30000吨年聚丙烯酰胺项目可行性研究报告.doc

30000吨/年聚丙烯酰胺项目1 总论1.1 项目及建设单位基本情况1.1.1 项目基本情况1.1.1.1 项目名称*30000吨/年聚丙烯酰胺项目。1.1.1.2 项目建设性质本项目为新建项目。资本来源：自筹资金40%，贷款60%，性质为民营企业，经营体制为股份制。1.1.1.3 项目建设地点吉林省*化工园区1.1.2 建设单位基本情况1.1.2.1 建设单位名称、性质及负责人建设单位全称：*企业性质：民营企业1.1.2.2 建设（主办）单位概况*是新兴民营企业，该公司立足吉化，生产聚丙烯酰胺，面向石油开采、水处理、纺织印染、造纸、选矿、洗煤、医药、制糖、养殖、建材、农业等行业。*现有员工85人，其中高级工程师9人，工程师20人，拥有中专及以上文凭的人员占总员工的40%以上。公司固定资产现值22660万元，流动资产4054万元。*按现代企业管理模式建立了完善的管理机构，按照精干高效的原则对各生产分厂及科研开发机构进行管理，以确保企业生产经营工作的正常进行。1.2 编制依据及原则1.2.1 编制依据a）*的可行性研究报告编制委托书。b）*提供的基础数据资料。c）中国石油天然气股份有限公司炼油化工建设项目可行性研究报告编制规定1.2.2 编制原则a）采用先进、合理、可靠的技术，以保证本工程实施后生产运行平稳，产品质量可靠，并能达到节能降耗的目的。b）合理选择设备材质，全部设备实行国产化，以减少建设投资。c）项目实施执行国家相关的法律和规范，注重环保措施的“三同时”，确保项目投产后符合职业安全卫生的要求，使企业在获得经济效益的同时产生良好的社会效益。d）合理选择设备材质，加大国产化力度，除关键的专利设备和国内不能制造的特殊材料引进外，其余全部国内供应。e）遵循国家可持续发展的战略要求，高度重视环境保护、劳动安全和工业卫生，尽量减少对周边环境的影响，各种排放物必须符合国家和当地政府的有关环保标准和规定。1.3 研究范围及编制分工本可行性研究报告对*30000吨/年聚丙烯酰胺项目的产品市场与价格预测、建设规模、工艺技术及设备方案、原材料供应、自动控制、厂址方案、公用工程及辅助生产设施、节能、消防、环境保护、职业安全卫生、投资估算、财务评价、预期目标及风险进行了分析和研究。本可行性研究报告的编制由中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院负责。单元主项表见表1.3-1。表1.3-1 工程主项表序号主项代码主项名称建设规模(104t/a)备注1生产装置3一车间I期工程1.11100单体聚合单元1.21200精制单元1.31300聚合单元1.41400干燥及造粒单元1.51500包装二、三车间II期工程1.62100单体聚合单元1.72200精制单元1.82300聚合单元1.92400干燥单元1.102500包装1.113000原料罐及汽车装卸站台（1个鹤位）2公用及辅助设施I期工程2.14000污水池2.25000产品仓库2.36000配料车间2.47000循环水单元300 m3/h2.59000综合楼包括：办公室、实验室、备件库2.69100电控室2.79200食堂、宿舍及车库2.89300换热站2.99400添加剂和化学品储存间2.109500厂区围墙2.119600厂区门卫2.129700地面火炬50 t/h依托吉化丙烯腈厂火炬2.139800消防水站依托碳纤维厂1.4 项目背景及建设理由1.4.1 项目背景随着吉化丙烯腈装置的扩产，丙烯腈产量增加，为本项目的实施提供了可靠的原料保障，本项目建成后，也是对吉化产业链起到延伸补充作用，同时也是贯彻落实中央和国务院关于“支持东北老工业基地改造”指示精神、拉动区域经济发展的需要。1.4.2 项目建设理由1.4.2.1 建设的必要性本项目年均利润4449万元，年均税后利润3336万元。成为吉化集团公司新的效益增长点的同时，又可以解决一部分职工的就业问题，使*迅速发展为国内大型加工型企业之一。随着国家环保法规的进一步严格，聚丙烯酰胺作为全有机絮凝剂的市场十分看好，发达国家聚丙烯酰胺在水处理领域占总用量的80%，而我国只占10%。我国聚丙烯酰胺在水处理领域的用量在几年内可以上升到50%，届时高品质聚丙烯酰胺市场的缺口将达到几万吨。建设本项目可以提前抢占市场，创造信誉度和知名度，因此建设本项目是必要的。