5万吨_年苯胺的工艺设计开题报告.doc

山 东 科 技 大 学本科毕业设计（论文）开题报告题 目 5 万吨/年苯胺的工艺设计学 院 名 称 化学与环境工程学院 专 业 班 级 化学工程与工艺 11-3 学 生 姓 名 蔡继斌 学 号 201101110801 指 导 教 师 高军 填表时间： 2015 年 4 月 3 日设计（论文）题目 5 万吨/年苯胺的工艺设计工程实际 科研项目 实验室建设 理论研究 其它设计（论文）类型（划“√” ）√一、 本课题的研究目的和意义苯胺，俗名阿林尼油，为无色油状液体，有强烈的气味，有毒，密度1021.6kg/m3，熔点-6.2℃，沸点 184.4℃，暴露于空气中或在日光下变成棕色稍溶于水，能与乙醇、乙醚、苯混溶；有碱性，能与盐酸(或硫酸)反应生成盐酸(或硫酸)盐；能起卤化、重氮化等反应 [1]。

苯胺是重要的有机化工原料之一，广泛应用于染料、医药、炸药，香料、橡胶硫化促进剂、药品等行业，尤其是可作为聚氨酯产品 MDI 主要原料的原料此外，苯胺还可以用作溶剂和其它化工原料苯胺衍生物甲苯胺、枯胺、甲基枯胺和二甲代苯胺作为原料时，可以增加显影剂、农业试剂的效用是重要的有机化工基本原料之一，主要用于生产聚氨酯（MDI） ，其用量发达国家达到总耗量 70%，年增长率 8%还可直接合成二苯胺、4-硝基二苯胺、环己胺，N-甲基苯胺等产品，另外还有延伸产品数百种之多 [2]广泛用于聚氨酯、橡胶助剂、染料、医药、农药和特种纤维等行业随着经济的飞速发展，苯胺需求量逐年增长，我国苯胺行业面临良好的发展机遇与技术挑战自 1978 年国内硝基苯气相加氢流化床工艺技术开发成功后，经三十年的发展，现有工艺技术成熟，产品质量稳定、能耗低，利用废热锅炉将硝基苯加氢所放出的热量产生蒸汽，基本能满足苯胺岗位精制的需要，从而实现汽耗为零，此生产技术水平已达到世界先进水平基于此，本课题采用硝基苯气相加氢流化床生产技术，借鉴国内外的先进经验，对 5 万吨/年苯胺的生产工艺进行设计，提高生产效率，优化工艺流程，降低生产成本。

二、 本课题的主要研究内容（提纲）1. 对项目进行可行性论证2. 选择工艺方案，对工艺流程进行模拟优化3. 设备选型以及典型设备设计4. 车间布置设计5. 安全、储运设计及三废处理6. 经济分析与评价三、 文献综述（国内外研究情况及其发展）1、苯胺的用途苯胺是重要的有机化工原料之一，广泛应用于染料、医药、炸药，香料、橡胶硫化促进剂、药品等行业，尤其是可作为聚氨酯产品MDI主要原料的原料此外，苯胺还可以用作溶剂和其它化工原料 [3]苯胺衍生物甲苯胺、枯胺、甲基枯胺和二甲代苯胺作为原料时，可以增加显影剂、农业试剂的效用是重要的有机化工基本原料之一，主要用于生产聚氨酯（MDI） ，其用量发达国家达到总耗量70%，年增长率8%还可直接合成二苯胺、4-硝基二苯胺、环己胺，N-甲基苯胺等产品，另外还有延伸产品数百种之多广泛用于聚氨酯、橡胶助剂、染料、医药、农药和特种纤维等行业 [4]2、苯胺的产能及市场（1）国外 随着西方经济复苏对二苯基亚甲基二异氰酸酯(MDI)需求的不断增加, 苯胺生产能力和产量增长很快, 目前生产能力已经超过300万t /a 世界苯胺的生产主要集中在美国、西欧和日本, 其生产能力约占世界苯胺总生产能力的80% 。

