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1,1万吨/年氯丙烯生产过程设计,第一组 2010-01-20,2,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,3,第一部分 项目背景,4,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。,5,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。,6,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: CH2CH-CH3 + Cl2 CH2=CH-CH2Cl + HCl 纯度在98%以上的丙烯经干燥、预热至280320,与冷氯气按量比为(45):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) =2.511 混合后,在反应温度为200260,压力0196.14Mpa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。,7,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。,8,9,TWRS制冷流程,10,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。,11,第二部分 流程分析,12,4.低温分离 (-50)能耗高,1.低温冷能没有得到充分利用,3.将返回料液化,耗能,2.出料热量没有得到利用,5.没有必要一定要三个塔,6.先冷后加热为了配合吸收盐酸,不合理(-56到25),13,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?,14,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。,15,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 103.9,16,解决方案,2.进入分馏系统,使用深冷分离,是不是有必要?,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。,17,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。,18,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,制冷 液氯 丙烯,丙烯出料-17去与回流丙烯混合,19,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。,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),20,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。,21,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 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 。,22,解决方案,原料丙烯带入的热量Q1 为3 458.4103 kJ/h; 原料氯气带入的热量为Q2 为14.7103 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1 904.7103 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。,反应物料仍然可以生产热水3000kg/h,23,解决方案,反应出料500,进料丙烯 -5,360,水,产100热水,出料0 去分馏,24,第三部分 新流程核算,25,新流程图,丙烯17kmol/hr -47.72 ,液氯17kmol/hr -34.6,粗氯丙烯103kmol/hr 0 5bar,丙烯返回料68kmol/hr 0 ,103.5,粗氯丙烯 15kmol/hr 40,粗丙烯 88kmol/hr -8.7 5bar,水 75kmol/hr 20 1bar,31.8%(w)盐酸 1841kg/hr,粗丙烯 80.6kmol/hr 0 1bar,70.9,2-氯丙烯 109kg/hr 40,氯丙烯 903kg/hr 67.2,2,3-二氯丙烯 903kg/hr 113.8,26,全流程物料热量能量平衡,物料衡算,能量衡算,27,产品质量,参考设计要求,质量指标已达到。,28,第四部分 经济核算,29,销售收入,30,原料费用,增值税率按照0.17计算 一年的缴纳税费为1172.7万元,31,投资核算,32,操作费用,33,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。,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。,34,Thanks,
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