丙烯腈合成工段的工藝設計

1、北京化工大學北方學院畢業(yè)設計一文獻綜述丙烯睛合成工段的工藝設計前言畢業(yè)設計是培養(yǎng)學生運用理論知識進行實際設計能力的重要實踐教學環(huán)節(jié)，是理論與實際結合的重要連接點。在教師指導下畢業(yè)設計可以培養(yǎng)我們獨立思考，運用所學到的基本理論并結合生產(chǎn)實際的知識，綜合的分析和解決工程實際問題的能力。本次畢業(yè)設計所設計的內(nèi)容為年產(chǎn)6萬噸丙烯月青合成工段的工藝設計，通過認真細聽老師課堂上講解和任務布置，我們了解到了為完成設計需要查找資料的方向，并進行了細心的查閱，掌握了基本的理論知識。對于剛進行設計的人來說，學會收集、理解、熟悉和使用各種資料，正是設計課程需要培養(yǎng)的重要方面，化工設計非常強調(diào)標準規(guī)范。但是并不是限制

2、設計的創(chuàng)造和發(fā)展，因此遇到與設計要求有矛盾時，經(jīng)過必要的手續(xù)可以放棄標準而服從設計要求。通過設計應知道如何查取數(shù)據(jù)知道如何查找資料對丙烯月青合成工段的工藝設計有了一個全新的認識，知道如何選取相關數(shù)據(jù)參數(shù)，建立一個工程概念，知道工程和理論的區(qū)別。對于物料衡算和熱量衡算、主要設備的工藝計算（反應器）等都有一個全新的認識和了解，知道如何使用手冊和資料，認識工程。北京化工大學北方學院畢業(yè)設計一文獻綜述一、產(chǎn)品的性狀、用途、國內(nèi)外市場情況1.1 丙烯月青簡介丙烯月青是一種重要的有機合成單體，在丙烯產(chǎn)品系列中居第二，僅次于聚丙烯，是三大合成材料（纖維、橡膠、塑料）的重要化工原料，主要用來生產(chǎn)聚丙烯月青纖維

3、（月青綸）、丙烯月青-丁二烯-苯乙烯（ABS）塑料、苯乙烯（AS）塑料、丙烯酰胺等。丙烯月青在合成纖維、合成樹脂等高分子材料中占有顯著地位，應用前景廣闊。除此之外，丙烯月青聚合物與丙烯月青衍生物也廣泛應用于建材及日用品中1.2 丙烯月青物化性質(zhì)1.2.1 丙烯月青物理性質(zhì)無色或淡黃色液體，有特殊氣味，分子量：53.06沸點：77.3C冰點：-83.5C生成熱：184.2kJ/mol（25C）燃燒熱：1761.5kJ/mol聚合熱：72.4kJ/mol蒸汽壓：11.0KPa（20C）閃點：0c自燃點：481C爆炸極限：在空氣中3.0%17%（體積）油水分配系數(shù)：辛醇/水分配系數(shù)的對數(shù)值為-0.9

4、2毒性：劇毒，毒作用似氫氟酸溶解性：溶于丙酮、苯、四氯化碳、乙醴、乙醇等有機溶劑，微溶于水1.2.2 丙烯月青化學性質(zhì)丙烯月青由于分子結構帶有C=C雙鍵及-CN鍵，所以化學性質(zhì)非?；顫?，可以發(fā)生加成、聚合、月青基及氫乙基化等反應。聚合反應和加成反應都發(fā)生在丙烯月青的C=C雙鍵上，純丙烯月青在光的作用下能自行聚合，所以在丙烯月青成品及丙烯月青生產(chǎn)過程中，通常要加少量阻聚劑，如對苯酚甲基醴（阻聚劑MEHQ對苯二酚、氯化亞銅和胺類化合物等。除發(fā)生自聚外，丙烯月青還能與苯乙烯、丁二烯、乙酸乙烯、丙烯酰胺等發(fā)生共聚反應，由此可制得合成纖維、塑料、涂料和膠粘劑等。丙烯月青經(jīng)電解加氫偶聯(lián)反應可以制得已二月青

