10萬噸/年丙烯腈項目工藝方案探討

郝雪等

【摘 要】本項目是將由總廠提供的純度合格的丙烯用丙烯氨氧化法一步合成丙烯腈，然后反應產物依次經過急冷塔（吸收反應后生成的氨及降溫），水吸收塔（產物溶于水，排除廢氣），萃取精餾塔（分離丙烯腈和乙腈）及精制塔（精制產物及各副產物，如氫氰酸、乙腈）等步驟完成丙烯腈的生產。丙烯氨氧化法具有原料便宜易得，生產成本低，生產工藝簡單等優點，所以已成為國內外丙烯腈生產的主要方法。故本裝置采用流化床丙烯氨氧化法生產丙烯腈。

【關鍵詞】丙烯晴 成本 方案

【Abstract】The purity of this project is provided by the factory qualified propylene step synthesis of acrylonitrile with propylene ammonia oxidation method， and then the reaction product in turn after quench tower （after the absorption reaction of ammonia and cooling）， water absorption tower （product soluble in water， eliminate waste）， extraction distillation separation （acrylonitrile and acetonitrile） and refined tower （refined products and by-products， such as hydrocyanic acid and acetonitrile） and other steps to complete the production of acrylonitrile.Propylene ammonia oxidation process with raw material was cheap， low production cost， the advantages of simple production process， so at home and abroad has become a main method of acrylonitrile production. So， this device adopts the fluidized bed propylene ammoxidation to acrylonitrile.

【Key words 】propylene sunny cost and solutions

鑒于丙烯腈的用途十分廣泛，被大量的應用于日用品及建材等方面，故通過對其生產工藝的進一步改進，使其向著高產量、高品質、低污染、環境友好的趨勢發展，并且這已成為我國的丙烯腈生產工業發展的重要趨勢見表1-1、表1-2。

1 產品及原料

本廠的主要生產產物為丙烯腈，副產物為硫酸銨、乙腈、氫氰酸。

表1-1 產品方案

產品名稱 本廠規格 國家標準 產量（萬噸/年） 單價（元/噸）

丙烯腈 99.8% 99.9% 10 12500

乙腈 57.8% 50.0% 0.62 14000

氫氰酸 70.2% 99.9% 0.74 15000

硫酸銨 78.6% 99.0% 0.12 630

主要物料規格及消耗：

表1-2 主要物料規格及消耗

序號 項目 規格 數量（噸/年）

1 丙烯 99% 108127

2 氨 99% 45468

3 濃硫酸 93% 12771

2 工藝路線的確定

2.1 環氧乙烷法

由環氧乙烷和氫氰酸制得氰乙醇，然后以碳酸鎂為催化劑，于200～280 ℃脫水制得丙烯腈。

（3-1）

（3-2）

此法生產的丙烯腈原料昂貴，且氫氰酸毒性大，已被淘汰。

2.2 乙炔法

由乙炔與氫氰酸作用而得，反應為常壓，溫度80～90℃，用氯化亞銅和氯化銨為催化劑。

（3-3）

該法特點是：生產過程簡單，但副產物種類較多，不易分離。1960年以前，該法是世界各國生產丙烯腈的主要方法，現基本淘汰。

2.3 丙烯氨氧化法

20世紀80年代以來我國丙烯腈工業發展較快，從國外引進8套裝置，全部采用BP公司技術。即采用丙烯氨氧化法一步合成丙烯腈。該法以丙烯、氨氧和空氣中的氧為原料制得，主要副產物為氫氰酸、乙腈、丙烯醛、CO2和CO。

（3-4）

典型的生產過程為，原料氣體以丙烯∶氨∶空氣=1.0∶1.05∶10（mol）的比例從底部進入流化床反應器，反應溫度445℃，壓力0.15 MPa。反應熱用軟水循環回收，發生高壓蒸汽。反應氣體冷卻后，洗滌、吸收、精餾后得到高純度產品。該方法具有原料易得、工藝過程簡單、產品成本低等優點。該方法是目前國內外主要生產方法。

