2019年丙烯腈生产的概念设计方案.ppt
年产10万吨丙烯腈生产流程概念设计
《化工过程分析和合成设计》课程设计报告 《Analysis, synthesis, and Design of Chemical Processes》Design Report年产10万吨丙烯腈生产流程概念设计林英光 喻冬秀指导教师：钱 宇 教授陆恩锡 教授专业名称：化学工程年 级：2004 博士单位名称：化工学院完成日期: 2005年3月目 录一、丙烯腈概述.......... ..................................... ........................................ (2)1.1 丙烯腈性质 (2)1.2 国内外生产现状 (3)1.3 丙烯腈生产方法 (4)1.4 项目设计背景 (4)1.5 设计目标 (4)1.6 设计任务 (4)二、合成丙烯腈技术分析 (4)2.1 反应过程分析 (4)2.2 分离过程分析....................... ....................... .. (7)三、流程叙述 (8)3.1 原料规格 (8)3.2 工艺流程 (8)四、流程模拟与优化........ . (8)4.1 工艺流程模拟 (9)4.2 冷凝塔F-101操作条件确定 (9)4.3 冷凝塔F-102操作条件确定 (10)4.4 精馏塔T-101操作条件确定 (11)4.5 精馏塔T-102操作条件确定........... .. (13)4.6 全流程模拟结果与物料衡算 (15)4.7 全流程模拟计算输出报告 (16)五、丙烷与丙烯氨氧化法对比经济分析 (16)5.1 反应过程对比经济分析 (16)5.2 投资成本对比经济分析 (17)六、总结 (18)七、建议 (18)八、参考文献 (18)九、附录:流程模拟计算输出报告 (19)一、 丙烯腈概述1.1丙烯腈的性质1.1.1 丙烯腈的物理性质丙烯腈是一种非常重要的有机化工原料，在合成纤维、树脂、橡胶急胶粘剂等领域有着广泛的应用。
丙烯腈生产概念设计方案
三、技 术 分 析---分离系统结构设计
反应气
反应产物 冷 凝 塔
CO2、CO、原料气 HCN
冷
精
凝
馏
塔
塔
氨、水
丙烯腈
精 馏 塔
乙腈
四、流程模拟与优化---工艺流程图
Aspen plus 模拟流程图
四、流程模拟与优化--冷凝塔F-101操作条件确定
冷凝塔F-101温度对分离效果的影响
四、流程模拟与优化--冷凝塔F-101操作条件确定
五、 经济分析--反应过程对比经济分析
收率为60% 时丙烷法与丙烯法反应器参数对比
项目
丙烷氨氧化法 (A)
反应器热负荷 MMkcal/hr
-53.664016
反应出料物流体积流量 106027.352 Cum/hr
丙烯氨氧化法 A/B (B)
-45.26637
1.19
98368.434
1.08
产物丙烯腈流量 (纯度99.5%)
2 25 1 1 440 0 0 0 0 0 0 0 0 440 7493.5 0.6927 17.031
5 70 1 1 440 0 0 0 0 0 0 0 0 440 7493.5 0.6002 31.999
7 410 1.2
1 55.5808 98.0035
325.6 8.5536 50.2656 1597.38 90.3936 25.7664 53.2224 2304.8 58895 0.5407 25.553
三、技 术 分 析---反应过程分析
丙烷 氧气 氨
C3H8 + NH3 +1.5 O2 → CH2 =CHCN + 3 H2O C3H8 + 1.5NH3 + 2O2 → 1.5CH3CN + 4H2O C3H8 + 3NH3 + 3.5O2 → 3HCN + 7H2O C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O C3H8 + 3.5O2 → 3CO + 4H2O