5、。鼠基反應包括水合反應、水解反應、醇解反應等，丙烯月青和水在銅催化劑存在下，可以水合制取丙烯酰胺。氟乙基化反應是丙烯月青與醇、硫醇、胺、氨、酰胺、醛、酮等反應；丙烯月青和醇反應可制取烷氧基丙胺，烷氧基丙胺是液體染料的分散劑、抗靜電劑、纖維處理劑、表面活性劑、醫(yī)藥等的原料。丙烯月青與氨反應可制得1,3丙二胺，該產(chǎn)物可用作紡織溶劑、聚氨酯溶劑和催化劑。1.3 丙烯月青的用途北京化工大學北方學院畢業(yè)設計一文獻綜述丙烯月青主要用于生產(chǎn)月青綸纖維，世界上其所占比例約為55%我國用于生產(chǎn)月青綸的丙烯月青占80%以上。月青綸應用十分廣泛，是繼滌綸、尼龍之后的第3個大噸位合成纖維品種。其次，是用于ABS/AS

6、塑料。由丙烯月青、苯乙烯和丁二烯合成的ABS塑料和由丙烯月青與苯乙烯合成的AS塑料是重要的工程塑料。因該產(chǎn)品具有高強度、耐熱、耐光和耐溶性能較好等特點，今后10年其需求量將大幅增長。與丁二烯共聚制丁月青橡膠也是丙烯月青的主要用途之一。丁月青橡膠應用比例約占4%,年增長在1%以上，主要用于汽車行業(yè)。丙烯月青也是重要的有機合成原料。丙烯月青經(jīng)催化水合可制得丙烯酰胺，經(jīng)電解加氫偶聯(lián)可制得己二月青，丙烯酰胺主要用于紙張、廢水處理、礦石處理、油品回收、三次采油化學品方面，其需求量以年均2%的速率增長。己二月青只用于生產(chǎn)烏落托品，年增長率為4%0此外，丙烯月青還可用來生產(chǎn)谷氨酸鈉、醫(yī)藥、高分子絮凝劑、纖維

7、改性劑、紙張增強劑等。二、產(chǎn)品的發(fā)展情況2.1 國外發(fā)展情況近年來隨著環(huán)氧丙烷下游產(chǎn)品月青綸纖維、ABS/AS丙烯酰胺、丁月青橡膠和丁月青膠乳、已二月青和已二胺等方面的發(fā)展，特別是下游精細化工新品的不斷開發(fā)與應用，世界的丙烯月青需求量也不斷增加。1995-2002年，世界丙烯月青年均增長率約為4.3%。生產(chǎn)能力從475萬t/a增至624.7萬t/a,產(chǎn)量由443萬t/a增至525萬t/a。全球丙烯月青的生產(chǎn)與消費主要集中在美國、西歐、日本等工業(yè)發(fā)達國家與地區(qū)，他們生產(chǎn)能力約占全球生產(chǎn)能力的60.5%,隨著亞洲尤其是東南亞和中國丙烯月青裝置建設加快，美國、西歐和日本生產(chǎn)能力所占比例將呈現(xiàn)逐漸降低

8、的趨勢。12.2 國內(nèi)發(fā)展情況作為煉化產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)，丙烯月青主要用于月青綸、工程塑料以及聚丙烯酰胺等方面的生產(chǎn)。20世紀80年代以來我國丙烯月青工業(yè)發(fā)展較快，從國外引進8套裝置，全部采用BP公司技術。由于丙烯月青副產(chǎn)氫氟酸的環(huán)保問題，近幾年我國新增產(chǎn)能較少。目前，我國主要有11家丙烯月青生產(chǎn)廠家。2005年我國丙烯月青總產(chǎn)能約達110萬噸/年，產(chǎn)量達到93.1萬噸，2006年底我國丙烯月青主要企業(yè)總產(chǎn)能達到106.2萬噸/年，全國總產(chǎn)能約達115萬噸/年。至2009年產(chǎn)能基北京化工大學北方學院畢業(yè)設計一文獻綜述本未變。2010年6月17日，吉林石化第三套丙烯月青裝置兩條生產(chǎn)線先后開車成功，

