丙酮合成甲基异丁基酮(MIBK)生产装置可行性研究报告

'5000吨/年丙酮合成甲基异丁基酮(MIBK)生产装置可行性研究报告30 目录一、总论………………………………………………………….2二、项目提出的背景和必要性……………………………………….3三、工艺技术方案…………………………………………………….5四、环境保护…………………………………………………………11五、劳动安全及工业卫生……………………………………………12六、劳动定员…………………………………………………………13七、总投资估算………………………………………………………14八、经济效益及投入产出预测………………………………………1630 一、总论甲基异丁基酮(MIBK)是一种用途非常广泛的中沸点溶剂，主要用作硝化纤维、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚苯乙烯，环氧树脂、天然及合成橡胶、油漆、涂料和脱油的溶剂、彩色胶卷的呈色剂，也用作青霉素发酵液的萃取剂及一些有机盐的分离剂。同时它也是橡胶防老剂4020及一些有机合成的主要原料。因此适时地建设MIBK装置，以满足市场的需要，具有良好的社会效益和经济效益。MIBK的市场前景是好的。从经济分析的结果可以看出，该项目的经济效益也较好。生产MIBK的技术来源于千吨级的工业装置，工艺技术是可靠的。MIBK是一个具有很大发展潜力的产品，因此今后进一步扩产的可能性很大。该项目的主要经济技术指标如下：表1主要经济技术指标序号名称单位指标1建设规模吨/年50002总投资：建设投资万元16233流动资金万元4054建筑面积m242005劳动定员人6730 6利润万元/年806.97投资利润率%39.798内部收益率%41.59投资回收期年3.9710盈亏点%36.3511丙酮耗量吨/年540012氢气耗量吨/年10013催化剂用量m3/年5.214水量万吨/年24015电万度/年27216汽（0.8MPa）万吨/年5.2二、项目提出的背景和必要性2.1项目提出的背景　　甲基异丁基酮(MIBK)是一种用途非常广泛的中沸点溶剂，主要用作硝化纤维、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚苯乙烯，环氧树脂、天然及合成橡胶、油漆、涂料和脱油的溶剂、彩色胶卷的呈色剂，也用作青霉素发酵液的萃取剂及一些有机盐的分离剂。同时它也是橡胶防老剂4020及一些有机合成的主要原料。30 全世界MIBK的生产能力约为25万吨/年，主要集中在美国、欧洲和日本。在美国，MIBK总耗量的63％用作硝化纤维素清漆与涂料树脂的溶剂。10％用于化学品如阻氧剂的生产；10％用作萃取剂、粘合剂及蜡脱油的溶剂；还有17％向国外出口。MIBK是丙酮深度加工的精细化工产品之一。美国用于生产MIBK的丙酮占丙酮总产量的10％左右，而日本则占20％左右。其生产工艺都已由传统的三步法发展到能在固定床中连续操作的直接合成工艺。我国MIBK的生产才刚刚起步，目前还不能大批量生产，仅南京和濮阳等地有少量产品出售，售价为每吨1.1～1.2万元。上海溶剂厂于1964年建成一套200t/aMIBK生产装置，采用的是三步法工艺，由于生产工艺复杂，能耗高，污染严重，目前已经停产。锦西炼油总厂以异丙醇为原料合成MIBK，转化率和选择性都较低，（单程转化率5％左右）能耗大，虽早在1981年就建成1000吨/年的中试装置，但由于催化剂和一些工程问题尚末解决，至今未能正常生产。××石油化工公司化肥厂采用×××在80年代开发的技术建成了一套500吨/年的以丙酮为原料合成MIBK的中试装置。但由于由××公司负责设计施工的配套系统不完善，现还不能大批量生产。。目前国内MIBK的产量有限，所需MIBK大部份都需进口，这不但花费了大量外汇，同时也限制了MIBK的推广应用，致使蜡脱油、橡胶防老剂4020的合成等生产工艺的推广应用受到了限制。2.2必要性30 由于我国MIBK的产量很小且价格偏高，所以许多应用领域尚末开发，国内大约80％的MIBK用作溶剂，其中以油漆溶剂为主，此外还用作油墨的溶剂。近几年磁带的磁浆溶剂用量也有所增加，如果进口的磁带生产线满负荷生产，则对MIBK的需要量可达1500t/a。大约15％的MIBK用作脱蜡剂，5％用作萃取剂。我国MIBK的应用前景非常乐观，美国涂料产量440万吨/年，耗用MIBK5万吨/年。