1.4.2.2 项目建设的可行性a）原料优势吉化集团丙烯腈厂在2003年末，丙烯腈的生产能力达到21.2万吨，除供吉化集团内部使用外，还富余5万吨/年，为本项目提供了质优价廉的原料。b）公用工程优势 本项目的建设充分依托工业园区的公用工程。c）火炬该装置位于精细化工园区内，依托丙烯腈厂火炬处理厂内排放的废气，达到合理共用资源，节省投资的目的。d）消防*30000吨/年聚丙烯酰胺项目地处*龙潭区江北化工园区内。该厂东隔规划洛水街为碳纤维厂规划预留用地，消防水站可依托该厂。e）土地资源本项目由化工园区提供34161平方米工业用地。f）运输PAM产品可采用公路运输的方式，拟建装置毗邻吉化碳纤维厂，公路网络完备。g）市场前景好*处于东北三省的三角地带，与大庆、吉林、辽河油田距离不远，销售工作及售后服务十分便利，可节约运输费用。东北三省有40多个大型污水处理厂，其PAM用量在千吨以上；同时仅长江流域，合计有1000多座污水处理厂规划改建和新建，为公司产品提供一个很好的市场资源。东北的造纸业发达，国内几家大的造纸厂集中在东北，将是PAM的主要用户；俄罗斯、韩国，这两个国家每年都从中国进口PAM产品应用在其国内的石油开采、造纸、和水处理领域，可利用这个优势将本公司产品出口。h）技术优势本项目丙烯酰胺单体制备拟采用的技术是目前国内外比较成熟的铜催化水合法技术，具有原料单耗低，在产品成本上有较大的竞争优势。1.5 主要研究结论本项目拟采用的工艺技术成熟。采用该技术建成的装置投资低、流程短。聚丙烯酰胺的产品质量指标高，阴离子PAM分子量可以稳定在2000万2500万之间。公用工程及辅助设施充分依托吉化精细化工基地，节省了投资。装置区尽量利用原有厂房布置，占地少。技术经济分析表明，本项目经济效益好，有较强的抗风险能力。项目的主要技术经济指标，见表1.5-1。表1-表 1.5-1主要技术经济指标表序号项目名称规格单位数量备注1生产规模聚丙烯酰胺t/a300002产品方案2.1阳离子PAM离子度10-45%t/a20002.2两性PAM分子量12001500万t/a30002.3阴离子PAM分子量2000万t/a25000合计300003年操作时数h80004主要原材料、用量4.1丙烯腈工业优级99.5%t/a234004.2氢氧化钠（固）工业一级t/a4504.3Cu-Cr催化剂t/a454.4引发剂（尿素）t/a6004.5引发剂（玉米淀粉）t/a3005主要公用工程用量5.1新鲜水t/a30005.2工业水t/a600005.3电106kWh/a12低压蒸汽0.6MPa104t/a246“三废”排放量6.1废水t/a21006.2废气m3/a1806.3废渣t/a07运输量7.1运入量t/a13957.2运出量t/a 30458总定员人182其中管理人员20人9总占地面积 m23416110全厂建筑面积 m21985811全厂综合能耗总量GJ/a449986.01412单位产品综合能耗GJ/t40.90813建设投资104元2278314年均生产成本费用104元/a2650015生产规模104t/a316产品方案16.1阳离子PAMt/a2000造纸、废水16.2两性PAMt/a3000污水处理16.3阴离子PAMt/a25000石油开采合计104t/a2017操作时间h/a800018项目投入总资金104元2652418.1建设投资104元2278318.2建设期利息104元173318.3流动资金104元200819主要效益指标19.1年均销售收入104元329.6年 均19.2总成本费用104元29211年 均19.3销售税金及附加104元154年 均19.4利润总额104元4449年 均19.5税后全部投资回收期年7.48自建设之日起19.6税后全部投资财务内部收益率%15.0119.7税后全部投资财务净现值104元4426I=12%19.8借款偿还期年6.48自建设之日起2 市场分析与价格预测2.1 市场分析2.1.1 国内丙烯酰胺、聚丙烯酰胺产品用途聚丙烯酰胺（Polyacrylamide）简称PAM，由丙烯酰胺单体聚合而成，是一种水溶性线型高分子物质。源于分子结构上的特性，PAM具有特殊的物理化学性质，易通过接枝或交联得到支链或网状结构的多种改性物，广泛应用于国民经济各个行业，享有“百业助剂”之称。PAM产品主要有3大剂型, 即水溶液胶体、粉状和乳液, 每种剂型中都有不同离子型产品。根据PAM大分子链上官能基在水溶液中的离解性质, 可将其分为阴离子型、阳离子型、非离子型及两性离子型。