丙烯腈介绍.ppt

国家 美国 德国 日本 中国 韩国
生产能力，万吨 189.7 44.0 85.6 75.4 37.0
丙烯腈的国内外生产状况---国内状况
从国外引进8套装置，全部采用美国BP公司技术
1988年产量仅为80.5kt，2000年国内产量约为400kt，年均增长率 约为14.3%，2003年我国丙稀腈生产能力达到754kt/a
除发生自聚外，丙稀腈还能与苯乙烯、丁二烯、乙酸乙烯、丙稀 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。
丙稀腈经电解加氢偶联反应可以制得己二腈。
氰基反应包括水合反应、水解反应、醇解反应等，丙稀腈和水在 铜
催化剂存在下，可以水合制取丙稀酰胺。
丙烯腈的化学性质
氰乙基化反应是丙稀腈与醇、硫醇、胺、氨、酰胺、醛、酮等的反应。
Sohio法生产丙稀腈
丙烯
氨 空气
惰性气 体
B3 B2
HCN
B5
B6
6
B1
B4
7
4 B9
B8 14
20
水 成品AN
12 B7
高沸点 杂质
8
16 B10
9
HCN ＋ 低 沸物
18
ACN产 品
15
高沸点 杂质
19
图2-1 Sohio法生产丙稀腈工艺
丙烯腈生产过程概念设计
综合考察丙稀腈的现有生产工艺情况及本课程设置的目的及 意义，本项目选定以Sohio丙稀氨氧化法为概念设计基础，对其生 产过程进行模拟，并对其经济性指标进行评价。
为了利于反应的引发，反应的进料需要一定的温度，因此进料应设预 热器。
反应是一个体积增大的反应，虽然减小压力可以增加转化率，但会使 设备投资大大增加，根据已有的丙烯氨氧化法的经验，反应器的压力 选择略高于常压。
回收和分离过程分析
反应气中有未反应的氨，在碱性条件下易发生许多副反应，使 丙烯腈产率降低，堵塞管道等，因此设置中和塔，采用硫酸中 和法除去氨；
8.7℃时 6.67 45.5℃时 33.33 77.3℃时 101.32
246℃ 3.42MPa
指标
丙丙烯稀腈腈由的于化分子学结性构带质有C＝C双键及C－N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稀腈的C＝C双键上，纯丙稀腈在 光
的作用下能自行聚合，与强碱（NaOH）混和时，聚合十分剧 烈，大量放热，易爆炸；
目前，丙稀腈在国内市场呈现供不应求的状况，每年需大量进口来 满足国内市场的需求且进口量呈逐年上升趋势，1997年～2000 年我国丙稀腈进口量分别为40、99、158、153kt。
2005年我国丙烯腈的总需求量为120万吨，是1995年的四倍，2002 年的1.6倍。
2004年底报道国内丙稀腈表观需求量为120万吨/年，但实际生产能 力有76万吨/年。
《化工过程分析和合成设计》课程设计报告
年产20万吨丙烯腈生产过程概念设计
陈建华 李 鑫 指导老师：钱宇教授、陆恩锡教授、李秀喜副教授
华南理工大学化工与能源学院
设计任务书
项目来源：卓越化学公司（Excellent Chemicals） 项目名称：年产20万吨丙烯腈生产过程概念设计 生产能力：20万吨/年（按每年360工作日计算） 产品要求：丙烯腈纯度≥99.0wt% 原料约定：空气组成O2 21%；N2 79%；NH3纯度为100%。 设计期限：2005年10月~2006年1月
典型的反应条件为：温度900F； 压力35psi； 接触时间2～6秒； 氨/丙烷（摩尔进料比）＝0.8； 氧气/丙烷（摩尔进料比）＝2。 丙烷转化率为20-80%
Sohio法生产丙稀腈
目前世界各国生产丙烯腈的主要方法是丙烯氨氧化法，其中又以 Sohio法应用最为普遍，约占全球总生产能力的90％。主要化学反应式为：
C3H6＋1.5O2 ＋NH3＝＝＝C3H3N＋ 3H2O
丙稀转化率
≈89％
C3H6＋2O2 ＋ 2NH3 ＝＝＝ C2H3N ＋HCN＋4H2O 丙稀转化率≈5
％
C3H3N＋2O2 ＝＝＝HCN＋CO＋CO2＋H2O
丙稀转化率
≈19％
CO＋0.5O2 ＝＝＝CO2
CO转化率≈25
％