年产10万吨丙烯腈概念设计-PPT课件
第3部分 系统设计优化
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• 对于整个丙烷氨氧化法制丙烯腈系统而言，由于 生产工艺已经较为成熟，且各个设备都是在必需 够用的基础上进行选择的，并且在分步模拟中已 经自觉地采取了优化措施，使用的操作参数对整 个系统的节能、降低生产成本都有很大裨益，因 此，很难在设计好的流程中再进行优化设计 • 在设计模拟过程中，丙烯腈精制塔是控制产品质 量的关键单元操作，由于采用的操作参数与最初 通过Winn-Underwood-Gilliland方法（间接计 算法）计算的操作参数有较大出入，现简单介绍 在设计过程中的优化思路
3
• 溶于水、乙醚、乙醇、丙酮、苯和四氯化 碳，与水形成共沸物，易挥发，有腐蚀性 • 易燃，遇火种、高温、氧化剂有燃烧爆炸 的危险，其蒸气与空气形成爆炸性混合物， 毒性极强 • 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 • 丙烯腈也是重要的有机合成原料，丙烯腈 聚合物与丙烯腈衍生物也广泛应用于国民 经济的多个领域。产品主要用于制作家用 电器和家用电子设备的零部件
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中国丙烯腈消费结构及预测（万吨/年）
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中国大陆丙烯腈消费结构(2019年)
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中国丙烯腈拟建或改造情况—2019年（万吨/年）
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第2部分 丙烷氨氧化生产丙烯 腈的原理和工艺流程设计
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2.1 丙烯腈生产装置、工艺特点
• 丙烯腈装置具有高温、高压、剧毒、易燃易爆、 强腐蚀等特点，属于典型的石油化工装置。装置 工艺复杂、自动化程度高，属于典型的现代化生 产装置。生产的产品具有较高的质量，指标高于 国家优级品，其中产品中过氧化物、醛类指标明 显低于其他丙烯腈产品。设备种类齐全，拥有： 流化床反应器；新型急冷塔、填料式吸收塔、精 馏塔等塔器；离心式透平空气压缩机、离心式透 平制冷机；离心泵、屏蔽泵、真空泵、计量泵等 各种机泵；以及各类储罐、过、收益核算
年产20万吨丙烯腈概念设计
丙烷直接氨氧化法研究进展
生产工艺改进：日本三菱化学公司引入了BOG公 司的Petrox烃类循环工艺;BP-Amoco公司提出了 未反应氨回收工艺。近年来，随着各国对环保和 可持续发展理念的不断提高，丙烯腈生产技术的 改进也主要集中在节能降耗、环保等方面。
催化剂的改进：日本三菱化学和旭化成两公司只 要开发钼酸钒催化剂，目前该催化剂能够获得高 达60%以上的丙烯腈收率；BP-Amoco主要开发锑 酸钒催化剂；第三种新型催化剂是钒铝氧氮化物， 对丙烯腈时空收率(单位催化剂每小时丙烯腈生 成量)远远高于其它催化剂。
Aji＝1601.3070 Aji＝1313.6823 Aji＝216.3372
Bij＝-5.9440
Bij＝0
Bij＝0
Bji＝702030 Cij＝0.3000
Bji＝0 Cij＝0.4347
Bji＝0 Cij＝0.3100
热力学方法选 择时，Aspen 不自带水、丙 烯腈和乙腈的 相互作用参数， 需根据卓越公 司提供的数据 自己输入，如 左图。
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国际现状
