最新丙烯腈工段工艺合成化工毕业设计Word格式.docx
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丙烯腈有毒,室允许浓度为0.002mg/L,在空气中爆炸极限(体积分数)为3.05%-17.5%,与水、苯、四氯化碳、甲醇、异丙醇等可形成二元共沸物。
丙烯腈分子中含有C—C双键和氰基,化学性质活泼,能发生聚合、加成、氰基和氰乙基等反应。
丙烯腈是重要的有机原料,主要用于橡胶合成(如丁腈橡胶)、塑料合成(如ABS,AS树脂、聚丙烯酰胺等)、有机合成、制造腈纶、尼龙66等膈成纤维、杀虫剂、抗水剂、粘合剂等。
丙稀腈的产品标准(中国国标GB7717.1-94)
序号
指标名称
指标
优等品
一等品
合格品
1
外观
透明液体、无悬浮物
2
色度(pt-co),号<
5
10
3
酸度<
0.0020
0.0035
—
4
密度(20˚C)/(g/cm3)
0.800~0.807
PH值(5%水溶液)
6.0~9.0
6
滴定值(5%的水溶液)/ml<
2.0
3.0
7
水分/%(质)<
0.45
0.60
8
总醛(以乙醛计)/%(质)<
0.05
0.
9
总氰(以氢氰酸计)/%(质)<
0.0005
0.0010
过氧化物(以过氧化氢计)/%(质)<
0.00002
0.00004
11
铁/%(质)<
0.00001
0.00000
12
丙烯醛/%(质)<
0.0040
13
丙酮/%(质)<
0.020
0.030
14
乙腈/%(质)<
0.015
15
铜/%(质)<
16
沸程(在0.10133Mpa下)/˚C
74.5—79.0
17
阻聚剂
对一羟基苯甲醛/%(质)
0.0035-0.0045
氨/%(质)
0.008-0.012
1.2市场调研
1.2.1国际现状
世界丙烯腈生产能力由2001年595万t减少到2003年的580万t·
a-1,2004年达到596.5万t·
a-1。
近年来,全球丙烯腈生产向亚洲转移,发达国家丙烯腈市场呈萎缩现象,一些公司纷纷关闭最差的生产线。
2005年世界丙烯腈产能为614万t·
a-1,产量达到524万t,略高于2004年的521.9万t,装置开工率超过85%,低于2004年的90%。
世界丙烯腈生产能力主要分布情况:
美国315.1万t·
a-1,中国110万t·
a-1,日本75.3万t·
a-1,韩国52.0万t·
a-1,中国43.万t·
a-1,东欧及俄罗斯38.2万t·
a-1,德国33.6万t·
a-1,英国28.0万t·
a-1,荷兰23.5万t·
全球丙烯腈生产量由2001年485万t增加到2002年495万t,2004年521.9万t,2005年达524万。
据英国TecnonOrbiChem公司分析,近年来,因装置关闭超过开工的新增能力,世界丙烯腈供应显得较为紧。
开工率处于89%-90%的高位,但是效益仍然很低。
据公司分析,截至2006年4月,全球丙烯腈能力为605万t·
a-1,其中,东北亚占29%、北美占27%、中国占19%、西欧占10%、东欧占5.5%、其他地区占3.5%。
据称,2008-2009年丙烯腈装置开工率仍将维持在现有水平,直至新增产能投入。
全球丙烯腈需求的年增长率预计为2%-2.5%。
腈纶需求预计平缓,而需求年增长率预计为5%,丙烯酰胺需求年增长率预计为6%-7%。
丙烯腈工业发展的一个新亮点是新的丙烷制丙烯腈技术,较低的成本费用可望提高下游产品的竞争能力。
据日本旭化成公司预测,2012年世界丙烯腈需求将继续扩。
表1世界丙烯腈需求(万吨)[2]
地区
2001年
2002年
2003年
2004年
2005年
2010年
欧洲
130
125
100
中东/非洲
30
35
亚洲
230
250
270
280
315
340
拉丁美洲
20
25
北美
70
60
45
40
全世界
约480
约490
约500
约510
约520
约550
1.2.2国现状
2005年我国主要的丙烯腈生产企业有10家,见表2,总产能约为101.3万t·
a-1(全国总产能约达110万t·
a-1,),总产量达到93.1万t。
其中2005年2月投产的上海赛科产能为26万t·
a-1,是目前国最大的丙烯腈生产厂家。
需求增长促使我国丙烯腈继续扩能,2006年丙烯腈的扩能主要为石化公司扩能到25万t·
a-1,石化公司扩能到9.2万t·
a-1,合计增加5万t·
a-1,2006年底我国丙烯腈主要企业总产能达到106.3万t·
a-1,全国总产能约达115万t·
2005年我国丙烯腈消费量达到124.7万,国供应缺口为31.6万。
预计2012年丙烯腈消费量略有增加。
表2我国丙烯腈主要生产厂家及产能
生产厂家
产能/(万t.a-1)
备注
上海石化公司
13.0
石化公司
8.0
2004年5月扩建到8万t.a-1.
