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1、 浙江大学 怦然心动 团队 李盛巧、喻虹羽、王挺、王啸、蓝佳龙 扬子石化年产55万吨对二甲苯项目 创新性说明书 1. 工艺流程 1.1 三联工艺 本项目混合芳烃原料中苯含量为16.07%（wt），甲苯含量为37.13%（wt），碳八芳烃含量为37.05%（wt），重芳烃含量为9.75%（wt），为综合利用原料中甲苯及重芳烃，以及碳八芳烃中的间二甲苯、乙苯，采用甲苯歧化及烷基转移-异构化-甲苯甲醇烷基化三联工艺，如图1.1所示。混合芳烃经过三苯分离工段得到苯产品、甲苯、碳八芳烃及重芳烃。重芳烃和37.4%的甲苯进入甲苯歧化及烷基转移工段，剩余62.6%的甲苯与甲醇
2、进入甲苯甲醇烷基化 图1.1 三联工艺流程图 工段，高选择性的生产对二甲苯。异构化工段中的碳八芳烃中对二甲苯浓度为41.2%（wt），通过吸附分离得到对二甲苯产品，并通过精馏分离得到邻二甲苯产品，乙苯和间二甲苯则通过异构化反应，增产对二甲苯和邻二甲苯。异构化甲苯甲醇烷基化反应产物粗对二甲苯中对二甲苯浓度达到98.02%（wt），采用熔融结晶工艺进行分离得到对二甲苯产品。 以下是本项目生产对二甲苯能耗的详细说明。 表1.1 单位对二甲苯能耗表 项目 单位 数量 PX产能 万吨/年 56.8 产值 万元/年 939429.4 综合能耗 吨标煤/年 3357
3、74 单位PX原料消耗 混合芳烃 吨/吨PX 1.653 甲醇 吨/吨PX 0.298 氢气 吨/吨PX 0.0014 单位PX废物量 废水 吨/吨PX 0.157 尾气 吨/吨PX 0.086 能耗 单位PX能耗 吨标准煤/吨PX 0.591 万元GDP能耗 吨标准煤/万元 0.38 1.2甲苯甲醇烷基化工艺 甲苯甲醇烷基化反应以甲苯和甲醇为原料，转化为1吨对二甲苯所需甲苯质量小于1吨，而甲苯歧化所需甲苯量则为2.5~2.8吨，甲苯甲醇烷基化反应大大提高了甲苯的利用率。且甲苯甲醇烷基化反应中对二甲苯选择性达9８%，只需通过简单的一级结晶
4、即可获得高纯度的对二甲苯产品。副产物少，降低了二甲苯分离、异构化、吸附分离等单元的规模，节省操作费用。工艺尾气中富含乙烯、丙烯等低碳烯烃，其质量分数超过85%，可回收至总厂经过乙烯装置回收其中的低碳烯烃。工艺排除液中甲醇浓度378.1PPM，COD为540mg/L,符合扬子石化污水处理厂接管标准。 1.3热泵精馏 异构化工段邻二甲苯塔（T-401）用于从碳八芳烃中分离对二甲苯，塔顶塔底温差小，仅为22.71℃，且塔顶塔底温度跨传热夹点，故采用塔顶气相压缩式热泵精馏进行节能设计，模拟流程图如图1.2所示。通过热泵提高塔顶蒸汽品味，实现塔顶塔底能量的耦合。经过模拟，采用热泵精馏，冷却能耗节约3
5、0.2%，加热能耗节约38.6%。 图1.2 邻二甲苯塔热泵精馏模拟流程图 1.4分隔壁塔热偶精馏 三苯分离工段和甲苯甲醇烷基化工段均涉及到苯、甲苯和重芳烃的分离，且中间组分较多，故可采用分隔壁塔进行热偶精馏。模拟流程图如图1.3所示。经模拟，第一三苯分离分隔壁塔（DWC-101）和第二三苯分离分隔壁塔（DWC-301）总节能30.51%。在节能的同时，换热器数目减少，设备投资费用可节省约10-30％左右。 （a）三苯分离工段 （b）甲苯甲醇烷基化工段 图1.3 三苯分离分隔壁塔模拟流程图 2. 冷凝态流化床反应器
