甲苯液相氧化新工艺

1、甲苯液相氧化新工艺 苯甲醛工艺,工艺背景介绍,实验室研究情况,初步建设方案,目录,工艺背景介绍,实验室研究情况,初步建设方案,目录,总体概况,投资概算及财务评价,环境影响评价及安全注意事项,可行性分析及建议总结,目录,投资概算及财务评价,环境影响评价及安全注意事项,可行性分析及建议总结,目录,总体概况,工艺背景介绍,实验室研究情况,初步建设方案,目录,投资概算及财务评价,环境影响评价及安全注意事项,可行性研究与建议,目录,工艺背景介绍,第一部分,工艺背景介绍,第一部分,市场需求,技术现状,产品介绍,产品简介：,苯甲醛简介：,工艺简介：,苯甲醛俗称苦杏仁油, 是精细化工中的重要中间体,主要应用于

2、染料、香料香精、医及化妆品等行业。 同样，作为一种重要的有机中间体，苯甲醛还被广泛应用于医药，染料，食品，农药等行业。（应用广泛）,甲苯液相空气氧化是环境友好的苯甲醛生产工艺。甲苯液相空气氧化在生成苯甲酸的同时可副产附加值更高的苯甲醛。该过程具有反应条件温和、收率高、安全性好等优点。,工艺背景介绍,第一部分,市场需求,技术现状,产品介绍,技术现状：,70年代末期，进行了甲苯气相空气氧化制甲苯酸，苯甲醛空气氧化制甲苯酸，甲苯液相或气相空气氧化制苯甲醛与苯甲酸的研究，但未见工业化报道。近年来各国只是在催化剂的组成（目前提出有Co-Mn-Br，Co-Mn-Li，Co-Mn-Pb，Co-Zn-Br，M

3、n-Ni-Br及V等体系）、副产物的回收和产品精制等方面对甲苯液相空气氧化法进行一些改进，相关报道很多。,目前国内主要采用甲苯氯化水解法制苯甲醛。,该工艺流程长、产物分离困难、产品中含有氯化物,限制了苯甲醛在医药、香料和化妆品等行业中的应用。而甲苯选择性催化氧化工艺因反应原料甲苯经济易得、产物中不含氯元素、反应条件不苛刻等优点,已成为国内外的研究热点。,工艺背景介绍,第一部分,市场需求,技术现状,产品介绍,随着苯甲醛生产工艺需求的日益增加，在苯甲醛生产新工艺的开发方面，国内外都做了大量的研究工作。目前，我国生产苯甲醛的企业有10余家，总生产能力为12kt。有关资料显示，我国苯甲醛需求量以每年7

4、%以上的速度增长，到2006年达14.5kt左右。,市场需求：,生产必要性,苯甲醛的主要用途仍是用于合成从医药品到塑料添加剂的各种其他化合物。苯甲醛也是生产香水、香料和合成某些苯胺染料的重要中间产物。 扁桃酸的合成以苯甲醛为初始试剂： 氢氰酸先与苯甲醛反应，产物扁桃腈随后水解得到外消旋扁桃酸（该图例只描述了其中一种对映异构体的生成） 冰河学家LaChepelle和Stillman于1966年报道了苯甲醛和庚醛抑制冰的结晶，从而阻止浓霜（Depth Hoar）的形成。,实验室研究情况,第二部分,反应 过程 的研 究,反应副 产物,反应条 件研究,实验室研究情况,反应动力学模型,反应氧化剂的研究,

5、对催化剂的研究,甲苯氧化成为苯甲醛的过程主要控制因素就是催化剂的选择，催化剂选择得当转化率高，而且选择性也会高的,链引发、链增长、链终止,一、反应过程的研究：,1、链引发：,3 ， （1） 3， （2） 32。 （3）,2、链增长：,22 （4） 2（5）,3、链终止：,链终止是自由基淬灭的过程，自由基淬灭得越多，链终止得越快，氧化反应的速度也就越慢。造成链终止的因素主要是抑制剂、氧化深度和壁面效应等。,二、反应副产物：,甲苯液相氧化为苯甲醛反应的副反应是甲苯氧化为苯甲醇、苯甲酸等，若想减少副反应物就要选择合适的氧化剂和催化剂来改进。,三、反应动力学模型：,压力0.6下，得到甲苯氧化动力学方程

