年产20万吨丙烯腈概念设计

《化工过程分析和合成设计》课程设计报告 《Analysis, synthesis, and Design of Chemical Processes》Design Report年产10万吨丙烯腈生产流程概念设计林英光 喻冬秀指导教师：钱 宇 教授陆恩锡 教授专业名称：化学工程年 级：2004 博士单位名称：化工学院完成日期: 2005年3月目 录一、丙烯腈概述.......... ..................................... ........................................ (2)1.1 丙烯腈性质 (2)1.2 国内外生产现状 (3)1.3 丙烯腈生产方法 (4)1.4 项目设计背景 (4)1.5 设计目标 (4)1.6 设计任务 (4)二、合成丙烯腈技术分析 (4)2.1 反应过程分析 (4)2.2 分离过程分析....................... ....................... .. (7)三、流程叙述 (8)3.1 原料规格 (8)3.2 工艺流程 (8)四、流程模拟与优化........ . (8)4.1 工艺流程模拟 (9)4.2 冷凝塔F-101操作条件确定 (9)4.3 冷凝塔F-102操作条件确定 (10)4.4 精馏塔T-101操作条件确定 (11)4.5 精馏塔T-102操作条件确定........... .. (13)4.6 全流程模拟结果与物料衡算 (15)4.7 全流程模拟计算输出报告 (16)五、丙烷与丙烯氨氧化法对比经济分析 (16)5.1 反应过程对比经济分析 (16)5.2 投资成本对比经济分析 (17)六、总结 (18)七、建议 (18)八、参考文献 (18)九、附录:流程模拟计算输出报告 (19)一、 丙烯腈概述1.1丙烯腈的性质1.1.1 丙烯腈的物理性质丙烯腈是一种非常重要的有机化工原料，在合成纤维、树脂、橡胶急胶粘剂等领域有着广泛的应用。

集团年产20万吨丙烯烃项目初步设计说明书目录第一章总论 (1)1.1 项目概况 (2)1.2 设计依据 (2)1.3 设计思想及原则 (2)1.4 工艺特点 (3)1.5 产品方案 (3)1.6 辅助设计软件的应用 (4)第二章厂址选择 (5)2.1 选择原则 (5)2.2厂址选定 (6)2.3地理位置 (7)2.4 原料和市场 (7)2.5自然概况 (9)第三章工艺设计方案 (11)3.1设计目标 (11)3.1.1概述 (11)3.1.2生产规模 (11)3.2 工艺方案选择 (11)3.2.1流程模拟说明 (11)3.2.2 生产任务 (12)3.2.3合成工段的模拟 (12)3.3 Aspen Plus 11.1流程模拟 (14)3.3.1合成工段物料衡算 (14)3.3.2预分离工段物料衡算 (16)3.3.3分离工段物料衡算 (18)3.3.4脱丙烷塔操作参数的优化 (21)3.3.5乙烯塔操作参数的优化 (29)3.3.6丙烯精馏塔操作参数的优化 (33)3.3.7精馏工段各塔操作参数总结 (38)3.4 全流程模拟 (38)第四章自动控制及仪表 (40)3.1 设计依据 (40)3.2 自动控制要求 (40)3.3 设备的自动控制 (41)第五章供电与通信 (41)5.1 设计说明 (41)5.1.1 设计范围 (41)5.3.2 总降压变电所设计 (44)5.4 照明系统 (45)5.5 接地防雷系统 (45)5.5.1 接地系统 (45)5.5.2 防雷保护系统 (46)5.6 电信工程 (48)第六章供热 (49)6.1 概述 (49)6.2 标准与规范 (50)6.3 供热方案 (50)6.4 锅炉给水系统 (51)6.4.1 水质要求 (51)6.4.2 蒸汽冷凝水的处理方法 (51)6.4.3 本分厂的锅炉给水系统 (52)6.5 供热系统配套设施 (52)6.5.1 蒸汽管道 (52)6.5.2 阻汽排水阀 (53)6.5.3 汽-水分离器 (53)第七章环境保护 (53)7.1 设计依据 (53)7.2 环保治理措施 (54)7.2.1 废气 (54)7.2.2 废水 (54)7.2.3 废渣 (55)7.2.4 噪声 (55)7.3 场内绿化 (55)毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

