化工设计竞赛56 附录六 绿色指标达标说明书0001.docx

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化工设计竞赛56附录六绿色指标达标说明书0001

概述

我国经济发展进入新常态，作为立国之本、兴国之器、强国之基的制造业发

展面临新挑战。

尤其是对于化学工业这一传统制造业，资源和环境约束不断强化，

主要依靠资源要素投入、规模扩张的粗放发展模式已经难以为继，唯有遵循《中

国制造2025》指出的方针，坚持绿色发展，以创新驱动，加强节能环保技术、

工艺、装备推广应用，全面推行清洁生产，发展循环经济，提高资源回收利用效

率，构建绿色制造体系，走生态文明的发展道路，才能实现我国化学工业的转型

升级，为所有其它产业的进步、为我国的科技、经济和社会发展提供必需的物质

基础。

醋酸乙烯酯是年消费量数百万吨的大宗化学品，其新建或改造项目的技术水平需提升达到《中国制造2025》中提出的绿色发展2020年指标。

本项目在绿色2020指标的指导下展开了金陵石化分厂年产40万吨醋酸乙烯项目的设计。

第一章总体要求

1.1指导思想

贯彻落实党的十八大及十八届三中、四中、五中全会精神，牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，全面落实制造强国战略，坚持节约资源和保护环境基本国策，高举绿色发展大旗，紧紧围绕资源能源利用效率和清洁生产水平提升，以传统工业绿色化改造为重点，以绿色科技创新为支撑，以法规标准制度建设为保障，实施绿色制造工程，加快构建绿色制造体系，大力发展绿色制造产业，推动绿色产品、绿色工厂、绿色园区和绿色供应链全面发展，建立健全工业绿色发展长效机制，提高绿色国际竞争力，走高效、清洁、低碳、循环的绿色发展道路，推动工业文明与生态文明和谐共融，实现人与自然和谐相处。

。

1.2基本原则

创新驱动，标准引领。

促进工业绿色发展科技创新、管理创新和商业模式创新，研发推广核心关键绿色工艺技术及装备。

加快完善工业能效、水效、排放和资源综合利用等标准，依法实施绿色监管，引导绿色消费。

政策引导，市场推动。

发挥政府在推进工业绿色发展中的引导作用，优化工业结构和区域布局，加强机制创新，形成有效的激励约束机制。

强化企业在推进工业绿色发展中的主体地位，激发企业活力和创造力，积极履行社会责任。

改造存量，优化增量。

加快传统制造业绿色改造升级，鼓励使用绿色低碳能源，提高资源利用效率，淘汰落后设备工艺，从源头减少污染物产生。

积极引领新兴产业高起点绿色发展，强化绿色设计，加快开发绿色产品，大力发展节能环保产业。

全面推进，重点突破。

着力解决重点行业、企业和区域发展中的资源环境问题，充分发挥试点示范的带动作用。

积极推进新兴产业和中小企业的绿色发展，加快工业绿色发展整体水平提升。

1.3发展目标

到2020年，绿色发展理念成为工业全领域全过程的普遍要求，工业绿色发展推进机制基本形成，绿色制造产业成为经济增长新引擎和国际竞争新优势，工业绿色发展整体水平显著提升。

——能源利用效率显著提升。

工业能源消耗增速减缓，六大高耗能行业占工业增加值比重继续下降，部分重化工业能源消耗出现拐点，主要行业单位产品能耗达到或接近世界先进水平，部分工业行业碳排放量接近峰值，绿色低碳能源占工业能源消费量的比重明显提高。

——资源利用水平明显提高。

单位工业增加值用水量进一步下降，大宗工业固体废物综合利用率进一步提高，主要再生资源回收利用率稳步上升。

——清洁生产水平大幅提升。

先进适用清洁生产技术工艺及装备基本普及，钢铁、水泥、造纸等重点行业清洁生产水平显著提高，工业二氧化硫、氮氧化物、化学需氧量和氨氮排放量明显下降，高风险污染物排放大幅削减。

