新建年產10萬噸98異丙醇項目可行性研究報告(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 , 世界異丙醇的需求量將以年均約 %的速度增長 , 2021 年總需求量將 達到約 萬 t, 其中中東歐地區需求量的年均增長率最大 , 為 %。 其次是亞洲地區 , 需求量的年均增長率將達到約 %。世界主要地區異丙醇的消費結構以及需求預測情況見表 表 23 世界各地區異丙醇的消費現狀及預測 國家和地區 2021年 2021年 20212021年消費量的年均增長率 /% 消費量 /萬 t 所占比例 % 消費量 /萬 t 所占比例 % 北美 中南美 西歐 中東歐 亞洲 其他 合計 100． 00 異丙醇的國內發展現狀 目前 , 我國異丙醇主要用作油墨、涂料和制藥工業過程中的溶劑或萃取劑 , 其消費量約占異丙醇總消費量的 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輸過程中的可燃性等 。 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 10 萬噸 98%異丙醇項目 可行性研究報告 7 劑和稀釋劑。醇溶油墨能夠解決甲苯類油墨對健康所產生的危害以及溶劑殘留影響包裝食品質量等問題 , 近年來醇溶油墨已經發展成為一種趨勢。目前 , 我國已經成為世界第二大涂料生產國家 , 而且近幾年來 ,我國涂料工業合資合作和結構調整的步伐明顯加快 , 涂料向高檔化方向發展 , 國外許多大型涂料生產商紛紛在我國投資建設高檔涂料生產裝置 ,加上交通、汽車和建筑等行業快速發展的拉動 ,我國涂料行業對異丙醇的需求呈現較快的增長勢頭。在油墨方面 , 2021 年我國油墨的總產量為 萬 t, 2021 年增長到 萬 t, 年均增長率達到 %。隨著國內包裝品、廣告、出版等行業迅速發展 , 對油墨等的需求也大幅度增加 , 相應對異丙醇的需求量也將不斷增加 。 我國制藥行業是我國傳統的精細化工領域 , 隨著世界經濟的一體化 , 出口形勢看好。由此可見 , 在今后幾年 ,我國異丙醇在溶劑方面的應用仍將大發展 , 預計到 2021 年對異丙醇的需求量將達到約 萬 t。 近年來 , 我國異丙醇的消費一直保持高速增長勢頭。 1997 年我國異丙醇的表觀消費量只有 萬 t, 2021 年增加到 萬 t, 1997— 2021 年表觀消費量的年均增長率為 %。 2021 年我國異丙醇的表觀消費量為 萬 t, 2021 年增加到 萬 t, 比 2021 年增長約 %, 2021— 2021 年的表觀消費量的年均增長率約為 %。我國異丙醇的供需情況見表所示。 表 24 我國異丙醇的供需情況 年份 產量 /萬 t 進口量 /萬 t 出口量 /萬 t 表觀消費量 /萬 t 表觀消費量比上年增長 /% 2021 2021 2021 2021 2021 2021 2021 年產 10 萬噸 98%異丙醇項目 可行性研究報告 8 第三章 工藝技術方案 概述 目前，工業上異 丙醇的生產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、設備腐蝕嚴重和生產成本高等問題， 20 世紀 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生水合反應生成異丙醇。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，在反應溫度 180～ 260℃，壓力 ～ ， n（丙烯） :n（水） =1: 條件下進行直接反應，生成粗異丙醇溶液，再入共沸塔分離提濃。丙烯單程轉化率為 5%～ 7%，異丙醇選擇性為 98%。 優點：該法與間接水合法相比，選擇性好，副產物少，丙烯總轉化率達 97%，生成異丙醇的選擇性高達 98%。