年產(chǎn)萬噸丙烯腈項目概念設計

年產(chǎn)萬噸丙烯腈項目概念設計第1頁/共46頁2年產(chǎn)15萬噸丙烯腈項目概念設計第2頁/共46頁3項目介紹內(nèi)容產(chǎn)品概述需求分析項目簡介研究方案進程安排第3頁/共46頁41.產(chǎn)品概述丙烯腈概述丙烯腈物化性質(zhì)產(chǎn)品規(guī)格第4頁/共46頁5丙烯腈概述丙烯腈，CH2=CH－CN,英文縮寫為AN，1893年已經(jīng)在實驗室合成。到1930年被工業(yè)上用于合成耐油丁腈橡膠?，F(xiàn)在除丁腈橡膠之外，廣泛用于ABS塑料、AS塑料和腈綸纖維（PAN）的生產(chǎn)等。此外，丙烯腈還是合成丙烯酰胺、聚丙烯酸酯等的重要原料。第5頁/共46頁6丙烯腈的物化性質(zhì)主要物理性質(zhì)分子量：53.06

沸點：77.3℃

冰點：－83.5℃

生成熱：184.2kJ/mol(25℃)

燃燒熱：1761.5kJ/mol

聚合熱：72.4kJ/mo

閃點：0℃

自燃點：481℃

毒性：劇毒第6頁/共46頁7丙烯腈的物化性質(zhì)主要化學性質(zhì)C=C:聚合反應，加成反應，氰乙基化反應等自聚反應：光照條件，加阻聚劑共聚反應：與苯乙烯、丁二烯、乙酸乙烯、丙烯酰胺反應合成纖維、塑料、涂料等CN基：水解反應，水合反應，醇解反應等氰乙基化反應

第7頁/共46頁8產(chǎn)品規(guī)格序號指標名稱指標優(yōu)等品一等品合格品1外觀透明液體、無懸浮物2色度（Pt－CO），號<55103酸度<0.00200.0035－4密度（20℃）/（g/cm3）0.800～0.8075PH值（5％水溶液）6.0～9.06滴定值（5％的水溶液）/ml<2.02.03.07水分/%(質(zhì))<0.450.450.608總?cè)ㄒ砸胰┯嫞?%(質(zhì))<0.050.050.0109總氰（以氫氰酸計）/%(質(zhì))<0.00050.00100.002010過氧化物（以過氧化氫計）/%(質(zhì))<0.000020.000020.0000411鐵/%(質(zhì))<0.000010.00000.0000212丙烯醛/%(質(zhì))<0.00100.00200.004013丙酮/%(質(zhì))<0.0100.0200.03014乙腈/%(質(zhì))<0.0150.0200.03015銅/%(質(zhì))<0.000010.00001－16沸點（在0.10133Mpa下）/℃74.5～79.017阻聚劑對一羥基苯甲醛/%(質(zhì))0.0035～0.0045氨/%(質(zhì))0.008～0.012產(chǎn)品標準（GB7717.1－94）第8頁/共46頁92.需求分析國際需求國內(nèi)需求國內(nèi)需求分析第9頁/共46頁10第10頁/共46頁11第11頁/共46頁12國內(nèi)需求第12頁/共46頁13國內(nèi)丙烯腈主要生產(chǎn)廠家第13頁/共46頁14丙烯腈消費結(jié)構(gòu)第14頁/共46頁15國內(nèi)需求分析需求持續(xù)增長，2010年我國丙烯腈消費量預計達到166.9萬國內(nèi)產(chǎn)量不斷增長,進口依存度呈下降趨勢年進口量保持在30萬噸以上第15頁/共46頁163.項目簡介項目來源項目目標第16頁/共46頁17項目來源該項目來源于卓越化學公司(ExcellentChemicals)。該公司的商業(yè)開發(fā)部門想要擴大他們的纖維和樹脂生產(chǎn)線，這一項目能為作為原料之一丙烯腈提供40萬噸的市場。因此，經(jīng)濟的丙烯腈生產(chǎn)工藝的開發(fā)成為該公司迫切需要解決的問題。為解決此問題，要求

