萬(wàn)噸年氯丙烯生產(chǎn)過(guò)程設(shè)計(jì)

1、11萬(wàn)噸/年氯丙烯生產(chǎn)過(guò)程設(shè)計(jì)第一組第一組 2010-01-202010-01-202目錄第一部分 項(xiàng)目背景第二部分 流程分析第三部分 新流程核算第四部分 經(jīng)濟(jì)核算3第一部分 項(xiàng)目背景項(xiàng)目背景1.生產(chǎn)什么？ 氯丙烯(3-chloro-1-propene)，化學(xué)式：ch2=chch2cl。作為有機(jī)合成中間體，廣泛用于合成樹(shù)脂，香料，醫(yī)藥，農(nóng)藥等。其主要用途為生產(chǎn)環(huán)氧氯丙烷，用作合成甘油和合成樹(shù)脂的原料，其余用于生產(chǎn)丙烯醇，丙烯胺和藥物。5項(xiàng)目背景2.為什么？ 市場(chǎng)有需求。 氯丙烯主要需求還是在作為環(huán)氧氯丙烷環(huán)氧氯丙烷的中間體，從最近幾年數(shù)據(jù)來(lái)看，國(guó)內(nèi)還在進(jìn)口環(huán)氧氯丙烷。這就推動(dòng)了氯丙烯的需求增加

2、。6項(xiàng)目背景3.生產(chǎn)方法？a.高溫氯化法高溫氯化法 過(guò)量的丙烯和氯氣，在無(wú)催化劑、高溫500左右條件下，氯直接置換丙烯甲基上的氫原子而得氯丙烯。反應(yīng)方程式為： ch2ch-ch3 + cl2 ch2=ch-ch2cl + hcl 純度在98%以上的丙烯經(jīng)干燥、預(yù)熱至280320，與冷氯氣按量比為(45)：1送入混合器進(jìn)行混合后進(jìn)入反應(yīng)器。 b.丙烯氧化氯化法 丙烯、氯化氫和氧氣在碲催化劑存在下反應(yīng)生成氯丙烯。反應(yīng)方程式為： ch2chch3 + hcl +0.5o2=ch2chch2cl + h2o。 新鮮丙烯、氧氣、氯化氫和循環(huán)氣體(二氯丙烷反應(yīng)器產(chǎn)物)按量比n(丙烯) n(氯化氫) n(氧

3、氣) =2.5 1 1 混合后，在反應(yīng)溫度為200260，壓力0196.14mpa的條件下，通過(guò)載有te2o3、v2o5、h3po4組分的流化床催化劑反應(yīng)生成氯丙烯。 7項(xiàng)目背景3.生產(chǎn)方法？ 選定高溫氯化法高溫氯化法 高溫氯化法雖然要求原料純度比較高，單程轉(zhuǎn)化率也較低，但是它的生產(chǎn)工藝比較成熟，對(duì)設(shè)備的腐蝕相對(duì)較小，90的裝置采用這種生產(chǎn)方法，而丙烯氧氯化法雖然轉(zhuǎn)化率高，溫度低，但是要求使用碲、五氧化二礬等作催化劑，反應(yīng)壓力高，對(duì)材質(zhì)要求高，綜合考慮各個(gè)方面的因素，本設(shè)計(jì)采用高溫氯化法進(jìn)行氯丙烯的生產(chǎn)。89twrs制冷流程10設(shè)計(jì)目標(biāo) 生產(chǎn)方法：高溫氯化法 ; 產(chǎn)量：1 1萬(wàn)噸萬(wàn)噸/ /年年

4、； 原料：丙烯98%，氯氣 ; 產(chǎn)品: 氯丙烯99.9%，2-氯丙烯95%，2,3-二氯丙烯95%， 鹽酸 31.5wt%。 分析近幾年數(shù)據(jù)，市場(chǎng)對(duì)于環(huán)氯丙烷的需求在不久的將來(lái)將達(dá)到飽和，而且國(guó)內(nèi)對(duì)于環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)發(fā)明了甘油法。國(guó)內(nèi)丙烯高溫氯化法比國(guó)外丙烯高溫氯化法的總收率低，丙烯消耗定額普遍高，一般高出30%左右。這就要求我們?cè)僭O(shè)計(jì)好流程的同時(shí)，更要注意優(yōu)化和革新，使得設(shè)計(jì)有競(jìng)爭(zhēng)力。11第二部分 流程分析124.低溫分離(-50)能耗高1.低溫冷能沒(méi)有得到充分利用3.將返回料液化，耗能2.出料熱量沒(méi)有得到利用5.沒(méi)有必要一定要三個(gè)塔6.先冷后加熱為了配合吸收鹽酸，不合理(-56到25)13問(wèn)

