【正文】 全局物料衡算以下是本設(shè)計(jì)中總物料的衡算模擬結(jié)果，以下數(shù)據(jù)全部來自軟件模擬。工業(yè)丙烯酸的質(zhì)量應(yīng)符合下表要求：表42 丙烯酸產(chǎn)品規(guī)格項(xiàng) 目指 標(biāo)優(yōu)等品一等品純度，%色度，Hazen單位（鉑鈷色號）15水分，%阻聚劑（MEHQ）含量（m/m），1020020注：阻聚劑的含量可與用戶協(xié)商制定第五章 物料衡算與能量衡算 概述本設(shè)計(jì)采用二氧化碳、乙烯光催化法合成丙烯酸，原料CO2來自電廠煙氣，在預(yù)處理工段用循環(huán)吸收劑MDEA水溶液吸收，精餾工段中采用3個(gè)精餾塔實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品丙烯酸和副產(chǎn)品乙醛的分離提純。因此，現(xiàn)在生產(chǎn)的所有的丙烯酸，%。到70年代后期，聚丙烯和丙烯酸共聚物出現(xiàn)了兩個(gè)嶄新的應(yīng)用市場———高吸水樹脂和助洗滌劑，為拓展丙烯酸用途提供了光明的前景，并促進(jìn)了丙烯酸的發(fā)展。此外，其在精細(xì)化工領(lǐng)域占有相當(dāng)重要的地位。 主要產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)表41 丙烯酸主要特性分子式CH2=CHCOOH分子重量物理性質(zhì)無色透明液體,有刺激性氣味沸點(diǎn)141℃熔點(diǎn)℃閃點(diǎn)50℃相對密度飽和蒸汽壓相對蒸氣密度(空氣=1)辛醇/水分配系數(shù)的對數(shù)值爆炸極限Vol：~%燃燒熱引燃溫度438℃折射率溶解性： 與水混溶，可混溶于乙醇、乙醚。CO2和C2H4在固體催化劑Cu /ZnO2TiO2表面分別形成具有高反應(yīng)活性的臥式吸附態(tài)和非解離雙點(diǎn)吸附態(tài)，能夠高選擇性的促進(jìn)丙烯酸的光合成。吸收劑應(yīng)用于CO2吸收塔和CO2解析塔（3）催化劑Cu /ZnO2TiO2本工藝合成丙烯酸為催化反應(yīng)，采用催化劑為Cu /ZnO2TiO2，反應(yīng)單程轉(zhuǎn)化率為16%，目的產(chǎn)物選擇性為90%，反應(yīng)溫度為110℃。第四章 原料及輔助原料采購與產(chǎn)品營銷 原料及輔助原料采購 主要原料主要原料有電廠煙氣、乙烯，化工廠設(shè)在寧波北侖區(qū)，有大型的發(fā)電廠和乙烯廠，因此主要原料可由本地區(qū)提供。塔頂出料與循環(huán)物料精制工段中乙烯精餾塔T0303塔底出料混合后進(jìn)入乙醛精餾塔T0306，塔頂?shù)玫劫|(zhì)量分?jǐn)?shù)為97%的副產(chǎn)物乙醛,將氣相的乙醛通過加壓，冷卻為液態(tài)后送至乙醛儲(chǔ)罐。由于CO2的量會(huì)影響丙烯酸的精餾，需要將由閃蒸塔底部出的混合物先經(jīng)過CO2精餾塔T0304，除去CO2。CO變壓吸附裝置選用負(fù)載Cu的金屬基活性碳纖維，其效率為95%，分離出的CO作為輔助燃料。 精制工段閃蒸罐V0301頂部及CO2精餾塔T0304塔頂出的兩股物料經(jīng)混合器混合后溫度為43℃、先由壓縮機(jī)C0301升壓至1MPa，然后經(jīng)過換熱器E0301將溫度降至150℃，再與氣液分離器V0202頂部的出料混合，混合后由壓縮機(jī)C0302加壓至4MPa、213℃，經(jīng)過二級換熱E030E0303降溫至70℃，換熱器E0302采用冷水降溫,E0303采用自身物料加熱。