EnDoCor公司(ENGINEERINGDESIGNCORPORATION)

對此進行概念設計。第17頁/共46頁18項目目標設計項目15萬噸/年產(chǎn)品名稱丙烯腈產(chǎn)品規(guī)格GB/T7717，合格品，丙烯腈濃度99w%以上主要用途：工業(yè)生產(chǎn)ABS樹脂第18頁/共46頁194.設計方案分析比較確定最佳生產(chǎn)工藝對選擇的生產(chǎn)工藝進行分析、設計和改進用AspenPlus對工藝流程進行模擬、優(yōu)化經(jīng)濟核算第19頁/共46頁20方法選擇丙稀氨氧化法丙烷氨氧化法方法比較第20頁/共46頁21丙稀氨氧化法主反應C3H6+1.5O2+NH3C3H3N(acrylonitrile)+3H2O

丙烯轉(zhuǎn)化率=89%副反應C3H6+2O2+2NH3C2H3N(acetonitrile)+HCN+4H2O

丙烯轉(zhuǎn)化率=5%C3H3N+2O2HCN+CO+CO2+H2O

丙烯腈轉(zhuǎn)化率=19%CO+0.5O2CO2

一氧化碳轉(zhuǎn)化率=25%第21頁/共46頁22丙稀氨氧化法操作條件溫度：440F

入口壓力：240kPa

摩爾流率；

氨/丙烯＝1.05氧氣/丙烯＝2

丙烯轉(zhuǎn)化率≥90%

第22頁/共46頁23丙烷氨氧化法

主反應：C3H8+NH3+2O2→CH2=CHCN(AN)+4H2OC3H8+0.5O2→C3H6(PEN)+H2OC3H6+NH3+1.5O2→CH2=CHCN(AcN)+3H2O副反應：①生成乙腈：C3H6+1.5NH3+1.5O2→1.5CH3CN+3H2O②生成氫氰酸：C3H6+3NH3+3O2→3HCN+6H2O③生成COx：C3H8+4O2→2CO+CO2+4H2O④生成一氧化碳：2NH3+1.5O2→N2+3H2O第23頁/共46頁24丙烷氨氧化法反應條件為：溫度:683K；壓力:約1atm；接觸時間:2-6秒；

C3H8:NH3:O2:N2＝1.0:1.5:3.15:11.85(moralratio)實驗室中已經(jīng)得到的轉(zhuǎn)化率為20-80%第24頁/共46頁25工藝方法確定技術(shù)分析：前者技術(shù)成熟，原料轉(zhuǎn)化率高，后者起步較晚，具有較大發(fā)展?jié)摿?。成本分析：丙烯市場短缺、價格走高，而丙烷來源豐富，相對便宜。選擇：丙烷氨氧化法。第25頁/共46頁26過程分析與設計合成過程分析與設計分離過程分析與設計第26頁/共46頁27合成過程分析反應類型：丙烷、氨、氧氣共同參與下發(fā)生的氣相催化反應。反應溫度：視催化劑性能而定，一般溫度控制在480℃左右，進料應設預熱器。反應壓力：體積增大，減小壓力可以增加轉(zhuǎn)化率，但會使設備投資增加，選擇略高于常壓。熱效應：強放熱過程，反應過程中所放出的熱量由內(nèi)取熱器取出

