【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 油化工 等領(lǐng)域的關(guān)聯(lián)產(chǎn)品對(duì)需求的拉動(dòng)作用； ② 可拉動(dòng)省內(nèi)化學(xué)原材料、運(yùn)輸和包裝業(yè)的發(fā)展需求約 2 億元，其中化學(xué)原材料 億元，運(yùn)輸及包裝業(yè)計(jì) 億元； ③ 能有效地促進(jìn)就業(yè)，并能影響相關(guān)領(lǐng)域企業(yè)的職工就業(yè)； ④ 為湖北省精細(xì)化工領(lǐng)域，醫(yī)藥領(lǐng)域和 紡織印染領(lǐng)域的發(fā)展 起到至關(guān)重要的作用。 總而言之， 湖北省 XX 藥業(yè)有限公司 “復(fù)合銀催化氧化生產(chǎn)乙二醛 新工藝 及產(chǎn)業(yè)化 ”項(xiàng)目的實(shí)施，與湖北省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的結(jié)合度相當(dāng)緊密，能有效提升 乙二醛 下游產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。該項(xiàng)目實(shí)施后，能滿足湖北省及周邊省市對(duì) 乙二醛 的需求，同時(shí)， 湖北省 XX 藥業(yè)有限公司在 乙二醛 生產(chǎn)領(lǐng)域也將成為國(guó)內(nèi)外最具競(jìng)爭(zhēng)力，技術(shù)最先進(jìn)，產(chǎn)品質(zhì)量最優(yōu)良，生產(chǎn)規(guī)模最大的 乙二醛 生產(chǎn)基地，并對(duì) 乙二 醛 的生產(chǎn)起到示范作用。 三、項(xiàng)目目標(biāo)及主要任務(wù) 主要目標(biāo) 該項(xiàng)目的建設(shè)投產(chǎn)，預(yù)期可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn) 30kt 乙二醛的產(chǎn)量，各主要原料的單耗均有不同程度的降低，預(yù)期達(dá)到： ① 開發(fā)出高效的復(fù)合銀催化劑， 乙二醛的收 率 85%， 催化劑的 14 壽命達(dá)到 180 天以上 ； ② 改善氧化爐的結(jié)構(gòu)，滿足規(guī)?；a(chǎn)的需要； ③ 實(shí)現(xiàn)凈化除雜裝置與氧化爐的集成，簡(jiǎn)化工藝流程； ④ 實(shí)現(xiàn)原料的預(yù)熱與加料的集成，降低生產(chǎn)能耗； ⑤ 產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到 Q/ 標(biāo)準(zhǔn)（一級(jí)品）； ⑥ 實(shí)現(xiàn)新增銷售收入 億元， 新增 利 潤(rùn)總額 2635 萬元； ⑦ 申請(qǐng)專利 1－ 2 項(xiàng)以上。 研發(fā)任務(wù)與內(nèi)容 針對(duì)目前乙二醛生產(chǎn)工藝中催化劑活性低、反應(yīng)爐的結(jié)構(gòu)不合理、工藝流程復(fù)雜、缺少規(guī)?；某商咨a(chǎn)技術(shù)等共性問題， 湖北省XX 藥業(yè)有限公司 和武漢工程大學(xué)通過整合雙方已有的科技資源， 開展新型高效 AgPSe/瓷粒催化劑的改進(jìn)、柵板式固定床氧化爐的工程放大、生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的節(jié)能及集成技術(shù)、規(guī)?；商准夹g(shù)的研究 與開發(fā) ，并 將 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于 乙二醛 的生產(chǎn)線建設(shè)，建成國(guó)內(nèi)最大的 乙二醛 生產(chǎn)示范基地。 （ 1）新型高效 AgPSe/瓷粒催化劑的改進(jìn) 電解銀是乙烯氧化制環(huán)氧乙烷和 甲醇選擇氧化制甲醛的工業(yè)催化劑。 