——绿色制造产业快速发展。

绿色产品大幅增长，电动汽车及太阳能、风电等新能源技术装备制造水平显著提升，节能环保装备、产品与服务等绿色产业形成新的经济增长点。

——绿色制造体系初步建立。

绿色制造标准体系基本建立，绿色设计与评价得到广泛应用，建立百家绿色示范园区和千家绿色示范工厂，推广普及万种绿色产品，主要产业初步形成绿色供应链。

第二章主要任务完成情况对比

2.1“十三五”时期工业绿色发展主要指标

2.1.1指标要求

到2020年，主要资源产出率比2015年提高15%，主要废弃物循环利用率达到54.6%左右，一般工业固体废弃物综合利用率达到72%，资源循环利用产业产值达到3万亿元。

75%的国家级园区和50%的省级园区开展循环化改造。

表2-1“十三五”时期工业绿色发展主要指标表

分类

指标

单位

2015年

2020年

2020年比2019年提高（%）

专项指标

能源产出率

元/吨标煤

114028

16511

17.7

建设用地产出率

万元/公顷

154.6

200.4

29.6

一般工业固废物综合利用率

%

65

73

8

规模以上工业企业重复用水率

%

89

91

2

2.1.2完成情况

本项目单位产品能耗为239.42kgce/t，低于《“十三五”化工示范项目和资源利用目标》文件规定的4.0吨标煤/吨；本项目单位产值能耗为0.264吨标煤/万元，低于《“十三五”化工示范项目和资源利用目标》文件规定的2.85吨标煤/万元；本项目单位单位CO2排放为0.596吨CO2/吨，低于精细化工行业平均值5.20吨CO2/吨；本项目产品能效为3.79万元GDP/吨标煤，高于《“十三五”化工示范项目和资源利用目标》文件规定的0.33万元GDP/吨标煤。

本项目的能耗指标与《“十三五”化工示范项目和资源利用目标》文件中的相关指标对比如下，

表2-2每吨产品能耗比较表

序号

项目

单位

数量

对象

1

单位产品能耗

吨标煤/吨

0.239

本项目

4.0

《“十三五”化工示范项目和资源利用目标》文件

2

单位产值能耗

吨标煤/万元

0.264

本项目

2.85

《“十三五”化工示范项目和资源利用目标》文件

3

单位CO2排放

吨CO2/吨

0.596

本项目

5.20

精细化工行业平均值

4

产品能效

万元GDP/吨标煤

3.79

本项目

0.33

《“十三五”化工示范项目和资源利用目标》文件

表2-3“十三五”时期工业绿色发展主要指标完成情况对比表

分类

指标

单位

2020年

本项目

达标与否

专项指标

能源产出率

元/吨标煤

16511

37900

Y

建设用地产出率

万元/公顷

200.4

2044.6

Y

一般工业固废物综合利用率

%

73

76.97

Y

规模以上工业企业重复用水率

%

91

96

Y

2.2能效提升工程

2.2.1任务要求

坚持节约优先，大力推进能源消费革命，提高工业能源利用效率，促进企业降本增效，加快形成绿色集约化生产方式，增强制造业核心竞争力。

以先进适用技术装备应用为手段，强化技术节能。

围绕高耗能行业企业，加快工艺革新，实施系统节能改造，鼓励先进节能技术的集成优化运用，推广电炉钢等短流程工艺和铝液直供，推动工业节能从局部、单体节能向全流程、系统节能转变。

提升产品的轻量化水平，推广复合材料、轻合金、真空镀铝纸等高强韧度新型材料，推广超高强度钢热冲压成形技术、真空高压铸造、超高真空薄壁铸造等轻量化成形工艺。

普及中低品位余热余压发电、供热及循环利用，积极推进利用钢铁、化工等行业企业的低品位余热向城市居民供热，促进产城融合。

实施工业园区节能改造工程，加强园区能源梯级利用，推进集中供热制冷。

2.2.2完成情况

2.2.2.1热集成优化全厂换热网络

在工厂的初步设计阶段，利用AspenEnergyAnalyzer10.0进行计算机辅助换热网络的设计和优化，同时结合合成工艺要求，最终以实现最大程度的经济效益为目标，来指导热量集成网络的设计和优化。

