4-創(chuàng)新性說明書

1、年產(chǎn)14萬噸丙烯腈項(xiàng)目創(chuàng)新性說明書年產(chǎn)14萬噸丙烯腈項(xiàng)目創(chuàng)新性說明書小組名稱：浙江大學(xué) champion團(tuán)隊(duì)劉甲鋒 盧尚青 徐林杰 彭昕悅 周超 1.工藝流程1.1磷銨急冷技術(shù)反應(yīng)氣體離開反應(yīng)器后，首先需要進(jìn)入急冷塔脫除未反應(yīng)的氨，減少氨與丙烯腈反應(yīng)生成各種聚合物所造成的損失。傳統(tǒng)工藝以硫酸作為吸收劑，脫除未反應(yīng)的氨，生成硫銨作為副產(chǎn)物。但是，經(jīng)氨中和回收的硫酸銨結(jié)晶中的氰化物含量一般難以降到使用標(biāo)準(zhǔn)，用作肥料時(shí)，肥效低，還會(huì)造成土地板結(jié)，不受農(nóng)民歡迎。本項(xiàng)目選擇一種新工藝吸收氨，即以磷酸二氫銨吸收氨氣生成磷酸氫二銨，磷酸氫二銨加熱后分解放出氨氣，氨經(jīng)干燥后可以循環(huán)使用，也可以不進(jìn)行干燥，以氨

2、水作為產(chǎn)品。1.2側(cè)線精餾技術(shù)傳統(tǒng)工藝中，回收塔僅做丙烯腈與乙腈的分離，乙腈從塔釜排出。乙腈精制時(shí)需要首先從塔釜液中解吸提濃，而塔底乙腈濃度僅為0.1%。本項(xiàng)目在分離乙腈與丙烯腈的萃取精餾塔采用側(cè)線精餾技術(shù)，萃取精餾塔側(cè)線抽出乙腈含量10%w左右的氣相，。此復(fù)合塔可以有效減小回收乙腈的能耗。2.節(jié)能方案設(shè)計(jì)利用回收塔塔釜排出的循環(huán)水的熱量，此流股水流量大（445000kg/hr），溫度高（115），本工藝中，此熱水引到脫氫氰酸塔、成品塔塔釜作為再沸器熱源、丙烯蒸發(fā)器、氨蒸發(fā)器等處作為熱源，可以減少公用工程的使用量。詳見附錄第三章“熱集成與節(jié)能技術(shù)”。本工藝為一閾值問題，反應(yīng)放熱量、循環(huán)水冷卻的

3、放熱量大。其中，由于水集成而帶來的循環(huán)水的廢熱量大，而工藝中又有適合使用低溫冷卻水（7左右）的地方。3.反應(yīng)器設(shè)計(jì)通過六個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)了丙烯氨氧化法反應(yīng)器從無到有的完整設(shè)計(jì)。整個(gè)丙烯氨氧化法的反應(yīng)器設(shè)計(jì)思路如下圖所示使用COMSOL軟件驗(yàn)證模型反應(yīng)器設(shè)計(jì)步驟圖1、使用含晶格氧的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)模型反應(yīng)器模擬采用最新的含晶格氧的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，能更為準(zhǔn)確地模擬動(dòng)力學(xué)歷程。丙烯氨氧化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)圖2、使用齊魯石化SANC08的工業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)定整定MB86動(dòng)力學(xué)參數(shù)使用aspen plus根據(jù)實(shí)際工業(yè)情況對(duì)反應(yīng)器和進(jìn)料進(jìn)行設(shè)定，對(duì)活化能、指前因子與晶格養(yǎng)分率進(jìn)行校正，最終模擬結(jié)果中的各物質(zhì)單純收率均與實(shí)際工業(yè)數(shù)

