年产15万吨丙烯腈项目概念设计.ppt

1,年产15万吨丙烯腈项目概念设计,项目介绍人：于 冲 马建 指导老师：李秀喜（副教授）,2,项目介绍内容,产品概述 需求分析 项目简介 研究方案 进程安排,3,1.产品概述,丙烯腈概述 丙烯腈物化性质 产品规格,4,丙烯腈概述,丙烯腈，CH2=CHCN,英文缩写为 AN，1893年已经在实验室合成。到1930年被工业上用于合成耐油丁腈橡胶。现在除丁腈橡胶之外，广泛用于ABS塑料、AS塑料和腈纶纤维（PAN）的生产等 。此外，丙烯腈还是合成丙烯酰胺、聚丙烯酸酯等的重要原料。,5,丙烯腈的物化性质,主要物理性质 分子量： 53.06 沸点： 77.3 冰点： 83.5 生成热： 184.2 kJ/mol(25) 燃烧热： 1761.5 kJ/mol 聚合热： 72.4 kJ/mo 闪点： 0 自燃点： 481 毒性： 剧毒,6,丙烯腈的物化性质,主要化学性质 C=C:聚合反应，加成反应，氰乙基化反应等 自聚反应：光照条件，加阻聚剂 共聚反应：与苯乙烯、丁二烯、乙酸乙烯、丙烯酰胺 反应合成纤维、塑料、涂料等 CN基：水解反应，水合反应，醇解反应等 氰乙基化反应,7,产品规格,产品标准（GB7717.194）,8,2.需求分析,国际需求 国内需求 国内需求分析,9,10,11,国内需求,12,国内丙烯腈主要生产厂家,13,丙烯腈消费结构,14,国内需求分析,需求持续增长，2010年我国丙烯腈消费量预计达到166. 9万 国内产量不断增长,进口依存度呈下降趋势 年进口量保持在30万吨以上,15,3.项目简介,项目来源 项目目标,16,项目来源,该项目来源于卓越化学公司(Excellent Chemicals) 。该公司的商业开发部门想要扩大他们的纤维和树脂生产线，这一项目能为作为原料之一丙烯腈提供40万吨的市场。因此，经济的丙烯腈生产工艺的开发成为该公司迫切需要解决的问题。为解决此问题，要求 EnDoCor公司(ENGINEERING DESIGN CORPORATION) 对此进行概念设计。,17,项目目标,设计项目 15万吨/年 产品名称 丙烯腈 产品规格 GB/T7717，合格品 ，丙烯腈浓度99w%以上 主要用途：工业生产ABS树脂,18,4.设计方案,分析比较确定最佳生产工艺 对选择的生产工艺进行分析、设计和改进 用Aspen Plus对工艺流程进行模拟、优化 经济核算,19,方法选择,丙稀氨氧化法 丙烷氨氧化法 方法比较,20,丙稀氨氧化法,主反应 C3H6 + 1.5 O2 + NH3 C3H3N (acrylonitrile) + 3 H2O 丙烯转化率 = 89 % 副反应 C3H6+2O2+2NH3 C2H3N(acetonitrile)+HCN+4 H2O 丙烯转化率 = 5 % C3H3N + 2 O2 HCN + CO + CO2 + H2O 丙烯腈转化率 = 19 % CO + 0.5 O2 CO2 一氧化碳转化率= 25 %,21,丙稀氨氧化法,操作条件 温度： 440 F 入口压力： 240 kPa 摩尔流率； 氨/丙烯1.05 氧气/丙烯2 丙烯转化率 90%,22,丙烷氨氧化法,主反应： C3H8 + NH3 +2 O2 CH2 =CHCN(AN) + 4 H2O C3H8 + 0.5O2 C3H6 (PEN) + H2O C3H6 + NH3 +1.5 O2 CH2 =CHCN(AcN) + 3 H2O 副反应： 生成乙腈：C3H6 + 1.5NH3 + 1.5O2 1.5CH3CN + 3H2O 生成氢氰酸：C3H6 + 3NH3 + 3O2 3HCN + 6H2O 生成COx：C3H8+ 4O2 2CO+CO2 +4 H2O 生成一氧化碳：2 NH3 + 1.5 O2 N2 + 3 H2O,23,丙烷氨氧化法,反应条件为： 温度: 683K； 压力: 约1atm；接触时间: 2-6秒； C3H8:NH3 :O2 :N21.0:1.5:3.15:11.85 (moral ratio) 实验室中已经得到的转化率为20-80%,24,工艺方法确定,技术分析：前者技术成熟，原料转化率高，后者起步较晚，具有较大发展潜力。 成本分析：丙烯市场短缺、价格走高，而丙烷来源丰富，相对便宜 。 选择：丙烷氨氧化法。,25,过程分析与设计,合成过程分析与设计 分离过程分析与设计,26,合成过程分析,反应类型：丙烷、氨、氧气共同参与下发生的气相催化反应。 