丙烯腈合成工段的工藝設(shè)計(jì)

1、丙烯腈合成工段的工藝設(shè)計(jì)、八前言畢業(yè)設(shè)計(jì)就是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)能力的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán) 節(jié), 就是理論與實(shí)際結(jié)合的重要連接點(diǎn)。在教師指導(dǎo)下畢業(yè)設(shè)計(jì)可以培養(yǎng)我們獨(dú) 立思考, 運(yùn)用所學(xué)到的基本理論并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的知識(shí) , 綜合的分析與解決工程 實(shí)際問(wèn)題的能力本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的內(nèi)容為年產(chǎn) 6 萬(wàn)噸丙烯腈合成工段的工藝設(shè)計(jì) , 通過(guò) 認(rèn)真細(xì)聽(tīng)老師課堂上講解與任務(wù)布置 , 我們了解到了為完成設(shè)計(jì)需要查找資料的 方向, 并進(jìn)行了細(xì)心的查閱 , 掌握了基本的理論知識(shí)。對(duì)于剛進(jìn)行設(shè)計(jì)的人來(lái)說(shuō) , 學(xué)會(huì)收集、理解、熟悉與使用各種資料 , 正就是設(shè)計(jì)課程需要培養(yǎng)的重要方面 , 化工設(shè)計(jì)非常強(qiáng)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

2、。但就是并不就是限制設(shè)計(jì)的創(chuàng)造與發(fā)展 , 因此遇到 與設(shè)計(jì)要求有矛盾時(shí) , 經(jīng)過(guò)必要的手續(xù)可以放棄標(biāo)準(zhǔn)而服從設(shè)計(jì)要求。通過(guò)設(shè)計(jì) 應(yīng)知道如何查取數(shù)據(jù)知道如何查找資料對(duì)丙烯腈合成工段的工藝設(shè)計(jì)有了一個(gè) 全新的認(rèn)識(shí) , 知道如何選取相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù) , 建立一個(gè)工程概念 , 知道工程與理論的 區(qū)別。對(duì)于物料衡算與熱量衡算、 主要設(shè)備的工藝計(jì)算 （ 反應(yīng)器）等都有一個(gè)全新 的認(rèn)識(shí)與了解 , 知道如何使用手冊(cè)與資料 , 認(rèn)識(shí)工程。一 、產(chǎn)品的性狀、用途、國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)情況1、1 丙烯腈簡(jiǎn)介丙烯腈就是一種重要的有機(jī)合成單體 , 在丙烯產(chǎn)品系列中居第二 , 僅次于聚 丙烯, 就是三大 合成材料 （纖維、橡膠、塑料

3、）的重要化工原料 ,主要用來(lái)生產(chǎn)聚 丙烯腈纖維（腈綸）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS ）塑料、苯乙烯（AS ）塑料、 丙烯酰胺等。 丙烯腈在合成纖維、 合成樹(shù) 脂等高分子材料中占有顯著地位 , 應(yīng)用 前景廣闊。除此之外 , 丙烯腈聚合物與丙烯腈衍生物 也廣泛應(yīng)用于建材及日用品 中1、2 丙烯腈物化性質(zhì)1、2、 1 丙烯腈物理性質(zhì)無(wú)色或淡黃色液體,有特殊氣味,分子量:53、06沸點(diǎn):77、3C 冰點(diǎn):- 83、5 C 生成熱:184、2 kJ/mol（25 C） 燃燒熱：1761、5 kJ/mol 聚合熱:72、 4 kJ/mol 蒸汽壓:11、0KPa（20C） 閃點(diǎn):0 C 自燃點(diǎn):481