6、为 dc（3）/ kc（3）， dc（）/ kc（3）k1（）,甲苯液相氧化制备苯甲醛的机理总反应,从热力学角度来看，甲苯选择性氧化制苯甲醛反应的焓变小于零， 吉布斯自由能变也小于零， 为强放热反应， 反应可以自发进行， 且低温对反应有利。但是考虑到甲苯分子的惰性，应适当提高反应温度， 以增加其活化分子数，提高甲苯的转化率。,四、反应氧化剂的研究：,选择空气中氧气作为氧化剂是最为廉价的，经济效果最好的，然而用氧气作为氧化剂，会使反应产生副反应，氧化生成苯甲醛、苯甲酸以及苯甲醇等。 选择氧化铬-乙酸酐为氧化剂可以使反应停留在苯甲醛阶段，但是鉴于成本问题，选择此氧化剂就不如选择空气中的氧气为氧化剂

7、合算。 可以用过氧化氢作为氧化剂，也不会污染环境，是个很好的氧化剂，但是还是存在副反应产物的问题。 所以综上所述，选择空气为氧化剂既廉价又不污染环境，副产物问题可以用催化剂的效果来控制。,四、反应氧化剂的研究：,五、对催化剂的研究：,1. 钴基催化剂：,Kantom等采用含铁钴钼镍成分的主催化剂，以含钴和铜的有机酸盐为助催化剂，（）3、2为引发剂，乙酸和丙酸为溶剂，在60-130，105-106帕下，反应0.5-15，甲苯转化率低于25时，苯甲醛选择性可达4050,Aprahamian等制备了有机金属复合催化剂，成分有铬、钴、铁、锰，有机部分是乙酸、丙酮、萘酚，考察其对甲苯液相空气氧化制苯甲醛

8、的影响。,Imamura等以脂肪酸为溶剂，可溶性钴盐及溴铁作催化剂，研究了液相氧化甲苯衍生物实验，仍发现当甲苯转化率高时，醛类化合物的选择性差，苯甲醛收率为10左右。,钴基催化剂,La-八面体 分子筛,六、反应条件研究：,在甲苯0.1mol、氧气流量60mlmin、La-OMS-2-A催化剂用量0.10g、反应温度353K、反应时间1.0h、苯甲酸添加量为0.4(wt)的条件下，甲苯转化率达61，苯甲醛的收率为56。,第三部分,初步建设方案,第三部分,初步建设方案,第三部分,实验装置及操作： 实验采用等温连续操作方式,先在釜内加入一定量甲苯, 用油浴加热反应釜, 启动搅拌装置，溶液温度到150

9、后,通入空气, 调节背压阀13, 使釜内压力稳定, 然后开启计量泵4和进料泵11, 使甲苯和催化剂连续进入反应器, 打开釜底出料阀, 调整液位, 并连续出料。,模型的建立：,假设某工业装置为一直径4.1 55m、高9 m 的反应釜, 依靠两个外部换热器进行外循环换热以移走反应热。可认为反应为等温反应。则作如下假定: ( 1) 气相为活塞流, 液相为全混流; ( 2) 反应温度保持165 不变； ( 3) 认为只含甲苯和苯甲酸, 且可认为苯甲酸不挥发, ( 4) 可以近似认为生成的水全部汽化进入气相; ( 5) 压力沿反应器高度呈线性变化。,模型的验证： 该模型能较好地模拟工业生产过程。转化率和

