PAM丙烯酰胺项目工艺装置技术及设备方案.docx

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1、PAM丙烯酰胺项目工艺装置技术及设备方案1工艺技术选择1.1 原料路线确定装置主要原料丙烯懵来自XX公司丙烯旗厂，目前,丙烯旗厂年销量5万吨，本装置消耗2.34万吨，其它原料均国内采购。1.2 工艺技术路线的介绍1.2.1 丙烯酰胺工艺技术路线的介绍a)丙烯酰胺生产技术路线概况世界上工业化生产丙烯酰胺均以丙烯懵为原料，进行催化水合。根据催化剂种类的不同，有三种生产方法。1)硫酸水解法1954年美国氟胺公司首先开发了硫酸水解法生产丙烯酰胺技术。即在90100C下，丙烯月青与98%硫酸进行水解反应，生成硫酸丙烯酰胺。然后用氨中和反应产物，在4050C析出硫酸筱；经过滤分离出副产物硫酸铉。将反应物冷

2、却形成丙烯酰胺结晶，经分离、干燥得到结晶单体。母液循环使用，单体用重结晶蒸储提纯精制。该法易得结晶单体。其工艺复杂，消耗大量的硫酸和氨，设备腐蚀和环境污染严重，生产成本高。70年代中期，铜系催化剂问世后，该法被淘汰。2)铜催化水合法铜催化水合法分为固定床催化水合法和悬浮床催化水合法。固定床催化水合法以美国道化学公司为代表，采用CU-Cr催化剂。该法用N2首先吹出7%丙烯懵溶液中的氧气,而后进入三级反应系统,丙烯旗催化水合成丙烯酰胺,经过滤、真空蒸发、活性炭处理、离子交换获得成品。该法具有催化剂易活化、易再生的特点，丙烯懵转化率为99.8%99.9%,系统全封闭。悬浮床催化水合法以日本三井东压公

3、司和三菱化成公司为代表，采用CU-Ni催化剂，产品为50%丙烯酰胺溶液。该法无离子水和丙烯酰懵以2:1的重量比，在悬浮的RaneyCU催化剂存在下于120、单级上流反应器中反应，停留时间为25小时，反应产物为含22%(wt)的丙烯酰胺和17%(wt)的丙烯懵水溶液。经真空蒸播回收丙烯懵，并把丙烯酰胺溶液浓缩到30%(Wt),将此溶液用活性炭处理除去齐聚物和共聚物后，再经离子交换，产品浓缩至50%(wt)即得成品。该法催化剂可连续再生、连续补充，反应稳定，但工艺流程长、设备结构复杂。3）微生物催化水合法1985年，日本日东公司利用日本京都大学山田研究室的成果，首先建成了世界上第一个微生物法生产丙

4、烯酰胺的工业装置，使丙烯酰胺工业化生产技术更加先进。微生物法制备丙烯酰胺方法从基本原料丙烯演出发经微生物菌体（酶）催化,一步反应即成丙烯酰胺。其关键是制备懵水解酶，酶活性的高低将直接决定装置的生产规模。这种酶由杆菌、杀菌素、棒状杆菌、微球菌素、诺卡氏菌等微生物产生，日东公司的月青水解酶是在2530、PH值为69、含1%葡萄糖、0.5%陈、0.3%麦芽提取物、0.3%酵母提取物、2mg-1/1硫酸亚铁的培养基中培育而成，培养时间72小时。微生物法制备丙烯酰胺生产工艺省去了丙烯懵回收工段和铜分离工段，具有产品纯度高、选择性好、转化率高（99.9%以上）等优点。节省投资和能源，生产成本可降低10%,

5、总投资可降低30%,被认为是当代最经济的丙烯酰胺生产工艺。其特点是：在常温常压下反应，装置结构设计容易，操作安全；单程转化率极高，无需分离回收未反应的丙烯懵；酶性能使选择性极高，无副反应；失活的酶催化剂排出系统外的量小于产品的0.1%；只需离子交换处理，使分离精制操作大为简化；产品浓度高，无需提浓操作；整个过程简便，有利于小规模生产。采用小菌种的反应实验条件为：反应温度515C,PH值78,反应区AN浓度1%2%。AN转化率99.99%,AM（丙烯酰胺）选择性99.98%,反应器出口AM浓度约为50%。我国从1984年开始进行微生物法生产丙烯酰胺的研究工作，主要研究单位有化工部上海生物化学工程

