丙烯腈生产概念设计方案

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1、丙烯腈生产概念设计方案Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望1.1.项目背景项目背景2. 2. 设计目标和任务设计目标和任务 3. 3. 技术分析技术分析 4. 4. 流程模拟与优化流程模拟与优化5. 5. 经济分析经济分析6. 6. 总结总结( (改进之处）改进之处）7. 7. 建议建议 主主 要要 内内 容容一、项目背景一、项目背景1 1、丙烯腈应用广泛丙烯腈应用广泛-丙烯腈是一种非常重要的有机化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

2、着工原料，在合成纤维、树脂、橡胶急胶粘剂等领域有着广泛的应用。广泛的应用。 2 2、丙烯腈的产量和市场需求大、丙烯腈的产量和市场需求大 全球产量：全球产量：5050kt/a5050kt/a，年均需求增长，年均需求增长4.0%4.0%； 中国产量：中国产量：410kt/a,410kt/a,年均需求增长年均需求增长14.3%14.3%。3、合成方法合成方法-提出了对传统的丙烯氨氧化法具有挑战提出了对传统的丙烯氨氧化法具有挑战性的丙烷氨氧化法性的丙烷氨氧化法设计目标设计目标 设计规模设计规模：100000100000吨丙烯腈吨丙烯腈/ /年，按照年，按照300300天开工天开工计算，即计算，即720

3、07200小时，丙烯腈产品流量小时，丙烯腈产品流量13888.89Kg/hr,13888.89Kg/hr,即即261.56Kmol/h261.56Kmol/h；设计要求设计要求：丙烯腈产品纯度（质量）：丙烯腈产品纯度（质量）99.5%99.5%。二、设计目标和任务二、设计目标和任务 二、设计目标和任务二、设计目标和任务设计任务设计任务以丙烷、氨为原料，以空气中的氧为氧化剂，采用最以丙烷、氨为原料，以空气中的氧为氧化剂，采用最新的高效催化剂，设计丙烷直接进行氨氧化制备丙烯腈的新的高效催化剂，设计丙烷直接进行氨氧化制备丙烯腈的工艺流程；工艺流程；对分离系统结构加以调整和改进，精简结构，优化工对分离

4、系统结构加以调整和改进，精简结构，优化工艺，提高效率；艺，提高效率；用用ASPEN-PLUSASPEN-PLUS软件对流程进行全程模拟和优化主要操软件对流程进行全程模拟和优化主要操作单元工艺参数；作单元工艺参数；与丙烯氨氧化法进行比较，分析丙烷氨氧化法的经济与丙烯氨氧化法进行比较，分析丙烷氨氧化法的经济可行性。可行性。三、技三、技 术术 分分 析析-反应过程分析反应过程分析C C3 3H H8 8 + NH + NH3 3 +1.5 O +1.5 O2 2 CH CH2 2 =CHCN + 3 H =CHCN + 3 H2 2O OC C3 3H H8 8 + 1.5NH + 1.5NH3 3

5、 + 2O + 2O2 2 1.5CH 1.5CH3 3CN + 4HCN + 4H2 2O O C C3 3H H8 8 + 3NH + 3NH3 3 + 3.5O + 3.5O2 2 3HCN + 7H 3HCN + 7H2 2O OC C3 3H H8 8 + 5O+ 5O2 2 3CO 3CO2 2 + 4H + 4H2 2O OC C3 3H H8 8 + 3.5O + 3.5O2 2 3CO + 4H 3CO + 4H2 2O O 丙烷丙烷 丙烯腈丙烯腈氨 乙乙腈腈、氢氰氢氰酸酸氧气氧气 废废气：气：COCO2 2、 COCO；废废水水三、技三、技 术术 分分 析析-生产流程系统结

6、构图生产流程系统结构图原料预原料预热汽化热汽化反应系统反应系统分离系统分离系统氨氨-再生再生-循环循环丙烷丙烷-处理处理-循环循环乙腈、氢氰酸乙腈、氢氰酸 丙烷、氨、氧丙烷、氨、氧 废气：废气：COCO2 2、COCO等等;丙烯腈丙烯腈废水废水三、技三、技 术术 分分 析析-工艺条件工艺条件 原料原料 丙烷、氨、氧气丙烷、氨、氧气 配比：配比： 1:11.1:1.82.3催化剂催化剂 三菱化学的最新催化剂三菱化学的最新催化剂 具有最高的转化率和选择性具有最高的转化率和选择性 MoV0.3Te0.23Nb0.15Ox 丙烷转化率丙烷转化率 91% 目前最高的转化率目前最高的转化率丙烯腈收率丙烯腈

