丙烯生产成本计算方法

① 【250分】REPPE法生产丙烯酸

在其发展历史上,丙烯酸及酯类工业生产有多种方法:如氯乙醇法,氢乙醇法,高压Reppe法,烯酮法,改良Reppe法,甲醛,乙酸法,丙烯腈水解法,乙烯法,环氧乙烷法和丙烯氧化法等. 十一种方法中,氯乙醇法,氰乙醇法,Reppe法和烯酮法因效率低,消耗大,成本高已经逐步被淘汰;乙烯法,丙烷法和环氧乙烷法也只是在近几年有人在开发,工艺尚不够成熟,尚未有大规模的生产装置,唯有丙烯氧化法独占大规模丙烯酸的生产工厂.时至今日,世界上所有丙烯酸的大型生产装置均采用丙烯氧化法生产.
<高压Reppe法> 该法为乙炔和一氧化碳的羰基合成法.
先由乙炔,一氧化碳和水在催化剂镍盐的催化作用下生成酯化级丙烯酸,再与醇反应生成丙烯酸酯.
1956年BASF公司以此法生产丙烯酸,使生产能力达到30万吨/年,但是1977年,BASF公司用丙烯直接氧化生产丙烯酸后,此法不再上新装置,以此法生产的德国路德维希工厂装置于1995年停止生产.
<改良Reppe法>该法在Reppe法的基础上经改进而形成的.
Rohm&Haas公司曾用此法于20世纪50年代中期进行工业化生产,并扩大生产能力至20万吨/年,但是该公司1978年建设了丙烯直接氧化法生产装置后,改良Reppe法生产装置逐步停产.

