新建年產(chǎn)10萬(wàn)噸98異丙醇項(xiàng)目可行性研究報(bào)告(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 異丙醇的需求量將以年均約 %的速度增長(zhǎng) , 2021 年總需求量將達(dá)到 約 萬(wàn) t, 其中中東歐地區(qū)需求量的年均增長(zhǎng)率最大 , 為 %。 其次是亞洲地區(qū) , 需求量的年均增長(zhǎng)率將達(dá)到約 %。世界主要地區(qū)異丙醇的消費(fèi)結(jié)構(gòu)以及需求預(yù)測(cè)情況見(jiàn)表 表 23 世界各地區(qū)異丙醇的消費(fèi)現(xiàn)狀及預(yù)測(cè) 國(guó)家和地區(qū) 2021年 2021年 20212021年消費(fèi)量的年均增長(zhǎng)率 /% 消費(fèi)量 /萬(wàn) t 所占比例 % 消費(fèi)量 /萬(wàn) t 所占比例 % 北美 中南美 西歐 中東歐 亞洲 其他 合計(jì) 100． 00 異丙醇的國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 目前 , 我國(guó)異丙醇主要用作油墨、涂料和制藥工業(yè)過(guò)程中的溶劑或萃取劑 , 其消費(fèi)量約占異丙醇總消費(fèi)量的 60%。在涂料中 , 異丙醇主要用在如硝化纖維素清漆中作惰性溶劑以減少貯存和運(yùn)輸過(guò)程中的可燃性等 。 在制藥方面 , 主要用作抗生素、維生素萃取劑和藥品膠囊清洗劑等 。 在油墨中 , 主要用作水基涂料的助年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸 98%異丙醇項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 7 劑和稀釋劑。醇溶油墨能夠解決甲苯類油墨對(duì)健康所產(chǎn)生的危害以及溶劑殘留影響包裝食品質(zhì)量等問(wèn)題 , 近年來(lái)醇溶油墨已經(jīng)發(fā)展成為一種趨勢(shì)。目前 , 我國(guó)已經(jīng)成為世界第二大涂料生產(chǎn)國(guó)家 , 而且近幾年來(lái) ,我國(guó)涂料工業(yè)合資合作和結(jié)構(gòu)調(diào)整的步伐明顯加快 , 涂料向高檔化方向發(fā)展 , 國(guó)外許多大型涂料生產(chǎn)商紛紛在我國(guó)投資建設(shè)高檔涂料生產(chǎn)裝置 ,加上交通、汽車和建筑等行業(yè)快速發(fā)展的拉動(dòng) ,我國(guó)涂料行業(yè)對(duì)異丙醇的需求呈現(xiàn)較快的增長(zhǎng)勢(shì)頭。在油墨方面 , 2021 年我國(guó)油墨的總產(chǎn)量為 萬(wàn) t, 2021 年增長(zhǎng)到 萬(wàn) t, 年均增長(zhǎng)率達(dá)到 %。隨著國(guó)內(nèi)包裝品、廣告、出版等行業(yè)迅速發(fā)展 , 對(duì)油墨等的需求也大幅度增加 , 相應(yīng)對(duì)異丙醇的需求量也將不斷增加 。 我國(guó)制藥行業(yè)是我國(guó)傳統(tǒng)的精細(xì)化工領(lǐng)域 , 隨著世界經(jīng)濟(jì)的一體化 , 出口形勢(shì)看好。由此可見(jiàn) , 在今后幾年 ,我國(guó)異丙醇在溶劑方面的應(yīng)用仍將大發(fā)展 , 預(yù)計(jì)到 2021 年對(duì)異丙醇的需求量將達(dá)到約 萬(wàn) t。 近年來(lái) , 我國(guó)異丙醇的消費(fèi)一直保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。 1997 年我國(guó)異丙醇的表觀消費(fèi)量只有 萬(wàn) t, 2021 年增加到 萬(wàn) t, 1997— 2021 年表觀消費(fèi)量的年均增長(zhǎng)率為 %。 2021 年我國(guó)異丙醇的表觀消費(fèi)量為 萬(wàn) t, 2021 年增加到 萬(wàn) t, 比 2021 年增長(zhǎng)約 %, 2021— 2021 年的表觀消費(fèi)量的年均增長(zhǎng)率約為 %。我國(guó)異丙醇的供需情況見(jiàn)表所示。 表 24 我國(guó)異丙醇的供需情況 年份 產(chǎn)量 /萬(wàn) t 進(jìn)口量 /萬(wàn) t 出口量 /萬(wàn) t 表觀消費(fèi)量 /萬(wàn) t 表觀消費(fèi)量比上年增長(zhǎng) /% 2021 2021 2021 2021 2021 2021 2021 年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸 98%異丙醇項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 8 第三章 工藝技術(shù)方案 概述 目前，工業(yè)上異丙醇 的生產(chǎn)方法主要是丙烯水合法，可分為丙烯間接水合法和丙烯直接水合法兩種。