年產(chǎn)萬(wàn)噸丙烯腈項(xiàng)目概念設(shè)計(jì)

年產(chǎn)萬(wàn)噸丙烯腈項(xiàng)目概念設(shè)計(jì)第1頁(yè)/共46頁(yè)2年產(chǎn)15萬(wàn)噸丙烯腈項(xiàng)目概念設(shè)計(jì)第2頁(yè)/共46頁(yè)3項(xiàng)目介紹內(nèi)容產(chǎn)品概述需求分析項(xiàng)目簡(jiǎn)介研究方案進(jìn)程安排第3頁(yè)/共46頁(yè)41.產(chǎn)品概述丙烯腈概述丙烯腈物化性質(zhì)產(chǎn)品規(guī)格第4頁(yè)/共46頁(yè)5丙烯腈概述丙烯腈，CH2=CH－CN,英文縮寫為AN，1893年已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室合成。到1930年被工業(yè)上用于合成耐油丁腈橡膠?，F(xiàn)在除丁腈橡膠之外，廣泛用于ABS塑料、AS塑料和腈綸纖維（PAN）的生產(chǎn)等。此外，丙烯腈還是合成丙烯酰胺、聚丙烯酸酯等的重要原料。第5頁(yè)/共46頁(yè)6丙烯腈的物化性質(zhì)主要物理性質(zhì)分子量：53.06

沸點(diǎn)：77.3℃

冰點(diǎn)：－83.5℃

生成熱：184.2kJ/mol(25℃)

燃燒熱：1761.5kJ/mol

聚合熱：72.4kJ/mo

閃點(diǎn)：0℃

自燃點(diǎn)：481℃

毒性：劇毒第6頁(yè)/共46頁(yè)7丙烯腈的物化性質(zhì)主要化學(xué)性質(zhì)C=C:聚合反應(yīng)，加成反應(yīng)，氰乙基化反應(yīng)等自聚反應(yīng)：光照條件，加阻聚劑共聚反應(yīng)：與苯乙烯、丁二烯、乙酸乙烯、丙烯酰胺反應(yīng)合成纖維、塑料、涂料等CN基：水解反應(yīng)，水合反應(yīng)，醇解反應(yīng)等氰乙基化反應(yīng)

第7頁(yè)/共46頁(yè)8產(chǎn)品規(guī)格序號(hào)指標(biāo)名稱指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品1外觀透明液體、無(wú)懸浮物2色度（Pt－CO），號(hào)<55103酸度<0.00200.0035－4密度（20℃）/（g/cm3）0.800～0.8075PH值（5％水溶液）6.0～9.06滴定值（5％的水溶液）/ml<2.02.03.07水分/%(質(zhì))<0.450.450.608總?cè)ㄒ砸胰┯?jì)）/%(質(zhì))<0.050.050.0109總氰（以氫氰酸計(jì)）/%(質(zhì))<0.00050.00100.002010過(guò)氧化物（以過(guò)氧化氫計(jì)）/%(質(zhì))<0.000020.000020.0000411鐵/%(質(zhì))<0.000010.00000.0000212丙烯醛/%(質(zhì))<0.00100.00200.004013丙酮/%(質(zhì))<0.0100.0200.03014乙腈/%(質(zhì))<0.0150.0200.03015銅/%(質(zhì))<0.000010.00001－16沸點(diǎn)（在0.10133Mpa下）/℃74.5～79.017阻聚劑對(duì)一羥基苯甲醛/%(質(zhì))0.0035～0.0045氨/%(質(zhì))0.008～0.012產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)（GB7717.1－94）第8頁(yè)/共46頁(yè)92.需求分析國(guó)際需求國(guó)內(nèi)需求國(guó)內(nèi)需求分析第9頁(yè)/共46頁(yè)10第10頁(yè)/共46頁(yè)11第11頁(yè)/共46頁(yè)12國(guó)內(nèi)需求第12頁(yè)/共46頁(yè)13國(guó)內(nèi)丙烯腈主要生產(chǎn)廠家第13頁(yè)/共46頁(yè)14丙烯腈消費(fèi)結(jié)構(gòu)第14頁(yè)/共46頁(yè)15國(guó)內(nèi)需求分析需求持續(xù)增長(zhǎng)，2010年我國(guó)丙烯腈消費(fèi)量預(yù)計(jì)達(dá)到166.9萬(wàn)國(guó)內(nèi)產(chǎn)量不斷增長(zhǎng),進(jìn)口依存度呈下降趨勢(shì)年進(jìn)口量保持在30萬(wàn)噸以上第15頁(yè)/共46頁(yè)163.項(xiàng)目簡(jiǎn)介項(xiàng)目來(lái)源項(xiàng)目目標(biāo)第16頁(yè)/共46頁(yè)17項(xiàng)目來(lái)源該項(xiàng)目來(lái)源于卓越化學(xué)公司(ExcellentChemicals)。該公司的商業(yè)開(kāi)發(fā)部門想要擴(kuò)大他們的纖維和樹脂生產(chǎn)線，這一項(xiàng)目能為作為原料之一丙烯腈提供40萬(wàn)噸的市場(chǎng)。因此，經(jīng)濟(jì)的丙烯腈生產(chǎn)工藝的開(kāi)發(fā)成為該公司迫切需要解決的問(wèn)題。為解決此問(wèn)題，要求