現階段，我國丙烯腈生產都采用的如上丙烯氨氧化法一步合成丙烯腈，具體工藝見圖1。

3 工藝流程

3.1 丙烯腈合成工段流程敘述

丙烯腈合成工段工藝流程如見圖1所示。

圖1 丙烯腈合成工段流程圖

1-空氣壓縮機；2-丙烯蒸發器；3-液氨蒸發器；4-反應器；5-空氣預熱器；6-冷卻管補給水加器；7-氨中和塔；8-水吸收塔

3.2 丙烯腈合成工段特點

3.2.1 反應器的選比擇

表3-2 固定床與流化床的較

反應器 優點 缺點

固定床 1.催化劑在床層內不易磨損；2.床層內流體的流動接近于平推流，與返混式反應器相比，用較少的催化劑 較小反應器容積會獲得較大的生產能力；3.結構簡單。 1.傳熱較差；

2.操作過程中催化劑不能更換，催化劑對需要頻繁再生的反應不適于。

流化床 1.能實現固體物料的連續輸入和輸出；

2.特別適用于強放熱反應；

3.便于進行催化劑的連續再生和循環操作。

1.目的產物的收率低；

2.反應轉化率較低；

3.催化劑加速粉化，流失大；

4.經驗性操作，隨意性大。

基于以上的反應器的性能及主要優缺點的比較見表3-2，以及本項目的高溫強放熱效應、反應原理，故本項目采用流化床反應器作為反應容器。

3.2.2 催化劑的選擇

催化劑的選擇對于項目的正常運行以及產品質量、經濟效益等都起到至關重要的作用，通過比較，我們可以得到以下結論：（1）用MB-86的單程收率是最大的。（2）MB-86是國產催化劑，在經濟上比較占優勢。

通過比較，我們最終選擇MB-86作為本項目生產的催化劑，具體模擬流程見圖2。

3.3 丙烯腈與氫氰酸精制工段流程

圖2 丙烯腈與氫氰酸精制工段

4 工藝創新點

（1）流化床改造：通過加大開孔孔徑以實現空氣分布板、丙烯和氨分布器的改造，提高丙烯腈的產量及純度。

（2）急冷塔改造：將下段循環泵從遠離急冷塔的合成泵房內移至附近位置即急冷塔位置，縮短循環管道，可以很大程度上減少丙烯腈的損失。

（3）添加分散劑：分散劑的注入能夠緩解回收塔內有機物的聚合速度，對解決回收塔堵塞問題，為提高反應裝置運行時間，爭取做到聚合物產生量與分散劑分解移走聚合物量實現平衡，實現裝置長周期運行起到積極的作用。

5 項目建設的目的和意義

丙烯腈需求穩步增長：近年來，我國對丙烯腈的需求強勁增長，2011 年我國丙烯腈需求量達到 165 萬噸，比2010年增長 8%，對外依存度達到 32%，比2010 年增長10個百分點。雖然我國以丙烯為原料的丙烯腈生產路線在逐步推廣，裝置規模大型化的腳步也在加快，但目前的生產能力和產量仍不能滿足市場需求，我國應當進一步推進催化劑的國產化進程，并形成具有自主知識產權的自有技術，要積極探索丙烷法制丙烯腈的新工藝路線，加緊現有新建或者擴建項目的實施，以提升我國丙烯腈的生產技術水平，進一步提高生產能力和裝置開工率，以減少進口，滿足市場需求。

6 設計依據

（1）2013年第七屆全國大學生化工設計競賽指導書；

（2）《石油化工項目可行性研究報告編制規定》（2005年版）；

（3）《化工工廠初步設計文件內容深度規定》（2001年06月01日國家石油和化學工業局發布）及有關專業的國家標準。

（4）國家經濟、建筑、環保等相關政策。

【課題來源】寧夏回族自治區大學生課外創新實踐項目。指導教師：姜國平（高級工程師）。

作者簡介：郝雪（1994—），女，回族，寧夏吳忠人，本科，北方民族大學，化學與化學工程學院，研究方向：壓力容器設計。