研究 發(fā)現(xiàn)，溫度較低（ 15℃ ~140℃ ）時(shí)電解銀表面存在分子態(tài)吸附氧物種 ； 當(dāng)溫度進(jìn)一步升高到 160℃ 時(shí)，銀表面的超氧物種解離成表面原子態(tài)吸附氧物種，并有部分轉(zhuǎn)變?yōu)轶w相氧物種 ； 溫度升高到300℃ 以上后，出現(xiàn)了較多的最穩(wěn)定的次表層氧物種。 電解銀催化乙二醇氧化制乙二醛時(shí)，反應(yīng)體系的溫度一般在400℃ 以上，結(jié)合上述可知 ， 次表層氧物種可能是促進(jìn)乙二醛生成的 15 主要活性氧物種，而在實(shí)際生產(chǎn)過程中，吸附于電解銀表面的氧氣從銀表面得到電子后，在高溫的作用下解離成原子態(tài)吸附氧物種、體相氧物種、次表 層氧物種等多種形式，其中次表層氧物種可能是促進(jìn)乙二醛生成的主要物種，原子態(tài)吸附氧物種活性很高，可能是促進(jìn)乙二醇過度氧化的氧物種，因此促進(jìn)次表層氧物種的生成，減少原子態(tài)吸附氧物種的表面存在可能是提高乙二醛選擇性的關(guān)鍵。 另外，銀表面將電子轉(zhuǎn)移到受電子氧氣后，在銀表面會(huì)形成 Lewis酸中心位。文獻(xiàn)在研究電解銀催化甲醇氧化為甲醛時(shí)發(fā)現(xiàn)：失去電子的銀表面產(chǎn)生 Lewis 酸中心位，其易吸附甲醇并致甲醇在 Ag 表面的分解?？紤]到乙二醇與甲醇的相似性，認(rèn)為電解銀在催化乙二醇氧化時(shí)，銀表面的 Lewis 酸中心位容易吸附乙二醇并致 其分解脫氫生成甲醛，因此減少表面的酸中心位也是提高乙二醛選擇性的方法。 綜合上述，適度提高反應(yīng)體系的溫度，并加入有效的助劑促進(jìn)次表層氧物種的生成，減少原子態(tài)吸附氧物種的表面存在和表面 Lewis酸中心位是提高乙二醇氧化制乙二醛的選擇性、減少甲醛等副產(chǎn)物生成的關(guān)鍵。 ① 磷含量對(duì) AgP 催化劑性能的影響及工藝條件的優(yōu)化研究； ② 硒的摻雜量對(duì) AgPSe 催化劑性能的影響及工藝條件的優(yōu)化研究； ③ 瓷粒的添加對(duì) AgPSe/瓷粒催化劑的影響及工藝條件的優(yōu)化研究； ④ AgPSe/瓷粒催化劑的工藝制備優(yōu)化； 16 ⑤ AgPSe/瓷粒催化劑 的壽命研究。通過對(duì)各種影響因素的分析，根據(jù)對(duì)各種狀況的綜合平衡提出催化劑更換周期，并在裝置上進(jìn)行了初步驗(yàn)證，最終確定了 AgPSe/瓷粒催化劑 的使用周期 。 （ 2）柵板式固定床氧化爐的工程放大 研究 乙二醇催化 氧化生產(chǎn)乙二醛 時(shí)， 一般采用篩孔作為催化劑的支撐板（見圖 3）。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，裝填平整的催化劑床層容易被破壞，出現(xiàn)變形、裂縫，導(dǎo)致溝流、短路，降低乙二醇的轉(zhuǎn)化率、乙二醛的選擇性，增加后處理的難度，影響產(chǎn)品的質(zhì)量；另一方面，氣體的阻力大，動(dòng)力消耗大。因此，為了保證氧化爐的正常運(yùn)行 ，必須降低反應(yīng)物的流量，這樣氧化爐的生產(chǎn)能力小，不利于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，必須創(chuàng)新氧化爐結(jié)構(gòu)以適應(yīng)規(guī)?；a(chǎn)。 圖 3 改進(jìn)前的篩孔式支撐板結(jié)構(gòu)示意圖 催化劑床層變形、裂縫的可能原因是：一、反應(yīng)后的高溫氣體是直接進(jìn)入床層下端的列管換熱器回收熱量，由于換熱導(dǎo)致催化劑床層與換熱器間的花板兩側(cè)溫差較大，從而導(dǎo)致篩板受熱變形，將填裝在其上的催化劑層撕裂，出現(xiàn)裂縫；二、生產(chǎn)中的進(jìn)氣量發(fā)生波動(dòng)時(shí)，作用在篩板上的力會(huì)隨之發(fā)生改變，引起篩板在上下方向產(chǎn)生微小的振蕩，從而導(dǎo)致催化劑層的變形、裂縫。另外 ，床層阻力大是由于篩板上的氣孔孔徑比較小，對(duì)氣體的阻力較大；當(dāng)其受熱膨脹后，孔徑 17 進(jìn)一步縮小，阻力加大，動(dòng)力消耗增加。 