广泛应用于石油开采、造纸、水处理、采矿、纺织、医药等行业。 2.1.2 国际市场分析2.1.2.1 市场供应现状及预测2006年世界PAM产量77.3万吨，国外生产主要集中在美国、西欧及日本等国家及地区。2006年世界PAM主要生产公司情况见表2.1-1。表2.1-1 2006年世界PAM主要生产公司情况 （万吨/年）国家和地区生产公司地址生产能力美国汽巴（Ciba）公司Suffolk，Virginia5.4纳尔科(Nalco)公司Garyville,Louisiana2.0赛特（Cytec）公司Mobile,Alabama2.2SNFRiceboro,Geogia7.0西欧汽巴（Ciba）公司Bradford,UK6赛特（Cytec）公司Bradford,UK2.5纳尔科(Nalco)公司Frankfurt，Germany1.0斯托豪森(Stockhausen)公司Krefeld，Germany2.6Three FItaly2.9日本荒川化学工业株式会社2.8播麿化成（Harima）株式会社1.2星光PMC株式会社2.2Dia-nitix株式会社(包括北九州、福冈景分社)0.98MT澳科株式会社0.7海茂（Hymo）株式会社3家分社0.3三井（Sankyo）化工株式会社0.55第一工业制药株式会社0.35甲南化工株式会社0.152.1.2.2 消费现状及需求预测2006年世界PAM消费量为77.3万吨，主要集中在亚洲、北美和西欧这三个地区，其中中国的PAM消费位居世界第一位。预计在20062011年间, 世界上水溶性高分子将以3%4%年增长速度发展。由于环境问题备受关注，及水处理行业的深入发展，PAM作为水溶性高分子其中最重要的一个品种, 更是得以快速发展，预计2011年PAM的消费量94万吨。国外PAM消费情况如下：北美 据CEH报道，2006年美国PAM消费量15.5万吨，最主要的应用领域是水处理，占消费总量的60%。预计2011年美国PAM需求量16.9万吨，20062011年需求年均增长率为1.7%，其中增长最多的是阳离子PAM。美国PAM消费现状及预测见表2.1-2。表2.1-2 美国PAM消费现状及预测 （万吨）项目2003年2006年2011年20062011年年均增长率水处理8.79.2101.7%造 纸3.844.31.5%采 矿1.51.61.82.4%其 他0.60.70.82.7%合 计14.615.516.91.7%2006年加拿大PAM的消费量为4.8万吨, 预计2011年需求量5.3万吨, 年增长率为2%。加拿大主要用于造纸、包装行业、石油工业及采矿业, 水处理领域则相对少一些。加拿大的PAM主要依靠进口, 20042006年加拿大进口的数量都在4万吨以上。2006年约有50%的PAM从美国进口，40%从英国进口。西欧 2006年西欧PAM的消费量为13.4万吨，最主要的应用领域是水处理，消费量9.3万吨，占总消费量的69.4%；造纸消费量3.4万吨，占25.4%；而在油田和采矿方面的应用则不多。2006年西欧PAM消费情况见表2.1-3。表2.1-3 2006年西欧PAM消费情况 （万吨，%）项 目消费量比例水处理9.369.4 造 纸3.425.4 采 矿0.43.0 油 田0.21.5 其 他0.10.7 合 计 13.4100.0 日本 2006年日本PAM的总消费量8.6万吨。在日本，PAM在造纸领域的应用主要是作为纸张增强添加剂，通过增强纸张纤维的价键作用来提高其折叠及拉伸的强度。由于废纸回收率的提高及纸张纤维的增长，纸张增强剂的消费量将大大提高。此外，PAM还被用于造纸保留颜色和疏水助剂。20世纪90年代，阴离子PAM占60%，全部用于造纸工业。目前，80%的PAM是两性共聚物, 被用于纸张的增强添加剂，阴离子PAM只占到不足10%， 而且两性的PAM需求将继续增加。日本PAM消费现状及预测见表2.1-4。表2.1-4 日本PAM消费情况 （万吨）项目2003年2006年2011年20062011年年增长率造 纸5.577.41.1%水处理1.21.31.30其 他0.30.30.30合 计78.690.9%2.1.3 国内市场分析预测2.1.3.1 市场供应现状及预测我国聚丙烯酰胺的生产自1962年发展至今，生产厂家有上百家，其中多数为规模较小的乡镇企业。根据行业协会统计，2007年我国PAM生产能力49万吨/年，产量32.52万吨。