7、收率 59.7% 目前最高收率目前最高收率反应器反应器 流化床反应器流化床反应器反应温度反应温度 410 反应压力反应压力 0.1216MPa(1.2bar)项目项目 内容内容 备注备注 丙烯腈生产过程中各组分性状及流向丙烯腈生产过程中各组分性状及流向组分组分 常压沸点常压沸点/ / 常温常压性状常温常压性状 水溶性水溶性 流向流向丙烷丙烷 -42.0 -42.0 无色气体无色气体 不溶不溶 反应器反应器- -处理处理- -循环循环氨氨 -33.4 -33.4 无色气体无色气体 溶溶 反应器反应器- -再生再生- -循环循环氧气氧气 -182.8 -182.8 无色气体无色气体 不溶不溶 反应

8、器反应器二氧化碳二氧化碳 -78 -78 无色气体无色气体 不溶不溶 尾气处理排放尾气处理排放一氧化碳一氧化碳 -191.5 -191.5 无色气体无色气体 不溶不溶 尾气处理排放尾气处理排放丙烯腈丙烯腈 78 78 无色液体无色液体 溶溶 主产物回收主产物回收乙腈乙腈 81.6 81.6 无色液体无色液体 溶溶 副产物回收副产物回收氢氰酸氢氰酸 26 26 无色液体无色液体 溶溶 副产物回收副产物回收水水 100 100 无色液体无色液体 溶溶 排放处理排放处理 三、技三、技 术术 分分 析析-分离过程分析分离过程分析三、技三、技 术术 分分 析析-分离系统结构设计分离系统结构设计 反应产物

9、反应产物冷冷凝凝塔塔冷冷凝凝塔塔精精馏馏塔塔精精馏馏塔塔 反应气反应气 CO2、CO、原料气、原料气氨、水氨、水丙烯腈丙烯腈乙腈乙腈HCN四、流程模拟与优化四、流程模拟与优化-工艺流程图工艺流程图 Aspen plus 模拟流程图模拟流程图四、流程模拟与优化四、流程模拟与优化-冷凝塔冷凝塔F-101F-101操作条件确定操作条件确定 冷凝塔冷凝塔F-101F-101温度对分离效果的影响温度对分离效果的影响 四、流程模拟与优化四、流程模拟与优化-冷凝塔冷凝塔F-101F-101操作条件确定操作条件确定Block Results SummaryT（Outlet）P（Out）Vaporfractio

10、nHeat dutyNet duty102bar0.5459312.0859Mmkcal/hr12.0859Mmkcal/hrMass and Energy BalanceTotalInOutRel.diffMole-Flow/Kmol/hr3622.036513622.036510Mass-Flow/Kg/hr106101.888106101.888-4.732e-13Enthalpy/MMkcal/hr-52.411935-64.4978470.18738473 冷凝塔冷凝塔F-101F-101模拟与优化结果模拟与优化结果 四、流程模拟与优化四、流程模拟与优化-冷凝塔冷凝塔F-102F-1

11、02操作条件确定操作条件确定冷凝塔冷凝塔F-102F-102温度对分离效果的影响温度对分离效果的影响 四、流程模拟与优化四、流程模拟与优化-冷凝塔冷凝塔F-102F-102操作条件确定操作条件确定Block Results SummaryT（Outlet） P（Out）/barVapor fractionHeat dutyNet duty010.167313.0274Mmkcal/hr13.0274Mmkcal/hrMass and Energy BalanceTotalInOutRel.diffMole-Flow/Kmol/hr1977.38591977.3859-1.15e-16Mass-

12、Flow/Kg/hr76518.650976518.6509-9.509e-16Enthalpy/MMkcal/hr46.635979633.60855670.27934275冷凝塔冷凝塔F-102F-102模拟与优化结果模拟与优化结果 四、四、流程模拟与优化流程模拟与优化-精馏塔精馏塔T-101T-101 优化结果优化结果精馏塔精馏塔T-101T-101理论塔板数、进料板位置与回流比的关系理论塔板数、进料板位置与回流比的关系 四、四、流程模拟与优化流程模拟与优化-精馏塔精馏塔T-101T-101 优化结果优化结果精馏塔精馏塔T-101T-101理论塔板数对分离效果的影响理论塔板数对分离效果的

