丙烯腈生产概念设计方案.ppt

丙烯腈生产概念设计,设计作者：林英光 喻冬秀 指导教师：钱 宇 教授 陆恩锡 教授,项目背景 2. 设计目标和任务 3. 技术分析 4. 流程模拟与优化 5. 经济分析 6. 总结(改进之处） 7. 建议,主 要 内 容,一、项目背景,1、丙烯腈应用广泛-丙烯腈是一种非常重要的有机化工原料，在合成纤维、树脂、橡胶急胶粘剂等领域有着广泛的应用。 2、丙烯腈的产量和市场需求大 全球产量：5050kt/a，年均需求增长4.0%； 中国产量：410kt/a,年均需求增长14.3%。 3、合成方法-提出了对传统的丙烯氨氧化法具有挑战性的丙烷氨氧化法,设计目标 设计规模：100000吨丙烯腈/年，按照300天开工计算，即7200小时，丙烯腈产品流量13888.89Kg/hr,即261.56Kmol/h； 设计要求：丙烯腈产品纯度（质量）99.5%。,二、设计目标和任务,二、设计目标和任务,设计任务 以丙烷、氨为原料，以空气中的氧为氧化剂，采用最新的高效催化剂，设计丙烷直接进行氨氧化制备丙烯腈的工艺流程； 对分离系统结构加以调整和改进，精简结构，优化工艺，提高效率； 用ASPEN-PLUS软件对流程进行全程模拟和优化主要操作单元工艺参数； 与丙烯氨氧化法进行比较，分析丙烷氨氧化法的经济可行性。,三、技 术 分 析-反应过程分析,C3H8 + NH3 +1.5 O2 CH2 =CHCN + 3 H2O C3H8 + 1.5NH3 + 2O2 1.5CH3CN + 4H2O C3H8 + 3NH3 + 3.5O2 3HCN + 7H2O C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O C3H8 + 3.5O2 3CO + 4H2O,丙烷 丙烯腈,氨 乙腈、氢氰酸,氧气 废气：CO2、 CO；废水,三、技 术 分 析-生产流程系统结构图,丙烯腈,废水,三、技 术 分 析-工艺条件,原料 丙烷、氨、氧气 配比： 1:11.1:1.82.3 催化剂 三菱化学的最新催化剂 具有最高的转化率和选择性 MoV0.3Te0.23Nb0.15Ox 丙烷转化率 91% 目前最高的转化率 丙烯腈收率 59.7% 目前最高收率 反应器 流化床反应器 反应温度 410 反应压力 0.1216MPa(1.2bar),丙烯腈生产过程中各组分性状及流向 组分 常压沸点/ 常温常压性状 水溶性 流向 丙烷 -42.0 无色气体 不溶 反应器-处理-循环 氨 -33.4 无色气体 溶 反应器-再生-循环 氧气 -182.8 无色气体 不溶 反应器 二氧化碳 -78 无色气体 不溶 尾气处理排放 一氧化碳 -191.5 无色气体 不溶 尾气处理排放 丙烯腈 78 无色液体 溶 主产物回收 乙腈 81.6 无色液体 溶 副产物回收 氢氰酸 26 无色液体 溶 副产物回收 水 100 无色液体 溶 排放处理,三、技 术 分 析-分离过程分析,三、技 术 分 析-分离系统结构设计,反应产物,四、流程模拟与优化-工艺流程图,Aspen plus 模拟流程图,冷凝塔F-101温度对分离效果的影响,四、流程模拟与优化-冷凝塔F-101操作条件确定,冷凝塔F-101模拟与优化结果,四、流程模拟与优化-冷凝塔F-102操作条件确定,冷凝塔F-102温度对分离效果的影响,四、流程模拟与优化-冷凝塔F-102操作条件确定,冷凝塔F-102模拟与优化结果,四、流程模拟与优化-精馏塔T-101 优化结果,精馏塔T-101理论塔板数、进料板位置与回流比的关系,四、流程模拟与优化-精馏塔T-101 优化结果,精馏塔T-101理论塔板数对分离效果的影响,四、流程模拟与优化-精馏塔T-101 优化结果,精馏塔T-101回流比对分离效果的影响,四、流程模拟与优化-精馏塔T-101 优化结果,四、流程模拟与优化-精馏塔T-102 优化结果,精馏塔T-102理论塔板数、进料板位置与回流比的关系,四、流程模拟与优化-精馏塔T-102 优化结果,精馏塔T-102理论塔板数对分离效果的影响,四、流程模拟与优化-精馏塔T-102 优化结果,精馏塔T-102回流比对分离效果的影响,四、流程模拟与优化-精馏塔T-102 优化结果,四、流程模拟与优化-产物物流（Stream No18）模拟结果,四、流程模拟与优化-生产流程部分物料衡算表,五、 经济分析-反应过程对比经济分析 收率为60% 时丙烷法与丙烯法反应器参数对比,五、 经济分析 -投资成本对比经济分析,投资费用 日本三菱化学 美国BP-AMOCO （百万美元） 丙烷法工艺 丙烯法工艺,总固定投资 237.3 188.4 原材料 56.6 62.5 公用工程 5.9 8.3 可变成本 50.8 62.5 装置现金成本 60.2 69.1 生产成本 78.9 86.3 副产收益 -11.7 -8.4 产品成本 111.5 112.2,反应器直径/高度(m) 13.3/14.2 9.5/18.9 吸收塔直径/高度(m) 5.4/15.2 3.8/15.2,五、 经济分析 -成本对比经济分析,丙烷氨氧化法与丙烯氨氧化法相比： 1、需增大设备方面的投资，至少增加5%，考虑设备投资回报，一般增加25%以上。 2、当丙烷氨氧化法丙烯腈的收率需达40%以上，即丙烷转化率50%以上、丙烯腈的选择性80%以上时，丙烷法与丙烯氨氧化法成本相当（不包括设备投资等）。 3、虽然当前因催化剂技术原因，丙烷转化率不高的情况下，丙烷氨氧化法尚不具备优势和竞争力，但丙烷价格大约是丙烯价格的50%，随着催化剂的发展，丙烷氨氧化法极具应用前景。,六、 总 结,1、选用最先进的三菱化学的丙烷氨氧化催化技术； 2、采用“双冷凝塔双精馏塔”的分离结构，进行了全程流程模拟和计算； 3、用ASPEN-PLUS软件模拟和优化了主要操作单元的工艺操作参数； 4、与丙烯氨氧化法进行比较，分析了丙烷氨氧化