其中，阴离子PAM生产企业40多家，产量27.3万吨，占全国总产量的84%；国内PAM产能5000吨/年以上企业的产量占79.2%。2007年国内PAM主要生产企业情况见表2.1-5。表2.1-5 2007年国内PAM主要生产企业情况 （万吨/年，万吨）生产企业生产能力产量产品形式中石油大庆炼化11.59.89中高、高分子量阴离子PAM干粉北京恒聚化工集团8.04.85阳、阴离子PAM干粉、复合离子PAM干粉爱森（中国）絮凝剂6.03.50阳、阴离子PAM干粉、乳液PAM山东宝莫生物化工3.22.39阳、阴离子、非离子PAM干粉安徽天润化工股份公司2.01.83中高分子量阴离子PAM干粉安徽巨成精细化工1.20.79阳、阴离子、非离子、两性PAM干粉山东万达化工有限公司2.00.71郑州正力聚合物科技公司1.00.70阳、阴离子、非离子、两性PAM干粉濮阳龙泉聚合物公司0.60.58阳、阴离子、非离子PAM干粉东营市诺尔化工公司1.00.50阳离子PAM干粉其他厂家12.56.78合计4932.522007年国内PAM各种离子型产品的产量见表2.1-6。表2.1-6 2007年国内PAM各种离子型产品的产量 （万吨，%）离子型产 量比 例阴离子型27.384阳离子型4.313其他离子型0.923合 计32.52100上海天坛助剂有限公司拟在上海星火工业区建设2万吨/年PAM项目；大庆炼化公司已经启动PAM扩能改造项目，新增产能1万吨/年，预计2010年PAM生产能力52万吨/年。2.1.3.2 市场消费现状及需求预测进入二十一世纪以来，我国聚丙烯酰胺市场得到迅猛发展，PAM的表观消费量从2000年8万吨左右，增长到2008年的32.91万吨，20002008年消费的年均增长率为19.3%。20062008年我国PAM表观消费量情况见表2.1-7。表2.1-7 20062008年我国PAM表观消费量情况 （万吨）年份产量进口量出口量表观消费量200630.032.622.7529.9200732.523.134.2531.4200835.03.165.2532.91 聚丙烯酰胺2006年以后才作为单独项列出，最惠国进口税率是6.5%，出口税率为0，近3年来国内PAM的出口已经超过了进口数量。进口产品基本为阳离子PAM高端产品, 出口产品主要是阴离子PAM产品。20062008年我国PAM进出口情况详见表2.1-7。我国聚丙烯酰胺主要应用领域是石油开采、水处理、纸浆和造纸、洗煤、选矿和冶金等领域。国内目前用量最大的是采油领域，用量增长最快的是水处理领域。我国PAM的市场容量分析与预测如下：石油开采领域 石油开采是目前国内PAM最大的市场。PAM作为油田化学品，主要用在钻井泥浆材料及提高采收率。目前，PAM在石油开采如钻井、酸化、压裂、堵水、固井及二次采油、三次采油中已得到实际应用。2008年石油产量1.89亿吨，PAM在该领域的消费量17.8万吨，占国内PAM总消费量的54.1%。我国大型油田包括大庆、胜利、中原、华北、辽河、大港等已进入开采中后期，采出油综合含水率日渐提高，为了稳定我国油田产量、提高采油率，各油田工业性推广应用聚合物驱油技术，已成为石油工业的重要战略措施。预计，2010年石油产量1.93亿吨，PAM在该领域的需求量22万吨，占国内PAM总需求量的51.2%。水处理领域 水处理是国内聚丙烯酰胺第二大消费领域，也是未来发展最快的领域。我国是一个水资源相当贫乏的国家，按人均计算是一个极端缺水的国家，另一方面水资源又受到严重的污染，节约用水、处理污水已成为中国亟待解决的问题。我国水处理技术和水处理剂的应用水平与国外有很大的差距。目前，PAM在水处理方面的具体应用领域为原水、工业废水及污水处理。主要有以下几种应用：在原水处理中与活性炭等配合使用，用于生活水中悬浮颗粒的凝集、澄清；在污水处理中用做污泥脱水；在工业废水处理中用做一种重要的配方药剂。水处理的絮凝剂可分为无机和有机两大类，无机絮凝剂有硫酸铝、硫酸亚铁、碱式氯化铝等；有机絮凝剂主要有PAM、聚胺和聚季铵盐等。有机絮凝剂效果优于无机絮凝剂。在原水处理中，用有机絮凝剂PAM代替无机絮凝剂，即使不改造沉降池，净水能力也可提高20%以上，所以目前许多大中城市在供水紧张或水质较差时，都采用PAM絮凝剂作为补充。2008年我国在水处理方面消费PAM 8.5万吨，占国内PAM总消费量的25.8%。随着环保意识的增强和环保法规越来越严格, 工业废水和城市生活污水的处理率和处理量将有明显提高, 对PAM的消费也将有较大幅度增长。