EnDoCor公司(ENGINEERINGDESIGNCORPORATION)

對(duì)此進(jìn)行概念設(shè)計(jì)。第17頁(yè)/共46頁(yè)18項(xiàng)目目標(biāo)設(shè)計(jì)項(xiàng)目15萬(wàn)噸/年產(chǎn)品名稱丙烯腈產(chǎn)品規(guī)格GB/T7717，合格品，丙烯腈濃度99w%以上主要用途：工業(yè)生產(chǎn)ABS樹脂第18頁(yè)/共46頁(yè)194.設(shè)計(jì)方案分析比較確定最佳生產(chǎn)工藝對(duì)選擇的生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和改進(jìn)用AspenPlus對(duì)工藝流程進(jìn)行模擬、優(yōu)化經(jīng)濟(jì)核算第19頁(yè)/共46頁(yè)20方法選擇丙稀氨氧化法丙烷氨氧化法方法比較第20頁(yè)/共46頁(yè)21丙稀氨氧化法主反應(yīng)C3H6+1.5O2+NH3C3H3N(acrylonitrile)+3H2O

丙烯轉(zhuǎn)化率=89%副反應(yīng)C3H6+2O2+2NH3C2H3N(acetonitrile)+HCN+4H2O

丙烯轉(zhuǎn)化率=5%C3H3N+2O2HCN+CO+CO2+H2O

丙烯腈轉(zhuǎn)化率=19%CO+0.5O2CO2

一氧化碳轉(zhuǎn)化率=25%第21頁(yè)/共46頁(yè)22丙稀氨氧化法操作條件溫度：440F

入口壓力：240kPa

摩爾流率；

氨/丙烯＝1.05氧氣/丙烯＝2

丙烯轉(zhuǎn)化率≥90%

第22頁(yè)/共46頁(yè)23丙烷氨氧化法

主反應(yīng)：C3H8+NH3+2O2→CH2=CHCN(AN)+4H2OC3H8+0.5O2→C3H6(PEN)+H2OC3H6+NH3+1.5O2→CH2=CHCN(AcN)+3H2O副反應(yīng)：①生成乙腈：C3H6+1.5NH3+1.5O2→1.5CH3CN+3H2O②生成氫氰酸：C3H6+3NH3+3O2→3HCN+6H2O③生成COx：C3H8+4O2→2CO+CO2+4H2O④生成一氧化碳：2NH3+1.5O2→N2+3H2O第23頁(yè)/共46頁(yè)24丙烷氨氧化法反應(yīng)條件為：溫度:683K；壓力:約1atm；接觸時(shí)間:2-6秒；

C3H8:NH3:O2:N2＝1.0:1.5:3.15:11.85(moralratio)實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)得到的轉(zhuǎn)化率為20-80%第24頁(yè)/共46頁(yè)25工藝方法確定技術(shù)分析：前者技術(shù)成熟，原料轉(zhuǎn)化率高，后者起步較晚，具有較大發(fā)展?jié)摿?。成本分析：丙烯市?chǎng)短缺、價(jià)格走高，而丙烷來(lái)源豐富，相對(duì)便宜。選擇：丙烷氨氧化法。第25頁(yè)/共46頁(yè)26過(guò)程分析與設(shè)計(jì)合成過(guò)程分析與設(shè)計(jì)分離過(guò)程分析與設(shè)計(jì)第26頁(yè)/共46頁(yè)27合成過(guò)程分析反應(yīng)類型：丙烷、氨、氧氣共同參與下發(fā)生的氣相催化反應(yīng)。反應(yīng)溫度：視催化劑性能而定，一般溫度控制在480℃左右，進(jìn)料應(yīng)設(shè)預(yù)熱器。反應(yīng)壓力：體積增大，減小壓力可以增加轉(zhuǎn)化率，但會(huì)使設(shè)備投資增加，選擇略高于常壓。熱效應(yīng)：強(qiáng)放熱過(guò)程，反應(yīng)過(guò)程中所放出的熱量由內(nèi)取熱器取出

