2019年万吨年氯丙烯生产过程设计.ppt

能量衡算
丙烯进料 液氯进料 冷公用工程
单位（MMkcal/hr） -0.08 -0.09
-1.88
反应热 炉子加热 热公用工程
单位(MMkcal/hr） 1904.7x103kJ/hr 0.05
1.21
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产品质量
项目
粗盐酸 氯丙烯 2-氯丙烯 2，3-二氯丙烯
产量（吨/年） 产品纯度
15464 7585 907 1634
泵 炉子 管线及控制设备 其他
980万元 1440万元 475万元
50万元 100万元 80万元 3125万元 937万元 7187万元
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操作费用
公用工程 操作费用
维护费 管理费用
保险 其他
781万元 830万元 396万元 374万元 250万元 1660万元 4290万元
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投资回报表
按照资本自筹，不计银行利息。不计折旧。估算投资回报。
项目
1年
固定投资 -7187
操作费用 0
税后收入 0
净收入 -7187
2年
3年
0
0
-4290 -4290
6898.8 6898.8
-4578.2 -1969.4
4年 0 -4290 6898.8 639.4
显然，不计折旧和利息情况下可以在4年内回
收成本。如果计算利息和折旧，有望在5年内
回收成本。
33
Thanks
34
17
解决方案
3.利用进料丙烯和液体氯气的冷量具体流 程如下
丙烯出料-17℃去与 回流丙烯混合 制冷 液氯 丙烯
18
解决方案
4.回流丙烯，是否需要一定要液化才可以保证其质量？ 文献认为，丙烯在冷却到-5℃以后可以利用分子筛脱 水，使得丙烯进料中的水含量足够低，（数值）。故 将其液化是没有必要的。但是冷却到-5℃依然是不容 易的。但是大股丙烯要冷却到-5度依然是不容易的。
反应物料仍然可以生产热水3000kg/h
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解决方案
360℃
反应出料 500℃
产100℃热水
进料丙烯 -5℃
水
出料0℃ 去分馏
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第三部分 新流程核算
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新流程图
丙烯返回料 68kmol/hr 0 ℃
丙烯17kmol/hr -47.72 ℃
水 75kmol/hr 20℃ 1bar
粗丙烯 80.6kmol/hr 0℃ 1bar
70.7 kmol/hr
ALLYL-01
11.9 kmol/hr
2-CHL-01
1.7 kmol/hr
2,3-D-01
1.7 kmol/hr
反应器的反应温度为500 ℃, 选基准温度为0 ℃。
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解决方案
原料丙烯带入的热量Q1 为3 458.4×103 kJ/h; 原料氯气带入的热 量为Q2 为14.7×103 kJ/h; 反应热Q3为氯丙烯, 2—氯丙烯、 2, 3—二氯丙烯, 反应热的总和为1 904.7×103 kJ/h。 出反应器热量共计5377.8 ×103 kJ/h。热损失取5%，即损失 为268.89kJ/h。 丙烯在换热器组中由-5℃加热到360℃，所需负荷为2742.4 ×103 kJ/h。 利用五个换热器串联可以将反应物料冷却到234.8℃。一般不对氯气加 热，氯气温度不宜过高，否则不易控制反应速度。
927.8
9102 997.7 4085
15112.5
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原料费用
项目
丙烯 液氯
产量 （吨/年）
6080
单价 （万元/吨）
0.95
10125
0.125
总计 （万元）
5776
1265.6 7041.6
增值税率按照0.17计算 一年的缴纳税费为1172.7万元
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投资核算
塔设备 换热器 反应器 闪蒸罐
纯度在98%以上的丙烯经干燥、预热至280～320℃，与冷氯 气按量比为(4～5)：1送入混合器进行混合后进入反应器。
b.丙烯氧化氯化法 丙烯、氯化氢和氧气在碲催化剂存在下反应生成氯丙烯。反应
方程式为： CH2CHCH3 + HCl +0.5O2=CH2CHCH2Cl + H2O。
新鲜丙烯、氧气、氯化氢和循环气体(二氯丙烷反应器产物)按 量比n(丙烯)∶n(氯化氢)∶n(氧气) =2.5∶1∶1 混合后，在反应温 度为200～260℃，压力0～196.14Mpa的条件下，通过载有Te2O3、 V2O5、H3PO4组分的流化床催化剂反应生成氯丙烯。
回流丙烯流程如下（先冷却到0度闪蒸，再和丙烯 低温料混合）
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解决方案
5.是不是能甩掉制冷系统，原因是该制冷 系统造价高，运行成本高，能耗高。
可以甩掉目前的制冷系统，但是 新的流程也是需要进行制冷来补充部 分装置需要的冷，相比起来，新的制 冷设备冷能品位要低很多，而且考虑 用废热制冷，节约能源。
尝试使用低温水制冷，使用溴化锂 吸收式制冷得8℃左右冷水。
7
8
TWRS制冷流程
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设计目标
生产方法：高温氯化法 ; 产量：1万吨/年； 原料：丙烯>98%，氯气 ; 产品: 氯丙烯>99.9%，2-氯丙烯>95%，2,3-二 氯丙烯>95%， 盐酸 31.5wt%。
分析近几年数据，市场对于环氯丙烷的需求在不久的将来 将达到饱和，而且国内对于环氧氯丙烷生产发明了甘油法。国 内丙烯高温氯化法比国外丙烯高温氯化法的总收率低，丙烯消 耗定额普遍高，一般高出30%左右。这就要求我们再设计好流 程的同时，更要注意优化和革新，使得设计有竞争力。
trace
188.6
核算预分馏塔顶操作温度，决定塔顶采用 部分冷凝回流，可以得出塔顶氯丙烯几乎 无跑损。其塔进料和塔顶操作温度都不算 低。故认为没有必要进行深冷。