10、尾气中氧含量是生产过程中严格控制的两个指标, 其模拟值与工业生产值基本相符。同时液相中甲苯浓度、水蒸气压、产汽量及换热器中冷却水的水温和循环液体温度等的模拟值均与工业值吻合较好。因而可以认为该模型能较好地反映和模拟工业生产实际操作。,实验的结果与讨论： 因此， 大多数实验都选择350-550k之间。也许高压会抑制一些表面副反应的生，但同时也可能会阻碍苯甲醛的生成或从表面及时脱附。因此， 通常还是选择在常压下反应。,生产部分：,方案的选择：,甲苯液相空气氧化法： 1.原料：甲苯 2.反应条件：常压反应温度350K、空速2400 h(-1)、空气甲苯摩尔比为4.2的条件 3.催化剂：八面体分子筛（

11、） 4.循环冷却：水,及副产物,生产部分：产品展示：,苯甲醛,苯甲酸,初步建设方案,副产物（含废料）：,固液污染：甲苯，苯甲酸，苯甲醇以及一些金属离子 大气污染：这些主要有硫氧化物、一氧化碳、 固体颗粒、以及一些废渣 噪声等非本生产特有污染。,甲苯液相氧化制备苯甲醛的工艺流程图：,工 艺 流 程 图,初步建设方案,第三部分,设备选用：,特别强调：风机使用两台，一台为备用防止AA级停车的发生。,第四部分,投资概况与财务预算,第四部分,建议总结,Proposals,投资概况,第四部分-,投资概况,第四部分-,选址： 工厂选址于离市区一定距离的郊区，占地面积5000，折旧寿命期10年，项目总投资的7

12、0%同银行贷款。,投资概况,第四部分-,工艺设备及原料报价表,投资概况,第四部分-,投资概况,第四部分-,项目总投资一览表,第四部分-,成本估算一览表,经济评价：,项目投资总额=固定资产投资+投资方向调节税+建设期利息+流动资金=固定资产投资+建设期利息+流动资金+城市建设税等各种税1405+1000 +151.2+171=2727.2万元 年销售总额=苯甲醛销售额+苯甲酸销售额 =2800+3800=6600万元 年净利润总额=年利税总额-年所得税总额 =1925.6-636=1290万元 投资回收期=项目投资总额/年净利润总额=2727.2/1290=2.11年（不包括建设期）,财务评价：

13、,效益分析： 生产能力3000t年；生产成本8000元t；销售价格10000元t；年销售额6600万元；年实现利税100150万元。实施条件：300500t年模型中试，投资在利旧的基础上300-500万元2.11年收回投资。3000t年规模生产， 总投资2727.2万元。,敏感性分析： 在化工分析与生产过程中，由于原料上涨、银行利率上涨、产品价格下降、产品滞销等因素会对整体收益带来影响。可能存在的敏感因素：原料价格、产品价格、产品数量、固定资产投资、建设工期等。,敏感性分析图,-经营成本 -基准收益率 -销售收入,资金风险分析：,1.市场风险。主要是指由于市场经济环境变化造成经济损失的可能性。

14、 2.决策风险。主要是指决策层对企业经营目标和经营方向不明确，造成决策 失误的可能性。 3.操作风险。主要是指由于操作失误造成经济损失的可能性。 (1)管理措施不到位 (2)人员素质差 (3)内控制度流于形式，造成操作风险 4.道德风险,利税分析,从利税分析表可看出，增大生产规模，工厂的利润会相应增加，但考虑设备使用期和市场需求等因素，综合考虑规定工厂的生产规模为3000t/y。,盈亏平衡分析 通过分析销售收入、可变成本、固定成本和盈利等四者关系，求出当销售收入等于生产成本时售价、销售量和成本三个变量间的最佳盈利方案,参量为盈亏平衡点的生产销售量BEP。,从上面这个曲线可以看出，当生产规模大约

