PAM丙烯酰胺项目工艺装置技术及设备方案

PAM丙烯酰胺项目工艺装置技术及设备方案
1工艺技术选择
1.1原料路线确定
装置主要原料丙烯懵来自XX公司丙烯旗厂，目前,丙烯旗厂年销量5万吨，本装置消耗2.34万吨，其它原料均国内采购。

1.2工艺技术路线的介绍
1.2.1丙烯酰胺工艺技术路线的介绍
a)丙烯酰胺生产技术路线概况
世界上工业化生产丙烯酰胺均以丙烯懵为原料，进行催化水合。

根据催化剂种类的不同，有三种生产方法。

1)硫酸水解法
1954年美国氟胺公司首先开发了硫酸水解法生产丙烯酰胺技术。

即在90~100°C下，丙烯月青与98%硫酸进行水解反应，生成硫酸丙烯酰胺。

然后用氨中和反应产物，在40~50C析出硫酸筱；经过滤分离出副产物硫酸铉。

将反应物冷却形成丙烯酰胺结晶，经分离、干燥得到结晶单体。

母液循环使用，单体用重结晶蒸储提纯精制。

该法易得结晶单体。

其工艺复杂，消耗大量的硫酸和氨，设备腐蚀和环境污染严重，生产成本高。

70年代中期，铜系催化剂问世后，该法被淘汰。

2)铜催化水合法
铜催化水合法分为固定床催化水合法和悬浮床催化水合法。

固定床催化水合法以美国道化学公司为代表，采用CU-Cr催化剂。

该法用N2首先吹出7%丙烯懵溶液中的氧气,而后进入三级反应系统,丙烯旗催化水合成丙烯酰胺,经过滤、真空蒸发、活性炭处理、离子交换获得成品。

该法具有催化剂易活化、易再生的特点，丙烯懵转化率为99.8%~99.9%,系统全封闭。

悬浮床催化水合法以日本三井东压公司和三菱化成公司为代表，采用CU-Ni催化剂，产品为50%丙烯酰胺溶液。

该法无离子水和丙烯酰懵以2:1的重量比，在悬浮的RaneyCU催化剂存在下于120℃、单级上流反应器中反应，停留时间为25小时，反应产物为含22%(wt)的丙烯酰胺和17%(wt)的丙烯懵水溶液。

经真空蒸播回收丙烯懵，并把丙烯酰胺溶液浓缩到30%(Wt),将此溶液用活性炭处理除去齐聚物和共聚物后，再经离子交换，产品浓缩至50%(wt)即得成品。

该法催化剂可连续再生、连续补充，反应稳定，但工艺流程长、设备结构复杂。

3）微生物催化水合法
1985年，日本日东公司利用日本京都大学山田研究室的成果，首先建成了世界上第一个微生物法生产丙烯酰胺的工业装置，使丙烯酰胺工业化生产技术更加先进。

微生物法制备丙烯酰胺方法从基本原料丙烯演出发经微生物菌体（酶）催化,一步反应即成
丙烯酰胺。

其关键是制备懵水解酶，酶活性的高低将直接决定装置的生产规模。

这种酶由杆菌、杀菌素、棒状杆菌、微球菌素、诺卡氏菌等微生物产生，日东公司的月青水解酶是在25〜30℃、PH值为6〜9、含1%葡萄糖、0.5%陈、0.3%麦芽提取物、0.3%酵母提取物、2mg-1/1硫酸亚铁的培养基中培育而成，培养时间72小时。

微生物法制备丙烯酰胺生产工艺省去了丙烯懵回收工段和铜分离工段，具有产品纯度高、选择性好、转化率高（99.9%以上）等优点。

节省投资和能源，生产成本可降低10%,总投资可降低30%,被认为是当代最经济的丙烯酰胺生产工艺。

其特点是：在常温常压下反应，装置结构设计容易，操作安全；单程转化率极高，无需分离回收未反应的丙烯懵；酶性能使选择性极高，无副反应；失活的酶催化剂排出系统外的量小于产品的0.1%；只需离子交换处理，使分离精制操作大为简化；产品浓度高，无需提浓操作；整个过程简便，有利于小规模生产。

采用小菌种的反应实验条件为：反应温度5〜15°C,PH值7〜8,反应区AN浓度1%〜2%。

AN转化率99.99%,AM （丙烯酰胺）选择性99.98%,反应器出口AM浓度约为50%。

我国从1984年开始进行微生物法生产丙烯酰胺的研究工作，主要研究单位有化工部上海生物化学工程研究中心（即上海农药研究所）、中国科学院微生物研究所、上海交通大学、北京石油化工研究院。

