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30 kt/a連續工藝生產2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯工業技術

發布時間:2017-04-25 作者:真人娱乐化工  來源:真人娱乐化工



醇酯十二和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯聯產項目 
15kt/a醇酯十二和15kt/a 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯聯產生產裝置
1. 總論
      本項目的技術核心是由異丁醛為初始原料,生產2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單異丁酸酯(商品名稱:醇酯十二)和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯多品種產品綜合聯產技術。
      項目的工藝技術開發過程工業化目的明確,采用了相比於國內裝置更為先進的技術機理理念,綜合技術水平看齊世界先進。具有工藝流程簡單,控製手段先進,產品質量優異,綜合成本消耗低,多品種產品間產能靈活調控的技術特點。
1.1. 醇酯十二
1.1.1. 醇酯十二 物化性質
      醇酯十二化學名稱:2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單異丁酸酯。
      英文名稱:2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate     簡  稱:CS-12。

      醇酯十二主要物化性質見表1-1。

                                 表1-1 醇酯十二物化性質

 

1.1.2. 醇酯十二的主要用途
      醇酯十二(CS-12)是一種高沸點,低冰點的非水溶性二元醇酯,它本身無毒,與多種溶劑均有非常好的相溶性,是普遍公認的綠色溶劑。醇酯十二是水性乳膠類聚合物的強溶劑且水解穩定性能高,適用範圍廣,但其主要功效是用於水性乳膠漆的成膜,是一種非常理想的成膜助劑,主要表現在以下幾個方麵。
      1) 可以降低水性漆的最低成膜溫度
      醇酯十二有突出的溶劑作用,也就是具有極強的聚結能力。在使用少量的情況下,可以有效地降低水性漆的最低成膜溫度(MFT),可以擴大使用高玻璃化溫度類聚合物的水性漆在不同環境溫度下的使用範圍。
      2) 可以促進水性漆成膜
      醇酯十二與其它成膜助劑相比較,水溶性小,且容易被乳膠離子吸收,可以直接接觸,更易於對膠粒的溶脹;醇酯十二的揮發速度低,成膜前保留在水性漆塗層中,溶劑作用不會受到水的揮發影響,成膜的單釜連續性好;而其又具有適宜的揮發度,在水性漆成膜後短時間內完全揮發掉,不會影響水性漆配方設計所預期的硬度和光澤,如表1-2。


      3) 改善水性漆漆膜性能
      由於其成膜溫度低,且具有溶劑的作用,用醇酯十二做成膜助劑的水性漆,乳膠粒子成膜時結合更加緊密、連續,能形成平滑、均勻的漆膜,具有優異的流平性和抗掛性;加入了醇酯十二的水性漆在惡劣的溫度和濕度條件下形成的漆膜良好,改善了樹脂顆粒之間的聚結,從而降低了塗層對水蒸氣的透過性,塗層幹燥後收縮引起的基料樹脂之間的應力鬆弛改善了塗層對底材的附著性,從而使膠粒更加緊密的結合,塗膜的機械強度有所提高,使塗膜能夠抗斷裂和抗完全剝離,進一步增強其耐候性和耐擦洗性能;醇酯十二具有助成膜以及改善水性漆中顏料穩定性和均勻性的作用,使濕膜具有均勻一致的色澤,不易龜裂,展色性好。
      4) 製漆穩定性
      以醇酯十二為成膜助劑的水性漆,經試驗證明對乳膠漆(包括高PH值的丙烯酸乳膠漆)貯存穩定性沒有不良影響,具有製漆貯存穩定性;在常規用量時,具有良好的凍融穩定性;由於其水解性很穩定幾乎不受乳膠漆中堿性的影響,因此具有製漆穩定性。
      醇酯十二有助於各種商品乳液的成膜,有效降低其最低成膜溫度,已作為一種綠色新型塗料塗膜成型助劑得到廣泛應用。此外,醇酯十二還可被用作增塑劑和高沸點溶劑。
      與普通成膜助劑相比,醇酯十二有諸多優點:樹脂相溶性好、用量少、成膜溫度低、膜流平性、展色性好、凝固點低、水解穩定性好、毒性低。
      2014年,全球醇酯十二成膜助劑用量約為15萬噸左右,其中伊士曼全球銷量約10萬噸,潤泰化學股份有限公司約2萬噸,江蘇德納化學股份有限公司3萬噸,其他如日本、歐洲廠家等銷量共計約2萬噸左右,其它小品牌銷售整體量約為1萬噸左右。國內宜興中港精細化工有限公司等也在生產醇酯十二。2016年中國醇酯十二的需求量為8萬噸左右。
1.2   2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯 
1.2.1  2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯物化性質
    化學名稱:2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯。
    英文名稱:2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol diisobutyrate    
    主要物化性質見表1-3。