第27頁(yè)/共46頁(yè)28合成工段設(shè)計(jì)第28頁(yè)/共46頁(yè)29分離過(guò)程分析反應(yīng)器出口氣體的成分：AN（丙烯腈）、ACN（乙腈）、HCN、H2O、丙烷、NH3、O2、CO2等。AN、HCN等產(chǎn)物很容易在高溫下聚合，尤其是在堿介質(zhì)的引發(fā)下很易聚合。因此，必須除去產(chǎn)物中的NH3。同時(shí)少量的AN和HCN等已發(fā)生聚合形成聚合物粉塵，必須首先除去。產(chǎn)物中有CO2、O2等不凝氣體，也必須分離，否則會(huì)增加處理物的流量，而且氣體的夾帶，往往使產(chǎn)物的收率下降。ACN和HCN較難分離第29頁(yè)/共46頁(yè)30分離過(guò)程設(shè)計(jì)急冷塔：冷卻反應(yīng)生成氣體；用磷酸二氫銨中和吸收反應(yīng)生成氣體中未反應(yīng)的氨解吸塔：吸收反應(yīng)生成氣體中的丙烯腈、乙腈、氫氰酸等有機(jī)成分；放空氮?dú)?、二氧化碳、一氧化碳、氧氣等氣體脫乙腈塔：除去ACN，采用萃取精餾脫氰塔：除去氫氰酸精制塔：除水，純度達(dá)到要求第30頁(yè)/共46頁(yè)31分離過(guò)程流程圖第31頁(yè)/共46頁(yè)32分離過(guò)程流程圖第32頁(yè)/共46頁(yè)33流程模擬與優(yōu)化合成工段模擬與優(yōu)化脫氨水洗工段模擬與優(yōu)化丙烯腈精制工段模擬與優(yōu)化第33頁(yè)/共46頁(yè)34合成工段模擬與優(yōu)化1234567TemperatureC2525-506666480165Pressurebar1.011.011.012.552.552.413.25VaporFrac1101111MassFlowkg/hr42459743186250284318625028492811424597第34頁(yè)/共46頁(yè)35優(yōu)化進(jìn)料比質(zhì)量比C3H8:NH3:O2:N2=44:25.5:100.8:331.8第35頁(yè)/共46頁(yè)36脫氨水洗工段模擬與優(yōu)化溫度換熱器溫度設(shè)定在140℃左右第36頁(yè)/共46頁(yè)37水吸收塔T-302操作條件優(yōu)化

在T-302中，利用水吸收反應(yīng)物，同時(shí)將未反應(yīng)的原料及產(chǎn)生的CO2、CO等與產(chǎn)物分離，得到丙烯腈水溶液。一般而言，高壓低溫對(duì)吸收有利，在壓力溫度恒定下，增加水的用量對(duì)吸收有利，但加水過(guò)多未免會(huì)使后續(xù)流程的處理量大大增加。于是可以在優(yōu)化時(shí)增加一個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)定，即使物流13中99%的丙烯腈進(jìn)入物流17中，通過(guò)模擬得到水的流量為8503kmol/hr第37頁(yè)/共46頁(yè)38丙烯腈精制工段模擬與優(yōu)化乙腈分離塔T401操作條件的確定HCN分離塔T501操作條件的確定丙烯腈成品塔T601操作條件的確定第38頁(yè)/共46頁(yè)39乙腈分離塔T401操作條件的確定第39頁(yè)/共46頁(yè)40HCN分離塔T501操作條件的確定第40頁(yè)/共46頁(yè)41丙烯腈成品塔T601操作條件的確定第41頁(yè)/共46頁(yè)42經(jīng)濟(jì)核算建設(shè)項(xiàng)目投資估算：設(shè)備費(fèi)用、設(shè)備安裝費(fèi)用、土地費(fèi)、無(wú)形資產(chǎn)獲取費(fèi)用生產(chǎn)成本：原料成本、公用工程、工資福利費(fèi)用、銷售費(fèi)用、保險(xiǎn)費(fèi)用、維修費(fèi)用、折舊費(fèi)用銷售收入與利潤(rùn)

第42頁(yè)/共46頁(yè)43建設(shè)項(xiàng)目投資估算設(shè)備費(fèi)用：根據(jù)設(shè)備類型和尺寸估價(jià)，總計(jì)為232.6萬(wàn)美元設(shè)備安裝費(fèi)用：按設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用的50％計(jì)算，設(shè)備安裝費(fèi)用共計(jì)116.3萬(wàn)美元。土地費(fèi)用：廠區(qū)面積1000畝，10萬(wàn)元/畝，共10000萬(wàn)；土建費(fèi)1000-1200元/平方米，估計(jì)為73000萬(wàn)；辦公設(shè)施1000萬(wàn)。共計(jì)84000萬(wàn)。無(wú)形資產(chǎn)獲取費(fèi)用催化劑專利使用費(fèi)：1000萬(wàn)；小試與中試實(shí)驗(yàn)費(fèi)用：2000萬(wàn)?？傆?jì)3000萬(wàn)元。建設(shè)項(xiàng)目投資總計(jì)為：（232.6+116.3）×6.7+84000+3000=89337.6萬(wàn)元。第43頁(yè)/共46頁(yè)44生產(chǎn)成本原料成本：丙烷183.0美元/噸，氨187.4美元/噸，每年對(duì)原料的需求量為：丙烷28.7萬(wàn)噸，氨氣13.3萬(wàn)噸。故原料總費(fèi)用183.0×28.7+187.4×13.3=7744.5萬(wàn)美元=51888萬(wàn)元/a。公用工程；冷卻水用量10萬(wàn)噸/a（單價(jià)6.2元/t）。冷卻水費(fèi)用為10×6.2=62