丙烯酸（Acrylic acid）是化学工业领域重要的原材料，其结构中有-COOH键和C=C键，能与多种化合物发生共聚，其共聚物主要用于胶黏剂、合成纤维、合成橡胶、合成树脂以及在药物合成业、建筑材料业、皮革制造业、加工纺织业以及石油开采业等诸多行业领域都有它的应用。它可与淀粉聚合形成高吸水性树脂（SAP），目前已普遍应用于成人卫生用品和婴儿纸尿片中，还应用于食品、农业、园林等各领域。
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中文名称 |
丙烯酸 |
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英文名称 |
ETHYLENECARBOXYLIC ACID |
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别名 |
败酯酸 |
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分子式 |
C3H4O2 |
分子量 |
72.06 |
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外观与性状 |
无色液体，有刺激性气味 |
CAS号 |
79-10-7 |
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熔点(℃) |
13.5 |
相对密度（水=1） |
1.05 |
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沸点(℃) |
141 |
饱和蒸气压(kPa) |
1.33(39.9℃) |
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燃烧值(kJ/mol) |
1366.9 |
辛醇/水分配系数的对数值 |
0.36 |
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闪点(℃) |
68.3 |
爆炸上限%(V/V) |
8.0 |
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引燃温度(℃) |
438 |
爆炸下限%(V/V) |
2.4 |
表1-1 丙烯酸主要物理性质
如果气态的丙烯酸与空气接触混合会引发爆炸的危险，遇到明火则能产生燃烧现象；如果与过氧化物接触会剧烈反应难以控制，要是和高温热能接触可自身发生聚合瞬间释放大量热能，从而引发储罐的破裂与爆炸。
截至目前，丙烯酸主要产地包括欧州西部国家的德国、法国和比利时、北美洲的美国，亚洲主要是中国、韩国和日本(详见表1-2)。其中日本姬路的触媒化学公司(NSKK)、德国路德维希港的巴斯夫公司(BASF)、法国卡林的阿科玛公司(Arkema)和美国德克萨斯州的陶氏化学公司(Dow Chemical)是全球四大丙烯酸生产商。全球2011年总产量为532万吨。2012年为606.8万吨，2013年底为637.3万吨。
表1-2 全球主要国家与地区产能统计/万吨
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国家 |
生产企业 |
装置所以地 |
产能 |
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粗丙烯酸 （CAA） |
通用型丙烯酸酯（AE） |
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美国 |
陶氏化学公司 |
德克萨斯州 迪尔帕克 |
57.5 |
41.0 |
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路易斯安那州 塔夫特 |
11.0 |
18.0 |
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American Acryl公司 |
德克萨斯州 |
12.0 |
6.0 |
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阿科玛公司 |
德克萨斯州 |
52.0 |
19.5 |
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德国 |
巴斯夫公司 |
路德维希港 |
27.0 |
38.0 |
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StoHaas Monomer公司 |
马尔 |
26.5 |
6.0 |
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陶氏化学公司 |
伯伦 |
8.0 |
6.0 |
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法国 |
阿科玛公司 |
卡林 |
27.5 |
27.0 |
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比利时 |
巴斯夫公司 |
安特卫普 |
32.0 |
15.0 |
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日本 |
日本触媒化学公司 |
姬路 |
46.0 |
13.0 |
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三菱化学公司 |
三重县 |
11.0 |
11.5 |
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出光石化公司 |
爱知县 |
5.0 |
5.0 |
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大分化学公司 |
大分县 |
6.0 |
－ |
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韩国 |
LG化学公司 |
丽川 |
20.8 |
23.0 |
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丽珠 |
6.5 |
－ |
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中国台湾 |
台塑集团公司 |
麦寮 |
10.0 |
10.0 |
丙烯酸的消费区主要为一些经济强国，例如亚洲的中国和日本、北美洲的美国以及欧洲西部国家，这些经济强国占全球消费量比重的80%。2014年市场需求500万吨，亚州和太平洋沿岸地区占的比重最大为54%，北美州其次比重为23%，欧洲西部国家比重为17%，剩下的6%为欠发达地区。2014到2020年，需求将不断的扩大，预计每年的增长速率约7.6%，其中亚洲东北部地区增长最快。到2020年需求将达700万吨，并且市值可达到190亿美金。