1.2.2.   2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯的主要用途

    2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯具有低黏度、低密度、低凝固點、很好的相溶性、抗水解、無色透明、高穩定性和安全無毒[FDA(美國食品藥物管理局)認證可用於食品接觸]等特點。

    2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯廣泛應用於各種PVC糊樹脂製品,包括:PVC浸塑手套、玩具、壁紙、地板革、人造革、輸送帶等等;另外,2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯也可以應用於油墨、顏料和EVA、PVAC乳液。2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯主要用途為初級增塑劑、降粘劑及其他特別用途的增塑劑;其主要特性如下:

    1) 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯的作為初級增塑劑:
  • 與DOP或其他初級增塑劑配合使用,減少配方中增塑劑的用量
  • 與同量的DOP增塑劑相比,2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯的可以使PVC板材達到更高的剛度
    2) 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯的作為降粘劑:
  •  降低黏度並保持黏度穩定
  • 改善圖層加工處理
  • 改善塑料溶膠的流動特性,減少高剪切力塗覆時引起的波痕
  •  增加配方中的填料用量以降低成本
  • 更快除去溶膠中的氣泡
    3) 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯的作為特別用途的增塑劑:
  •  更幹爽美觀的表層,改善製品適印性及擦拭性。
  •  更好的抗汙效果
  •  增加表層抗磨損能力,使產品表麵不易有刮痕
  •  改善發泡回彈性
    綠色無毒環保型增塑劑正在國內外推廣使用,我國是PVC的使用大國,因此應大力的開發綠色無毒環保型增塑劑,它是高經濟效益、高環保效益及社會效益的朝陽產品。而2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯的是DOP的替代產品,受到了前所未有的重視。

2. 生產規模、產品方案及工藝流程
2.1. 生產裝置概述
2.1.1. 建築規模
    本裝置年運行時數8000小時。本裝置的公稱生產能力為15kt/a醇酯十二和15kt /a  2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯。
2.1.2. 裝置構成
    本項目裝置組成包括醇酯十二合成單元、異丁酸合成單元、 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯合成單元、精製單元及輔助生產設施等部分。

    裝置組成詳見表2-1。

2.2. 產品方案
本裝置生產產品可分為醇酯十二和 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯。醇酯十二和 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯產品的比例可根據市場需求情況進行調節。

產品方案詳見表2-2。

副產品為異丁酸、異丁酸異丁酯、異丁酸鈉、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇。


2.3   反應機理及工藝流程
2.3.1   反應機理

             

2.3.2    工藝流程
本項目采用一步法合成醇酯十二,再利用醇酯十二合成 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯。
該工藝特點如下:
a. 副反應少,雜質含量低,產品質量品質好,產品市場附加值高。
b. 異丁醛全程綜合收率高,產品單位生產成本低。
c. 生產過程連續,易於操作控製,自動化水平高。
d. 整個係統具有較高的安全性能。
e. 可以根據醇酯十二和 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯的市場情況調節醇酯十二與 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯的產能比例。
該技術綜合消耗低、副反應少、產品質量穩定、反應條件溫和,該工藝技術在同行業中處於領先地位,達到國外同類裝置技術水平。
 