混合氣進(jìn)入換熱器E0202殼程，循環(huán)利用熱能，再經(jīng)過1個(gè)換熱器E0201，經(jīng)過兩次換熱將溫度冷卻至40℃，然后進(jìn)入壓縮機(jī)C0201加壓至1MPa，再進(jìn)入冷凝器E0203，冷卻至40℃后的混合物進(jìn)入氣液分離器V0202進(jìn)行分離，氣液分離器V0202頂部排出的混合氣主要有大量CO2與C2HCO、部分乙醛和極少量的丙烯酸、水；底部排出的混合物主要有丙烯酸、部分乙醛和極少量的COC2H4和水。反應(yīng)器為光催化列管式固定床反應(yīng)器，反應(yīng)管為石英管，石英管外部包有紫銅管，反應(yīng)器由紫外燈提供光源，外部有低壓蒸汽供熱。工藝中另外設(shè)有新鮮吸收劑補(bǔ)充罐以及輸送泵，定量添加新鮮吸收劑以補(bǔ)充循環(huán)吸收劑的損失。脫硫后經(jīng)過換熱器E0101脫硫后的電廠煙氣溫度降為40℃，從下部進(jìn)入吸收塔T0102，吸收劑從吸收塔T0102上部進(jìn)入吸收塔，吸收劑為N甲基二乙醇胺（MDEA），吸收氣相中CO2后的吸收富液從吸收塔T0102底部用泵P0101送入換熱器E0102管程，吸收后的尾氣從吸收塔T0102塔頂排出?，F(xiàn)階段光催化法工藝需要進(jìn)一步探索和深究，我們擬采用光催化法工藝生產(chǎn)丙烯酸。 本項(xiàng)目選擇工藝方案經(jīng)過對上述兩種方法的工藝比較，我們不難看出，傳統(tǒng)的丙烯催化氧化法確實(shí)有著明顯的優(yōu)勢。(2) 反應(yīng)消耗CO2，減小空氣污染，環(huán)保性好。表31 兩種工藝的比較項(xiàng)目丙烯催化氧化法二氧化碳、乙烯光催化法催化劑Mo?Bi/SiO2 + Mo?V/SiO2復(fù)合型固體材料Cu /ZnO2TiO2原料精丙烯、空氣電廠煙氣，精乙烯反應(yīng)壓力/MPa~~反應(yīng)溫度/℃330~365℃90~130℃副反應(yīng)較多少副產(chǎn)物CO、CO甲醛、乙醛、甲酸、乙酸、丙酸CO、乙醛單位產(chǎn)品耗電/( kW反應(yīng)條件為常壓，110℃，目的產(chǎn)物選擇性較高，副產(chǎn)物少。該反應(yīng)對于CO2利用技術(shù)而言，CO2中的碳、氧資源均得到合理利用，對于環(huán)境保護(hù)以及丙烯酸合成等研究均具有重要意義。因此，反應(yīng)器中的溫度易分布不均勻，催化劑易失活，更危險(xiǎn)的是降低了操作的安全系數(shù)。該工藝是工業(yè)化成熟的生產(chǎn)工藝，該工藝原料丙烯成本近年來市場價(jià)格上漲較快，另外，該反應(yīng)的催化劑壽命較短，產(chǎn)物丙烯酸與其水溶液的分離較為困難。該工藝主要的反應(yīng)歷程如下：CH2 =CHCH3 +O2 →CH2 =CHCHO+H2 O+ kJ/mol (32)CH2 =CHCHO+ →CH2 =CHCOOH+ kJ/mol (33)2CH2 =CHCHO+ →3CO+3CO2 +4H2O+1397 kJ/mol (34)2CH2 =CHCH3 + →3CO+3CO2 +6H2O+1500 kJ/mol (35)工業(yè)生產(chǎn)采用固定床兩步法工藝，%，%，最終的丙烯酸總收率為85%。 丙烯酸生產(chǎn)工藝比較丙烯酸的生產(chǎn)方法主要有丙烯催化氧化法，二氧化碳、乙烯光催化法。(5)聚丙烯酸鹽類 利用丙烯酸可生產(chǎn)各種聚丙烯酸鹽類產(chǎn)品(如銨鹽、鈉鹽、鉀鹽、鋁鹽、鎳鹽等)。可作稠化劑，用于油田，每噸產(chǎn)品可增產(chǎn)500t原油，對老井采油效果較好。