反應條件緩和，反應壓力低，流程簡單，投資少，同時對設備腐蝕、環境問題較丙烯間接水合法有了很大的改善。 缺點：該法為防止磷酸溶出，需要把水轉為氣態，采用了對平衡不利的高溫低壓反應條件，使丙烯單程轉化率低，大量未 反應的丙烯需循環使用，耗能量大；為了減少副產物的生產量，需用高濃度丙烯（≥ 99%）做原料；同時磷酸不斷流失，生產上需補加磷酸。 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，催化劑溶于來自精制工序年產 10 萬噸 98%異丙醇項目 可行性研究報告 9 的循環工藝水中，在反應溫度 240～ 280℃，壓力 條件下， n（丙烯） :n（水） =1:27，進行接觸反應，生成異丙醇水溶液，再入共沸塔分離提濃。 優點：催化劑活性高，丙烯和雜多酸陰離子能形成活性絡合物，與傳統的丙烯間接水合法相比，在相同的氫離子濃度的情況下，反應速度增大數倍，產品選擇性好，改進了催化劑的流失問題，催化劑較穩定、可循環使用、壽命長、無公害。 缺點：該法水烯比大，導致粗產品中含大量水，蒸餾熱量消耗量大，反應壓力過高，設備投資高。 氣 液混相直接水合法 該法采用強酸性陽離子交換樹脂催化劑，要求丙烯純度在 92%以上、反應溫度 135～ 160℃、壓力 ～ 條件下、 n（丙烯） :n（水） =1:15。由于反應采用了中壓、低溫的有利于化學平衡的工藝條件，故能得到較高的丙烯轉化率，丙烯的單程轉化率 70%左右，異丙醇選擇性大于 96%。 優點：無需高純度丙烯及大量未反應 的丙烯循環。反應條件相對緩和，溫度、壓力以及水烯比適中，丙烯轉化率高，能耗低。 缺點：樹脂催化劑不耐高溫，溫度不能超過 175℃，且樹脂催化劑存在流失問題，壽命較短。 丙烯直接水合法生產工藝分析比較 對于丙烯直接水合反應過程，在低溫、高壓的條件下，丙烯的平衡轉化率高。然而，溫度較低時反應速率太慢；提高反應溫度，雖可以加快反應速度，但會對反應帶來不利影響：① 丙烯轉化率低；② 異丙醇選擇性降低。提高壓力，可以提高丙烯轉化率，原因是只有溶解于水中的丙烯才能在催化劑表面起反應，壓力增高會增加丙烯在水中的溶 解度，但壓力過高會增加設備投資和操作費用。因此，在上述已經工業化的丙烯直接水合生產技術中，以氣液混相法生產技術反應條件緩和、丙烯轉化率高，異丙醇時空產率高等優點受到人們的廣泛注意和使用。 年產 10 萬噸 98%異丙醇項目 可行性研究報告 10 工藝介紹 通過對三種丙烯直接水合生產工藝的各自特點進行對比分析，可以看出無論是從收率、生產成本、裝置投資，還是從安全操作、環保的角度看，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 。該工藝具有如下優點：（ 1）采用新型催化劑，提高了低碳烯 烴的選擇性。（ 2）生產過程能耗低，充分利用能量，進行循環利用，經濟效益顯著。（ 3）對三廢進行綜合處理，采用新型處理方式，污染大大降低，對環境友好。 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的性能有很大的差別，目前研究所用的沸石包括： β 、 L、超穩 Y、絲光、 ZSM ZSM 一 ZSM3ZSM50 等，其中對 β 沸石的研究比較集中。對丙烯水合動力學研究表明， β 沸石催化劑的反應活性在 0． 1MPa、 140℃與 0． 3MPa、 160℃時達到最大，但在更高反應溫度以上，由于平衡轉化率下降而活性降低，反應溫度在 140℃以下時，異丙醇有高選擇性，但隨溫度上升而單調下降。在丙烯水合反應中，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，對烯烴水合反應越有利。其原因是由于在疏水性沸石催化劑中抑制了水的凝結，而對酸中心吸附烯烴分子的影響變小，或者說疏水性沸石避免了吸附水所造成的酸強度下降。 