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1、1万吨/年氯丙烯生产过程设计,第一组 2010-01-20,目录第一部分 项目背景第二部分 流程分析第三部分 新流程核算第四部分 经济核算,第一部分 项目背景,项目背景,1.生产什么？氯丙烯(3-chloro-1-propene)，化学式：CH2=CHCH2Cl。作为有机合成中间体，广泛用于合成树脂，香料，医药，农药等。其主要用途为生产环氧氯丙烷，用作合成甘油和合成树脂的原料，其余用于生产丙烯醇，丙烯胺和药物。,项目背景,2.为什么？市场有需求。氯丙烯主要需求还是在作为环氧氯丙烷的中间体，从最近几年数据来看，国内还在进口环氧氯丙烷。这就推动了氯丙烯的需求增加。,项目背景,3.生产方法？a.高温
2、氯化法 过量的丙烯和氯气，在无催化剂、高温500左右条件下，氯直接置换丙烯甲基上的氢原子而得氯丙烯。反应方程式为：CH2CH-CH3+Cl2 CH2=CH-CH2Cl+HCl 纯度在98%以上的丙烯经干燥、预热至280320，与冷氯气按量比为(45)：1送入混合器进行混合后进入反应器。b.丙烯氧化氯化法 丙烯、氯化氢和氧气在碲催化剂存在下反应生成氯丙烯。反应方程式为：CH2CHCH3+HCl+0.5O2=CH2CHCH2Cl+H2O。新鲜丙烯、氧气、氯化氢和循环气体(二氯丙烷反应器产物)按量比n(丙烯)n(氯化氢)n(氧气)=2.511 混合后，在反应温度为200260，压力0196.14Mp
3、a的条件下，通过载有Te2O3、V2O5、H3PO4组分的流化床催化剂反应生成氯丙烯。,项目背景,3.生产方法？选定高温氯化法 高温氯化法虽然要求原料纯度比较高，单程转化率也较低，但是它的生产工艺比较成熟，对设备的腐蚀相对较小，90的装置采用这种生产方法，而丙烯氧氯化法虽然转化率高，温度低，但是要求使用碲、五氧化二矾等作催化剂，反应压力高，对材质要求高，综合考虑各个方面的因素，本设计采用高温氯化法进行氯丙烯的生产。,9,TWRS制冷流程,设计目标,生产方法：高温氯化法;产量：1万吨/年；原料：丙烯98%，氯气;产品:氯丙烯99.9%，2-氯丙烯95%，2,3-二氯丙烯95%，盐酸 31.5wt
4、%。分析近几年数据，市场对于环氯丙烷的需求在不久的将来将达到饱和，而且国内对于环氧氯丙烷生产发明了甘油法。国内丙烯高温氯化法比国外丙烯高温氯化法的总收率低，丙烯消耗定额普遍高，一般高出30%左右。这就要求我们再设计好流程的同时，更要注意优化和革新，使得设计有竞争力。,第二部分 流程分析,4.低温分离(-50)能耗高,1.低温冷能没有得到充分利用,3.将返回料液化，耗能,2.出料热量没有得到利用,5.没有必要一定要三个塔,6.先冷后加热为了配合吸收盐酸，不合理(-56到25),问题的提出,1.对丙烯预分是不是一定需要三个塔（包括一个闪蒸塔）？2.进入分馏系统，使用深冷分离，是不是有必要？3.由于
5、丙烯和氯气都是液态进料，携带大量冷量。原流程中，直接进料不但没有利用其冷量，反而增加了炉子加热负荷；4.回流丙烯，是否需要一定要液化才可以保证其质量？5.是不是能甩掉制冷系统，原因是该制冷系统造价高，运行成本高，能耗高。6.反应器高温反应物没有利用，可否可以为进料提供热量？,解决方案,1.对丙烯预分是不是一定需要三个塔（包括一个闪蒸塔）？,将原来两个预分塔和一个闪蒸罐合并成一个塔，即预分塔，其塔顶蒸出丙烯和氯化氢。,解决方案,2.进入分馏系统，使用深冷分离，是不是有必要？,塔操作参数塔板数 20 进料板 12 回流比 0.5 操作压力 5bar塔底用釜式再沸器-0.19MMkcal/hr塔顶部
6、分冷凝器 0.35MMkcal/hr塔顶温度-8.7 全冷凝需要-50进料 节能塔底温度 103.9,解决方案,2.进入分馏系统，使用深冷分离，是不是有必要？,核算预分馏塔顶操作温度，决定塔顶采用部分冷凝回流，可以得出塔顶氯丙烯几乎无跑损。其塔进料和塔顶操作温度都不算低。故认为没有必要进行深冷。,解决方案,2.进入分馏系统，使用深冷分离，是不是有必要？,但是这样会给我们带来一个新的问题。就是塔顶出料很大，需要用水来吸收盐酸变得很难，需要盐酸吸收塔30块理论板。但是我们认为，相对超高的制冷费用，对吸收塔的初期投资较大是可以接受的，因为他带来的是节省大量制冷费用和购买压缩机的费用。,解决方案,3.