2015年，国内丙烯酸生产厂家已增至16家(详见表1-3)，总体产能达300万吨，比2014年增长10%，产业集中度高。未来，国内总产能持续增加需求旺盛，我国丙烯酸产能到2019年将达到336.8万，产能和产量年增长率分别为4.8%和4.3%。
表1-3 2015年丙烯酸生产企业及其产能 /万吨
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企业名称 |
产能 |
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江苏裕廊化工有限公司 |
68.5 |
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浙江卫星石化股份有限公司 |
48.0 |
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扬子石化—巴斯夫有限责任公司 |
35.0 |
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台塑丙烯酸酯（宁波）有限公司 |
32.0 |
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上海华谊丙烯酸有限公司 |
23.0 |
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江苏三木集团有限公司 |
14.0 |
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中海油能源发展有限公司惠州石化分公司 |
14.0 |
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山东开泰石化股份有限公司 |
11.0 |
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烟台万华聚氨酯股份有限公司 |
10.0 |
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沈阳石蜡化工有限公司 |
8.0 |
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中国石油兰州石化公司 |
8.0 |
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万洲石化（江苏）有限公司 |
8.0 |
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山东宏信集团化工股份有限公司 |
8.0 |
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福建滨海化工有限公司 |
6.0 |
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正和集团股份有限公司 |
4.0 |
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中国石油吉林石化公司 |
2.7 |
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合计 |
300.2 |
近年，国内丙烯酸产业进一步扩大，不断有大型丙烯酸装置投产，但还不能满足市场的需求量，国内丙烯酸及酯消费情况如图 1-1所示：
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图 1 1丙烯酸及酯消费状况
本项目为南京红宝丽股份有限公司设计一座以丙烷为原料年产17万吨的丙烯酸分厂。
本项目选址在江苏省南京市高淳经济开发区，地处长江三角洲，环境良好，水资源充足，产业优势和区域优势明显，水陆交通便捷，十分适合建厂。
本项目在传统工艺基础上进一步优化，在不影响环境的前提下进行高效、稳定的生产，为其相关下游产业的经济增长和行业发展提供足够的原材料，前景广阔。
本项目主要分为两个工段，第一工段是丙烷脱氢制丙烯工段，该工段采用Oleflex工艺，该工艺稳定可靠。用高效的铂系催化剂在4台串联移动床反应器中进行脱氢，再经深冷分离和精制后得到聚合级丙烯，其副产物为反应器提供热量。原料转换率高，产品选择性好，无废物排出，满足环保生产要求。
第二工段是丙烯制丙烯酸工段，该工段采用两步氧化法，使用三菱油化技术，工艺成熟稳定、污染少，其催化剂的使用周期长。反应中对原料的浓度要求低、且原料有较高的转化率和产品收率。此外，全厂还对废水进行回收、对废渣和尾气进行处理污染降至最低，以达到绿色生产要求。
选择17万吨/年生产量作为本项目的生产规模，从对项目产品的高效利用，节省生产的成本、提升公司的经济效益、充分研究分析其市场变动，建设现状以及发展趋势探讨，考虑后续发展，根据市场需求调研，这样的产量有较大的灵活性。
有机化学工业的发展，可为其下游相关的产业提供足够的原材料,用于开发合成树脂的生产和加工,支持的优势纺织、轻工业、机械制造业。促进贫油地域的经济增长，实现规模化、持续化产业链的形成，为江苏南京高淳新区的丙烯行业建设提供支撑。
表2-1产品方案表
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产品名称 |
工业级C3H4O2 |
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执行标准 |
GB/T 4649-2008 |
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规格 |
99.8%（质量分数） |
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级别 |
优等品 |
|
产量 |
17.5万吨/年 |
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单价 |
6300/吨 |
原料的选择考虑成本经济、来源稳定、环境友好三个要素。项目的主要材料的信息见表2-2：
表2-2原料、辅助材料来源表
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项目 |
名称 |
消耗量 |
来源 |
运输方式 |
备注 |
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原料 |
丙烷 |
13.95万吨/年 |
总厂提供 |
管道运输 |
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甲苯 |
10.38吨/年 |
外购 |
公路 |
罐装 |
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空气 |
74.64万吨/年 |
本厂提供 |
管道运输 |
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辅助 材料 |