9、丙烯月青生產(chǎn)能力比原來翻了一番，達到42.4萬噸，躍居國內(nèi)首位。這標志著吉林石化公司已成為全國最大丙烯月青生產(chǎn)基地。中國對丙烯月青的需求持續(xù)增長，ABSS求的年增長率超過10%月青綸需求年增長率為3%目前我國丙烯月青的主要消費領域是月青綸纖維，約占總需求量的80%其次是ABSSAN樹脂、丙烯酰胺和丁月青橡膠。2.3 發(fā)展前景隨著科學技術的不斷發(fā)展，丙烯月青工業(yè)呈現(xiàn)幾大發(fā)展趨勢：一是以丙烷為原料的丙烯月青生產(chǎn)路線在逐步推廣，二是新型催化劑的研究依舊是國內(nèi)的外學者研究的課題，三是裝置規(guī)模大型化。根據(jù)國內(nèi)外丙烯月青市場及生產(chǎn)技術發(fā)展趨勢，提出如下建議：(1)依托國內(nèi)自己的科研力量，積極探索丙烷法制丙

10、烯月青新路線，并積極推進催化劑的國產(chǎn)化進程，形成具有自主知識產(chǎn)權的自有技術。(2)丙烯月青下游產(chǎn)品很多，如丙烯酰胺系列、聚丙烯月青纖維、含月青彈性體、己二月青等，在經(jīng)濟日益發(fā)展的今天，市場顯得尤為重要，建議注重生產(chǎn)技術的同時，注重市場的動向，要大力發(fā)展有前景的下游產(chǎn)品，拓寬潛在市場?；谝陨蠈Ρ┰虑嗍袌龅姆治觯覈┰虑嘈袠I(yè)未來發(fā)展的趨勢可概括為：下游需求持續(xù)增產(chǎn)與市場供不應求并存。近年，丙烯月青的年均9%勺增長率主要得益于ABS行業(yè)的快速發(fā)展，雖然作為丙烯月青的主要下游產(chǎn)品月青綸的市場已趨于穩(wěn)定，但是ABS亍業(yè)高于50%勺進口率決定了ABS亍業(yè)未來的快速發(fā)展，這也必將帶動丙烯月青的需求增

11、長，預計在未來10年，ABS將取代丙烯月青成為丙烯月青最大的下游產(chǎn)品。由于在生產(chǎn)工藝方面丙烯月青氧化法仍然是國內(nèi)最主流的丙烯月青生產(chǎn)工藝,所以丙烯月青的供應仍將長期受到丙烯月青供應不足的限制，國內(nèi)丙烯月青進口量在未來幾年內(nèi)仍將保持在20%認上，我國丙烯月青市場也將長期處于供不應求的狀況。隨著市場供求量的逐年增加，丙烯月青的市場價格在未來幾年也將繼續(xù)上揚，因此，我國丙烯月青行業(yè)在未來幾年依然有著廣闊白市場前景。2三、丙烯月青的合成方法和工藝條件3.1 環(huán)氧乙烷法北京化工大學北方學院畢業(yè)設計一文獻綜述Ij廠luNa2coiCH?CHMgCOsH2C-CH?+HCN:|-:ch2=ch-cn+h?o

12、50-60COHCN200-220r3.2 乙快法乙快和氫氟酸在氯化亞銅-氯化鉀-氯化鈉稀鹽酸溶液的催化作用下在80-90C反應得丙烯月青此法生產(chǎn)過程簡單，收率良好，以氫氟酸計可達97%但副反應多，產(chǎn)物精制較難，毒性也大，且原料乙快價格高于丙烯，在技術和經(jīng)濟上落后于丙烯氨氧化法。1960年以前，該法是世界各國生產(chǎn)丙烯月青的主要方法。CH=CH+HCNCuCb-NH4clHCI8d90CaCH2=CH-CN3.3 丙烷氨氧化法以美國BP公司、日本三菱化成公司為代表的主要丙烯月青生產(chǎn)商開始了以內(nèi)烷為原料的生產(chǎn)丙烯月青的技術開發(fā)工作。該技術主要合成工藝有兩種：一是BP公司開發(fā)的丙烷直接氨氧化法，在特

