年产20万吨丙烯腈概念设计可行性研究报告

目录１．设计任务 (1)2.产品概述 (2)2.1物化性质： (2)2.2化学性质 (2)2.3丙烯腈产品质量标准： (3)3.市场调研 (4)4.设计背景 (5)4.1丙烯腈生产方法 (5)4.2丙烷直接氨氧化法研究进展 (7)5.丙烯腈概念设计 (8)5.1反应工段 (9)5.2水洗工段 (10)5.3分离精制工段 (12)5.4生产中废水废气处理 (13)6.流程模拟和优化 (13)6.1反应工段 (15)6.2水洗工段 (16)6.3分离精致工段 (18)7.经济核算 (19)8.总结 (22)１．设计任务设计题目：年产20万吨丙烯腈概念设计项目来源：该项目来源于卓越化学公司(Excellent Chemicals)的商业开发部门想要扩大他们的纤维和树脂生产线，这一项目能为作为原料之一丙烯腈提供20万吨(4亿磅)的市场。

因此，经济的丙烯腈生产工艺的开发成为该公司迫切需要解决的问题。

为解决此问题，要求EnDoCor公司(ENGINEERING DESIGN CORPORATION)对此进行概念设计。

设计目标：产品名称：丙烯腈产品要求：C3H3N（w%）＞99%。

生产规模：20万吨/年。

生产时间：333天/年（8000h/年）设计任务：1、熟悉本项目概念设计的要求和背景，理清思路，阅读相关的文献。

2、按年产20万吨丙烯腈的生产规模，根据最新的丙烯腈实验研究成果和小试提供的技术信息和所收集的技术经济资料，对丙烷氨氧化工艺生产丙烯腈进行概念设计。

3、用Aspen Plus对设计的工艺流程进行模拟，确定设备的操作参数（温度、压力、采出量、回流比等），输出技术报告。

4、根据丙烯腈生产的特点，对工艺流程进行操作优化（比如温度、压力等以及工艺水和热能综合利用，三废处理等等）。

5、对丙烷氨氧化法生产丙烯腈工艺进行经济核算。

进展计划：十一月末十二月初，完成搜集最新丙烯腈实验研究成果和小试提供的技术信息和技术经济资料，对丙烷氨氧化工艺生产丙烯腈进行概念设计。

十二月初到中旬，完成Aspen Plus对设计的工艺流程进行模拟，确定设备的操作参数。

1十二月中旬到课程结束，完成工艺流程进行操作优化，并对丙烷氨氧化法生产丙烯腈工艺进行经济核算。

2.产品概述丙烯腈，CH2=CH－CN，英文名Acrylonitrile（简称AN），1893年已经在实验室合成成功。

到1930年在工业上被用于合成耐油丁腈橡胶。

现在除了丁腈橡胶之外，还广泛用于ABS塑料、AS塑料和腈纶纤维（PAN）的生产。

此外，丙烯腈还是合成丙烯酰胺、聚丙烯酸酯等的重要原料。

2.1物化性质：形状无色或淡黄色液体，有特殊气味分子量５３．０６沸点７７．３℃冰点－８３．５℃生成热１８４．２ｋＪ／ｍｏｌ（２５℃）燃烧热１７６１．５ｋＪ／ｍｏｌ聚合热７２．４ｋＪ／ｍｏｌ蒸汽压１１．０ＫＰａ（２０℃）闪点０℃自燃点４８１℃爆炸极限在空气中３．０％～１７％（体积）油水分配系数辛醇／水分配系数的对数值为－０．９２毒性剧毒，毒作用似氢氰酸溶解性溶于丙酮、苯、四氯化碳、乙醚、乙醇等有机溶剂，微溶于水2.2化学性质丙烯腈由于分子结构带有C=C双键及-CN键，所以化学性质非常活泼，可以发生加成、聚合、腈基及氢乙基化等反应。