丙烯間接水合法因“三廢”污染、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重和生產(chǎn)成本高等問(wèn)題， 20 世紀(jì) 80 年代后該法被逐漸淘汰。丙烯直接水合法，它是丙烯在催化劑存在下直接發(fā)生水合反應(yīng)生成異丙醇。由使用的催化劑不同分為三種方法，即氣相直接水合法、液相直接水合法、氣液混相直接水合法。 工藝選擇 氣相直接水合法 氣相直接水合法是目前世界上生產(chǎn)異丙醇的主要方法之一，氣相直接水合使用磷酸 /硅藻土為催化 劑，在反應(yīng)溫度 180～ 260℃，壓力 ～ ， n（丙烯） :n（水） =1: 條件下進(jìn)行直接反應(yīng)，生成粗異丙醇溶液，再入共沸塔分離提濃。丙烯單程轉(zhuǎn)化率為 5%～ 7%，異丙醇選擇性為 98%。 優(yōu)點(diǎn)：該法與間接水合法相比，選擇性好，副產(chǎn)物少，丙烯總轉(zhuǎn)化率達(dá) 97%，生成異丙醇的選擇性高達(dá) 98%。反應(yīng)條件緩和，反應(yīng)壓力低，流程簡(jiǎn)單，投資少，同時(shí)對(duì)設(shè)備腐蝕、環(huán)境問(wèn)題較丙烯間接水合法有了很大的改善。 缺點(diǎn)：該法為防止磷酸溶出，需要把水轉(zhuǎn)為氣態(tài)，采用了對(duì)平衡不利的高溫低壓反應(yīng)條件，使丙烯單程轉(zhuǎn)化率低，大量未反應(yīng) 的丙烯需循環(huán)使用，耗能量大；為了減少副產(chǎn)物的生產(chǎn)量，需用高濃度丙烯（≥ 99%）做原料；同時(shí)磷酸不斷流失，生產(chǎn)上需補(bǔ)加磷酸。 液相直接水合法 該法使用活性、選擇性良好的鎢系雜多酸催化劑，催化劑溶于來(lái)自精制工序年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸 98%異丙醇項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 9 的循環(huán)工藝水中，在反應(yīng)溫度 240～ 280℃，壓力 條件下， n（丙烯） :n（水） =1:27，進(jìn)行接觸反應(yīng)，生成異丙醇水溶液，再入共沸塔分離提濃。 優(yōu)點(diǎn)：催化劑活性高，丙烯和雜多酸陰離子能形成活性絡(luò)合物，與傳統(tǒng)的丙烯間接水合法相比，在相同的氫離子濃度的情況下，反應(yīng)速度增大數(shù)倍，產(chǎn)品選擇性 好，改進(jìn)了催化劑的流失問(wèn)題，催化劑較穩(wěn)定、可循環(huán)使用、壽命長(zhǎng)、無(wú)公害。 缺點(diǎn)：該法水烯比大，導(dǎo)致粗產(chǎn)品中含大量水，蒸餾熱量消耗量大，反應(yīng)壓力過(guò)高，設(shè)備投資高。 氣 液混相直接水合法 該法采用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂催化劑，要求丙烯純度在 92%以上、反應(yīng)溫度 135～ 160℃、壓力 ～ 條件下、 n（丙烯） :n（水） =1:15。由于反應(yīng)采用了中壓、低溫的有利于化學(xué)平衡的工藝條件，故能得到較高的丙烯轉(zhuǎn)化率，丙烯的單程轉(zhuǎn)化率 70%左右，異丙醇選擇性大于 96%。 優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需高純度丙烯及大量未反應(yīng)的丙 烯循環(huán)。反應(yīng)條件相對(duì)緩和，溫度、壓力以及水烯比適中，丙烯轉(zhuǎn)化率高，能耗低。 缺點(diǎn)：樹脂催化劑不耐高溫，溫度不能超過(guò) 175℃，且樹脂催化劑存在流失問(wèn)題，壽命較短。 丙烯直接水合法生產(chǎn)工藝分析比較 對(duì)于丙烯直接水合反應(yīng)過(guò)程，在低溫、高壓的條件下，丙烯的平衡轉(zhuǎn)化率高。然而，溫度較低時(shí)反應(yīng)速率太慢；提高反應(yīng)溫度，雖可以加快反應(yīng)速度，但會(huì)對(duì)反應(yīng)帶來(lái)不利影響：① 丙烯轉(zhuǎn)化率低；② 異丙醇選擇性降低。提高壓力，可以提高丙烯轉(zhuǎn)化率，原因是只有溶解于水中的丙烯才能在催化劑表面起反應(yīng)，壓力增高會(huì)增加丙烯在水中的溶解度 ，但壓力過(guò)高會(huì)增加設(shè)備投資和操作費(fèi)用。因此，在上述已經(jīng)工業(yè)化的丙烯直接水合生產(chǎn)技術(shù)中，以氣液混相法生產(chǎn)技術(shù)反應(yīng)條件緩和、丙烯轉(zhuǎn)化率高，異丙醇時(shí)空產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)受到人們的廣泛注意和使用。 