7、利用进料丙烯和液体氯气的冷量具体流程如下,制冷 液氯 丙烯,丙烯出料-17去与回流丙烯混合,解决方案,4.回流丙烯，是否需要一定要液化才可以保证其质量？,文献认为，丙烯在冷却到-5以后可以利用分子筛脱水，使得丙烯进料中的水含量足够低，（数值）。故将其液化是没有必要的。但是冷却到-5依然是不容易的。但是大股丙烯要冷却到-5度依然是不容易的。,回流丙烯流程如下（先冷却到0度闪蒸，再和丙烯低温料混合）,解决方案,5.是不是能甩掉制冷系统，原因是该制冷系统造价高，运行成本高，能耗高。,可以甩掉目前的制冷系统，但是新的流程也是需要进行制冷来补充部分装置需要的冷，相比起来，新的制冷设备冷能品位要低很多，而
8、且考虑用废热制冷，节约能源。,尝试使用低温水制冷，使用溴化锂吸收式制冷得8左右冷水。,解决方案,6.反应器高温反应物没有利用，可否可以为进料提供热量？,反应器反应热量衡算生成氯丙烯的反应热为112.21 kJ/mo1;2-氯丙烯的反应热为121.42 kJ/mol;2,3-二氯丙烯的反应热为213.54 kJ/mol。反应产物中粗氯丙烯为HCL 17 kmol/hrPROPY-0170.7 kmol/hrALLYL-0111.9 kmol/hr2-CHL-011.7 kmol/hr2,3-D-01 1.7 kmol/hr反应器的反应温度为500,选基准温度为0。,解决方案,原料丙烯带入的热量Q
9、1 为3 458.4103 kJ/h;原料氯气带入的热量为Q2 为14.7103 kJ/h;反应热Q3为氯丙烯,2氯丙烯、2,3二氯丙烯,反应热的总和为1 904.7103 kJ/h。,出反应器热量共计5377.8 103 kJ/h。热损失取5%，即损失为268.89kJ/h。,丙烯在换热器组中由-5加热到360，所需负荷为2742.4 103 kJ/h。利用五个换热器串联可以将反应物料冷却到234.8。一般不对氯气加热，氯气温度不宜过高，否则不易控制反应速度。,反应物料仍然可以生产热水3000kg/h,解决方案,反应出料500,进料丙烯-5,360,水,产100热水,出料0去分馏,第三部分
10、新流程核算,25,新流程图,丙烯17kmol/hr-47.72,液氯17kmol/hr-34.6,粗氯丙烯103kmol/hr0 5bar,丙烯返回料68kmol/hr 0,103.5,粗氯丙烯15kmol/hr 40,粗丙烯 88kmol/hr-8.7 5bar,水 75kmol/hr20 1bar,31.8%（w）盐酸 1841kg/hr,粗丙烯 80.6kmol/hr0 1bar,70.9,2-氯丙烯 109kg/hr40,氯丙烯 903kg/hr67.2,2，3-二氯丙烯 903kg/hr 113.8,全流程物料热量能量平衡,物料衡算,能量衡算,产品质量,参考设计要求，质量指标已达到。,第四部分 经济核算,销售收入,原料费用,增值税率按照0.17计算一年的缴纳税费为1172.7万元,投资核算,操作费用,33,投资回报表,按照资本自筹，不计银行利息。不计折旧。估算投资回报。,显然，不计折旧和利息情况下可以在4年内回收成本。如果计算利息和折旧，有望在5年内回收成本。,Thanks,