日本涂料产量220万吨/年左右，耗用MIBK2万吨/年左右，均占涂料产量的1％左右。我国涂料产量在100万吨/年左右，如果涂料的档次达到发达国家水平，则仅此一项我国MIBK的消费量就达1万吨/年左右。随着我国建筑业、家俱业、家电及汽车工业的篷勃发展，对高档油漆的需求量将不断增加，据不完全统计，我国已有数十个油漆厂开始在高档油漆的生产中使用MIBK。此外，在磁带生产，油墨生产，石油脱蜡，环氧树脂及橡防老剂生产等领域的应用有待进一步开发。据权威部门对MIBK的应用前景所做的分析预测，到2000年，涂料行业的MIBK消耗量将达到1000～1500吨/年，磁带行业将达到5600吨/年，用做粘合剂的溶剂将达到4500吨/年，用做油墨的溶剂将达到5500吨/年，医药行业的用量将达到5500吨/年，4020的用量将达到2000吨/年，其总量将达到30000～35000吨/年。所以在不远的将来，我国MIBK的消费量将急剧增加。三工艺技术方案30 1国内外技术概况生产MIBK有多种方法，主要有丙酮三步法和丙酮一步法。目前一步法生产的MIBK占总产量的80%以上。在70年代以前，主要用丙酮三步法生产MIBK，但80年代后建成的MIBK生产装置均采用丙酮一步法生产工艺。1.1丙酮三步法该方法是以丙酮为原料，经液相缩合、催化脱水和催化加氢后生成MIBK。整个生产工艺过程由上述三个工序组成，故称之为丙酮三步法。主要反应方程如下：液相缩合2CH3COCH3CH3C(CH3)OHCH2COCH3催化脱水CH3C(CH3)OHCH2COCH3CH3C(CH3)CHCOCH3+H2O催化加氢CH3C(CH3)CHCOCH3CH3CH(CH3)CH2COCH3由于各步反应条件不同，所用催化剂也不一样，单程转化率低(一般约15%)因此整个工艺流程长，能耗高，设备要求防腐，设备单位体积生产能力低，但该工艺也有其优点，既产品方案灵活，其中间产物双丙酮醇和异丙义丙酮都可作商品。30 1.2丙酮一步法这是一种较先进的工艺路线。其主要特点是利用高性能的催化剂一步完成丙酮缩合、脱水和加氢等反应过程，得到目的产物MIBK。其反应式如下：2CH3COCH3CH3CH(CH3)CH2COCH3+H2O该工艺具有流程短，投资少，转化率高，成本较低等优点，是目前各国竟相发展的工艺。从应用普遍的Veba,Taxaco一步法及本项目中采用的工艺与三步法进行原材料、动力消耗比较可以看出，一步法在经济上具有明显的优势。表2各种方法原材料和动力消耗对照（以每吨MIBK计）三步法Veba一步法Taxaco一步法本工艺丙酮(t)1.421.3031.351.35氢气(Nm3)674270242280冷却水(t)5791001060工艺水(t)0.417------电耗(Kwh)309145150680蒸汽(t)12.132.364.913.030 2.工艺路线的确定本项目采用丙酮一步法生产MIBK。其技术来源于××××已工业化的成套技术。因此工艺的可靠性和安全性会得到有力的保障。3、生产规模及工艺流程　　(1)生产规模和产品方案：根据目前国内市场情况，确定本装置生产规模为年产MIBK5000吨，全部作为商品出售。其产品质量指标如表3中所示：装置年开工7000小时装置年需求丙酮6750吨装置年需求氢气1200000Nm3表3、MIBK质量指标如下：序号指标名称指标分析方法1色度(Pt-Co)<152纯度wt%³9930 3沸程初馏点℃干点℃馏出体积，%114117954水份%<0.15酸值%（以乙酸计）<0.026不挥发物%<0.027密度kg/m3800-804(2)生产工艺流程4000吨/年MIBK工业装置的简化工艺流程图见图1，以丙酮为原料生产MIBK的反应条件及结果：　　　　温度℃　　　　　　　　110～150压力MPa　　　5.0～6.0空速h-1　　　1.0氢/油(V)　　　400～700丙酮单程转化率mol％　　　≥3530 MIBK选择性mol％　　　　　≥92催化剂采用×××××生产的催化剂，其寿命为半年，年需求6.70m3。4、工艺流程及主要控制方案说明4.1工艺流程简述工艺流程图见图1，主要工艺装置、设备的简要规格、数量及材质见表5、表6、表7：原料丙酮和氢气经预热到100℃后进入装有B621催化剂的固定床反应器中进行反应，反应温度控制在110～150℃。反应液经冷却后分离，气相为氢气经循环机增压后循环使用。液相则进入分离系统进行分离。