年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸 98%異丙醇項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 10 工藝介紹 通過(guò)對(duì)三種丙烯直接水合生產(chǎn)工藝的各自特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，可以看出無(wú)論是從收率、生產(chǎn)成本、裝置投資，還是從安全操作、環(huán)保的角度看，氣液混相法更為理想。所以本次我們所采用的工藝就是氣液相直接水合法 。該工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)：（ 1）采用新型催化劑，提高了低碳烯烴的 選擇性。（ 2）生產(chǎn)過(guò)程能耗低，充分利用能量，進(jìn)行循環(huán)利用，經(jīng)濟(jì)效益顯著。（ 3）對(duì)三廢進(jìn)行綜合處理，采用新型處理方式，污染大大降低，對(duì)環(huán)境友好。 催化劑介紹 催化研究表明，不同類型的沸石上丙烯水合反應(yīng)的性能有很大的差別，目前研究所用的沸石包括： β 、 L、超穩(wěn) Y、絲光、 ZSM ZSM 一 ZSM3ZSM50 等，其中對(duì) β 沸石的研究比較集中。對(duì)丙烯水合動(dòng)力學(xué)研究表明， β 沸石催化劑的反應(yīng)活性在 0． 1MPa、 140℃與 0． 3MPa、 160℃時(shí)達(dá)到最大，但在更高反應(yīng)溫度以上，由于平衡轉(zhuǎn)化率下降而活性降低，反應(yīng)溫度在 140℃以下時(shí)，異丙醇有高選擇性，但隨溫度上升而單調(diào)下降。在丙烯水合反應(yīng)中，沸石分子篩的水吸附量越小，活性越高，即越是采用疏水性催化劑，對(duì)烯烴水合反應(yīng)越有利。其原因是由于在疏水性沸石催化劑中抑制了水的凝結(jié)，而對(duì)酸中心吸附烯烴分子的影響變小，或者說(shuō)疏水性沸石避免了吸附水所造成的酸強(qiáng)度下降。 以改性β沸石為基礎(chǔ)，選用適當(dāng)?shù)恼{(diào)變方法，合理調(diào)整其酸量和酸強(qiáng)度，通過(guò)離子交換制成含金屬離子的改性β沸石丙烯水合催化劑。在反應(yīng)溫度 140～160℃、壓力 8． 0MPa、 n(水 )： n(丙烯 )=20： 丙烯液態(tài)空速大的條件下，丙烯單程轉(zhuǎn)化率≥ 50％、異丙醇選擇性≥ 98％，產(chǎn)品時(shí)空產(chǎn)率達(dá)到 600kg 異丙醇／ t催化劑 h，高于目前國(guó)內(nèi)外各種工藝的技術(shù)水平。 該催化劑還通過(guò)了 2021h 水熱穩(wěn)定性試驗(yàn)、再生性能優(yōu)良，并配套開(kāi)發(fā)出中壓丙烯水合全流程工藝。水合反應(yīng)在滴流床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，整個(gè)工藝過(guò)程采用了分段進(jìn)料、無(wú)氧水技術(shù)、催化劑活化和新開(kāi)工工藝等多項(xiàng)專利技術(shù)。 DICP 中壓丙烯水合工藝技術(shù)環(huán)境友好、無(wú)三廢排放、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良。 有學(xué)者指出對(duì)催化劑進(jìn)行預(yù)處理可以提高活 性，利用極性含氧脂肪族碳水化合物，最好是水合反應(yīng)的產(chǎn)物醇或者醚，浸漬 β 沸石催化年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸 98%異丙醇項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 11 劑，可以提高催化劑的催化活性。 工藝流程設(shè)計(jì) 本工藝生產(chǎn)烯烴可分為如下單元：反應(yīng)段、產(chǎn)品分離段。 工藝流程圖 圖 31 氣 液混相直接水合法制異丙醇工藝流程圖 原料丙烯通過(guò)壓縮機(jī)壓縮并換熱達(dá)到 120℃， 8MP，將工業(yè)用水通過(guò)壓縮機(jī)并換熱達(dá)到 94℃， 8MP，然后將丙烯蒸汽與工業(yè) 用水進(jìn)入反應(yīng)器與催化劑充分接觸，在反應(yīng)器內(nèi)充分反應(yīng)。 反應(yīng)產(chǎn)物混合后反應(yīng)后經(jīng)過(guò)換熱器進(jìn)入脫丙烯塔，將反應(yīng)后混合物中的丙烯全部脫去，丙烯重新加熱壓縮進(jìn)入反應(yīng)器。混合物進(jìn)入 干燥塔脫去混合物中的大部分水，水也可以進(jìn)行回收利用。剩下的混合物 進(jìn)行間歇精餾脫去混合物中的正丙醇，正丙醇可以 回收 用作燃料 。最后兩個(gè)精餾塔是共沸精餾，第三種組分是乙二醇，使它們共沸從第一個(gè)塔的塔頂脫去異丙醚和少部分的水。最后的一個(gè)塔是乙二醇回收塔，回收混合液中的乙二醇重新進(jìn)行共沸精餾。最終得到 98%的異丙醇。 