万吨年氯丙烯生产过程设计.ppt

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。,5,2.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