4、 C 爆炸極限：在 空氣中3、0%-17%（體積） 油水分配系數(shù)：辛醇/水分配系數(shù)的對(duì)數(shù)值為-0、92毒性: 劇毒, 毒作用似氫氰酸溶解性: 溶于丙酮、苯、四氯化碳、乙醚、乙醇等有機(jī)溶劑 , 微溶于水1、2、2 丙烯腈化學(xué)性質(zhì)丙烯腈由于分子結(jié)構(gòu)帶有C=C雙鍵及-CN鍵,所以化學(xué)性質(zhì)非?；顫?可以發(fā) 生加成、聚合、 腈基及氫乙基化等反應(yīng)。 聚合反應(yīng)與加成反應(yīng)都發(fā)生在丙烯腈的 C=C 雙鍵上 , 純丙烯腈在光的作用下能自行聚合 , 所以在丙烯腈成品及丙烯腈生 產(chǎn)過(guò)程中 ,通常要加少量阻聚劑 , 如對(duì)苯酚甲基醚 （阻聚劑 MEHQ、） 對(duì)苯二酚、氯 化亞銅與胺類化合物等。除發(fā)生自聚外 , 丙烯腈還能

5、與苯乙烯、丁二烯、乙酸乙 烯、丙烯酰胺等發(fā)生共聚反應(yīng) , 由此可制得合成纖維、塑料、涂料與膠粘劑等。 丙烯腈經(jīng)電解加氫偶聯(lián)反應(yīng)可以制得已二腈。 氰基反應(yīng)包括水合反應(yīng)、 水解反應(yīng)、 醇解反應(yīng)等 , 丙烯腈與水在銅催化劑存在下 , 可以水合制取丙烯酰胺。 氰乙基 化反應(yīng)就是丙烯腈與醇、硫醇、胺、氨、酰胺、醛、酮等反應(yīng) ; 丙烯腈與醇反應(yīng) 可制取烷氧基丙胺 , 烷氧基丙胺就是液體染料的分散劑、 抗靜電劑、 纖維處理劑、 表面活性劑、醫(yī)藥等的原料。丙烯腈與氨反應(yīng)可制得 1,3 丙二胺 , 該產(chǎn)物可用 作紡織溶劑、聚氨酯溶劑與催化劑。1、3 丙烯腈的用途丙烯腈主要用于生產(chǎn)腈綸纖維 , 世界上其所占比例約

6、為 55%。我國(guó)用于生產(chǎn) 腈綸的丙烯腈占 80%以上。腈綸應(yīng)用十分廣泛 , 就是繼滌綸、尼龍之后的第 3 個(gè) 大噸位合成纖維品種。其次 , 就是用于 ABS/AS 塑料。由丙烯腈、苯乙烯與丁二 烯合成的 ABS 塑料與由丙烯腈與苯乙烯合成的 AS 塑料就是重要的工程塑料。 因該產(chǎn)品具有高強(qiáng)度、耐熱、耐光與耐溶性能較好等特點(diǎn) , 今后 10 年其需求量 將大幅增長(zhǎng)。 與丁二烯共聚制丁腈橡膠也就是丙烯腈的主要用途之一。 丁腈橡膠 應(yīng)用比例約占 4%,年增長(zhǎng)在 1%以上, 主要用于汽車行業(yè)。 丙烯腈也就是重要的有 機(jī)合成原料。丙烯腈經(jīng)催化水合可制得丙烯酰胺 , 經(jīng)電解加氫偶聯(lián)可制得己二腈 , 丙烯酰

7、胺主要用于紙張、 廢水處理、礦石處理、油品回收、 三次采油化學(xué)品方面 , 其需求量以年均 2%的速率增長(zhǎng)。己二腈只用于生產(chǎn)烏落托品 , 年增長(zhǎng)率為 4%。 此外 , 丙烯腈還可用來(lái)生產(chǎn)谷氨酸鈉、醫(yī)藥、高分子絮凝劑、纖維改性劑、 紙張 增強(qiáng)劑等。、產(chǎn)品的發(fā)展情況2、1 國(guó)外發(fā)展情況近年來(lái)隨著環(huán)氧丙烷下游產(chǎn)品腈綸纖維、ABS/AS丙烯酰胺、丁腈橡膠與丁 腈膠乳、已二腈與已二胺等方面的發(fā)展 ,特別就是下游精細(xì)化工新品的不斷開(kāi)發(fā) 與應(yīng)用,世界的丙烯腈需求量也不斷增加。 1995-2002 年,世界丙烯腈年均增長(zhǎng)率 約為4、3%生產(chǎn)能力從475萬(wàn)t/a增至624、7萬(wàn)t/a,產(chǎn)量由443萬(wàn)t/a增至 5

