《化工工艺丙烯》课件

化工工艺丙烯丙烯是化工行业重要基础原料目录丙烯概述化学性质、重要性及应用生产工艺传统工艺与新兴工艺工艺详解各工艺流程、设备与优缺点发展趋势第一章：丙烯概述1分子结构分子式C₃H₆2基本特性无色气体，微甜味3发现历史1857年首次合成4工业发展20世纪50年代大规模生产丙烯的化学性质不饱和烃含碳-碳双键，易发生加成反应物理参数沸点-47.6℃，密度1.81kg/m³反应活性可发生聚合、氧化、氢化等反应官能团含烯烃基团，具高化学反应性丙烯在化工行业的重要性化工基础原料仅次于乙烯的第二大烯烃产业链核心连接上下游产业经济指标反映石化工业发展水平丙烯的主要应用领域聚丙烯包装材料、纤维、管道丙烯腈合成纤维、ABS树脂环氧丙烷聚醚多元醇、表面活性剂异丙醇溶剂、消毒剂其他丁辛醇、丙烯酸第二章：丙烯的生产工艺传统工艺蒸汽裂解、催化裂化新兴工艺PDH、MTO、CTO替代工艺烯烃歧化未来工艺生物法制丙烯传统工艺概述发展历程始于20世纪50年代原料来源石油裂解、催化裂化工艺特点副产物多，丙烯产率低全球分布主要分布于原油资源丰富地区蒸汽裂解工艺原理概述高温下烃类热裂解生成低碳烯烃适用原料石脑油、轻烃、乙烷、丙烷产率范围丙烯产率14-18%生产特点以乙烯为主产品，丙烯为副产品催化裂化工艺16%丙烯产率催化裂化装置平均产率500°C反应温度典型催化裂化反应温度30%全球占比全球丙烯产能中催化裂化所占比例新兴工艺概述直接路线丙烷脱氢工艺(PDH)煤基路线煤制烯烃(CTO)甲醇路线甲醇制烯烃(MTO)转化路线烯烃歧化工艺丙烷脱氢工艺(PDH)原料直接产品纯度高能耗低装置灵活性投资回报快甲醇制烯烃工艺(MTO)工艺路线甲醇→二甲醚→低碳烯烃催化剂分子筛SAPO-34、ZSM-5原料来源煤制甲醇、天然气制甲醇煤制烯烃工艺(CTO)烯烃歧化工艺原理烯烃双键重组形成不同碳数烯烃催化剂钼、钨、铼氧化物原料乙烯和丁烯反应条件30-100℃，1-5MPa转化率60-80%选择性丙烯选择性>90%第三章：蒸汽裂解工艺详解原料预处理脱硫、脱砷高温裂解800-850℃，短停留时间急冷分离急冷油/水，初步分离压缩精馏多级分离，提纯目标产物蒸汽裂解原理热裂解机理碳链断裂生成自由基键能关系C-C键断裂能低于C-H键自由基链反应引发、传递、终止三阶段蒸汽裂解装置流程原料系统储存、预处理、计量裂解系统预热、裂解、急冷压缩系统多级压缩、脱酸分离系统精馏、提纯裂解炉设计炉管材质高镍合金耐高温、抗结焦温度控制辐射段850℃，对流段500-600℃停留时间0.1-0.5秒，影响选择性稀释蒸汽降低烃分压，减少结焦急冷系统快速降温0.02-0.05秒内降至350-400℃急冷介质急冷油或急冷水传热设备TLE换热器、急冷塔分离系统气体压缩4-5级压缩至3-4MPa酸气脱除碱洗去除H₂S、CO₂深冷分离-30~-150℃分离C₂及轻组分精馏提纯多塔系统分离C₃、C₄组分蒸汽裂解工艺优缺点优点技术成熟规模大产品多样原料适应性强缺点能耗高结焦严重排放量大丙烯产率低第四章：催化裂化工艺详解催化裂化原理活性中心催化剂提供酸性位点碳链断裂形成碳正离子中间体重排转移氢转移、异构化反应终止反应β断裂生成烯烃或饱和烃FCC装置流程进料系统原料预热至250-350℃反应系统提升管反应器，500-550℃再生系统催化剂再生，650-750℃分离系统分馏塔、吸收-解吸系统催化剂种类及选择分子筛Y型传统FCC催化剂，孔径0.74nmZSM-5提高烯烃产率，孔径0.54-0.56nm稀土改性分子筛提高稳定性和选择性反应器设计提升管结构直径1-2m，高度30-40m喷嘴设计雾化喷嘴，提高油气接触效率停留时间反应区2-4秒，分离区3-5秒催化剂循环催化剂/油比4-10:1再生器设计再生方式完全燃烧或部分燃烧温度控制650-750℃，避免催化剂烧结流化床设计密相或稀相流化床热量回收CO锅炉或发电系统催化裂化工艺优缺点优点技术成熟汽油与丙烯协同生产原料适应性广缺点丙烯产率较低催化剂再生能耗高CO₂排放量大第五章