反应温度：视催化剂性能而定，一般温度控制在480左右，进料应设预热器。 反应压力：体积增大，减小压力可以增加转化率，但会使设备投资增加，选择略高于常压。 热效应：强放热过程，反应过程中所放出的热量由内取热器取出,27,合成工段设计,28,分离过程分析,反应器出口气体的成分：AN（丙烯腈）、ACN（乙腈）、HCN、 H2O、丙烷、NH3、O2、CO2等。 AN、HCN等产物很容易在高温下聚合，尤其是在碱介质的引发下很易聚合。因此，必须除去产物中的NH3。同时少量的AN和HCN等已发生聚合形成聚合物粉尘，必须首先除去。 产物中有CO2、O2等不凝气体，也必须分离，否则会增加处理物的流量，而且气体的夹带，往往使产物的收率下降。 ACN和HCN较难分离,29,分离过程设计,急冷塔：冷却反应生成气体；用磷酸二氢铵中和吸收反应生成气体中未反应的氨 解吸塔：吸收反应生成气体中的丙烯腈、乙腈、氢氰酸等有机成分；放空氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气等气体 脱乙腈塔：除去ACN，采用萃取精馏 脱氰塔：除去氢氰酸 精制塔：除水，纯度达到要求,30,分离过程流程图,31,分离过程流程图,32,流程模拟与优化,合成工段模拟与优化 脱氨水洗工段模拟与优化 丙烯腈精制工段模拟与优化,33,合成工段模拟与优化,34,优化进料比,质量比C3H8 :NH3 :O2 : N2=44: 25.5: 100.8: 331.8,35,脱氨水洗工段模拟与优化,温度换热器温度设定在140左右,36,水吸收塔T-302操作条件优化,在T-302中，利用水吸收反应物，同时将未反应的原料及产生的CO2、CO 等与产物分离，得到丙烯腈水溶液。一般而言，高压低温对吸收有利，在压力温度恒定下，增加水的用量对吸收有利，但加水过多未免会使后续流程的处理量大大增加。于是可以在优化时增加一个设计规定，即使物流13中99%的丙烯腈进入物流17中，通过模拟得到水的流量为8503 kmol/hr,37,丙烯腈精制工段模拟与优化,乙腈分离塔T401操作条件的确定 HCN分离塔T501操作条件的确定 丙烯腈成品塔T601操作条件的确定,38,乙腈分离塔T401操作条件的确定,39,HCN分离塔T501操作条件的确定,40,丙烯腈成品塔T601操作条件的确定,41,经济核算,建设项目投资估算：设备费用、设备安装费用、土地费、无形资产获取费用 生产成本：原料成本、公用工程、工资福利费用、销售费用、保险费用、维修费用、折旧费用 销售收入与利润,42,建设项目投资估算,设备费用：根据设备类型和尺寸估价，总计为232.6 万美元 设备安装费用：按设备购置费用的50计算，设备安装费用共计116.3万美元。 土地费用：厂区面积1000亩，10万元/亩，共10000万；土建费1000-1200元/平方米，估计为73000万；办公设施1000万。共计84000万。 无形资产获取费用 催化剂专利使用费：1000万；小试与中试实验费用：2000万。总计3000万元。 建设项目投资总计为：（232.6+116.3）6.7+84000+3000=89337.6万元。,43,生产成本,原料成本：丙烷183.0美元/吨，氨187.4美元/吨，每年对原料的需求量为：丙烷28.7万吨，氨气13.3万吨。故原料总费用183.028.7+187.413.3=7744.5万美元=51888万元/a。 公用工程；冷却水用量10万吨/a（单价6.2元/t）。冷却水费用为106.2=62万元/a；电气费用（电单价0.45元/度）约1000万元/a。故公用工程费用为1062万元/a。 工资福利费用：全厂雇佣工人200人，工资1500元/月；技术员50人，工资3000元/月；管理人员20人，工资4000元/月；每年直接工资支出636万元，福利为工资支出的14%。所以直接工资福利总计为636(1+14%)725万元/a。,44,生产成本,销售费用：市场销售，日常办公，广告等其它费用，预计1000万元/a。 保险费用：新设备保费为3.2%，旧设备加收30%。232.63.2%=7.44万美元=49.8万元RMB；人身意外险为240元/人，总计 (200+50+20)2406.5万元。 维修费用：维修费用每年按照设备总投资的10%计算，每年支出维修费用为23.26万美元=155.8万元RMB 折旧费用：设备投资232.6万美元，预计使用年限10年，按照直线折旧法求折旧额。每年折旧率为10%,年折旧额为2