万吨丙烯腈产概念设计

1、1010万吨万吨/ /年丙烯腈生产概念设计年丙烯腈生产概念设计 项目设计人：侯春燕 蓝荣肇 指导老师： 李秀喜报告内容第一部分：丙烯腈概况第二部分：设计背景第三部分：设计任务第四部分：设计内容第五部分：经济衡算第六部分：展望第一部分 丙烯腈概况1.1.丙烯腈的物理化学性质丙烯腈的物理化学性质1 1）物理性质）物理性质l无色或淡黄色液体，有特殊气味无色或淡黄色液体，有特殊气味 l分子量：分子量： 53.0653.06l沸点：沸点： 77.377.3l冰点：冰点： 83.583.5l生成热：生成热： 184.2kj/mol(25)184.2kj/mol(25)l燃烧热：燃烧热： 1761.5 kj

2、/mol1761.5 kj/moll聚合热：聚合热： 72.4 kj/mo72.4 kj/mol闪点：闪点： 00l自燃点：自燃点： 481481l爆炸极限（在空气中）爆炸极限（在空气中） 3.0%3.0%17%17%（体积）（体积）l毒性：毒性： 剧毒剧毒 l2）化学性质 丙烯腈由于分子结构带有c=c 双键及-cn 键，所以化学性质非常活泼，可以发生加成、聚合、腈基及氢乙基化等反应。 （1）聚合反应:丙烯腈在光作用下能发生自聚，还 能与苯乙烯、丁二烯、乙酸 、乙烯、丙烯酰胺等发生共聚反应 （2）加成反应 （3）检定特征反应 ch2chcnna2so3h2onao3sch2chcnnaoh第二

3、部分 项目设计背景1、丙烯腈应用广泛 在合成纤维、树脂、胶粘剂等领域有着广泛的应用。主要用于生产腈纶纤维，世界上其所占比例约为55%。我国用于生产腈纶的丙烯腈占80%以上。 其次是用于abs/as塑料。 丙烯腈还可用来生产医药、高分子絮凝剂、纤维改性剂、纸张增强剂等。 2、丙烯腈的市场需求（万吨）地区20042005200620072010欧洲125100125130130中东/非洲3035354045亚洲280315320325350拉丁美洲2530283030北美4540454545全世界510520553570600产品规格产品规格序号序号指标名称指标名称指标指标优等品优等品一等品一等品

4、合格品合格品1 1外观外观 透明液体、无悬浮物透明液体、无悬浮物2 2色度（色度（ptptcoco），号），号 5 55 510103 3酸度酸度 0.00200.00200.00350.00354 4密度（密度（2020）/ /（g/cmg/cm3 3）0.8000.8000.8070.8075 5phph值（值（5 5水溶液）水溶液）6.06.09.09.06 6滴定值（滴定值（5 5的水溶液）的水溶液）/ml /ml 2.02.02.02.03.03.07 7水分水分/%(/%(质质) ) 0.450.450.450.450.600.608 8总醛（以乙醛计）总醛（以乙醛计）/%(/%(

5、质质) ) 0.050.050.050.050.0100.0109 9总氰（以氢氰酸计）总氰（以氢氰酸计）/%(/%(质质) ) 0.00050.00050.00100.00100.00200.00201010过氧化物（以过氧化氢计）过氧化物（以过氧化氢计）/%(/%(质质) ) 0.000020.000020.000020.000020.000040.000041111铁铁/%(/%(质质) ) 0.000010.000010.00000.00000.000020.000021212丙烯醛丙烯醛/%(/%(质质) ) 0.00100.00100.00200.00200.00400.00401

6、313丙酮丙酮/%(/%(质质) ) 0.0100.0100.0200.0200.0300.0301414乙腈乙腈/%(/%(质质) ) 0.0150.0150.0200.0200.0300.0301515铜铜/%(/%(质质) ) 0.000010.000010.000010.000011616沸点（在沸点（在0.10133mpa0.10133mpa下）下）/ / 74.574.579.079.01717阻聚剂阻聚剂对一羟基苯甲醛对一羟基苯甲醛/%(/%(质质) )0.00350.00350.00450.0045氨氨/%(/%(质质) )0.0080.0080.0120.012产品规格产品规

