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50 kt/a 丙酮加氢合成异丙醇生产技术

发布时间:2017-04-19 作者:道特化工  来源:道特化工
丙酮加氢生产异丙醇生产装置建设项目 
异丙醇市场初步分析及
化工装置建设可行性初步分析
 
1.产品背景:
异丙醇(Isopropyl Alcohol,简称IPA)又名仲丙醇、二甲基甲醇,是一种性能优良的有机溶剂,广泛用作虫胶、硝基纤维素、生物碱、橡胶以及油脂等的溶剂。异丙醇还是生产多种有机化合物的重要中间体,可用作合成甘油、乙酸异丙酯以及丙酮等的原料,还广泛用作石油燃料的防冻添加剂,用于汽车和航空燃料等方面。此外 异丙醇还可用于制造杀菌剂、杀虫剂、清洁剂和消毒防腐剂等,它可以单独使用,也可以和其他醇、表面活性剂并用,在农药、电子工业、医药、涂料、日用化工以及有机合成等领域具有广泛的用途,开发利用前景广阔。
工业上异丙醇的传统生产方法主要是丙烯水合法,其工艺路线可分为间接水合法和直接水合法两种。
1.1 丙烯间接水合法
丙烯间接水合法又名丙烯硫酸水合法,是将丙烯溶解在硫酸溶液中发生酯化反应生成硫酸氢异丙酯和硫酸二异丙酯,再经水解制得粗异丙醇,最后经精制得高纯度的异丙醇产品。该工艺流程复杂,选择性较低,设备腐蚀严重,废水和废气处理较为困难,且原料消耗和生产成本较高,使其发展受到一定的限制。
1.2 丙烯直接水合法
丙烯直接水合法是目前工业上生产异丙醇的主要方法,它是使丙烯在催化剂存在下直接发生水合反应生成异丙醇,同时副产正丙醇。丙烯直接水合法可分为气相直接水合法、液相直接水合法和气一液混相水合法3种。
气相直接水合法以德国维巴公司开发的维巴法为代表;液相直接水合法以日本德山曹达公司溶液催化法为代表;气-液混相法以美国德士古德国分公司(Deutche Texaco)的离子交换树脂法为代表。
丙烯直接水合法选择性好,副产物少,丙烯总转化率高,生成异丙醇的选择性高,设备的腐蚀和污染问题大为改善,同时流程短,设备简单,是目前主流的生产工艺。
Shell化学公司是目前世界上最大的异丙醇生产厂家,生产能力为79.4万吨,约占世界异丙醇总生产能力的32.24%;其次是埃克森美孚化学公司,生产能力为34.0万吨,约占总生产能力的13.80%;再次分别是陶氏化学公司和Sasol Olefins&Surfactants公司,生产能力分别为28.0万吨和22.0万吨,分别约占世界异丙醇总生产能力的1 1.37%和8.93%。
在全球主要的异丙醇生产装置中,采用丙烯直接水合法工艺的生产能力合计为1 12.7万吨/a,约占世界异丙醇总生产能力的45.76%;采用丙烯间接水合法生产工艺的装置生产能力为128.8万吨,约占世界异丙醇总生产能力的52.29%;另外有4.8万吨的异丙醇采用丙酮加氢法等生产工艺,约占世界总生产能力的1.95%。
2006年,世界异丙醇的总消费量为180.7万吨,其中北美、西欧和亚洲地区是最主要的3个消费地区,消费量合计达到165.3万吨/a,约占世界异丙醇总消费量的91.5%,其中亚洲地区的消费量为62.0万吨,约占总消费量的34.3%。产品主要用于溶剂和化学中间体,其中溶剂对异丙醇的消费量约占总消费量的55.66%,化工中间约占16.77%,家用、化妆品以及个人防护用品等约占7.09%,丙酮约占7.03%,医药约占4.16%,其他方面约占9.29%。
预计今后几年,世界异丙醇的需求量将以年均约2.3%的速度增长,到2010年总需求量将达到约199.5万吨,其中亚洲地区需求量的年均增长率将达到约3.8%。