(2)膠粘劑 用丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸2乙基己酯等共聚乳膠，可作靜電植絨、植毛的膠粘劑，其堅(jiān)牢性和手感好。丙烯酸及其酯類可供有機(jī)合成和高分子合成，而絕大多數(shù)是用于后者，并且更多地是與其他單體，如乙酸乙烯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等進(jìn)行共聚，制得各種性能的合成樹酯、功能高分子材料和各種助劑等。丙烯酸及其酯類作為高分子化合物的單體，世界總產(chǎn)量已超過百萬噸，由其制成的聚合物和共聚物(主要是乳液型樹脂)的產(chǎn)量超過500萬噸。遇熱、光、水分、過氧化物及鐵質(zhì)易自聚而引起爆炸。與氧化劑能發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)。 并對皮膚、眼睛和呼吸道有強(qiáng)烈刺激作用。這些高聚物廣泛用作涂料、黏合劑、固體樹脂、模塑料等。常用的生產(chǎn)方法是由丙烯在鉬鉍系氧化物催化劑的作用下氣相氧化成丙烯醛，再進(jìn)一步氧化制得。 CO2合成丙烯酸工藝中文名稱：丙烯酸 英文名稱：acrylic acid CAS No.：79107分子式：C3H4O2 結(jié)構(gòu)簡式：CH2=CHCOOH 分子量： 熔點(diǎn)(℃)：14 燃燒熱(kJ/mol)： 相對密度(水=1)： 相對蒸氣密度： 沸點(diǎn)(℃)：141 引燃溫度(℃)：438閃點(diǎn)(℃)：50 爆炸上限%(V/V)： 爆炸下限%(V/V)：飽和蒸氣壓(kPa)：(40℃)辛醇/水分配系數(shù)的對數(shù)值：(計(jì)算值)外觀與性狀：無色液體、有刺激性氣味溶解性： 與水混溶，可混溶于乙醇、乙醚。因此，我們的工藝方案采用以CO2和C2H4為原料，在光催化條件下合成丙烯酸。四、 污染少以電廠煙氣中的CO2為原料合成丙烯酸的工藝采用光催化列管式固定床，反應(yīng)以紫外光為光源，相較于其它催化反應(yīng)，污染少。丙烯酸及其酯類作為高分子化合物的單體，世界總需求量超過百萬噸，由其制成的聚合物和共聚物(主要是乳液型樹脂)的需求量超過500萬噸。且反應(yīng)產(chǎn)物的分離簡單，產(chǎn)品純度高。二、 反應(yīng)條件溫和以電廠煙氣中的CO2為原料合成丙烯酸的工藝中，反應(yīng)溫度為110℃，反應(yīng)壓力為常壓。近幾年來，乙烯價(jià)格逐年下降。研發(fā)和大力推廣以CO2為原料的有機(jī)化工產(chǎn)品符合經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的迫切要求。有機(jī)化工產(chǎn)品售價(jià)較高，應(yīng)用廣泛，可產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益，并且新的綠色環(huán)保型材料逐漸替代污染性大的材料。由CO2合成低碳烯烴通過兩條途徑來實(shí)現(xiàn)，即：由CO2加氫合成低碳烯烴和CO2作氧化劑與低碳烷烴發(fā)生氧化脫氫制烯烴來完成。由CO2加氫制低碳烯烴，既可消除由CO2帶來的負(fù)面影響，又能探索低碳烯烴的新來源。而用氧或空氣作氧化劑，則很難達(dá)到從烷烴到目的烯烴的高選擇性。合成烴可經(jīng)簡單分離得到汽油、柴油、煤油等有用產(chǎn)品，該工藝使用以氧化鎂和氧化鈣復(fù)合強(qiáng)堿性氧化物為載體的鎳催化劑。