XX年产15万吨丙烯腈项目创新说明书.docx
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目录第一章 资源利用创新 - 1 1.1 高收率丙烯腈生产工艺，提高丙烷利用率 - 1 1.2 萃取精馏塔塔底水循环利用,节水 372 吨/小时 - 1-第二章 产品结构方案创新 -2 -第三章 反应技术创新 - 3 3.1 催化剂优选：以高效率、低成本为宗旨，坚持国产化 - 3-3.1.1丙烷脱氢催化剂：大连化物所NDC-8催化剂 -3 -3.1.3丙烯氨氧化催化剂：兰州石化公司XYA-5催化剂 -4 -3.2脱氢反应器创新，开发移动床反应器，提高单程转化率 - 4-第四章 分离技术创新 - 7 4.1 采脱乙烷流程：采用膜分离+浅冷技术代替深冷，节能 78.7%... - 7-4.2乙腈浓缩：侧线采出代替釜液采出，乙腈浓度提高至59% - 8 -第五章 过程节能降耗技术创新 -9 -5.1 考虑温度匹配的反应热梯级利用 - 9 5.2 综合考虑经济性和操作弹性的换热网络优化设计 - 9 5.3 热泵技术 - 10-5.4四效蒸发技术 - 10-第六章 环境保护技术创新 - 12 6.1 变压吸附分离尾气：充分回收丙烷和丙烯，提高原料利用率，减少VOC 排放 - 12 -6.2 废水处理 - 12 6.3 绿色催化剂的应用 - 13-6.4单产碳排放减少34.2万吨 - 14-第七章 新型过程设备的应用 - 15 7.1 移动床膜反应器的应用 - 15-7.2急冷换热器代替急冷塔，回收4.9Gcal/h能量 -15 -7.2.1 急冷工艺的优选 - 15 7.2.3 急冷换热器的优势 - 16 7.3 流化床反应器以及配件创新 - 16-7.3.1用CPFD软件模拟流化床，保证反应器设计的合理性....-17 - 7.3.2流化床反应器中新型旋风分离器，保证产品收率 - 17 7.3.3 流化床反应器进气分布器创新，稳定产品质量 - 18-7.4新型高效分离设备，节约能耗降低费用 - 18 7.5 新型流体输送设备，保证脱乙烷塔安全稳定运行 - 18-第一章 资源利用创新1.1 高收率丙烯腈生产工艺，提高丙烷利用率近年来丙烷产能处于过剩状态，其中 93%以上作为燃料使用，剩余的部分主 要用于化工原料，直接销售收益低。
基于此现状建立一座中国石油庆阳石化的丙 烯腈分厂，利用其副产品丙烷生产高附加值的丙烯腈本项目选择中国石化庆阳石化公司作为总厂，以炼厂气中回收的丙烷作为原 料，实现了丙烷的资源化利用，同时降低了丙烷原料的成本1.2萃取精馏塔塔底水循环利用,节水 372吨/小时萃取精馏塔塔底出料中含有大量水，如果这股物流直接处理后排放，会极大 地增加废水处理成本，同时造成水资源的浪费由于水洗塔（T401）中的吸收 剂水和萃取精馏塔（T402）的萃取剂水对品质要求不高，这股物流可直接用于 吸收和萃取，实现水的循环利用具体工艺流程如图 1-2：图1-2丙烯腈精制工艺流程图第二章 产品结构方案创新本项目为庆阳石化设计一座丙烯腈合成分厂，厂址选择庆阳石化所在的甘肃 庆阳西峰工业园区，因此能与总厂保持良好的联系，减少原料的运输费和公共工 程的建设费用表 2-1 产品结构方案表产品名称年产量用途高纯丙烯腈15万吨销售合格丙烯腈0.18万吨销售乙腈0.16万吨作萃取剂氢氰酸0.3 万吨销售氢气0.67 万吨送回总厂做加氢重整高纯丙烯腈可作为合成纤维，合成橡胶和合成树脂的原料，合格丙烯腈可用 于杀虫剂虫满腈的生产，乙腈可返回本厂做丙烯丙烷萃取剂使用，氢氰酸可用于 制造各种树脂单体，氢气可送回总厂做加氢重整的原料使用。