以改性β沸石為基礎，選用適當的調變方法，合理調整其酸量和酸強度，通過離子交換制成含金屬離子的改性β沸石丙烯水合催化劑。在反應溫度 140～160℃、壓力 8． 0MPa、 n(水 )： n(丙烯 )=20： 丙烯液態空速大的條件下，丙烯單程轉化率≥ 50％、異丙醇選擇性≥ 98％，產品時空產率達到 600kg 異丙醇／ t催化劑 h，高于目前國內外各種工藝的技術水平。 該催化劑還通過了 2021h 水熱穩定性試驗、再生性能優良，并配套開發出中壓丙烯水合全流程工藝。水合反應在滴流床反應器內進行，整個工藝過程采用了分段進料、無氧水技術、催化劑活化和新開工工藝等多項專利技術。 DICP 中壓丙烯水合工藝技術環境友好、無三廢排放、產品質量優良。 有學者指出對催化劑進行預處理可以提 高活性，利用極性含氧脂肪族碳水化合物，最好是水合反應的產物醇或者醚，浸漬 β 沸石催化年產 10 萬噸 98%異丙醇項目 可行性研究報告 11 劑，可以提高催化劑的催化活性。 工藝流程設計 本工藝生產烯烴可分為如下單元：反應段、產品分離段。 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 原料丙烯通過壓縮機壓縮并換熱達到 120℃， 8MP，將工業用水通過壓縮機并換熱達到 94℃， 8MP，然后將丙烯蒸汽與 工業用水進入反應器與催化劑充分接觸，在反應器內充分反應。 反應產物混合后反應后經過換熱器進入脫丙烯塔，將反應后混合物中的丙烯全部脫去，丙烯重新加熱壓縮進入反應器?；旌衔镞M入 干燥塔脫去混合物中的大部分水，水也可以進行回收利用。剩下的混合物 進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塔的塔頂脫去異丙醚和少部分的水。最后的一個塔是乙二醇回收塔，回收混合液中的乙二醇重新進行共沸精餾。最終得到 98%的異丙醇。 年產 10 萬噸 98%異丙醇項目 可行性研究報告 12 第四章 物料衡算 概論 物料衡算是推導描述物質運動規律數學模型的直接而簡便的方法。所謂物料衡算是指在質量守恒基礎上，對任一過程單元按單位時間內，體系所含物料總質量必等于進入體系的總質量減去從體系流出的總質量所進行的運算。簡言之，即質量守恒原理在一個過程單元中的應用。物料衡算可得到一組代數方程或微分方程。對于體系內任一點的參數完全不隨時間而變化，且只含一個因變量的連續穩定過程，所得代數方程就是該過程的數學模 型。 物料衡算可對一個工廠生產的全過程，一個工序或一臺裝置做出。對于現有生產過程。物料衡算提供表示生產運作正常與否、問題所在和改進途徑的參考數據；對于新建裝置和生產過程，則可為設備設計、過程優化、過程控制和經濟評估等提供必要數據。 衡算方法 物料衡算是根據質量守恒定律，利用某進出化工過程中某些已知物流的流量和組成，通過建立有關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程。系統中物料衡算一般表達式為： 系統中的積累＝輸入－輸出＋生 成－消耗 式中，生成或消耗項是由于化學反應而生成或消耗的量；積累量可以是正值，也可以是負值，當系統中積累量不為零時稱為非穩定狀態過程；積累量為零時，稱為穩定狀態過程。穩定狀態過程時，可以簡化為： 輸入＝輸出－生成＋消耗 對無化學反應的穩定過程，又可表示為： 輸入＝輸出 年產 10 萬噸 98%異丙醇項目 可行性研究報告 13 全廠物料衡算 我公司異丙醇工藝，其 工藝流程分為 反應段、產品分離段 。以下計算使用ASPEN PLUS 處理原始數據。 反應段物料衡算 表 41 反應器物料衡算 數據項 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 10 萬噸 98%異丙醇項目 可行性研究報告 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 產品分離段物料衡算 表