美國科羅拉多公共服務(wù)公司的子公司——燃料資源開發(fā)公司在科羅拉多州普韋布洛建立了一套合成燃料裝置，由CHCO2制取清潔柴油、石腦油和石臘。裝置由裝有甲醇化催化劑的反應(yīng)塔和裝有汽油化催化劑的反應(yīng)塔串聯(lián)而成。因?yàn)镃O2加氫合成低碳烯烴潛在巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，吸引了大量科學(xué)工作者在這方面尋求突破。從CO2出發(fā)直接制取低碳烯烴采用費(fèi)托法。另外，由于甲烷的CO2重整生成合成氣反應(yīng)是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，因此，該反應(yīng)在化學(xué)儲(chǔ)能方面有著廣闊的應(yīng)用前景。六、CH4的CO2重整反應(yīng)生成合成氣甲烷的CO2重整生成合成氣，其生成的合成氣H2/CO比值較低，可滿足于羧化反應(yīng)，高級碳?xì)浠锖秃跤袡C(jī)物的合成，并且廣泛用于醋酸，甲醚以及醇等的合成。用過渡金屬進(jìn)行CO甲烷化催化活性的順序?yàn)椋篟uPdNiCoFeMo，但從經(jīng)濟(jì)角度考慮，通常不采用貴金屬。華南理工大學(xué)以Ni—Ru一稀土/ZrO2三元組合作為催化劑時(shí)，在400℃甲烷化時(shí)CO2轉(zhuǎn)化率可高達(dá)90%，CH4選擇性可達(dá)100%。Bardet等以Ni/SiONi/A12O3作為CO2甲烷化催化劑進(jìn)行了研究，結(jié)果表明反應(yīng)可以在較低溫度下進(jìn)行。從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，從大氣中回收CO2將其轉(zhuǎn)化為CH4具有特別重要的意義。但如前所述，以貴金屬為主要成分的催化劑成本太高，為此，必須尋找廉價(jià)的替代金屬，于是有些研究者把目光轉(zhuǎn)向了多功能催化劑。研究人員在CO加氫合成乙醇催化劑的基礎(chǔ)上，對各種助劑的促進(jìn)作用進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：Sr、Li和Fe都能有效促進(jìn)CO2加氫反應(yīng)中乙醇的生成。對于CO2催化加氫直接合成二甲醚，由于既可充分利用CO2這種碳資源，又可解決其污染問題，因此，兼有化工、能源、環(huán)保等多重意義。此外，通過對該反應(yīng)的研究，希望解決CO2的環(huán)境問題和開發(fā)CO2的再利用價(jià)值。三、CO2制二甲醚CO2經(jīng)過催化加氫制含氧化合物的研究，近年來為人們所關(guān)注，但由于該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，受熱力學(xué)平衡的限制，CO2轉(zhuǎn)化率難以達(dá)到較高值?，F(xiàn)有多數(shù)催化劑是以CO加氫合成甲醇催化劑為基礎(chǔ)加以改進(jìn)制得。目前，尚未開發(fā)出可用于該反應(yīng)的高效催化劑。與傳統(tǒng)工藝相比，合成環(huán)路系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備尺寸較小，循環(huán)氣速率與投資費(fèi)也較低。日本東京瓦斯公司開發(fā)了用CO2合成甲醇的技術(shù)，這種新工藝的關(guān)鍵是采用氧化鋁加銅和鋅制成的新型催化劑，反應(yīng)生產(chǎn)甲醇收率約為25%。CO2催化加氫制甲醇是有效利用CO2的重要途徑之一，國外對此都做了大量研究工作。