7、格第三部分 设计任务l产品规格：产品规格： 丙烯腈浓度 99%l生产能力：生产能力： 10万吨/年l设计内容：设计内容：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proii和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；分析丙烷氨氧化法的经济可行性。第四部分 设计内容1、反应过程2、分离过程3、精制过程丙烯腈的生产原理 丙烯氨 氧化法丙烯腈生产方法 丙烷氨 氧化法c3h6+nh3+1.5o2 c3h3n+3h2oc3h8+nh3+2o2 3c3h

8、3n+4h2o原料价格原料价格 丙烷：0.083美元/磅 丙烯 ：0.2756美元/磅 l氨：0.085美元/磅l氧气：工业级（99.99%）0.072美元/磅l氦：工业级（99.95%）219.00美元/磅l氮气：（99.95%）0.248美元/磅l丙烯的价格是丙烷的3-6倍。该项目要求根据甲方给定条件，对丙烷氨氧化法进行概念设计，分析丙烷氨氧化法的经济可行性。工艺模块流程图反应预处理反应器分离器循环物流环保处理分离预处理产品精制副产品产品原料工艺过程的改进 l(1)省去氢氰酸精制塔,由脱氰塔顶直接分离出高纯度氢氰酸,提高脱氰塔的效率；l(2)萃取塔侧线出料,由萃取塔下部侧线抽出乙腈,将抽出

9、液送到乙腈回收塔,增大乙腈浓度,减少蒸汽消耗；l(3)利用萃取塔或乙腈解析塔塔釜排除的循环水热量；l(4）降低反应器出口的氨含量，避免较难处理的硫铵废水问题；l(5)未反应氨回收再循环使用工艺，用磷酸氢二氨代替了稀硫酸，资源利用率高；反应器的改进反应：c3h8+nh3+2o2 c3h3n+4h2oc3h8+0.5o2 c3h6+h2oc3h6+2o2+2nh3 c2h3n+hcn+4h2oc3h3n+2o2 hcn+co+co2+h2oc3h8+4o2 2co+co2+4h2o温度/ 420压力(atm)1采出c3h3n浓度(mol % ) 2.2297产出流量(kmol/hr) 11679.

10、8参数：丙烯腈合成过程丙烯腈合成过程l合成分析合成分析l1.高纯度的液态丙烷和液氨，分别用水加热蒸发，再经过预热器预热到66左右，计量后两者混合，进入流化床反应器丙烯-氨混合气体分配管。空气经过滤器除尘后压缩至0.325mpa 左右，经计量进入反应器。l2.反应器温度为750-900 ，压力稍高于常压。反应器浓相段u型冷却管内通入高压软水，用以控制反应温度。产生的高压（压力为4.0mpa 左右）过热蒸汽用作空气压缩机和制冷机的动力。反应器内的催化剂经三级旋风分离器捕集后返回反应段参加反应。l3.反应后的气体从反应器的顶部出来，在反应器冷却器进行热量交换后，冷却至200左右，进入后续的回收和分离

11、工序。 与合成部分相关的工艺流程如下图所示：与合成部分相关的工艺流程如下图所示：l 流化床反应器 反应气体冷却器 开工空气加热炉 催化剂贮槽 催化剂补充料斗l 冷剂槽 垂直换热器 来自丙烯过热器的丙烯进料 来自氨过热器的氨进料l 经冷却器的反应器出口气体去急冷塔l催化剂体系：mov0.4nb0.1te0.2oxbl温度：420 l压力：1atml进料：c3h8 :nh3 :o2 :he6:7:17:70(体积比)。l丙烷转化率：87%l丙烯腈选择性：55%l丙烷产率：47.85丙烯腈丙烯腈分离过程分析l1.因反应气中剩余的氨使吸收水呈碱性，在碱性条件下易发生许多副反应，使丙烯腈产率降低，堵塞管

