年产15万吨丙烯腈项目概念设计

1年产年产1515万吨丙烯腈项目概念设计万吨丙烯腈项目概念设计 项目介绍人：于 冲 马建 指导老师：李秀喜（副教授） 2项目介绍内容项目介绍内容o 产品概述o 需求分析o 项目简介o 研究方案o 进程安排31.产品概述o 丙烯腈概述o 丙烯腈物化性质o 产品规格4丙烯腈概述丙烯腈概述o 丙烯腈，CH2=CHCN,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。5丙烯腈的物化性质丙烯腈的物化性质o 主要物理性质主要物理性质 分子量： 53.06 沸点： 77.3 冰点： 83.5 生成热： 184.2 kJ/mol(25) 燃烧热： 1761.5 kJ/mol 聚合热： 72.4 kJ/mo 闪点： 0 自燃点： 481 毒性： 剧毒6丙烯腈的物化性质丙烯腈的物化性质o 主要化学性质主要化学性质 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 7产品规格产品规格序号序号指标名称指标名称指标指标优等品优等品一等品一等品合格品合格品1 1外观外观 透明液体、无悬浮物透明液体、无悬浮物2 2色度（色度（PtPtCOCO），号），号 5 55 510103 3酸度酸度 0.00200.00200.00350.00354 4密度（密度（2020）/ /（g/cmg/cm3 3）0.8000.8000.8070.8075 5PHPH值（值（5 5水溶液）水溶液）6.06.09.09.06 6滴定值（滴定值（5 5的水溶液）的水溶液）/ml /ml 2.02.02.02.03.03.07 7水分水分/%(/%(质质) ) 0.450.450.450.450.600.608 8总醛（以乙醛计）总醛（以乙醛计）/%(/%(质质) ) 0.050.050.050.050.0100.0109 9总氰（以氢氰酸计）总氰（以氢氰酸计）/%(/%(质质) ) 0.00050.00050.00100.00100.00200.00201010过氧化物（以过氧化氢计）过氧化物（以过氧化氢计）/%(/%(质质) ) 0.000020.000020.000020.000020.000040.000041111铁铁/%(/%(质质) ) 0.000010.000010.00000.00000.000020.000021212丙烯醛丙烯醛/%(/%(质质) ) 0.00100.00100.00200.00200.00400.00401313丙酮丙酮/%(/%(质质) ) 0.0100.0100.0200.0200.0300.0301414乙腈乙腈/%(/%(质质) ) 0.0150.0150.0200.0200.0300.0301515铜铜/%(/%(质质) ) 0.000010.000010.000010.000011616沸点（在沸点（在0.10133Mpa0.10133Mpa下）下）/ / 74.574.579.079.01717阻聚剂阻聚剂对一羟基苯甲醛对一羟基苯甲醛/%(/%(质质) )0.00350.00350.00450.0045氨氨/%(/%(质质) )0.0080.0080.0120.012产品标准（产品标准（GB7717.194）82.需求分析需求分析o 国际需求o 国内需求o 国内需求分析91011国内需求国内需求12国内丙烯腈主要生产厂家国内丙烯腈主要生产厂家13丙烯腈消费结构丙烯腈消费结构14国内需求分析国内需求分析o 需求持续增长，2010年我国丙烯腈消费量预计达到166. 9万o 国内产量不断增长,进口依存度呈下降趋势o 年进口量保持在30万吨以上153.3.项目简介项目简介o 项目来源o 项目目标16项目来源项目来源o 该项目来源于卓越化学公司(Excellent Chemicals) 。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(ENGINEERING DESIGN CORPORATION) 对此进行概念设计。17项目目标项目目标o 设计项目设计项目 15万吨/年 o 产品名称产品名称 丙烯腈o 产品规格产品规格 GB/T7717，合格品，合格品 ，丙烯腈浓度99w%以上o 主要用途：工业生产ABS树脂184.4.设计方案设计方案o 分析比较确定最佳生产工艺o 对选择的生产工艺进行分析、设计和改进 o 用Aspen Plus对工艺流程进行模拟、优化o 经济核算19方法选择o 丙稀氨氧化法o 丙烷氨氧化法o 方法比较20丙稀氨氧化法o 主反应主反应C3H6 + 1.5 O2 + NH3 C3H3N (acrylonitrile) + 3 H2O 丙烯转化率 = 89 %p 副反应副反应C3H6+2O2+2NH3 C2H3N(acetonitrile)+HCN+4 H2O 丙烯转化率 = 5 % C3H3N + 2 O2 HCN + CO + CO2 + H2O 丙烯腈转化率 = 19 %CO + 0.5 O2 CO2 一氧化碳转化率= 25 %21丙稀氨氧化法p 操作条件操作条件 温度： 440 F 入口压力： 240 kPa 摩尔流率； 氨/丙烯1.05 氧气/丙烯2 丙烯转化率 90% 22丙烷氨氧化法丙烷氨氧化法 o 主反应：C3H8 + NH3 +2 O2 CH2 =CHCN(AN) + 4 H2OC3H8 + 0.5O2 C3H6 (PEN) + H2O C3H6 + NH3 +1.5 O2 CH2 =CHCN(AcN) + 3 H2Oo 副反应：生成乙腈：C3H6 + 1.5NH3 + 1.5O2 1.5CH3CN + 3H2O 生成氢氰酸：C3H6 + 3NH3 + 3O2 3HCN + 6H2O 生成COx：C3H8+ 4O2 2CO+CO2 +4 H2O 生成一氧化碳：2 NH3 + 1.5 O2 N2 + 3 H2O23丙烷氨氧化法丙烷氨氧化法o 反应条件为： 温度: 683K； 压力: 约1atm；接触时间: 2-6秒； C3H8:NH3 :O2 :N21.0:1.5:3.15:11.85 (moral ratio)实验室中已经得到的转化率为20-80% 24工艺方法确定o 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。