丙烯腈生产的概念设计

1丙烯腈生产的概念设计报告人：余振江06级硕士陈诚06级硕士《化工过程分析与设计》课程报告2目录产品及其生产工艺介绍市场调研设计任务方案选择概念设计经济衡算结束语3一、产品及其生产工艺介绍1.1产品简介用途：丙烯腈是一种重要的有机合成单体，在丙烯产品系列中居第二，仅次于聚丙烯，是三大合成材料(纤维、橡胶、塑料)的重要化工原料，主要用来生产聚丙烯腈纤维(腈纶)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)塑料、苯乙烯(AS)塑料、丙烯酰胺等。4物性分子量：53.06沸点：77.3℃生成热：184.2kJ/mol燃烧热：1761.5kJ/mol聚合热：72.4kJ/mol自燃点：481℃毒性：剧毒51.2生产工艺丙烯氨氧化法：C3H6＋3/2O2＋NH3=C3H3N＋3H2O丙烷氨氧化法：（1）丙烷直接氨氧化法C3H8+NH3+2O2=CH2CHCN+4H2O（2）丙烷两段氨氧化法第一段，丙烷脱氢生成丙烯第二段，丙烯氨氧化工艺生成丙烯腈6二、市场调研2.1产品市场价格美国现货价格约为58-60美分/磅（过去两年涨幅大于40%）。欧洲现货价格约为1400-1450欧元/吨亚洲现货价格约为1350-1400美元/吨72.2主要原材料报价丙烯（99.6%）10100元/吨孟州市金发贸易有限公司2006-12-16丙烷（98.5%）5700元/吨洛阳市泰禾商贸有限公司2006-12-18液氨（99.8%）3600元/吨南京特种气体厂有限公司2006-12-29硫酸（98%）450元/吨广州市龙腾化工原料有限公司2006-12-25（阿里巴巴网上报价）82.3市场现状分析2005年全球丙烯腈关闭产能大于新增生产能力，大约有42万吨/年的产能（约占世界总产能的7%）被关闭，而新增产能仅有31.6万吨/年，主要原因是丙烯价格太高，盈利能力很低。最近几年由于装置停产超过了新产能的增加速度，导致丙烯腈供应紧张，全球装置开工率较高，维持在89%-90%的水平。——引自《美国化学周刊》9全球丙烯腈市场需求增长速度为年均2%-2.5%，略高于产能增长速度，其中主要的需求增加集中在亚洲，特别是中国。中国的丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物（ABS）产能正在以年均10%以上的速度快速增长，而丙烯酸酯类纤维的产能也正在以年均3%的速度增长；这两大丙烯腈的主要消费品在中国的快速增长已带动全球丙烯腈生产装置的开工率达到90%。——刘志富，纪立春；吉化集团公司；丙烯腈技术进展和发展前景；精细化工原料及中间体，2006第2期10三、设计任务设计规模：年产20万吨产品要求：丙烯腈质量纯度达到99.5%以上用PROⅡ对流程进行模拟，确定设备的操作参数优化各单元操作的操作参数经济核算11四、方案选择经大组讨论，我们决定选择丙烷直接氨氧化法制丙烯腈原因：（1）丙烯价格居高不下，以丙烯作为原材料盈利率太低；（2）丙烷脱氢丙烯氨氧化工艺因需要增加丙烷脱氢装置,固定投资费用比丙烷直接氨氧化法所用的费用高15%～20%。12——杨杏生；巴陵石化公司；制备丙烯腈的新工艺丙烷氨氧化；合成纤维工业；第3期第17卷丙烷和丙烯氨氧化工艺之比较13目前较成熟的两个工艺BP公司工艺：氧化反应在高浓度丙烷和氧不足的条件下进行,由于以氧气作为氧化剂,避免了惰性气体的引入,加之丙烷转化率较低,所以未反应的丙烷需要回收。日本三菱化学公司工艺：氧化反应在低浓度丙烷和氧过量的条件下进行,由于以空气为氧化剂,加之丙烷转化率较高,所以未反应的丙烷不必回收。（由于BP公司工艺的设计数据较全，因此我组采用BP公司的工艺进行概念设计）14BP公司工艺BP公司丙烷直接氨氧化制丙烯腈工艺设计条件:原料：n(C3H8)：n(NH3)：n(O2)：n(H2O)=5：1：2：1温度：440～550℃压力：6.8～102kPa停留时间：0.05～5s催化剂：V—Sb—Al—O当丙烷转化率为90%时,丙烯腈选择性为70%,丙烯腈总收率约为60%。