说明案例3创新性说明

1、年产 22 万吨丙烯腈项目2016 “东华科技-陕鼓杯”第十届全国大学生化工设计竞赛年产 22 万吨丙烯腈项目创新性说明设计设计团队成员指导教师西北大学化工学院 ACE 队王林福海然2016 年 7 月 19 日年产 22 万吨丙烯腈项目1. 工艺路线创新由于世界石油资源的短缺和石油及其衍生物价格持续的环境下，以丙烷为原料的丙烯腈生产新技术成为开发的热点，该路线可降低丙烯腈及其下游对石油原料的过分依赖。由于丙烷原料费用低，开发以丙烷为原料的丙烯腈新工艺可降低丙烯腈生产四分之一的成本，具有极大吸引力。并且国外已有丙烷一步氨氧化制丙烯腈项目建成投产的相关。同时，丙烷一步氨氧化丙烯腈反应条件与丙烯制

2、丙烯腈相近，反应条件较为温和，使用丙烷为原料在性、环保性方面有显著的优势，也具有良效益。2. 工艺流程创新2.1使用磷铵作为吸收剂回收并循环未反应的氨氨氧化反应产物中氨的去除，传统工艺以硫酸作为吸收剂脱除反应气体中未反应的氨，生成硫酸铵作为副产物。该工艺经氨中和回收的硫酸铵产物中的化物含量难以降到使用标准，副产物硫酸铵较难利用。本项目中氨气过量投料，反应转化率较低，氨气需要循环利用以降低生产成本。对此本项目设计了磷酸二氢铵作为吸收剂回收并循环未反应的氨。本项目参考标准石油公司发明专利使用磷酸铵骤冷系统从丙烯腈反应器流出物中回收和再循环氨的化工的发明专利丙烯腈反应装置中未反应氨回收再循环利用的、

3、丙烯腈反应装置中未反应氨回收再循环利用的改进等，结合丙烷氨氧化制丙烯腈的工艺特点，进行了工艺流程设计，流程叙述如下：反应气体离开流化床反应器（R0101A/B）后，经过废热锅炉（E0105A/B），用急冷水直接接触降温后，进入磷铵急吸收段，采用磷酸二氢铵作为吸收剂回收未反应的氨气，得到的氨气富液进入解吸提浓塔后，氨气解吸循环。1年产 22 万吨丙烯腈项目并且使用磷铵作为吸收剂回收并循环未反应的氨，利用了反应进料需要水蒸气的条件，解吸的氨水蒸汽只要经过 10 块理论板的提浓即可循环利用。2.2磷铵急、解吸提浓塔采用多设计本项目结合分离过程特点，对多个塔器进行组合，采用了多设计，有效的降低了和操作

4、成本。T0201）设计为三，塔下段为空塔，采用水直接冷却。22077，快速急冷可以避免后续流程中高温磷铵急的反应气体自塔底进入后快速急反应气体溶于水发生的副反应。降温后的反应气体通过升进入磷铵急中中段为填料吸收塔，采用磷酸二氢铵作为吸收剂回收未反应的氨气，得到的氨气富液进入解吸提浓塔后，解吸循环。经铵急中段的处理，反应气体中的氨气含量可降至 5PPM 以下。为了保证后续分离过程的平稳运行及较高的质量，参考文献酸钙对氨气的吸附解吸特性研究的，设置酸钙吸附层，氨气含量继续降低，可达到 300PPB 以下。2年产 22 万吨丙烯腈项目解吸提浓塔（T0202）设计为两，磷铵急中段得到的富液进入解吸提浓