受圓筒卷紙的啟發(fā)，項(xiàng)目組創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)了用于代替不銹鋼篩板的柵板式支撐板，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 4 所示。該支撐板是由半徑大小不同的經(jīng)不銹鋼板卷曲而成的圓筒通過筋板連接構(gòu)成。生產(chǎn)時(shí)，在柵板式支撐板的上方鋪一層金屬網(wǎng)，在網(wǎng)上裝填催化劑構(gòu)成催化劑層。由于圓筒間的間隙較大，能補(bǔ)償鋼板的熱膨脹，又可增大氣體通路，故催化劑層不易出現(xiàn)變形和裂縫，且氣體阻力較?。痪砬傻膱A筒輕且承載重量大，所以能保證在不增加氧化爐 重量的前提下，能抵抗由操作波動(dòng)而帶來的振蕩，又保持良好的傳熱效果。與篩板式支撐板相比，改進(jìn)后的氧化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，且易于實(shí)現(xiàn)裝置的工程放大。 柵 板筋 板 圖 4 柵板式支撐板結(jié)構(gòu)示意圖 ① 柵板式固定床氧化爐的結(jié)構(gòu)分析及爐體工藝的優(yōu)化研究； ② 柵板式固定床氧化爐的放大方法研究。 （ 3）生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的節(jié)能及集成技術(shù) 研究 乙二醛生產(chǎn)中，原料氣進(jìn)入催化劑床層之前需設(shè)置凈化除雜裝置。凈化除雜裝置能有效地除去原料氣中硫、氯化物、 醛、酮、鐵等有害雜質(zhì)，有效地保護(hù)了催化劑，延長(zhǎng)了催化劑的壽命。但凈化除雜 18 裝置的存在既增加了生產(chǎn)中的動(dòng)力消耗，又增加了設(shè)備投資。 研究中考慮將自主開發(fā)的銅系凈化處理劑直接鋪于 AgPSe瓷粒催化劑上，取消原流程中的凈化除雜裝置，形成圖 5 所示的集成氧化爐。 圖 5 集成凈化除雜裝置的氧化爐結(jié)構(gòu)示意圖 原有乙二醇氧化生產(chǎn)乙二醛的工藝流程如圖 6 所示 。 乙二醇經(jīng)預(yù)熱，由噴霧裝置加料與循環(huán)氣風(fēng)機(jī)送來的空氣、循環(huán)氣以及鍋爐來的蒸汽一起經(jīng)遠(yuǎn)紅外加熱后，再經(jīng)凈化除雜裝置進(jìn)入到氧化爐內(nèi)，在催化劑作用下反應(yīng)，生成的乙二醛氣體急 冷吸收測(cè)比重全合格采出，最終送入活性炭脫色得到產(chǎn)品 40％乙二醛水溶液。 圖 6 原有乙二醇氧化生產(chǎn)乙二醛工藝流程 19 由于乙二醇的沸點(diǎn)（ 196 ~ 198 ℃ ）較高，采用直接導(dǎo)熱油加熱蒸發(fā)入料存在下列缺陷：一、高質(zhì)量的導(dǎo)熱油的價(jià)格較高；二、導(dǎo)熱油長(zhǎng)期處于高熱狀態(tài)，容易焦化造成導(dǎo)熱性能下降；三、焦化導(dǎo)熱油的排放污染環(huán)境；四、電熱棒棒壁與釜壁易結(jié)油垢層阻熱，造成傳熱慢、熱效低；五、電熱棒因結(jié)焦造成加熱元件過熱，損壞率高。 遠(yuǎn)紅外輻射加熱是利用加熱后的電阻輻射出大量遠(yuǎn)紅外線，當(dāng)其被物料吸收后轉(zhuǎn)化為熱能，使物料升溫 ，由于遠(yuǎn)紅外輻射具有加強(qiáng)物質(zhì)內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)的作用，因而它相應(yīng)地減少了熱的傳導(dǎo)和對(duì)流損失，具有較高的節(jié)能效果。因此，設(shè)計(jì)利用高壓蒸汽直接作為噴霧氣體將乙二醇噴霧帶入遠(yuǎn)紅外加熱裝置，同時(shí)加熱乙二醇，再適當(dāng)增加遠(yuǎn)紅外加熱器的功率，以確保氣體混合時(shí)所需的溫度。 ① 凈化除雜裝置與氧化爐的集成研究 ； ② 預(yù)熱器與噴射器的集成 。 （ 4）規(guī)?；商准夹g(shù)的研究與開發(fā) 將上述關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于乙二醛的生產(chǎn)線 ，建成國(guó)內(nèi)最大的乙二醛生產(chǎn)示范基地。 ① 萬噸級(jí)復(fù)合銀催化氧化生成乙二醛 工藝軟件包的設(shè)計(jì) ； ② 30kt/a 復(fù)合銀催化氧化生成 乙二醛 示范生產(chǎn)線建設(shè) 。 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)考核指標(biāo) 預(yù)期達(dá)到技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)： ① 采用復(fù)合 銀 作 催化劑， 催化劑的使用壽命延長(zhǎng)至 180 天以上，乙二醛的收率 85%， 乙二醇 單耗下降至 530kg/t； 20 ② 采用 復(fù)合銀作催化劑 ， 雜質(zhì)甲醛生成較少，工藝中去掉 汽提脫醛 工段 ； ③ 采用柵板式 氧化爐 和集成式噴霧加料， 使每噸產(chǎn)品用電降至260 度； ④ 達(dá)到年產(chǎn) 30kt 噸乙二醛能力后，可實(shí)現(xiàn)銷售收入 億元，利稅 3715 萬元 ； ⑤ 產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到 Q/ 標(biāo)準(zhǔn)（一級(jí)品） ，產(chǎn)品出廠合格率 100%。 項(xiàng)目的技術(shù)關(guān) 鍵、創(chuàng)新點(diǎn) （ 1） 關(guān)鍵技術(shù) ① 制備新型高效 AgPSe/瓷粒催化劑； ② 設(shè)計(jì)并制造 易于放大的柵板式固定床氧化爐 ； ③ 工藝流程的優(yōu)化與集成 ； ④ 規(guī)?；商准夹g(shù)的開發(fā)。 （ 2） 創(chuàng)新點(diǎn) ① 開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 新型高效 AgPSe/瓷粒催化劑 ， 催化劑的使用壽命 180天， 乙二醛 收率 85%，吸收后的產(chǎn)品中副產(chǎn)物甲醛含量低于 %。 ② 創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)柵板式結(jié)構(gòu)氧化爐，利用柵板間隙大、承載重量大、阻力小和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，有效地解決氧化爐中催化劑床層易變形和裂縫、阻力大和不易工程放大的難題 。 ③ 開發(fā)銅系凈化除雜處理劑，將凈化除雜裝置與氧化爐的集成， 21 節(jié)省設(shè)備投資；通過采用高壓蒸汽直接噴霧氣化乙二醇的方式代替導(dǎo)熱油蒸發(fā)方式，實(shí)現(xiàn)預(yù)熱器與噴射器的集成，簡(jiǎn)化工藝流程，大幅度地降低能耗。 ④ 開發(fā)規(guī)?；膹?fù)合銀催化氧化乙二醇生產(chǎn)乙二醛的成套技術(shù)， 建立了單套 30kt/a 乙二醛生產(chǎn)裝置，為國(guó)內(nèi)投入運(yùn)行的最大規(guī)模的生產(chǎn)乙二醛裝置 。 項(xiàng)目、人才、基地建設(shè)的統(tǒng)籌計(jì)劃 本項(xiàng)目完成后將建成 30kt/a 乙二醛示范性生產(chǎn)線，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到項(xiàng)目的目標(biāo)要求，包括開發(fā)出新型高效 AgPSe/瓷粒催化劑，設(shè)計(jì)新型柵板式結(jié)構(gòu)氧化 爐，實(shí)現(xiàn)凈化除雜裝置與氧化爐的集成、預(yù)熱器與噴射器的集成，開發(fā)出規(guī)?；膹?fù)合銀催化氧化乙二醇生產(chǎn)乙二醛的成套技術(shù)，并將這些技術(shù)應(yīng)用于乙二醛 項(xiàng)目 建設(shè)與生產(chǎn)過程中。 本項(xiàng)目依托武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院 “綠色化工過程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ”和 “湖北省新型反應(yīng)器與綠色化學(xué)工藝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ”的學(xué)科優(yōu)勢(shì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合 湖北省 XX藥業(yè)有限公司 的 市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，通過本項(xiàng)目的實(shí)施和 規(guī)?