20万吨丙烯腈项目可行性研究报告编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司高级工程师：高建关于编制20万吨丙烯腈项目可行性研究报告编制说明（模版型）【立项 批地 融资 招商】核心提示：1、本报告为模板WORD 形式，客户下载后，可根据报告内容说明，自行修改，补充上自己项目的数据内容，即可完成属于自己，高水准的一份可研报告，从此写报告不在求人。

2、客户可联系我公司，协助编写完成可研报告，可行性研究报告大纲（具体可跟据客户要求进行调整）编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司专业撰写节能评估报告资金申请报告项目建议书商业计划书可行性研究报告目录第一章总论 (1)1.1项目概要 (1)1.1.1项目名称 (1)1.1.2项目建设单位 (1)1.1.3项目建设性质 (1)1.1.4项目建设地点 (1)1.1.5项目主管部门 (1)1.1.6项目投资规模 (2)1.1.7项目建设规模 (2)1.1.8项目资金来源 (3)1.1.9项目建设期限 (3)1.2项目建设单位介绍 (3)1.3编制依据 (3)1.4编制原则 (4)1.5研究范围 (5)1.6主要经济技术指标 (5)1.7综合评价 (6)第二章项目背景及必要性可行性分析 (7)2.1项目提出背景 (7)2.2本次建设项目发起缘由 (7)2.3项目建设必要性分析 (7)2.3.1促进我国20万吨丙烯腈产业快速发展的需要 (8)2.3.2加快当地高新技术产业发展的重要举措 (8)2.3.3满足我国的工业发展需求的需要 (8)2.3.4符合现行产业政策及清洁生产要求 (8)2.3.5提升企业竞争力水平，有助于企业长远战略发展的需要 (9)2.3.6增加就业带动相关产业链发展的需要 (9)2.3.7促进项目建设地经济发展进程的的需要 (10)2.4项目可行性分析 (10)2.4.1政策可行性 (10)2.4.2市场可行性 (10)2.4.3技术可行性 (11)2.4.4管理可行性 (11)2.4.5财务可行性 (11)2.520万吨丙烯腈项目发展概况 (12)2.5.1已进行的调查研究项目及其成果 (12)2.5.2试验试制工作情况 (12)2.5.3厂址初勘和初步测量工作情况 (13)2.5.420万吨丙烯腈项目建议书的编制、提出及审批过程 (13)2.6分析结论 (13)第三章行业市场分析 (15)3.1市场调查 (15)3.1.1拟建项目产出物用途调查 (15)3.1.2产品现有生产能力调查 (15)3.1.3产品产量及销售量调查 (16)3.1.4替代产品调查 (16)3.1.5产品价格调查 (16)3.1.6国外市场调查 (17)3.2市场预测 (17)3.2.1国内市场需求预测 (17)3.2.2产品出口或进口替代分析 (18)3.2.3价格预测 (18)3.3市场推销战略 (18)3.3.1推销方式 (19)3.3.2推销措施 (19)3.3.3促销价格制度 (19)3.3.4产品销售费用预测 (20)3.4产品方案和建设规模 (20)3.4.1产品方案 (20)3.4.2建设规模 (20)3.5产品销售收入预测 (21)3.6市场分析结论 (21)第四章项目建设条件 (22)4.1地理位置选择 (22)4.2区域投资环境 (23)4.2.1区域地理位置 (23)4.2.2区域概况 (23)4.2.3区域地理气候条件 (24)4.2.4区域交通运输条件 (24)4.2.5区域资源概况 (24)4.2.6区域经济建设 (25)4.3项目所在工业园区概况 (25)4.3.1基础设施建设 (25)4.3.2产业发展概况 (26)4.3.3园区发展方向 (27)4.4区域投资环境小结 (28)第五章总体建设方案 (29)5.1总图布置原则 (29)5.2土建方案 (29)5.2.1总体规划方案 (29)5.2.2土建工程方案 (30)5.3主要建设内容 (31)5.4工程管线布置方案 (32)5.4.1给排水 (32)5.4.2供电 (33)5.5道路设计 (35)5.6总图运输方案 (36)5.7土地利用情况 (36)5.7.1项目用地规划选址 (36)5.7.2用地规模及用地类型 (36)第六章产品方案 (38)6.1产品方案 (38)6.2产品性能优势 (38)6.3产品执行标准 (38)6.4产品生产规模确定 (38)6.5产品工艺流程 (39)6.5.1产品工艺方案选择 (39)6.5.2产品工艺流程 (39)6.6主要生产车间布置方案 (39)6.7总平面布置和运输 (40)6.7.1总平面布置原则 (40)6.7.2厂内外运输方案 (40)6.8仓储方案 (40)第七章原料供应及设备选型 (41)7.1主要原材料供应 (41)7.2主要设备选型 (41)7.2.1设备选型原则 (42)7.2.2主要设备明细 (43)第八章节约能源方案 (44)8.1本项目遵循的合理用能标准及节能设计规范 (44)8.2建设项目能源消耗种类和数量分析 (44)8.2.1能源消耗种类 (44)8.2.2能源消耗数量分析 (44)8.3项目所在地能源供应状况分析 (45)8.4主要能耗指标及分析 (45)8.4.1项目能耗分析 (45)8.4.2国家能耗指标 (46)8.5节能措施和节能效果分析 (46)8.5.1工业节能 (46)8.5.2电能计量及节能措施 (47)8.5.3节水措施 (47)8.5.4建筑节能 (48)8.5.5企业节能管理 (49)8.6结论 (49)第九章环境保护与消防措施 (50)9.1设计依据及原则 (50)9.1.1环境保护设计依据 (50)9.1.2设计原则 (50)9.2建设地环境条件 (51)9.3 项目建设和生产对环境的影响 (51)9.3.1 项目建设对环境的影响 (51)9.3.2 项目生产过程产生的污染物 (52)9.4 环境保护措施方案 (53)9.4.1 项目建设期环保措施 (53)9.4.2 项目运营期环保措施 (54)9.4.3环境管理与监测机构 (56)9.5绿化方案 (56)9.6消防措施 (56)9.6.1设计依据 (56)9.6.2防范措施 (57)9.6.3消防管理 (58)9.6.4消防设施及措施 (59)9.6.5消防措施的预期效果 (59)第十章劳动安全卫生 (60)10.1 编制依据 (60)10.2概况 (60)10.3 劳动安全 (60)10.3.1工程消防 (60)10.3.2防火防爆设计 (61)10.3.3电气安全与接地 (61)10.3.4设备防雷及接零保护 (61)10.3.5抗震设防措施 (62)10.4劳动卫生 (62)10.4.1工业卫生设施 (62)10.4.2防暑降温及冬季采暖 (63)10.4.3个人卫生 (63)10.4.4照明 (63)10.4.5噪声 (63)10.4.6防烫伤 (63)10.4.7个人防护 (64)10.4.8安全教育 (64)第十一章企业组织机构与劳动定员 (65)11.1组织机构 (65)11.2激励和约束机制 (65)11.3人力资源管理 (66)11.4劳动定员 (66)11.5福利待遇 (67)第十二章项目实施规划 (68)12.1建设工期的规划 (68)12.2 建设工期 (68)12.3实施进度安排 (68)第十三章投资估算与资金筹措 (69)13.1投资估算依据 (69)13.2建设投资估算 (69)13.3流动资金估算 (70)13.4资金筹措 (70)13.5项目投资总额 (70)13.6资金使用和管理 (73)第十四章财务及经济评价 (74)14.1总成本费用估算 (74)14.1.1基本数据的确立 (74)14.1.2产品成本 (75)14.1.3平均产品利润与销售税金 (76)14.2财务评价 (76)14.2.1项目投资回收期 (76)14.2.2项目投资利润率 (77)14.2.3不确定性分析 (77)14.3综合效益评价结论 (80)第十五章风险分析及规避 (82)15.1项目风险因素 (82)15.1.1不可抗力因素风险 (82)15.1.2技术风险 (82)15.1.3市场风险 (82)15.1.4资金管理风险 (83)15.2风险规避对策 (83)15.2.1不可抗力因素风险规避对策 (83)15.2.2技术风险规避对策 (83)15.2.3市场风险规避对策 (83)15.2.4资金管理风险规避对策 (84)第十六章招标方案 (85)16.1招标管理 (85)16.2招标依据 (85)16.3招标范围 (85)16.4招标方式 (86)16.5招标程序 (86)16.6评标程序 (87)16.7发放中标通知书 (87)16.8招投标书面情况报告备案 (87)16.9合同备案 (87)第十七章结论与建议 (89)17.1结论 (89)17.2建议 (89)附表 (90)附表1 销售收入预测表 (90)附表2 总成本表 (91)附表3 外购原材料表 (93)附表4 外购燃料及动力费表 (94)附表5 工资及福利表 (96)附表6 利润与利润分配表 (97)附表7 固定资产折旧费用表 (98)附表8 无形资产及递延资产摊销表 (99)附表9 流动资金估算表 (100)附表10 资产负债表 (102)附表11 资本金现金流量表 (103)附表12 财务计划现金流量表 (105)附表13 项目投资现金量表 (107)附表14 借款偿还计划表 (109) (113)第一章总论总论作为可行性研究报告的首章，要综合叙述研究报告中各章节的主要问题和研究结论，并对项目的可行与否提出最终建议，为可行性研究的审批提供方便。

年产20万吨丙烯腈概念设计可行性研究报告目录1 设计任务 12 产品概述 221 物化性质 222 化学性质 223 丙烯腈产品质量标准 33 市场调研 44 设计背景 54 1 丙烯腈生产方法 54 2 丙烷直接氨氧化法研究进展 75 丙烯腈概念设计 851 反应工段 952 水洗工段 1053 分离精制工段 1254 生产中废水废气处理 13 6 流程模拟和优化 1361 反应工段 1562 水洗工段 1663 分离精致工段 187 经济核算 198 总结 22Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer1设计任务设计题目年产20 万吨丙烯腈概念设计项目来源该项目来源于卓越化学公司 Excellent Chemicals 的商业开发部门想要扩大他们的纤维和树脂生产线这一项目能为作为原料之一丙烯腈提供20 万吨 4 亿磅的市场因此经济的丙烯腈生产工艺的开发成为该公司迫切需要解决的问题为解决此问题要求EnDoCor 公司 EN GINEERIN G DE SIGN CORPORATION 对此进行概念设计设计目标产品名称丙烯腈产品要求C3H3N w ＞99生产规模20 万吨年生产时间333 天年 8000h 年设计任务1熟悉本项目概念设计的要求和背景理清思路阅读相关的文献2 按年产20 万吨丙烯腈的生产规模根据最新的丙烯腈实验研究成果和小试提供的技术信息和所收集的技术经济资料对丙烷氨氧化工艺生产丙烯腈进行概念设计3 用 Aspen Plu s 对设计的工艺流程进行模拟确定设备的操作参数温度压力采出量回流比等输出技术报告4 根据丙烯腈生产的特点对工艺流程进行操作优化比如温度压力等以及工艺水和热能综合利用三废处理等等5 对丙烷氨氧化法生产丙烯腈工艺进行经济核算进展计划十一月末十二月初完成搜集最新丙烯腈实验研究成果和小试提供的技术信息和技术经济资料对丙烷氨氧化工艺生产丙烯腈进行概念设计十二月初到中旬完成Aspen Plu s 对设计的工艺流程进行模拟确定设备的操作参数1Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer十二月中旬到课程结束完成工艺流程进行操作优化并对丙烷氨氧化法生产丙烯腈工艺进行经济核算2 产品概述丙烯腈CH2 CH －CN 英文名Acrylonitrile 简称AN 1893 年已经在实验室合成成功到1930 年在工业上被用于合成耐油丁腈橡胶现在除了丁腈橡胶之外还广泛用于ABS 塑料AS 塑料和腈纶纤维 PAN 的生产此外丙烯腈还是合成丙烯酰胺聚丙烯酸酯等的重要原料21 物化性质形状无色或淡黄色液体有特殊气味分子量 5306沸点 773℃冰点 -835℃生成热 1842kJmol 25℃燃烧热 17615kJmol聚合热 724kJmol蒸汽压 110KPa 20℃闪点 0℃自燃点 481℃爆炸极限在空气中30～17体积油水分配系数辛醇水分配系数的对数值为-092毒性剧毒毒作用似氢氰酸溶解性溶于丙酮苯四氯化碳乙醚乙醇等有机溶剂微溶于水22 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聚合反应和加成反应都发生在丙烯腈的 C C 双键上纯丙烯腈在光的作用下能Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove thisline click here to buy Virtual PDF Printer自行聚合所以在丙烯腈成品及丙烯腈生产过程中通常要加少量阻聚剂如对苯酚甲基醚阻聚剂MEHQ 