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1、 丙烯酸可行性研究报告 学院 ：化学化工学院 班级 ：化工 1 0 1 班 学号 ：20104540122 姓名 ：段 倩目录第一章可行性研究4 1.1产品应用4 1.2市场分析 5 1.2.1丙烯酸及酯生产现状6 1.2.2国内外丙烯酸消费现状7 1.3生产原料12 1.3.1丙烯酸原料供应与市场概况12 1.3.1.2 丙烯生产企业12 1.3.3丙烯供需情况14 1.4设计目标16第二章 工艺设计16 2.1 丙烯酸生产方法及比较16 2.2丙烯酸工艺流程的确定17 2.2.1 丙烯酸生产原理17 2.2.2 拟采用的生产工艺18 2.2.3主要原料及其规格19 2.2.4工艺流程图19
2、 2.2.5 工艺流程简述19第三章 结论 21 一 可行性研究1.1 产品应用丙烯酸是化学式为C3H4O2的有机化合物，是最简单的不饱和羧酸，由一个乙烯基和一个羧基组成。纯的丙烯酸是无色澄清液体，带有特征的刺激性气味。它可与水、醇、醚和氯仿互溶，是由丙烯制备的。丙烯酸在工业上主要用来生产丙烯酸酯类（树脂），占丙烯酸总消费量的62左右，应用于建筑、造纸、皮革、纺织、塑料加工、包装材料、日用化工、水处理、采油、冶金等领域。丙烯酸在精细化工领域占有相当重要的地位。用丙烯酸生产的聚丙烯和丙烯酸共聚物，被用作分散剂、絮凝剂和增稠剂等。到70年代后期，聚丙烯和丙烯酸共聚物又应用于高吸水树脂和助洗涤剂。丙
3、烯酸树脂广义上讲是（甲基）丙烯酸及衍生物的均聚物和共聚物的统称，均聚物有：聚（甲基）丙烯酸及其盐、聚（甲基）丙烯酸甲酯、丁酯，聚丙烯酰胺，聚丙烯腈等，还按不同用途选定不同单体及比例共聚可获得更多共聚物品种。狭义丙烯酸树脂主要指聚甲基丙烯酸及其盐，是一种聚电解质，其性质受PH值影响。不同聚合方式可得固态、溶液、乳胶等不同形态的树脂。适用多种用途。丙烯酸纤维绝大部分用于加工服装、装饰制品、人造毛皮等纺织品，工业和其它领域的用量很少。目前棉型丙烯酸纤维需求约占总量的29%左右，主要用于生产纺织纱线和布；毛型纤维多用于加工绒线、仿毛地毯、人造毛皮等。丙烯酸加入大理石粉（碳酸钙粉）就是白色涂料。建筑行业
4、仍将是我国丙烯酸及酯的主要消费领域。丙烯酸及酯在建筑涂料和胶粘剂方面的开发应用前景非常好，其中丙烯酸-2-乙基己酯主要用于生产胶粘剂，聚丙烯酸乙酯则主要用于生产涂料。丙烯酸酯类建筑乳液产品因性能优异和对环保有利，可用作内、外墙涂料，深受用户青睐。国家限制或禁止使用磷酸盐类助洗剂，洗涤剂行业推行无磷化，将大大促进聚丙烯酸钠盐的发展。目前我国聚丙烯酸钠盐类助洗剂年消费量仅为4000吨-5000吨，若全国洗涤剂实现无磷化，按添加量1%计，聚丙烯酸钠盐年用量可达3万吨，市场潜力巨大。在汽车工业，丙烯酸酯橡胶具有耐热、耐老化、耐油、耐臭氧、抗紫外线等性能，广泛应用于各种高温、耐油环境中，特别是用于汽车曲
5、轴、阀杆、汽缸垫、液压输油管等。过去丁腈橡胶和氯丁橡胶制备的传统汽车配件已不能适应现代汽车的要求，将逐渐被性能优异的丙烯酸酯橡胶所替代。同时，高纯丙烯酸可做高吸水性树脂（SAP），广泛应用于卫生品领域。1.2市场分析1.2.1丙烯酸及酯生产现状2010年国内丙烯酸丙烯酸表观消费已突破125万吨，预计2015年将达到180万吨以上。“十一五”期间丙烯酸的生产和消费保持8%的增长速度。2010年我国丙烯酸及酯装置生产能力 万t/a公司粗丙烯酸高纯丙烯酸聚合级丙烯酸丙烯酸甲酯丙烯酸乙酯丙烯酸丁酯（CAA）（HPAA）（PAA）（MA）（EA）（BA）北京东方8.02.40.51.51.55.0浙江卫