8、25 萬(wàn) t/a 。全球丙烯腈的生產(chǎn)與消費(fèi)主要集中在美國(guó)、西歐、日本等工業(yè)發(fā)達(dá) 國(guó)家與地區(qū) , 她們生產(chǎn)能力約占全球生產(chǎn)能力的 60、 5%,隨著亞洲尤其就是東南 亞與中國(guó)丙烯腈裝置建設(shè)加快 , 美國(guó)、西歐與日本生產(chǎn)能力所占比例將呈現(xiàn)逐漸 降低的趨勢(shì)。 12、2 國(guó)內(nèi)發(fā)展情況作為煉化產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié) , 丙烯腈主要用于腈綸、工程塑料以及聚丙烯酰 胺等方面的生產(chǎn)。 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)我國(guó)丙烯腈工業(yè)發(fā)展較快 , 從國(guó)外引進(jìn) 8 套裝置,全部采用BP公司技術(shù)。由于丙烯腈副產(chǎn)氫氰酸的環(huán)保問(wèn)題，近幾年我國(guó)新增產(chǎn)能較少。目前 , 我國(guó)主要有 11 家丙烯腈生產(chǎn)廠家。 2005 年我國(guó)丙烯腈 總產(chǎn)能

9、約達(dá) 110 萬(wàn)噸/年, 產(chǎn)量達(dá)到 93、 1萬(wàn)噸,2006 年底我國(guó)丙烯腈主要企業(yè)總 產(chǎn)能達(dá)到 106、 2 萬(wàn)噸/年, 全國(guó)總產(chǎn)能約達(dá) 115萬(wàn)噸/年。至 2009年產(chǎn)能基本未 變。 2010 年 6 月 17 日, 吉林石化第三套丙烯腈裝置兩條生產(chǎn)線先后開(kāi)車成功 , 丙烯腈生產(chǎn)能力比原來(lái)翻了一番 ,達(dá)到42、 4萬(wàn)噸,躍居國(guó)內(nèi)首位。 這標(biāo)志著吉林 石化公司已成為全國(guó)最大丙烯腈生產(chǎn)基地。中國(guó)對(duì)丙烯腈的需求持續(xù)增長(zhǎng) ,ABS 需求的年增長(zhǎng)率超過(guò) 10%,腈綸需求年增長(zhǎng)率為 3%。目前我國(guó)丙烯腈的主要消費(fèi) 領(lǐng)域就是腈綸纖維,約占總需求量的80%;其次就是ABVSAN樹(shù)脂、丙烯酰胺與 丁腈橡膠。

10、2、2 發(fā)展前景隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展 , 丙烯腈工業(yè)呈現(xiàn)幾大發(fā)展趨勢(shì) : 一就是以丙烷為 原料的丙烯腈生產(chǎn)路線在逐步推廣 , 二就是新型催化劑的研究依舊就是國(guó)內(nèi)的外 學(xué)者研究的課題 ,三就是裝置規(guī)模大型化。根據(jù)國(guó)內(nèi)外丙烯腈市場(chǎng)及生產(chǎn)技術(shù)發(fā) 展趨勢(shì) , 提出如下建議 :(1)依托國(guó)內(nèi)自己的科研力量 , 積極探索丙烷法制丙烯腈新路線 , 并積極推進(jìn) 催化劑的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程 , 形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自有技術(shù)。CH 三 CH+ HCN4 CH2=CH-CN(2) 丙烯腈下游產(chǎn)品很多，如丙烯酰胺系列、聚丙烯腈纖維、含腈彈性體、己 二腈等,在經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展的今天，市場(chǎng)顯得尤為重要，建議注重生產(chǎn)技術(shù)的同時(shí)，

