年产20万吨丙烯腈概念设计可行性研究报告
年产20万吨丙烯腈概念设计可行性研究报告
目录
1 设计任务 1
2 产品概述 2
21 物化性质 2
22 化学性质 2
23 丙烯腈产品质量标准 3
3 市场调研 4
4 设计背景 5
4 1 丙烯腈生产方法 5
4 2 丙烷直接氨氧化法研究进展 7
5 丙烯腈概念设计 8
51 反应工段 9
52 水洗工段 10
53 分离精制工段 12
54 生产中废水废气处理 13 6 流程模拟和优化 13
61 反应工段 15
62 水洗工段 16
63 分离精致工段 18
7 经济核算 19
8 总结 22
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1设计任务
设计题目年产20 万吨丙烯腈概念设计
项目来源
该项目来源于卓越化学公司 Excellent Chemicals 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20 万吨 4 亿磅的
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 EN GINEERIN G DE SIGN CORPORATION 对此进行
概念设计
设计目标
产品名称丙烯腈
产品要求C3H3N w ＞99
生产规模20 万吨年
生产时间333 天年 8000h 年
设计任务
1熟悉本项目概念设计的要求和背景理清思路阅读相关的文献
2 按年产20 万吨丙烯腈的生产规模根据最新的丙烯腈实验研究成果和小试
提供的技术信息和所收集的技术经济资料对丙烷氨氧化工艺生产丙烯腈进行概念
设计
3 用 Aspen Plu s 对设计的工艺流程进行模拟确定设备的操作参数温度
压力采出量回流比等输出技术报告
4 根据丙烯腈生产的特点对工艺流程进行操作优化比如温度压力等以及
工艺水和热能综合利用三废处理等等
5 对丙烷氨氧化法生产丙烯腈工艺进行经济核算
进展计划
十一月末十二月初完成搜集最新丙烯腈实验研究成果和小试提供的技术信息
和技术经济资料对丙烷氨氧化工艺生产丙烯腈进行概念设计
十二月初到中旬完成Aspen Plu s 对设计的工艺流程进行模拟确定设备的操
作参数
1
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十二月中旬到课程结束完成工艺流程进行操作优化并对丙烷氨氧化法生产
丙烯腈工艺进行经济核算
2 产品概述
丙烯腈CH2 CH －CN 英文名Acrylonitrile 简称AN 1893 年已经在实验
室合成成功到1930 年在工业上被用于合成耐油丁
腈橡胶现在除了丁腈橡胶之外
还广泛用于ABS 塑料AS 塑料和腈纶纤维 PAN 的生产此外丙烯腈还是合
成丙烯酰胺聚丙烯酸酯等的重要原料
21 物化性质
形状无色或淡黄色液体有特殊气味
分子量 5306
沸点 773℃
冰点 -835℃
生成热 1842kJmol 25℃
燃烧热 17615kJmol
聚合热 724kJmol
蒸汽压 110KPa 20℃
闪点 0℃
自燃点 481℃
爆炸极限在空气中30～17体积
油水分配系数辛醇水分配系数的对数值为-092
毒性剧毒毒作用似氢氰酸
溶解性溶于丙酮苯四氯化碳乙醚乙醇等有机溶剂
微溶于水
22 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
生加成聚合腈基及氢乙基化等反应
聚合反应和加成反应都发生在丙烯腈的 C C 双键上纯丙烯腈在光的作用下能
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自行聚合所以在丙烯腈成品及丙烯腈生产过程中通常要
加少量阻聚剂如对苯
酚甲基醚阻聚剂MEHQ 对苯二酚氯化亚铜和胺类化合物
等除发生自聚外
丙烯腈还能与苯乙烯丁二烯乙酸乙烯丙烯酰胺等发生共
聚反应由此可制得
合成纤维塑料涂料和胶粘剂等丙烯腈经电解加氢偶联反
应可以制得已二腈
氰基反应包括水合反应水解反应醇解反应等丙烯腈
和水在铜催化剂存在
下可以水合制取丙烯酰胺氰乙基化反应是丙烯腈与醇硫醇胺氨酰胺
醛酮等反应丙烯腈和醇反应可制取烷氧基丙胺烷氧基丙胺是液体染料的分散
剂抗静电剂纤维处理剂表面活性剂医药等的原料丙烯腈与氨反应可制得1
3 丙二胺该产物可用作纺织溶剂聚氨酯溶剂和催化剂
23 丙烯腈产品质量标准
丙烯腈 C H N
3 3
指标名称优级品一级品合格品
外观透明液体无悬浮物
含量Y995 Y993 Y985
相对密度0800～0807
质pH值5水溶液60～9 60～100 60～100
量滴定值5水溶液ü20 ü30 ü40
标色度 Pt-Co 号ü5 ü
16 ü20
准水含量ü045 ü050 ü070
总醛含量以乙醛
ü0005 ü00 10
ü00 18
计
总氰含量以氢氰酸
ü00005 ü000 10 ü00040
计
3
