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1、目目录录 一、概论及设计任务 2 二、生产方案 2 2.1 工艺技术方案及原理 2 2.2设备方案3 2.3工程方案3 三、物料衡算和热量衡算 3 3.1生产工艺及物料流程3 3.2小时生产能力4 3.3物料衡算和热量衡算4 3.3.1反应器的物料衡算和热量衡算4 3.3.2废热锅炉的热量衡算7 3.3.3空气饱和塔物料衡算和热量衡算8 3.3.4氨中和塔物料衡算和热量衡算 10 3.3.4换热器物料衡算和热量衡算 13 3.3.6水吸收塔物料衡算和热量衡算 14 3.3.7空气水饱和塔釜液槽 18 3.3.8丙烯蒸发器热量衡算 19 3.3.9丙烯过热器热量衡算 19 3.3.10 氨蒸发器
2、热量衡算 20 3.3.11 气氨过热器 20 3.3.12 混合器 20 3.3.13 空气加热器的热量衡算 21 3.3.14 吸收水第一冷却器 21 3.3.14 吸收水第二冷却器 22 3.3.16 吸收水第三冷却器 22 四、主要设备的工艺计算22 4.1空气饱和塔 22 4.2水吸收塔 24 4.3合成反应器 26 4.4废热锅炉 27 4.4丙烯蒸发器 29 4.6循环冷却器 30 4.7吸收水第一冷却器 31 4.8吸收水第二冷却器 32 4.9吸收水第三冷却器 33 4.10 氨蒸发器 34 4.11 气氨过热器 34 4.12 丙烯过热器 34 4.13 空气加热器 34
3、4.14 循环液泵 36 4.14 空气压缩机 36 4.16 中和液贮槽 37 五、工艺设备一览表37 六、原料消耗综合表39 七、能量消耗综合表40 八、排出物综合表41 九、主要管道流速表41 十、环境保护和安全措施44 10.1丙烯腈生产中的废水和废气及废渣的处理44 10.2生产安全及防护措施44 第 1 页共 47 页 1 1、概论及设计任务、概论及设计任务 概论概论 丙烯腈是重要的有机化工产品，在丙烯系列产品中居第二位，仅次于聚丙烯。在常温常压下丙 烯腈是无色液体，味甜，微臭，沸点 77.3。丙烯腈有毒，室内允许浓度为 0.002mgL，在空气中 爆炸极限(体积分数)为 3.04
4、17.4，与水、苯、四氯化碳、甲醇、异丙醇等可形成二元共沸物。 丙烯腈分子中含有 CC 双键和氰基，化学性质活泼，能发生聚合、加成、氰基和氰乙基等反应，制 备出各种合成纤维、合成橡胶、塑料、涂料等。 近年来，丙烷氨氧化生产丙烯腈的研究也取得长足进展，现已处于中试阶段。这一方面是由于 价格的因素，丙烷的价格比丙烯低得多，另一方面也为惰性的丙烷开拓了新的应用领域。但就目前 的技术水平来看，固定资产投资大，转化率低，选择性不高，目前报道的丙烷的转化率 67，选择 性 60，还难以和丙烯氨氧化法相竞争，但其前景看好，根据美国斯坦福研究所 18 万 ta 丙烯腈 概念设计，丙烷为原料生产丙烯腈的成本只是
5、丙烯的 64。研究开发的催化剂主要有 V-Sb-Al-O、 V-Sb-W-Al-O、Ga-Sb-A1-O、V-Bi-Mo-O 等。 丙烯腈是重要的有机原料，主要用于橡胶合成（如丁腈橡胶） 、塑料合成（如 ABS，AS 树脂、聚 丙烯酰胺等） 、有机合成、制造腈纶、尼龙 66 等膈成纤维、杀虫剂、抗水剂、粘合剂等。 设计任务设计任务 1设计项目名称丙烯腈合成工段 2生产方法以丙烯、氨、空气为原料，用丙烯氨氧化法合成丙烯腈。 3生产能力年生产天数 300 天，产量 10000t/a 丙烯腈。 4原料组成液态丙烯原料含丙烯 84%（mol） ；液态氨原料含氨 100%。 5工段产品为丙烯腈水溶液，含
6、丙烯腈约1.8%（wt）。 2 2、生产方案、生产方案 2.12.1 工艺技术方案及原理工艺技术方案及原理 20 世纪 60 年代以前，丙烯腈的生产采用环氧乙烷、乙醛、乙炔等为原料和 HCN 反应制得， 但 HCN 有剧毒，生产成本高。1960 年美国 Standard 石油公司(Sohio)(现 BP 公司)开发成功丙烯氨 氧化一步合成丙烯腈新工艺，又称 Sohio 法。由于丙烯价廉易得，又不需剧毒的 HCN，从此丙烯腈 的生产发生了根本的变化。迄今为止，丙烯腈的工业生产都以此方法进行。 丙烯氨氧化制丙烯腈主要有五种工艺路线，即 Sohio 法、Snam 法、Distiners-Ugine