13、定的催化劑下，以純氧為氧化劑，同時進行丙烷氧化脫氫和丙烯氨氧化法反應；二是三菱化成公司開發(fā)的獨特循環(huán)工藝，主要是丙烷氧化脫氫后生成丙烯，然后再以常規(guī)氨氧化法生產(chǎn)丙烯月青，其主要特點是采用選擇性爛的吸附分離體系的循環(huán)工藝，可將循環(huán)物流中的惰性氣體和碳氧化物選擇性除去，原料丙烷和丙烯100湖收，從而降低了生產(chǎn)成本。盡管丙烷法較丙烯氨氧化法總投資高，但是由于丙烷價格（19.8美分/kg）比丙烯價格（39.6美分/kg）低一半，因此單從原料成本上看丙烷法比丙烯法更有前景，有關資料介紹丙烷法有望比丙烯氨氧化法降低30%勺生產(chǎn)成本。盡管目前尚處于研究階段，開發(fā)高效的催化劑是關鍵，但是由于丙烷價格低廉、容易

14、得到，不久的將來丙烷氨氧化法法可望工業(yè)化生產(chǎn)，前景樂觀。3.4 丙烯氨氧法3CH=CH-CH3+NH3+-O2-CH2=CH-CN+3H式）目前，全球95%上的丙烯月青生產(chǎn)都采用美國BP公司（現(xiàn)為BP-AMOCO公司）開創(chuàng)并發(fā)展的丙烯氨氧化法技術（又稱sohio法），該技術以丙烯和氨氣為原北京化工大學北方學院畢業(yè)設計一文獻綜述料，通過氧化生產(chǎn)丙烯月青，副產(chǎn)乙月青和氫氟酸。該法原料易得、工序簡單、操作穩(wěn)定、產(chǎn)品精制方便，經(jīng)過近40年的發(fā)展，技術日趨成熟?？谀壳爸饕夹g改進集中在催化劑、流化床反應器以及節(jié)能降耗等方面。目前丙烯月青的合成路線主要有以上兩種，其中，丙烯氨氧化法的技術相對內(nèi)烷氨氧化法來

15、說比較成熟，經(jīng)思考，我決定采用丙烯氨氧化法中的Sohio法進行模擬與設計。丙烯月青氧化法的優(yōu)點如下：(1)丙烯是目前大量生產(chǎn)的石油化學工業(yè)的產(chǎn)品，氨是合成氨工業(yè)的產(chǎn)品，這兩種原料均來源豐富且價格低廉。(2)工藝流程比較簡單，經(jīng)一步反應便可得到丙烯月青產(chǎn)物。(3)反應的副產(chǎn)物較少，副產(chǎn)物主要是氫氟酸和乙月青，都可回收利用，而且丙烯月青成品純度較高。(4)丙烯氨氧化過程系放熱反應，在熱平衡上很有利。(5)反應在常壓或低壓下進行，對設備無加壓要求。(6)與其他生產(chǎn)方法如乙快與氫氟酸合成法，環(huán)氧乙烷與氫氟酸合成法等比較，可以減少原料的配套設備(如乙快發(fā)生裝置和氟化氫合成裝置)的建設投資。四、環(huán)境保護和