首先进入轻组分塔，塔顶为低沸物2-甲基戊烷，集中装桶后送去焚烧；塔釜液被送入丙酮塔，从塔顶得到丙酮，其纯度大于99%被循环使用；丙酮塔釜液进入脱水塔，塔顶得到废水去废水塔蒸馏，回收其中的有机物后排放，塔釜液主要含MIBK和重组分，被送入产品塔，从产品塔顶得到纯度大于99%的MIBK产品，塔釜液可作溶剂外售或送去焚烧。4.2主要控制方案说明整个生产工艺中自控有两个重点，一是反应温度和压力的控制，二是丙酮塔的操作控制。合成MIBK30 的反应是个较强的放热反应，而催化剂的使用温度不得超过145℃，一般控制床温在115～135℃。工艺中通过热水循环实现床温的控制。为了尽可能的消除反应器的轴向温差和保证床温的平稳，设计时一般采用较大的循环热水量。反应床压为6.0MPa将由补充的新鲜氢气来控制，低压新氢被增压至8.0MPa，然后减压至6.0MPa后进入反应床以维持床压在6.0MPa，这种控制方案在现行的MIBK工业生产装置上证明是行之有效的。丙酮塔的操作控制与一般塔的控制一样，通过调节塔釜采出量控制塔釜液位，通过调节再沸器的加热蒸汽量控制塔釜温度，通过回流量和温度来控制塔顶组成。从工艺要求来看，可采用III型仪表。5、原、辅材料及动力消耗供应表4原、辅材料及动力消耗供应名称规格消耗定额单位年用量来源丙酮>99.5%1350kg/t6750t外购氢气>98%25kg/t125t催化剂B6210.0013m3/t6.7m3抚研院烧碱>42%0.002kg/t10000kg外购水60t/t3000万吨本厂内30 电220/380v680Kwh/t340万度本厂内汽>0.8MPa13t/t65万吨本厂内6主要设备选型该项目中主要设备是反应器和氢压机。反应器根据该项目工业化的经验，可采用列管式固定床。列管内径和长度可选用与目前的工业化装置一致。这样就消除了因列管几何尺寸变化所引起的放大效应。从目前工业装置的使用情况来看，反应器的设计满足了反应工艺的要求。氢压机和氢气循环机这两台设备也都是由国内有经验的专业厂家制作，从工业装置的使用情况看出其性能良好。　　　表5反应器、压缩机、塔类序号设备编号名称简要规格台数材质备注1R101反应器11Cr18Ni9Ti6.0Mpa2C101氢压机Q=6.0m3/min28.0Mpa3C102Q=0.8m3230 循环氢压机/min6.0Mpa4C201轻组份塔理论板数421Q235常压5C202丙酮塔理论板数501Q235常压6C203干燥塔理论板数281Q235常压7C204产品塔理论板数501Q235常压8C205废水塔理论板数281Q235常压表6换热器类序号设备编号名称规格及型号台数材质1E101反应物冷却器F=24m21Q2352E102轻组分塔再沸器F=48m21Q2353E103F=60m21Q23530 轻组分塔顶冷凝器4E104丙酮塔再沸器F=48m21Q2355E105丙酮塔顶冷凝器F=60m21Q2356E106干燥塔再沸器F=48m21Q2357E107干燥塔顶冷凝器F=48m21Q2358E108产品塔顶冷凝器F=16m21Q2359E109废水塔再沸器F=48m21Q23510E110废水塔顶冷凝器F=16m21Q23511E111凉水塔1玻璃钢12E112热水冷却器F=12m21Q23530 表7主要容器和泵类序号编号设备名称规格及型号台数材质1V102氢气柜V=250m31Q2352V105氢气缓冲罐V=8m31Q2353V106新丙酮储罐V=100m31Q2354V107丙酮计量罐V=8m31Q2355V108回收丙酮储罐V=100m31Q2356V109回收丙酮计量罐V=8m31Q2357V110热水箱V=8m31Q2358V111反应液分离器V=6m31不锈钢9V113反应液储罐V=100m31Q23510V116轻组分包装罐V=8m31Q23511V122重组分罐V=8m31Q23530 12V125成品罐V=50m31Q23513V126次品罐V=50m31Q23514V130循环水箱V=12m31Q23515P101丙酮计量泵ZJ-3200/100-II216P102热水循环泵217P103反应液泵218P104丙酮塔进料泵219P105轻组分塔回流泵220P106干燥塔进料泵221P107丙酮塔回流泵222P108废水塔进料泵223P109230 产品塔进料泵24P110产品塔回流泵225P111抽真空水泵226P114循环水泵227P115回收液输送泵228P116废水输送泵2四、环境保护1主要污染源及污染物本装置的废液来源是反应生成的副产物及反应生成的水。