4、據(jù)高度一致，可見整定出的SANC-08動(dòng)力學(xué)參數(shù)較為合理。3、使用平推流反應(yīng)器模擬流化床的上流區(qū)與回流區(qū)根據(jù)逆流兩相模型，反應(yīng)器內(nèi)的物流分為上流區(qū)與回流區(qū)，均以平推流的形式進(jìn)行。真實(shí)的流化床反應(yīng)器被分為了RECTOR和BACK兩個(gè)平推流反應(yīng)器。考慮環(huán)流的影響，能夠幫助我們?cè)贏SPEN中構(gòu)建一個(gè)更符合工業(yè)實(shí)際情況的模型，從而模擬出更為精確的結(jié)果。圖3-1 反應(yīng)器ASPEN模型示意圖4、使用COMSOL軟件利用軸向反混模型模擬驗(yàn)證將建立的軸線擴(kuò)散模型編譯入comsol模塊中，使用MB-86的動(dòng)力學(xué)參數(shù)及工業(yè)運(yùn)行出口收率求出此時(shí)工業(yè)流化床反應(yīng)器最合適的反混系數(shù)。得到Pe=1.4，丙烯氨氧化法實(shí)際工藝

5、中使用的湍動(dòng)流化床更接近于平推流，ASPEN選用RPLUG模塊模擬兩區(qū)流具有合理性。圖3-3 Pe=1.4，各產(chǎn)物分壓隨床層高度變化關(guān)系圖5、使用校正后的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)優(yōu)化年產(chǎn)14Wt丙烯腈反應(yīng)器經(jīng)過工藝條件的合理選擇以及空比和催化劑藏量的二維尋優(yōu)，丙烯的轉(zhuǎn)化率提高，各產(chǎn)物的氧化程度減小，丙烯腈單程收率為83.01%，較工業(yè)實(shí)際參數(shù)80.27%提高了三個(gè)百分點(diǎn)，優(yōu)化結(jié)果合理。表3-6優(yōu)化后反應(yīng)器條件一覽表裝置溫度頂壓kPa壓降kPa氨比空比丙烯腈產(chǎn)量t/h催化劑藏量t空速齊魯石化50kt裝置435.1141.721.91.259.627.15980.073優(yōu)化后140kt裝置435.1141.74

6、9.801.258.3524.021470.163優(yōu)化后130kt裝置的產(chǎn)物單程收率及丙烯轉(zhuǎn)化率情況見表3-7表3-7 優(yōu)化后各產(chǎn)物單程收率一覽物質(zhì)動(dòng)力學(xué)校正后值13Wt尋優(yōu)后值工業(yè)文獻(xiàn)值優(yōu)化效果單程收率CO2.84%2.63%2.84%-7.39%CO25.47%5.06%5.40%-6.30%C3H3N81.38%83.01%80.27%3.41%HCN6.06%5.62%6.07%-7.41%C2H3N2.25%2.12%2.26%-6.19%C3H4O0.44%0.47%0.44%6.82%轉(zhuǎn)化率C3H698.45%98.92%98.25%0.68%6、流化床反應(yīng)器設(shè)計(jì)從床層、分布板、旋風(fēng)分離器、和撤熱管對(duì)丙烯氨氧化法制丙烯腈流化床反應(yīng)器進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，得到了反應(yīng)器的基本參數(shù)。反應(yīng)器選型結(jié)果如下表所示。表3-10丙烯腈氨氧化法流化床反應(yīng)器設(shè)計(jì)一覽表反應(yīng)器尺寸分布板旋風(fēng)分離器撤熱管催化劑裝填量反應(yīng)器直徑密相段高度總高度分布孔數(shù)量?jī)煞植及彘g距型號(hào)安裝高度氣化段過熱段147t9.5m5.25m25m597個(gè)0.53mPV-PVE串聯(lián)11.4m50根70根4、安全儀表系統(tǒng)SIS設(shè)計(jì)根據(jù)國家安監(jiān)局頒布的危險(xiǎn)化工工藝流程規(guī)定，丙烯腈合成反應(yīng)屬