预计2010年PAM在该领域的需求量13万吨，占国内PAM总需求量的30.2%。造纸领域 造纸行业是PAM的第三大应用领域，我国是纸张生产和消费大国。在所有纸和纸板品种中，80%需使用PAM，PAM在高档纸生产中应用更为普遍。PAM在造纸中目前主要用作助留剂、助滤剂、增强剂等。2008年我国在造纸领域消费PAM 5.1万吨，占国内PAM总消费量的15.5%。随着大型合资、独资造纸企业采用高速纸机的相继投产，我国造纸助剂质量和技术水平明显的提高，同时下游用户对纸张的要求越来越高，PAM的用量亦将呈现较大的增长趋势。预计2010年PAM在该领域的需求量6万吨，占国内PAM总需求量的14%。其它领域 在采矿、冶金、煤炭、制糖、水泥增强剂、高吸水性树脂等领域PAM也有一定的消费量。如：PAM可用于煤炭工业的洗煤过程。在原煤的生产中, 有一部分煤是通过处理煤泥水浮选出来的。浮选精煤时在过滤前加PAM, 可以增加过滤速度和滤饼重量, 从而提高生产能力。煤泥水经PAM处理后, 既能回收大量煤泥, 又能防止黑水污染, 并可使煤矿实现用水循环, 节约用水。我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国, 也是目前世界上仅有的4个以煤为主要能源的国家之一。因此能否高效、洁净地开发利用丰富的煤炭资源已成为我国解决能源接续的战略课题。又如：选矿和冶金过程中通常使用大量的水, 必须用一个有效的方法从水或水溶液中分离出矿物固体。应用PAM絮凝剂, 可促使有用的固体矿物很快下沉, 从而提高分离效果及生产效率，减少尾矿流失和降低成本, 并减少环境污染。2008年PAM在其他领域消费1.51万吨，占国内PAM总消费量的4.6%。预计2010年PAM在其他领域需求2万吨，占国内PAM总需求量的4.6%。2010年我国PAM需求结构预测见表2.1-8。表2.1-8 2010年我国PAM需求结构预测 （万吨，%）项目2006年2008年2010年消费量比例消费量比例需求量比例石油开采16.454.2 17.854.1 2251.2水处理7.4924.7 8.525.8 1330.2造 纸4.8816.1 5.115.5 614.0其 他1.55.0 1.514.6 24.6总 计30.27100.0 32.91100.0 43100.0 2.1.3.3 市场供需平衡分析随着我国环保措施的加强和造纸业的发展，将进一步带动PAM需求的不断增长。目前我国PAM的产量基本能满足国内的消费需求，自给率较高。我国PAM产品在油田三次采油方面位居国际先进水平, 但是在整个PAM产品的系列化、专业化方面与国外的差距比较明显, 主要表现在产品档次低、品种少、阳离子产品所占比例小、产品应用效果差等方面。因此，每年都得进口一些高端产品来满足国内市场的需求。根据已知的新建、扩建计划，预计2010年聚丙烯酰胺生产能力将达到52万吨/年，需求量43万吨，开工率83%则供需基本平衡。我国PAM供需预测见表2.1-9。表2.1-9 我国PAM供需预测 （万吨/年，万吨）项目2008年2010年生产能力35（产量）52需求量32.9143.17供需平衡2.098.832.2 目标市场分析2007年，我国PAM生产企业及下游消费主要分布在华东、东北及华北等地区。2007年我国PAM产量及消费区域分布见表2.2.-1。表2.2.-1 2007年我国PAM产量及消费区域分布 （万吨，%）地 区供应状况消费状况产量所占比例消费量所占比例东北12.034.3 10.030.4 华北6.017.1 3.310.0 华东13.338.0 14.945.3 中南2.26.3 2.57.6 西北1.02.9 2.06.1 西南0.51.4 0.210.6 合计35.010032.91100华东地区，2007年PAM消费量14.9万吨，占全国表观消费量的45.3%。胜利油田是我国的第二大油田，该油田已进入生产后期，主要通过三次采油技术保证产量。同时山东省及江浙两省是我国主要造纸地区，华东地区的纸及纸板产量占全国的50%以上。华东地区经济发达，尤其是石油化工及轻工业发达，主要石化企业有上海石化、齐鲁石化、扬子石化、上海赛科及扬巴集团等，污水处理及工业废水处理量大。东北地区，2007年PAM消费量10万吨，占全国表观消费量的30.4%。东北地区采油量占到全国原油产量的32.3%。