万吨丙烯腈生产概念设计.ppt

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1、10万吨/年丙烯腈生产概念设计,项目设计人：侯春燕 蓝荣肇 指导老师：李秀喜,报告内容,第一部分：丙烯腈概况第二部分：设计背景第三部分：设计任务第四部分：设计内容第五部分：经济衡算第六部分：展望,第一部分 丙烯腈概况,1.丙烯腈的物理化学性质1）物理性质无色或淡黄色液体，有特殊气味 分子量：53.06沸点：77.3冰点：83.5生成热：184.2kJ/mol(25)燃烧热：1761.5 kJ/mol聚合热：72.4 kJ/mo闪点：0自燃点：481爆炸极限（在空气中）3.0%17%（体积）毒性：剧毒,2）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

2、成、聚合、腈基及氢乙基化等反应。（1）聚合反应:丙烯腈在光作用下能发生自聚，还 能与苯乙烯、丁二烯、乙酸、乙烯、丙烯酰胺等发生共聚反应（2）加成反应（3）检定特征反应 CH2CHCNNa2SO3H2ONaO3SCH2CHCNNaOH,第二部分 项目设计背景,1、丙烯腈应用广泛 在合成纤维、树脂、胶粘剂等领域有着广泛的应用。主要用于生产腈纶纤维，世界上其所占比例约为55%。我国用于生产腈纶的丙烯腈占80%以上。其次是用于ABS/AS塑料。丙烯腈还可用来生产医药、高分子絮凝剂、纤维改性剂、纸张增强剂等。,2、丙烯腈的市场需求（万吨）,产品规格,产品规格,第三部分 设计任务,产品规格：丙烯腈浓度 9

3、9%生产能力：10万吨/年设计内容：以丙烷、氨为原料，以空气中的氧为氧化剂，采用最新的高效催化剂，设计丙烷直接进行氨氧化制备丙烯腈的工艺流程；对分离系统结构加以调整和改进，精简结构，优化工艺，提高效率；用PROII和ASPEN PLUS软件对流程进行全程模拟和优化主要操作单元工艺参数；分析丙烷氨氧化法的经济可行性。,第四部分 设计内容,1、反应过程2、分离过程3、精制过程,丙烯腈的生产原理,C3H6+NH3+1.5O2 C3H3N+3H2O,C3H8+NH3+2O2 3C3H3N+4H2O,原料价格,丙烷：0.083美元/磅 丙烯：0.2756美元/磅 氨：0.085美元/磅氧气：工业级（99

4、.99%）0.072美元/磅氦：工业级（99.95%）219.00美元/磅氮气：（99.95%）0.248美元/磅丙烯的价格是丙烷的3-6倍。该项目要求根据甲方给定条件，对丙烷氨氧化法进行概念设计，分析丙烷氨氧化法的经济可行性。,工艺模块流程图,反应预处理,反应器,分离器,循环物流,环保处理,分离预处理,产品精制,副产品,产品,原料,工艺过程的改进,(1)省去氢氰酸精制塔,由脱氰塔顶直接分离出高纯度氢氰酸,提高脱氰塔的效率；(2)萃取塔侧线出料,由萃取塔下部侧线抽出乙腈,将抽出液送到乙腈回收塔,增大乙腈浓度,减少蒸汽消耗；(3)利用萃取塔或乙腈解析塔塔釜排除的循环水热量；(4）降低反应器出口的

5、氨含量，避免较难处理的硫铵废水问题；(5)未反应氨回收再循环使用工艺，用磷酸氢二氨代替了稀硫酸，资源利用率高；,反应器的改进,反应：C3H8+NH3+2O2 C3H3N+4H2OC3H8+0.5O2 C3H6+H2OC3H6+2O2+2NH3 C2H3N+HCN+4H2OC3H3N+2O2 HCN+CO+CO2+H2OC3H8+4O2 2CO+CO2+4H2O,参数：,丙烯腈合成过程,合成分析1.高纯度的液态丙烷和液氨，分别用水加热蒸发，再经过预热器预热到66左右，计量后两者混合，进入流化床反应器丙烯-氨混合气体分配管。空气经过滤器除尘后压缩至0.325MPa 左右，经计量进入反应器。2.反应