o 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 。o 选择：丙烷氨氧化法。25过程分析与设计 p合成过程分析与设计 p分离过程分析与设计26合成过程分析p反应类型：丙烷、氨、氧气共同参与下发生的气相催化反应。p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。p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。p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 27合成工段设计R101E10323617E101E10245空气NH38C3H828分离过程分析o 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。o 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。o 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。o ACN和HCN较难分离29分离过程设计o 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 o 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 o 脱乙腈塔：除去ACN，采用萃取精馏o 脱氰塔：除去氢氰酸o 精制塔：除水，纯度达到要求30分离过程流程图8E201R20110119硫酸T3011314E30112T30215H2O161731分离过程流程图P40120211918P50122T6012526H6012324乙腈分离塔HCN分离塔丙烯腈成品塔T501T4011732流程模拟与优化o 合成工段模拟与优化o 脱氨水洗工段模拟与优化o 丙烯腈精制工段模拟与优化33合成工段模拟与优化1234567Temperature C2525-506666480165Pressure bar1.011.011.012.552.552.413.25Vapor Frac1101111Mass Flow kg/hr4245974318625028431862502849281142459734优化进料比质量比C3H8 :NH3 :O2 : N2=44: 25.5: 100.8: 331.8 35脱氨水洗工段模拟与优化温度换热器温度设定在140左右 36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8503 kmol/hr37丙烯腈精制工段模拟与优化 o 乙腈分离塔T401操作条件的确定 o HCN分离塔T501操作条件的确定 o 丙烯腈成品塔T601操作条件的确定 38乙腈分离塔T401操作条件的确定39HCN分离塔T501操作条件的确定40丙烯腈成品塔T601操作条件的确定 41经济核算o 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 o 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o 销售收入与利润 42建设项目投资估算o 设备费用：根据设备类型和尺寸估价，总计为232.6 万美元o 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。o 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。o 无形资产获取费用o 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。o 建设项目投资总计为：（232.6+116.3）6.7+84000+3000=89337.6万元。43生产成本o 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183.028.7+187.413.3=7744.5万美元=51888万元/a。o 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106.2=62万元/a；电气费用（电单价0.45元/度）约1000万元/a。故公用工程费用为1062万元/a。o 工资福利费用：全厂雇佣工人200人，工资1500元/月；技术员50人，工资3000元/月；管理人员20人，工资4000元/月；每年直接工资支出636万元，福利为工资支 出 的 1 4 % 。 所 以 直 接 工 资 福 利 总 计 为636(1+14%)725万元/a。44生产成本o销售费用：市场销售，日常办公，广告等其它费用，预计1000万元/a。o保险费用：新设备保费为3.2%，旧设备加收30%。232.63.2%=7.44万美元=49.8万元RMB；人身意外险为240元/人，总计 (200+50+20)2406.5万元。o维修费用：维修费用每年按照设备总投资的10%计算，每年支出维修费用为23.26万美元=155.8万元RMBo折旧费用：设备投资232.6万美元，预计使用年限10年，按照直线折旧法求折旧额。每年折旧率为10%,年折旧额为23.26万美元=155.8万元RMB。o综上，总成本为51888+1062+725+1000+6.5+155.8+155.8=54993万元45销售收入与利润 2007年12月3日的丙烯腈价格16700元/吨，生产规模为11.17万吨，故每年销售收入为186539万元，每年利润为186539-54993=131546万元，而建设项目投资总计为89337.6万元，可见当年就可收回成本。