微生物法生产丙烯酰胺是一项具有国际先进水平的生产工艺，对我国化学工业赶超世界先进水平，特别是对有机化工和精细化工的发展将起重要作用。

b）丙烯酰胺工艺技术比选
表4.1-2为国外化学法悬浮床连续催化水合工艺、生化法连续催化水合工艺和国内生化法间歇催化水合工艺生产丙烯酰胺的工艺技术特点。

铜催化水合法生产丙烯酰胺工艺是**目前掌握的国内先进技术，该技术具有选择性高、能耗低、转化率高、投资省的特点。

1.2.2聚丙烯酰胺工艺技术路线的介绍
a）聚丙烯酰胺生产技术路线概况
聚丙烯酰胺的生产方法主要有水溶液聚合法、乳液聚合法和辐射聚合法。

水溶液聚合法是生产聚丙烯酰胺的传统方法，具有安全、工艺设备简单、成本较低等优点。

目前.，国内外聚丙烯酰胺生产大都采用水溶液聚合法生产。

水溶液聚合法可制得聚丙烯酰胺胶体或粉状产品。

一般聚丙烯酰胺胶体采用8~
10%AM水溶液在引发剂作用下直接聚合制得，聚丙烯酰胺干粉则多用25~30%AM溶液进行中
浓度聚合，聚合后得到的聚丙烯酰胺胶体经造粒、捏合、干燥、粉碎后制得聚丙烯酰胺。

乳液聚合法是指水溶性的丙烯酰胺借助表面活性剂（多采用非离子型表面活性剂）的作用，使丙烯酰胺单体分散在油相中形成乳化体系，在引发剂作用下进行乳液聚合，形成稳定的高分子量速溶的聚丙烯酰胺胶乳产品，经共沸蒸偏脱水后即可得到粉状聚丙烯酰胺。

聚合反应是在分散于油相中的丙烯酰胺微粒中进行,故聚合过程中放出的热量分散均匀，反应体系平稳，易控制，适合于制备高分子量且分子量分布窄的聚丙烯酰胺胶乳或干粉型产品。

辐射引发（光引发）法是丙烯酰胺单体在紫外线或R射线下引发直接聚合得固体产品。

该法工艺简单，所得产品分子量分布很宽，目前在北京恒聚化学品有限公司进行大规模生产应用。

b）推荐的聚丙烯酰胺工艺技术
**30000吨/年聚丙烯酰胺装置的聚丙烯酰胺阴离子聚合单元采用山东环通化学有限责任公司提供的光聚合低温引发后水解生产工艺技术生产聚丙烯酰胺。

该技术工艺简单，设备投资少。

2工艺概述、流程及消耗定额
2.1工艺概述
2.1.1装置规模和年操作时数
本项目装置规模为30000吨/年（干基）PAM,年操作时间为8000小时。

2.1.2装置组成
装置分为四部分：单体聚合单元、精制单元、聚合单元及干燥及造粒单元。

单体聚合单元单元由以下部分组成：丙烯旗精制、催化反应、丙烯酰胺精制系统。

精制单元单元由反应液配制、聚合、预切割及造粒、干燥和研磨、筛分、包装工段组成。

聚合单元单元由提浓、结晶工段组成。

干燥及造粒单元由干燥、造粒及包装工段组成。

2.1.3原料和辅助材料
本装置所需的原料、辅助材料数量和主要原料性质（规格）分别见表4.2-1、422、4.2-3
2.1.4产品及副产品
本项目主要产品产量及规格见表424、4.2-5,4.2-6、4.2-7。

产品质量执行国家标准。

类425聚丙色酰胺阴离子产品规格表
I指标名称ΓΦI指标数值Γ⅛⅛
I颗粒％(Wt)W5I
2.2工艺流程说明
2.2.1丙烯酰胺单体制备工艺流程说明
a)反应原理：
CH2=CH-CN+H2OCafPCH2=CH-CONH2
b)生产流程简述：
将催化剂加入催化反应釜中，并加入一定量的去离子水，通入氮气进行调和搅拌，加入精制过的丙烯月青，丙烯睛在一定的温度及催化作用下，转化生成丙烯酰胺，当丙烯酰胺浓度达到25-30%(Wt)时•，作为单体加入储罐，供聚合使用。