：丙烷脱氢工艺(PDH)详解PDH工艺原理反应方程式C₃H₈⇌C₃H₆+H₂ΔH=+124.3kJ/mol热力学特性吸热反应高温低压有利反应平衡受限反应条件温度：550-650℃压力：0.2-0.5MPaWHSV：1-5h⁻¹PDH装置流程原料预处理脱硫、干燥反应段加热、脱氢反应产品分离压缩、精馏提纯催化剂再生焦炭燃烧、氧化还原催化剂选择类型主要成分优点缺点Pt-Sn/Al₂O₃铂锡/氧化铝活性高易中毒CrOₓ/Al₂O₃铬/氧化铝成本低环保问题Ga₂O₃/ZSM-5镓/分子筛选择性高活性较低V-Mg-O钒镁氧化物抗焦性好机械强度差反应器设计固定床Catofin技术，多反应器切换移动床Oleflex技术，催化剂连续再生流化床STAR技术，热能高效利用新型结构膜反应器，提高转化率再生系统2-4小时再生周期固定床典型再生周期650℃再生温度焦炭燃烧最佳温度21%氧含量再生气体中氧气浓度0.5%焦炭含量再生后催化剂残留焦炭PDH工艺优缺点优点丙烯纯度高(>99.6%)丙烯收率高(85-90%)不依赖石油原料工艺流程短缺点能耗较高催化剂易中毒副产品利用有限投资成本高第六章：甲醇制烯烃工艺(MTO)详解工艺路线甲醇→二甲醚→低碳烯烃2技术特点非石油路线，煤/气转化3应用现状中国大规模商业化应用环境影响全流程碳排放高于传统路线MTO工艺原理1低碳烯烃终产物：乙烯、丙烯碳氢池机理芳烃中间体储存和转移碳烯烃循环甲基化、裂解循环二甲醚形成甲醇脱水为二甲醚MTO装置流程1甲醇制备/精制甲醇合成或外购精制反应转化流化床反应器，400-500℃催化剂再生焦炭燃烧，550-650℃产品分离淬冷、压缩、精馏催化剂选择SAPO-34小孔道分子筛，高丙烯选择性ZSM-5中孔道分子筛，抗积碳能力强改性分子筛金属修饰，调节产物分布反应器设计流化床结构高度换热系数，温度均匀热量管理放热反应，需移除热量催化剂循环连续再生或多床切换分离设备旋风分离器，回收催化剂产品分离系统MTO工艺优缺点优点不依赖石油资源乙烯/丙烯比可调产品纯度高缺点全流程能耗高二氧化碳排放量大催化剂寿命短经济性甲醇价格敏感规模效应明显区域性经济优势第七章：丙烯下游产品及应用高端应用高性能复合材料、医疗器械消费品包装材料、日用品、纺织品工业品汽车零部件、建筑材料、管道聚丙烯生产工艺气相法Unipol、Innovene工艺液相法Spheripol、Hypol工艺气液混合法Borstar工艺本体法Novolen工艺丙烯腈生产工艺SOHIO法丙烯氨氧化，铋钼催化剂反应条件400-450℃，0.1-0.3MPa分离纯化萃取精馏，除去HCN副产物处理硫酸铵回收利用环氧丙烷生产工艺氯醇法氯化-皂化两步法共氧化法与异丁烷/乙苯共氧化HPPO法过氧化氢直接氧化过氧化物法烷基过氧化物氧化异丙醇生产工艺丙烯直接水合丙烯间接水合丙酮加氢其他工艺丙烯下游产品应用领域第八章：丙烯生产工艺比较传统工艺石油路线，副产物多煤基路线资源转换，环境影响大气基路线原料直接，能耗较高未来工艺生物基，低碳环保各工艺产能对比原料成本对比$850石脑油路线每吨丙烯原料成本(美元)$780PDH路线每吨丙烯原料成本(美元)$920MTO路线每吨丙烯原料成本(美元)$980CTO路线每吨丙烯原料成本(美元)能耗对比环境影响对比碳排放量蒸汽裂解1.8吨CO₂/吨PDH1.2吨CO₂/吨MTO3.5吨CO₂/吨CTO5.2吨CO₂/吨废水排放蒸汽裂解2.5吨/吨PDH1.8吨/吨MTO4.2吨/吨CTO6.5吨/吨大气污染物蒸汽裂解NOx排放高PDHCO排放高MTOVOC排放高CTOSO₂排放高产品质量对比工艺纯度杂质适用领域蒸汽裂解99.5%C₃H₄通用级催化裂化96-98%C₃H₄,硫化工级PDH99.6%H₂聚合级MTO/CTO99.6%含氧物聚合级第九章：丙烯行业发展趋势产能扩张新兴市场建设加速1技术革新新催化剂、新工艺开发2绿色低碳生物基丙烯、CO₂利用技术集约化整合产业链一体化发展全球丙烯产能分布亚太北美欧洲中东其他中国丙烯产业现状煤