13、影响 四、四、流程模拟与优化流程模拟与优化-精馏塔精馏塔T-101T-101 优化结果优化结果精馏塔精馏塔T-101T-101回流比对分离效果的影响回流比对分离效果的影响 四、四、流程模拟与优化流程模拟与优化-精馏塔精馏塔T-101T-101 优化结果优化结果理理论论塔板数塔板数最佳最佳进进料位置料位置回流比回流比塔塔顶压顶压力力/bar塔底塔底压压力力/bar60300.512Block Results SummaryCondenser duty15.3620MMkcal/hrT/Feed stage 91.3063T/Top stage 11.2079Reboiler duty15.964

14、1MMkcal/hrT/Bottom stage 101.4693Feed quality-0.0527642Mass and Energy Balance TotalInOutRel.diffMole-Flow/Kmol/hr1646.555021646.553916.7235e-07Mass-Flow/Kg/hr64580.161164579.8734.4615e-06Enthalpy/MMkcal/hr42.47765543.0798026-0.0139774四、四、流程模拟与优化流程模拟与优化-精馏塔精馏塔T-102T-102 优化结果优化结果精馏塔精馏塔T-102T-102理论塔板数

15、、进料板位置与回流比的关系理论塔板数、进料板位置与回流比的关系 四、四、流程模拟与优化流程模拟与优化-精馏塔精馏塔T-102T-102 优化结果优化结果精馏塔精馏塔T-102T-102理论塔板数对分离效果的影响理论塔板数对分离效果的影响 四、四、流程模拟与优化流程模拟与优化-精馏塔精馏塔T-102 优化结果优化结果精馏塔精馏塔T-102T-102回流比对分离效果的影响回流比对分离效果的影响 四、四、流程模拟与优化流程模拟与优化-精馏塔精馏塔T-102T-102 优化结果优化结果 理论塔板数理论塔板数最佳进料位置最佳进料位置回流比回流比塔顶压力塔顶压力/bar塔底压力塔底压力/bar 40202

16、012Block Results SummaryCondenser duty43.1318MMkcal/hrT（Feed stage）/ 91.3063T（Top stage ）/78.6760Reboiler duty42.9515MMkcal/hrT（Bottom stage）/ 101.729Feed quality0.0404397Mass and Energy BalanceTotalInOutRel.diffMole-FlowKmol/hr329.311004329.3110040Mass-FlowKg/hr17372.699917372.704-2.379e-07Enthalpy

17、MMkcal/hr12.152651211.97241520.01483100四、四、流程模拟与优化流程模拟与优化-产物物流产物物流（Stream No18Stream No18）模拟结果模拟结果Mole Flow kmol/hr Mass Frac AMMON-01（氨）（氨）0AMMON-010OXYGE-01（氧）（氧）0OXYGE-010ACRYL-01（丙烯腈）（丙烯腈）261.856516ACRYL-010.99531764ACETO-01（乙腈）（乙腈）1.59227595ACETO-010.00468231HYDRO-01（氢氰酸）（氢氰酸）0HYDRO-010WATER（水）

18、（水）0WATER0CARBO-01（二氧化碳）（二氧化碳） 0CARBO-010CARBO-02（一氧化碳）（一氧化碳） 0CARBO-020PROPA-01（乙烷）（乙烷）0PROPA-010四、四、流程模拟与优化流程模拟与优化-生产流程部分物料衡算表生产流程部分物料衡算表 Stream No.257810Temperature /C257041020010Pressure/Bar111.212Vapor Frac.11111AMMON-01（氨）（氨）44044055.580855.580816.2047OXYGE-01（氧）（氧）0098.003598.003599.0601ACRYL

19、-01（丙烯腈）（丙烯腈）00325.6325.6737.38ACETO-01（乙腈）（乙腈）008.55368.553615.3862HYDRO-01（氢氰酸）（氢氰酸）0050.265650.2656874.704WATER（水）（水）001597.381597.389.5103CARBO-01（二氧化碳）（二氧化碳）0090.393690.3936105.744CARBO-02（一氧化碳）（一氧化碳）0025.766425.766425.8793PROPA-01（乙烷）（乙烷）0053.222453.222493.5158Kmol/hr4404402304.82304.81977.39K