；?示范生產(chǎn)線的建設(shè) ， 將為國(guó)內(nèi) 乙二醛 行業(yè)培養(yǎng)一批高素質(zhì)的應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程材料、化工自動(dòng)化、化工裝備設(shè)計(jì)、化工工程管理與施工等領(lǐng)域的專業(yè)人才，培養(yǎng)出一支高水 平的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合研究團(tuán)隊(duì)，培養(yǎng)一批高素質(zhì)的碩士、博士研究生。 湖北省 XX 藥業(yè)有限公司 現(xiàn)有專職科研人員 75 人，其中碩士 3人，博士 1 人，具有高級(jí)技術(shù)職稱人員 10 人。近年來，公司對(duì)科研的研發(fā)投入累計(jì)達(dá)到 6080 余萬元，具備較好的技術(shù)基礎(chǔ)和擴(kuò)大再生產(chǎn)、更新改造的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。 湖北省 XX 藥業(yè)有限公司 要將 乙二醛 生產(chǎn) 22 工藝的建設(shè)打造成國(guó)內(nèi) 乙二醛 生產(chǎn)工藝路線的標(biāo)準(zhǔn)化版本，成為國(guó)內(nèi)乙二醛 生產(chǎn)技術(shù)的標(biāo)桿，同時(shí)，該示范基地的成功建設(shè)，也能夠推動(dòng)國(guó)內(nèi) 乙二醛 生產(chǎn)技術(shù)跨上一個(gè)新的臺(tái)階。 四、項(xiàng)目綜合分析 項(xiàng)目的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益分析 （ 1）技術(shù)效益分析 本項(xiàng)目采用復(fù)合銀催化合成技術(shù)替代傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)乙二醛，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，減排、降耗的同時(shí)擴(kuò)大了生產(chǎn)規(guī)模 ，其水平處于國(guó)際先進(jìn) 地位。 ① 以 復(fù)合 銀 作為催化劑， 可提高乙二醛收率到 85%， 乙二醇單耗 降 至 530kg/t，每年減少 乙二醇 消耗 1000 噸，可降低成本 800 萬元； ② 采用復(fù)合銀作催化劑，雜質(zhì)甲醛生成較少，工藝中去掉了汽提脫醛工段，可降低成本 150 萬元 ； ③ 采用柵板式氧化爐 和集成式噴霧加料， 使每噸產(chǎn)品用電降至260 度，每年減少用電消耗 590 萬度，可降低成本 342 萬元。 可見，項(xiàng)目建設(shè)投產(chǎn) 后，按預(yù)期達(dá)到年產(chǎn) 30kt 噸乙二醛的產(chǎn)量時(shí)，通過技術(shù)創(chuàng)新，每年就可為企業(yè)實(shí)現(xiàn) 新增技術(shù)效益 1292 萬元。 （ 2）經(jīng)濟(jì)效益分析 本項(xiàng)目擬建年產(chǎn) 30kt 噸乙二醛裝置，項(xiàng)目建成后，經(jīng)測(cè)算： 該項(xiàng)目建成投產(chǎn)后年均銷售收入 19306 萬元，年均新增利潤(rùn)總額2635 萬元，年均稅后利潤(rùn) 1766 萬元，投產(chǎn)后 4 年內(nèi)可回收全部投資。投資利潤(rùn)率為 %，投資利稅率為 %，投資內(nèi)部收益率稅前為 23 %，稅后為 %，生產(chǎn)能力利用率為 %。 表 1 財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)主要指標(biāo)表 序 號(hào) 項(xiàng) 目 單 位 數(shù) 值 備