上有突破, 仍有很大生存价值。
综合上面的分析, 我们能够看出, 四种路线各有优劣点, 综合各种因素平衡考虑, 我们选择路线b, 主要原因如下:
1) 用乙醛作为原料, 转化率和收率都很高, 资源利用充分, 经济性高, ;
2) 乙醛作原料, 反应副产物较少, 后提纯处理设备简单, 污染小, 对设备要求低;
3) 选择的沂水工业园区内, 依托的乙醛生产厂, 能够提供足够的乙醛原料, 做到了原料来源的就近性, 资源能够合理利用;
4) 工业园区内乙醛生产厂拥有制冷设备, 对于乙醛生产乙酸乙酯过程中需要的冰盐水能够有效的提供, 能够减少设备方面的投资, 同时使其制冷设备能够做到充分利用。
3.1.2国内/外工艺技术概况
乙酸乙酯的生产方法前面都已述及, 乙醇和乙酸的酯化法用浓硫酸为催化剂的液相反应已经沿用多年, 但其设备腐蚀性较大等问题突出, 已被固体酸催化剂的液固相反应和气固相反应所代替, 乙醛缩合法工业化程度也较高, 国外应用较多, 乙醇一步法和乙烯乙酸合成法大多还处于研发试行阶段, 工业化例子较少。国内一直沿用酯化法, 国外方面酯化法乙醛缩合法都有用及。
3.1.2.1国内技术概况
随着中国化学工业、 医药工业和相关产业的高速发展, 中国乙酸乙酯的消费量逐年上升, 乙酸乙酯生产企业也较多, 在1995-1996年的鼎盛时期达到上百家。中国的乙酸乙酯生产一直沿用传统的酯化法, 采用浓硫酸作为催化剂, 由于浓硫酸有酸性强、 吸水性强、 性能稳定、 价廉等优点, 而且溶于反应物料中, 是均相催化反应, 反应均匀, 因而在全塔内都能进行催化反应, 但其腐蚀性较大, 副产物多, 处理困难。长期以来, 科研工作者在催化剂方面和生产工艺改进方面做了大量的工作, 如用酸性阳离子交换树脂、 分子筛、 杂多酸和固体超强酸等来代替硫酸, 以解决设备腐蚀和污染问题, 但这些催化剂催化活性下降快, 催化效率较低, 成本高, 以及与现有工艺的适用性等问题, 至今没有实现工业化。
当前, 中国乙酸乙酯的主要生产厂家, 及其生产能力和工艺路线如下表:
表3.1-1国内乙酸乙酯的主要生产厂家, 生产能力和工艺路线
生产厂家
生产能力( kt/a)
工艺路线
四川扬子江乙酰化工公司
80
乙酸酯化法
山东农金沂蒙有限公司
80
乙酸酯化法、 乙醇一步法
江西湛江溶液厂
40
乙酸酯化法
上海石化股份有限公司
20
乙醛缩合法
上海试剂有限公司
20
乙酸酯化法
成都有机化工厂
20
乙酸酯化法
贵州有机化工厂
20
乙酸酯化法
建德有机化工厂
10
乙酸酯化法
湖州有机化工厂
10
乙酸酯化法
云南溶剂厂
10
乙酸酯化法
广东顺德市气体溶剂厂
10
乙酸酯化法
广东中山市中糖有机化工公司
10
乙酸酯化法

中国石化上海石油化工股份公司采用乙醛缩合法制乙酸乙醋装置设计生产能力为20kt/a, 于 3月建成投产。该项目是国内的第一家乙醛缩合法生产乙酸乙酯的装置, 装置在试生产期间, 由于原先一些未考虑到的因素在实际生产中出现了影响, 她们对于这一些出现的问题进行了一些优化, 对乙酸乙酯装置精馏系统中水与乙醇平衡的工艺和乙醛回收工艺进行优化, 稳定了精馏系统的操作, 避免水和乙醛对二塔顶液循环利用和乙醋产品质量造成影响, 还可达到降低乙醛单耗的目的。
黑龙江省石油化学研究院从1989年开始了乙醛缩合法制乙酸乙酯的研究工作, 于1992年完成了实验工作, 其转化率和选择性均已达到了99%以上, 其主要的技术指标已达到了国外先进水平, 其建成的1000t/a的工业化实验项目于1998年7月建成投产, 运行后得到了成功, 经过了有关部门组织的技术鉴定。其于 乙醛法合成乙酸乙酯专利申请成功。上面提到的上海石化股份有限公司就是在其提供的技术基础上运行投产的。
另外, 还有成都的西南化工研究院开发的乙醇脱氢一步法合成乙酸乙酯工艺, 以乙醇为原料, 以Cu/Zn/Al混合氧化物的催化剂来合成乙酸乙酯。厦门大学也进行过类似的研究, 催化剂采用Cu/ZnO/Al2O3,在常压气固相反应中, 乙醉液空速2.0h-1和300℃下,乙醇转化率85%,乙酸乙酯选择性60%。
中国国内的乙酸乙酯的生产技术, 相对于国外的技术情况还是出于相对落后的阶段, 再加上中国原材料方面的限制, 因而中国的乙酸乙酯的生产技术大都是传统的酯化法。这样使得我们的生产, 普遍存在规模小、 成本高、 效益低、 市场竞争力差等问题, 而且腐蚀和环保问题难于解决, 更加速了现有装置的报废、 停产及被彻底淘汰的速度。