11、注重市場(chǎng)的動(dòng)向，要大力發(fā)展有前景的下游產(chǎn)品，拓寬潛在市場(chǎng)?；谝陨蠈?duì)丙烯腈市場(chǎng)的分析，我國(guó)丙烯腈行業(yè)未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)可概括為 ： 下游需求持續(xù)增產(chǎn)與市場(chǎng)供不應(yīng)求并存。近年,丙烯腈的年均9%勺增長(zhǎng)率主要得益于 ABS行業(yè)的快速發(fā)展,雖然作為 丙烯腈的主要下游產(chǎn)品腈綸的市場(chǎng)已趨于穩(wěn)定,但就是ABS行業(yè)高于50%勺進(jìn)口 率決定了 ABS行業(yè)未來(lái)的快速發(fā)展，這也必將帶動(dòng)丙烯腈的需求增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)在未 來(lái)10年,ABS將取代丙烯腈成為丙烯腈最大的下游產(chǎn)品。由于在生產(chǎn)工藝方面丙烯腈氧化法仍然就是國(guó)內(nèi)最主流的丙烯腈生產(chǎn)工藝，所以丙烯腈的供應(yīng)仍將長(zhǎng)期受到丙烯腈供應(yīng)不足的限制，國(guó)內(nèi)丙烯腈進(jìn)口量在未來(lái)幾年內(nèi)仍將保持在2

12、0%從上,我國(guó)丙烯腈市場(chǎng)也將長(zhǎng)期處于供不應(yīng)求的狀況。隨著市場(chǎng)供求量的逐年增加，丙烯腈的市場(chǎng)價(jià)格在未來(lái)幾年也將繼續(xù)上揚(yáng)，因此,我國(guó)丙烯腈行業(yè)在未來(lái)幾年 依然有著廣闊的市場(chǎng)前景。2 三、丙烯腈的合成方法與工藝條件3、1環(huán)氧乙烷法u 廠 廠uNaCOgCH2CH2C-CH2 + HCN -:I I -:- CH2=CH-CN +HnOH H5O-60r5O-60r OHOH CMCM 2tX)-2202tX)-220 T?T? 3、2乙炔法乙炔與氫氰酸在氯化亞銅-氯化鉀-氯化鈉稀鹽酸溶液的催化作用下在 80-90 C反應(yīng)得丙烯腈此法生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單，收率良好,以氫氰酸計(jì)可達(dá)97%但副 反應(yīng)多,產(chǎn)物精制較

13、難,毒性也大,且原料乙炔價(jià)格高于丙烯,在技術(shù)與經(jīng)濟(jì)上落 后于丙烯氨氧化法。1960年以前,該法就是世界各國(guó)生產(chǎn)丙烯腈的主要方法。3、3丙烷氨氧化法以美國(guó)BP公司、日本三菱化成公司為代表的主要丙烯腈生產(chǎn)商開(kāi)始了以丙 烷為原料的生產(chǎn)丙烯腈的技術(shù)開(kāi)發(fā)工作。該技術(shù)主要合成工藝有兩種：一就是BP公司開(kāi)發(fā)的丙烷直接氨氧化法，在特定的催化劑下，以純氧為氧化劑，同時(shí)進(jìn) 行丙烷氧化脫氫與丙烯氨氧化法反應(yīng)；二就是三菱化成公司開(kāi)發(fā)的獨(dú)特循環(huán)工藝： 主要就是丙烷氧化脫氫后生成丙烯，然后再以常規(guī)氨氧化法生產(chǎn)丙烯腈，其主要 特點(diǎn)就是采用選擇性烴的吸附分離體系的循環(huán)工藝，可將循環(huán)物流中的惰性氣體 與碳氧化物選擇性除去,原料