聚合反应和加成反应都发生在丙烯腈的C=C双键上，纯丙烯腈在光的作用下能自行聚合，所以在丙烯腈成品及丙烯腈生产过程中，通常要加少量阻聚剂，如对苯酚甲基醚（阻聚剂MEHQ）、对苯二酚、氯化亚铜和胺类化合物等。

除发生自聚外，丙烯腈还能与苯乙烯、丁二烯、乙酸乙烯、丙烯酰胺等发生共聚反应，由此可制得合成纤维、塑料、涂料和胶粘剂等。

丙烯腈经电解加氢偶联反应可以制得已二腈。

氰基反应包括水合反应、水解反应、醇解反应等，丙烯腈和水在铜催化剂存在下，可以水合制取丙烯酰胺。

氰乙基化反应是丙烯腈与醇、硫醇、胺、氨、酰胺、醛、酮等反应；丙烯腈和醇反应可制取烷氧基丙胺，烷氧基丙胺是液体染料的分散剂、抗静电剂、纤维处理剂、表面活性剂、医药等的原料。

丙烯腈与氨反应可制得1，3丙二胺，该产物可用作纺织溶剂、聚氨酯溶剂和催化剂。

2.3丙烯腈产品质量标准：丙烯腈（C3H3N）质量标准指标名称优级品一级品合格品外观透明液体，无悬浮物含量，%¡Ý99.5¡Ý99.3¡Ý98.5相对密度0.800～0.807pH值(5%水溶液) 6.0～9 6.0～10.0 6.0～10.0滴定值(5%水溶液)¡Ü2.0¡Ü3.0¡Ü4.0色度(Pt-Co)号¡Ü5¡Ü16¡Ü20水含量，%¡Ü0.45¡Ü0.50¡Ü0.70总醛含量(以乙醛计)，%¡Ü0.005¡Ü0.010¡Ü0.018总氰含量(以氢氰酸计)，%¡Ü0.0005¡Ü0.0010¡Ü0.00403过氧化物，%¡Ü0.00002¡Ü0.00003¡Ü0.00004铁含量，%¡Ü0.00001¡Ü0.00002¡Ü0.00005乙腈含量，%¡Ü0.020¡Ü0.030¡Ü0.050丙酮含量，%¡Ü0.010¡Ü0.020¡Ü0.030丙烯醛含量，%¡Ü0.0015¡Ü0.0040¡Ü0.00903.市场调研丙烯腈是一种重要的有机化工原料，在合成树脂、合成纤维、合成橡胶等高分子材料中占有显著的地位并有着广阔的前景。

除此之外，丙烯腈聚合物与丙烯腈衍生物也广泛应用国民经济的多个领域。

目前国内供不应求，每年需大量进口来满足市场需求，国内生产装置建设明显明显加快，成为倍受关注的基础有机化工原料。

表1世界丙烯腈需求及预测（万/t）地区2001年2002年2003年2004年2005年2010年欧洲130130130125100100中东/非洲303030303535亚洲230250270280315340拉丁美洲202025253025北美706045454040全世界约480约490约500约510约520约5502005-2006年全球丙烯腈需求量比2004年有所增加，其中亚洲特别是中国增长最快。

据统计，截至2006年世界丙烯腈主要生产能力分布为：美国315.1万吨/年，墨西哥11.0万吨/年，巴西8.8万吨/年，德国33.6万吨/年，英国28.0万吨/年，荷兰23.5万吨/年，西班牙13.0万吨/年，东欧及俄罗斯38.2万吨/年，中东9.0万吨/年，中国103.8万吨/年，印度3.0万吨/年，日本75.3万吨/年，韩国52.0万吨/年，台湾省43.0万吨/年。