地区 欧洲
2001年 130
2002年 130
2003年 130
2004年 125
2005年 100
2010年 100
中东/非洲
30
30
30
30
35
35
亚洲
230
250
270
280
315
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510 约520 约550
年产20万吨丙烯腈工艺的设计
概述丙烯腈是一种重要的有机化工原料，广泛应用于合成合成纤维、聚合物、橡胶和塑料等。
在丙烯腈工艺设计中，主要考虑到原料选取、反应条件、工艺流程和设备选择等因素。
原料选取丙烯腈的主要原料是丙烯和氰化氢。
丙烯是一种常见的烯烃，可从石油炼制过程中分离得到。
氰化氢则可通过甲酰氯与氨气进行反应得到，或者通过甲醛与氨水进行加热反应制备。
在原料选取方面，应考虑原料的纯度、可获得性、成本以及环境和安全因素。
反应条件丙烯与氰化氢进行反应生成丙烯腈的反应是一个氰化加成反应。
该反应通常需要在高温和高压下进行，以促进反应的进行。
反应温度通常在100-150℃之间，反应压力通常在2-5MPa之间。
此外，还需添加催化剂以提高反应速率和选择性。
工艺流程丙烯腈的工艺流程通常包括原料处理、反应、分离和后续处理等步骤。
在原料处理步骤中，丙烯和氰化氢需要通过净化系统进行预处理，以去除其中的杂质和不纯物质。
在反应步骤中，预处理后的丙烯和氰化氢进入反应釜中。
反应釜通常是带有搅拌装置的加热压力容器，以确保反应的进行。
在反应过程中，维持适当的温度和压力可以提高反应速率和选择性。
在分离步骤中，反应后的混合物需要通过蒸馏、萃取和凝固等分离技术进行处理，以分离出纯净的丙烯腈产品。
蒸馏是最常用的分离技术，通过利用不同物质的沸点差异进行分离。
此外，还可以采用萃取和凝固等技术作为辅助分离手段。
在后续处理步骤中，分离得到的丙烯腈产品需要经过进一步的处理和精炼，以达到工业标准的产品质量要求。
后续处理包括去除杂质、降低不纯物质含量和提高产品纯度等。
设备选择丙烯腈工艺中的关键设备包括反应釜、蒸馏塔、萃取器和凝固器等。
反应釜应具备高温高压抗性和良好的搅拌性能，以确保反应的进行。
蒸馏塔应具备高效的分离性能和较大的分离能力，以提高产品纯度和产量。
萃取器和凝固器则需要具备良好的物质传递和分离性能，以实现辅助分离和精炼的目的。
结论年产20万吨丙烯腈工艺设计需要综合考虑原料选取、反应条件、工艺流程和设备选择等因素。
产万吨丙烯腈生产概念设计
国内表观需求量120万吨/年，生产能力只有76万吨/年。
通过市场调研我们发现随着石油价格的节节攀升，丙烯腈 的价格随之上涨，而且丙烯腈的制备工艺在我国还有待发
展，做好这个项目模拟有很广阔的市场前景。
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来源：
3.目标与任务
该项目来源于卓越化学公司(Excellent Chemicals)。
目标：
设计规模：年产20万吨（4亿磅）的生产设计模拟
与优化
产品要求：丙烯腈的最小质量纯度达到99.0%
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设计任务
根据生产要求和工艺条件设计出年产20万吨丙烯腈的生产流 程 用Aspen plus 对流程进行模拟，确定设备的操作参数（温度， 压力，采出量，回流比等），输出设计报告 根据各单元操作的工艺特点优化操作参数，降低操作的难度， 从而节约成本 对模拟流程进行经济核算
CN基：水解反应，水合反应，醇解反应等 CH2=CHCN+H2O CH2=CHCNH2
∥
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O
4
产品规格
序号 1 2 外观 色度（Pt－CO），号 指标名称