5、題的提出1.對(duì)丙烯預(yù)分是不是一定需要三個(gè)塔（包括一個(gè)閃蒸塔）？2.進(jìn)入分餾系統(tǒng)，使用深冷分離，是不是有必要？3. 由于丙烯和氯氣都是液態(tài)進(jìn)料，攜帶大量冷量。原流程中，直接進(jìn)料不但沒(méi)有利用其冷量，反而增加了爐子加熱負(fù)荷；4.回流丙烯，是否需要一定要液化才可以保證其質(zhì)量？5.是不是能甩掉制冷系統(tǒng)，原因是該制冷系統(tǒng)造價(jià)高，運(yùn)行成本高，能耗高。6.反應(yīng)器高溫反應(yīng)物沒(méi)有利用，可否可以為進(jìn)料提供熱量？14解決方案1.對(duì)丙烯預(yù)分是不是一定需要三個(gè)塔（包括一個(gè)閃蒸塔）？將原來(lái)兩個(gè)預(yù)分塔和一個(gè)閃蒸罐合并成一個(gè)塔，即預(yù)分塔，其塔頂蒸出丙烯和氯化氫。15解決方案2.進(jìn)入分餾系統(tǒng)，使用深冷分離，是不是有必要？塔操作參

6、數(shù)塔板數(shù) 20 進(jìn)料板 12 回流比 0.5 操作壓力 5bar塔底用釜式再沸器 -0.19mmkcal/hr塔頂部分冷凝器 0.35mmkcal/hr塔頂溫度 -8.7 全冷凝需要-50進(jìn)料 節(jié)能塔底溫度 103.916解決方案2.進(jìn)入分餾系統(tǒng)，使用深冷分離，是不是有必要？核算預(yù)分餾塔頂操作溫度，決定塔頂采用部分冷凝回流，可以得出塔頂氯丙烯幾乎無(wú)跑損。其塔進(jìn)料和塔頂操作溫度都不算低。故認(rèn)為沒(méi)有必要進(jìn)行深冷。項(xiàng)目進(jìn)料(kg/hr)塔頂出料(kg/hr) 塔底出料(kg/hr)氯化氫619.8619.8trace丙烯2795.12975.1trace氯丙烯910.70.1910.62-氯丙烯13

7、0.122.9107.12，3-二氯丙烯188.6trace188.617解決方案2.進(jìn)入分餾系統(tǒng)，使用深冷分離，是不是有必要？但是這樣會(huì)給我們帶來(lái)一個(gè)新的問(wèn)題。就是塔頂出料很大，需要用水來(lái)吸收鹽酸變得很難，需要鹽酸吸收塔30塊理論板。但是我們認(rèn)為，相對(duì)超高的制冷費(fèi)用，對(duì)吸收塔的初期投資較大是可以接受的，因?yàn)樗麕?lái)的是節(jié)省大量制冷費(fèi)用和購(gòu)買壓縮機(jī)的費(fèi)用。18解決方案3.利用進(jìn)料丙烯和液體氯氣的冷量具體流程如下制冷 液氯 丙烯丙烯出料-17去與回流丙烯混合19解決方案4.回流丙烯，是否需要一定要液化才可以保證其質(zhì)量？文獻(xiàn)認(rèn)為，丙烯在冷卻到-5以后可以利用分子篩脫水，使得丙烯進(jìn)料中的水含量足夠低，

8、（數(shù)值）。故將其液化是沒(méi)有必要的。但是冷卻到-5依然是不容易的。但是大股丙烯要冷卻到-5度依然是不容易的?；亓鞅┝鞒倘缦拢ㄏ壤鋮s到0度閃蒸，再和丙烯低溫料混合）20解決方案5.是不是能甩掉制冷系統(tǒng)，原因是該制冷系統(tǒng)造價(jià)高，運(yùn)行成本高，能耗高。 可以甩掉目前的制冷系統(tǒng)，但是新的流程也是需要進(jìn)行制冷來(lái)補(bǔ)充部分裝置需要的冷，相比起來(lái)，新的制冷設(shè)備冷能品位要低很多，而且考慮用廢熱制冷，節(jié)約能源。嘗試使用低溫水制冷，使用溴化鋰吸收式制冷得8左右冷水。21解決方案6.反應(yīng)器高溫反應(yīng)物沒(méi)有利用，可否可以為進(jìn)料提供熱量？反應(yīng)器反應(yīng)熱量衡算生成氯丙烯的反應(yīng)熱為112.21 kj/mo1; 2- 氯丙烯的反應(yīng)熱

