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    5 kt/a 連續法丁二烯、二氧化硫合成環丁烯砜、環丁砜技術

    發布時間:2017-04-19 作者:道特化工  來源:道特化工
    5000t/a連續法環丁砜生產項目
    可研報告
     
    1.產品介紹及市場
    環丁砜常溫下是一種無色無味的固體,熔點27.8℃,工業產品多為淺黃色液體,是溶解能力強,選擇性好的高效極性溶劑。它可以和水以任意比互溶,易溶于芳烴及醇類,而對石蠟及烯烴溶解甚微,對熱、酸、堿穩定性高。
    環丁砜是一種多效極性有機溶劑,幾乎能與所有有機溶劑混溶,除脂肪烴外能溶解大多數有機化合物,也能溶解無機鹽類和高分子化合物,是一種非質子型極性溶劑。
    環丁砜可用于從脂肪烴中萃取芳烴,從氣體混合物中去除酸性氣體。另外,環丁砜可用于高分子化合物如聚丙烯腈、丙烯腈共聚物、聚氟乙烯等的溶劑,用于紡絲和制造膠片等;還可用于纖維素醚、聚乙烯醇、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等的增塑劑、丙烯酸紡絲的添加劑、脂肪酸的分離及從木材中萃取非纖維素成分等。
    目前,環丁砜主要應用于芳烴抽提、天然氣脫硫、醫藥中間體、化工、紡織溶劑、印染助劑等領域。
    環丁砜市場主要由煉油和化工兩大塊組成。煉油行業主要分布在中國石油和中國石化兩大集團公司內,煉油行業應用環丁砜主要是作為芳烴抽提溶劑,環丁砜法與其他芳烴抽提技術(Udex法、Arosolvan法、IFP法、Formex法)相比,具有操作條件緩和、能耗低、收率高、溶劑消耗少等優點。目前國內外大規模興建的芳烴抽提裝置幾乎都優先考慮采用此法。我國已引進多套環丁砜法芳烴抽提裝置,目前國內已能設計并擁有自主研發的該項技術成果。主要用戶有大慶石化、吉林石化、遼陽石化、錦西石化、大連石化、天津石化、石家莊石化、金陵石化、鎮海石化、揚子石化等煉油企業。化工領域主要用在高溫反應物的溶劑、成膜溶劑、增塑劑、印染劑等,用戶主要分布在江浙一帶。
    目前國內環丁砜主要生產廠家有兩家,一是錦州石化,生產能力為5000噸/年,實際產量約為2000-3000噸/年;二是遼陽光華化工有限公司,生產能力7000噸/年,實際產量約為2000-3000噸/年。兩家平均每年都有相當數量的出口。
    國外生產環丁砜的有英國殼牌公司、美國菲利普殼牌公司,日本、印度、俄羅斯等國均有生產環丁砜的工業裝置。
    目前殼牌公司在英國Stanlow公司建成的第1套環丁砜生產裝置至今仍在運轉,Stanlow公司被Degussa公司兼并,成立了DegussaStanlow公司,這是歐洲惟一的環丁砜生產廠。現在美國菲利浦公司在得克薩斯州、殼牌公司在路易斯安娜州建廠生產環丁砜,總能力在7300t/a左右,生產無水及含水3%兩種商品。
    環丁砜現有生產的工藝方法國內外基本一致,產品質量也相當,但國外的能耗、物耗較低。
    2.  環丁砜產品性質及質量指標
    2.1產品性質
    中文名稱: 環丁砜
      英文名稱: sulfolane
      中文名稱2: 四亞甲基砜
      英文名稱2: tetramethylene sulfone
      CAS No.: 126-33-0
      分子式: C4H8O2S
      分子量: 120.16
      理化特性
      主要成分: 純品
      外觀與性狀: 無色液體。
    熔點(℃): 27.4-27.8    
    沸點(℃): 285
    相對密度(水=1): 1.26   
    相對蒸氣密度(空氣=1): 4.2
    閃點(℃): 166          
    溶解性: 與水混溶,可混溶于丙酮、苯等。
      燃爆危險: 本品可燃,具腐蝕性,可致人體灼傷。
    危險特性: 遇明火、高熱可燃。
    2.2質量指標