炼化公司
齐鲁石化丙烯腈厂
4.0
石化腈纶厂
2006年8月扩能至9.2万t.a-1
石化公司
21.2
2005年扩能完成
上海赛科石化公司
26.0
油田助剂厂
2.0
2005年2月底投产
3.1
合计
101.3
近年,我国丙烯腈进口一直保持在30万以上,2004年进口31.86万t,2005年由于上海赛科石化2万t·
a-1装置投产,国供应能力大幅增加,使进口量有所下降,为31.64万t,2006年1-6月进口量已达到15.84万t,预计全年进口将高于2005年。
我国丙烯腈进口主要来自韩国、日本、美国、中国等国家和地区。
2005年开始,我国有部分丙烯腈出口国外,主要出口商是上海赛科石化的丙烯腈工厂,其在2006年上半年的出口量达到3万以上。
国需求与现有生产能力仍有一定差距,丙烯腈在国拥有广阔的市场和发展潜力。
1.3丙烯腈的合成方法和工艺条件
1.3.1丙烷氨氧化法
以美国BP公司、日本三菱化成公司为代表的主要丙烯腈生产商开始了以丙烷为原料的生产丙烯腈的技术开发工作。
该技术主要合成工艺有两种:
一是BP公司开发的丙烷直接氨氧化法,在特定的催化剂下,以纯氧为氧化剂,同时进行丙烷氧化脱氢和丙烯氨氧化法反应;
二是三菱化成公司开发的独特循环工艺,主要是丙烷氧化脱氢后生成丙烯,然后再以常规氨氧化法生产丙烯腈,其主要特点是采用选择性烃的吸附分离体系的循环工艺,可将循环物流中的惰性气体和碳氧化物选择性除去,原料丙烷和丙烯100%回收,从而降低了生产成本。
尽管丙烷法较丙烯氨氧化法总投资高,但是由于丙烷价格(19.8美分/kg)比丙烯价格(39.6美分/kg)低一半,因此单从原料成本上看丙烷法比丙烯法更有前景,有关资料介绍丙烷法有望比丙烯氨氧化法降低30%的生产成本。
尽管目前尚处于研究阶段,开发高效的催化剂是关键,但是由于丙烷价格低廉、容易得到,不久的将来丙烷氨氧化法法可望工业化生产,前景乐观。
1.3.2丙烯氨氧法
目前,全球95%以上的丙烯腈生产都采用美国BP公司(现为BP-AMOCO公司)开创并发展的丙烯氨氧化法技术(又称sohio法),该技术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。
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。
丙烯腈氧化法的优点如下:
(1)丙烯是目前大量生产的石油化学工业的产品,氨是合成氨工业的产品,这两种原料均来源丰富且价格低廉。
(2)工艺流程比较简单,经一步反应便可得到丙烯腈产物。
(3)反应的副产物较少,副产物主要是氢氰酸和乙腈,都可回收利用,而且丙烯腈成晶纯度较高。
(4)丙烯氨氧化过程系放热反应,在热平衡上很有利。
(5)反应在常压或低压下进行,对设备无加压要求。
(6)与其他生产方法如乙炔与氢氰酸合成法,环氧乙烷与氢氰酸合成法等比较,可以减少原料的配套设备(如乙炔发生装置和氰化氢合成装置)的建设投资。
1.3.3方案的选择
目前丙烯腈的合成路线主要有以上两种,其中,丙烯氨氧化法的技术相对丙烷氨氧化法来说比较成熟,经讨论,我们决定采用丙烯氨氧化法中的Sohio法进行模拟与设计。
1.3.4反应过程分析
(1)丙烯氨氧化的原理:
a.化学反应在工业生产条件下,对于丙烯氨氧化法,主反应生成丙烯腈,是一个非均相反应;
与此同时,在催化剂表面还发生一系列副反应。
主反应:
C3H6+NH3+1.5O2→CH2=CHCN+3H2O△H=-5
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