16、安全措施4.1 丙烯月青生產(chǎn)中的廢水和廢氣及廢渣的處理丙烯月青裝置的廢水來源主要是反應生成水和工藝過程用水。因反應條件和采用的催化劑不同，各主、副反應物的單程收率不會一樣，生成水量也會有所差別。通常合成1t丙烯月青產(chǎn)生1.52.0m+3反應生成水。工藝過程用水包括分離合成產(chǎn)物過程用的吸收水和萃取水，反應器用的稀釋蒸氣(有些催化劑不用)，和蒸儲塔用的直接蒸氣(最終冷凝成水)。在提純丙烯月青、乙月青、氫氟酸的加工過程中需將水分離、排放。這些排放水中有含氟毒物、聚合物、無機物(硫酸俊、催化劑粉塵等),在排放前都需要經(jīng)過處理。例如,氨中和塔釜液經(jīng)廢水塔處理后，含丙烯月青100300mg/l,乙月青10

17、0200mg/l,氫氟酸10001500mg/l,化學需氧量2000030000mg/l,總有機物含量達5%(w)。來自乙月青精制系統(tǒng)及清洗設備的廢堿液中，含乙月青1.01.5%(w),氫氧化鈉2.02.5%(w),其它物質(zhì)1.52.0%(w)o4北京化工大學北方學院畢業(yè)設計一文獻綜述丙烯睛裝置的三廢中廢渣主要廢催化劑，目前國內(nèi)尚無回收裝置，均采用掩埋處理。廢氣主要是吸收塔放空氣，如果原料丙烯純度較高，姓含量低，放空氣可直接排入大氣。廢水可采用濁清分開處理方法，含有機物高的廢水去焚燒爐焚燒，含有機物低的廢水經(jīng)化學和生化處理達到排放標準后進行排放，使整個裝置的三廢排放達到國家標準。4.2 生產(chǎn)安

18、全及防護措施呼吸系統(tǒng)防護：可能接觸毒物時，必須佩戴過濾式防毒面具（全面罩）。緊急事態(tài)搶救或撤離時，佩戴空氣呼吸器。眼睛防護：呼吸系統(tǒng)防護中已作防護。身體防護：穿連衣式膠布防毒衣。手防護：戴橡膠手套。其它：工作現(xiàn)場禁止吸煙、進食和飲水。工作畢，徹底清洗。單獨存放被毒物污染的衣服，洗后備用。車間應配備急救設備及藥品。作業(yè)人員應學會自救互救。工藝流程中安全防護措施：丙烯氨氧化法的生產(chǎn)工序主要有氧化和回收精制。丙烯與氨按一定比例混合送入氧化反應器，由分布器均勻分散到催化劑床層中。空氣按一定比例從反應器底部進入，經(jīng)分布板向上流動，與丙烯、氨混合并使催化劑床層流化。丙烯、氨、空氣在440450c和催化劑的

19、作用下生成丙烯月青。反應生成熱由高壓冷卻水管產(chǎn)生高壓蒸汽移出；反應氣體中的過量氨在中和塔上部與硫酸中和生成硫酸俊被回收；反應氣體中的丙烯月青和其它有機產(chǎn)物在吸收塔被水全部吸收下來；吸收塔液中的乙月青在回收塔被分離出來；回收塔液中的氫鼠酸在脫氨酸塔蒸出回收；在成品塔將水和易揮發(fā)物脫除得到高純度的丙烯月青產(chǎn)品。北京化工大學北方學院畢業(yè)設計一文獻綜述通過以上文獻綜述知道，丙烯月青是重要的有機原料，主要用于橡膠合成（如丁月青橡膠）、塑料合成（如ABSAS樹脂、聚丙烯酰胺等）、有機合成、制造月青綸、尼龍66等膈成纖維、殺蟲劑、抗水劑、粘合劑等。在本次年產(chǎn)6萬噸丙烯月青的合成工藝設計中發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)需求與現(xiàn)有生產(chǎn)能力仍有一定差距，丙烯月青在國內(nèi)擁有廣闊的市場和發(fā)展?jié)摿?。本次設計所采用的工藝，是比較成熟的丙烯氨氧化法技術（又稱sohio法）。從整個工藝上來看，在技術上沒有太大的突破，主要的研究方向在于提高丙烯月青的收率、降低能耗、減少污染物排放。提高工藝的經(jīng)濟效率的關鍵在于