对苯二酚氯化亚铜和胺类化合物等除发生自聚外丙烯腈还能与苯乙烯丁二烯乙酸乙烯丙烯酰胺等发生共聚反应由此可制得合成纤维塑料涂料和胶粘剂等丙烯腈经电解加氢偶联反应可以制得已二腈氰基反应包括水合反应水解反应醇解反应等丙烯腈和水在铜催化剂存在下可以水合制取丙烯酰胺氰乙基化反应是丙烯腈与醇硫醇胺氨酰胺醛酮等反应丙烯腈和醇反应可制取烷氧基丙胺烷氧基丙胺是液体染料的分散剂抗静电剂纤维处理剂表面活性剂医药等的原料丙烯腈与氨反应可制得13 丙二胺该产物可用作纺织溶剂聚氨酯溶剂和催化剂23 丙烯腈产品质量标准丙烯腈 C H N3 3指标名称优级品一级品合格品外观透明液体无悬浮物含量Y995 Y993 Y985相对密度0800～0807质pH值5水溶液60～9 60～100 60～100量滴定值5水溶液ü20 ü30 ü40标色度 Pt-Co 号ü5 ü16 ü20准水含量ü045 ü050 ü070总醛含量以乙醛ü0005 ü00 10ü00 18计总氰含量以氢氰酸ü00005 ü000 10 ü00040计3Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer过氧化物ü000002 ü000003 ü000004铁含量ü00000 1 ü000002 ü000005乙腈含量ü0020 ü0030 ü0050丙酮含量ü00 10 ü0020 ü0030丙烯醛含量ü000 15 ü00040 ü000903 市场调研丙烯腈是一种重要的有机化工原料在合成树脂合成纤维合成橡胶等高分子材料中占有显著的地位并有着广阔的前景除此之外丙烯腈聚合物与丙烯腈衍生物也广泛应用国民经济的多个领域目前国内供不应求每年需大量进口来满足市场需求国内生产装置建设明显明显加快成为倍受关注的基础有机化工原料表 1 世界丙烯腈需求及预测万t地区 200 1 年 2002 年 2003 年2004 年 2005 年 20 10 年欧洲130 130 130 125 100 100中东非洲 30 30 30 30 35 35亚洲230 250 270 280 3 15 340拉丁美洲 20 20 25 25 30 25北美 70 60 45 45 40 40全世界约480 约490 约 500 约 5 10 约 520 约 5502005-2006 年全球丙烯腈需求量比2004 年有所增加其中亚洲特别是中国增长最快据统计截至2006 年世界丙烯腈主要生产能力分布为美国3 15 1 万吨年墨西哥 110 万吨年巴西 88 万吨年德国336 万吨年英国280 万吨年荷兰 235 万吨年西班牙 130 万吨年东欧及俄罗斯382 万吨年中东90 万吨年中国1038 万吨年印度30 万吨年日本753 万吨年韩国52 0 万吨年台湾省430 万吨年据称2009 年2 月5 日由于需求复苏和库存降低亚洲丙烯腈生产商正加紧提高装置开工率从 1 月份以来亚洲几家丙烯腈生产商已逐步提高装置开工率或让先前停工的装置重新开车因为腈纶和ABS 行业订货比较多韩国Tongsuh 石化公司在蔚山的一套较大的23 万ta 3 号丙烯腈装置已于 1 月2 1 日重新开车现在与Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer一套较小的7 万ta 2 号丙烯腈装置一起按能力80 85运行Taekwang 工业公司在蔚山的25 万 ta 丙烯腈装置在停了三个月后也于 1 月 10 日重新开车现接近满负荷运行日本Dia-N itr ix 在水岛的115 万ta 装置于2 月2 日重新开车现按生产能力的70运行第二套丙烯腈装置在大竹生产能力为9 万ta 在2 月底重新开车另外最近几年由于装置停产超过了新产能增加速度导致丙烯腈供应紧张全球装置开工率较高维持在 89-90水平但盈利能力仍然很低据预测世界范围内未来几年丙烯腈装置开工率还将继续处于目前的高位直到 2008-2009 年新产能投用未来几年世界丙烯腈需求年平均增速为2-25 其中丙烯腈纤维需求持平但来自 ABS 的需求将年均增长 5 而丙烯酰胺方面需求年均增速将达到6-7 丙烯腈纤维需求约占世界丙烯腈总消费的近 50 ABS 和苯乙烯-丙烯腈树脂约占总需求的32 而己二腈消费约占8其余为其他的终端消费4 设计背景41 丙烯腈生产方法1893年法国人Moureu用化学脱水剂由丙烯酰胺和氟乙醇制取丙烯腈但一直未得到工业应用直到1930年才开始工业生产1940年建立了以环氧乙烷和氢氰酸合成丙烯腈的工业生产装置1952年用乙炔代替了环氧乙烷乙炔氢氰酸法大大降低了成本1959年出现了丙烯氨氧化合成丙烯腈的方法该法出现后发展迅速1960年美国Sohio 