9、為121.42 kj/mol; 2, 3 - 二氯丙烯的反應(yīng)熱為213.54 kj/mol。反應(yīng)產(chǎn)物中粗氯丙烯為hcl 17 kmol/hrpropy-0170.7 kmol/hrallyl-0111.9 kmol/hr2-chl-011.7 kmol/hr2,3-d-01 1.7 kmol/hr反應(yīng)器的反應(yīng)溫度為500 , 選基準(zhǔn)溫度為0 。22解決方案原料丙烯帶入的熱量q1 為3 458.4103 kj/h; 原料氯氣帶入的熱量為q2 為14.7103 kj/h; 反應(yīng)熱q3為氯丙烯, 2氯丙烯、2, 3二氯丙烯, 反應(yīng)熱的總和為1 904.7103 kj/h。出反應(yīng)器熱量共計(jì)5377.8

10、 103 kj/h。熱損失取5%，即損失為268.89kj/h。丙烯在換熱器組中由-5加熱到360，所需負(fù)荷為2742.4 103 kj/h。利用五個(gè)換熱器串聯(lián)可以將反應(yīng)物料冷卻到234.8。一般不對(duì)氯氣加熱，氯氣溫度不宜過(guò)高，否則不易控制反應(yīng)速度。反應(yīng)物料仍然可以生產(chǎn)熱水3000kg/h23解決方案反應(yīng)出料500進(jìn)料丙烯-5360水產(chǎn)100熱水出料0去分餾24第三部分 新流程核算25新流程圖丙烯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

11、/hr-8.7 5bar水 75kmol/hr20 1bar31.8%（w）鹽酸 1841kg/hr粗丙烯 80.6kmol/hr0 1bar70.92-氯丙烯 109kg/hr40氯丙烯 903kg/hr67.22，3-二氯丙烯 903kg/hr 113.826全流程物料熱量能量平衡入方出方損失丙烯17kmol/hr粗鹽酸82.4kmol/hr丙烯1.7kmol/hr氯氣17kmol/hr氯丙烯11.8kmol/hr水（吸收劑）75kmol/hr2-氯丙烯1.46kmol/hr2，3-二氯丙烯1.78kmol/hr物料衡算物料衡算能量衡算能量衡算單位（mmkcal/hr）單位(mmkcal/

12、hr）丙烯進(jìn)料-0.08反應(yīng)熱1904.7x103kj/hr液氯進(jìn)料-0.09爐子加熱0.05冷公用工程-1.88熱公用工程1.2127產(chǎn)品質(zhì)量項(xiàng)目產(chǎn)量（噸/年）產(chǎn)品純度粗鹽酸15464質(zhì)量分?jǐn)?shù)31.8%氯丙烯7585摩爾分?jǐn)?shù)99.9%2-氯丙烯907摩爾分?jǐn)?shù)97.4%2，3-二氯丙烯1634摩爾分?jǐn)?shù)95.7%參考設(shè)計(jì)要求，質(zhì)量指標(biāo)已達(dá)到。28第四部分 經(jīng)濟(jì)核算29銷售收入項(xiàng)目產(chǎn)量（噸/年）單價(jià)（萬(wàn)元/噸）總計(jì)（萬(wàn)元）粗鹽酸154640.06927.8氯丙烯75851.291022-氯丙烯9071.1997.72，3-二氯丙烯16342.5408515112.530原料費(fèi)用項(xiàng)目產(chǎn)量（噸/年）單價(jià)（萬(wàn)元/噸）總計(jì)（萬(wàn)元）丙烯60800.955776液氯101250.1251265.67041.6增值稅率按照0.17計(jì)算一年的繳納稅費(fèi)為1172.7萬(wàn)元31投資核算塔設(shè)備980萬(wàn)元換熱器1440萬(wàn)元反應(yīng)器475萬(wàn)元閃蒸罐50萬(wàn)元泵100萬(wàn)元爐子80萬(wàn)元管線及控制設(shè)備3125萬(wàn)元其他937萬(wàn)元7187萬(wàn)元32操作費(fèi)用公用工程781萬(wàn)元操作費(fèi)用830萬(wàn)元維護(hù)費(fèi)396萬(wàn)元管理費(fèi)用374萬(wàn)元保險(xiǎn)250萬(wàn)元其他1660萬(wàn)元4290萬(wàn)元33投資回報(bào)表按照資本自籌，不計(jì)銀行利息。不計(jì)折舊。估算投資回報(bào)。按照資本自籌，不計(jì)銀行利息