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5 kt/a异丁醛连续氧化工艺生产异丁酸工业技术

发布时间:2017-04-25 作者:道特化工  来源:道特化工
1概述
1.1异丁酸物化性质 
异丁酸化学名称:2-甲基丙酸。
英文名称:Isobutyric acid    
分子式:C4H8O2         分子量:88.1
外观:无色液体             香气:有刺激性气味。
熔点(℃):-47              沸点(℃):154.5
相对密度(水=1):0.95       相对蒸气密度(空气=1):3.04
折光率:1.3930             饱和蒸气压(kPa):0.13(14.7℃)
燃烧热(kJ/mol):2165.3     临界温度(℃):336
临界压力(MPa):4.05        闪点(℃):55
引燃温度(℃):481          爆炸上限%(V/V):9.2
爆炸下限%(V/V): 2.0       溶解性: 可混溶于水、乙醇、乙醚、氯仿             

常室温下,异丁酸是无色油状液体。有类似丁酸的刺激性气味。
 
1.2异丁酸的主要用途
异丁酸又称2-甲基丙酸,分子式C4H8O2,结构式(CH3)2CHCOOH。异丁酸是一种极其重要的化工原料和有机中间体,以游离状态存在于稻谷、豆类和山金车花的根中,其乙酯存在于巴豆油中。异丁酸能发生脂肪酸的一般反应,其分子中含有一个三级碳原子,经碱性髙锰酸钾氧化,可形成α-羟基酸。异丁酸可除去汽油中具有恶臭的硫化物,其酯可用作合成香精。例如,异丁酸甲酯似杏香,丙酯似菠萝香,异戊酯似香蕉香。异丁酸是一种重要的化工原料,它的用途十分广泛。主要应用于酯类产品的合成,其品种多达百余种,也可作为食品保鲜剂、香料的原料和制药工业。用作脂类的溶剂,也用于香精、香料的制备和作防腐剂、消毒剂等。异丁酸有一些重要的衍生物,工业上实际用于生产异丁腈的中间体,再转化为盐酸异丁脒,它是杀虫剂二榛农的原料,常用于牛奶制品、烘烤食品、甜沙司酱。
相关资料显示目前全世界异丁酸的产量30kt/a,主要集中在中欧及美国的各大公司,如德国赫斯特公司、哈斯公司以及伊斯曼公司。近几年来,采用异丁酸生产异丁腈产品的市场令人看好。异丁腈的最大用途是转化为异丁脒,它是高效低残毒有机麟农药地亚农的中间体,地亚农是有机麟农药中吨位较大的产品,广泛用于农业、畜牧业、卫生和贮粮等的防虫和灭虫,尤其是对地下害虫和果树害虫防治效果最佳。在国外异丁腈用量增长速度很快,平均以3.5%/a的速度增长。在我国异丁腈用量增长速度也很快,这无疑是促进异丁酸消费量增长的原因。
 
2生产规模、产品方案及工艺流程
2.1建设规模
本装置年运行时数8000小时。本装置的公称生产能力为10kt/a。
2.2装置构成
本项目装置组成包括异丁酸合成、精馏装置及辅助生产设施三部分。
装置组成详见表2-1。
表2-1      装置构成一览表
序 号 单元编号 单 元 名 称 备注
一、异丁酸装置
1 100# 氧化单元 新建
2 200# 精制单元 新建
3 300# 辅助单元 新建
二、罐区
1 400# 罐区及灌装 新建
三、公用和辅助生产设施
1 500# 车间综合楼(含控制室、配电室、办公室等) 新建
 
2.3工艺流程
           C4H8O+ O2→C4H8O2         ∆H=-267KJ/mol
根据相关文献资料,通过使用共溶剂可减少异丁醛氧化过程中的副产,优选地使用共溶剂丙酮,该溶剂可以为异丁酸、水、或饱和烃。
    本项目采用先进的共溶剂法氧化工艺合成异丁酸。
该工艺特点如下:
1. 副反应少,杂质含量低,产品质量品质好。
2. 异丁酸全程综合收率高,产品单位生产成本低。
3. 生产过程连续,易于操作控制,自动化水平高。
该技术综合消耗低、副反应少、产品质量稳定、反应条件温和,该工艺技术在同行业中处于领先地位,达到国外同类装置技术水平。

2.3.1工艺流程简述
2.3.1.1异丁酸氧化单元
从罐区送来的异丁醛、来自增压机的空气及氧化助剂定量送到氧化反应器R101A中,并进一步送入反应器R101B中,在特定的温度和压力条件下进行氧化反应生成异丁酸粗产品。
氧化反应器R101AB完成异丁醛转化率大于98%,合成液通过产品中间罐送入产品精制单元。
2.3.1.2精制单元
1)异丁酸脱轻
来自氧化单元的异丁酸合成液送入脱轻塔T201中。
T201塔塔顶馏出物主要是水、丙酮、异丁醇、少量异丁醛等副产物,直接送至焚烧炉,焚烧处理。
塔底物料含有水、异丁酸及重组分,通过泵送入脱水塔。
2)异丁酸脱水
来自T201塔塔釜物料送入T202塔。
T202塔塔顶流出物主要是水、共沸剂。经分液罐分离后,水相由泵送至污水处理或焚烧,油相作为回流由泵送回塔顶循环使用。
塔底物料含有异丁酸及重组分,通过泵送入后续精制塔。