6、星10.0010.00.750.753.0沈阳蜡化8.0001.01.08.0江苏裕廊20.58.08.04.04.0待添加的隐藏文字内容313.0吉林石化3.300.51.501.5上海华谊18.6002.02.012.0扬子巴斯夫16.07.03.282.752.7510.0宁波台塑21.03.003.01.012.0开泰实业4.004.00.600正和集团6.000006.0江阴东风4.004.0000江苏银燕10.00002.08.0兰州石化8.00002.08.0合计137.420.430.2817.117.096.51.2.2国内外丙烯酸消费现状2008年，全球酯化级丙烯酸主要分布
7、在美国和欧洲，中国大陆为近年来全球丙烯酸生产发展最快的地区。丙烯酸装置产能（万吨/年）所占比例（%）美国13627.2欧洲116.623.4中国大陆106.421.3日本6813.6其他地区72.314.5合计499.3100我国丙烯酸产能增长情况（万吨/年）2008年国内丙烯酸及酯生产企业规模编号企业名称企业驻地生产规模（万吨/年）丙烯酸丙烯酸酯1扬子-巴斯夫南京1615.52东方化工厂北京883吉林石化分公司吉林3.334上海华谊上海12.617.55江苏裕廊江苏盐城20.5256浙江卫星浙江嘉兴44.57台塑浙江宁波16208沈阳石蜡化工沈阳8129山东开泰山东淄博40.610兰州石化甘
8、肃兰州81011山东正和山东广饶66中国历年丙烯酸及酯进出口数据统计（吨）2009年，我国进口丙烯酸55058吨，出口21215吨；进口丙烯酸酯102562吨，出口18385吨。据SRI咨询公司研究报告，应用于卫生品领域的高吸水性树脂市场正在以年均34%的速度增长，带动了原料丙烯酸的市场需求快速增长。特别是亚太（不含日本）、东欧、拉美和中东地区的高吸水性树脂需求增速更快，年均增长速度为57%。至2008年年底，全球粗丙烯酸(酯化级丙烯酸)的装置产能达到了499.3万吨/年，较2007年年底的491万吨/年增长了1.6%。至2008年年底，全球通用丙烯酸酯的装置产能为460.5万吨/年。通用丙烯
9、酸酯(丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸2-乙基己酯)的产能显著小于酯化级丙烯酸的产能，这是因为越来越多的酯化级丙烯酸用于生产高纯丙烯酸。用于生产通用丙烯酸酯的粗丙烯酸比例逐年减小。高纯丙烯酸主要用于生产高吸水性树脂(SAP)。中国大陆2008年酯化级丙烯酸产量76.4万吨，同比增长9.6%；通用丙烯酸酯产量75.9万吨，同比增长3.7% 。2008年中国大陆丙烯酸装置的开工率为72%，通用丙烯酸酯装置的开工率为63%。开工率偏低主要有以下原因：装置产能前几年增长过快，过剩的产能尚需3至5年逐步消化。受去年三季度开始的全球金融危机以及随后的实体经济危机的影响。2009年前三季度我国丙
