产10万吨丙烯腈生产流程概念设计

产10万吨丙烯腈生产流程概念设计主要内容（Contents）第1部分设计任务书

第2部分丙烯腈的性质和国内外生产状况第3部分丙烷氨氧化生产丙烯腈的原理和工艺流程设计第4部分系统节能优化措施第5部分成本核算与经济性分析第6部分总结2/22/2023生产任务：生产能力：10万吨/年产品要求：C3H3N≥99.5wt%第1部分设计任务书2/22/20232第2部分丙烯腈的性质和国内外生产状况2/22/2023物理性质丙烯腈为无色液体，沸点77.3℃，熔点-82℃，密度0.806g／cm3，闪点-1.1℃(开杯)，自燃点48l℃，折射率1.388，属基本有机化工产品，是三大合成材料--合成纤维、合成橡胶、塑料的基本且重要的原料.1.物理和化学性质2/22/20234化学性质丙烯腈为辛辣气味的无色液体，溶于水、乙醚、乙醇、丙酮、苯和四氯化碳，与水形成共沸物，易挥发，有腐蚀性，有氧存在下遇光和热能自行聚合，易燃，遇火种、高温、氧化剂有燃烧爆炸的危险，其蒸气与空气形成爆炸性混合物。极毒！不仅蒸气有毒，而且经皮肤吸入也能中毒，生产中的容许浓度为20ppm。

2/22/20235丙烯腈的应用丙烯腈用来生产聚丙烯纤维(即合成纤维腈纶)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、苯乙烯塑料和丙烯酰胺(丙烯腈水解产物)。另外，丙烯腈醇解可制得丙烯酸酯等。丙烯腈在引发剂(过氧甲酰)作用下可聚合成一线型高分子化合物--聚丙烯腈。聚丙烯腈制成的腈纶质地柔软，类似羊毛，俗称"人造羊毛"，它强度高，保温性好，耐日光、耐酸和耐大多数溶剂。丙烯腈与丁二烯共聚生产的丁腈橡胶具有良好的耐油、耐寒、耐溶剂等性能，是现代工业最重要的橡胶。2/22/202362、国内外的生产和市场状况国内规模小，多为10万吨/年以下产能；国外规模较大。2/22/20237市场状况2008年受经济危机的影响，产量下降，到了2009年4月开始，化工产业逐步恢复，需求量大增，价格上涨很快。世界产量向亚洲转移；2009年1~2月份7100元/吨↗10月份14000元/吨2/22/202383、生产方法（技术）环氧乙烷法：原料昂贵乙炔法：副产物多，不易分离丙烯氨氧化法：生产成本高丙烷氨氧化法：流行趋势C3H8+NH3+2O2→CH2=CHCN(AN)+4H2O2/22/20239丙烷氨氧化法工艺路线丙烷直接氨氧化法：以BP、三菱化学公司为代表；丙烷氧化脱氢后生成丙烯，然后再以常规丙烯氨氧化法生产丙烯腈：BOC与三菱化学公司为代表开发的新工艺；将丙烷、氨和氧气在装填专用催化剂的管式反应器中反应生产丙烯腈：日本旭化成公司为代表。2/22/202310第3部分丙烷氨氧化生产丙烯腈的原理和工艺流程初步设计2/22/20231、总的工艺流程反应段进料段分离段萃取解吸脱乙腈脱HCN成品塔2/22/2023122、分段设计1-反应段序号物质流量Kg/hr选择性1C3H819052.5C3H3N反应60wt%CH3CN反应10.5wt%生成HCN反应8wt%生成COx反应13wt%2NH38587.8——3O239258.7——4N2141446.7——压缩机加热反应器丙烷和液氨分别用水加热蒸发，再经过预热器预热到66℃。空气经过滤器除尘后压缩至0.325MPa左右，经计量进入反应器。反应器温度为750-900℉反应器压力4MPa，出口温度200℃左右过程参数2/22/202313分段设计2-分离段急冷塔氨中和固体分离解吸塔急冷塔：冷却反应生成气体用硫酸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，放空未反应气体。过程参数2/22/202314分段设计3-精制段(1)萃取解吸塔：上部进料温度66℃，塔上部用48℃的水萃取精馏，从塔顶（70℃）出料为丙烯腈和水的共沸物。萃取剂进料不凝气体丙烯腈与水共沸气体乙腈水溶液水和重组分2/22/202315分段设计3-精制段(2)油水分离器

萃取塔塔顶70℃的共沸蒸气，经冷却到40℃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。本设计油相成分(wt%)：AN：78%;HCN：14.5%;H2O：7.5%2/22/202316分段设计3-精制段(3)脱氢氰酸塔

进料HCNC3H3N：97wt%精馏塔参数：最小回流比：0.29回流比: 0.57最小塔板数:9实际塔板数:17进料板:92/22/202317分段设计3-精制段(4)精制塔

返回解吸塔C3H3N:99.5wt%精馏塔参数：最小回流比：0.3回流比: 0.48最小塔板数:3实际塔板数:7进料板:52/22/202318第4部分系统优化设计2/22/20234.1优化设计1-反应器设计及参数控制反应注意点：1、温度控制；2、进料中合理控制丙烷浓度；3、适时补充催化剂。2/22/202320系统优化2-反应出料压力和热能的回收计算得到急冷器热量回收23.0MW，而假定透平的发电效率为0.4，则压能回收9.2MW。2/22/202321系统优化3-从解吸塔排气中回收丙烯腈和丙烷精馏塔参数：最小回流比：0.14回流比: 0.28最小塔板数:3实际塔板数:7进料板:4丙烷和丙烯腈回收2/22/202322优化设计4-完善丙烯腈精制部分2/22/202323物流模拟计算2/22/202324物流模拟计算结果2/22/202325第5部分成本核算与经济性分析2/22/20235.1原料成本和产品收入序号12345原料C3H8NH3C3H3NCH3CNHCN单价（元/吨）620020001400080008000?数量（千克/时）19052.58587.81157427962805金额(元/小时)-118125.5-17175.61.05E+052236822440净利润（万美元/年）2522万美元/年2/22/2023275.2主要设备成本2/22/2023285.3综合投资计算1、厂房建筑投资厂房、地皮计划投资$1500万，70年回收此项投资，合$21.4万/年；2、设备投资设备投资$287.5万,10年收回此项投资，年均$28.8万；3、操作费用雇佣60人，合$60万/年4、缴税（按销售额的8%算），合$1345万5、维修费：$16.5万6、水、电、气和汽：$520万/年7、其他原料成本:$125万/年结余：2522–21.4–28.8–60–1345–16.5–520-125=405万美元/年,也就是说，一年可以赚钱$405万。2/22/202329总结利润率并不是很高，这一方面是符合国际化工企业利润状况的，约为投资额的5%~10%，但也不是没有办法提升利润空间，可行的方法如下：