【《异丙醇的生产工艺与流程模拟分析案例》6400字】

异丙醇的生产工艺与流程模拟分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u6891异丙醇的生产工艺与流程模拟分析案例 175041.1异丙醇简介 1148521.2生产工艺选择 2281451.2.1工艺方案比较 248571.2.2不同生产方法的比较 811881.2.2工艺方案选择 9255491.3工艺路线介绍 10262521.3.1丙烷脱氢制丙烯工段 1019371.3.2丙烯水合反应单元 10263991.4异丙醇的市场研究 1249901.1.1国外生产及市场情况 12123551.1.2国内生产及市场情况 13177881.5异丙醇合成工艺流程模拟 1440081.5.1丙烷制丙烯工段 14282381.5.2异丙醇水合粗制阶段 15191471.5.3异丙醇水合精制阶段 151.1异丙醇简介异丙醇是一种有机原料，不仅如此，异丙醇作为一种有机溶剂，在化学工业中，有着非常广泛的用途，异丙醇的用途非常广泛，它作为一种化工原料，可以生产异丙醚、过氧化氢、异丙胺、二异丁基酮，此外，丙酮异、丙基氯化物也是有异丙醇生产出来的。在精细化工这一方面硝酸异丙酯、黄原酸乙丙酯、亚磷酸三乙丙酯、都是由其生产出来的。异丙醇作为溶剂，在工业上也是属于一种较为便宜的溶剂。异丙醇的用途非常广泛，不仅能和水自由混合。而且对亲油性物质来说，异丙醇的溶解能力比乙醇要强很多。还可以生产涂料，比如油墨、萃取剂、气溶胶剂，还可以作为调和汽油、清洁剂、防冻剂的添加剂。异丙醇的物理性质：无色透明，具有乙醇气味的易燃性液体表4-1异丙醇物理性质物理性质温度沸点：82.45熔点：-87.9相对密度：0.7863相对蒸汽密度：2.1黏度：2.431闪点：12燃点：460蒸发热：40.06熔化热：88.26燃烧热：1981.7生成热：2005.1比热容：2.55临界温度：231.9临界压力：1.764异丙醇的化学性质：是一种无色透明液体，能溶解生物碱，橡胶，合成树脂等，不溶于盐溶液，在常温情况下可以引火燃烧，它的蒸气与空气混合，容易形成爆炸混合物。1.2生产工艺选择1.2.1工艺方案比较目前世界上世界上异丙醇生产的主要方式有直接水合法、间接水合法和丙酮加氢法。在最开始的时候，生产异丙醇最古老的方法就是生物发酵法。生物发酵法主要把粮食作为生产的原料，然后通过生物发酵生成丙酮，最后加入氢就制成最终的产品异丙醇，但是这种方法用来制作异丙醇，非常的浪费，因为生产一吨异丙醇就要浪费16吨的粮食，导致粮食的巨大浪费，所以说这种方法肯定要被淘汰掉，现在不需要这种方法来生产异丙醇，就目前来说，国际上主要生产异丙醇的方法有；三种，包括直接水合法，间接水合法，丙酮加氢法1.2.1.1丙烯间接水合法丙烯间接水合法又被我们称为硫酸酯化水解法:首先我们先将丙烯溶在稀硫酸或者浓硫酸之中，经过一段时间的酯化反应将会生产中间产物一硫酸氢异丙酯（CH3）2CHOSO3H和硫酸二异丙酯(CH3)2CHOS02OCH(CH3)2，中间产物水解之后生成了粗异丙醇，最后将粗异丙醇去精馏装置，现在国际上已经不再使用丙烯间接水合法。图4-1丙烯间接水合法丙烯间接水合法的主要反应如下:第一步:丙烯与浓硫酸酯化反应生成硫酸氢异丙酯和硫酸二异丙酯:C3H6+H2SO4→(CH3)2CHOS03H(硫酸氢异丙酯)C3H6+(CH3)2CHOS03H→(CH3)2CHOSO20CH(CH3)2(硫酸二异丙酯)第二步:硫酸氢异丙酯和硫酸二异丙酯发生水解，重新放出硫酸，并生成产品异丙醇(CH3)2CHOS03H+H20→(CH3)2CHOH+H2SO4(CH3)2CHOS020CH(CH3)2+H20→2(CH3)2CHOH+H2S04在间接水合法中，硫酸一直存在反应中。而且在反应过程中，一直具有硫酸的存在，在酸性条件下丙烯很容易发生低聚产品热解等副反应，生成中间体，会和异丙醇发生反应生成异丙醚。