目前，该地区主要有大庆油田及辽河油田，都已进入生产后期，主要通过三次采油技术保证产量。同时，该地区石化工业发达，主要石化企业有大庆石化、吉林石化、抚顺石化、辽阳石化等，污水处理及工业废水处理量大。另外，华北、中南、西北及西南地区，消费量不大，总计占全国表观消费量的24.3%。根据国内PAM市场需求现状，本装置PAM产品主要定位在油田开采、水处理和造纸领域。产品以PAM阴离子为主，阳离子、非离子为辅。目标市场以吉林油田、胜利油田、大港油田、辽河油田、华北油田及中原油田的石油开采、全国的污水处理和东北几大造纸厂为主。2.3 价格分析我国PAM产品与原料丙烯腈的价格密切相关，2004年丙烯腈的价格从8800元/吨，一路走高至14000元/吨，全年平均价12210元/吨，阴离子PAM的平均价在10000元/吨；2005年丙烯腈的价格围绕在13000元/吨，阴离子PAM价格也围绕在10600元/吨左右；2006年丙烯腈的平均价14807元/吨，阴离子PAM的平均价在12000元/吨；2007年丙烯腈的价格从年初的15725元/吨，冲高至10月19000元/吨，年底回落至15200元/吨，阴离子PAM的价格也从12000元/吨，冲高至14000元/吨；2008年110月丙烯腈价格在1520016500区间运行，受金融危机影响，年底大幅回落到7000元/吨，阴离子PAM价格也从13000元/吨左右，回落到6500元/吨；2009年经济有所回暖，7月丙烯腈价格已回升到9800元/吨，阴离子PAM的价格也回升到8000元/吨。20042009年原料丙烯腈及阴离子PAM的市场平均价见表2.3-1。表2.3-1 20042009年原料丙烯腈及阴离子PAM的市场平均价 （元/吨）年 份丙烯腈阴离子PAM20041221010000200513129106002006148071200020071672113500200814363117002009（17月）8494750020042008年平均建设规模、产品方案3.1 建设规模年产30000吨（干基）聚丙烯酰胺。共3条生产线，单线能力年产10000吨（干基）聚丙烯酰胺。3.2 产品方案通过对AM和PAM产品进行市场分析，根据市场需要，形成如下产品方案，见表3.2-1。表3.2-1 总产品方案表名 称规模（吨/年）产品指标应用领域国内目标市场占有率%阳离子PAM2000离子度10-45%造纸、废水3.5两性PAM3000分子量12001500万污水处理、石油开采5.5(按污水处理计)阴离子PAM25000分子量2000万石油开采4.4总计300004 工艺装置技术及设备方案4.1 工艺技术选择4.1.1 原料路线确定装置主要原料丙烯腈来自吉化集团公司丙烯腈厂，目前，丙烯腈厂年销量5万吨，本装置消耗2.34万吨，其它原料均国内采购。4.1.2 工艺技术路线的介绍4.1.2.1 丙烯酰胺工艺技术路线的介绍a）丙烯酰胺生产技术路线概况世界上工业化生产丙烯酰胺均以丙烯腈为原料，进行催化水合。根据催化剂种类的不同，有三种生产方法。1）硫酸水解法1954年美国氰胺公司首先开发了硫酸水解法生产丙烯酰胺技术。即在90100下，丙烯腈与98%硫酸进行水解反应，生成硫酸丙烯酰胺。然后用氨中和反应产物，在4050析出硫酸铵；经过滤分离出副产物硫酸铵。将反应物冷却形成丙烯酰胺结晶，经分离、干燥得到结晶单体。母液循环使用，单体用重结晶蒸馏提纯精制。该法易得结晶单体。其工艺复杂，消耗大量的硫酸和氨，设备腐蚀和环境污染严重，生产成本高。70年代中期，铜系催化剂问世后，该法被淘汰。2）铜催化水合法铜催化水合法分为固定床催化水合法和悬浮床催化水合法。固定床催化水合法以美国道化学公司为代表，采用Cu-Cr催化剂。该法用N2首先吹出%丙烯腈溶液中的氧气，而后进入三级反应系统，丙烯腈催化水合成丙烯酰胺，经过滤、真空蒸发、活性炭处理、离子交换获得成品。该法具有催化剂易活化、易再生的特点，丙烯腈转化率为99.8%99.9%，系统全封闭。悬浮床催化水合法以日本三井东压公司和三菱化成公司为代表，采用Cu-Ni催化剂，产品为50%丙烯酰胺溶液。该法无离子水和丙烯酰腈以2:1的重量比，在悬浮的RaneyCu催化剂存在下于120、单级上流反应器中反应，停留时间为25小时，反应产物为含22%（wt）的丙烯酰胺和17%（wt）的丙烯腈水溶液。经真空蒸馏回收丙烯腈，并把丙烯酰胺溶液浓缩到30%（wt），将此溶液用活性炭处理除去齐聚物和共聚物后，再经离子交换，产品浓缩至50%（wt）即得成品。