反应经分离分别产生四股废液：（1）少量轻组分（2）少量重组分（3）废水（4）废催化剂。2资源的综合利用和三废治理方案根据国家有关政策，应尽量考虑到资源的综合利用。轻组份主要是2-30 甲基戊烷和丙酮，是一种良好的溶剂，也是一种很好的燃料，可焚烧处理，也可外售。重组分主要是二异丁基酮和均三甲苯的混合物，是一种较好的油墨溶剂，可直接作为商品出售。也可掺入重油燃烧作燃料用。废水是由合成反应本身产生的。脱水塔产生的废水含有大量的有机物，因此为保证环保的要求，在工艺上专门增设一废水塔进行处理。该废水经共沸蒸馏后，可使塔釜废水中的有机物含量小于0.1%，COD<100ppm，达到国家排放标准（GB8978-88）的要求。废催化剂中含有贵金属可外售给冶炼厂回收。设计中对装置排水采用清污分流的原则，以减少工业污水的排放量。在工艺设计中考虑在易挥发液体如丙酮和MIBK等贮罐上加喷淋降温设施，以减少挥发损失，尽可能地降低因物料挥发对环境造成的污染，这也有利于工业卫生本着节约能源和资源综合利用这个指导思想，装置中设有水的循环系统，从而大大降低了水的消耗；同时蒸汽冷凝水部分做反应器冷却水的补充水，也可作冬季车间采暖热源，使冷凝水得到了利用。通过共沸蒸馏不仅使废水达到国家排放标准，同时也回收其中的有机物减低了原材料的消耗。本项目是一个轻污染项目，三废治理措施是合理可行的，能达到国家有关标准对三废排放的要求。五、劳动安全及工业卫生30 生产所使用的原料丙酮、氢气及产品甲基异丁基甲酮(MIBK)为低闪点易燃易爆液体或气体。因此，在工艺方案及具体设计中将采取积极可行的措施，以控制和消除生产中的职业危害，保证广大职工在生产过程的安全和健康。1可能产生职业危害的物料性质1.1丙酮无色、透明、易燃、易挥发的液体，能与水、酒精、氯仿、油类及其它一些碳氢化合物互溶，并能溶解油脂和橡胶。卫生容许最高浓度为0.4mg/l。其蒸汽与空气混合能形成爆炸性混合物。明火及高热极易引起燃烧。1.2甲基异丁基酮(MIBK)无色透明液体，微溶于水，溶于酒精、苯等有机溶剂，为一级易燃品，遇高温、明火、氧化剂有引起燃烧爆炸的危险。其蒸汽与空气混合能形成爆炸性混合物。空气中最高允许浓度为0.1mg/m3。1.3氢气无色无味气体，易燃烧并发生爆鸣，最易引爆浓度为24%（体积）。2、安全卫生措施根据有并规范和标准，严格规定防火、防爆区域和等级，以及装置的工业卫生等级，并据此进行各专业的设计。30 所有压力容器上都设有安全阀，并在反应器上设置了压力和温度报警。对主要的温度、液位采用自动联锁控制。在低沸点易挥发的液体储罐上设冷却水喷淋装置。厂房采用敞开式框架结构，主装置与辅助设施、主控室分开，以尽量减少可能发生危险时的危害面。设有为该项目服务的浴室，以便职工搞好个人卫生。界区内设环形消防道和消防水网。通过采取一系列合理的安全卫生措施，能有效地避免可能发生的火灾、爆炸等危险事故的发生，达到对车间生产安全和卫生的要求。六、劳动定员该项目建成后以厂的形式组织生产经营活动。据此进行劳动定员的编制。生产制度实行四班三运转。表8劳动定员表序号工种定员班制备注1操作工204高中文化30 2分析工94高中文化3包装工21初中文化4预备工21高中文化5维修工111高中文化6组长54高中文化7工艺工程师21大专以上文化8管理及其它161中专以上文化9合计67七、总投资估算　　(1)投资估算内容5000吨/年MIBK生产装置的投资估算是以图1所示的MIBK简化工艺流程为基准，并参照国内MIBK工业生产装置及有关资料进行的。投资估算主要包括如下内容：5000吨/年MIBK生产装置的建设费用；分析、办公、维修等辅助生产系统建设费用；水、电、外管、总图等公用工程建设费用；技术使用费和设计费；建设单位管理费；生产职工培训费；电力增容费；工程建设投资预备费以及建设期贷款利息。30 （2）投资估算编制方法及说明该项目有关估算依据化工部有关规定编制。其中工艺设备费参考同类设备报价或订货价测算；其它设备按同类型装置所占比例估算；安装费按同类型装置所占设备购置费的比例估算；其它费用的计取，按化工部《工程建设其它费用取费标准》中有关规定并根据现有工业装置的实际情况作了适当调整。（3）投资估算1、建设投资估算：该项目建设投资估算值为2144万元。