3)异丁酸精制
脱水后的物料送入塔T203中。塔顶蒸出异丁酸。塔顶馏出物经冷却后,采出送至产品罐。
塔釜废液焚烧处理。

 
3原材料要求、消耗及“三废”排放
3.1原料要求
本项目生产所需主要原料、用量及规格分别见表3-1。
表3-1    主要原料数量表
序号 名   称 单位 数量 质量标准 来  源 备 注
1 异丁醛 t/a 9000 99.4%  
2 空气 Nm3/a 10250000  
3 氧化助剂 t/a 200
4 共沸剂 t/a 100 99.5%
3.2 装置消耗      `
3.2.1原料消耗
原料消耗详见表3-2。
表3-2  原料消耗定额一览表         
序号 原料名称 规格 消耗数量 单位
1 异丁醛IBA 99.4% 0.90 (t/t)
2 空气(按氧气计) 99% 205 Nm3/t
3 助剂 0.02 (t/t)
4 共沸剂 99.9% 0.01 (t/t)
3.2.2公用工程消耗
公用工程消耗详见表3-3。
表3-3  公用工程消耗定额一览表
序号 名 称 规  格 数 量 单 位
1 循环水 30℃ 0.5MPa 200 t/t
2 蒸汽 1.0MPa 1 t/t
3 仪表空气 0.5MPa 80 Nm3/t
4 氮气 0.5MPa 100 Nm3/t
5 动力电 380V 50 kwh/t
3.3工艺装置“三废”排放
本项目生产过程中“三废”排放见表3-4。
表3-4   “三废”排放表
“三废”名称 排放点 排放量(Nm3/h) 有害物浓度
(ppm) 排放去向 备注
合成尾气 氧化反应器 ≤300.0 ≤10 焚烧炉  
废水 脱水塔 ≤0.15 ≤3000 生化处理或焚烧炉  
废液 T-201/T203 ≤60Kg/h 焚烧炉
 
 
4工艺设备技术方案
4.1概述
本项目生产装置工艺设备共32台(套)。各类型设备见设备汇总表。
根据设备接触物料情况,设备材质主要采用不锈钢,部分使用碳钢等材质。 
表4-1  设备汇总表
序号 设备类型 设备台数 重量(t) 备注
1 机  泵 14  
2 反应器 2  
3 塔 4  
4 换热设备 12  
5 贮  罐  
6 其  它  
  合  计 32  
4.2主要设备一览表
略。

 
5装置占地
装置区内建、构筑物占地面积及建筑面积见表5-1。
表5-1  建、构筑物建筑面积和占地面积一览表
序号 名  称 建筑面积
(m2) 占地面积
(m2) 备 注
1 生产装置框架 400  
2 罐区及仓库 500  
  合  计 900  

6装置定员
装置定员不考虑行政管理人员,设备维修维护人员。
表6-1  装置定员表
岗位名称 班次 每班定员 合计
操作工 4 2 8
值班长 4 1 4
分析工 4 1 4
分析组长 1 1 1
工艺技术员 1 1 1
设备技术员 1 1 1
仪表技术员 1 1 1
总计 20

7.经济性评价
7.1销售收入
年生产异丁酸10,000吨,每吨售价1.2万元,年销售收入12000万元(不含税价10250元/吨)。
7.2产品成本
表7-1  原料消耗定额一览表         
序号 原料名称 原料
规格 消耗
定额 单位 单价 单位 成本小计元/吨
1 异丁醛IBA 99.4% 0.90 (t/t) 6300 元/吨 5670
2 空气(按氧气计) 99% 205 Nm3/t 0.7 元/m3 143.5
3 助剂 0.02 (t/t) 2 元/吨 0.04
4 萃取剂 99.9% 0.01 (t/t) 6000 元/吨 60
  合计         5873.54

表7-2  公用工程消耗定额一览表
序号 名 称 规  格 单 位 数 量 单价
(元/吨) 成本小计
(元/吨)
1 循环水 30℃ 0.5MPa t/t 200 0.2 40
2 蒸汽 1.0MPa t/t 1 180 180
3 仪表空气 0.5MPa Nm3/t 80 0.1元/m3 8
4 氮气 0.5MPa Nm3/t 100 0.2元/m3 20
5 动力电 380V kwh/t 100 0.85元/kwh 85
  合计 333
以上数据为装置设计值,装置生产达产后综合指标应低于表中数据。
表7-3   产品成本表
序号 项    目 单位成本
(元/吨) 年成本
(万元/年) 备    注
1 原材料成本 5873.54 5873.54  
2 公用工程消耗 333 333 水、电、汽
3 人工工资 200 200  
4 折旧费 121 121 固定资产投资的10%
5 大修费 35 35  
6 企业管理费 100 100  
7 总成本 6662.54 6662.54  
    管理性成本由厂方控制,目前不在受控范围之内。
 
8利润与收益
8.1投资概算
表8-1  10kt/a异丁酸装置总概算表
序号 工程及费用名称 估算价格
(万元) 备    注
1 设备购置费 650  
2 构筑物及土建 110  
3 仪表及配电 180  
4 安装及运杂费 80  
5 保温及防腐 90  
6 不可预见费用 100  
  总投资 1210  
项目总投资估算1210万元。由于全装置基本为SS31603甚至更高的材质,装置的建设造价受钢材市场价格影响很大。
8.2投资概算
表8-2  利润收益表 
序号 项    目 数值 (万元) 备    注
10kt/a
1 销售收入 10250 不含税价 
2 总 成 本 6662.54  
3 税金及其它 492  
4 销售利润 3587.46  
  
9.项目可行性判定
从利润收益、财务评价及前面的讨论可知:
本项目经济效益较好,工艺三废少,有很好的经济效益,所以本项目可行。

 

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