(CH3)2CHOS03H+(CH3)2CHOH→[(CH3)2CH]-O+H2S041.2.1.2丙烯直接水合法丙烯直接水合法，是现在工业上用来生产异丙醇的主要方法。在催化剂的条件下，由纯度高的丙烯和水直接水合生成异丙醇，此时会有副产物正丙醇，丙烯直接水合法制异丙醇主要又包括3种方法，气相直接水合法，液相直接水合法，和气―液混相水合法，。气相直接水合法是用磷酸/硅藻土为催化剂。又叫维巴法。液相直接水合法以钨系多阴离子的水溶液为催化剂，又叫德山曹达法。气―液混相法以氧化钨/硅胶为催化剂，是以离子交换树脂法为代表，又叫德士古德法。其涉及到的主要反应方程式如下主反应：CH3CH=CH2+H2O（CH3）2CHOH副反应：CH3CH=CH2+H2OCH3CH2CH2OH1.2.1.1.1气相直接水合法（维巴法）气相直接水合法又叫维巴法，生产异丙醇的主要方法之一，是丙烯气相直接水合法，丙烯气相直接水合法的第一代是以氧化钨等金属氧化钨为催化剂，反应温度在250-290℃左右，压力为20-25MPa.烯水比为0.4左右，但是这种方法副产物很多，所以氧化钨等金属氧化钨为催化剂这种方法被淘汰掉了。后来用第二代磷酸/硅藻土为催化剂，这种催化剂含有20％-30％的磷酸，使用简式衬铜固定床反应器，将反应器的温度设置为195℃，2MPa左右的压力，我们将磷酸设置为催化剂投产使用以后，副产物明显降低，丙烯利用率可以达到97%，选择性为99％。分离设备多用浮阀式板式塔。气相直接水合法在我国，锦州石化公司就是采用这种方法的气相直接水合法与间接水合法相比，具有很多的优点:工艺流比较程短，设备相对于来说比较简单、对主要产物的选择性高，生成的副产物较少，单程转化率虽然比较低，但总的转化率很高，产物异丙醇的选择性也很高，能达到99%左右。气相直接水合法与间接水合法相比，气相直接水合法的工艺对比较环保，损耗设备也不如间接水合法所以本项目采用气相直接水合法，气相直接水合法的生产厂家很多，如联邦德国维巴公司、日本石油化学公司，我国锦州石化、九江炼油厂。维巴气相直接水合法的工艺流程示意图如所示:图4-2气相直接水合法1.2.1.1.2液相直接水合法日本的德山曹达公司在六七十年代成功研发出液相直接水合法来生产异丙醇，液相直接水合法在工业生产异丙醇。液相直接水合法采用的是均相反应，它的反应条件是:是以钨系多阴离子的水溶液为催化剂，如钨硅酸，反应的温度为240-280摄氏度，压力控制在15-20MPao丙烯液相直接水合法最大的优点是催化剂的活性较高，寿命比较长，最重要的是性能较稳定，和其他方法相比，丙烯液相水合法解决损失催化剂问题，这种催化剂还可以循环使用。作为原料，丙烯在催化剂水溶液中与多阴离子络合，这种方法与间接水合法相比，液相水合法相对于来说反应速率更快，转化率更高。效果更好。液相直接水合法相对于间接水合法来说。液相水合法还有一个优点是不会腐蚀设备，所以设备用时时间长，节省资源，，设备也不需要特殊材料。液相水合法缺点就是大量的水存在于粗产物异丙醇中，导致了蒸馏能耗较大、电耗比较大，对于异丙醇的精制来说，又是一笔费用。工艺流程如下图所示，图4-3液相直接水合法1.2.1.1.3气-液混相法气-液混相法的催化剂是阳离子交换树脂，液化部分反应物。催化剂反应压力相对来说比较高，提高了反应转化率。德国德士古公司生产的。从工艺流程图可以看出，气态丙烯和液态脱盐水在反应器的顶部混合，在水合反应器内催化剂床层存在的条件下充分混合发生反应。粗异丙醇从底部引出，接着进入高压分离塔进行分离，高压分离塔的顶部有残气排出来。，高压分离器的塔底的液相异丙醇经过换热器冷却后进入贮罐，在贮罐中加入NaOH溶液中和，接着进入异丙醇精制工艺，在轻组分塔中除去副产物二异丙基醚，在共沸塔中除去副产物正丙醇等，而异丙醇共沸物和水从塔顶出来以后从而进入脱水塔，采用苯除去异丙醇中的水。图4-4气-液混合水合法1.2.2不同生产方法的比较文章中介绍了异丙醇的三种生产方法气相直接水合法，液相直接水合法，气-液混相法，但是对于现在的化工企业来说。这三种方法都是可以用的，没有硬性规定必须使用哪种方法。