据称2009年2月5日，由于需求复苏和库存降低，亚洲丙烯腈生产商正加紧提高装置开工率。

从1月份以来，亚洲几家丙烯腈生产商已逐步提高装置开工率，或让先前停工的装置重新开车。

因为腈纶和ABS行业订货比较多。

韩国Tongsuh石化公司在蔚山的一套较大的23万t/a3号丙烯腈装置已于1月21日重新开车，现在与一套较小的7万t/a2号丙烯腈装置一起按能力80%~85%运行。

Taekwang工业公司在蔚山的25万t/a丙烯腈装置在停了三个月后也于1月10日重新开车，现接近满负荷运行。

日本Dia-Nitrix在水岛的11.5万t/a装置于2月2日重新开车，现按生产能力的70%运行。

第二套丙烯腈装置在大竹，生产能力为9万t/a，在2月底重新开车。

另外，最近几年由于装置停产超过了新产能增加速度，导致丙烯腈供应紧张，全球装置开工率较高，维持在89%-90%水平，但盈利能力仍然很低。

据预测，世界范围内未来几年丙烯腈装置开工率还将继续处于目前的高位，直到2008-2009年新产能投用。

未来几年世界丙烯腈需求年平均增速为2%-2.5%，其中丙烯腈纤维需求持平，但来自ABS的需求将年均增长5%，而丙烯酰胺方面需求年均增速将达到6%-7%。

丙烯腈纤维需求约占世界丙烯腈总消费的近50%，ABS和苯乙烯-丙烯腈树脂约占总需求的32%，而己二腈消费约占8%,其余为其他的终端消费。

4.设计背景4.1丙烯腈生产方法1893年,法国人Moureu用化学脱水剂由丙烯酰胺和氟乙醇制取丙烯腈,但一直未得到工业应用。

直到1930年,才开始工业生产。

1940年,建立了以环氧乙烷和氢氰酸合成丙烯腈的工业生产装置。

1952年,用乙炔代替了环氧乙烷,乙炔氢氰酸法大大降低了成本。

1959年出现了丙烯氨氧化合成丙烯腈的方法,该法出现后,发展迅速。

1960年,美国Sohio公司（现归属BP-Amoco公司）第一个建成以丙烯、氨和空气为原料,用氨氧化法合成丙烯腈的化工厂。

该工艺就是现今全球95%的丙烯腈装置都采用的Sohio 法。

丙烯氨氧化工艺以丙烯和氨气为原料，通过氧化生产丙烯腈，副产乙腈和氢氰酸。

反应如下：主反应：C3H6+NH3+1.5O2→CH2=CHCN+3H2O△H=-512.5KJ/mol 副反应：①生成乙腈：C3H6+1.5NH3+1.5O2→1.5CH3CN+3H2O△H= -522KJ/mol②生成氢氰酸：C3H6+3NH3+3O2→3HCN+6H2O△H=-941KJ/mol5③生成二氧化碳：C3H6+4.5O2→3CO2+3H2O△H=-1925KJ/mol④生成一氧化碳：C3H6+3O2→3CO+3H2O△H=-1925KJ/mol该法原料易得、工序简单、操作稳定、产品精制方便，经过近40年的发展，技术日趋成熟。

目前主要技术改进集中在催化剂、流化床反应器以及节能降耗等方面。

近年来，由于丙烯资源的紧缺以及对丙烯腈需求的不断增加，Sohio、旭化成、三菱-BOC、日东、BASF、Rhodia-Rh ne Poulecnc等公司致力于丙烷氨氧化新工艺的开发，并取得了一定得成果。

BP公司、日本三菱化学公司和旭化成公司已在不同地点建立了丙烷直接氨氧化法制丙烯腈的验证试验装置。

日本旭化成公司已建成世界上首套丙烷原料丙烯腈生产线,这条生产线建立在该公司位于韩国蔚山的工厂Tongsuh石化公司，已于2007年1月20日开始投入使用。

2006年2月初,旭化成公司还与泰国PPT公司组建了投资为2亿美元的合资企业,将使旭化成公司开发的丙烷制丙烯腈技术推向工业化。