2.3.3  工藝流程簡述
2.3.3.1   醇酯十二合成單元
    來自儲罐的異丁醛與液體縮合催化劑A定量送到裝置中。
    在醇酯十二反應器中,異丁醛在特定的溫度和壓力條件以及液體縮合催化劑A的催化作用下,進行縮醛反應生成醇酯十二(CS-12)。
2.3.3.2  酸化單元
2.3.3.3  醛回收單元
    來自醇酯十二合成單元的物料進入醛回收塔中。
醛回收塔塔頂餾出物主要是異丁醛和少量水、微量異丁醇,冷凝的液體返回至醇酯十二合成反應器的進料管線中繼續參與反應。
    塔底物料主要含有醇酯十二,通過泵將其送入 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯反應器。
2.3.3.4  異丁酸合成單元
    來自罐區的異丁醛、助劑、空氣進入到異丁酸合成裝置中。
    在特定的溫度和壓力條件下進行氧化反應生成異丁酸。
    反應器中的物料主要含有異丁酸和少量異丁醛、丙酮、異丙醇、水、正丁酸、副產物,用泵將其送入 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯合成反應器中。 
2.3.3.5  2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯合成單元
    來自醛回收塔塔釜的物料、異丁酸反應器送出的主要為異丁酸的物料、液體催化劑B進入到 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯反應器入口管線。
    三甲基戊二醇、醇酯十二和異丁酸在在特定的溫度和壓力條件以及液體催化劑B作用下,行酯化反應生成 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯, 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯合成液通過過濾器後送至異丁酸回收塔。
    反應後 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯合成液中主要含有三甲基戊二醇、醇酯十二、 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯和少量丙酮、異丁醛、異丙醇、異丁醇、異丁酸異丁酯、異丁酸、正丁酸、水、副產物。
2.3.3.6  精製單元
2.3.3.6.1  異丁酸回收塔
    來自 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯反應器的合成液進入到異丁酸回收塔中。
    異丁酸回收塔塔頂餾出物主要是異丁酸、和少量水、丙酮、異丁醛、異丙醇、異丁醇、異丁酸異丁酯、正丁酸、三甲基戊二醇、醇酯十二、 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯、副產物,冷凝的液體返回到 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯反應器進料管線中繼續參與反應。
    塔底物料主要含有三甲基戊二醇、醇酯十二、 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯和少量異丁酸、副產物,通過泵將其送至水洗罐,進行水洗,水洗後的油相中主要含有三甲基戊二醇、醇酯十二、 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯和少量異丁酸、副產物,用泵將其送至三甲基戊二醇塔;水相中主要含有水和少量異丁酸、三甲基戊二醇、醇酯十二、副產物,用泵將其送至汙水處理。 
2.3.3.6.2   三甲基戊二醇塔
    水洗後的油相進入到三甲基戊二醇塔中。
    三甲基戊二醇塔塔頂流出物主要是水、異丁酸、三甲基戊二醇、副產物。冷凝的液體送入焚燒爐焚燒。側線采出主要是三甲基戊二醇和少量水、醇酯十二、副產物,送至三甲基戊二醇儲罐或返回到 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯反應器。
    塔底物料主要含有醇酯十二、 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯和少量三甲基戊二醇、副產物,通過泵將其送至醇酯十二塔中。
2.3.3.6.3  醇酯十二塔
    來自三甲基戊二醇塔塔釜物料進入到醇酯十二塔中。
    醇酯十二塔塔頂流出物主要是醇酯十二。冷凝的液體送入醇酯十二儲罐。
    塔底物料主要含有 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯和一些副產物,通過泵將其送至 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯塔中。
2.3.3.6.4  2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯塔
來自醇酯十二塔塔釜物料進入到 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯塔中。
 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯塔塔頂流出物主要是 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯。冷凝的液體送入 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯儲罐。
通過泵將塔底重組分送入焚燒爐焚燒。
 
3. 原材料要求、消耗及“三廢”排放
3.1. 原料要求
本項目生產所需主要原料、用量及規格見表3-1。
表3-1 主要原料數量表
序號 名   稱 單位 數量 質量標準 來  源 備 注
1 異丁醛 t/a 34800 99.4%  
2 催化劑A t/a 900  
3 助劑 t/a 1050 98%  
4 催化劑B t/a 300  

3.2. 裝置消耗     
3.2.1. 原料消耗
原料消耗詳見表3-2。
表3-2 原料消耗表
序號 原料名稱 規格 數量 單位
1 異丁醛IBA 99.4% 1.16 (t/t)
2 催化劑A ―― 0.03 (t/t)
3 助劑 98% 0.035 (t/t)
4 催化劑B ―― 0.01 (t/t)

 
3.2.2. 公用工程消耗
公用工程消耗詳見表3-3。
表3-3 公用工程消耗表        
序號 名 稱 規  格 數 量 單 位
1 循環水 33℃ 0.5MPa 180 t/t
2 蒸汽 2.0MPa 4 t/t
3 儀表空氣 0.5MPa 80 Nm3/t
4 動力電 380V 200 kwh/t

3.3. 工藝裝置:“三廢”排放
本項目生產過程中“三廢”排放見表3-4。
表3-4 “三廢”排放表
排放名稱 排放點 排放量(Nm3/h) 有害物濃度(ppm) 排放去向 備注
合成尾氣 反應器 ≤350.0 ≤10 焚燒爐  
廢水 水洗罐 ≤0.3 t/h ≤6000 生化處理  
廢水 酸化分層罐 ≤0.6 t/h ≤6000 生化處理
廢液 異丁酸脫水塔 ≤0.6 t/h 焚燒爐
廢液 TMPD塔 ≤0.2 t/h 焚燒爐
廢液  2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯塔 ≤0.3 t/h 焚燒爐