工艺流程图见附图1、20
2.2.2聚丙烯酰胺阴离子聚合工艺流程说明
a)反应原理：
n(CH2CHCONH2) ------------------- ^2CHCONH2J n
加碱水解原理：
ICH2CHCONH2J n+nNaOH ------------------------- OGtf2CHCONa])n+NH3
b)工艺流程简述
浓度大于25%(wt)的合格单体水溶液和纯水，经上料泵进入计量罐后，进入配剂釜。

向配剂釜中通氮气，氮气量的大小以液体液面作一般翻动即可，保持通氮30分钟左右。

在通氮气的同时•，打开配料釜夹套的冷却盐水进行冷却，温度控制在15℃±2℃(冬天为17℃,夏天为13℃)0通氮气结束前加入配好的引发剂溶液，停止通氮，加入催化剂，搅拌3-5分钟后停止搅拌。

开动上料泵上料，把料均匀打入聚合床中的聚合槽内。

打料完毕开启光照，进行光引发聚合反应。

聚合完毕后(约3-5小时)开始出料造粒，料进入捏合机水解。

出料结束后聚合槽又开始下一个循环(即又开始下一次聚合)。

料进入捏合机中，开始搅拌(反转)，调解料温到68-70°C,加入一定数量的NaOH,水解反应2小时后开始造粒，造粒完成进入干燥机中进行干燥。

最后进入磨粉系统制粒，包装入库。

c)主要工艺特点
本工艺为后水解生产PAM工艺，操作简单，设备投资少。

工艺聚合时间短，从聚合到造粒只需7小时左右，而前水解工艺需16小时，聚合过程中不需要氮气保护。

本工艺采用光照聚合，加上特殊微量低高温引发剂，使聚合分步进行，其聚合物分子量高且放热平稳，温度一般不超过70℃,从而避免高温产生的副反应，保持了工艺的先进性和稳定性。

本工艺引发剂用量少，生产成本低，光照所需光源普通耐用，只要单体质量保证的情况下，产成品的合格率可达100%。

干燥系统三台设备串连，是根据聚丙烯酰胺的特点而制定的。

第一段是高温段，第二段中温干燥，第三段低温干燥，不发生其它副反应，保证产品质量的稳定性。

使生产产品的主要指标，如分子量、粘度等受AM单体质量影响不大。

本工艺设备可生产出十多种不同类型的PAM 产品，不需要增加其它设备。

本工艺经多次改造，克服老工艺人工出料，采用较大块聚合，电动传送出料及封闭生产
使劳动环境得到根本改善。

聚丙烯酰胺阴离子聚合工艺流程图见附图3。

2.2.3丙烯酰胺干粉制备工艺流程说明
a）工艺流程简述
把浓度为25%（Wt）的AM水溶液用泵定量不停地送入提浓器。

通过提浓器后浓度达到60%的物料，按一定的量经套管换热器初步冷却后，进入结晶釜内冷却。

冷却结晶好的物料进入离心机中甩干，母液再回到提浓器中继续提浓，而结晶物则通过出料管，经绞笼进入干燥机内。

结晶物首先进入干燥机中的打碎机打碎，由于AM结晶体容易流动，干燥后的结晶体，进入一级，或二级除尘器中。

经过除尘的物料进行包装，然后成品入库。

有微量的AM晶体用水回收到了一定浓度后再回到提浓器中提浓回收。

丙烯酰胺干粉制备工艺流程图见附图4。

23物料平衡
1.1.1丙烯酰胺单体制备单元物料平衡
丙烯酰胺单体制备单元的物料平衡见表4.2-8o
1.1.2聚丙烯酰胺阴离子聚合单元物料平衡
聚丙烯酰胺阴离子聚合单元的物料平衡见表4.2-9o
2.4装置消耗定额
聚丙烯酰胺装置产品消耗定额见表4.2-10、表4.2-11o
2.6工艺安装方案
2.6.1装置布置
**位于吉林化工园区内，吉林石化丙烯懵厂、吉林石化碳纤维厂西侧。