锦州石化公司炼油厂丙烯气相直接水合法生产异丙醇的装置,1999年扩至1O万吨。2005年,山东海科化学工业有限责任公司工业装置建成投产。我国异丙醇年总生产能力已达15万吨。
我国异丙醇的产量连年增加,但仍不能满足国内实际生产的需要,每年都得大量进口,且进口量逐年递增。根据海关统计,2000年我国异丙醇的进口量只有5.46万吨,2002年增加到7.61万吨,2004年达到1O.73万吨,2005年进一步增加到11.19万吨,创历史最高水平,比2004年增加约4.29%。2006年由于国内产量的增加,进口量下降到9.58万吨,比2005年减少约14.39%。
我国进口的异丙醇主要来自新加坡、韩国、美国、日本和中国台湾地区,2005年来自这5个国家和地区的进口量合计达到9.61万吨,约占总进口量的85.88%,2006年这5个国家和地区的进口量合计达到9.O9万,约占总进口量的94.88%,同比增长约9个百分点。
2001-2006年的表观消费量的年均增长率约为9.26%。目前,我国异丙醇主要用作油墨、涂料和制药工业过程中的溶剂或萃取剂,其消费量约占异丙醇总消费量的60%。在涂料中,异丙醇主要用在如硝化纤维素清漆中作惰性溶剂,以减少贮存和运输过程中的可燃性等,在制药方面,主要用作抗生素、维生素萃取剂和药品胶囊清洗剂等;在油墨中,主要用作水基涂料的助剂和稀释剂,醇溶油墨能够解决甲苯类油墨对健康所产生的危害,以及溶剂残留影响包装食品质量等问题,近年来醇溶油墨已经发展成为一种趋势。目前,我国已经成为世界第二大涂料生产国家,而且近几年来,我国涂料工业合资合作和结构调整的步伐明显加快,涂料向高档化方向发展,国外许多大型涂料生产商纷纷在我国投资建设高档涂料生产装置,加上交通、汽车和建筑等行业快速发展的拉动,我国涂料行业对异丙醇的需求将呈现较快的增长势头。在油墨方面,2004年我国油墨的总产量为23.8万吨,2006年增长到34.8万吨,年均增长率达到20.9%。随着国内包装品、广告、出版等行业迅速发展,对油墨等的需求也大幅度增加,相应对异丙醇的需求量也将不断增加。
制药行业是我国传统的精细化工领域,随着世界经济的一体化,出口形势看好。由此可见,在今后几年,我国异丙醇在溶剂方面的应用仍将大发展, 2011年对异丙醇的需求量将达到约30.0万吨。
在化学中间体领域,我国异丙醇主要用于生产异丙胺、异丙醚以及一些酯类,其消费量约占异丙醇总消费量的25%。我国传统的医药、农药行业出口势头看好,医药原料和中间体也有相当量的出口,因此该领域对异丙醇的需求量将保持稳定增长的势头,2010年我国化学中间体领域对异丙醇的需求量将达到约6.0万吨。
异丙醇在其他方面的应用主要包括电子工业清洗剂、汽车防冻液、消毒剂、洗涤用品、日化产品等,其消费量约占异丙醇总消费量的15%。其中异丙醇在电子工业清洗剂方面的应用是全球异丙醇消费增长最快的领域之一,我国目前虽然已经成为世界电子电器元件的主要生产基地,但异丙醇在该领域的应用才刚刚起步,发展潜力巨大。2010年其他方面对异丙醇的需求量将达到约4.0万吨。
综上所述,预计到2010年我国异丙醇的总需求量将达到约30.0万吨。
国内锦州石化公司、山东海科化学工业有限责任公司工业装置年总生产能力已达13万吨显然是不能满足要求的。因此,国内异丙醇的市场价格始终居高不下。
与异丙醇情况相反,国内丙酮产能较大,市场量富足,价格较低。同时,由于国内丙烯资源紧张,丙烯水合工艺异丙醇的丙烯消耗定额、能耗定额居高不下,其生产成本远远高于丙酮加氢工艺。两个产品的价格差约为2200-2500元/吨。两者价差较大。