15、为1000t时，工厂开始盈利。,第五部分,环境影响评价及安全注意事项,第五部分,建议总结,Proposals,影响因素及解决办法：,1.噪声污染：在偏远地区建厂、使用低噪声设备，以及使高 噪声车间尽量集中，使闹静分开，或者设置隔声墙和隔声屏等方法来降低噪声污染。 2.废液：此反应产生的主要副产物为苯甲酸苯甲醇以及一些金属离子，可以部分回收利用，但不可避免的会在排放的时候对水质造成污染， 建厂位置所处的河流下游必须人烟稀少，尽量回收利用废液中的有用物质。 3.废气：因此我们会让排气筒符合生产线所需的高度、大小以及位置，使排放到大气的中废气经过扩散和稀释，符合厂区和生活区的的现行空气标准。 4.固

16、体废料,环境质量标准 环境空气 空气环境质量标准,废水 污水排放标准 单位：除PH。 mg/L,废水 中和调节池 初沉池 生化池 二沉池 活性炭过滤池 污水在治理达标后排入附近的河流中。其中生活污水无需处理，其他废水先经过中和池调节PH，然后在进行加药沉淀后，与生活污水一起在总排放口计量后纳管。,噪声 等效连续A声级噪声Leq【dB（A）】 现有噪声来源主要有真空泵、锅炉房引风机、冷冻机等设备噪声，其噪声源强如表 现有主要噪声设备的噪声级,固体废料 固体废弃料主要为煤渣、生活垃圾、废包装桶、废催化剂、污水处理站污泥等。其中产生情况和处置方式,急救措施 消防措施,安全注意事项（员工守则）：,甲苯

17、的处理： 危险特性 泄漏应急处理 防护措施,苯甲醛的操作和储存： 健康危害 操作注意事项,可行性研究与建议,第六部分,可行性研究与建议,第六部分,建议总结,Proposals,第六部分,（1）苯甲醛：产品中61%为苯甲醛。用于生产间氧基苯甲醛等。用以调合皂用香精、食用香精等。在我们日常生活中应用相当广泛，我们的生活日用必须品中广泛存在。属于不受管制的化学品并且需求量极大。 （2）苯甲酸：产品中39%为苯甲酸。通常用作定香剂。可作为膏香用入薰香香精。但其使用受到管制原先大量使用于防腐剂中，目前国家规定为防腐剂中禁用原料。在其它方面应用价值不减，与苯甲醛相比应用范围窄小，需求量不是很大。,本工艺采

18、用液相氧化法将原料甲苯氧化为苯甲醛和苯甲酸。 1.反应条件不苛刻，温度要求不是很高(350-550),控制温度对设备要求不是很高易于实现，由于该反应是个分子数不变的反应, 因而压力变化的作用不是十分显著。一般采用常压。 2. 反应原料为空气和甲苯。因此寻找更优良的催化剂和反应溶剂可使生产工艺更加完善。 3.从原料到产品，虽然苯甲醛产量仅为61%，但副产物仅有大量的苯甲酸存在，苯甲酸具有应用价值，并且价格较高。生产工艺技术合理可行。,根据投资预算，反应原料甲苯8000元每吨，空气来源广泛，催化剂虽然价格昂贵，但用量适中，不会使成本过高产品产量大4500吨甲苯可生产3000吨苯甲荃和2000吨苯甲酸，苯甲醛的市场价为10000元每吨，苯甲酸的市场价为19000元每吨。产品收益较大。工厂预算方面较为合理，由于贷款可在3-5年内还清，预计在3-5年内收回成本，其后经济收益加大。,符合环境友好型生产。生产过程温度合理、常压下进行、设备符合生产要求，生产过程中发生爆炸等吧不安全性事件的可能极小，安全性可靠。符合环保可持续发展的生产要求。,第六部分,建议总结,建议总结,Proposals,设备方面，积极改良，增加抵御天气带来的损坏。应用科技前沿中性能更优越，价格最合理的设备原料。 寻找更加优良的催化剂，最后价格更低廉以降低生产成本，减少环境污染。 由于