10、烯酸进口数量达到3.49万吨，与2008年基本持平，但是出口数量仅为1.31万吨，预计全年贸易逆差将会进一步扩大。 2009年我国丙烯酸价格进口单价呈现出不断上升的态势，从2009年初的平均5564元/吨上升到8月的7781元/吨；同期我国丙烯酸出口单价大体保持稳定，从年初的8053元/吨上升到8月的8840元/吨。作为重要的化工基础原料之一，丙烯酸主要用于生产水溶性涂料和胶粘剂用的共聚单体丙烯酸丁酯和乙酯，以及用于生产高吸水性树脂。其中，用于生产丙烯酸酯约占总需求量55%。丙烯酸用于生产超级吸水剂聚合物，占世界需求量约32%，以及洗涤剂聚合物。少量用于生产聚丙烯酸酯用作增稠剂、分散剂和流变控
11、制剂。随着下游产品的丰富与发展，世界范围内的丙烯酸生产能力也在不断增加。 2003-2009年间，全球丙烯酸消费年增长率达3.5%。丙烯酸酯、超级吸水剂聚合物、聚丙烯酸酯等消费由1999年240万t增加到2009年350万t。2002年世界丙烯酸酯消费为230万t，2009年达300万t。发展中国家和地区，尤其是中国的消费增长率大于发达国家和地区。近几年，我国丙烯酸树脂行业发展迅速，产品产出持续扩张，国家产业政策鼓励丙烯酸树脂产业向高技术产品方向发展，国内企业新增投资项目投资逐渐增多。 丙烯酸树脂具有色浅、透明度高、光亮丰满、涂膜坚韧、附着力强、耐腐蚀等特点，是常用的涂层材料。丙烯酸树脂不仅是
12、涂料的成膜基料，亦可作为颜填料在涂料中的润湿分散剂，丙烯酸涂料的前景非常诱人。我国丙烯酸树脂的品种已经相对完善，但是与国外先进同行相比，生产规模、工艺控制及部分特殊性能要求的产品还存在一定差距，特别是在工艺控制与质量稳定性方面。因此要在未来几年内，采用更先进的自动化控制系统，确保产品工艺控制能保持一致，从而进一步提高产品质量的稳定性，特别是产品质量力求达到国外厂家的水平，是丙烯酸树脂发展的当务之急，也是根本所在。近年来，因在装饰性、防护性、功能性等方面具有一定独特优势，丙烯酸涂料得到快速发展；生产涂料用丙烯酸树脂的原料市场供应，无论从品种，还是数量上都有可靠和良好的保障。丙烯酸树脂原料相对价格
13、比与其它树脂价格比差价在缩小，原料充足和价格适宜，均为丙烯酸树脂新品开发和扩大生产应用，提供了良好的物资基础和保障；丙烯酸树脂及涂料开发、生产、应用技术均有长足的进步。特别是与其它成膜物改性的技术发展很快，为适应各行各业不同的性能要求，提供了技术保障。技术的日趋成熟和进步，是丙烯酸树脂发展迅速的主要原因。目前，国内生产丙烯酸树脂厂家很多，竞争也日趋激烈，客观上对丙烯酸树脂的发展也起到很大的推动使用；丙烯酸树脂涂料除了在建筑涂料领域高速发展外，另外在工业涂料、功能性涂料等方面也都在迅速发展。丙烯酸树脂及其涂料的发展，推动了丙烯酸树脂及涂料技术市场化的进程。1.3生产原料1.3.1丙烯酸原料供应与
14、市场概况丙烯酸主要原料是丙烯。1.3.2 丙烯生产企业国内丙烯生产企业见下表。 2010年我国丙烯主要生产企业生产能力表单位：万吨/年集团公司地址产能中石化燕山石化北京45.5上海石化上海50.4上海赛科上海70.0高桥石化上海15.6齐鲁石化山东淄博47.4扬子石化江苏南京35.5扬-巴公司江苏南京30.0天津联化天津15.5天津石化天津10.0茂名石化广东茂名56.8广州石化广州25.0扬巴乙烯江苏南京16镇海炼化浙江宁波34.9武汉石化湖北武汉12.3福建炼化福建泉州60.0合计524.9中石油兰州石化甘肃兰州47.0大庆石化黑龙江大庆60.5抚顺石化辽宁抚顺18.0独山子石化新疆克拉玛