装置西边为成品包装和仓库，北面为原料储罐。

装置区布置在中心。

2.6.2设备布置原则
a）满足工艺及流程的要求
设备布置应满足工艺及流程的要求。

如真空、重力流、固体卸料等，一律按管道仪表流程图的标高要求布置设备。

对处理有毒、粘稠物料的设备，宜按物料性质紧凑布置，必要时采用设隔离墙等措施。

另外还应根据地形、主导风向等情况布置设备，以满足工艺要求。

b）满足环境保护、防火及其它安全生产的要求
设备、建筑物、构筑物等防火间距应符合现行有关规范的要求。

要注意环境保护，防止污染及噪音，还应根据危险程度的划分来考虑布置设备。

利用电能或电动机设备的布置，应符合国家现行的《爆炸和火灾危险场所电力装置设计规定》的要求。

对于风机、电控楼等的布置要考虑主导风向的影响。

烟囱排除的烟气不应吹向压缩机或电控楼。

电控楼宜布置在装置全年最小频率风向的上风向。

C）方便操作
设备布置应考虑能给操作者创造一个良好的操作条件，主要包括：必要的操作通道和平台、楼梯与出入口要符合规范要求、合理安排设备间距和净空高度等。

控制室的位置要合理，避开危险区，远离振动设备，以免影响仪表的运行。

d）便于安装和维修。

2.6.3设备布置规定
a）净距、净空及有关标高
净距、净空及有关标高规定见表4.2-12。

b）操作平台和梯子
操作平台和梯子有关规定见表4.2-13o
注：卧式设备的基础标高应考虑设备底部排液管、出入口配管以及泵净吸入压头（NPSH）的具体情况而定。

2.6.4设备布置方案
本装置原料精制和单体聚合单元属甲类装置，设备均露天布置；聚丙烯酰胺聚合、干燥及造粒、包装单元属丙类布置在封闭厂房内，基本按流程顺序进行布置。

设备布置较紧凑，多数操作、维修空间在操作平台上；换热器均预留有检修空间；设备采用集中布置，操作、检修更为方便，疏散通道更为畅通。

2.7设计中采用的主要标准及规范
《建筑设计防火规范》GB50016-2006
《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008
《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92
《石油化工工艺装置布置设计通则》SH3011-2000
《工业设备及管道绝热工程设计规范》SH3010-2000
《石油化工企业静电接地设计规范》HS3097-2000
《污水综合排放标准》GB8978-1996
《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996
《化工机械化运输设计原则规定》HG20518-92《化工粉体工程设计安全卫生规定》HG20532-93
《化工固体物料堆场及仓库设计规定》HG/T20568-94
其它有关的国家及部颁标准、规定、规范。

引进项目应执行合同中规定的相应标准、规定、规范。

3工艺设备技术方案
3.1概述
**30000吨/年聚丙烯酰胺项目共有设备240台。

其中非定型设备132台，机泵63台，其它设备45台。

非定型设备中换热器36台、容器87台、反应器9台。

装置设备设计依据国内的标准规范，材料皆为国内生产。

设备分类汇总见表4.3・1,机泵分类汇总见表4.3・2,非定型设备分类汇总见表4.3-3,其它机械和定型设备分类汇总见表4.3-4o
3.2设计中采用的主要标准及规范
设计中采用的主要标准、规范的名称和标准号如下：
《工程建设标准强制性条文》（石油和化工建设部分）
国家质量技术监督局《压力容器安全技术监察规程》
《钢制压力容器》及1#、2#修改单GB150-1998
《管壳式换热器》及1#修改单GB151-1999
《钢制卧式容器》JB/T4731-2005
《钢制焊接常压容器》JB/T4735-1997《石油化工不锈钢复合钢板焊接规程》SH/T3527-1999
《不锈钢复合钢板焊接技术条件》GB/T13148-2008
《压力容器用爆炸不锈钢复合钢板》JB4733-1996
《石油化工钢制压力容器材料选用标准》SH3075-1995
《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》HG20660-2000
《承压设备无损检测》JB/T4730-2005
《钢制压力容器焊接工艺评定》JB4708-2000
《钢制压力容器焊接规程》JB/T4709-2000
《钢制压力容器产品焊接试板的力学性能试验》JB4744-2000
《钢制化工容器设计基础规定》HG20580-1998
《钢制化工容器材料选用规定》HG20581-1998
《钢制化工容器强度计算规定》HG20582-1998
《钢制化工容器结构设计规定》HG20583-1998
《钢制化工容器制造技术要求》HG20584-1998
《钢制低温压力容器技术规定》HG20585-1998
当上述标准、规范对同一问题的解释不一致时，应按要求较高的执行。

4工艺装置“三废”排放
“三废”排放情况见本可行性研究报告第13.3.1节。

4.5占地、建筑面积及定员
5.1占地、建筑面积
本项目在吉林省*化工园区内进行建设，工艺装置占地面积为34161平方米。

2定员
装置的年操作时间为8000小时，装置定员按“四班三运”转制度设置。

本装置定员为182人，其中管理人员20人，详见装置定员表。