丙烯腈以丙烯、氨和空气中的氧为原料制得，主要副产物为反应 副产物，如乙腈、HCN、CO和CO2等。其典型的生产工艺主要有三部分，即 丙烯腈合成部分、产品和副产品的回收、精制部分。
丙烯腈的物理性质
性质 沸点，101.3Kpa 熔点,℃ 相对密度，d425 黏度，25℃ 折射率，nd25 闪点，℃ 燃点 比热容，J*Kg-1*K-1 蒸发潜热，0~77℃ 生成热，25℃ 燃烧热 聚合热，25℃ 蒸气压，KPa
临界温度 临界压力
78.5℃ -82.0 0.0806 0.34 1.3888 0 481 20.92±0.03 32.6kJ/mol 151kJ/mol 176kJ/mol 72kJ/mol
分子量：53.1；
丙烯腈在常温下是无色或淡黄色液体，剧毒，有特殊气味； 可溶于丙酮、苯、四氯化碳、乙醚和乙醇等有溶剂；与水互溶； 丙烯腈在室内允许浓度为0.002mg/L；在空气中的爆炸极限为3.05~17.5%
（体积）；
丙烯腈和水、苯、四氯化碳、甲醇、异丙醇等会形成二元共沸混合物，和 水的共沸点为71℃，共沸点中丙烯腈的含量为88%（质量），在有苯乙 烯存在下，还能形成丙烯腈-苯乙烯-水的三元共沸混合物。
物料输入输出流程框图
生产工艺过程流程图
生产工艺过程流程简图
合成过程分析
反应是一强放热过程，为将反应过程中所放出的热量及时排出,采用 流化床反应器，并利用U型冷却管取走反应热量，以控制反应器温度， 同时产生高压蒸汽。
为防止形成可燃性的混合物，丙稀、氨、氧、水分别送入流化床反应 器；
丙烯腈氨氧化反应的转化率与反应器的温度与催化剂密切相关，根据 资料所给信息，选择适宜的催化剂；反应器的温度为750-900F。
丙烯腈的物理性质
表2-1 丙烯腈与水的相互溶解度
温度， ℃ 0 10 20 30 40 50 60 70 80
水在丙烯腈中的溶解度 （质量），%
2.10 2.55 3.08 3.82 4.85 6.15 7.65 9.21 10.95
丙烯腈在水中的溶解度 （质量），%
7.15 7.17 7.30 7.51 7.90 8.41 9.10 9.90 11.10
在国际市场丙烯腈价格过去2年涨幅超过33 %。欧洲和亚洲价格涨 幅分别为50 %和45 %。
2004 年8 月成交价在12000 元/吨比2001年6000元/吨翻了一番， 预计2005年11月将到达14000元/吨。
丙稀腈的国内外生产状况---世界状况
表2－4 2003年丙稀腈世界主要生产国的生产能力（万吨）
丙烯腈的国内外生产状况---国内状况
2003年我国丙稀腈生产厂家及生产能力一览表
生产厂家
上海石化股份有限公司 上海高桥石化 大庆石化总厂 大庆油田聚合物厂 齐鲁石化公司丙稀腈厂 兰化公司石化厂 抚顺石化公司腈纶厂 吉化公司化肥厂 安庆石化公司腈纶厂 淄博石油化工厂 茂名石化 合计
生产能力，kt/a
铜/%(质)
<
沸程（在0.10133Mpa下）/℃
阻聚剂
对一羟基苯甲醛/%(质) 氨/%(质)
优等品
5 0.0020
2.0 0.45 0.05 0.0005 0.00002 0.00001 0.0010 0.010 0.015 0.00001
指标
一等品
合格品
透明液体、无悬浮物
5
10
0.0035
－
0.800～0.807
副反应：C3H6 + 2 O2 + 2 NH3 ＝＝C2H3N (acetonitrile) + HCN + 4 H2O C3H3N + 2 O2 ＝＝＝ HCN + CO + CO2 + H2O CO + 0.5 O2 ＝＝＝ CO2 2 NH3 + 1.5 O2 ＝＝＝ N2 + 3 H2O C3H8 + 4 O2 ＝＝＝ 2 CO + CO2 + 4 H2O
130 10 50 60 40 32 80 212 80 30 30 754
丙稀腈的国内外生产状况---国内状况
2005年我国丙稀腈主要用量一览表，kt
产品 晴纶 ABS树脂
用量 50 32
产品 丙稀酰胺 其它
用量 10 28
丙稀腈生产的主要合成反应－丙烯氨氧化法
主反应：C3H6+1.5O2+NH3===C3H3N+H2)
6.0～9.0
2.0
3.0
0.45
0.60
0.05
0.010
0.0010