其中70%的资金靠贷款解决，建设期贷款利息为122万元，计划建设期一年。2、流动资金估算：流动资金按正常生产年份总成本的25%计算，估计值为536万元。3、项目总投资估算为2680万元，其中建设投资额2144万元，流动资金536万元。投资估算情况详见表9表9建设投资估算表（单位：万元）30 序号项目或费用名称设备费安装费建筑费其它费合计一1二1三1234第一部分：工程费用主要生产装置小计甲基异丁基酮装置辅助生产项目小计分析、维修公用工程小计供排水供电总图外管9378148145252711358355276276161663285328492921191197361651157611821182187187207218251531第二部分：其它费用165301653030 234建设单位管理费生产职工培训费设计费电力增容费205560205560一、二部分合计937355284165174112第三部分：预备费常规预备费价差预备费281160121281160121建设期贷款利息122122总估算937355284568214430 八、经济效益及投入产出预测　　1、生产成本估算　　生产成本估算是按中石化总公司(86)规定《中国石油化工工程项目可行性编制暂行规定》编制。　　(1)固定资产成率按建设投资的96％计取。　　(2)固定资产折旧年限15年。　　(3)固定资产净残值率5％。　　(4)大修基金提取率3％。　　(5)原料及主要材料价格：均按市场价格计算。(6)水电汽等价格：场按市场价格计算。(7)车间管理费按下式计算：（主要原材料费＋辅助材料费＋生产工人工资＋折旧＋大修基金）×2％。(8)企业管理费计取方法：按制造成本的10％计取。(9)生产工人工资及附加费：生产工人工资及附加费×生产定员。(10)销售管理费计取方法：按产品销售的1.285％计取。在生产成本估算中，生产负荷以100％为基准，其结果见表10、表11。30 　　2、销售收入估算　　本项目的主要产品MIBK是重要的有机溶剂，预计本项目投产时，国内MIBK的价格可在1.1～1.2万元/吨之间。计算时取11000元/吨作为MIBK的评估价。根据上述产品价格，计算的产品销售收入为：4400万元。扣除产品税及成本后所得利润为：详见表12。表10生产成本估算价值单价：元项目或费用名称单价消耗定额单价70%负荷100%负荷丙酮氢气包装原材料小计4500200001.350.025吨吨6075.00504.00156.006735.006075.00504.00156.006735.00水电蒸汽0.350.50356068013吨度吨213404552134045530 燃料动力小计816816工资及附加费246217车间经费240180车间成本80377948管理费用804795工厂成本88418743销售费用113113销售成本89548856表11工厂成本名称总计（万元/年）产品单耗：元/吨MIBK原料26946735公用工程326.40816合计（可变成本）3020.47551工资及附加86.821730 管理费用303.6759销售费用45.2113合计（固定成本）435.61089工厂成本3410.88527销售成本34568640表12利税计算表项目名称金额(万元)备注1销售收入3760.7(扣除税后)2销项税额639.33销售成本2953.8(扣除税后)4进项税额4585净利润806.96销售利税988.2　　3、投资效益及现金流量计算　　①投资效益30 　　投资利润率　　　　　　39.79％　　内部收益率　　　　　　41.5%②现金流量计算　　本项目计算期按16年考虑，其中建设期为1年，生产经营期为15年，现金流量按项目最大偿还能力计算，折现率为13％。在项目最后一年考虑残值和流动资金回收（现金流量计算表略）。　　根据现金流量计算结果，本项目静态回收期为2.84年，动态回收期为3.97年。　　综上所述，该项目具有可观的经济效，并且对其原料价格和产品价格的变化也有一定的承受能力，具有开发价值。同时该项目投产后，不仅可填补国内MIBK大规模工业生产的空白，也可以推动其后续加工工艺如4020的发展，因此也有良好的社会效益。4、不确定性分析①盈亏平衡分析年销售收入4400万元年税金181.3万元可变成本3020.4万元固定成本435.6万元盈亏平衡点:30 435.6X=──────────×100％=36.35%4400-181.3-3020.430'