公司现归属BP-Amoco 公司第一个建成以丙烯氨和空气为原料用氨氧化法合成丙烯腈的化工厂该工艺就是现今全球95 的丙烯腈装置都采用的Sohio法丙烯氨氧化工艺以丙烯和氨气为原料通过氧化生产丙烯腈副产乙腈和氢氰酸反应如下主反应C3H6 NH3 15 O2 → CH2 CHCN 3 H2O △H -5 125KJmol副反应①生成乙腈C3H6 15NH3 15O2 →15CH3CN 3H2O △H-522KJmol②生成氢氰酸C3H6 3NH3 3O2 → 3HCN 6H2O △H -94 1KJmol5Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer③生成二氧化碳C3H6 4 5O2 → 3CO2 3 H2O △H - 1925KJmol④生成一氧化碳C3H6 3O2 → 3CO 3H2O △H - 1925KJmol该法原料易得工序简单操作稳定产品精制方便经过近40 年的发展技术日趋成熟目前主要技术改进集中在催化剂流化床反应器以及节能降耗等方面近年来由于丙烯资源的紧缺以及对丙烯腈需求的不断增加Sohio 旭化成三菱-BOC 日东BASF Rhodia-Rh ne Poulecnc等公司致力于丙烷氨氧化新工艺的开发并取得了一定得成果BP 公司日本三菱化学公司和旭化成公司已在不同地点建立了丙烷直接氨氧化法制丙烯腈的验证试验装置日本旭化成公司已建成世界上首套丙烷原料丙烯腈生产线这条生产线建立在该公司位于韩国蔚山的工厂Tongsuh石化公司已于2007年1月20 日开始投入使用2006年2 月初旭化成公司还与泰国PPT 公司组建了投资为2亿美元的合资企业将使旭化成公司开发的丙烷制丙烯腈技术推向工业化两家公司将在泰国建设25万ta丙烯腈装置定于2009年投产PPT公司将向该装置提供丙烷目前甲烷氨氧化制丙烯腈工艺有直接氨氧化法一步法和丙烷脱氢丙烯氨氧化法两步法两种工艺丙烷脱氢丙烯氨氧化工艺是以丙烷为原料分两步进行丙烷脱氢生成丙烯用传统丙烯氨氧化工艺生成丙烯腈两步法工艺中丙烷转化率和丙烯腈选择性都比较高例如BOG 的Petrox工艺丙烷转化率达到40丙烯腈选择性达到80 但该工艺因需要增加丙烷脱氢装置固定投资费用比丙烷直接氨氧化法所用费用高出15～20 因此丙烷直接氨氧化法更具吸引力丙烷直接氨氧化工艺是丙烷在催化剂作用下同时发生丙烷氧化脱氢反应和丙烯氨氧化反应主反应式如下主反应C3H8 NH3 2 O2 → CH2 CHCN AN 4 H2OC3H8 05O2 →C H6 PEN H2O3C3H6 NH3 15 O2 → CH2 CHCN AcN 3 H2O副反应①生成乙腈C3H6 15NH3 15O2 →15CH3CN 3H2O②生成氢氰酸C3H6 3NH3 3O2 →3HCN 6H2O③生成CO C3H8 4O2 → 2COCO2 4 H2Ox④生成一氧化碳2 NH 15 O →N 3H O3 2 2 2Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer42 丙烷直接氨氧化法研究进展目前对丙烷直接氨氧化法的研究主要在生产工艺改进和催化剂两个方面com 生产工艺改进美国 BP 公司日本三菱化学公司和旭化成公司所开发的都属于直接氨氧化工艺由于催化剂性能上的差异BP-Amoco 公司和日本三菱化学公司的工艺流程略有不同BP-Amoco 工艺的氧化反应在高浓度丙烷和氧不足的条件下进行以氧气作为氧化剂避免了惰性气体的加入加之丙烷转化率较低所以未反应丙烷需要回收日本三菱化学公司工艺的氧化反应以空气为氧化剂在低浓度丙烷和氧过量条件下进行丙烷转化率较高未反应丙烷不必回收由于丙烷直接氨氧化工艺的丙烷转化率和丙烯腈收率与丙烯法都相差甚远日本三菱化学公司和美国BP-Amoco 公司都对该工艺进行了优化日本三菱化学公司引入了BOG 公司的Petrox 烃类循环工艺可将循环物流中惰性气体与碳氧化物选择性除去原料回收率近 100BP-Amoco 公司提出了未反应氨回收工艺该循环过程的优势在于可以在低反应单程转化率情况下提高产物选择性和总体收率而且大幅度减少了CO2的生成量使生产成本降低约 10 原材料费用降低约20 从而解决了低转化率带来的原料浪费问题为丙烷制丙烯腈路线在本世纪初实现工业化打下了基础日本旭化成公司开发的丙烷直接氨氧化工艺是将丙烷氨和氧在装有专用催化剂的管式反应器中进行反应其催化剂为SiO2上负载20～60 