结合AspenPlus10.0全流程的模拟校核导入Aspenenergyanalyzer10.0的流股数据并进行修改；

输入公用工程以及换热器费用函数；

将上述工艺流股信息输入到AspenEnergyAnalyzer10.0，在能量分析器中，对最小夹点温差进行经济评估，获得总费用-最小夹点温差关系曲线；

根据导入的流股信息，根据经验选取夹点最小夹点温差为10℃，可以获得整个车间的冷热流股的温焓图和组合曲线，之后获得最小公用工程用量，以及夹点的温度；

根据实际情况对冷热公用工程参数进行了调整，使其更符合实际情况与工艺特点。

最终手动优化的方案虽然较系统生产的方案费用有所上升，但是其更具可行性，且冷热负荷消耗量大大降低，降低了成本。

且手动优化后系统的稳定性与安全性得到了大大提高。

反应原料需预热，而反应器出口物需降温，故可使反应出口物流先与冷原料进行热交换，使原料得以被加热，产物得以被降温，实现了较大能量的回收利用。

本项目通过热集成技术，节能33334kW，总节能3.26%，需要热公用工程为1.731×109kJ/h，冷公用工程为1.830×109kJ/h，实现了较大能量的回收利用。

具体的换热网络设计详见《附录三较大能量回用的换热网络设计》。

2.2.2.2节能技术使用

本项目中醋酸精制塔塔顶塔底温度接近，温差为18.3℃，故设置其为热泵精馏，采用机械式蒸汽再压缩式（MVR）热泵精馏。

如下图所示。

本热泵精馏是以塔顶蒸汽作为工质。

塔顶蒸汽经压缩升温后进入塔底再沸器，在此冷凝放热使塔釜液再沸腾，塔顶蒸汽冷凝为液体则经节流阀减压后，一部分作为产品采出，另一部分作为回流。

为了使回流温度能够满足塔顶温度控制的要求，增设辅助冷却器以对回流液进一步冷却。

而塔底液体被加热后进入闪蒸模块，严格控制其汽化分率，气体回流到塔内，液体作为产品采出。

图2-1醋酸精制塔热泵精馏AspenPlus模拟

通过对热泵精馏和常规精馏的模拟，我们将热泵精馏流程与常规精馏能耗的对比如下：

表2-3热泵精馏与普通精馏能耗对比

冷却能耗/kw

加热能耗/kw

热泵精馏

-17637

45818

常规精馏

-146241

143126

节能效果

87.94%

67.99%

从表中可以看出，使用热泵精馏虽然将增加部分设备投资费用，但是同时也将大大节约能耗，费用大大降低，综合考虑，使用热泵精馏技术可以使本流程更为经济节能。

2.2.2.3、公用工程与总厂集成

本项目生产需要用到冷却水、冷冻剂、仪表空气等公用工程。

由于本分厂毗邻金陵石化母厂，因此本项目的公用工程及电力均由母厂供应。

总厂的公用冷却站为本厂提供低温冷水（入口温度为3℃，出口温度为10℃）以及循环冷却水（进口温度20℃、出口温度25℃）；总厂的动力站可以产生次低压、低压、中压蒸汽，也可供应电力；总厂内的空压系统为本项目提供仪表空气（供气压力241.33kPa（A），油分含量5mg/m3）。

2.2.2.4余热回收

本项目中醋酸乙烯精制塔T0202的再沸器和二级气液液分离罐V0202使用0.23MPa的次低压蒸汽作为加热热源，次低压蒸汽由125℃液化为124℃的饱和液体，放出潜热，提供热量。

本项目中产物一级冷却器E0104的冷公用工程采用次低压蒸汽再生，124℃的饱和液体再生为125℃的饱和气体，从而副产次低压蒸汽，用以提供全厂次低压蒸汽热源的使用。

另外，乙烯、氧气和醋酸反应生成醋酸乙烯的反应是放热反应，反应过程放出大量热，本项目采用列管式固定床反应器，使用管间走次低压热水，汽化成为次低压蒸汽，进入次低压蒸汽管网。

经过模拟计算，再生的次低压蒸汽量补充可补充全厂次低压蒸汽的使用量，并富余111.49万吨/年的次低压蒸汽。

但次低压蒸汽品位较低，使用范围较小，利用价值较低。

另外，本项目中对低温冷冻水需求量较大，一级气液液分相器需较低温度的冷却介质进行冷却。

吸收式制冷机是一种以热能为动力、利用溶液的特性来完成制冷循环的机械。

目前常用的由下列两类：

一类是以氨为制冷剂、水为吸收剂的氨水吸收式制冷机；另一类是以水为制冷剂、溴化锂溶液为吸收剂的溴化锂吸收式制冷机。

吸收式冷水机组以热能为动力，与利用电能为动力的制冷机相比，可以明显节约电能。

溴化锂冰机可以利用锅炉蒸汽、热电厂二次蒸汽、工厂废热、高温热水等作为热源，运行费用较低，以一台2800kW的制冷机组为例，国产离心式制冷机耗电800kW，而溴化锂吸收式制冷机除功率较小的屏蔽泵以外，没有其他运动部件，仅耗电12kW，可节电788kW。