产品标准（GB7717.1－94）
指标 优等品 < 5 一等品 透明液体、无悬浮物 5 10 合格品
3
4 5 6 7 8
酸度
密度（20℃）/（g/cm3） PH值（5％水溶液） 滴定值（5％的水溶液）/ml 水分/%(质) 总醛（以乙醛计）/%(质)
<
0.0020
0.0035
0.800～0.807 6.0～9.0
－
< < <
2.0 0.45 0.05
年产20万吨丙烯腈概念设计
≥99.3
0.800～0.807
6.0～9
6.0～10.0
≤2.0
≤3.0
≤5
≤16
≤0.45
≤0.50
≤0.005
≤0.010
≤0.0005
≤0.0010
≤0.00002
≤0.00003
≤0.00001
≤0.00002
≤0.020
≤0.030
≤0.010
≤0.020
≤0.0015
≤0.0040
合格品
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物化性质：
丙烯腈是无色或淡黄色液体，有特殊气味， 分子量 53.06，沸 点 77.3℃， 冰 点 -83.5 ℃，闪 点 0℃，自燃点 481℃，聚合热 72.4 kJ/mol，剧毒 ，溶 于丙酮、苯、四氯化碳、乙醚、乙醇等有 机溶剂，微溶于水 。
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。
△H = -1925KJ/mol
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丙烷氨氧化法
主反应： C3H8 + NH3 +2 O2 → CH2 =CHCN(AN) + 4 H2O C3H8 + 0.5O2 →C3H6 (PEN) + H2O C3H6 + NH3 +1.5 O2 → CH2 =CHCN(AcN) + 3 H2O
副反应： ①C3H6 + 1.5NH3 + 1.5O2 → 1.5CH3CN + 3H2O ②C3H6 + 3NH3 + 3O2 → 3HCN + 6H2O ③C3H8+ 4O2 → 2CO+CO2 +4 H2O ④2NH3 + 1.5 O2 →N2 + 3 H2O
年产45万吨丙烯腈合成工段工艺设计
丙烯腈是一种重要的化工原料，广泛应用于合成纤维、橡胶、塑料等行业。
下面将对年产4.5万吨丙烯腈合成工段工艺设计进行详细说明。
丙烯腈的合成主要有两种方法，一种是直接氧化合成法，另一种是丙烯氰化合成法。
在本工艺设计中我们采用丙烯氰化合成法进行丙烯腈的合成。
丙烯氰化合成法主要包括以下几个步骤：丙烯氰化、丙烯腈提取、脱水、脱氢、精馏等。
1.丙烯氰化丙烯通过氰化剂和催化剂反应生成丙烯腈。
反应条件为高温高压，反应温度为200-300℃，反应压力为1.5-2.5MPa。
催化剂主要采用金属氧化物催化剂，如钒、钼、钴等。
2.丙烯腈提取丙烯腈通过吸收剂进行提取，常用的吸收剂为甲醇和丁二醇。
在提取过程中，通过洗涤和分离等操作将丙烯腈和吸收剂进行分离，从而得到纯度较高的丙烯腈。
3.脱水提取得到的丙烯腈中含有少量的水分，需要进行脱水处理。
常用的脱水方法有蒸馏和分子筛脱水，脱水温度一般为50-70℃，脱水后得到较干净的丙烯腈。
4.脱氢脱水后的丙烯腈通过加热进行脱氢反应，将丙烯腈转化为丙烯。
脱氢反应的条件为高温高压，一般反应温度为400-500℃，反应压力为0.1-0.3MPa。
脱氢反应需要使用催化剂，常用的催化剂有镍和钼催化剂。
5.精馏脱氢反应后得到的丙烯通过精馏得到纯度较高的丙烯产品。
精馏操作主要包括原初分馏和精馏塔设计。
原初分馏主要是将气态丙烯从液态副产物中分离出来，精馏塔设计主要是通过多级分馏将丙烯的纯度提高到达要求。
以上是年产4.5万吨丙烯腈合成工段工艺设计的基本步骤，具体实施时还需要考虑一些细节问题，如反应温度、压力的选择、催化剂的选择和催化剂的再生等。
