丙烯腈合成工段的工藝設(shè)計(jì)

1、北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)一文獻(xiàn)綜述丙烯睛合成工段的工藝設(shè)計(jì)前言畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)能力的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論與實(shí)際結(jié)合的重要連接點(diǎn)。在教師指導(dǎo)下畢業(yè)設(shè)計(jì)可以培養(yǎng)我們獨(dú)立思考，運(yùn)用所學(xué)到的基本理論并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的知識(shí)，綜合的分析和解決工程實(shí)際問題的能力。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的內(nèi)容為年產(chǎn)6萬噸丙烯月青合成工段的工藝設(shè)計(jì)，通過認(rèn)真細(xì)聽老師課堂上講解和任務(wù)布置，我們了解到了為完成設(shè)計(jì)需要查找資料的方向，并進(jìn)行了細(xì)心的查閱，掌握了基本的理論知識(shí)。對(duì)于剛進(jìn)行設(shè)計(jì)的人來說，學(xué)會(huì)收集、理解、熟悉和使用各種資料，正是設(shè)計(jì)課程需要培養(yǎng)的重要方面，化工設(shè)計(jì)非常強(qiáng)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。但是并不是限制

2、設(shè)計(jì)的創(chuàng)造和發(fā)展，因此遇到與設(shè)計(jì)要求有矛盾時(shí)，經(jīng)過必要的手續(xù)可以放棄標(biāo)準(zhǔn)而服從設(shè)計(jì)要求。通過設(shè)計(jì)應(yīng)知道如何查取數(shù)據(jù)知道如何查找資料對(duì)丙烯月青合成工段的工藝設(shè)計(jì)有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)，知道如何選取相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)，建立一個(gè)工程概念，知道工程和理論的區(qū)別。對(duì)于物料衡算和熱量衡算、主要設(shè)備的工藝計(jì)算（反應(yīng)器）等都有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)和了解，知道如何使用手冊(cè)和資料，認(rèn)識(shí)工程。北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)一文獻(xiàn)綜述一、產(chǎn)品的性狀、用途、國內(nèi)外市場情況1.1 丙烯月青簡介丙烯月青是一種重要的有機(jī)合成單體，在丙烯產(chǎn)品系列中居第二，僅次于聚丙烯，是三大合成材料（纖維、橡膠、塑料）的重要化工原料，主要用來生產(chǎn)聚丙烯月青纖維

3、（月青綸）、丙烯月青-丁二烯-苯乙烯（ABS）塑料、苯乙烯（AS）塑料、丙烯酰胺等。丙烯月青在合成纖維、合成樹脂等高分子材料中占有顯著地位，應(yīng)用前景廣闊。除此之外，丙烯月青聚合物與丙烯月青衍生物也廣泛應(yīng)用于建材及日用品中1.2 丙烯月青物化性質(zhì)1.2.1 丙烯月青物理性質(zhì)無色或淡黃色液體，有特殊氣味，分子量：53.06沸點(diǎn)：77.3C冰點(diǎn)：-83.5C生成熱：184.2kJ/mol（25C）燃燒熱：1761.5kJ/mol聚合熱：72.4kJ/mol蒸汽壓：11.0KPa（20C）閃點(diǎn)：0c自燃點(diǎn)：481C爆炸極限：在空氣中3.0%17%（體積）油水分配系數(shù)：辛醇/水分配系數(shù)的對(duì)數(shù)值為-0.9

4、2毒性：劇毒，毒作用似氫氟酸溶解性：溶于丙酮、苯、四氯化碳、乙醴、乙醇等有機(jī)溶劑，微溶于水1.2.2 丙烯月青化學(xué)性質(zhì)丙烯月青由于分子結(jié)構(gòu)帶有C=C雙鍵及-CN鍵，所以化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，可以發(fā)生加成、聚合、月青基及氫乙基化等反應(yīng)。聚合反應(yīng)和加成反應(yīng)都發(fā)生在丙烯月青的C=C雙鍵上，純丙烯月青在光的作用下能自行聚合，所以在丙烯月青成品及丙烯月青生產(chǎn)過程中，通常要加少量阻聚劑，如對(duì)苯酚甲基醴（阻聚劑MEHQ對(duì)苯二酚、氯化亞銅和胺類化合物等。除發(fā)生自聚外，丙烯月青還能與苯乙烯、丁二烯、乙酸乙烯、丙烯酰胺等發(fā)生共聚反應(yīng)，由此可制得合成纖維、塑料、涂料和膠粘劑等。丙烯月青經(jīng)電解加氫偶聯(lián)反應(yīng)可以制得已二月青