此外，溴化锂冰机结构简单、运行平稳，所用工质无臭、无毒、无爆炸、无燃烧、对人体无害，溴化锂冰机还具有安全、便于管理、易于实现自动化等优点。

本项目所需制冷最低温度在0℃以上，在溴化锂冰机的适用范围内，故本项目使用溴化锂冰机进行制冷，既满足全厂制冷需求，又充分利用工厂的废热余热。

本项目反应器出口蒸汽为0.35MPa，故适合采用双效溴化锂吸收式制冷机。

与单效型机器的不同之处是：

它装有高压和低压两个发生器和两个溶液交换器。

高压发生器产生冷剂蒸汽，再次作为低压发生器的热源。

这样，不仅有效地利用了冷剂蒸汽的热量，而且减少了机器的排热量，因而制取单位冷量所需的加热量和冷凝器的冷负荷均可减少，机组效率大大提高。

根据计算和实际测量的数据，加热量约为单效溴化锂机型的1/2~2/3，冷凝负荷约为1/2，热力系数可提高到0.95以上。

从而达到节能40%以上的效果。

2.2.2.5、冷却水梯级利用

为减少冷公用工程的消耗，本项目的产品精制工段采用冷却水梯级利用的手段，醋酸精制单元的循环冷却水给醋酸降温后由20℃升至25℃，再作为醋酸乙烯精制单元的的冷工质，将75℃左右的醋酸乙烯降温至40℃，同时控制冷却水出口温度不超过40℃。

2.2.2.6、节能设备使用

为了提高反应速率，在反应器入口前设静态混合器，使乙烯和醋酸蒸汽与氧气充分混合。

静态混合器是一种先进的单元设备，和搅拌器不同的是，它的内部没有运动部件，主要运用流体流动和内部单元实现各种流体的混合以及结构特殊的设计合理性。

静态混合器与孔板柱、文氏管、搅拌器、均质器等其它设备相比较具有效率高、能耗低、体积小、投资省、易于连续化生产。

本项目部分换热器面积较大，设备费用较高，因此拟采用一种新型高效换热器来进行设备的改进。

一种新型高效螺旋折流板换热器有望成为管壳式换热器升级换代的主导产品，大型石油、化工企业将能以简捷和低成本的方式实现节能。

近年来，杭州华东化工装备实业有限公司研制了一种新型高效螺旋折流板换热器——全封闭流道连续型无中心管螺旋折流板换热器，该换热器在杭州龙山化工有限公司应用后，换热器传热效率较原先提高了79.8%。

2.3绿色清洁生产推进工程

2.3.1任务要求

围绕重点污染物开展清洁生产技术改造，推广绿色基础制造工艺，降低污染物排放强度，促进大气、水、土壤污染防治行动计划落实。

减少有毒有害原料使用。

修订国家鼓励的有毒有害原料替代目录，引导企业在生产过程中使用无毒无害或低毒低害原料，从源头削减或避免污染物的产生，推进有毒有害物质替代。

推进清洁生产技术改造。

针对二氧化硫、氮氧化物、化学需氧量、氨氮、烟（粉）尘等主要污染物，积极引导重点行业企业实施清洁生产技术改造，逐步建立基于技术进步的清洁生产高效推行模式。

加强节水减污。

大力推进节水技术改造，推广工业节水工艺、技术和装备。

强化高耗水行业企业生产过程和工序用水管理，严格执行取水定额国家标准，围绕高耗水行业和缺水地区开展工业节水专项行动，提高工业用水效率。

推进水资源循环利用和工业废水处理回用，推广特许经营、委托营运等专业化节水模式，推动工业园区集约利用水资源，实行水资源梯级优化利用和废水集中处理回用。

推进中水、再生水、海水等非常规水资源的开发利用，支持非常规水资源利用产业化示范工程，推动钢铁、火电等企业充分利用城市中水，支持有条件的园区、企业开展雨水集蓄利用。