丙烯间接水合法的突出优点是节约生产成本，但对设备的损耗比较严重，而且产生的废水没有办法处理。但是间接水合法的与直接水合法相比较，成本比较低。与此同时丙烯间接水合法的缺点也有很多，譬如:间接水合法对设备的损害程度较高，这本身也是对资源大浪费，而且也是在增加成本，用间接水合法，产生的气体。对环境污染物比较严重。而且，产生的废水也不好处理。现在各个国家要求健康绿色发展，很显然，这种生产模式已经不适合推广使用，所以间接水合法已经慢慢的被企业淘汰，现在已经基本已不再使用间接水合法。和丙烯间接水合法相比，直接水合法的优点很多。在直接水合法中，基本上是没有间接水合法对设备损耗大，废水没办法处理这些问题的。直接水合法在间接水合法的基础上建立起来的。目前来说，直接水合法已经在世界化工企业中实施起来。与间接水合法相比较，直接水合法只是在工艺上有所不同。表4-2不同方法的比较条件和结果间接水合法直接水合法酯化水解VEBA法德士古法德山曹达法反应形式液相液相气相气-液相混合液相反应物C3=，硫酸酯,H20C3=,H20C3=,H20C3=,H20催化剂无无磷酸/硅藻土离子交换树脂钨化合物反应温度60-90蒸汽加热180-200130-150240-280反应压力MPa2.1-2.8常压2.0-2.56.0-1015-25原料气质量分数50-90丙烯-丙烷馏分>999295丙烯单程转化率>9050-607560-70IPA选择率9598-999799精品IPA质量分数50-6020-30610催化剂稳定性易水解，不耐热极佳1.2.2工艺方案选择经过以上的多重比较，由于气相直接水合法工艺比较新颖，能耗较低，与以前的间接法、丙酮加氢技术相比，气相直接水合法副产物比较少，并且已不存在设备的腐蚀及污染问题，从而被广泛采用，应用于生产。1.3工艺路线介绍1.3.1丙烷脱氢制丙烯工段图4-5丙烷脱氢制丙烯原料丙烷经换热器（E0101）预热，进入反应器（R0101）反应，生成丙烯和氢气，生成的产物进入丙烯吸水塔（T0101）进行脱水处理，在塔顶得到处理过后的丙烯和氢气送入丙烯冷凝塔（T0102），塔底的溶液送入废液处理池。在丙烯冷凝塔（T0102）塔顶得到的氢气循环至催化剂再生塔（T0103），丙烯冷凝塔（T0102）塔底得到的丙烷丙烯溶液送入丙烯精馏塔（T0104）进行精馏处理，在丙烯精馏塔（T0104）塔顶得到的丙烯送入下一工段，塔底得到的丙烷循环至反应器（R0101）1.3.2丙烯水合反应单元从装置来的纯度为99.5%、压力为1.07MPa、温度为25℃的原料丙烯，经过压缩机(K-1001)压缩至反应压力((2.OMPa)，与循环气和预先净化的水混合，气化的丙烯和水按摩尔比1:0.65，经两个原料-反应产物换热器(E-1001,E-1002)后进入加热炉(F-1001)，使其温度升高到190摄氏度，进入水合反应器(R-1001)，反应器内装填磷酸/硅藻土催化剂，反应器的顶部需不断注入磷酸，弥补在磷酸的损失。物流从反应器的顶部进入，逐渐向下通过反应器，生成的混合反应物进入高压反应器(V-1001)。高压反应器(V-1001)的顶部分出的丙烯混合气进入脱丙烯塔(C-1001)。在脱丙烯塔(C-1001)顶部生成粗丙烷产品。粗丙烷一部分回流到反应器中继续反应，一部分作为粗丙烷副产品。高压反应器(V-1001)底部异丙醇混合物进入低压分离器(V-1002)进一步分离丙烯气体。塔底生成粗异丙醇。粗异丙醇溶液进入轻组分分离塔(C-1002)，从塔顶除去醚类等其他组分。塔底的稀异丙醇溶液进入共沸塔(C-1003)，异丙醇共沸物从共沸塔塔顶出，进入脱水塔(C-1004)脱水，共沸塔侧线引出正丙醇。脱水塔主要用苯或环己烷做萃取剂，塔底出产品异丙醇，塔顶苯和水的共沸物进入后面的回收系统(C-1005)，使其循环利用。