故以丙烯腈为主 体构成的产品结构方案绿色环保、价值可观、市场可调、经济可行第三章 反应技术创新3.1 催化剂优选：以高效率、低成本为宗旨，坚持国产化丙烷脱氢选择大连化物所开发的 NDC-8 催化剂，已于 2013 年完成工业化示 范；丙烯氨氧化选择中石油兰州石化公司开发的XYA-5催化剂，已于2011年完 成工业化示范3・1・1丙烷脱氢催化剂：大连化物所NDC-8催化剂Pt/Al2O3和Cr2O3/Al2O3是两种最常用的催化剂目前，丙烷催化脱氢生成丙烯的技术已经实现工业化Oleflex工艺使用Pt系催化剂，反应温度需超过600°C,反应压力大于O.IMPa由于Oleflex工艺的Pt系催化剂可循环利用，满足绿色催化剂应用要求，故该催化剂使用最广，研究最多Cr系催化剂虽然使 用条件温和，但由于污染环境，使其应用受到限制鉴于 Oleflex 的诸多优点，本项目选择参考 Oleflex 工艺以及 Pt 系催化剂 (Pt/Al2O3 或 PtSn/Al2O3)o余长林等采用一系列金属氧化物助剂对Pt/Al2O3催化剂进行修饰，研究结果 表明，SnO2助剂对改善Pt/Al2O3催化剂的稳定性效果最好。
杨维慎等研究了金 属Mg,K的加入对PtSn/Al2O3催化剂催化性能的影响，结果表明:加入的金属 Mg/K与催化剂中的SnO2有强烈的作用，从而防止SnO2被还原为Sn,保持其以 氧化态存在当Sn元素以单质形式存在时易与Pt形成合金，该合金可以使催化 剂中毒1975 年大化所开始开发一种用于直链烷烃脱氢的催化剂以取代从美国 UOP公司进口的DEH-5催化剂大化所制备了性能良好的NDC-2催化剂实践证明，NDC-2 直链烷烃脱氢催化剂性能优于当时从美国 UOP(Oleflex 工艺)引进的DEH-5催化剂目前，NDC系列催化剂已经出口国外，技术成熟综上所述，我们团队选择金属Mg, K修饰的PtSn/Al,O3催化剂作为本团队 工艺所用催化剂国产NDC系列催化剂中NDC-8满足本团队所选催化剂要求，使用条件温和，满足移动床生产需求能完成再生工艺，并且已于 2013年完成工 业化示范3・1・3丙烯氨氧化催化剂：兰州石化公司XYA-5催化剂多组合复合金属钼酸盐催化剂钼酸盐催化剂主要有钼铋铁系、钼铋钨系、钼 铋锑系及钼铈碲系等，其中钼铋铁系催化剂在丙烯氨氧化过程中占主导地位，约 90%的丙烯腈工业装置使用的是该催化剂。
60年代初，美国BP公司研制成功了 PMo12Bi9O+50%SiO2催化剂，并首创 丙烯氨氧化生产丙烯腈新工艺该催化剂活性不高、选择性不好、丙烯腈单程收 率为62%，且稳定性差后来西德Knapsack公司在该催化剂体系中引人Fe,结 果催化剂的活性有了很大提高1972年BP公司推出了 C-14催化剂，其组成P Mo BiFe Co Ni K 17.5 % SiO ，把丙烯氨氧化工艺推向了一个高潮，0.5 12 3 4.5 2.5 0.07 2使丙烯腈单程收率达到72%目前工业生产过程中所用的锑铁系催化剂的化学式 为Na0~3（Cu，Mg，Zn，Ni或其混合物）°〜4（V或W）〜^Te〜厶卩点肿匕口〜^Ox, 催化载体是SiO2，采用该催化剂丙烯腈单程产率可达75%中国石油兰州化工研究中心与营口向阳催化剂有限责任公司合作， 研制出 XYA-5丙烯腈催化剂，采用该催化剂丙烯腈单程产率可达82%XYA-5催化剂 在吉林石化42万吨/年丙烯腈装置上运行多年，性能良好，该国产催化剂性达到 国际水平，故本项目选择该催化剂表 3-1 各工业催化剂性能催化剂产物钼酸盐催化剂锑酸盐催化剂XYA-5丙烯腈转换率96%97%97%丙烯腈单程收率79%75%82%3・2脱氢反应器创新，开发移动床反应器，提高单程转化率移动床膜反应器可连续移走产物氢气,增加单程转化率，减少后续分离难度。