5、塔下段底部，进行氨的解吸。下段操作温度在 175，使磷酸氢二铵受热分解为磷酸二氢铵和氨水蒸汽。氨水蒸汽经过升进入上段，进行氨的提浓，达到一定浓度后，返回反应器循环。2.3变压吸附技术分离并循环丙烯、丙烷本项目参考文献变压吸附回收本体法聚丙烯装置尾气中的丙烯，使用NJ 型载铜吸附剂，使用变压吸附法回收水吸收塔 T0203 塔顶的丙烷、丙烯。在吸附为 0.6 MPa，常温下 NJ 型载铜吸附剂具有的变压吸附性能，可回收绝大部分丙烯，及大部分丙烷。本项目设计了六塔循环变压吸附的技术，流程图如下：图 1 变压吸附流程图3年产 22 万吨丙烯腈项目图 2 萃取精馏塔侧线采出方案3. 节能方案创新3.1能

6、量集成和换热网络的运用本项目使用了 Aspen energy analyzer 对全厂的换热器进行了能量集成。本项目在 Aspen energy analyzer 优化算法给出的结果的进行手工优化调整，在原有的换热方案基础上增添了如下 4 种物物换热方案：（1） 使用 T0301、T0401 釜液作为换热器 E0101 热流体（2） 使用 T0301、T0401 釜液作为换热器 E0103 热流体（3） 使用 T0203 塔顶蒸汽作为 E0301 热流体（4） 使用经过 E0307 的热流体作为 E0309 的部分热源。优化后的换热方案节省了原有 36.52%的热公用工程量。4年产 22 万吨

7、丙烯腈项目图 3 原有换热网络图 4自动优化换热网络图 5手动调整换热网络5年产 22 万吨丙烯腈项目表 1 冷、热公用工程用量及最大公用工程用量调整后的换热网络在 Aspen 模拟中使用了等效替代的流程图绘制中加以体现。进行了修改，并在3.2热耦合精馏设计双塔热耦合精馏设计在本项目中采用变压共沸精馏分离乙腈和水的共沸物，由于两个精馏塔在不同的下工作，故高压塔的冷凝器可以作为低压塔的再沸器。在本项目中对共沸精馏低压塔（T0403）和共沸精馏加压塔（T0404）进行了热耦合，热耦合后的流程如下：其中 T0403 的塔顶为 0.031MPa，T0404 的塔顶0.3MPa，在此下，原冷凝器 E04

8、07 和再沸器 E0404 的温差驱动力为 29K，符合换热器的设计要求。使用 Aspen energy analyzer 对该热耦合系统进行了验证，双塔系统的换热网络如下：6冷冻盐水循环水锅炉水低压蒸汽价格元/s用量KJ/h价格元/s用量KJ/h价格元/s用量KJ/h价格元/s用量KJ/h原有换热网络14645270704758599.64E2.28E4.10E+08自动优化换热网络5481974000952128.58E+0800274531451手动调整换热网络14645270704759879.85E2.28E2.61E+08节省量00-2.18%-2.17%0036.52%36.34

9、%年产 22 万吨丙烯腈项目由换热网络分析结果可知，热耦合后的双塔系统的换热网络符合要求，且原T0403 塔再沸器 E0404 可以节省 89.9%的低压蒸汽，原 T0404 塔冷凝器 E0407可以节省全部的循环水。3.3空冷器的设计T0401 乙腈塔塔顶出料温度较高，直接用循环却耗费的公用工程量大，耗能高。本项目采用先空冷再的冷却方式，合理利用，节约能耗。空冷器散热面积大，有利于降低介质温度，但空冷器降温范围有限，因此在空冷器之后加器可以温度；其次，塔顶出料与循环冷却水温差太大，当水的流量、流速不够时容易结垢，在之前加空冷可避免结垢问题；最后，从成本及后期维修费用分析，塔顶空冷器后加器换热方式较为。总之，采用空冷加的工艺技术可靠，可以起到明显的节能效果。4. 总结本项目采用丙烷一步氨氧化丙烯腈的工艺路线，这是一条极具工业化前景的反应路线。该路线对丙烷原料的纯度要求不高，反应条件较为温和，有效地利用了丙烷资源，降低了丙烯腈及其下游的成本。本项目采用磷酸二氢铵作为吸收剂，通过加热解吸有效的回收循环了反应气体中未反应的氨，吸收剂可循环使用。同时采用急和吸收塔组合、解吸塔和氨提浓塔组合的方案