2万吨年丙烯基氯项目设计说明

2万吨/年丙烯基氯项目设计,报告人：张 扬 仵 浩 指导教师： 李秀喜,06博,主要内容,一、 项目背景二、 烯丙基氯的生产工艺及技术分析三、 工艺过程流程模拟与优化四、 项目经济核算与评价五、 项目设计综合评价与建议,一、项目背景,产品：氯丙烯名称：3-氯-1-丙烯（3-chloro-1-propene） 3-氯丙烯（3-chloropropene） 烯丙基氯（Allyl chloride）化学式：CH2=CHCH2Cl分子量：76.50理化性质：常温为无色液体，有腐蚀性和刺激性气味，易燃，有毒。 性质活泼，能发生氧化、加成、聚合、水解、氨化、氰化、酯化等反应。 微溶于水，与乙醇、氯仿、乙醚和石油醚混溶。,烯丙基氯的主要用途,烯丙基氯是一种重要的化学原料，属于烯烃衍生物，虽然氯原子与双键能够形成p-共轭，使之活泼度降低，但性质仍较活泼，能发生氧化、加成、聚合、水解、氨化、氰化、酯化等反应，被广泛应用于医药、农药、香料、塑料阻燃剂等化工产品的重要原料，尤其是生产环氧氯丙烷的重要中间体原料。图1给出了以氯丙烯为反应原料，生产不同产品的示意图，由图1中可以看出，利用氯丙烯可以制备重要化工产品环氧氯丙烷。,其他应用,市场容量和占有状况,我国生产氯丙烯的总能力为12.6万t/a，主要生产厂家及能力为：齐鲁石化股份有限公司氯碱厂 3.2万t/a ；巴陵石化有限责任公司环氧树脂事业部 4.4万t/a ；东营市联成化工公司 3.0万t/a ；东营金岭集团 2.0万t/a。,产品等级与价格差,（1）高温氯化法（2）丙烯氧氯化法,二、烯丙基氯的主要生产工艺,（1）丙烯高温氯化法,丙烯高温氯化生成氯丙烯的工艺也是30年代末由美国Shell公司首先开发成功的，其反应原理为在温度在470510之间，氯气与丙烯反应，氯主要取代丙烯位上的氢原子，而几乎不发生双键上的加成反应，反应基理如下所示：,主反应： CH2=CHCH3+Cl2CH2=CHCH2Cl+HCl H1= -112kJ/mol 副反应： CH2=CHCH2Cl+Cl2CHClC=CHCH2Cl+HCl CH2=CHCH3+Cl2CH2ClCHClCH3 CH2=CHCHCl+Cl2CH2=CClCH2Cl+HCl CH2=CHCH3+Cl2CHCl=CH-CH3+HCl CH2=CHCH3+Cl2CH2=CClCH3+HCl CH2=CHCH3+3Cl23C+6HCl,（1）丙烯高温氯化法,（2）丙烯氧氯化法 丙烯氧氯化法是以丙烯、氯化氢和氧在碲催化剂存在下，进行气相反应制取。 合成反应式： CH2=CHCH3+HCl+HCl+1/2O2 CH2=CHCH2Cl+H2O H=- 218kJ/mol,（3）两种生产方法的优缺点比较,高温氯化法（90的装置采用此法） 原料：丙烯、氯气 优点：生产过程灵活，工艺成熟，操作稳定，腐蚀小 缺点：要求原料纯度高，单程转化率低， 能耗高氧氯化法 原料：丙烯、氯化氢和氧 优点：可用90%粗丙烯，转化率高，能耗低 缺点：使用碲、五氧化二矾作催化剂，腐蚀大，材质要求高,本设计采用的工艺 对比上面两种生产方法，高温氯化法虽然要求原料纯度比较高，单程转化率也较低，但是它的生产工艺比较成熟，对设备的腐蚀较小。 而丙烯氧氯化法虽然转化率高，能耗低，但是要求使用碲、五氧化二矾等作催化剂，腐蚀大，对材质要求高。 综合考虑各个方面的因素，本设计采用高温氯化法进行氯丙烯的生产。