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② 丙烯酸的生产方法

1.丙烯腈水解法：丙烯腈先以硫酸水解生成丙烯酰胺的硫酸盐，再水解生成丙烯酸，副产硫酸氢铵。此法在美国罗姆-哈斯公司得到了很大发展。 第一步水解温度为90～100℃。向丙烯腈中加入稍稍过量的55%～85%的硫酸,1h后丙烯腈即完全转化;然后加水进行第 二次水解，并将反应温度提高到125～135℃；水解产物经减压蒸馏而得丙烯酸。此法实际上是早期氰乙醇法的发展。由于水解后生成的副产品酸性硫酸铵处理困难，原料丙烯腈的价格较贵，因而影响生产成本；
2.氰乙醇法：该法以氯乙醇和氰化钠为原料，反应生成氰乙醇，氰乙醇在硫酸存在下于175℃水解生成丙烯酸：若水解反应在甲醇中进行，则生成丙烯酸甲酯；
3. β -丙内酯法：此法原料为乙烯酮，故又称乙烯酮法，其反应如下：先将乙酸裂解为乙烯酮，然后与无水甲醛反应生成β-丙内酯；用作催化剂在140～180℃、2.5～25MPa下，丙内酯再与热 的100%磷酸接触，异构为丙烯酸。用β -丙内酯法生产丙烯酸，产品纯度高，收率亦较高，副产物和未反应物料能循环使用，并适于连续生产，但它需用乙酸为原料，特别是由于丙内酯被认为是一种致癌物质，故此法已不在工业上采用；
4.高压雷佩法：将溶于四氢呋喃中乙炔，在溴化镍和溴化铜组成的催化剂存在下，与一氧化碳和水反应，制得丙烯酸。此法的特点是：用四氢呋喃为溶剂，可以减少高压处理乙炔的危险；同时催化剂不用原雷佩法所用的羰基镍，只需用镍盐。将丙烯与空气及水蒸气按一定摩尔比混合，在钼-铋等复合催化剂存在下，反应温度310-470℃，常压氧化制得丙烯醛，收率达90%。再将丙烯醛与空气及水蒸气按一定摩尔比混合，在钼-钒等复合催化剂存在下，反应温度300-470℃，常压氧化制得丙烯酸，收率可达98%。此法分一步和两步法。一步法是丙烯在一个反应器内氧化生成丙烯酸；两步法是丙烯先在第一反应器内氧化生成丙烯醛，丙烯醛再进入第二反应器氧化生成丙烯酸。两步法根据反应器结构，又分固定床和流化床法两种。丙烯酸的工业生产方法中，氰乙醇法，高压雷佩法已经基本淘汰，以前采用的以乙酸为原料裂解为乙烯酮，然后与无水甲醛反应生成丙内酯，再与热磷酸接触异构为丙烯酸。称烯酮法或β-丙内酯法也基本淘汰，丙烯腈法只有少数老装置采用。工业上采用的主要是改良雷佩法和丙烯氧化法，而后者更为普通且最有发展前途。专利报道中，还有丙酸为原料的生产方法；
5.丙烯氧化法：丙烯与空气及水蒸气按一定摩尔比混合，在钼铋系复合催化剂存在下，氧化制得丙烯醛，再将丙烯醛与空气及水蒸气按一定摩尔比混合，在钼-钒-钨系复合催化剂存在下，氧化制得丙烯酸。此法根据反应器结构，又分固定床法和流化床法两种。除美国索亥俄法采用流化床外，其他都采用列管式固定床。
① 固定床法。制法是：第一反应器进料丙烯含量为4%～7%，水蒸气20%～50%，其余为空气，空速1300～2600h－1，反应温度320～340℃，压力0.1～0.3MPa；第二反应器空速为1800～3600h－1，反应温度280～300℃，压力0.1～0.2MPa，丙烯和丙烯醛的转化率都在95%以上，丙烯酸的选择性以丙烯计为85%～90%。工艺过程为：使丙烯、水蒸气与经过预热的空气混合后进入第一反应器。丙烯被氧化成丙烯醛。再进入第二反应器反应，得到丙烯酸。第一、第二反应器均为列管式反应 器，用熔盐作热载体，从第二反应器出来的反应气与原料空气换热后进入急冷塔，与塔顶加入的水逆向接触，获得含量为20%～30%的丙烯酸水溶液。该水溶液进入萃取塔，以乙酸丁酯或二甲苯为萃取剂，使水与丙烯酸分离。富含水的萃取液从萃取塔塔顶出来，进入溶剂回收塔，将萃取剂从塔顶蒸出，送回萃取塔循环使用。塔底排出废水。萃取塔中的萃余液进入溶剂蒸馏塔。从塔顶蒸出溶剂 （萃取剂） ，送回萃取塔循环使用；塔底得到粗丙烯酸，再经脱去轻组分和重组分后得到丙烯酸产品。丙烯经气相接触氧化反应制造丙烯酸过程中，除产物丙烯酸外，还存有微量丙烯醛、乙酸、戊酮酸、蚁酸以及其他醛类杂 质。醛类是丙烯氧化副产物或由于丙烯原料中含有的杂质氧化而生成的，如乙醛、甲醛、苯甲醛、糠醛、丙烯醛等，含有这些副产物的反应气体，经冷却、抽提蒸馏后，残留于丙烯酸产品中。采用常规方法精制的丙烯酸产品中，仍含有约 （50～500） ×10－6的醛物质。为了适应高纯丙烯酸需要，北京东方化工厂以该厂聚合级丙烯酸为原料，开发出一种制备高纯丙烯酸的方法，使其总醛含量小于5×10－6，达到或超过国外有关文献报道的数据要求 （ 国外小于10×10－6） 。其实验方法是：向烧瓶中加入一定量的聚合级丙烯酸，添加试剂DL，在常压下经10～80℃范围处理后，再进入填料塔中处理蒸馏，塔釜中温度为60～80℃，塔顶温度为50～70℃，真空93.33～99.99KPa，采用补加阻聚剂及气相阻聚剂方法，可防止丙 烯酸在精馏过程中聚合。用此法收集的蒸馏品即为高纯丙烯酸；
② 流化床法。制法是丙烯、空气、水经过第一沸腾床反应器生成丙烯醛，再进入第二沸腾床反应器生成丙烯酸，然后经喷淋、冷却、萃取蒸馏，再在减压塔中脱除乙酸而得丙烯酸。氧化混合物配比为丙烯∶空气∶水=1∶12∶8（摩尔比） 。第一沸腾床反应器温度370℃，接触时间2s；第二沸腾床反应器温度260℃，接触时间 2.25s 。丙烯转化率75%～80%，总收率40%，丙烯酸含量97%，平均含量93%。国内在第一反应器中采用七元组分（钼-钒-磷-铁-钴-镍-钾）的催化剂，丙烯氧化制丙烯醛；在第二反应器中采用三元组分（钼-钒-钨）的催化剂，丙烯醛氧化制丙烯酸，当丙烯∶空气∶水=1∶10∶6，接触时间5.5s，线速度0.6m /s反应温度：一段为370-390 ℃，二段为270～300℃时，以进料丙烯计，一段丙烯转化率为78.7%～ 87%，丙烯醛收率为 51.9%～57.2%，二段丙烯转化率 为79.3%～89.4%，丙烯酸收率为48.3%～49.8%，丙烯酸的空时收率为55～60kg/（m3催化剂·h）。