20、g/hr7493.57493.5588955889576519Density/kg/m30.69270.60020.54070.54073.5241AVG.MW（平均分子量）（平均分子量）17.03131.99925.55325.55338.6968五、五、 经济分析经济分析-反应过程对比经济分析反应过程对比经济分析 收率为收率为60%60% 时丙烷法与丙烯法反应器参数对比时丙烷法与丙烯法反应器参数对比项项目目丙丙烷烷氨氧化法氨氧化法(A)丙丙烯烯氨氧化法氨氧化法(B)A/B反反应应器器热负热负荷荷MMkcal/hr-53.664016-45.266371.19反反应应出料物流体出料物流体积积

21、流量流量Cum/hr106027.35298368.4341.08产产物丙物丙烯腈烯腈流量流量(纯纯度度99.5%)261.857261.6851.00五、五、 经济分析经济分析 -投资成本对比经济分析投资成本对比经济分析 投投资费资费用用 日本三菱化学日本三菱化学 美国美国BP-AMOCO（百万美元）（百万美元） 丙丙烷烷法工法工艺艺 丙丙烯烯法工法工艺艺总总固定投固定投资资 237.3 188.4原材料原材料 56.6 62.5公用工程公用工程 5.9 8.3可可变变成本成本 50.8 62.5装置装置现现金成本金成本 60.2 69.1生生产产成本成本 78.9 86.3副副产产收益收益

22、 -11.7 -8.4产产品成本品成本 111.5 112.2反反应应器直径器直径/高度高度(m) 13.3/14.2 9.5/18.9吸收塔直径吸收塔直径/高度高度(m) 5.4/15.2 3.8/15.2五、五、 经济分析经济分析 -成本对比经济分析成本对比经济分析丙烷氨氧化法与丙烯氨氧化法相比：丙烷氨氧化法与丙烯氨氧化法相比：1 1、需增大设备方面的投资，至少增加、需增大设备方面的投资，至少增加5%5%，考虑设备投资回报，一般增，考虑设备投资回报，一般增加加25%25%以上。以上。2 2、当丙烷氨氧化法丙烯腈的收率需达、当丙烷氨氧化法丙烯腈的收率需达40%40%以上，即丙烷转化率以上，即

23、丙烷转化率50%50%以上、以上、丙烯腈的选择性丙烯腈的选择性80%80%以上时，丙烷法与丙烯氨氧化法成本相当（不包括设以上时，丙烷法与丙烯氨氧化法成本相当（不包括设备投资等）。备投资等）。3 3、虽然当前因催化剂技术原因，丙烷转化率不高的情况下，丙烷氨氧、虽然当前因催化剂技术原因，丙烷转化率不高的情况下，丙烷氨氧化法尚不具备优势和竞争力，但丙烷价格大约是丙烯价格的化法尚不具备优势和竞争力，但丙烷价格大约是丙烯价格的50%50%，随着催，随着催化剂的发展，丙烷氨氧化法极具应用前景。化剂的发展，丙烷氨氧化法极具应用前景。六、六、 总总 结结1 1、选用最先进的三菱化学的丙烷氨氧化催化技术；、选用

24、最先进的三菱化学的丙烷氨氧化催化技术；2 2、采用、采用“双冷凝塔双冷凝塔双精馏塔双精馏塔”的分离结构，进的分离结构，进行了全程流程模拟和计算；行了全程流程模拟和计算； 3 3、用、用ASPEN-PLUSASPEN-PLUS软件模拟和优化了主要操作单元软件模拟和优化了主要操作单元的工艺操作参数；的工艺操作参数；4 4、与丙烯氨氧化法进行比较，分析了丙烷氨氧化、与丙烯氨氧化法进行比较，分析了丙烷氨氧化法的经济可行性。法的经济可行性。七、七、 建建 议议1、设备尺寸计算，可根据流量、转化率、热负、设备尺寸计算，可根据流量、转化率、热负荷、回流比等模拟数据进行各设备尺寸计算。荷、回流比等模拟数据进行各设备尺寸计算。2、进行换热网络的合成，设计具体的换热网络、进行换热网络的合成，设计具体的换热网络结构；结构；3、经济衡算可以进行更详尽的分析，提出设备、经济衡算可以进行更详尽的分析，提出设备成本、运行成本、公用工程、投资回报等。成本、运行成本、公用工程、投资回报等。