5、。鼠基反應(yīng)包括水合反應(yīng)、水解反應(yīng)、醇解反應(yīng)等，丙烯月青和水在銅催化劑存在下，可以水合制取丙烯酰胺。氟乙基化反應(yīng)是丙烯月青與醇、硫醇、胺、氨、酰胺、醛、酮等反應(yīng)；丙烯月青和醇反應(yīng)可制取烷氧基丙胺，烷氧基丙胺是液體染料的分散劑、抗靜電劑、纖維處理劑、表面活性劑、醫(yī)藥等的原料。丙烯月青與氨反應(yīng)可制得1,3丙二胺，該產(chǎn)物可用作紡織溶劑、聚氨酯溶劑和催化劑。1.3 丙烯月青的用途北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)一文獻(xiàn)綜述丙烯月青主要用于生產(chǎn)月青綸纖維，世界上其所占比例約為55%我國用于生產(chǎn)月青綸的丙烯月青占80%以上。月青綸應(yīng)用十分廣泛，是繼滌綸、尼龍之后的第3個(gè)大噸位合成纖維品種。其次，是用于ABS/AS

6、塑料。由丙烯月青、苯乙烯和丁二烯合成的ABS塑料和由丙烯月青與苯乙烯合成的AS塑料是重要的工程塑料。因該產(chǎn)品具有高強(qiáng)度、耐熱、耐光和耐溶性能較好等特點(diǎn)，今后10年其需求量將大幅增長。與丁二烯共聚制丁月青橡膠也是丙烯月青的主要用途之一。丁月青橡膠應(yīng)用比例約占4%,年增長在1%以上，主要用于汽車行業(yè)。丙烯月青也是重要的有機(jī)合成原料。丙烯月青經(jīng)催化水合可制得丙烯酰胺，經(jīng)電解加氫偶聯(lián)可制得己二月青，丙烯酰胺主要用于紙張、廢水處理、礦石處理、油品回收、三次采油化學(xué)品方面，其需求量以年均2%的速率增長。己二月青只用于生產(chǎn)烏落托品，年增長率為4%0此外，丙烯月青還可用來生產(chǎn)谷氨酸鈉、醫(yī)藥、高分子絮凝劑、纖維

7、改性劑、紙張?jiān)鰪?qiáng)劑等。二、產(chǎn)品的發(fā)展情況2.1 國外發(fā)展情況近年來隨著環(huán)氧丙烷下游產(chǎn)品月青綸纖維、ABS/AS丙烯酰胺、丁月青橡膠和丁月青膠乳、已二月青和已二胺等方面的發(fā)展，特別是下游精細(xì)化工新品的不斷開發(fā)與應(yīng)用，世界的丙烯月青需求量也不斷增加。1995-2002年，世界丙烯月青年均增長率約為4.3%。生產(chǎn)能力從475萬t/a增至624.7萬t/a,產(chǎn)量由443萬t/a增至525萬t/a。全球丙烯月青的生產(chǎn)與消費(fèi)主要集中在美國、西歐、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家與地區(qū)，他們生產(chǎn)能力約占全球生產(chǎn)能力的60.5%,隨著亞洲尤其是東南亞和中國丙烯月青裝置建設(shè)加快，美國、西歐和日本生產(chǎn)能力所占比例將呈現(xiàn)逐漸降低

8、的趨勢。12.2 國內(nèi)發(fā)展情況作為煉化產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)，丙烯月青主要用于月青綸、工程塑料以及聚丙烯酰胺等方面的生產(chǎn)。20世紀(jì)80年代以來我國丙烯月青工業(yè)發(fā)展較快，從國外引進(jìn)8套裝置，全部采用BP公司技術(shù)。由于丙烯月青副產(chǎn)氫氟酸的環(huán)保問題，近幾年我國新增產(chǎn)能較少。目前，我國主要有11家丙烯月青生產(chǎn)廠家。2005年我國丙烯月青總產(chǎn)能約達(dá)110萬噸/年，產(chǎn)量達(dá)到93.1萬噸，2006年底我國丙烯月青主要企業(yè)總產(chǎn)能達(dá)到106.2萬噸/年，全國總產(chǎn)能約達(dá)115萬噸/年。至2009年產(chǎn)能基北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)一文獻(xiàn)綜述本未變。2010年6月17日，吉林石化第三套丙烯月青裝置兩條生產(chǎn)線先后開車成功，