工艺软水 |
14.97万吨/年 |
总厂提供 |
管道运输 |
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Pt-Sn/Al2O3催化剂 |
3.2吨/年 |
外购 |
铁路、公路 |
袋装 |
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TS-1催化剂 |
1.4吨/年 |
外购 |
铁路、公路 |
袋装 |
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Mo-Bi-Co催化剂 |
5.16吨 |
外购 |
铁路、公路 |
袋装 |
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Mo-V-Cu催化剂 |
14.357吨 |
外购 |
铁路、公路 |
袋装 |
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阻聚剂 |
334.71吨 |
外购 |
铁路、公路 |
袋装 |
本项目丙烷，工艺软水由总厂提供，甲苯以及各类催化剂采用外购。空气经净化、压缩与冷却，精馏分离等流程，分离得到O2，O2由园区提供直接用管道输送。
本项目动力和燃料均来自总厂，相关消耗估算如表2-3所示：
表2-3 项目动力及公用工程消耗估算表
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序号 |
公用工程名称 |
消耗量 |
单位 |
来源 |
备注 |
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1 |
电 |
3423.5 |
万度/年 |
园区提供 |
连续使用 |
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2 |
高压蒸汽（250℃） |
2.35 |
万吨/年 |
园区提供 |
连续使用 |
|
3 |
中压蒸汽（175℃） |
2.66 |
万吨/年 |
园区提供 |
连续使用 |
|
4 |
低压蒸汽（125℃） |
4.55 |
万吨/年 |
园区提供 |
连续使用 |
|
5 |
20℃回到冷却水 |
12.64 |
万吨/年 |
园区提供 |
连续使用 |
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6 |
冷冻盐水(-25℃,0.1MPa) |
22.2 |
万吨/年 |
园区提供 |
连续使用 |
Ø 从多方角度分析，选用最适合的生产工艺；
Ø 原料来源充足，运输便捷，价格合理；
Ø 工艺成熟可靠，能源消耗低，质量严格把关。
Ø 环保是否满足要求，资源是否高效利用不浪费。
“洋葱模型”是化工设计经典合成过程（如图3.1所示）。首先要对反应器进行计算、设计和选型，一切都要围绕它来展开，因为它是整个反应过程的核心组成部分；其次再对分离再回到系统进行选择；反应过程需要的大部分设备和负荷主要由反应器、分离与再回到系统决定，最后通过公用工程来提供项目自身不能达到的负荷。
图3-1“洋葱模型”图
Rudd.Powers.Sirrda在《ProcessSynthesis》中提出：过程合成方案中的合成指导理论通过“洋葱模型”可直观的表现理论过程的层次和结构。合成步骤如表3-1所示：
表3-1化工过程合成步骤
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序号 |
合成步骤 |
过程操作 |
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1 |
消除分子类型上的差异 |
化学反应 |
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2 |
通过匹配源和汇分配产品 |
混合与分流 |
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3 |
消除组成差异 |
分离 |
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4 |
消除温度、压力和相态差异 |
温度压力及相态变化 |
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5 |
集成目标：将各操作结合成单元过程 |
— |
分析设计模式，结合设计过程中的进度安排和实际情况，得到工艺设计思路如图3.2：
图3.2 化工合成步骤图
主要生产车间为丙烷脱氢车间、丙烯分离车间、丙烯氧化车间、丙烯酸精制车间。本项目主要流程分为两个工段：丙烷脱氢制丙烯工段如图3-3所示；丙烯氧化制丙烯酸工段如图3-4所示。
图3-3丙烷脱氢制丙烯工段aspen流程图
图3-4丙烯氧化制丙烯酸工段aspen流程图
原料丙烷通过FEED输送，经泵PUMP把丙烷输送到精馏塔T101把丙烷中的C4组分除去，精馏塔T101出来的高纯度丙烷在混合器MIXER1与H2混合，混合充分后的物流M5输送到换热器HEATX1换热后就输送到加热炉E101，加热到600℃时依次进入R1、R2、R3、R4四个反应器反应，出来的高温粗丙烯直接进入急冷塔MIXER2冷却至300℃，300℃的粗丙烯作为热源与丙烷、H2混合后物流M5在换热器HEATX进行换热，出来的物流S13进入下一工段，详细流程见图3-5：
图3-5丙烷脱氢车间流程图
物流S13通过换热器HEATX3的降温后，以此作为加氢反应的热量来源，在输送到冷凝器H101至40℃，物流S15在冷凝罐V101中将水分分离。反应气S17经过透平机COMPR压缩、干燥塔SEP将水分S20从反应气里脱除，物流S21先与从冷箱出来的H2换热后再进入冷箱进行深冷分离，分离出来的H2分成CYCLEH2、H2-OUT、FS28三股物流。
H2-OUT物流加压用储罐储藏用于出售、CYCLEH2物流先与HEATX2换热，然后回到回MIXER1与T101-D，H2-IN物流混合成M5。FS28与F24和S26物流在混合器MIXER3混合。M29号物流与S13号物流换热加热到50℃后，在35-60℃下R5-IN物流中的丙炔和H2在催化剂作用下合成丙烯，R5-OUT号物流催化加氢后进入脱乙烷塔T102，把反应气中的C2、C1、H2脱除，脱乙烷塔T102塔顶出来的粗乙烷进入精馏塔T103，从T103-W物流出来的乙烷纯度为99.99%经过加热、加压后输送至储罐。
乙烷精制塔T103塔顶冷凝器出来的T103-D物流经过乙烯回收塔T105分离，在T105-W物流得到99.1%乙烯。从脱乙烷塔T102塔顶冷凝器出来的T102-D2物流和乙烯回收塔T105塔顶冷凝器出来的T105-D物流在MIXER4混合后送至燃烧炉。分离C2、C1组分的粗丙烯从T102-W物流通过泵PUMP2送至丙烯精馏塔T104得到97.3%的精丙烯T104-D送至丙烯氧化工段，同时分离出来的99.5%的丙烷T104-W回到回精馏塔T101，详见图3-6：
图3-6丙烯分离工段流程图