的Mo V Nb 或Sb金属反应中用惰性气体稀释反应条件为4 15 ℃和0 1MPa 当丙烷转化率约为90 时丙烯腈选择性为70收率约为60近年来随着各国对环保和可持续发展理念的不断提高丙烯腈生产技术的改进也主要集中在节能降耗环保等方面包括萃取塔侧线出料提高脱氰塔的分离效率增设废热锅炉回收污水和尾气烧却炉的热能废液的深井处理以及中和塔污水的处理等com 催化剂在丙烯腈生产工艺中催化剂的选择是至关重要的目前在开发的催化剂大致可分为三类一类是钼酸钒催化剂其通式为Mo 10VaNbbXcZdOn 要包括Mo-Bi系和Mo-V 系7Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove thisline click here to buy Virtual PDF Printer两大类Mo-Bi系催化剂原来是丙烯氨氧化催化剂后来经改性用于丙烷氨氧化反应该催化剂脱氢能力比较差活性较低丙烯腈选择性不高仅有50～67 Mo-V 系催化剂主要以Mo-V-Te-Nb-O为主是近些年研究的热点日本三菱化学和旭化成两公司开发的催化剂基本属此类型目前该催化剂能够获得高达60以上的丙烯腈收率第二类是锑酸钒催化剂其通式为V SbmPnAcDbCcOx 在锑酸盐催化体系中研究最多的是V-Sb 复合氧化物催化剂此外还有Fe-Sb和Ga-Sb等复合金属氧化物催化剂BP-Amoco 开发的催化剂基本属此类型我国大庆石油学院浙江大学也对V-Sb-O系列催化剂进行了一些研究工作其中侯胤等将人工神经网络应用到丙烷氨氧化制丙烯腈催化剂体系的设计过程中得到催化剂丙烯腈收率高达55 张勤鑫等利用人工神经网络辅助来研究丙烷氨氧化工艺条件的优化使丙烷转化率为852丙烯腈选择性692丙烯腈单收达到589第三类是钒铝氧氮化物VAlON 其通式为VAlxOyNzHn 这类催化剂具有碱性氧化还原的双功能催化活性中心VAlON 催化剂在丙烯腈选择性和收率上所占优势不大但丙烯腈时空收率单位催化剂每小时丙烯腈生成量远远高于其它催化剂VAlON 催化剂之所以具较高空间收率主要与其能适应高空速条件相关在丙烷低转化率的情况下高空间收率决定了催化剂的实际效率因而VAlON 催化体系是一种具有发展前景的催化体系5 丙烯腈概念设计综合各方面因素本设计采用丙烷直接氨氧化法工艺分为反应工段水洗工段分离和精馏工段三部分工艺流程框图如图1所示Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer图1 丙烯腈生产工艺流程框图51 反应工段对于丙烷直接氨氧化法制丙烯腈反应影响因子较多丙烷进料量增加意味着氨气空气进料量增加是影响丙烯腈单收最主要的因素空气自身的物料流基数很大和其惰性组分冲淡了反应物浓度因此应采用低空比尤其是高负荷时更要降低空比丙烷流量和空比增加增加了反应压力这也是使丙烯腈单收降低的原因之一温度对丙烯腈单收的影响有双重性一是高温可以稍提高丙烯腈的单收二是温度高催化剂的使用寿命减短因而不宜于用提高反应温度来提高丙烯腈单收除此之外氨与丙烷摩尔比氧气与丙烷摩尔比催化剂质量催化剂使用时间丙烷纯度床层高度床层密度反应压力线速度催化剂负荷等对反应都有一定影响基于以上考虑设计中我们采用以下工艺条件催化剂com0 15Ox温度T 4 10 ℃压强P 0 1Mpa进料比C3H8NH3 AIR 112 15 moral ratio反应时间6- 15s反应工段工艺流程图如图2所示高纯度的液态丙烷和液氨分别闪蒸蒸发再9Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer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烷-氨混合气体分配管空气经过滤器除尘后压缩至0325MPa 左右经计量进入反应器各原料器的管路中都装有止逆阀以防止发生事故时反应器中的催化剂和反应气体产生倒流反应器温度为4 10 ℃压力为1个大气压反应时间6-15s 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工序图2 反应工段工艺流程图52 水洗工段从反应器出来的反应产物经内旋风分离器除尘以后为AN ACN HCN H O2丙烷NH O CO 等的混合气体此外还夹带有气体总质量10 ％左右的粉尘和聚3 2 2合物AN ACN 