年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸 98%異丙醇項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 12 第四章 物料衡算 概論 物料衡算是推導(dǎo)描述物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律數(shù)學(xué)模型的直接而簡(jiǎn)便的方法。所謂物料衡算是指在質(zhì)量守恒基礎(chǔ)上，對(duì)任一過(guò)程單元按單位時(shí)間內(nèi)，體系所含物料總質(zhì)量必等于進(jìn)入體系的總質(zhì)量減去從體系流出的總質(zhì)量所進(jìn)行的運(yùn)算。簡(jiǎn)言之，即質(zhì)量守恒原理在一個(gè)過(guò)程單元中的應(yīng)用。物料衡算可得到一組代數(shù)方程或微分方程。對(duì)于體系內(nèi)任一點(diǎn)的參數(shù)完全不隨時(shí)間而變化，且只含一個(gè)因變量的連續(xù)穩(wěn)定過(guò)程，所得代數(shù)方程就是該過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。 物料衡算可對(duì)一個(gè)工廠生產(chǎn)的全過(guò)程，一個(gè)工序或一臺(tái)裝置做出。對(duì)于現(xiàn)有生產(chǎn)過(guò)程。物料衡算提供表示生產(chǎn)運(yùn)作正常與否、問(wèn)題所在和改進(jìn)途徑的參考數(shù)據(jù)；對(duì)于新建裝置和生產(chǎn)過(guò)程，則可為設(shè)備設(shè)計(jì)、過(guò)程優(yōu)化、過(guò)程控制和經(jīng)濟(jì)評(píng)估等提供必要數(shù)據(jù)。 衡算方法 物料衡算是根據(jù)質(zhì)量守恒定律，利用某進(jìn)出化工過(guò)程中某些已知物流的流量和組成，通過(guò)建立有關(guān)物料的平衡式和約束式，求出其他未知物流的流量和組成的過(guò)程。系統(tǒng)中物料衡算一般表達(dá)式為： 系統(tǒng)中的積累＝輸入－輸出＋生成－ 消耗 式中，生成或消耗項(xiàng)是由于化學(xué)反應(yīng)而生成或消耗的量；積累量可以是正值，也可以是負(fù)值，當(dāng)系統(tǒng)中積累量不為零時(shí)稱為非穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)程；積累量為零時(shí)，稱為穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)程。穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)程時(shí)，可以簡(jiǎn)化為： 輸入＝輸出－生成＋消耗 對(duì)無(wú)化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定過(guò)程，又可表示為： 輸入＝輸出 年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸 98%異丙醇項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 13 全廠物料衡算 我公司異丙醇工藝，其 工藝流程分為 反應(yīng)段、產(chǎn)品分離段 。以下計(jì)算使用ASPEN PLUS 處理原始數(shù)據(jù)。 反應(yīng)段物料衡算 表 41 反應(yīng)器物料衡算 數(shù)據(jù)項(xiàng) 物料 H2O1 H2O2 C3H61 C3H62 C3H63 MIX1 MIX2 Mass Flow kg/hr PROPY01 0 0 23000 23000 11040 11040 11040 WATER 82021 82021 0 0 0 76929 76929 ISOPR01 0 0 0 0 0 1PRO01 0 0 0 0 0 DIISO01 0 0 0 0 0 ETHYL01 0 0 0 0 0 0 0 Mass Frac PROPY01 0 0 WATER 0 0 0 ISOPR01 0 0 0 0 0 1PRO01 0 0 0 0 0 DIISO01 0 0 0 0 0 ETHYL01 0 0 0 0 0 0 0 年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸 98%異丙醇項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 14 Total Flow kmol/hr 2 Total Flow kg/hr 82021 82021 23000 23000 11040 +5 +5 Total Flow l/min 8 3 Temperature C 25 94 25 120 100 150 100 Pressure MPa 8 8 8 8 8 8 8 產(chǎn)品分離段物料衡算 表 42