14、丙烷與丙烯100祠收,從而降低了生產(chǎn)成本。盡管丙烷法較丙烯氨氧化法總投資高，但就是由于丙烷價(jià)格(19、8美分/kg) 比丙烯價(jià)格(39、6美分/kg)低一半,因此單從原料成本上瞧丙烷法比丙烯法更 有前景,有關(guān)資料介紹丙烷法有望比丙烯氨氧化法降低30%勺生產(chǎn)成本。盡管目前尚處于研究階段，開(kāi)發(fā)高效的催化劑就是關(guān)鍵，但就是由于丙烷價(jià)格低廉、容易 得到,不久的將來(lái)丙烷氨氧化法法可望工業(yè)化生產(chǎn)，前景樂(lè)觀。3、4丙烯氨氧法3CH=CH-CH3 + NH3 +-O. 一 CH.=CH-CN + 3H2()2目前,全球95%以上的丙烯腈生產(chǎn)都采用美國(guó)BP公司(現(xiàn)為BP-AMOCO公司) 開(kāi)創(chuàng)并發(fā)展的丙烯氨氧化

15、法技術(shù)(又稱sohio 法)，該技術(shù)以丙烯與氨氣為原料： 通過(guò)氧化生產(chǎn)丙烯腈，副產(chǎn)乙腈與氫氰酸。該法原料易得、工序簡(jiǎn)單、操作穩(wěn)定、 產(chǎn)品精制方便，經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展,技術(shù)日趨成熟。目前主要技術(shù)改進(jìn)集中在 催化劑、流化床反應(yīng)器以及節(jié)能降耗等方面。目前丙烯腈的合成路線主要有以上兩種 ，其中,丙烯氨氧化法的技術(shù)相對(duì)丙 烷氨氧化法來(lái)說(shuō)比較成熟,經(jīng)思考,我決定采用丙烯氨氧化法中的 Sohio法進(jìn)行 模擬與設(shè)計(jì)。丙烯腈氧化法的優(yōu)點(diǎn)如下：(1)丙烯就是目前大量生產(chǎn)的石油化學(xué)工業(yè)的產(chǎn)品，氨就是合成氨工業(yè)的產(chǎn) 品,這兩種原料均來(lái)源豐富且價(jià)格低廉。(2)工藝流程比較簡(jiǎn)單，經(jīng)一步反應(yīng)便可得到丙烯腈產(chǎn)物。(3)反應(yīng)的

16、副產(chǎn)物較少，副產(chǎn)物主要就是氫氰酸與乙腈，都可回收利用，而且 丙烯腈成晶純度較高。(4)丙烯氨氧化過(guò)程系放熱反應(yīng)，在熱平衡上很有利。(5)反應(yīng)在常壓或低壓下進(jìn)行,對(duì)設(shè)備無(wú)加壓要求。(6)與其她生產(chǎn)方法如乙炔與氫氰酸合成法，環(huán)氧乙烷與氫氰酸合成法等比較, 可以減少原料的配套設(shè)備 （如乙炔發(fā)生裝置與氰化氫合成裝置 ） 的建設(shè)投資。 四 、環(huán)境保護(hù)與安全措施4、1 丙烯腈生產(chǎn)中的廢水與廢氣及廢渣的處理 丙烯腈裝置的廢水來(lái)源主要就是反應(yīng)生成水與工藝過(guò)程用水。 因反應(yīng)條件與 采用的催化劑不同 , 各主、副反應(yīng)物的單程收率不會(huì)一樣 , 生成水量也會(huì)有所差 別。通常合成1t丙烯腈產(chǎn)生1、52、0 m+3反應(yīng)生

17、成水。工藝過(guò)程用水包括 分離合成產(chǎn)物過(guò)程用的吸收水與萃取水 ,反應(yīng)器用的稀釋蒸氣 （ 有些催化劑不用 ）, 與蒸餾塔用的直接蒸氣 （ 最終冷凝成水 ） 。在提純丙烯腈、 乙腈、 氫氰酸的加工過(guò) 程中需將水分離、排放。這些排放水中有含氰毒物、聚合物、無(wú)機(jī)物（ 硫酸銨、催化劑粉塵等 ）, 在排放前都需要經(jīng)過(guò)處理。 例如, 氨中與塔釜液經(jīng)廢水塔處理后 , 含丙烯腈 100300 mg/l, 乙腈 100200 mg/l, 氫氰酸 10001500 mg/l, 化 學(xué)需氧量2000030000 mg/l,總有機(jī)物含量達(dá)5%（w）。來(lái)自乙腈精制系統(tǒng)及清 洗設(shè)備的廢堿液中，含乙腈1、01、5%（w）,氫氧

