1、内容n项目背景n产品概述n产品工艺及发展n工艺优化n经济核算项目背景n设计目标：n设计规模：年产5万吨环己烷n产品要求：纯度（质量）99.9n设计任务： 根据生产规模和产品要求，对环己烷生产工艺进行概念设计，具体任务如下：n根据现有的文献资料设计出年产5万吨环己烷的生产工艺流程n用Aspen plus 对流程进行模拟，改进旧有工艺n对整个流程的投入和产出做经济核算产品概述n性质与用途： 环己烷，用于生产环己醇、环己酮和己二酸的原料，用作有机溶剂等。环己酮进一步生产己内酰胺、聚酰胺6纤维（尼龙6）。尼龙6具有广泛用途，民用和工业中都有广泛的用途。 环己烷对酸、碱比较稳定，与中等浓度的硝酸或混酸在
2、低温下不发生反应，与稀硝酸生成硝基环己烷。在铂或钯催化下，生成苯。 环己烷也可以发生氧化反应，在不同的条件下所得的主要产物不同。在钯、钼、铬、锰的氧化物存在下，进行气相氧化则得到顺丁烯二酸。在日光或紫外光照射下与卤素作用生成卤化物。 产品工艺及发展n现在国内的环己烷制备方法，主要分为苯加氢法和新型工艺法两种，现在企业几乎全部采用的苯加氢方法。苯加氢制备环己烷又分为气相和液相两种。 苯加氢法n气相法n工艺特点是, 气相苯加氢工艺混合均匀, 转化率和收率均很高, 但反应激烈, 易出现“飞温”现象, 操作上不易控制。n典型工艺有: Bexane、ARCO、UOP、Houdry 和Hytoray 法等
3、。n液相法n工艺特点是, 液相苯加氢工艺相比气相而言, 反应稳定、缓和, 转化率和收率也很高, 但液相反应必须有后反应, 能耗也较高, 液相反应的氢气利用率仅为85 %。 n典型工艺有IFP 法、Arosat 法和BP 法。新型技术n催化蒸馏工艺 n反应器和精馏塔外耦合工艺 n石油馏分分离法 n催化剂的发展 工艺优化原有法国 IFP 生产工艺工艺流程图： 缺点n产率不高，操作安全系数不高n能源的浪费，工艺复杂，对废热没有充分的利用n催化剂的活性不高，温度控制不灵敏，易造成催化剂失活采用流程本流程采用南风化工2019年新建，2019年优化的流程： 优点n 采用双反应器设计, 反应完全, 环己烷直
4、接分离得到成品, 循环氢浓度可控制较低, 减少放空损失; n使用南化集团研究院开发并生产的高性能NCHl-1 型铂系苯加氢催化剂, 是国内首家采用国产铂系苯加氢催化剂的生产装置; n为避免铂催化剂失活、中毒, 配置了苯干燥和脱硫反应器, 以延长铂催化剂的使用寿命。但是同样存在很多问题。存在问题n因循环氢压缩机的电机功率偏小, 在循环氢体积分数过低 ,。需要更换循环氢压缩机的电机, 以降低氢耗。n尾气中的氢含量应采用自动控制, 稳定反应器的氢油比, 从而避免反应器飞温和氢气资源的浪费, 达到安全稳定操作的目的。 工艺流程方块图 ：H2 N2 CH4分离系统环己烷产品燃烧系统H2 CH4尾气排放C
5、6H6分离系统燃烧系统分离系统原料苯经进料热交换器送至苯干燥塔除水, 合格的苯经苯预热器送至苯蒸发器。新鲜氢、循环氢和来自脱氢工序的氢气共3股氢气的混合物作为苯蒸发器氢气进料, 苯蒸发器顶部苯、氢混合气进入加氢主反应器, 经脱硫反应器脱除生成的硫化氢, 未反应的苯在装有铂催化剂的绝热式后反应器内进一步反应完全, 生成环己烷。 后反应器出来的混合气体先后经苯预热器、苯进料换热器和成品冷凝器冷凝冷却,在环己烷气液分离器中进行气液分离, 得到产品环己烷。绝大部分气相经循环氢压机去苯蒸发器作为氢气进料, 少部分气体经深冷器深冷后, 经吸附排空。 流程概述 ：分析n这是一个体积缩小和产生大量热的放热的可
6、逆平衡反应。因此，根据勒夏特列原理，温度越低，越有利于反应向正反应进行，压强越大，越有利于生成环己烷。但是温度过低或是压强过大，不利于催化剂起作用，综上所述，我们选用温度190230和2.3MPa2.5MPa 下进行工艺的优化。改造后的流程：B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B12B131234567891011121314151617181920预处理及回流预处理及回流反应系统反应系统分离系统分离系统流程特点n采用双反应器设计, 反应完全, 环己烷直接分离得到成品, 循环氢浓度可控制较低, 减少放空损失;n使用南化集团研究院开发并生产的高性能NCHl- 1 型铂系苯加氢催化剂,
7、 是国内首家采用国产铂系苯加氢催化剂的生产装置;n为避免铂催化剂失活、中毒, 配置了苯干燥和脱硫反应器, 以延长铂催化剂的使用寿命。温度对铂系苯加氢催化剂的影响 热点温度苯转化率%环己烷选择性%液体空速/h45086.3297.332.642092.2699.712.032099.8199.992.0因此，苯加氢反应器中的温度过高，对催化剂的活性影响很大，降低了苯转化率，环己烷选择性，所以必须采取合适的反应温度经分析, 苯干燥塔传质效果差的主要原因在于进口温度过高, 再沸器无调节余量。在低生产负荷时, 苯干燥塔的进料温度过高,操作没有调节余量。 为此, 给苯预热器增加苯加料旁路管线, 使未经加