在实施过程中还需要进行工艺试验和工艺优化，以确保工艺的稳定性和高效性。
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1过高的投资费用制约了丙烷法的工业化进程，进一 步开发高性能催化剂则是促进该工艺工业化的重要因 素。
年利润总额：年产品销售收入 – 年产品销售 税金及附加 - 年总成本费用=22.328×106美元
7 结论及创新
1丙烷氨氧化法的工艺与丙烯氨氧化法基本相同，但 吸收部分用磷酸氢二氨代替了稀硫酸。
1由于全球丙烯资源的短缺和丙烷价格的低廉，使丙 烷氨氧化制丙烯腈工艺成为烷烃活化技术中的开发热 点。
2001
需求 产能
2002
2003
时间/年
2004
2005
3 设计内容
对丙烷氨氧化工艺流程的丙烯腈生产过 程进行概念设计。
对丙烷氨氧化法进行经济可行性分析。
反应器系统
① 流化床反应器 ② 反应气体冷却器 ③ 开工空气加热 ④ 催化剂贮槽⑤ 催化剂补充料斗⑥ 冷剂槽 ⑦ 垂直换热器 ⑧ 来自丙烷过热器的丙烷进料 ⑨ 来自氨过热器的氨进料 ⑩ 经冷却器的反应器出口气体去急冷塔
丙烯腈还可用来生产谷氨酸钠、医药、 高分子絮凝剂、纤维改性剂、纸张增强 剂等
需求/万吨
240 220 200 180 160 140 120 100
2000
2 市场调研
腈纶纤维 ABS 其它
2002
2004
2006
年代
2008
2010
丙烯腈/吨
130 120 110 100
90 80 70 60 50 40
丙烯腈生产的概念设计
指导老师：钱 宇 （教授） 李秀喜（副研究员）
学 生：肖乐业 易艳红
主要内容
1 丙烯腈产品概述 2 市场调研 3 设计内容 4 工艺方案 5 PROⅡ流程模拟与结果 6 项目经济技术分析 7 结论及创新
1 丙烯腈产品概述
丙烯腈主要被用来生产ABS树脂，丙烯酰 胺、丙烯酸纤维、己二睛和苯乙烯-己二 睛树脂
急冷系统
回收和分离系统
反应气从氨中和塔顶出来进入水吸收塔下部。 自回收塔（萃取解吸塔）底来的水，经换热
后进入水吸收塔上部用作吸收液。 反应气中的丙烯腈，乙腈和氢氰酸等溶于水
中，N2、CO2、CO以及未反应的丙烷等由塔 顶出来，经压缩冷去后丙烷与其它气体分开， 用作进料。
丙烯腈精制系统
丙烯腈和水形成共沸混合物，将共沸混合物 蒸出并冷凝，可得含丙烯腈90%以上油相和 含水90%以上的水相。
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。
丙烯腈与乙腈相对挥发度接近于1，采用萃 取蒸馏。选水做萃取剂，当塔顶水的摩尔分 数达0.8时，相对挥发度达1.8，此时仅需40 块实际塔板就能将丙烯腈和乙腈分离。
取代价格较昂贵的丙烯为原料的路线,对 于提高资源的利用率有极其重要的影响。
成本利润分析
生产成本(COM) ：直接生产成本(DMC) + 固 定生产成本(FMC) + 总费用 (GE)=169.5 ×106 美元/年
年销售额：2256.8美元/吨×100000吨/年 =225.68×106美元/年
4 工艺模块流程图
循环物流
原料
反应预处 理
反应器
分离预处 理
副产品
分离器
产品 产品精制
环保处理
5 PROⅡ流程图
模拟结果
原料
反应器
序 号
组分
流量 公斤/小时
组分
流量 公斤/小时
精制部分产品
组分
流量 公斤/小时
浓度 %
1 C3H8 28733
C3H8 3812.4904
2 NH3 3 O2 4 N2
12951 C3H3N 13819.5416 C3H3N 13804.0805 99.5 59208 HCN 1822.6126 HCN 1821.8225 99.7
213325 C2H3N
95.708
C2H3N 95.7083
0.5719
6 项目经济技术分析
本项目根据目前最新的研究进展，采用 收率较高的催化剂，选择丙烷为原料氨 氧化制取丙烯腈的工艺路线。