9、丙烯月青生產(chǎn)能力比原來翻了一番，達(dá)到42.4萬噸，躍居國內(nèi)首位。這標(biāo)志著吉林石化公司已成為全國最大丙烯月青生產(chǎn)基地。中國對(duì)丙烯月青的需求持續(xù)增長，ABSS求的年增長率超過10%月青綸需求年增長率為3%目前我國丙烯月青的主要消費(fèi)領(lǐng)域是月青綸纖維，約占總需求量的80%其次是ABSSAN樹脂、丙烯酰胺和丁月青橡膠。2.3 發(fā)展前景隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，丙烯月青工業(yè)呈現(xiàn)幾大發(fā)展趨勢：一是以丙烷為原料的丙烯月青生產(chǎn)路線在逐步推廣，二是新型催化劑的研究依舊是國內(nèi)的外學(xué)者研究的課題，三是裝置規(guī)模大型化。根據(jù)國內(nèi)外丙烯月青市場及生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢，提出如下建議：(1)依托國內(nèi)自己的科研力量，積極探索丙烷法制丙

10、烯月青新路線，并積極推進(jìn)催化劑的國產(chǎn)化進(jìn)程，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自有技術(shù)。(2)丙烯月青下游產(chǎn)品很多，如丙烯酰胺系列、聚丙烯月青纖維、含月青彈性體、己二月青等，在經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展的今天，市場顯得尤為重要，建議注重生產(chǎn)技術(shù)的同時(shí)，注重市場的動(dòng)向，要大力發(fā)展有前景的下游產(chǎn)品，拓寬潛在市場?；谝陨蠈?duì)丙烯月青市場的分析，我國丙烯月青行業(yè)未來發(fā)展的趨勢可概括為：下游需求持續(xù)增產(chǎn)與市場供不應(yīng)求并存。近年，丙烯月青的年均9%勺增長率主要得益于ABS行業(yè)的快速發(fā)展，雖然作為丙烯月青的主要下游產(chǎn)品月青綸的市場已趨于穩(wěn)定，但是ABS亍業(yè)高于50%勺進(jìn)口率決定了ABS亍業(yè)未來的快速發(fā)展，這也必將帶動(dòng)丙烯月青的需求增

11、長，預(yù)計(jì)在未來10年，ABS將取代丙烯月青成為丙烯月青最大的下游產(chǎn)品。由于在生產(chǎn)工藝方面丙烯月青氧化法仍然是國內(nèi)最主流的丙烯月青生產(chǎn)工藝,所以丙烯月青的供應(yīng)仍將長期受到丙烯月青供應(yīng)不足的限制，國內(nèi)丙烯月青進(jìn)口量在未來幾年內(nèi)仍將保持在20%認(rèn)上，我國丙烯月青市場也將長期處于供不應(yīng)求的狀況。隨著市場供求量的逐年增加，丙烯月青的市場價(jià)格在未來幾年也將繼續(xù)上揚(yáng)，因此，我國丙烯月青行業(yè)在未來幾年依然有著廣闊白市場前景。2三、丙烯月青的合成方法和工藝條件3.1 環(huán)氧乙烷法北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)一文獻(xiàn)綜述Ij廠luNa2coiCH?CHMgCOsH2C-CH?+HCN:|-:ch2=ch-cn+h?o

12、50-60COHCN200-220r3.2 乙快法乙快和氫氟酸在氯化亞銅-氯化鉀-氯化鈉稀鹽酸溶液的催化作用下在80-90C反應(yīng)得丙烯月青此法生產(chǎn)過程簡單，收率良好，以氫氟酸計(jì)可達(dá)97%但副反應(yīng)多，產(chǎn)物精制較難，毒性也大，且原料乙快價(jià)格高于丙烯，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上落后于丙烯氨氧化法。1960年以前，該法是世界各國生產(chǎn)丙烯月青的主要方法。CH=CH+HCNCuCb-NH4clHCI8d90CaCH2=CH-CN3.3 丙烷氨氧化法以美國BP公司、日本三菱化成公司為代表的主要丙烯月青生產(chǎn)商開始了以內(nèi)烷為原料的生產(chǎn)丙烯月青的技術(shù)開發(fā)工作。該技術(shù)主要合成工藝有兩種：一是BP公司開發(fā)的丙烷直接氨氧化法，在特