相对而言, 在国外由于大部分技术较为成熟, 她们利用自己的技术优势或者资源的优势, 生产规模较大, 竞争能力较强。
3.1.2.2国外技术概况
国外发达国家工业生产乙酸乙酯主要采用乙醇醋酸直接酯化法和乙醛缩合法。她们主要利用自己丰富的资源, 有效地采用适合自己的技术, 产量和规模都极大。当然, 乙醇脱氢法和乙烯乙酸加成法也有采用的。
美国乙酸乙酯近几年生产量都在50万t以上, 是世界上乙酸乙酯贸易量最大的国家。由于美国产业结构的特点, 可获得廉价的乙醇(乙醇价格为中国的1／2～1／3)和醋酸(基本上采用OXO法生产即甲醇低羰基合成法), 因而美国只有一套由Eastman公司以乙醛为原料生产原料产乙酸乙酯的装置, 其生产方法还是乙醇醋酸的直接酯化法, 主要是以浓硫酸为催化剂的反应精馏法。美国DavyMckee和UnionCarbide公司还开发了乙醇脱氢制乙酸乙酯并水解制乙酸的工业装置。
日本近几年乙酸乙酯产量在30万t左右, 欧洲的产量在25万t左右。由于日本和欧洲有大量的乙烯法乙醛资源可利用, 因此大都采用乙醛缩合法合成乙酸乙酯。从1964年开始, 日本Chisso公司完成第一套2.5万t／a乙醛缩合法制乙酸乙酯生产装置, 到1981年该项技术转让日本协和石油、 意大利和台湾等厂家以来, 其生产装置不断扩大, 该公司自己又建立了3套工业生产装置, 西欧共有5套乙醛缩合法生产装置。日本昭和电工公司在印度尼西亚Merak的550-70kt／a装置上采用乙酸和乙烯加成酯化法生产乙酸乙酯, 其装置的费用仅为传统酯化法装置的一半。英国BP公司采用乙酸和乙烯加成酯化法生产工艺, 在 建成220kt／a乙酸乙酯生产装置, 现已投产。
非洲的乙酸乙酯生产主要集中在南非, 其中萨索尔(Saso1)化学工业公司乙酸乙酯的产量是全非洲第一, 是第一家采用英国Kvaemer工程公司开发的乙醇脱氢法生产乙酸乙酯的工厂。
总之, 乙酸乙酯作为一种优良的有机溶剂, 用途非常的广泛。随着中国国民经济的发展, 对于资源的合理利用要求更高, 中国乙醇资源来源相对与国外美国等, 比较贫乏, 由石油获得乙醇, 随着油价的飞升显然竞争力逐渐减低, 这样就给生物法生产乙醇提供了很大的空间, 如何有效的利用生物法, 廉价有效的制得生物乙醇, 为广的的科研者提供新的课题。由生物的乙醇得到乙醛, 再由乙醛缩合法得到乙酸乙酯, 是一个较为经济合算的途径, 国内乙醛缩合法制乙酸乙酯技术现在已有突破, 并有企业实现工业化, 这给今后的企业投产提供了很大的借鉴价值, 使得国内的乙酸乙酯生产水平有了很大的提高, 降低了生产成本, 为乙醛找到了新的发展方向。这项技术能够经过实际的生产, 不断的得到完善, 在催化剂的处理, 精制提纯的技术更加完善。
3.1.3工艺技术方案的比较和选择理由
由前面的叙述中, 我们能够知道, 乙酸乙酯的合成方法有四种, 分别是直接酯化法、 乙醛缩合法、 乙醇一步法、 乙烯乙酸加成法, 我们需要对于这四种方法进行技术比较, 这对于我们整个工厂的设计绝对是有非常重要的意义。
3.1.3.1直接酯化法
直接酯化法合成乙酸乙酯, 是有乙醇和乙酸直接在催化剂的作用下, 发生酯化反应, 产生乙酸乙酯。现在用的催化剂大多为浓硫酸, 发生的为均相催化反应, 反应与分离发生在同一个塔内, 称作反应精馏法。
反应的方程式为:
该工艺, 在反应过程中, 乙酸和乙醇以相同的比例加入有催化剂的反应釜中, 在常压、 115-118℃条件下, 快速混合反应。生成的乙酸乙酯和水由于沸点低于反应温度而从反应器上部蒸出。下面是该种工工艺的一种典型的流程示意图:
图3.1-1直接酯化法的工艺流程示意图
该种方法, 由于浓硫酸有酸性强、 吸水性强、 性能稳定、 价廉等优点, 而且溶于反应物料中, 是均相催化反应, 反应均匀, 因而在全塔内都能进行催化反应。催化作用不受塔内温度限制, 反应机理清楚, 容易实现最优控制, 这些优点能够使反应精馏生产装置大型化。但由于采用了浓硫酸酸, 就有其不可避免的缺点, 设备腐蚀性大, 浓硫酸易引起磺化、 炭化和聚合等的副反应, 产品纯度低, 后处理过程复杂, 三废量大。
该种方法, 在美国大量使用, 因为其原料丰富。在中国现阶段采用的仍较多。许多的研究者也在改进催化剂方面的研究, 希望用其它种类催