年产万吨丙烯腈项目概念设计

年产万吨丙烯腈项目概念设计第1页/共46页2年产15万吨丙烯腈项目概念设计第2页/共46页3项目介绍内容产品概述需求分析项目简介研究方案进程安排第3页/共46页41.产品概述丙烯腈概述丙烯腈物化性质产品规格第4页/共46页5丙烯腈概述丙烯腈，CH2=CH－CN,英文缩写为AN，1893年已经在实验室合成。到1930年被工业上用于合成耐油丁腈橡胶。现在除丁腈橡胶之外，广泛用于ABS塑料、AS塑料和腈纶纤维（PAN）的生产等。此外，丙烯腈还是合成丙烯酰胺、聚丙烯酸酯等的重要原料。第5页/共46页6丙烯腈的物化性质主要物理性质分子量：53.06

沸点：77.3℃

冰点：－83.5℃

生成热：184.2kJ/mol(25℃)

燃烧热：1761.5kJ/mol

聚合热：72.4kJ/mo

闪点：0℃

自燃点：481℃

毒性：剧毒第6页/共46页7丙烯腈的物化性质主要化学性质C=C:聚合反应，加成反应，氰乙基化反应等自聚反应：光照条件，加阻聚剂共聚反应：与苯乙烯、丁二烯、乙酸乙烯、丙烯酰胺反应合成纤维、塑料、涂料等CN基：水解反应，水合反应，醇解反应等氰乙基化反应

第7页/共46页8产品规格序号指标名称指标优等品一等品合格品1外观透明液体、无悬浮物2色度（Pt－CO），号<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/%(质)<0.450.450.608总醛（以乙醛计）/%(质)<0.050.050.0109总氰（以氢氰酸计）/%(质)<0.00050.00100.002010过氧化物（以过氧化氢计）/%(质)<0.000020.000020.0000411铁/%(质)<0.000010.00000.0000212丙烯醛/%(质)<0.00100.00200.004013丙酮/%(质)<0.0100.0200.03014乙腈/%(质)<0.0150.0200.03015铜/%(质)<0.000010.00001－16沸点（在0.10133Mpa下）/℃74.5～79.017阻聚剂对一羟基苯甲醛/%(质)0.0035～0.0045氨/%(质)0.008～0.012产品标准（GB7717.1－94）第8页/共46页92.需求分析国际需求国内需求国内需求分析第9页/共46页10第10页/共46页11第11页/共46页12国内需求第12页/共46页13国内丙烯腈主要生产厂家第13页/共46页14丙烯腈消费结构第14页/共46页15国内需求分析需求持续增长，2010年我国丙烯腈消费量预计达到166.9万国内产量不断增长,进口依存度呈下降趋势年进口量保持在30万吨以上第15页/共46页163.项目简介项目来源项目目标第16页/共46页17项目来源该项目来源于卓越化学公司(ExcellentChemicals)。该公司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40万吨的市场。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(ENGINEERINGDESIGNCORPORATION)

对此进行概念设计。第17页/共46页18项目目标设计项目15万吨/年产品名称丙烯腈产品规格GB/T7717，合格品，丙烯腈浓度99w%以上主要用途：工业生产ABS树脂第18页/共46页194.设计方案分析比较确定最佳生产工艺对选择的生产工艺进行分析、设计和改进用AspenPlus对工艺流程进行模拟、优化经济核算第19页/共46页20方法选择丙稀氨氧化法丙烷氨氧化法方法比较第20页/共46页21丙稀氨氧化法主反应C3H6+1.5O2+NH3C3H3N(acrylonitrile)+3H2O

丙烯转化率=89%副反应C3H6+2O2+2NH3C2H3N(acetonitrile)+HCN+4H2O

丙烯转化率=5%C3H3N+2O2HCN+CO+CO2+H2O

丙烯腈转化率=19%CO+0.5O2CO2

一氧化碳转化率=25%第21页/共46页22丙稀氨氧化法操作条件温度：440F

入口压力：240kPa

摩尔流率；

氨/丙烯＝1.05氧气/丙烯＝2

丙烯转化率≥90%

第22页/共46页23丙烷氨氧化法

主反应：C3H8+NH3+2O2→CH2=CHCN(AN)+4H2OC3H8+0.5O2→C3H6(PEN)+H2OC3H6+NH3+1.5O2→CH2=CHCN(AcN)+3H2O副反应：①生成乙腈：C3H6+1.5NH3+1.5O2→1.5CH3CN+3H2O②生成氢氰酸：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页/共46页24丙烷氨氧化法反应条件为：温度:683K；压力:约1atm；接触时间:2-6秒；