13、定的催化劑下，以純氧為氧化劑，同時(shí)進(jìn)行丙烷氧化脫氫和丙烯氨氧化法反應(yīng)；二是三菱化成公司開發(fā)的獨(dú)特循環(huán)工藝，主要是丙烷氧化脫氫后生成丙烯，然后再以常規(guī)氨氧化法生產(chǎn)丙烯月青，其主要特點(diǎn)是采用選擇性爛的吸附分離體系的循環(huán)工藝，可將循環(huán)物流中的惰性氣體和碳氧化物選擇性除去，原料丙烷和丙烯100湖收，從而降低了生產(chǎn)成本。盡管丙烷法較丙烯氨氧化法總投資高，但是由于丙烷價(jià)格（19.8美分/kg）比丙烯價(jià)格（39.6美分/kg）低一半，因此單從原料成本上看丙烷法比丙烯法更有前景，有關(guān)資料介紹丙烷法有望比丙烯氨氧化法降低30%勺生產(chǎn)成本。盡管目前尚處于研究階段，開發(fā)高效的催化劑是關(guān)鍵，但是由于丙烷價(jià)格低廉、容易

14、得到，不久的將來丙烷氨氧化法法可望工業(yè)化生產(chǎn)，前景樂觀。3.4 丙烯氨氧法3CH=CH-CH3+NH3+-O2-CH2=CH-CN+3H式）目前，全球95%上的丙烯月青生產(chǎn)都采用美國BP公司（現(xiàn)為BP-AMOCO公司）開創(chuàng)并發(fā)展的丙烯氨氧化法技術(shù)（又稱sohio法），該技術(shù)以丙烯和氨氣為原北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)一文獻(xiàn)綜述料，通過氧化生產(chǎn)丙烯月青，副產(chǎn)乙月青和氫氟酸。該法原料易得、工序簡單、操作穩(wěn)定、產(chǎn)品精制方便，經(jīng)過近40年的發(fā)展，技術(shù)日趨成熟。口目前主要技術(shù)改進(jìn)集中在催化劑、流化床反應(yīng)器以及節(jié)能降耗等方面。目前丙烯月青的合成路線主要有以上兩種，其中，丙烯氨氧化法的技術(shù)相對(duì)內(nèi)烷氨氧化法來

15、說比較成熟，經(jīng)思考，我決定采用丙烯氨氧化法中的Sohio法進(jìn)行模擬與設(shè)計(jì)。丙烯月青氧化法的優(yōu)點(diǎn)如下：(1)丙烯是目前大量生產(chǎn)的石油化學(xué)工業(yè)的產(chǎn)品，氨是合成氨工業(yè)的產(chǎn)品，這兩種原料均來源豐富且價(jià)格低廉。(2)工藝流程比較簡單，經(jīng)一步反應(yīng)便可得到丙烯月青產(chǎn)物。(3)反應(yīng)的副產(chǎn)物較少，副產(chǎn)物主要是氫氟酸和乙月青，都可回收利用，而且丙烯月青成品純度較高。(4)丙烯氨氧化過程系放熱反應(yīng)，在熱平衡上很有利。(5)反應(yīng)在常壓或低壓下進(jìn)行，對(duì)設(shè)備無加壓要求。(6)與其他生產(chǎn)方法如乙快與氫氟酸合成法，環(huán)氧乙烷與氫氟酸合成法等比較，可以減少原料的配套設(shè)備(如乙快發(fā)生裝置和氟化氫合成裝置)的建設(shè)投資。四、環(huán)境保護(hù)和

16、安全措施4.1 丙烯月青生產(chǎn)中的廢水和廢氣及廢渣的處理丙烯月青裝置的廢水來源主要是反應(yīng)生成水和工藝過程用水。因反應(yīng)條件和采用的催化劑不同，各主、副反應(yīng)物的單程收率不會(huì)一樣，生成水量也會(huì)有所差別。通常合成1t丙烯月青產(chǎn)生1.52.0m+3反應(yīng)生成水。工藝過程用水包括分離合成產(chǎn)物過程用的吸收水和萃取水，反應(yīng)器用的稀釋蒸氣(有些催化劑不用)，和蒸儲(chǔ)塔用的直接蒸氣(最終冷凝成水)。在提純丙烯月青、乙月青、氫氟酸的加工過程中需將水分離、排放。這些排放水中有含氟毒物、聚合物、無機(jī)物(硫酸俊、催化劑粉塵等),在排放前都需要經(jīng)過處理。例如,氨中和塔釜液經(jīng)廢水塔處理后，含丙烯月青100300mg/l,乙月青10