该法催化剂可连续再生、连续补充，反应稳定，但工艺流程长、设备结构复杂。3）微生物催化水合法1985年，日本日东公司利用日本京都大学山田研究室的成果，首先建成了世界上第一个微生物法生产丙烯酰胺的工业装置，使丙烯酰胺工业化生产技术更加先进。微生物法制备丙烯酰胺方法从基本原料丙烯腈出发经微生物菌体(酶)催化，一步反应即成丙烯酰胺。其关键是制备腈水解酶，酶活性的高低将直接决定装置的生产规模。这种酶由杆菌、杀菌素、棒状杆菌、微球菌素、诺卡氏菌等微生物产生，日东公司的腈水解酶是在2530、pH值为69、含1%葡萄糖、0.5%胨、0.3%麦芽提取物、0.3%酵母提取物、2mg1/1硫酸亚铁的培养基中培育而成，培养时间72小时。微生物法制备丙烯酰胺生产工艺省去了丙烯腈回收工段和铜分离工段，具有产品纯度高、选择性好、转化率高(99.9%以上)等优点。节省投资和能源，生产成本可降低10%，总投资可降低30%，被认为是当代最经济的丙烯酰胺生产工艺。其特点是：在常温常压下反应，装置结构设计容易，操作安全；单程转化率极高，无需分离回收未反应的丙烯腈；酶性能使选择性极高，无副反应；失活的酶催化剂排出系统外的量小于产品的0.1%；只需离子交换处理，使分离精制操作大为简化；产品浓度高，无需提浓操作；整个过程简便，有利于小规模生产。采用小菌种的反应实验条件为：反应温度515，值78，反应区AN浓度1%2%。AN转化率99.99%，AM（丙烯酰胺）选择性99.98%，反应器出口AM浓度约为50%。我国从1984年开始进行微生物法生产丙烯酰胺的研究工作，主要研究单位有化工部上海生物化学工程研究中心（即上海农药研究所）、中国科学院微生物研究所、上海交通大学、北京石油化工研究院。微生物法生产丙烯酰胺是一项具有国际先进水平的生产工艺，对我国化学工业赶超世界先进水平，特别是对有机化工和精细化工的发展将起重要作用。b） 丙烯酰胺工艺技术比选表4.1-2为国外化学法悬浮床连续催化水合工艺、生化法连续催化水合工艺和国内生化法间歇催化水合工艺生产丙烯酰胺的工艺技术特点。表4.1-2 丙烯酰胺生产工艺技术特点序号比较项目化学法悬浮床连续水合工艺生化法连续水合工艺生化法间歇水合工艺一技术特点1产品产品质量较好，但含有铜等金属离子，副反应较多产品质量好，无副产品。产品质量好，无副产品2催化剂催化剂为铜系催化剂，在装置内完成预制、回收和再生循环，活性稳定。催化剂选择性为99%第三代生物酶催化剂寿命长，催化剂选择性约为100%生物酶催化剂采用固定化细胞形式，催化剂选择性近100%3单线最大生产能力1条生产线生产能力达5万吨/年1条生产线生产能力达2万吨/年1条生产线生产能力达0.2万吨/年4原料及化学品消耗主要原料丙烯腈的单耗较高，对丙烯腈原料质量要求严格，化学品的种类较多，部分化学品需要进口丙烯腈原料的单耗低，接近理论值，对丙烯腈质量要求不高，催化剂和一些化学品不需要进口丙烯腈原料的单耗低，接近理论值，对丙烯腈质量要求不高，化学品消耗较高，可在国内解决5公用工程消耗公用工程用量较低，尤其是电耗明显低于生化法公用工程用量较高，尤其是电和压缩空气的用量明显高于化学法公用工程用量较高，尤其是压缩空气和电的用量高于化学法续表4.1-2 丙烯酰胺生产工艺技术特点序号比较项目化学法悬浮床连续水合工艺生化法连续水合工艺生化法间歇水合工艺二设备特点采用了大型悬浮床丙烯酰胺反应器，是世界上最大的丙烯腈水合反应器，采用了防聚合容器，采用了催化氧化燃烧装置处理废气采用了多级连续型水合反应器，实现了生产的连续化采用了膜分离系统，解决了细菌细胞的分离问题采用常规的水合反应器和处理设备，反应间歇进行采用的超滤装置处理由酶菌催化剂引入产品中的细菌细胞三环保特点采用了催化氧化燃烧装置处理废气对装置排放的污水进行预处理后，采用生化处理方法处理采用掩埋的方法处理废渣高架排放废气对装置排放的污水进行预处理后，采用生化处理方法处理采用焚烧的方法处理废渣高架排放废气采用生化处理方法处理污水采用焚烧的方法处理废渣c） 推荐的丙烯酰胺工艺技术铜催化水合法生产丙烯酰胺工艺是*目前掌握的国内先进技术，该技术具有选择性高、能耗低、转化率高、投资省的特点。4.1.2.2 聚丙烯酰胺工艺技术路线的介绍a） 聚丙烯酰胺生产技术路线概况聚丙烯酰胺的生产方法主要有水溶液聚合法、乳液聚合法和辐射聚合法。水溶液聚合法是生产聚丙烯酰胺的传统方法，具有安全、工艺设备简单、成本较低等优点。目前，国内外聚丙烯酰胺生产大都采用水溶液聚合法生产。