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过氧化物ü000002 ü000003 ü000004
铁含量ü00000 1 ü000002 ü000005
乙腈含量ü0020 ü0030 ü0050
丙酮含量ü00 10 ü0020 ü0030
丙烯醛含量ü000 15 ü00040 ü00090
3 市场调研
丙烯腈是一种重要的有机化工原料在合成树脂合成纤维合成橡胶等高分
子材料中占有显著的地位并有着广阔的前景除此之外丙烯腈聚合物与丙烯腈衍
生物也广泛应用国民经济的多个领域目前国内供不应求每年需大量进口来满足
市场需求国内生产装置建设明显明显加快成为倍受关注的基础有机化工原料
表 1 世界丙烯腈需求及预测
万t
地区 200 1 年 2002 年 2003 年
2004 年 2005 年 20 10 年
欧洲130 130 130 125 100 100
中东非洲 30 30 30 30 35 35
亚洲230 250 270 280 3 15 340
拉丁美洲 20 20 25 25 30 25
北美 70 60 45 45 40 40
全世界约480 约490 约 500 约 5 10 约 520 约 550
2005-2006 年全球丙烯腈需求量比2004 年有所增
加其中亚洲特别是中国增长
最快据统计截至2006 年世界丙烯腈主要生产能力分布
为美国3 15 1 万吨年
墨西哥 110 万吨年巴西 88 万吨年德国336 万吨
年英国280 万吨年荷
兰 235 万吨年西班牙 130 万吨年东欧及俄罗斯
382 万吨年中东90 万吨
年中国1038 万吨年印度30 万吨年日本753 万吨
年韩国52 0 万吨年
台湾省430 万吨年
据称2009 年2 月5 日由于需求复苏和库存降低
亚洲丙烯腈生产商正加紧提
高装置开工率从 1 月份以来亚洲几家丙烯腈生产商已逐步提高装置开工率或
让先前停工的装置重新开车因为腈纶和ABS 行业订货比较多韩国Tongsuh 石化
公司在蔚山的一套较大的23 万ta 3 号丙烯腈装置已于 1 月2 1 日重新开车现在与
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一套较小的7 万ta 2 号丙烯腈装置一起按能力80 85运行Taekwang 工业公司
在蔚山的25 万 ta 丙烯腈装置在停了三个月后也于 1 月 10 日重新开车现接近满
负荷运行日本Dia-N itr ix 在水岛的115 万ta 装置于2 月2 日重新开车现按生产
能力的70运行第二套丙烯腈装置在大竹生产能力为9 万ta 在2 月底重新开
车
另外最近几年由于装置停产超过了新产能增加速度导致丙烯腈供应紧张
全球装置开工率较高维持在 89-90水平但盈利能力仍然很低据预测世界
范围内未来几年丙烯腈装置开工率还将继续处于目前的高位直到 2008-2009 年新
产能投用未来几年世界丙烯腈需求年平均增速为2-25 其中丙烯腈纤维需求
持平但来自 ABS 的需求将年均增长 5 而丙烯酰胺方面需求年均增速将达到
6-7 丙烯腈纤维需求约占世界丙烯腈总消费的近 50 ABS 和苯乙烯-丙烯腈
树脂约占总需求的32 而己二腈消费约占8其余为其他的终端消费
4 设计背景
41 丙烯腈生产方法
1893年法国人Moureu用化学脱水剂由丙烯酰胺和氟乙醇制取丙烯腈但一直未
得到工业应用直到1930年才开始工业生产1940年建立了以环氧乙烷和氢氰酸合
成丙烯腈的工业生产装置1952年用乙炔代替了环氧乙烷乙炔氢氰酸法大大降低了
成本1959年出现了丙烯氨氧化合成丙烯腈的方法该法出现后发展迅速1960年
美国Sohio 公司现归属BP-Amoco 公司第一个建成以丙烯氨和空气为原料用氨
氧化法合成丙烯腈的化工厂该工艺就是现今全球95 的丙烯腈装置都采用的Sohio
法
丙烯氨氧化工艺以丙烯和氨气为原料通过氧化生产丙烯腈副产乙腈和氢氰
酸反应如下
主反应C3H6 NH3 15 O2 → CH2 CHCN 3 H2O △H -5 125KJmol
副反应①生成乙腈C3H6 15NH3 15O2 →15CH3CN 3H2O △H
-522KJmol
②生成氢氰酸C3H6 3NH3 3O2 → 3HCN 6H2O △H -94 1KJmol
5
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③生成二氧化碳C3H6 4 5O2 → 3CO2 3 H2O △H - 1925KJmol
④生成一氧化碳C3H6 3O2 → 3CO 3H2O △H - 1925KJmol
该法原料易得工序简单操作稳定产品精制方便经过近40 年的发展技
术日趋成熟目前主要技术改进集中在催化剂流化床反应器以及节能降耗等方面
近年来由于丙烯资源的紧缺以及对丙烯腈需求的不断增加Sohio 旭化成
三菱-BOC 日东BASF Rhodia-Rh ne Poulecnc等公司致力于丙烷氨氧化新工艺的