吨年丙酮合成甲基异丁基酮MIBK生产装置可行性研.docx
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吨年丙酮合成甲基异丁基酮MIBK生产装置可行性研
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
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………………………………………16
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
5000
2
总投资：
建设投资
万元
1623
3
流动资金
万元
405
4
建筑面积
m2
4200
5
劳动定员
人
67
6
利润
万元/年
7
投资利润率
%
8
内部收益率
%
9
投资回收期
年
10
盈亏点
%
11
丙酮耗量
吨/年
5400
12
氢气耗量
吨/年
100
13
催化剂用量
m3/年
14
水量
万吨/年
240
15
电
万度/年
272
16
汽（）
万吨/年
二、项目提出的背景和必要性
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。
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～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。
必要性
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
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。
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）
氢气（Nm3）
674
270
242
280
冷却水（t）
579
100
10
60
工艺水（t）
--
--
--
电耗（Kwh）
309
145
150
680
蒸汽（t）
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）
?
15
2
纯度wt%
?
99
3
沸程
初馏点℃
干点℃
馏出体积，%
114
117
95
4
水份%
<
5
酸值%（以乙酸计）
<
6
不挥发物%
<
7
密度kg/m3
800-804
（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 ～
空速h-1
氢/油（V） 400～700
丙酮单程转化率mol％ ≥35
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。
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MIBK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。
反应床压为将由补充的新鲜氢气来控制，低压新氢被增压至，然后减压至后进入反应床以维持床压在，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
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
>%
1350
kg/t
6750t
外购
氢气
>98%
25
kg/t
125t
催化剂
B621
m3/t
抚研院
烧碱
>42%
kg/t
10000kg
外购
水
60
t/t
3000万吨
本厂内
电
220/380v
680
Kwh/t
340万度
本厂内
汽
>
13
t/t
65万吨
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
1
R101
反应器
1
1Cr18Ni9Ti
2
C101
氢压机
Q=min
2
3
C102
循环氢压机
Q=min
2
4
C201
轻组份塔
理论板数42
1
Q235
常压
5
C202
丙酮塔
理论板数50
1
Q235
常压
6
C203
干燥塔
理论板数28
1
Q235
常压
7
C204
产品塔
理论板数50
1
Q235
常压
8
C205
废水塔
理论板数28
1
Q235
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
1
E101
反应物冷却器
F=24m2
1
Q235
2
E102
轻组分塔再沸器
F=48m2
1
Q235
3
E103
轻组分塔顶冷凝器
F=60m2
1
Q235
4
E104
丙酮塔再沸器
F=48m2
1
Q235
5
E105
丙酮塔顶冷凝器
F=60m2
1
Q235
6
E106
干燥塔再沸器
F=48m2
1
Q235
7
E107
干燥塔顶冷凝器
F=48m2
1
Q235
8
E108
产品塔顶冷凝器
F=16m2
1
Q235
9
E109
废水塔再沸器
F=48m2
1
Q235
10
E110
废水塔顶冷凝器
F=16m2
1
Q235
11
E111
凉水塔
1
玻璃钢
12
E112
热水冷却器
F=12m2
1
Q235
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
1
V102
氢气柜
V=250m3
1
Q235
2
V105
氢气缓冲罐
V=8m3
1
Q235
3
V106
新丙酮储罐
V=100m3
1
Q235
4
V107
丙酮计量罐
V=8m3
1
Q235
5
V108
回收丙酮储罐
V=100m3
1
Q235
6
V109
回收丙酮计量罐
V=8m3
1
Q235
7
V110
热水箱
V=8m3
1
Q235
8
V111
反应液分离器
V=6m3
1
不锈钢
9
V113
反应液储罐
V=100m3
1
Q235
10
V116
轻组分包装罐
V=8m3
1
Q235
11
V122
重组分罐
V=8m3
1
Q235
12
V125
成品罐
V=50m3
1
Q235
13
V126
次品罐
V=50m3
1
Q235
14
V130
循环水箱
V=12m3
1
Q235
15
P101
丙酮计量泵
ZJ-3200/100-
2
16
P102
热水循环泵
2
17
P103
反应液泵
2
18
P104
丙酮塔进料泵
2
19
P105
轻组分塔回流泵
2
20
P106
干燥塔进料泵
2
21
P107
丙酮塔回流泵
2
22
P108
废水塔进料泵
2
23
P109
产品塔进料泵
2
24
P110
产品塔回流泵
2
25
P111
抽真空水泵
2
26
P114
循环水泵
2
27
P115
回收液输送泵
2
28
P116
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-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%，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
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
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。
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m3。
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。
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
20
4
高中文化
2
分析工
9
4
高中文化
3
包装工
2
1
初中文化
4
预备工
2
1
高中文化
5
维修工
11
1
高中文化
6
组长
5
4
高中文化
7
工艺工程师
2
1
大专以上文化
8
管理及其它
16
1
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。
（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）
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
1
2
3
4
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
937
814
814
52
52
71
13
58
355
276
276
16
16
63
2
8
53
284
92
92
119
119
73
6
16
51
1576
1182
1182
187
187
207
21
82
51
53
1
2
3
4
第二部分：
其它费用
建设单位管理费
生产职工培训费
设计费
电力增容费
165
30
20
55
60
165
30
20
55
60
一、二部分合计
937
355
284
165
1741
1
2
第三部分：
预备费
常规预备费
价差预备费
281
160
121
281
160
121
建设期贷款利息
122
122
总估算
937
355
284
568
2144
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％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。
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～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
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