2.3.2完成情况

2.3.2.1绿色工艺

目前醋酸乙烯生产方案主要包括石油乙烯法和电石乙炔法两种工艺，其中电石乙炔法能耗高，是由于电石工业耗能高、污染严重。

而乙烯法工艺能耗较小。

《GB30529—2014乙酸乙烯酯单位产品能源消耗限额》规定了乙炔法和乙烯法生产醋酸乙烯的单位产品能耗限额。

表2-4各工艺路线能耗对比表

项目

乙炔法

乙烯法

限定值

565

410

准入值

485

250

先进值

410

240

为满足绿色2020指标，本项目采用了能耗低、污染小的乙烯法绿色工艺。

2.3.2.2废液回收处理、循环利用

本项目醋酸乙烯合成过程中生成一定量的水，洗气塔塔顶喷淋一定量的水进行洗气，同时塔中部喷淋醋酸，因此产生大量含酸废水，本项目对含酸废水进行热泵精馏和萃取精馏，一方面回收了原料醋酸，另一方面处理了含酸废水，使废水达到回用标准，进行循环会用，水利用在96%以上。

2.3.2.3水集成

本着节能减排的生产原则，降低水资源的消耗是工艺设计过程中的重点之一。

本项目为金陵石化年产40万吨醋酸乙烯项目，生产过程中耗水量较大，因此利用waterdesign软件对本工艺的水资源消耗过程进行优化，并建立水集成网络，提高水的利用率，最大限度降低水资源的消耗。

表2-5水集成前后对比

新鲜用水量（t/h）

重复利用率/%

优化前

全部新鲜水

6262.41

14.98

优化后

再生重复利用

938.07

2.3.2.4尾气处理

本项目中反应器出口气体降温后在初分塔进行气液分离，出口气体（主要含有乙烯和二氧化碳）70%循环至反应器入口前，30%送去膜分离系统脱除少量二氧化碳，防止二氧化碳在系统内积累，脱出二氧化碳后的气体在循环至反应器入口前，脱出的二氧化碳气体中仅含有少量乙烯气体，一方面减少了乙烯气体原料的浪费，提高了原子利用率；另一方面降低了废气中污染物乙烯的存在，并降低了尾气处理的安全系数。

2.4资源高效循环利用工程

2.4.1任务要求

按照减量化、再利用、资源化原则，加快建立循环型工业体系，促进企业、园区、行业、区域间链接共生和协同利用，大幅度提高资源利用效率。

大力推进工业固体废物综合利用。

以高值化、规模化、集约化利用为重点，推进深度资源化利用。

全面推行循环生产方式。

推进钢铁、有色、石化、化工、建材等行业拓展产品制造、能源转换、废弃物处理-消纳及再资源化等行业功能，强化行业间横向耦合、生态链接、原料互供、资源共享。

推进各类园区进行循环化改造，实现生产过程耦合和多联产，提高园区资源产出率和综合竞争力。

2.4.2完成情况

本项目中产生的固废主要为催化剂，催化剂中含有贵金属钯、金、铂，催化剂使用寿命为三年，废弃催化剂全部交由供应商以旧换新，供应商交由有关部门对其中的贵金属物质钯、金、铂进行回收。

第三章绿色2020指标达标情况总结

本项目以《中国制造2025》中的绿色2020为指导，展开年产40万吨醋酸乙烯分厂项目的设计。

本项目采用乙烯法绿色生产工艺，进行全厂热集成设计，使用热泵精馏等高效节能分离方法，在反应器、换热器、流体输送设备上采用先进节能设备，并且对余热进行回收利用，使得能量得以最大回收利用，最终本项目单位产品能耗达到绿色发展2020能耗指标要求。

同时，本项目工艺设计中存在多股循环，包括原料乙烯循环、醋酸循环、工艺水循环，提高了原子利用率。

另外，本项目还对含酸废水进行处理，得到的纯净醋酸回收利用，处理得到的水循环回用。

本项目充分与总厂和园区集成。

原料集成，使原料供应稳定，从而保证生产的稳定进行；公用工程集成，可实现集中供热和制冷，减少成本及能耗；废气废液处理集成，烃类废气送往总厂火炬处理，初步处理的废水送去总厂进一步处理，生活固废与总厂集中处理；废催化剂送至供应商处进行处理回收再利用。

综上，本厂生产过程能耗、物耗较少，三废排放量少，智能化、集约化程度高，积极国家对制造业的政策导向，满足《中国制造2025》中绿色2020指标要求。