水溶液聚合法可制得聚丙烯酰胺胶体或粉状产品。一般聚丙烯酰胺胶体采用810%AM水溶液在引发剂作用下直接聚合制得，聚丙烯酰胺干粉则多用2530%AM溶液进行中浓度聚合，聚合后得到的聚丙烯酰胺胶体经造粒、捏合、干燥、粉碎后制得聚丙烯酰胺。乳液聚合法是指水溶性的丙烯酰胺借助表面活性剂(多采用非离子型表面活性剂)的作用，使丙烯酰胺单体分散在油相中形成乳化体系，在引发剂作用下进行乳液聚合，形成稳定的高分子量速溶的聚丙烯酰胺胶乳产品，经共沸蒸馏脱水后即可得到粉状聚丙烯酰胺。聚合反应是在分散于油相中的丙烯酰胺微粒中进行，故聚合过程中放出的热量分散均匀，反应体系平稳，易控制，适合于制备高分子量且分子量分布窄的聚丙烯酰胺胶乳或干粉型产品。辐射引发（光引发）法是丙烯酰胺单体在紫外线或R射线下引发直接聚合得固体产品。该法工艺简单，所得产品分子量分布很宽，目前在北京恒聚化学品有限公司进行大规模生产应用。b） 推荐的聚丙烯酰胺工艺技术*30000吨/年聚丙烯酰胺装置的聚丙烯酰胺阴离子聚合单元采用山东环通化学有限责任公司提供的光聚合低温引发后水解生产工艺技术生产聚丙烯酰胺。该技术工艺简单，设备投资少。4.2 工艺概述、流程及消耗定额4.2.1 工艺概述4.2.1.1 装置规模和年操作时数本项目装置规模为30000吨/年（干基）PAM，年操作时间为8000小时。4.2.1.2 装置组成装置分为四部分：单体聚合单元、精制单元、聚合单元及干燥及造粒单元。单体聚合单元单元由以下部分组成：丙烯腈精制、催化反应、丙烯酰胺精制系统。精制单元单元由反应液配制、聚合、预切割及造粒、干燥和研磨、筛分、包装工段组成。聚合单元单元由提浓、结晶工段组成。干燥及造粒单元由干燥、造粒及包装工段组成。4.2.1.3 原料和辅助材料本装置所需的原料、辅助材料数量和主要原料性质（规格）分别见表4.2-1、4.2-2、4.2-3表4.2-1 主要原料及辅助材料数量表序号名称单位数量来源输送方式1丙烯腈吨/年23400丙烯腈厂初期汽车，正常生产管道2Cu-Cr催化剂吨/年45国内购买汽车3氢氧化钠（固）吨/年450国内购买汽车4引发剂（尿素）吨/年600国内购买汽车5引发剂（玉米淀粉）吨/年300国内购买汽车表4.2-2 丙烯腈规格指标名称单位指标数值备注丙烯腈（AN）%(wt)工业优级99.5%国标优等品水%(wt)0.45丙酮mg/L100HCNmg/L5丙烯醛mg/L10总醛mg/L50铜mg/L0.1铁mg/L0.1过氧化氢mg/L0.2pH69色度5乙腈mg/l150表4.2-3 丙烯酰胺规格表指标名称单位指标数值备注丙烯酰胺（AM）%(wt)25 丙烯酸含量%(wt)0.4 铁离子ppm0.1 铜离子ppm0.1 羟基丙腈ppm1000 甲醇溶解性%(wt)99.5 电导率s/cm5色度10PH6.57.04.2.1.4 产品及副产品本项目主要产品产量及规格见表4.2-4、4.2-5、4.2-6、4.2-7。产品质量执行国家标准。表4.2-4 主要产品产量表(吨/年)序号产品名称单位数量备注1PAM阴离子吨/年250002PAM阳离子吨/年20003PAM两性离子吨/年3000表4.2-5 聚丙烯酰胺阴离子产品规格表指标名称单位指标数值备注外观颗粒状干粉分子量2000万表观粘度mpas11.50.8%水解度%（wt）2330滤过比%（wt）1.5不溶物%（wt）2溶解速度h2残余单体%（wt）0.1固含量%（wt）89颗粒%（wt）5(0.15mm)表4.2-6 聚丙烯酰胺阳离子产品规格表指标名称单位指标数值备注外观颗粒状干粉分子量3001000万阳离子度%（wt）1045滤过比%（wt）1.5不溶物%（wt）2溶解速度h2残余单体%（wt）0.1固含量%（wt）89颗粒%（wt）5表4.2-7 聚丙烯酰胺两性离子产品规格表指标名称单位指标数值备注外观颗粒状干粉分子量5001500万阳离子度%（wt）310水解度%（wt）1015%滤过比%（wt）1.5不溶物%（wt）2溶解速度h2残余单体%（wt）0.1固含量%（wt）89颗粒%（wt）54.2.2 工艺流程说明4.2.2.1 丙烯酰胺单体制备工艺流程说明a） 反应原理：CH2=CH-CN+H2O cat,T,P CH2=CH-CONH2b） 生产流程简述：将催化剂加入催化反应釜中，并加入一定量的去离子水，通入氮气进行调和搅拌，加入精制过的丙烯腈，丙烯腈在一定的温度及催化作用下，转化生成丙烯酰胺，当丙烯