消费主要集中在美国、西欧以及日本等国家和地区, 尽管世界上苯胺主要生产企业不断扩大其生产规模和提高生产装置的生产负荷, 但产量仍不能满足日益增加的市场需综观世界苯胺消费与需求, 美国、西欧和日本等国家和地区进入稳定发展阶段, 东欧地区未来也将保持相对稳定增长态势, 东欧苯胺增长主要用于橡胶助剂和医药生产, 而新的投资和消费将主要集中在中东和远东地区, 尤其是中国、印度和中东一些国家成为苯胺需求增长最快国家和地区, 2003年亚洲地区( 除日本, 下同) 苯胺需求约为33万t, 比2000年的23 万t 增长了43%, 随着亚洲地区多套的世界级的MDI 的开工建设,未来几年亚洲地区苯胺需求增长率将达到25%, 远远高出世界的平均水平 [5]2）国内 目前我国苯胺的生产企业有20多家, 总生产能力约为29wt/a, 总产量约为18 wt/a 生产工艺主要采用硝基苯催化加氢法, 其中生产规模在2 wt /a以上的企业有 4家, 生产能力合计为15. 2 wt/ a, 约占全国苯胺总生产能力53% ; 生产规模为1万t /a的生产企业有10家, 生产能力约占全国苯胺总生产能力的 35% ; 其他规模的生产能力合计为3. 4wt /a, 约占全国苯胺总生产能力的 12%[6]。

近年来, 由于我国聚氨酯工业对主要原料MDI的市场需求潜力巨大, 一些国际知名的跨国公司纷纷与中国有关企业合资兴建大型MDI生产装置, 亨兹曼公司、巴斯夫公司将联合日本聚氨酯公司与中国合作在上海建设16 wt /a MD I生产装置, 同时配套16 wt /a的苯胺生产装置, 吉林化学工业股份有限公司染料厂将该厂现有生产能力扩建至11. 6 wt /a, 江苏南京化学工业(集团)公司磷肥厂已将其苯胺生产能力扩建到3 wt /a由于我国苯胺产量不能满足国内实际生产的需求, 每年进口2 万t /a 左右, 同时, 我国苯胺也有少量出口20世纪90年代以来, 我国苯胺的消费量一直保持稳定增长的趋势, 我国苯胺的消费结构与发达国家有所不同, 主要用于橡胶加工助剂、染料及有机颜料、医药以及有机中间体的生产方面生产MDI是苯胺的主要消费领域1999 年我国MDI消费苯胺的量仅占苯胺总消费量的12% , 2000年约占18% , 2004年MD I消费苯胺占苯胺消费量的25%我国加入WTO 后, 苯胺生产企业将面临强大的国际竞争对手和更加激烈的市场竞争, 我国苯胺生产企业, 应规模化经营, 降低生产成本, 增强竞争力, 瞄准亚洲这个潜力巨大的市场, 增加出口量。

3、苯胺的生产方法（1）苯酚氨化法：生产过程：苯酚与过量的氨(摩尔比为 1:20)经混合、汽化、预热后，进入装有氧化铝-硅胶催化剂的固定床反应器中，在 370℃、1.7MPa 条件下，苯酚与氨进行氮化反应制得苯胺，同时联产二苯胺，苯胺的转化率和选择性均在98%左右 化学方程式：特点：该法工艺简单，催化剂价格低廉、寿命长，产品质量好， “三废”量少，适合于大规模连续生产，并可根据需要联产二苯胺，不足之处是基建投资大，能耗和生产成本要比硝基苯催化加氢法高并且在中国目前来看没有低廉的苯酚来源，因此生产成本比较高，没有竞争力 [7] 生产现状：目前世界上只有日本三井石油化学公司和美国阿里斯德化学公司采用该法分别建有 114kt/a 和 91kt/a 的生产装置 (2) 硝基苯铁粉还原法生产过程：采用间歇式生产，将反应物料投入还原锅中，在盐酸介质中，约 100℃下硝基苯用铁粉还原生成苯胺和氧化铁，产品经蒸馏得粗的苯胺，再经精馏得成品，苯胺收率为 95%-98%铁粉的质量直接影响苯胺的产率化学反应方程式：  特点：设备庞大、反应热难以回收、铁粉耗用量大、环境污染严重、设备腐蚀严重、操作和维修费用高、难以连续化生产、反应速度慢、产品分离困难等缺点，所以现在基本淘汰。