15、依88.0吉林石化吉林吉林50.0四川石化四川彭州10.4锦州石化辽宁锦州10.0辽阳石化辽宁辽阳15.0大连石化辽宁大连32.0大庆炼化黑龙江大庆27.6广西石化广西北部湾20.0合计378.5中海壳牌广东惠州50.0辽宁华锦化工辽宁盘锦10.0沈阳化工辽宁沈阳15.0其他278.2总计1256.6国内丙烯扩建企业见下表。 2011-2013年我国部分丙烯新/扩建项目表1.3.3丙烯供需情况丙烯供需矛盾十分突出。由于国内乙烯及大型炼油项目受国家政策控制，小炼油企业的原油炼制还需要向国家申请指标，致使国内丙烯生产被高度垄断，再加上两大集团丙烯下游产品种类丰富，配套产品能力与丙烯产能相当，极少有
16、丙烯可以外供，所以许多下游企业所需丙烯需要从国外进口。表面看来，近几年我国每年仅需进口几十万吨的丙烯来满足国内需求，约占国内表观消费量的3%左右，基本处于供求平衡的局面，但事实上国内丙烯供需缺口巨大，每年除进口少量丙烯单体以外，还有大量进口PP、丙烯腈、环氧丙烷等下游衍生物。近几年来我国丙烯供需情况见下表和图。 2002-2010年我国丙烯产、供、需平衡表单位：万吨/年年份产能产量开工率进口量出口量表观消费量自给率200263054486.3%30057494.8%200367459388.0%23061696.3%200476765285.0%21066098.8%200589676285.
17、0%19178097.7%200695385890.0%32089096.4%200797190393.0%73097692.5%20081049.61050100.0%920114291.9%20092010 2009年丙烯消费结构图 1.4设计目标年产量3000t丙烯酸二 工艺设计2.1 丙烯酸生产方法及比较就世界范围而言,丙烯酸的生产历程经历了这几个阶段:a,氯乙醇法b,氰乙醇法c,高压Reppe法d,烯酮法e,丙烯腈水解法f,丙烯直接氧化法。在本世纪70年代以前上述前6种方法并存,自70年代初日本触媒公司和美国UCC公司采用丙烯氧化生产装置以来,该法已占有主导地位。前五种方法中,除了高
18、压Reppe法直接制造丙烯酸之外,其余都是制取丙烯酸低级酯,若要得到高级醇酯,还需要通过丙烯酸甲酯的酯交换反应。因此80年代以后,上述方法只有德国BASF的高压Reppe法和美国Rohm&Hass公司的改良Reppe法的生产装置,以及各国因地制宜、规模较小的丙烯腈水解法的生产装置尚保留。至90年代初,上述公司的生产装置改造成丙烯直接氧化法已基本完成。不同原料制备丙烯酸对比见下表。 几种生产丙烯酸方法的比较生产工艺现状优点缺点丙烯氧化制备丙烯酸主要地位技术经济最优收率不高乙炔制备丙烯酸早期制备方法丙酸的生成少条件较苛刻，产物难分离乙烯制备丙烯酸多半已停止使用/乙烯酮制备丙烯酸六十年代的制备方法环