15五、概念设计主要工序反应急冷吸收回收净化四效蒸发废气、废水处理16反应方程式主反应：C3H8+2O2+NH3→C3H3N+4H2OC3H8+1/2O2→C3H6+H2OC3H6+3/2O2+NH3→C3H3N+3H副反应：C3H6+2O2+2NH3→C2H3N+HCN+4H2OC3H3N+2O2→HCN+CO+CO2+H2OCO+1/2O2→CO22NH3+3/2O2→N2+3H2OC3H8+4O2→2CO+CO2+4H2O17BFD丙烷氨氧化急冷分离C3H8脱氢除H2，CO2，O2空气氨气浓剂废气C3H8除ACN去精制工序循环C3H818PFD195.1丙烯腈的合成反应器的物料衡算设计原始数据：年产20万吨，纯度99.5%，转化率67%，年生产时间350天原料气中n(C3H8)∶n(NH3)∶n(O2)∶n(H2O)=5∶1∶2∶1原料：C3H836.11kg/hNH313.33kg/hH2O3.12kg/hH2SO43.31kg/h（除氨）20副产品：HCN3.41kg/h硫酸铵4.37kg/h乙腈0.38kg/h215.2丙烯腈的回收急冷塔急冷塔的作用主要是除去反应气体中的催化剂粉尘和氨，并降低反应气体的温度。吸收塔从急冷塔来的反应气体进人吸收塔底部。40℃的吸收水由塔顶进入对产品进行吸收。225.3丙烯腈的精制F123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839140T1P1E1P223456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839140T2E2S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S12235.3.1模拟的分析1.F1冷凝塔:将反应器出来的反应气冷凝，并使气液分离，使产品最终达到流量和纯度设计要求2.T1脱氢氰酸塔:脱氰塔主要除去氢氰酸和水，未冷凝的气体为粗氢氰酸送往氢氰酸精馏塔精制。脱氰塔底部的釜液主要是丙烯睛，其中有少量的水，用泵打人成品塔(丙烯腈精馏塔)，进一步脱去水分和其他杂质。3.T2成品塔:精制氢氰酸,得到氢氰酸的最后的产品.245.3.2F1冷凝塔将反应器出来的反应气冷凝，并使气液分离，同时也部分地丙烯腈和乙腈分离,在此模拟中,由于对萃取蒸馏模拟的不明白,导致此塔的分离效果不好,有待以后学习中改进.255.3.3T1脱氢氰酸塔塔顶压力为0.25kg/cm2(表压)，共有55块塔板。从回收塔来的粗丙烯腈进人第19块塔板作为进料，底部再沸器用低压蒸汽加热。塔顶蒸出高浓度的氢氰酸，经分凝器部分冷凝，冷凝液作为塔顶回流，未冷凝的粗氢氰酸气体送往氢氰酸精馏塔。釜液送往成品塔，进一步精制。265.3.4说明对脱氰塔进行操作分析，其影响因素主要是塔顶温度和塔顶采出量。脱氢氰酸塔主要是除去氢氰酸，为使氢氰酸全部从塔顶蒸出，顶温要比氢氛酸的沸点25.70℃稍高，同时要保证丙烯腈不从塔顶损失，所以塔顶温度一般控制在30到32℃。275.3.5T2成品塔成品塔采用减压蒸馏，塔顶295mmHg(绝压)，塔底压力为500mmHg(绝压)，共有46块塔板。从脱氢氰酸塔塔釜来的物料送至本塔第35块塔板作为进料。釜液送往废水塔处理。285.3.6操作分析以塔釜出料量和塔顶回流比为调整变量进行模拟计算。减少塔釜出料量，釜温相应有所增加，塔顶蒸汽量上升，成品丙烯睛的含量稍有增加。但釜温上升会导致丙烯睛聚合量增加,增加回流比,对成品丙烯腊的影响不大，反而导致塔顶冷凝器负荷增加。回流比减小,塔顶冷凝器相应负荷减小,但成品丙烯睛的浓度也有所下降。为保证丙烯精成品质量，回流比控制在18.0左右。295.3.7模拟的结果请参看EXCEL文档!!!30六、经济衡算丙烯腈网上报价：17元/公斤31丙烯腈生产过程技术经济指标数据来源——韩秀山，中国石油天然气股份有限公司吉林石化分公司研究院，丙烷法制丙烯腈技术分析，化学推进剂与高分子材料，第84期32可变成本衡算用量单价总费用（万元）丙烷30.33万吨/年5700元/吨172881氨11.20万吨/年3600元/吨40320硫酸2.78万吨/年450元/吨1251催化剂48动力38.88MkW/h0.7元/千瓦时2722水7.24×10^6m31.83元/m31325环保费200人员34人6万/年204合计21895133效益分析年总成本218951万建设投资171904万（见注1）年销售收入340000万缴税（33%）39946万/年年利润76103万投资回收期2.3年注1：参考唐山市南堡开发区20万吨丙烯腈项目注2：由于资料有限，设备维修费用、贷款利率及其他附加费用未列出，以上数据仅作参考34七、结束语丙烷氨氧化法比丙烯氨氧化在成本上更有优势，但关键问题是技术不够成熟在急冷塔等方面，本项目尚需进一步的优化开发新的催化剂是提高丙烷转化率的有效方法35Thanks