16
解决方案
2.进入分馏系统，使用深冷分离，是不 是有必要？
但是这样会给我们带来一个新的问题。 就是塔顶出料很大，需要用水来吸收盐酸变 得很难，需要盐酸吸收塔30块理论板。但是 我们认为，相对超高的制冷费用，对吸收塔 的初期投资较大是可以接受的，因为他带来 的是节省大量制冷费用和购买压缩机的费用。
质量分数31.8% 摩尔分数99.9% 摩尔分数97.4% 摩尔分数95.7%
参考设计要求，质量指标已达到。
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第四部分 经济核算
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销售收入
项目
粗盐酸 氯丙烯 2-氯丙烯 2，3-二氯丙烯
产量 （吨/年）
15464
单价 （万元/吨）
0.06
7585
1.2
907
1.1
1634
2.5
总计 （万元）
20
解决方案
6.反应器高温反应物没有利用，可否可以为进料提供热量？
反应器反应热量衡算
生成氯丙烯的反应热为112.21 kJ/mo1;
2- 氯丙烯的反应热为121.42 kJ/mol;
2, 3 - 二氯丙烯的反应热为213.54 kJ/mol。
反应产物中粗氯丙烯为
HCL
17 kmol/hr
PROPY-01
粗丙烯 88kmol/hr
31.8%（w）盐 酸 1841kg/hr
-8.7℃ 5bar
液氯17kmol/hr -34.6℃
粗氯丙烯 103kmol/hr
0℃ 5bar
2-氯丙烯 109kg/hr 氯丙烯 903kg/hr
40℃
67.2℃
粗氯丙烯
15kmol/hr 40℃
2，3-二氯丙烯 903kg/hr 113.8℃
15
解决方案
2.进入分馏系统，使用深冷分离，是不是有必要？
项目 氯化氢
进料(kg/hr) 619.8
丙烯 氯丙烯 2-氯丙烯
2795.1 910.7 130.1
2，3-二氯 188.6 丙烯
塔顶出料(kg/hr) 塔底出料(kg/hr)
619.8
trace
2975.1 0.1 22.9
trace 910.6 107.1
6
项目背景
3.生产方法？
选定高温氯化法 高温氯化法虽然要求原料纯度比较高，单程 转化率也较低，但是它的生产工艺比较成熟，对 设备的腐蚀相对较小，90％的装置采用这种生产 方法，而丙烯氧氯化法虽然转化率高，温度低， 但是要求使用碲、五氧化二矾等作催化剂，反应 压力高，对材质要求高，综合考虑各个方面的因 素，本设计采用高温氯化法进行氯丙烯的生产。
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第二部分 流程分析
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6.先冷后加热为了 配合吸收盐酸，不 合理(-56到25℃)
4.低温分离 (-50℃)能耗高
1.低温冷能没有 得到充分利用
2.出料热量来自百度文库 有得到利用
3.将返回料 液化，耗能
5.没有必要一定要三个塔
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问题的提出
1.对丙烯预分是不是一定需要三个塔（包括一个闪蒸塔）？ 2.进入分馏系统，使用深冷分离，是不是有必要？ 3. 由于丙烯和氯气都是液态进料，携带大量冷量。原流程中，直 接进料不但没有利用其冷量，反而增加了炉子加热负荷； 4.回流丙烯，是否需要一定要液化才可以保证其质量？ 5.是不是能甩掉制冷系统，原因是该制冷系统造价高，运行成本 高，能耗高。 6.反应器高温反应物没有利用，可否可以为进料提供热量？
103.5℃
70.9℃
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全流程物料热量能量平衡
物料衡算
入方
丙烯 氯气 水（吸收剂）
17kmol/hr 17kmol/hr 75kmol/hr
出方
粗盐酸 氯丙烯 2-氯丙烯 2，3-二氯丙烯
82.4kmol/hr 11.8kmol/hr 1.46kmol/hr 1.78kmol/hr
损失 丙烯
1.7kmol/hr
1万吨/年氯丙烯生产过程设计
第一组 2010-01-20
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目录
第一部分 项目背景 第二部分 流程分析 第三部分 新流程核算 第四部分 经济核算
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第一部分 项目背景
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项目背景
1.生产什么？
氯丙烯(3-chloro-1-propene)，化学式： CH2=CHCH2Cl。作为有机合成中间体， 广泛用于合成树脂，香料，医药，农药等。 其主要用途为生产环氧氯丙烷，用作合成 甘油和合成树脂的原料，其余用于生产丙 烯醇，丙烯胺和药物。
4
项目背景
2.为什么？
市场有需求。 氯丙烯主要需求还是在作为环氧氯丙烷的中间 体，从最近几年数据来看，国内还在进口环氧氯 丙烷。这就推动了氯丙烯的需求增加。
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项目背景
3.生产方法？
a.高温氯化法 过量的丙烯和氯气，在无催化剂、高温500℃左右条件下，氯
直接置换丙烯甲基上的氢原子而得氯丙烯。反应方程式为： CH2＝CH-CH3 + Cl2 → CH2=CH-CH2Cl + HCl
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解决方案
1.对丙烯预分是不是一定需要三个塔（包括一 个闪蒸塔）？
将原来两个预分塔和一个闪蒸罐合并成一个塔，即预分塔， 其塔顶蒸出丙烯和氯化氢。
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解决方案
2.进入分馏系统，使用深冷分离，是不是有必 要？
塔操作参数 塔板数 20 进料板 12 回流比 0.5 操作压力 5bar 塔底用釜式再沸器 -0.19MMkcal/hr 塔顶部分冷凝器 0.35MMkcal/hr 塔顶温度 -8.7℃ 全冷凝需要-50℃进料 节能 塔底温度 103.9℃