图1-2   2010年3月至2011年3月国内异丙醇市场行情走势

(价格单位:元)

 

图1-3  2010年3月至2011年3月国内丙酮市场行情走势

(价格单位:元)

 

表1-1   丙酮加氢生产异丙醇过程消耗定额

 

表1-2   丙烯水合生产异丙醇消耗定额


  丙酮加氢生产异丙醇为低压加氢过程,反应温度不高,反应及精制过程能耗较低,装置流程简单,设备投资小,回收期短。
特别是氯碱、生物发酵法丁醇丙酮、化肥生产企业来说,不仅将目前市场低迷的丙酮进一步加工为附加值较高的异丙醇,而且能够通过回收副产尾气中的氢气用于生产,变废为宝,其原料氢气的成本较低。
对与有大量氢气富裕的企业,采用丙酮加氢生产异丙醇是目前适应国内市场需求,快速投入、快速产出、快速回报的短、平、快项目。
2装置的工艺技术包中关于装置的设计规模及产品指标
我们具备提供5000t/a-30000t/a丙酮加氢合成异丙醇工艺技术包的能力。
出于论述的考虑:我们现在提出的技术报告以10000吨/年的装置情况来作为标准。
装置年生产能力为10000吨/年异丙醇,每年设计生产时间为8000小时。
异丙醇(IPA),CAS No.67-63-0。产品分子式C3H80,结构式(CH3)2CHOH。

产品质量技术指标

3原料规格
3.1丙酮
丙酮含量(wt%)≥99.5;
水份(wt%)0.3;
3.2氢气
氢含量(V%)≥99.5;
无油
3.3系统置换用氮气
氮含量(V%)≥99.5
4.生产过程基本原理及工艺流程叙述
4.1基本原理
丙酮与氢在催化剂作用下,发生反应而生成醇。
其过程表示如下:
 
CH3COCH3+H2→(CH3)2CHOH
 
4.2生产过程叙述
本装置分为两个系统:合成工序,精镏工序。
   
丙酮循环液、合成系统循环气及来自罐区的原料丙酮、新鲜氢一同进入原料汽化器E-101A,用蒸汽将液体原料汽化,原料气和来自反应器R-101的反应气在换热器E-102换热后,再通过过热器E-103,用蒸气加热到反应温度进入反应器,在主反应器(等温反应器)R-101中,丙酮转化为异丙醇。
反应气在换热器E-102中回收热后,进入粗产品冷凝器E-105中。不凝气再经过冷却冷凝器E-106后,大部分由压缩机C-101送回原料汽化器E-101,少部分由压力调节阀PICV-104送至放空系统处理,并放出合成系统中累积的惰性气体。
在E-105中冷凝后的合成液进入汽液分离器V-103,再用泵P-102A、B送入精馏系统,通过精馏单元生产符合国家标准的异丙醇产品。
 
5.原材料及动力消耗定额
5.1丙酮加氢生产异丙醇原材料及公用工程消耗定额

表5-1         丙酮加氢生产异丙醇过程消耗定额

   注:表中价格数据仅供参考,请根据现时的市场价格核算。
 
5.2丙烯水合生产异丙醇原材料及公用工程消耗定额

表5-2       丙烯水合生产异丙醇消耗定额

注:表中价格数据仅供参考,请根据现时的市场价格核算。
 
6三废处理
6.1废液:
从脱水塔再生时,吸附剂排出的废水为蒸汽状态,放空处理。或交由生产厂家再生处理。
微量有机高沸物用于锅炉燃料焚烧。
6.2废气:
生产时排出废气13-16NM3/h,氢气体积含量99%,其余为氮、一氧化碳、甲烷,可烧或放空。
6.3废渣:废渣为更换下来的固体催化剂,回收利用。
 
该项目在环保方面不存在不能解决的技术问题。
 
7.安全标准
除控制室外,均为甲级防火,Q-2级防爆,避雷等级为二级。
 

8.  10000t/a异丙醇投资额估算(装置界区内)


  上述投资已考虑和工厂内其它装置公用工程的配套公用、原料罐区的综合利用。
9.装置技术经济指标(2011年3月份价格)
9.1主要产品价格:
异丙醇:11500元/吨;
9.2主要原料价格:
丙酮:8000元/吨(华东地区市场价格7800-7900元/吨)。
氢气:0.65元/Nm3。
(氢气为发酵尾气PSA回收或氯碱氢气,成本为动力费用及折旧)
催化剂:265000元/吨。
 
9.3丙酮加氢生产异丙醇装置技术经济指标

9.3.1异丙醇吨成本(单价请根据当地、当时情况核定)


9.3.2异丙醇年成本及计算利润


由上表可以看出,该项目具有投资小、见效快的特点,从经济性分析具备可行性。