0.0020
0.00002
0.00004
0.0000
0.00002
0.0020
0.0040
0.020
0.030
0.020 0.00001 74.5～79.0 0.0035～0.0045 0.008～0.012
0.030 －
丙稀腈的国内外生产状况---世界状况
丙稀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。
丙稀腈与氨反应可制得1，3丙二胺，该产物可用作纺织溶剂、聚氨酯溶 剂和催化剂。
丙稀腈的检定特征反应为 CH2＝CHCN＋Na2SO3＋H2O＝＝＝Na3S-CH2-CHCN+NaOH 反应所生成的NaOH是定量的，用盐酸滴定可以测定丙稀腈的纯度
副反应：C3H6+2O2+2NH3===C2H3N+HCN+4H2O C3H3N+2O2===HCN+CO+CO2+H2O CO+0.5O2===CO2
典型的反应条件为：温度750～9000F；
压力2～3Mpa； 接触时间2～6秒； 氨/丙烯（摩尔进料比）1.05～1.2； 空气/丙烯（摩尔进料比）8～20。 丙烯的转化率通常大于90%。
NH3
CH3CH=CH2+NH3+1.5O2=CH2=CHCN+3H2O
CH3CH=CH2
C3H6+2O2+2NH3 ＝ C2H3N(乙腈)+HCN+4 H2O 空气 C3H3N + 2 O2 ＝ HCN + CO + CO2 + H2O
CO + 0.5 O2 ＝ CO2
主产物 CH3=CHCN 副产物 乙腈 HCN H2O 废气 N2 CO 丙烷
丙稀腈生产的主要合成反应－丙烷氨氧化法
主反应：C3H8 + 2 O2 + NH3 ＝＝ C3H3N (acrylonitrile) + 4 H2O C3H8 + 0.5 O2 ＝＝ C3H6 + H2O C3H6 + 1.5 O2 + NH3 ＝＝ C3H3N (acrylonitrile) + 3 H2O
为防止反应气体冷凝，中和塔操作温度应控制在80～100℃；
反应气组成中还含有易溶于水的有机物和不溶或微溶于水的惰 性气体，可以用水吸收法将其分离。
丙烯腈的精制过程分析
丙烯腈精制的目的是分离出副产物和水，获得合格的丙烯腈产 品。
丙烯腈概述
丙烯腈是一种重要的有机合成单体； 1893年已经在实验室合成； 1930年被工业上用于合成耐油丁腈橡胶； 在丙烯产品系列中居第二，仅次于聚丙烯，是三大合成材料
(纤维、橡胶、塑料)的重要化工原料；
丙烯腈的物理性质
丙烯腈，英文名Acrylonifrile（简称CAN）；化学分子式：CH2=CH-CN；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 丙稀腈的应用
丁腈橡胶 ABS塑料、AS塑料和生产腈纶纤维（PAN） 聚丙烯腈纤维 丙烯酰胺、聚丙烯酸酯 目前丙稀腈国内供不应求，每年需大量进口来满足市场的需求，2000
年进口量超过150kt。
丙稀腈的产品标准（中国国标GB7717.1-94）
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1995～2000年，世界丙稀腈年均增长率为4％，生产能力从 4750kt/a增至5800kt/a，产量由4330kt/a增至5050kt/a。
2000年全球丙稀腈消费结构为腈纶占54.5%、ABS/AS占25％、丁腈 橡胶与乳胶占5％、其它占15.5％。
目前，美国是丙稀腈最大的出口国，西欧的丙烯腈市场长期处于不 景气的状态，亚洲的丙烯腈需求量持续攀升，其中，中国和韩 国是丙烯腈的两个主要进口国。
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指标名称
外观
色度（Pt－CO），号
<
酸度
<
密度（20℃）/（g/cm3）
PH值（5％水溶液）
滴定值（5％的水溶液）/ml
<
水分/%(质)
<
总醛（以乙醛计）/%(质)
<
总氰（以氢氰酸计）/%(质)
<
过氧化物（以过氧化氢计）/%(质)
<
铁/%(质)
<
丙烯醛/%(质)
<
丙酮/%(质)
<
乙腈/%(质)
<