6、 本项目在进行甲苯甲醇烷基化反应器设计时选择使用了气相聚乙烯工艺中的冷凝态流化床技术。 本流化床反应器区别于普通流化床之处在于：一部分的甲苯原料不经预热直接从反应器中部加入反应器中，通过甲苯温度上升的显热以及汽化的潜热变化移走反应过程中的反应热，以此来维持反应器内温度恒定。 冷凝态流化床的结构如下图所示。 3.控制系统 3.1 SIS安全仪表系统 我们的控制系统以DCS集散型控制系统为主体，另外还设计了R301反应器的SIS紧急停车系统。DCS与SIS的区别如下表： 表3.1 DCS控制系统与SIS控制系统的区别 项目 SIS DC
7、S 安装目的 为了保护 为了控制 安全仪表系统，联锁系统的一种，一般做工厂过程设备的安全保护控制，有时也包含机组安全保护控制 分散式控制系统，工厂控制级系统，常规数据采集，设备控制都由此系统完成 SIS是“静态”系统，正常工况时，它始终监视生产装置的运行，系统输出不变，对生产过程不产生影响，非正常工况下时，它将按照预先的设计进行逻辑运算，使生产装置安全联锁或停车； DCS是“动态”系统，它始终对过程变量连续进行检测、运算和控制，对生产过程进行动态控制，确保产品的质量和产量 系统组成 SIS系统是由传感器、逻辑解算器和最终元件三部分组成。 DCS一般是由人机界面操作站、通信总
8、线及现场控制站组成DCS不含检测执行部分。 实现功能 SIS是超越极限安全即将工艺、设备转至安全状态。 DCS用于过程连续测量、常规控制（连续、顺序、间歇等）操作控制管理使生产过程在正常情况下运行至最佳工况 工作状态 SIS系统是被动的、休眠的 DCS是主动的、动态的，它始终对过程变量连续进行检测、运算和控制，对生产过程动态控制确保产品质量和产量。 安全级别 SIS系统级别高，需要安全认证。 DCS安全级别低，不需要安全认证 应对失效方式 SIS失效就没那么明显，因此确定这种休眠系统是否还能正常工作的唯一方法，就是对该系统进行周期性的诊断或测试。因此安全仪表系统需要人为的
9、进行周期性的离线或在线检验测试，而有些安全系统则带有内部自诊断。 DCS系统大部分失效都是显而易见的，其失效会在生产的动态过程中自行显现，很少存在隐性失效 我们设计的R301反应器的紧急停车系统中运用了2oo3诊断和1oo2D诊断，用安全逻辑控制器连接反应器的进料管路和出口管路。由于烷基化反应放热，一旦反应器内出现“飞温”，常规的加大冷却水量已经不能满足迅速降低反应器内温度压力的要求了，这时候SIS仪表就可以有效切断进料，从而起到保护装置的作用。 并且2oo3和1oo2D都达到了安全完整性等级SIL3级，还兼顾了可用性和安全性，一般的DCS仪表为SIL2级。这是因为SIS的诊断带有冗余原理，系统具有容错能力，不论是进料切断阀损坏一个，还是出口压力仪表损坏一个，ESD都可以使紧急停车生效。这对保护生产中的核心反应器的安全是至关重要的。 3.2 MPC模型预测策略 我们对分隔壁塔采用了先进控制系统，通过MPC模型预测控制实现，该控制策略可以解决常规闭环控制滞后性的问题。通过模型预测、滚动优化、反馈矫正3步，减小分隔壁塔的波动。简言之，可以根据进料流量和浓度的变化，不断改变控制参数，不断矫正。
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