18、化鈉2、02、5%（w）,其它物質(zhì) 1 、 5 2、 0%（w）。 4丙烯睛裝置的三廢中廢渣主要廢催化劑 ,目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)回收裝置 ,均采用掩 埋處理。廢氣主要就是吸收塔放空氣 , 如果原料丙烯純度較高 , 烴含量低 , 放空氣 可直接排入大氣。廢水可采用濁清分開(kāi)處理方法 , 含有機(jī)物高的廢水去焚燒爐焚 燒, 含有機(jī)物低的廢水經(jīng)化學(xué)與生化處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行排放 , 使整個(gè)裝置 的三廢排放達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。4、2 生產(chǎn)安全及防護(hù)措施呼吸系統(tǒng)防護(hù) :可能接觸毒物時(shí) ,必須佩戴過(guò)濾式防毒面具 （全面罩） 。緊急事 態(tài)搶救或撤離時(shí) , 佩戴空氣呼吸器。眼睛防護(hù) : 呼吸系統(tǒng)防護(hù)中已作防護(hù)。身體防護(hù) :

19、穿連衣式膠布防毒衣。手防護(hù): 戴橡膠手套。其它: 工作現(xiàn)場(chǎng)禁止吸煙、 進(jìn)食與飲水。 工作畢, 徹底清洗。 單獨(dú)存放被毒物 污染的衣服,洗后備用。車間應(yīng)配備急救設(shè)備及藥品。 作業(yè)人員應(yīng)學(xué)會(huì)自救互救。工藝流程中安全防護(hù)措施 : 丙烯氨氧化法的生產(chǎn)工序主要有氧化與回收精 制。丙烯與氨按一定比例混合送入氧化反應(yīng)器 , 由分布器均勻分散到催化劑床層 中?？諝獍匆欢ū壤龔姆磻?yīng)器底部進(jìn)入 , 經(jīng)分布板向上流動(dòng) , 與丙烯、氨混合并使 催化劑床層流化。丙烯、氨、空氣在 440450C與催化劑的作用下生成丙烯腈。 反應(yīng)生成熱由高壓冷卻水管產(chǎn)生高壓蒸汽移出 ; 反應(yīng)氣體中的過(guò)量氨在中與塔上 部與硫酸中與生成硫酸銨

20、被回收 ; 反應(yīng)氣體中的丙烯腈與其它有機(jī)產(chǎn)物在吸收塔 被水全部吸收下來(lái) ; 吸收塔液中的乙腈在回收塔被分離出來(lái) ; 回收塔液中的氫氰 酸在脫氫酸塔蒸出回收 ; 在成品塔將水與易揮發(fā)物脫除得到高純度的丙烯腈產(chǎn) 品。結(jié)論通過(guò)以上文獻(xiàn)綜述知道 , 丙烯腈就是重要的有機(jī)原料 ,主要用于橡膠合成 （如 丁腈橡膠）、塑料合成（如ABS,ASW脂、聚丙烯酰胺等）、有機(jī)合成、制造腈綸、 尼龍 66 等膈成纖維、殺蟲(chóng)劑、抗水劑、粘合劑等。在本次年產(chǎn) 6萬(wàn)噸丙烯腈的合成工藝設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn) ,國(guó)內(nèi)需求與現(xiàn)有生產(chǎn)能力 仍有一定差距 , 丙烯腈在國(guó)內(nèi)擁有廣闊的市場(chǎng)與發(fā)展?jié)摿Α１敬卧O(shè)計(jì)所采用的工 藝,就是比較成熟的丙烯氨氧化法技術(shù) （又稱 sohio 法） 。從整個(gè)工藝上來(lái)瞧 ,在 技術(shù)上沒(méi)有太大的突破 , 主要的研究方向在于提高丙烯腈的收率、降低能耗、減 少污染物排放。提高工藝的經(jīng)濟(jì)效率的關(guān)鍵在于提高催化劑的效率 , 目前催化劑 的轉(zhuǎn)化率在 80%左右, 如