,三、工艺流程模拟和优化,生产方法：高温氯化法原料： 丙烯 氯气产品: 氯丙烯99.9% 2-氯丙烯95%，2,3-二氯丙烯95%， 盐酸31.5wt%反应条件 (1) 反应温度: 500左右 (2) 丙烯/氯气摩尔比（约4：1） (3) 反应压力 3.58bar,反应部分工艺流程图,反应过程关键物流模拟结果一览表,分离部分工艺流程图,分离过程关键物流模拟结果一览表a,分离过程关键物流模拟结果一览表b,塔设备关键工艺模拟结果一览表,深冷部分工艺流程图(Refrigeration Loop）,深冷过程关键物流模拟结果一览表,反应段热集成（节能方案）模拟视图,四、项目经济核算与评价,设备费用估算 基建费用估算生产成本估算赢利估算,反应工艺设备清单,分离工艺设备清单,深冷工艺设备清单,单元设备价格估算,基本方法：根据设备的特性参数，决定设备的基准价格塔设备、热交换器和泵的估算方法来源于Chemical Engineering，其他设备的价格估算公式来源于Douglas，这些公式系Douglas回归了Guthrie的数据所得。所有公式得到的单价为美元。,单元设备价格估算以换热器和精馏塔为例,热交换器的价格CE为基准价格Cb和型式因子FT，压力因子Fp，材料因子Fm的乘积，即CE=CbFTFpFm1.Cb是碳钢浮头式管壳式热交换器，设计压力为700kPa时的基准价格（A为换热面积）Cb=exp（8.202+0.01506（lnA）+0.06811（lnA）2）2.热交换器型式因子FT 取浮头式换热器，FT=1.03.压力因子Fp， 压力p=7002100kPa，Fp=0.8955+0.04981lnA4.材料因子FmFm=g1+g2（lnA） g1、g2为热交换器材质因子系数，材质取不锈钢18-8，g1=1.991，g2=0.15984,1.精馏塔塔体及平台扶梯塔体。若已知精馏塔塔体质量，可用下式估算塔体的基准价格，即材质为碳钢时的设备价格Cb：Cb=exp6.950+0.1808(lnWs)+0.02468(lnWs)2+0.01580(Lt/Di)*ln(Tb/Tp)平台及扶梯。平台和扶梯在设备内径Di为0.917.32m，切线长度Lt为17.5351.82m范围内，其价格C0为：C0=834.86Di0.63316Lt0.801612塔内件在塔径Di为0.64.8m范围内，每块塔板的基准价格Cbt按下式计算Cbt=278.38exp（0.5705Di）3.塔设备总价Ct为塔体、平台及扶梯和内件的价格之和，因此Ct= Cb Fm+NTCbtFTTFNT+ C0材质碳钢，Fm =1，塔板类型浮阀，FTT=1.00，当塔板数NT小于20时，每块塔板的制造费有所增加，要用板数因子FNT校正。FNT=2.25/（1.0414）NT NT20,基建费用估算,Lang因子法：使用Lang因子可以由设备购置费估算总的建厂投资。针对该流程估算出了每一项直接和间接费用相对于设备费的百分数。额外增加了一部分费用用于仪表和电气，以实现全厂范围的先进控制。这样计算出的总因子（即Lang因子）为5.15 ，于是总投资便为3907.10万美元。,生产成本估算,总成本估算,赢利分析,按照1053.41 万美元/y的成本以及1521.33 万美元/年的销售，当烯丙基氯工厂满负荷运转时项目的投资回收期为24个月。在此期间，税前投资收益率（RIO）为21.2%，该值高于现行（贴现）利率，前景良好。在上述基准经济条件下项目是可行的，考虑到产品价格预计的上升趋势和经济衡算中有较大的裕度，从目前的评估来看，该项目是具有一定的吸引力的。,五、 项目设计综合评价与建议,通过上述分析和估算对本工程得出如下综合评价：1、本工程得以实施，需总投资约1053.41 万美元。2、本工程投产后正常年每年可实现销售收入1521.33 万美元/年，实现利润467.92 万美元/年；内部收益388.