7、法、 Montedison UOP 和 O.S.W 法，上述五种工艺路线的化学反应完全相同，丙烯、氨和空气通过催化剂 生成丙烯腈，其中 Sohio 法和 Montedison-UOP 法采用流化床反应器，其他方法采用固定床反应器。 相比较而言，Sohio 法有一定的先进性，Snam 法和 Distillers-Ugine 法丙烯的消耗定额比较高，而 固定床反应器的单台生产能力远小于流化床反应器，不利于扩大生产能力，而且固定床反应温度难 以实现最优化操作，因此，目前 Sohio 法应用比较普遍，约占全球总生产能力的 90。中国引进的 也是 Sohio 技术。 本工程采用丙烯氨氧化的原理，丙烯氨氧
8、化法制丙烯腈（AN）生产过程的主反应为 C3H6+NH3+3/2O2CH2=CHCN+3H2O 该反应的反应热为（-Hr）298=486.4kJ/mol AN 主要的副反应和相应的反应热数据如下： (1) 生成氢化氰（HCN） C3H6+ 3NH3+3O23HCN + 6H20 （-Hr）298=314.1kJ/mol HCN 第 2 页共 47 页 (2)生成丙烯醛（ACL） C3H6+ O2CH2=CH-CHO + H2O （-Hr）298=343.1kJ/mol ACN (3)生成乙腈（ACN） C3H6+ 3/2NH3+ 3/2O23/2CH3CN + 3H2O （-Hr）298=36
9、2.3kJ/mol ACN (4)生成 CO2和 H2O C3H6+ 9/2O23CO2+ 3H2O （-Hr）298=641kJ/mol CO2 2.22.2 主要设备方案主要设备方案 2.2.12.2.1 催化设备催化设备 众所周知，在丙烯腈生产中，催化剂起着十分重要的作用。催化剂正在不断地更新换代，实践证 明， 居世界领先水平的催化剂有美国 BP 的 C-49MC、 日本化学公司的 NS-733D 以及我国的 MB-93、 MB-96 等。这些催化剂的应用都可为丙烯腈的生产带来显著的经济效益。从催化剂的国产化方面考虑，结 合扩能改造，应逐步采用效能更为优异的 MB-93 和 MB-96
10、催化剂。 其余的车间工段装置，在相应的车间工段设立控制室，进行监视控制操作。 锅炉房电站生产装置的运行控制方式，采用炉机集中控制。 （包括炉、机、除氧给水系统） 。将炉 机控制室设在装置建筑物内，以利于对机组进行监视控制。 2.2.22.2.2 控制系统控制系统 全厂选用一套中心 DCS 系统， 分别对仪表进行控制。 对连锁较多的装置还采用 PLC 系统。 DCS 及 PLC 系统考虑进口。 在线自动分析仪表，基本上采用国内引进技术生产的红外线自动分析器和紫外线自动分析器， 在线质谱仪考虑进口，在线色谱仪选用国内引进技术生产的或者进口。 本系统也考虑了能联结全厂生产调度，操作管理站即生产总调度
11、站，以及电气控制站及其马达 控制中心和马达的驱动装置，从而实现生产过程综合自动化。 合成丙烯腈生产过程中，为了达到最佳的合成效果，H2/N2必须进行严格控制，由于工艺过程对 H2/N2配比干扰因素较多，应迅速检测出氢氮比，为此选用采集周期短的质谱仪测出氢氮比，从而 能实现多变量预估控制，并使合成塔入口的氢氮比，波动最小，得到最佳氢氮比，产生最好的经济 效益。 2.32.3 程方案程方案 土建工程方案选择及原则确定 1)建筑结构设计符合技术先进、经济合理、安全适用 2)在满足工艺生产的前提下，厂房布置尽量一体化，设备尽可能露天设置或采用敞开 式，半敞开式。 3)尽量采用普及或放式通难度不大的建筑
12、物配件。 4)充分利用地方建材 3 3、物料衡算和热量衡算、物料衡算和热量衡算 3.13.1、生产工艺及物料流程、生产工艺及物料流程 生产工艺流程示意图如下： 第 3 页共 47 页 流程简介如下： 液态丙烯和液态氨分别经丙烯蒸发器和氨蒸发器气化，然后分别在丙烯过热器和氨气过热器过 热到需要的温度后进入混合器；经压缩后的空气先通过空气饱和塔增湿，再经空气加热器预热至一 定温度进入混合器。混合气出口的高温气体先经废热锅炉回收热量，气体冷却到 230左右进入氨 中和塔，在 7080下用硫酸吸收反应器出口气体中未反应的氨，中和塔塔底的含硫酸铵的酸液经 循环冷却器除去吸收热后，返回塔顶循环使用，同时补充部分新鲜酸液，并从塔釜排放一部分含硫 酸铵的废液。中和塔出口气体经换热器冷却后进入水吸收塔，用 410的水吸收丙烯腈和其他副 产物，水吸收塔塔底得到含丙烯腈约 1.8%的丙烯腈水溶液，经换热器与氨中和塔出口气体换热，温 度升高后去精制工段。 物料流程图示意如下： 第 4 页共 47 页 3.23.2、小时生产能力、小时生产能力 按年工作日 300 天，丙烯腈损失率 3.1%、设计裕量 6%计算，丙烯腈小时产量为 hkg /86.1517 24300 031. 106. 1100010000 3.33.3物料衡算和热量