19、境温度下反应/乙烯腈制备丙烯酸产量不大丙烯腈价格低硫酸不能循环使用 2.2丙烯酸工艺流程的确定 2.2.1 丙烯酸生产原理丙烯直接氧化生产丙烯酸有一步法和两步法之分。一步法具有反应装置简单、工艺流程短、只需一种催化剂、投资少等优点，但存在几个突出缺点21：一步法是在一个反应器内进行两个氧化反应，强制一种催化剂去适应两个不同反应的要求，影响了催化作用的有效发挥，丙烯酸收率低；把两个反应合并为一步进行，反应热效应大。要降低反应放热量，只能通过降低丙烯的浓度来实现，因此生产能力低；催化剂寿命短，导致经济上不合理。鉴于以上原因，目前工业上主要采用两步法生产，即第一步丙烯氧化生成丙烯醛，第二步丙烯醛氧化
20、生成丙烯酸。丙烯两步氧化制丙烯酸的主反应可用下列两式表示：反应属强放热反应，有效地移除反应热是反应过程的突出问题。除主反应外，还有大量副反应，其副产物有CO和CO2等深度氧化物以及乙醛、醋酸、丙酮。因而，提高反应选择性和目标产物收率非常重要，要达到这一目的，必须在反应过程中使用高活性、高选择性催化剂。由于生产丙烯酸分步进行，所以每步反应所用催化剂也不同。第一步反应为丙烯氧化为丙烯醛，所用催化剂大多为Mo-Bi-Fe-Co系，再加入少量其他元素，以钼酸盐的形式表现出催化活性。第二步反应为丙烯醛氧化为丙烯酸，目前采用的催化剂均为Mo-V-Cu系，通常需要添加助催化剂。2.2.2 拟采用的生产工艺丙
21、烯直接氧化法是生产丙烯酸的最新方法，由于原料丙烯价廉易得，反应催化剂的活性和选择性高，目前该法在丙烯酸生产中占有主要地位。因此本课题拟采用丙烯两步氧化法。2.2.3主要原料及其规格丙烯：95%，主要来自炼油厂的催化裂化装置和丙烷脱氢技术催化剂：第一步氧化（丙烯氧化为丙烯醛）选用固态钼-铋系催化剂Mo12Bi1.0Fe1W2Co4Si1.35K0.06；第二步氧化（丙烯醛化为丙烯酸）选用固态钼-钒系催化Mo12V4.0W1.0Cu2.2Sb0.5 熔盐（55%KNO3+45%NaNO2）2.2.4工艺流程图氧化过程一般采用两台反应器串联，从第一台反应器出来的丙烯醛、未反应的丙烯以及副产物可以不经
22、处理直接供给第二反应器。丙烯氧化生产丙烯酸拟常用列管式反应器，管内装填催化剂，管间采用熔盐循环移除反应热。其氧化工序工艺流程图如图所示。吸收塔催化剂冷却器空气第一反应器丙烯第二反应器预热器汽化器 丙烯酸氧化工序工艺流程框图2.2.5 工艺流程简述经汽化器预热气化后的丙烯（纯度95%以上）与经水蒸气增湿后的空气以一定配比混合后进入第一反应器，并在反应器上部利用反应放出的热量将其预热后进入氧化钼-铋催化剂层，在催化剂作用下发生部分氧化反应生成丙烯醛，控制反应温度593633K。为使反应温度均匀，采用熔盐在反应管间强制循环移除反应热，并通过熔盐废热锅炉产生蒸汽，以回收余热。第一反应器生成的气体（含丙
23、烯醛、少量丙烯酸以及副反应生成的一氧化碳和二氧化碳等）经过气体冷却器换热冷却后被送入第二反应器，在氧化钼-钒催化剂作用下，丙烯醛进一步氧化为丙烯酸，反应温度控制在533573K。反应放出的热量采用熔盐在管间强制循环移出22。第二反应器出口气体送入吸收塔，用丙烯酸水溶液吸收，吸收后尾气中含有少量未反应的丙烯、丙烯醛、乙醛等有机物和不溶性气体，约50%返回反应器进料系统循环使用，其余尾气送废气催化焚烧装置。吸收塔底部流出的丙烯酸水溶液约含丙烯酸20%30%（质量分数）， 送分离工段进行分离精制。三.结论本项目符合国家产业结构调整总体计划，符合国家的产业政策、能源和环境。通过市场分析，技术方案论证，技术经济分析，我们得出该项目的建设是可行的、必要的。