6、研究中心（即上海农药研究所）、中国科学院微生物研究所、上海交通大学、北京石油化工研究院。微生物法生产丙烯酰胺是一项具有国际先进水平的生产工艺，对我国化学工业赶超世界先进水平，特别是对有机化工和精细化工的发展将起重要作用。b）丙烯酰胺工艺技术比选表4.1-2为国外化学法悬浮床连续催化水合工艺、生化法连续催化水合工艺和国内生化法间歇催化水合工艺生产丙烯酰胺的工艺技术特点。表4.12丙烯酰胺生产工艺技术特点一序号比较项目化学法悬浮床连续水合工艺生化法连续水合工艺生化法间歇水合工艺技术特点1产品产品质量较好，但含有铜等金属离子，副反应较多产品质量好，无副产品。产品质量好，无副产品2催化剂催化剂为铜系催

7、化剂，在装置内完成预制、回收和再生循环，活性稳定。催化剂选择性第三代生物酶催化剂寿命长，催化剂选择性约为100%生物酶催化剂采用固定化细胞形式，催化剂选择性近为99%100%3单线最大生产能力1条生产线生产能力达5万吨/年1条生产线生产能力达2万吨/年1条生产线生产能力达0.2万吨/年4原料及化学品消耗主要原料丙烯月青的单耗较高，对丙烯精原料质量要求严格，化学品的种类较多，部分化学品需要进口丙烯睹原料的单耗低，接近理论值，对丙烯盾质量要求不高，催化剂和一些化学品不需要进丙烯原料的单耗低，接近理论值，对丙烯盾质量要求不高，化学品消耗较高，可在国内解决5公用工程消耗公用工程用量较低，尤其是电耗明显

8、低于生化法公用工程用量较高，尤其是电和压缩空气的用量明显高于化学法公用工程用量较高，尤其是压缩空气和电的用量高于化学法续表4.1-2丙烯酰胺生产工艺技术特点序号比较项目化学法悬浮床连续水合工艺生化法连续水合工艺生化法间歇水合工艺设备特点采用了大型悬浮床丙烯酰胺反应器，是世界上最大的丙烯月青水合反应器，采用了防聚合容器，采用了催化氧化燃烧装置处理废气采用了多级连续型水合反应器，实现了生产的连续化采用了膜分离系统，解决了细菌细胞的分离问题采用常规的水合反应器和处理设备，反应间歇进行采用的超漉装置处理由防菌催化剂引入产品中的细菌细胞环保特点采用了催化氧化燃烧装置处理废气对装置排放的污水进行预处理后，

9、采用生化处理方法处理采用掩埋的方法处理废渣高架排放废气对装置排放的污水进行预处理后，采用生化处理方法处理采用焚烧的方法处理废渣高架排放废气采用生化处理方法处理污水采用焚烧的方法处理废渣c)推荐的丙烯酰胺工艺技术铜催化水合法生产丙烯酰胺工艺是*目前掌握的国内先进技术，该技术具有选择性高、能耗低、转化率高、投资省的特点。1.2.2聚丙烯酰胺工艺技术路线的介绍a） 聚丙烯酰胺生产技术路线概况聚丙烯酰胺的生产方法主要有水溶液聚合法、乳液聚合法和辐射聚合法。水溶液聚合法是生产聚丙烯酰胺的传统方法，具有安全、工艺设备简单、成本较低等优点。目前.，国内外聚丙烯酰胺生产大都采用水溶液聚合法生产。水溶液聚合法可