8、热的苯与被加热的苯在混合器中充分混合, 再加入苯干燥塔; 同时配置调节阀和温度测量点, 根据生产负荷的变动及时调节冷热苯的比例, 确保苯干燥塔的进料温度, 使苯干燥塔能够正常操作。 改造后, 苯干燥塔的各项指标均达到要求,见表。类别塔顶温度塔底温度苯中水，10- 6改造前8688700改造后657982催化剂的选用：催化剂AL2O3苯转化率%环己烷选择性%1:299.2499.961:499.1399.961:991.5599.98纯催化剂99.8199.99试验表明, 催化剂与三氧化铝按1：2-1：4 的配比使用, 对苯的转化率、环己烷的选择性影响不明显, 见表5。而反应带也可由原来的31m
9、m 延长到60-90 mm。经热核算, 满负荷生产, 热油进口温度控制在190时, 可以实现反应带的热平衡。反应阶段模拟氢气环己烷氢气苯环己烷苯Aij1125.1350Aij581.1809 Aij-104.8214 Aji1601.3070 Aji1313.6823 Aji216.3372 Bij-5.9440 Bij0 Bij0 Bji702030 Cij0.3000 Bji0 Cij0.4347 Bji0 Cij0.3100 各组分相互作用参数 组分摩尔流量（Kmol/h）摩尔百分含量（%）H2369.00 2.8534 C6H663.73 0.4928 C6H12422.74 3.26
10、90 WATER(H2O)2375.72 18.3711 H2S39.30 0.3039 CO2115.42 0.8925 CO230.84 1.7851 C3H6-273.64 0.5695 Total12931.81100T()410P(atm)1反应工段出口物流模拟结果 分离系统 反应产物的沸点和流量 组分氢氮甲烷环己烷流量（kmol/h）32.8628.28218.78671.441沸点（ ）-252.8-195.8-161.580.7由表可知，氮、氢和甲烷的沸点和环己烷相差很大，应该最先分离；然后除去轻组分杂质， 最后除重组分杂质。 选择的分离方案流程 分离阶段模拟塔T303T304
11、T305板数102212进料位置492塔顶压力/atm1.21.31.2塔压降/atm0.20.30.2回流比4.277.324.9分离塔工艺参数 模拟结果产物和副产物 产品Mol流量Kmol/h质量流量Kg/h质量分数%回收率%年产量万吨/年环己烷377.93 20090.54 99.789.416.07 H2S18.24 497.47 9995.40.40 分离系统的物料平衡 分子式分子量沸点密度分离系统进料 物流kg/Nm3kmol/hMol%kg/h wt%H22.016-252.750.089832.86225.0166.251.00N228.02-195.781.05078.282
12、6.30231.983.51CH416.03-161.490.715618.78614.30301.334.56C6H678.1180.1879C6H1284.1680.787971.44754.386012.4790.93 合 计131.371100.006612.03100.00温度密度kg/m3状态6011.64/741g/l压力MPa粘度Pas2.47经济核算经济核算 设备费用设备名称设备尺寸费用/万元流化床反应器R101直径2.4m高1.5m65流化床反应器R102直径1.5高度140板间距直径塔高塔板数气液分离器T3013.1水吸收塔T3020.6m3.2m8m104.5乙腈分离塔
13、T4010.6m2.4m9.2m124氢腈酸分离塔T5010.6m1.4m8m102丙烯腈成品塔T6010.61.422m326换热器名称壳程直径长度换热面积E1011.2 m2.8m60.2m22.8E1020.8 m2.2 m51.2 m22.5E1030.8 m2.2 m51.2 m22.5E2013.2 m3.8 m152 m23.6E6013.8 m4.4 m450m210.2塔全凝器和再沸器T302、T401、T501、T60178所有泵P301、P401、P5018.4总费用232.6设备安装费用：按设备购置费用的50计算，设备安装费用共计116.3万元。土地费用：无形资产获取费
14、用：催化剂专利使用费：100万；小试与中试实验费用：200万。总计300万。综上，建设项目投资总计为：（综上，建设项目投资总计为：（232.6+116.3）6.7+8400+300=13737.3万元。万元。原料成本：原料总费用为183.028.7+87.413.3=万元/a。公用工程：公用工程费用为1062万元/a。 工资福利费用 ：直接工资福利总计为636(1+14%)725万元/a。销售费用：市场销售，日常办公，广告等其它费用，预计1000万元/a 保险费用：总计 (200+50+20)2406.5万元。维修费用：维修费用每年按照设备总投资的10%计算，每年支出维修费用为155.8万元折旧费用：每年折旧率为10%,年折旧额为155.8万元。 综上，总成本为6414.52+1062+725+1000+6.5+155.8+155.8=9519.62万元销售收入与利润 环己烷价格10700元/吨，生产规模为5万吨，故每年销售收入为53500万元每年利润为53500-9519=43980万元，而建设项目投资总计为13737.3万元，可见当年就可收回成本。