第27頁/共46頁28合成工段設計第28頁/共46頁29分離過程分析反應器出口氣體的成分：AN（丙烯腈）、ACN（乙腈）、HCN、H2O、丙烷、NH3、O2、CO2等。AN、HCN等產(chǎn)物很容易在高溫下聚合，尤其是在堿介質(zhì)的引發(fā)下很易聚合。因此，必須除去產(chǎn)物中的NH3。同時少量的AN和HCN等已發(fā)生聚合形成聚合物粉塵，必須首先除去。產(chǎn)物中有CO2、O2等不凝氣體，也必須分離，否則會增加處理物的流量，而且氣體的夾帶，往往使產(chǎn)物的收率下降。ACN和HCN較難分離第29頁/共46頁30分離過程設計急冷塔：冷卻反應生成氣體；用磷酸二氫銨中和吸收反應生成氣體中未反應的氨解吸塔：吸收反應生成氣體中的丙烯腈、乙腈、氫氰酸等有機成分；放空氮氣、二氧化碳、一氧化碳、氧氣等氣體脫乙腈塔：除去ACN，采用萃取精餾脫氰塔：除去氫氰酸精制塔：除水，純度達到要求第30頁/共46頁31分離過程流程圖第31頁/共46頁32分離過程流程圖第32頁/共46頁33流程模擬與優(yōu)化合成工段模擬與優(yōu)化脫氨水洗工段模擬與優(yōu)化丙烯腈精制工段模擬與優(yōu)化第33頁/共46頁34合成工段模擬與優(yōu)化1234567TemperatureC2525-506666480165Pressurebar1.011.011.012.552.552.413.25VaporFrac1101111MassFlowkg/hr42459743186250284318625028492811424597第34頁/共46頁35優(yōu)化進料比質(zhì)量比C3H8:NH3:O2:N2=44:25.5:100.8:331.8第35頁/共46頁36脫氨水洗工段模擬與優(yōu)化溫度換熱器溫度設定在140℃左右第36頁/共46頁37水吸收塔T-302操作條件優(yōu)化

在T-302中，利用水吸收反應物，同時將未反應的原料及產(chǎn)生的CO2、CO等與產(chǎn)物分離，得到丙烯腈水溶液。一般而言，高壓低溫對吸收有利，在壓力溫度恒定下，增加水的用量對吸收有利，但加水過多未免會使后續(xù)流程的處理量大大增加。于是可以在優(yōu)化時增加一個設計規(guī)定，即使物流13中99%的丙烯腈進入物流17中，通過模擬得到水的流量為8503kmol/hr第37頁/共46頁38丙烯腈精制工段模擬與優(yōu)化乙腈分離塔T401操作條件的確定HCN分離塔T501操作條件的確定丙烯腈成品塔T601操作條件的確定第38頁/共46頁39乙腈分離塔T401操作條件的確定第39頁/共46頁40HCN分離塔T501操作條件的確定第40頁/共46頁41丙烯腈成品塔T601操作條件的確定第41頁/共46頁42經(jīng)濟核算建設項目投資估算：設備費用、設備安裝費用、土地費、無形資產(chǎn)獲取費用生產(chǎn)成本：原料成本、公用工程、工資福利費用、銷售費用、保險費用、維修費用、折舊費用銷售收入與利潤

第42頁/共46頁43建設項目投資估算設備費用：根據(jù)設備類型和尺寸估價，總計為232.6萬美元設備安裝費用：按設備購置費用的50％計算，設備安裝費用共計116.3萬美元。土地費用：廠區(qū)面積1000畝，10萬元/畝，共10000萬；土建費1000-1200元/平方米，估計為73000萬；辦公設施1000萬。共計84000萬。無形資產(chǎn)獲取費用催化劑專利使用費：1000萬；小試與中試實驗費用：2000萬。總計3000萬元。建設項目投資總計為：（232.6+116.3）×6.7+84000+3000=89337.6萬元。第43頁/共46頁44生產(chǎn)成本原料成本：丙烷183.0美元/噸，氨187.4美元/噸，每年對原料的需求量為：丙烷28.7萬噸，氨氣13.3萬噸。故原料總費用183.0×28.7+187.4×13.3=7744.5萬美元=51888萬元/a。公用工程；冷卻水用量10萬噸/a（單價6.2元/t）。冷卻水費用為10×6.2=62