由于CO2合成甲醇反應(yīng)的熱效應(yīng)明顯低于CO合成甲醇反應(yīng)的熱效應(yīng)，因此，在反應(yīng)過程中催化劑床層溫度易于控制，也有助于防止生產(chǎn)過程中催化劑飛溫，并有助于延長催比劑的使用壽命。隨著羰基合成工業(yè)的發(fā)展和高純CO需求領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大以及能源和環(huán)保方面對CO2綜合利用的需求，二氧化碳制一氧化碳的技術(shù)成果將會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。采用焦炭部分氧化還原法不但可制取高濃度CO，還可同時(shí)實(shí)現(xiàn)CO2向CO的轉(zhuǎn)化。一、CO2制一氧化碳將CO2轉(zhuǎn)化為CO，繼而用來生產(chǎn)碳一化學(xué)品，既節(jié)省能源，又解決環(huán)境問題。碳酸鋇廣泛用于光學(xué)玻璃制造，煙火、化妝品、瓷磚、陶器、鋼鐵、電子工業(yè)。碳酸鈣是主要的無機(jī)粉體填料之一，目前，碳酸鈣廣泛用于塑料、橡膠、造紙、油墨、涂料、建材、日用化工、醫(yī)藥、食品、飼料等行業(yè)。輕質(zhì)氧化鎂是一種重要的原料，主要用于制備陶瓷、搪瓷、耐火坩鍋和耐火磚等，也用作磨光劑、粘合劑和紙張的填料，氯丁橡膠和氟橡膠的促進(jìn)劑和活化劑、制造催化劑、鎂鹽、燃料、酚醛塑料等的原料。硼砂是制取含硼化合物的基本原料，另外，硼砂具有殺菌作用，硼砂在冶金、化工、機(jī)械、紡織和醫(yī)用等行業(yè)也有著重要而廣泛的用途。近十幾年來，隨著白炭黑需求的增加和生產(chǎn)工藝的日益成熟，我國白炭黑的產(chǎn)量突飛猛進(jìn)。二、微細(xì)白炭黑白炭黑是一種用途廣泛，附加值高的精細(xì)化工產(chǎn)品，可用作橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑、涂料和不飽和樹脂增稠劑、涂料消光劑、塑料填充劑、潤滑劑和絕緣材料等。此方法具有流程短、能耗低、質(zhì)量好的特點(diǎn)，可充分利用合成氨廠生產(chǎn)中的氨和CO2，適合于合成氨廠聯(lián)產(chǎn)。因此，以CO2為原料生產(chǎn)碳酸鉀和碳酸氫鉀，在無機(jī)化工領(lǐng)域及其它方面仍具有相當(dāng)重要的地位。這些多為基本化工原料，廣泛用于冶金、化工、建材、輕工、電子、醫(yī)藥、機(jī)械等行業(yè)。Pb(OH)2]、白炭黑（SiO2研發(fā)和大力推廣CO2基聚合物符合經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的迫切要求。廣泛采用可降解的CO2塑料母粒制品替代普通塑料，有望告別“白色污染”。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CO2塑料母粒在堆肥條件下5～60天內(nèi)即可完全降解。2004年6月，吉林油田集團(tuán)公司采用長春應(yīng)化所和蒙西公司的專利技術(shù)，建立了5104 t/a的生產(chǎn)線。隨后，采用該技術(shù)在內(nèi)蒙古蒙西高新技術(shù)集團(tuán)公司建立了3000 t/a的二氧化碳基全降解塑料顆粒生產(chǎn)線，并于2004年2月通過了中科院高技術(shù)研究與發(fā)展局組織的驗(yàn)收。1998年，中科院長春應(yīng)化所開展了CO2與環(huán)氧丙烷共聚的研究。早在1960年代研究者就開始了催化CO2與環(huán)氧丙烷