10、制得聚丙烯酰胺胶体或粉状产品。一般聚丙烯酰胺胶体采用810%AM水溶液在引发剂作用下直接聚合制得，聚丙烯酰胺干粉则多用2530%AM溶液进行中浓度聚合，聚合后得到的聚丙烯酰胺胶体经造粒、捏合、干燥、粉碎后制得聚丙烯酰胺。乳液聚合法是指水溶性的丙烯酰胺借助表面活性剂（多采用非离子型表面活性剂）的作用，使丙烯酰胺单体分散在油相中形成乳化体系，在引发剂作用下进行乳液聚合，形成稳定的高分子量速溶的聚丙烯酰胺胶乳产品，经共沸蒸偏脱水后即可得到粉状聚丙烯酰胺。聚合反应是在分散于油相中的丙烯酰胺微粒中进行,故聚合过程中放出的热量分散均匀，反应体系平稳，易控制，适合于制备高分子量且分子量分布窄的聚丙烯酰胺胶乳

11、或干粉型产品。辐射引发（光引发）法是丙烯酰胺单体在紫外线或R射线下引发直接聚合得固体产品。该法工艺简单，所得产品分子量分布很宽，目前在北京恒聚化学品有限公司进行大规模生产应用。b） 推荐的聚丙烯酰胺工艺技术*30000吨/年聚丙烯酰胺装置的聚丙烯酰胺阴离子聚合单元采用山东环通化学有限责任公司提供的光聚合低温引发后水解生产工艺技术生产聚丙烯酰胺。该技术工艺简单，设备投资少。2工艺概述、流程及消耗定额2.1 工艺概述2.1.1 装置规模和年操作时数本项目装置规模为30000吨/年（干基）PAM,年操作时间为8000小时。2.1.2 装置组成装置分为四部分：单体聚合单元、精制单元、聚合单元及干燥及造

12、粒单元。单体聚合单元单元由以下部分组成：丙烯旗精制、催化反应、丙烯酰胺精制系统。精制单元单元由反应液配制、聚合、预切割及造粒、干燥和研磨、筛分、包装工段组成。聚合单元单元由提浓、结晶工段组成。干燥及造粒单元由干燥、造粒及包装工段组成。2.1.3 原料和辅助材料本装置所需的原料、辅助材料数量和主要原料性质（规格）分别见表4.2-1、422、4.2-3表4.21主要原料及辅助材料数量表序号名称单位数量来源输送方式1丙烯酬吨/年23400丙烯脂厂初期汽车，正常生产管道2CwCr催化剂吨/年45国内购买汽车3氢氧化钠（固）吨/年450国内购买汽车4引发剂（尿素）吨/年600国内购买汽车5引发剂（玉米淀

13、粉）吨/年300国内购买汽车表4.2-2丙烯晴规格指标名称单位指标数值备注丙烯月青（AN）%(wt)工业优级299.5%国标优等品水%(wt)0.45丙酮mg/1100HCNmg/15丙烯醛mg/110总醛mg/150铜mg/10.1铁mg/10.1过氧化氢mg/10.2PH69色度5乙睛mg/1150表4.2-3丙烯酰胺规格表指标名称单位指标数值备注丙烯酰胺（AM）%(wt)225丙烯酸含量%(wt)0.4铁离子PPm0.1铜离子ppm0.1羟基丙睛PPm1000甲醇溶解性%(wt)299.5电导率s/cm5色度10PH6.5-7.02.1.4 产品及副产品本项目主要产品产量及规格见表424

14、、4.2-5,4.2-6、4.2-7。产品质量执行国家标准。表4.24主要产品产量表（吨/年）序号产品名称单位数量备注1PAM阴离子吨/年250002PAM阳离子吨/年20003PAM两性离子吨/年3000类425聚丙色酰胺阴离子产品规格表I指标名称I指标数值外观颗粒状干粉分子量22000万表观粘度mpas211.50.8%水解度%(wt)23-30滤过比%(wt)1.5不溶物%(Wt)2溶解速度h2残余单体%(WI)0.1固含量%(wt)289颗粒%(Wt)W5(0.15mm)表426聚丙乃:酰胺阳离子产品规格表指标名称单位指标数值备注外观颗粒状干粉分子量23001000万阳离子度%(wt)10-45滤过比%(Wt)1.5不溶物%(Wt)2溶解速度h2残余单体%(wt)0.1固含量%(wt)289颗粒%(Wt)