选用的膜为高效透氢的Pd膜，其中Pd膜可涂在管内，不与反应体系接触，保 证了膜的长时间稳定运行本反应器主要针对丙烷脱氢制备丙烯反应，该反应的高效反应温度在500-550°C范围内，反应压力为5bar蛍气鱼气EI3SEL08II辿图3-1移动床膜反应器串联操作 本团队创新性地设计了移动床膜反应器创新性地将 Pd 管植入反应器中， Pd 管可以在反应体系中选择性地移走氢气使反应正向进行该反应器实现了分 离与反应的耦合移动床反应器串联操作，反应器之间设置换热器，使反应体系 温度保持在525C左右的高效低副产反应温度范围，采用移动床反应器工艺进行 催化剂的外循环，有效解决催化剂失活再生问题，生产能力大、效率高Pd 管可以在反应体系温度下选择性透过氢气，遵循“溶解-扩散”机理我 们以一根Pd管为例详细计算Pd膜透氢行为：LCPJ -瞪）模型几何、控制方程、边界条件、约束条件叫=〔昭-瑙用卞-冷V ・（一DV巧 + c3u）二 0V - （― DVrj 4- Cju） = D研究对廉图 3-2Pd 管透氢计算示意图将得到的结果输入 comsol 软件中完成移动床膜反应器的设计移动床反应器在 comsol 多物理场数值计算软件中的设计：在 comsol 软件中选择稀物质传递场与层流场的耦合计算该反应器，在以 1:1的比例设计该反应器，得到反应器的数据指导反应器的设计：图3-3移动床膜反应器的设计第四章 分离技术创新4.1 采脱乙烷流程：采用膜分离+浅冷技术代替深冷，节能 78.7%用膜分离代替深冷分离，简化工艺流程，减少投资费用和操作费用。
团队使 用 Hysys 编程计算，严格模拟膜分离单元，详见初步设计说明书与 Hysys 源文件深冷分离系统能量消耗量为15・0Gcal/hr,膜分离系统能量消耗量为3.2Gcal/hr,采用膜分离后可减少能耗78.7%膜分离与深冷分离工艺流程对比:图 4-1 深冷分离流程图1!■0£aaQ□Q{D■ 1 ■-图4-2膜分离流程图传统工艺采用深冷分离氢气，温度为-100°C左右，此工艺成熟，但冷耗量特 别大，需要采用丙烯乙烯复迭压缩制冷 使用冷耗-5.8Gcal/hr消耗能量15・0Gcal/hr氢气的摩尔分率为95.6%,氢气回收率为97.8%o设备投资为1030 万，每年操作费用为 0.9 亿工艺流程见图 4-1：本装置采用膜分离技术膜采用PI膜，氢气的渗透速率为210GPU，膜面 积1200m2采用浅冷技术，温度为-28°C使用冷耗4.1Gcal/hr消耗能量 3・2Gcal/hr氢气的摩尔分率为99.4%,氢气回收率为95%设备投资749 万, 操作费用 1 900万工艺流程如图4-2 本项目采用膜分离技术，在简化工艺流程的同时也完成了对控制过程的简化 每年可节省成本 7000余万元。
且膜分离产出的氢气可以在绝大部分炼化装置上 使用，而在深冷流程中，由于产出氢气纯度不够高，应用很大受到限制4.2乙腈浓缩：侧线采出代替釜液采出，乙腈浓度提高至 59%传统工艺中，萃取精馏塔仅做丙烯腈与乙腈的分离，乙腈从塔釜排出乙腈 精制时需要首先从塔釜液中解吸提浓，而塔底乙腈浓度仅为 0.1%本项目在分 离乙腈与丙烯腈的萃取精馏塔采用侧线精馏技术，萃取精馏塔侧线 32块板采出 量 32kmol/hr 的气相乙腈的含量为 59%，进一步提纯就可以送回总厂作为萃 取剂使用此复合塔可以有效减小回收乙腈的能耗以及处理乙腈废水的冷耗工 艺流程如图 4-4：图 4-4 侧线精馏技术第五章 过程节能降耗技术创新5.1 考虑温度匹配的反应热梯级利用氨氧。