图4-6异丙醇粗制图4-7异丙醇精制1.4异丙醇的市场研究1.1.1国外生产及市场情况由于最近几年化工企业的迅速发展，异丙醇发展比较的稳定，全世界总的生产能力能达到2500kt/a，其中美国、西欧和日本这些国家生产异丙醇的数量较多；也从侧面说明了国家化工业发展较为迅速，分别占世界生产异丙醇产量的38%,37%,8%o在这些异丙醇生产较多的国家中，世界上最大生产异丙醇的厂家是shell化学公司。这个公司生产异丙醇的数量占据世界的33%。接着是埃克森美孚、陶氏化学公司等，美国由于经济发达，科研能力强大，在1976年的时候异丙醇的生产达到了高峰，每年大约可以生产870kt，在八十年代的时候美国因为异丙醇法制丙酮陷入了困境，这件事对生产异丙醇产生了很大的影响，造成的后果就是导致异丙醇的产量减少。在1983年的时候，异丙醇产量降到了550kt。到九十年代，情况才有所好转。这些国家生产异丙醇的总量大约为760kt，能占世界总生产能力的37%。在上个世纪80年代，日本产量每年10万吨。在以后的一段时间里，日本生产异丙醇的产量一直都没有增加。一直保持着稳定的发展趋势，一直到九十年代以后日本的石油化学公司投资生产了每年生产3万吨的异丙醇生产装置，从此以后异丙醇的生产量达到每年18万吨，有的生产量超过北美、西欧的一些发达国家。国外的异丙醇产量很大，从侧面也可以看出市场对因异丙醇的需要是很迫切的。美国等国家同时也是异丙醇的主要消费大国。全世界异丙醇的的71%被国家消费了。在这些消费中，溶剂的量占据了异丙醇的60%产量，接着就是是化学中间体，也可以用在油墨，农药、电子、化学试剂、树脂生产等这些行业，并将以每年3%的速度增长。目前，随着化工业的迅速发展，亚洲对异丙醇的需求也在增长，特别是日本，大约每年生产量增长在10%左右。与此同时，我们国家和东南亚的一些国家需求量也在增加。1.1.2国内生产及市场情况在上个世纪的六十年代，我们国家开始生产异丙醇，锦州石化公司安装了年产2万吨的异丙醇的设备，锦州石化公司采用了丙烯直接水合法生产异丙醇，到了九十年代的时候，由原来的年产五万吨，接着又扩大的生产，变成了年产10万吨。后来兰州炼油化工厂建成年产了年产600吨的异丙醇生产装置，但是因为生产成本较高，在技术上还有很多地方的不成熟，最后这个装置没有被继续使用下去，最终停产了。目前为止我们国家的生产能力已经可以达到每年20万吨，除了锦州这个生产异丙醇产量较大的工厂外。还有上海溶剂厂等，规模比较小，生产能力也比锦州石化低，大概每年能生产1000吨左右。按照现在我们国家异丙醇生产产量来说，产量也不少。就目前来说我国异丙醇的总生产能力也不算小，但对于迅速发展的我们国家来说来说，非常的需要异丙醇，但是我国异丙醇的生产量远远满足不了使用，所以需要从很多国家进口异丙醇，来满足我国化工生产所需要的异丙醇。虽然我们国家生产的异丙醇不够满足国家的需要，但是，我们也会出口一些异丙醇。也会给中国台湾输送一些异丙醇。随着化工企业的发展，我们国家异丙醇的产量并没有下降的趋势，反而在一直上升。但是很多时间国家本土生产的异丙醇没有办法满足自己生产加工的需要，还是需要进口一些异丙醇。我们国家异丙醇的需要量从上个世纪的每年需要四万吨，到如今我们国家每年需要上万吨。从这些数据我们也可以看出，我国的化工业在迅速发展，异丙醇的用处很多，主要用于化学和制药业，把异丙醇当成溶剂的比较多。占异丙醇的50%左右。另外在中间体的方面应用也很多，例如异丙醚就是用异丙醇来生产，在制备异丙醇都工艺方面，我们与北美，西欧的一些发达国家还有一定的差距。包括异丙醇的浓度，副产物的精制和处理等等，这些方面都没有办法和国际相提并论。在生产工艺方面，我国异丙醇的生产与其他国家相比还存在一定的差距，正因为这样，导致我国异丙醇的发展受到很大的限制。虽然在电子工业在异丙醇的发展下，受到限制，但是，我国异丙醇在日化和表面活性剂方面比较成熟。我们国家对异丙醇的需要在逐年的增长，有专家预言，我们国家异丙醇的产量每年将会增长8%，所以说，生产异丙醇对于我国来说是一个挑战，更是一个机遇，异丙醇的生产是非常乐观的。1.5异丙醇合成工艺流程模拟1.5.1丙烷制丙烯工段AspenPlus流程模拟图如图4-8所示：图4-8丙烷制丙烯工段流程