12、道等，因此，在分离前必须氨除去。l2.从反应器出来的气液混合物，经过激冷塔除氨后，溶于水的有机物、微溶于水的惰性气体（co2，co，n2等）和大量水组成的混合物可以通过解吸塔解吸，把大量气体分离出来。l相关设备相关设备l1急冷塔急冷塔l急冷塔t2101的主要作用：一是冷却反应生成气体；二是用硫酸中和吸收反应生成气体中未反应的氨。l2 解吸塔解吸塔l解吸塔t2103的主要作用：一是吸收反应生成气体中的丙烯腈、乙腈、氢氰酸等有机成分；二是放空氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气等气体。但此处难免有部分未被吸收的丙烯腈被夹带放空而损失部分丙烯腈。丙烯腈精制过程丙烯腈精制过程分析l1.丙烯腈和水能形成共沸点

13、为71的共沸混合物，共沸物中丙烯腈的含量为88%（wt）,将共沸混合物蒸出并冷凝，油相为含丙烯腈90%以上的粗丙烯腈，水相含水90%以上。l2.丙烯腈和氢氰酸因沸点差较大，很容易用普通的分离方法分离。 l3.丙烯腈与乙腈相对挥发度接近于1，当塔顶萃取剂水的含量分数达0.8（mol分数）时，相对挥发度达1.8，则40块实际塔板就能分离。l相关设备相关设备l1 萃取解吸塔：工业上称为回收塔，作用是将an从水里回收。采用萃取精馏，塔上部在66左右进料，塔上部用48的水萃取精馏，塔顶（70）的出料为丙烯腈和水的共沸物，侧线出料为乙腈和水共沸物。 l2 油水分层器：萃取塔塔顶70的共沸蒸汽，经冷却到40

14、左右，an等在水中溶解度减小，自然分为水层和油层。用挡板式分层器，将油相溢流进入小贮罐，然后泵入脱氰塔，水相返回萃取塔。 l3 脱氰塔：由分层器出来的油相组分进入脱氰塔，精馏，塔底出来的纯度接近成品要求的丙烯腈产品，塔顶为粗的hcn副产品。 l4 an精制塔：从脱氰塔塔底出来的丙烯腈纯度还没达到产品要求，因此，进一步对丙烯腈溶液进行精馏，直至达到产品要求。 工艺操作参数的确定工艺操作参数的确定l丙烯腈生产概念设计流程模拟，根据设计规模要求计算：lc3h8+2o2+nh3c3h3n + 4 h2olc3h8总量为34611kg/hr；：lnh3总量为15601.2 kg/hr lo2总量为713

15、19.6 kg/hr ln2总量为256960.5 kg/hr lc3h3n 产量为13888 kg/hr流程组分模拟结果 原 料 反应部分精制部分序 号 组 分 流 量kg/h组 分 流 量kg/h组 分 流 量kg/h浓度% 1c3h8 28733c3h8 3812.492nh3 12951c3h3n 13819.5c3h3n 13804.099.53o2 59208hcn 1822.61hcn 1821.8299.74n2 213325c2h3n 95.708c2h3n 95.7080.5719分离和精制设备优化参数分离和精制设备优化参数板数15 进料位置3塔顶压力(atm)1.2全塔压

16、降(atm)0.2采出量(kmol/hr)925乙腈分离塔板数22进料位置8塔顶压力(atm)1.2全塔压降(atm)0.2采出量(kmol/hr)261.45采出浓度% 99.5板数25进料位置12塔顶压力(atm)1.2全塔压降(atm)0.2采出量(kmol/hr)67.61塔顶hcn浓度/% 99.7hcn分离塔丙烯腈成品塔第五部分 经济性分析年销售额年销售额= direct manufacturing costs(dmc) + fixed manufacture costs (fmc) + generalexpenses(ge) =16950万美元/年cost of manufacture年利润总额年利润总额=2256.8美元/吨100000吨/年=年产品销售收入年产品销售税金及附加-年总成本费用 22568万美元/年 2232.8万美元/年.年产量年产量产品纯度 13856.732024=10.64万吨万吨99.5(wt)达到预期目标达到预期目标丙烷法和丙烯法制丙烯腈技术经济比较生产工艺bp.amoco带丙烷循环工艺旭化成丙烷法工艺三菱化学丙烷法工艺bp.amoco丙烯法工艺本项目设计丙烷法工艺装置规模/万吨1818181810总固定投资/百万美元221.2238.2237.31