    質量指標如下表:

    注:①為修正密度,修正公式為:

    ②須使用200ml蒸餾瓶和ASTM標準中規定的溫度計進行分析測試。
    ③可根據用戶的要求在一定范圍內進行調整。
    ④須在完全液體狀態下進行分析測試。
     
    3 原料規格
    3.1 1,3-丁二烯質量指標

    執行GB 6013一級品指標:

    3.2二氧化硫質量指標

    二氧化硫執行GB/T3637一級品指標,質量指標如下表:

    3.3阻聚劑
    抑制合成過程中丁二烯的聚合以及副產物的產生。

    3.4氫氣


    3.5催化劑

    骨架鎳催化劑內控質量指標如下表:

    3.6其它(略)
    4.生產規模及生產工藝方案
    4.1.生產規模
    裝置生產規模為5000t/a環丁砜。
    裝置定員不考慮行政管理人員,設備維修維護人員。如果裝置自動化程度設置較高,設備可靠性好,人員可減少。
     

                            表10-1  裝置定員

      4.2.生產工藝方法
    工業上環丁砜的生產方法是用二氧化硫與1,3-丁二烯進行Diels-Alder反應,生成環丁烯砜,然后將環丁烯砜催化加氫為環丁砜。
    合成環丁砜有三種方法:
    第一種是丁二烯與二氧化硫反應再加氫法,即環丁砜的工業生產方法;
    第二種是四氫噻吩氧化法,以高錳酸鉀或H2O2為氧化劑,氧化產物用苯萃取后,進行分餾,可得到接近100%的環丁砜;
    第三種方法是乙烯與二氧化硫合成法,英國帝國化學公司(ICI)提出用乙烯與二氧化硫反應合成環丁砜。
    后兩種方法由于技術經濟上原因到目前為止尚未工業化。工業上采用液態丁二烯與二氧化硫在阻聚劑存在下反應生成環丁烯砜,然后在脫氣釜中用熱空氣進行吹脫,脫除其中未反應的二氧化硫與丁二烯,脫氣合格后配制成環丁烯砜水溶液,在加氫釜中,以骨架鎳為催化劑與氫氣進行加氫反應,生成環丁砜。加氫后的環丁砜水溶液經升溫沉降、過濾,除去催化劑,進入中間儲罐儲存。環丁砜水溶液經過蒸水釜除去其中的水,然后進入分解釜,使未反應的環丁烯砜分解,分解后的環丁砜進入精餾塔中精餾,生產純度較高的環丁砜。精餾后的環丁砜經加入穩定劑、pH值調節劑后成為成品環丁砜。
    目前環丁砜生產均采用間歇釜式生產工藝,該工藝設備投資高,物耗能耗高,勞動強度高。
    本項目也采用二氧化硫與1,3-丁二烯進行Diels-Alder反應,生成環丁烯砜,然后將環丁烯砜催化加氫為環丁砜的生產方法,對整個工藝進行技術創新,采用連續法環丁烯砜合成、連續加氫生產工藝,降低物料消耗及能耗,產品收率提高,降低了生產成本。
    本項目生產過程中的中間產品環丁烯砜顏色潔白,結晶度高,質量遠好于國內現有產品。目的產品環丁砜的質量也是遠遠優于國內其它廠家的產品,其色度、使用壽命、熱解系數、酸度表現均非常優異,中試產品在出口競爭中成為外商首肯產品。 

     連續法工藝和間歇法工藝主要原材料消耗對比如下表:

    4.3.工藝流程概述
    4.3.1合成單元
    丁二烯、二氧化硫、阻聚劑按一定比例經泵送入合成環丁烯砜的連續反應器中,在一定壓力、溫度條件下原料在反應器內轉化成環丁烯砜。
    產物由反應器出口進入合成液冷卻器降溫度,然后進入閃蒸系統。分離出來的二氧化硫、丁二烯等氣體由上部進入冷凝器冷凝,進入冷凝液罐,經泵送入原料系統,然后進入反應器循環使用。
    閃蒸罐中的環丁烯砜合成液由罐底經伴熱管道進入解吸系統。
    4.3.2解吸單元
    環丁烯砜在伴熱的管道中用有伴熱的泵送入二氧化硫解吸塔,自上而下經過填料與熱空氣充分接觸,脫出二氧化硫組份。氣體經過塔上部排出塔外,排入后處理系統。
    二氧化硫解吸料分析合格后,與定量的軟化水、定量的加氫液送來的加氫液混合后,進入脫硫罐進一步脫除二氧化硫。
    4.3.3加氫單元
    定量催化劑在催化劑配制釜中與定量的軟化水在攪拌的作用下配制成一定濃度的催化劑水漿液,然后用催化劑泵定量送入反應釜中。
    將加氫原料液用泵打入第一加氫釜中,氫氣從釜下部加入,控制溫度、壓力,通過攪拌,在催化劑的作用下環丁烯砜與氫氣發生氣-液-固三相反應生成環丁砜。第一釜物料通過溢流口流進第二釜。
    第二釜與第一釜操作條件、方式相同。第二釜物料通過溢流口流進第三釜內。
    第三釜與第一、二釜操作條件相同。第三釜物料經液控閥流出,進入催化劑分離系統。
    過量氫氣使用壓縮機增壓循環使用。
    4.3.4催化劑過濾單元
    加氫反應液進入過濾機濾出催化劑,濾液進入加氫液儲罐。
    催化劑收集。
    4.3.5精制單元
    加氫液經脫水、去除環丁烯砜,然后進行減壓蒸餾,得到成品環丁砜。成品環丁砜再經脫色過濾,然后得到環丁砜產品,檢驗合格后去包裝。
    5原材料及動力消耗定額
    5.1原料消耗
     

     5.2動力消耗定額表


    5.3 產品每噸生產成本


     以年產5000噸環丁砜計算,全年成本約7761.5萬元。 
    6三廢處理

    主要三廢排出物及其處理措施

    7 建設投資估算

    項目建設投資包括各主要工藝單元等,不包括地面構筑物、公用工程等輔助設施、土地、拆遷等費用。

    注:
    1.              建設投資估算允許誤差30%。
    2.              化工裝置建設投資也因設備、零件的制造廠家不同而差別很大。
    3.              建議裝置建設時盡可能的提高自控裝備水平。
      
    8 裝置經濟技術指標

    8.1裝置盈利能力預期                       單位:萬元

    說明及標注解釋:
    1、由于環丁砜市場銷售應屬于逐步進入的方式,因此未考慮當年達產。如果市場開發的實際能力較強,盈利預期可以相對提前。
    2、目前環丁砜市場價格約30000-31000元/噸,考慮市場銷售的競爭性進入,銷售價格取現有工藝的成本等額,測算過程產品環丁砜售價按23000元/噸計算。
    3、企業所得稅稅率25%,增值稅稅率17%,城建稅、教育附加等10%。
    4、流動資金按500-600噸環丁砜產量鋪底計算。這主要是部分用戶裝置首次裝填時,一次數量較大,補劑量相對較小。但出于全面考慮,必須為首裝環丁砜的情形做資金方面的準備。
    〔*〕、此項,裝置處于虧損期無所得稅。設備進項增值稅順延抵扣。
    〔**〕、此項,裝置進入盈利期,扣除上年虧損后,開始繳納所得稅。設備進項增值稅抵扣完成,開始繳納增值稅。
     

    8.2 正常生產年裝置經濟技術指標測算               單位:萬元



     

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