17、0200mg/l,氫氟酸10001500mg/l,化學(xué)需氧量2000030000mg/l,總有機(jī)物含量達(dá)5%(w)。來自乙月青精制系統(tǒng)及清洗設(shè)備的廢堿液中，含乙月青1.01.5%(w),氫氧化鈉2.02.5%(w),其它物質(zhì)1.52.0%(w)o4北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)一文獻(xiàn)綜述丙烯睛裝置的三廢中廢渣主要廢催化劑，目前國內(nèi)尚無回收裝置，均采用掩埋處理。廢氣主要是吸收塔放空氣，如果原料丙烯純度較高，姓含量低，放空氣可直接排入大氣。廢水可采用濁清分開處理方法，含有機(jī)物高的廢水去焚燒爐焚燒，含有機(jī)物低的廢水經(jīng)化學(xué)和生化處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行排放，使整個(gè)裝置的三廢排放達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。4.2 生產(chǎn)安

18、全及防護(hù)措施呼吸系統(tǒng)防護(hù)：可能接觸毒物時(shí)，必須佩戴過濾式防毒面具（全面罩）。緊急事態(tài)搶救或撤離時(shí)，佩戴空氣呼吸器。眼睛防護(hù)：呼吸系統(tǒng)防護(hù)中已作防護(hù)。身體防護(hù)：穿連衣式膠布防毒衣。手防護(hù)：戴橡膠手套。其它：工作現(xiàn)場禁止吸煙、進(jìn)食和飲水。工作畢，徹底清洗。單獨(dú)存放被毒物污染的衣服，洗后備用。車間應(yīng)配備急救設(shè)備及藥品。作業(yè)人員應(yīng)學(xué)會(huì)自救互救。工藝流程中安全防護(hù)措施：丙烯氨氧化法的生產(chǎn)工序主要有氧化和回收精制。丙烯與氨按一定比例混合送入氧化反應(yīng)器，由分布器均勻分散到催化劑床層中?？諝獍匆欢ū壤龔姆磻?yīng)器底部進(jìn)入，經(jīng)分布板向上流動(dòng)，與丙烯、氨混合并使催化劑床層流化。丙烯、氨、空氣在440450c和催化劑的

19、作用下生成丙烯月青。反應(yīng)生成熱由高壓冷卻水管產(chǎn)生高壓蒸汽移出；反應(yīng)氣體中的過量氨在中和塔上部與硫酸中和生成硫酸俊被回收；反應(yīng)氣體中的丙烯月青和其它有機(jī)產(chǎn)物在吸收塔被水全部吸收下來；吸收塔液中的乙月青在回收塔被分離出來；回收塔液中的氫鼠酸在脫氨酸塔蒸出回收；在成品塔將水和易揮發(fā)物脫除得到高純度的丙烯月青產(chǎn)品。北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)一文獻(xiàn)綜述通過以上文獻(xiàn)綜述知道，丙烯月青是重要的有機(jī)原料，主要用于橡膠合成（如丁月青橡膠）、塑料合成（如ABSAS樹脂、聚丙烯酰胺等）、有機(jī)合成、制造月青綸、尼龍66等膈成纖維、殺蟲劑、抗水劑、粘合劑等。在本次年產(chǎn)6萬噸丙烯月青的合成工藝設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)需求與現(xiàn)有生產(chǎn)能力仍有一定差距，丙烯月青在國內(nèi)擁有廣闊的市場和發(fā)展?jié)摿Α１敬卧O(shè)計(jì)所采用的工藝，是比較成熟的丙烯氨氧化法技術(shù)（又稱sohio法）。從整個(gè)工藝上來看，在技術(shù)上沒有太大的突破，主要的研究方向在于提高丙烯月青的收率、降低能耗、減少污染物排放。提高工藝的經(jīng)濟(jì)效率的關(guān)鍵在于