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1、丙烯腈生产概念设计,设计作者：林英光 喻冬秀 指导教师：钱 宇 教授 陆恩锡 教授,项目背景2.设计目标和任务 3.技术分析 4.流程模拟与优化5.经济分析6.总结(改进之处）7.建议,主 要 内 容,一、项目背景,1、丙烯腈应用广泛-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着广泛的应用。2、丙烯腈的产量和市场需求大 全球产量：5050kt/a，年均需求增长4.0%；中国产量：410kt/a,年均需求增长14.3%。3、合成方法-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,设计目标 设计规模：100000吨丙烯腈/年，按照300天开工计算，即7200小
2、时，丙烯腈产品流量13888.89Kg/hr,即261.56Kmol/h；设计要求：丙烯腈产品纯度（质量）99.5%。,二、设计目标和任务,二、设计目标和任务,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；对分离系统结构加以调整和改进，精简结构，优化工艺，提高效率；用ASPEN-PLUS软件对流程进行全程模拟和优化主要操作单元工艺参数；与丙烯氨氧化法进行比较，分析丙烷氨氧化法的经济可行性。,三、技 术 分 析-反应过程分析,C3H8+NH3+1.5 O2 CH2=CHCN+3 H2OC3H8+1.5NH3+2O2 1.5CH3
3、CN+4H2O C3H8+3NH3+3.5O2 3HCN+7H2OC3H8+5O2 3CO2+4H2OC3H8+3.5O2 3CO+4H2O,丙烷 丙烯腈,氨 乙腈、氢氰酸,氧气 废气：CO2、CO；废水,三、技 术 分 析-生产流程系统结构图,丙烯腈,废水,三、技 术 分 析-工艺条件,原料 丙烷、氨、氧气 配比：1:11.1:1.82.3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 MoV0.3Te0.23Nb0.15Ox 丙烷转化率 91%目前最高的转化率丙烯腈收率 59.7%目前最高收率反应器 流化床反应器反应温度 410 反应压力 0.1216MPa(1.2bar),丙烯腈
4、生产过程中各组分性状及流向组分 常压沸点/常温常压性状 水溶性 流向丙烷-42.0 无色气体 不溶 反应器-处理-循环氨-33.4 无色气体 溶 反应器-再生-循环氧气-182.8 无色气体 不溶 反应器二氧化碳-78 无色气体 不溶 尾气处理排放一氧化碳-191.5 无色气体 不溶 尾气处理排放丙烯腈 78 无色液体 溶 主产物回收乙腈 81.6 无色液体 溶 副产物回收氢氰酸 26 无色液体 溶 副产物回收水 100 无色液体 溶 排放处理,三、技 术 分 析-分离过程分析,三、技 术 分 析-分离系统结构设计,反应产物,四、流程模拟与优化-工艺流程图,Aspen plus 模拟流程图,四
5、、流程模拟与优化-冷凝塔F-101操作条件确定,冷凝塔F-101温度对分离效果的影响,四、流程模拟与优化-冷凝塔F-101操作条件确定,冷凝塔F-101模拟与优化结果,四、流程模拟与优化-冷凝塔F-102操作条件确定,冷凝塔F-102温度对分离效果的影响,四、流程模拟与优化-冷凝塔F-102操作条件确定,冷凝塔F-102模拟与优化结果,四、流程模拟与优化-精馏塔T-101 优化结果,精馏塔T-101理论塔板数、进料板位置与回流比的关系,四、流程模拟与优化-精馏塔T-101 优化结果,精馏塔T-101理论塔板数对分离效果的影响,四、流程模拟与优化-精馏塔T-101 优化结果,精馏塔T-101回流
6、比对分离效果的影响,四、流程模拟与优化-精馏塔T-101 优化结果,四、流程模拟与优化-精馏塔T-102 优化结果,精馏塔T-102理论塔板数、进料板位置与回流比的关系,四、流程模拟与优化-精馏塔T-102 优化结果,精馏塔T-102理论塔板数对分离效果的影响,四、流程模拟与优化-精馏塔T-102 优化结果,精馏塔T-102回流比对分离效果的影响,四、流程模拟与优化-精馏塔T-102 优化结果,四、流程模拟与优化-产物物流（Stream No18）模拟结果,四、流程模拟与优化-生产流程部分物料衡算表,五、经济分析-反应过程对比经济分析 收率为60%时丙烷法与丙烯法反应器参数对比,五、经济分析-
7、投资成本对比经济分析,投资费用 日本三菱化学 美国BP-AMOCO（百万美元）丙烷法工艺 丙烯法工艺,总固定投资 237.3 188.4原材料 56.6 62.5公用工程 5.9 8.3可变成本 50.8 62.5装置现金成本 60.2 69.1生产成本 78.9 86.3副产收益-11.7-8.4产品成本 111.5 112.2,反应器直径/高度(m)13.3/14.2 9.5/18.9吸收塔直径/高度(m)5.4/15.2 3.8/15.2,五、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：1、需增大设备方面的投资，至少增加5%，考虑设备投资回报，一般增加25%以上。2、当丙
8、烷氨氧化法丙烯腈的收率需达40%以上，即丙烷转化率50%以上、丙烯腈的选择性80%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）。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%，随着催化剂的发展，丙烷氨氧化法极具应用前景。,六、总 结,1、选用最先进的三菱化学的丙烷氨氧化催化技术；2、采用“双冷凝塔双精馏塔”的分离结构，进行了全程流程模拟和计算；3、用ASPEN-PLUS软件模拟和优化了主要操作单元的工艺操作参数；4、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。,七、建 议,1、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。2、进行换热网络的合成，设计具体的换热网络结构；3、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。,谢谢！,