生产现状：硝基苯铁粉还原法是生产苯胺的经典方法，目前正逐渐被其他方法所取代但由于该法可以同时联产氧化铁颜料，我国有一小部分中、小型企业仍采用该法进行生产 [8]3）硝基苯催化加氢法从上世纪 50 年代以后，苯胺主要采用硝基苯催化加氢法制备，它是采用Cu/SiO2 或 Ni、Pt、Pd 等为催化剂，进行硝基苯催化加氢制苯胺，收率 99%化学反应方程式： 硝基苯催化加氢又可分为以下三种方法： 1、固定床气相催化加氢 生产过程：在 200-300℃、1-3MPa 条件下，经预热的氢和硝基苯发生加氢反应生成粗的苯胺，粗的苯胺经脱水、精馏后得成品，苯胺的选择性大于99% 特点：具有技术成熟、反应温度较低、设备及操作简单、维修费用低、建设投资少、不需分离催化剂、产品质量好等优点，不足之处是反应压力较高，易发生局部过热而引起副反应和催化剂失活，必须定期更换催化剂 生产现状：目前国外大多数苯胺生产厂家采用固定床气相加氢工艺进行生产，我国山东烟台万华聚氨酯集团有限公司采用该法进行生产 2、流化床气相催化加氢 生产过程：原料硝基苯加热汽化后，与约为理论量 3 的氢气混合，进入装有铜-硅胶催化剂的流化床反应器中，在 260-280℃条件下进行加氢还原反应生成苯胺和水蒸气，再经冷凝、分离、脱水、精馏得到苯胺产品。

特点：该法较好地改善了传热状况，控制了反应温度，避免了局部过热，减少了副反应的生成，延长了催化剂的使用寿命，不足之处是操作较复杂、催化剂磨损大装置建设费用大、操作和维修费用较高 [9] 生产现状：我国绝大多数苯胺生产厂采用流化床气相催化加氢工艺进行生产3、硝基苯液相催化加氢 生产过程：在 150-250℃、0.15-1.00MPa 压力下，采用贵金属催化剂，硝基苯在无水条件下发生加氢反应生成苯胺，再经精馏后得成品，苯胺的收率为99% 特点：优点是反应温度较低、副反应少、催化剂负荷高寿命长、设备生产能力大，不足之处是反应产物与催化剂以及溶剂必须进行分离，操作以及维修费用高硝基苯催化加氢生产苯胺的催化剂主要有两种：一种是铜负载在二氧化硅载体上的 CuO/SiO2 催化剂，以及加入 Cr、Mo 等第 2 组分的改进型催化剂，该类催化剂的优点是成本低、选择性好，缺点是抗毒性差，微量有机硫化物即易使催化剂中毒；另一种是将 Pt、Pd、等金属负载在氧化铝、活性炭等载体上的贵金属催化剂，该类催化剂具有催化活性高、寿命长等优点，但生产成本较高 生产现状：液相催化加氢工艺多涉及贵金属催化剂和高活性催化剂的制备，生产成本有一定的风险，因此目前尚未达到工业化生产阶段。

四、 拟解决的关键问题（1）结合文献资料对绝热硝化法制硝基苯、硝基苯催化加氢制苯胺的工艺流程和设备进行了解；编制工艺操作规程2）使用化工软件对工艺流程进行模拟优化；（3）对各个工艺过程进行优化设计与分析，找到最佳的工艺路线五、 研究思路和方法本课题对苯胺的生产工艺进行了系统的设计，从各方面考虑，选择目前工艺成熟的硝基苯催化加氢法设计方法如下：1. 确定工艺流程后运用 Aspen 模拟软件对各工艺流程进行模拟与优化，确定各段的工艺条件和操作参数2. 对换热网络进行设计，运用 Aspen plus 对换热网络进行模拟，以达到节能的目的3. 运用绘图软件，绘制物料流程图、带控制点的工艺流程图和车间布置图4. 通过工艺计算，计算出机、泵等类型设备的工作能力及技术特性，从而选择相应的设备型号非标准设备的设计，通过计算出的数据对其进行设计六、 本课题的进度安排第 3-5 周查阅和整理文献资料 ，做开题报告第 6-7 周确定生产工艺路线，对工艺流程进行模拟进行能量衡算、热量衡算第 8-9 周绘制物料流程图和带控制点的工艺流程图第 10 周进行设备选型与典型设备的设计第 11 周进行经济评估第 12 周修改论文。

第 13 周准备答辩七、 参考文献 [1] 李岩. 7.0 万吨/年苯胺流化床技术开发与应用研究[D]. 大连: 大连理工大学,2005:35-45 [2] 刘君丽, 王爱华 , 秦九红. 硝基苯液相催化加氢制备苯胺的研究进展[J].河南化工, 2010, 。