和等产物和副产物可通过水洗将其与不凝气分离而AN HCNCreate PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer等产物很容易在高温尤其是存在碱介质引发的情况下聚合堵塞管道同时氨遇水后呈碱性易造成设备的腐蚀因此水洗前应先除去产物中的NH3 同时由于粉尘被夹带少量的AN 和HCN 等发生聚合产物形成聚合物粉尘也必须先除去水洗工段流程图如图3所示由于丙烷转化率低可考虑从分离出的惰性气体中回收丙烷以减少物料消耗降低生产成本图3 水洗工段工艺流程图该部分主要设备为氨中和塔水洗塔和再生塔氨中和塔工业上又称为急冷塔分为上下两部分下部分下部分用水冲洗反应器出来的气体洗去夹带的尘粒催化剂和聚合物并溶解部分氨等气体经泡罩进入塔的上部根据BP Amoco公司开发新工艺用磷酸二氢铵吸收残余的氨生成磷酸氢二铵磷酸氢二铵在再生塔经加热100～300 ℃分解分离氨经干燥后进入反应器磷酸二氢铵则继续循环使用进入急冷塔上端为了利于洗氨反应器出口的气温预先冷凝到200 ℃左右经急冷塔下部水洗温度降为80 ℃左右该方法除了使氨用量减到最少和排除了硫酸铵污染环境问题另外还减少了在急冷塔底有机废物和聚合物残余物量使得废物处理工作量减少提高丙烷氨氧化制丙烯腈工艺的经济性和可操作性急冷塔出来的气体经水洗塔水洗分离出不凝气未反应的丙烷送丙烷回收系统水洗液进入丙烯腈分离精致工段11Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer53 分离精制工段进入分离精致工段的水洗液主要是产品丙烯腈和副产物氢氰酸乙腈的水溶液分离精致的目的就是将其各自分离得到合格的丙烯腈产品AN 的沸点773 ℃ACN 的沸点是8 16 ℃两者相对挥发度接近于1常压减压分馏尽管可行但极为困难需要较多塔板采用萃取精馏的方法塔顶用水做萃取剂由于乙腈的极性比丙烯腈的极性强水的加入可以使乙腈和丙烯腈的相对挥发度大为提高可以把AN -HCN-H O共沸物与ACN －H O 分开2 2丙烯腈和水与氢氰酸都很容易分离丙烯腈和水能形成共沸混合物共沸点为7 1℃共沸物中丙烯腈的含量为88 WT 而丙烯腈在水中只能部分溶解因此将共沸混合物蒸出并冷凝就可得到油相和水相油相为含丙烯腈90 以上的粗丙烯腈水相含水90 以上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图4 分离精制工段工艺流程图该部分工艺流程图如图4 所示主要由共沸精馏塔油水分层器乙腈塔脱HCN 塔丙烯腈精制塔组成共沸精馏塔工业上成为回收塔水洗液 66 ℃左右进料塔上部用4 8 ℃的水萃取精馏塔顶 70 ℃的出料为丙烯腈和水的共沸物Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer经冷却到40 ℃左右后进入油水分层器用挡板式分层器将油相溢流进入小贮罐然后泵入脱 HCN 塔精馏水相返回萃取塔侧线出料为乙腈和水的共沸物进入乙腈塔塔顶分出粗乙腈脱氰塔采用真空操作底部的釜液用泵打入丙烯腈精制塔为减少聚合降低精馏塔操作温度精馏塔采用真空操作塔侧线得纯度为995 以上的成品丙烯腈塔釜液用作回收塔的萃取剂54 生产中废水废气处理该工艺共有两股废水一股是从急冷塔下部排除另一股是从萃取塔下部排除对于急冷塔废水其内主要含有催化剂聚合物渣滓和丙烯酸以及少量的CAN和AN等这股废水首先要经催化剂沉降槽分离出催化剂后可进焚烧炉处理产生的能量可以供前面使用对于萃取塔废水其内部主要含聚合物渣滓和轻有机物可以用蒸发器处理大部分净水可回收使用少部分用汽提塔脱除轻组分后用生化方法处理废水该工艺废气量较少部分 CO可以用碱液吸收其他气体含量足够小但考2虑到其毒性应进行焚烧6 流程模拟和优化采用Aspen Plu s 软件对丙烷直接氨氧化法进行流程模拟模拟流程图如图5所示13Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF PrinterN2 C3O H2 8M-1E3 -1E- 11A1E B N- H1 C 30 3 H1 HC 8HAIRHR- P1 O0 31RPR 1O 0E2- T-0 21 011A113ET2- H2-0 20 1 2 O1 4B12161 T-5 2B0 31 0C19M-3 10 71E-32 16 W27 T-312 E9 3-2394 334E-T 33 3- 1。