C3H8:NH3:O2:N2＝1.0:1.5:3.15:11.85(moralratio)实验室中已经得到的转化率为20-80%第24页/共46页25工艺方法确定技术分析：前者技术成熟，原料转化率高，后者起步较晚，具有较大发展潜力。成本分析：丙烯市场短缺、价格走高，而丙烷来源丰富，相对便宜。选择：丙烷氨氧化法。第25页/共46页26过程分析与设计合成过程分析与设计分离过程分析与设计第26页/共46页27合成过程分析反应类型：丙烷、氨、氧气共同参与下发生的气相催化反应。反应温度：视催化剂性能而定，一般温度控制在480℃左右，进料应设预热器。反应压力：体积增大，减小压力可以增加转化率，但会使设备投资增加，选择略高于常压。热效应：强放热过程，反应过程中所放出的热量由内取热器取出

第27页/共46页28合成工段设计第28页/共46页29分离过程分析反应器出口气体的成分：AN（丙烯腈）、ACN（乙腈）、HCN、H2O、丙烷、NH3、O2、CO2等。AN、HCN等产物很容易在高温下聚合，尤其是在碱介质的引发下很易聚合。因此，必须除去产物中的NH3。同时少量的AN和HCN等已发生聚合形成聚合物粉尘，必须首先除去。产物中有CO2、O2等不凝气体，也必须分离，否则会增加处理物的流量，而且气体的夹带，往往使产物的收率下降。ACN和HCN较难分离第29页/共46页30分离过程设计急冷塔：冷却反应生成气体；用磷酸二氢铵中和吸收反应生成气体中未反应的氨解吸塔：吸收反应生成气体中的丙烯腈、乙腈、氢氰酸等有机成分；放空氮气、二氧化碳、一氧化碳、氧气等气体脱乙腈塔：除去ACN，采用萃取精馏脱氰塔：除去氢氰酸精制塔：除水，纯度达到要求第30页/共46页31分离过程流程图第31页/共46页32分离过程流程图第32页/共46页33流程模拟与优化合成工段模拟与优化脱氨水洗工段模拟与优化丙烯腈精制工段模拟与优化第33页/共46页34合成工段模拟与优化1234567TemperatureC2525-506666480165Pressurebar1.011.011.012.552.552.413.25VaporFrac1101111MassFlowkg/hr42459743186250284318625028492811424597第34页/共46页35优化进料比质量比C3H8:NH3:O2:N2=44:25.5:100.8:331.8第35页/共46页36脱氨水洗工段模拟与优化温度换热器温度设定在140℃左右第36页/共46页37水吸收塔T-302操作条件优化

在T-302中，利用水吸收反应物，同时将未反应的原料及产生的CO2、CO等与产物分离，得到丙烯腈水溶液。一般而言，高压低温对吸收有利，在压力温度恒定下，增加水的用量对吸收有利，但加水过多未免会使后续流程的处理量大大增加。于是可以在优化时增加一个设计规定，即使物流13中99%的丙烯腈进入物流17中，通过模拟得到水的流量为8503kmol/hr第37页/共46页38丙烯腈精制工段模拟与优化乙腈分离塔T401操作条件的确定HCN分离塔T501操作条件的确定丙烯腈成品塔T601操作条件的确定第38页/共46页39乙腈分离塔T401操作条件的确定第39页/共46页40HCN分离塔T501操作条件的确定第40页/共46页41丙烯腈成品塔T601操作条件的确定第41页/共46页42经济核算建设项目投资估算：设备费用、设备安装费用、土地费、无形资产获取费用生产成本：原料成本、公用工程、工资福利费用、销售费用、保险费用、维修费用、折旧费用销售收入与利润

第42页/共46页43建设项目投资估算设备费用：根据设备类型和尺寸估价，总计为232.6万美元设备安装费用：按设备购置费用的50％计算，设备安装费用共计116.3万美元。土地费用：厂区面积1000亩，10万元/亩，共10000万；土建费1000-1200元/平方米，估计为73000万；办公设施1000万。共计84000万。无形资产获取费用催化剂专利使用费：1000万；小试与中试实验费用：2000万。总计3000万元。建设项目投资总计为：（232.6+116.3）×6.7+84000+3000=89337.6万元。第43页/共46页44生产成本原料成本：丙烷183.0美元/吨，氨187.4美元/吨，每年对原料的需求量为：丙烷28.7万吨，氨气13.3万吨。故原料总费用183.0×28.7+187.4×13.3=7744.5万美元=51888万元/a。公用工程；冷却水用量10万吨/a（单价6.2元/t）。冷却水费用为10×6.2=62