6、器温度为750-900，压力稍高于常压。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。3.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。,与合成部分相关的工艺流程如下图所示：,流化床反应器 反应气体冷却器 开工空气加热炉 催化剂贮槽 催化剂补充料斗 冷剂槽 垂直换热器 来自丙烯过热器的丙烯进料 来自氨过热器的氨进料 经冷却器的反应器出口气体去急冷塔,催化剂体系：MoV0.4Nb0.1Te0.2

7、Oxb温度：420 压力：1atm进料：C3H8:NH3:O2:He6:7:17:70(体积比)。丙烷转化率：87%丙烯腈选择性：55%丙烷产率：47.85,丙烷氨氧化工艺条件,丙烯腈分离过程分析,1.因反应气中剩余的氨使吸收水呈碱性，在碱性条件下易发生许多副反应，使丙烯腈产率降低，堵塞管道等，因此，在分离前必须氨除去。2.从反应器出来的气液混合物，经过激冷塔除氨后，溶于水的有机物、微溶于水的惰性气体（CO2，CO，N2等）和大量水组成的混合物可以通过解吸塔解吸，把大量气体分离出来。相关设备1急冷塔急冷塔T2101的主要作用：一是冷却反应生成气体；二是用硫酸中和吸收反应生成气体中未反应的氨。2

8、 解吸塔解吸塔T2103的主要作用：一是吸收反应生成气体中的丙烯腈、乙腈、氢氰酸等有机成分；二是放空氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气等气体。但此处难免有部分未被吸收的丙烯腈被夹带放空而损失部分丙烯腈。,丙烯腈精制过程分析,1.丙烯腈和水能形成共沸点为71的共沸混合物，共沸物中丙烯腈的含量为88%（WT）,将共沸混合物蒸出并冷凝，油相为含丙烯腈90%以上的粗丙烯腈，水相含水90%以上。2.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。3.丙烯腈与乙腈相对挥发度接近于1，当塔顶萃取剂水的含量分数达0.8（mol分数）时，相对挥发度达1.8，则40块实际塔板就能分离。相关设备1 萃取解吸塔：

9、工业上称为回收塔，作用是将AN从水里回收。采用萃取精馏，塔上部在66左右进料，塔上部用48的水萃取精馏，塔顶（70）的出料为丙烯腈和水的共沸物，侧线出料为乙腈和水共沸物。2 油水分层器：萃取塔塔顶70的共沸蒸汽，经冷却到40左右，AN等在水中溶解度减小，自然分为水层和油层。用挡板式分层器，将油相溢流进入小贮罐，然后泵入脱氰塔，水相返回萃取塔。3 脱氰塔：由分层器出来的油相组分进入脱氰塔，精馏，塔底出来的纯度接近成品要求的丙烯腈产品，塔顶为粗的HCN副产品。4 AN精制塔：从脱氰塔塔底出来的丙烯腈纯度还没达到产品要求，因此，进一步对丙烯腈溶液进行精馏，直至达到产品要求。,工艺操作参数的确定,丙烯

10、腈生产概念设计流程模拟，根据设计规模要求计算：C3H8+2O2+NH3C3H3N+4 H2OC3H8总量为34611Kg/hr；：NH3总量为15601.2 Kg/hr O2总量为71319.6 Kg/hr N2总量为256960.5 Kg/hr C3H3N 产量为13888 Kg/hr,流程组分模拟结果,分离和精制设备优化参数,乙腈分离塔,HCN分离塔,丙烯腈成品塔,第五部分 经济性分析,年销售额,=Direct Manufacturing Costs(DMC)+Fixed Manufacture Costs(FMC)+GeneralExpenses(GE)=16950万美元/年,Cost

11、of Manufacture,年利润总额,=2256.8美元/吨100000吨/年,=年产品销售收入年产品销售税金及附加-年总成本费用,22568万美元/年,2232.8万美元/年.,年产量,产品纯度,13856.732024=10.64万吨,99.5(WT),达到预期目标,丙烷法和丙烯法制丙烯腈技术经济比较,从年利润总额与制造成本粗略估计来看，该丙烯腈项目投资需要7年才可以收回成本。,第六部分 展望,本设计对丙烷氨氧化法丙烯腈生产流程进行了模拟和经济核算，具有一定的可行性、可操作性。但是还要进一步完善该工艺、进一步提高工艺的经济性，可以优化萃取吸收塔的结构设计，包括塔板、填料以及塔顶塔釜的细节设计，以及进一步提高精制效率，降低成本。此外还可以进行能量综合利用系统和水综合利用的网络布置。,汇报完毕 欢迎指导,