 
4. 工藝設備技術方案
4.1. 工藝裝置概述
本項目生產裝置工藝設備共103台(套)。各類型設備見設備匯總表4-1。
根據設備接觸物料情況,設備材質主要采用不鏽鋼,部分使用碳鋼等材質。 
表4-1 設備匯總表
序號 設備類型 設備台數 重量(t) 備注
1 機  泵 68  
2 反應器 7  
3 塔 8  
4 萃取塔 1
5 攪拌釜 2
6 換熱設備 17  
7 貯  罐  
8 其  它  
  合  計 103  

5. 裝置占地
裝置區內建、構築物占地麵積及建築麵積見表5-1。
表5-1  建、構築物建築麵積和占地麵積一覽表
序號 名  稱 建築麵積(m2) 占地麵積(m2) 備 注
1 生產裝置框架 2500
2 罐區及倉庫 1000
  合  計 3500
 
6. 裝置定員
裝置定員不考慮行政管理人員,設備維修維護人員。
裝置定員見表6-1。
表6-1 裝置定員表
崗位名稱 班次 每班定員 合計
車間主任 2 1 2
工藝技術員 3 1 3
設備儀表技術員 1 1 1
安全員 1 1 1
分析工 4 2 8
值班長 4 1 4
操作工 4 7 28
總計 47
 
7. 經濟性評價
7.1. 銷售收入
本項目年生產醇酯十二15,000噸和 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯15,000噸,醇酯十二每噸售價1.5萬元, 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯每噸售價1.6萬元,年銷售收入46500萬元(不含稅為39743萬元)。
7.2. 裝置消耗定額及成本測算
計算基準:聯產醇酯十二和 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯各0.5噸,價格不含稅。
7.2.1. 原料消耗
原料消耗詳見表7-1。
表7-1 原料消耗定額一覽表
序號 原料名稱 原料規格 消耗定額 單位 單價 單位 成本小計(元/噸)
1 異丁醛IBA 99.4% 1.16 (t/t) 6300 元/噸 7308
2 催化劑A ―― 0.03 (t/t) 3600 元/噸 108
3 助劑 98% 0.03 (t/t) 428 元/噸 17.12
4 催化劑B ―― 0.01 (t/t) 6000 元/噸 60
  合計         7493.12

 
7.2.2. 公用工程消耗
公用工程消耗詳見表7-2。
表7-2 公用工程消耗定額一覽表        
序號 名 稱 規  格 單 位 數 量 單價       (元/噸) 成本小計(元/噸)
1 循環水 33℃ 0.5MPa t/t 180 0.2 36
2 蒸汽 2.0MPa t/t 4 180 720
3 儀表空氣 0.5MPa Nm3/t 80 0.1元/m3 8
4 動力電 380V kwh/t 200 0.85元/kwh 170
  合計 934
以上數據為裝置設計值,裝置生產達產後綜合指標應低於表中數據。
7.2.3. 產品成本
  產品成本表見表7-3。
表7-3 產品成本表
序號 項    目 單位成本         (元/噸) 年成本     (萬元/年) 備    注
1 原材料成本 7493.12 22479.36
2 公用工程消耗 934 2802 水、電、汽
3 人工工資 110 330 70000元/人年,47人
4 折舊費 207 621 固定資產投資的10%
5 大修費 140 420
6 企業管理費 150 450
7 總成本 9034.12 27102.36
 管理性成本由廠方控製,目前不在受控範圍之內。
 
8. 利潤與收益
8.1. 投資概算
15kt/a醇酯十二和15kt/a  2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯聯產裝置總概算見表8-1。
表8-1 15kt/a醇酯十二和15kt/a  2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯聯產裝置總概算表
序號 工程及費用名稱 估算價格      (萬元) 備    注
1 設備購置費 4500  
2 構築物及土建 400  
3 儀表及配電 450  
4 安裝及運雜費 360  
5 保溫及防腐 200  
6 不可預見費用 300  
  總投資 6210  
項目總投資估算6210萬元。由於全裝置基本為304、316甚至更高的材質,裝置的建設造價受鋼材市場價格影響很大。
8.2. 利潤收益
本項目利潤與收益見表8-2。
表8-2 利潤收益表
序號 項    目 數值(萬元) 備    注
1 銷售收入 39743  
2 總 成 本 27102.36  
3 稅金及其它 2570.56  
4 銷售利潤 12640.64  
從經濟性評價分析可知,項目經濟性較好。
 
9. 項目可行性判定
本項目為15kt/a醇酯十二和15kt/a  2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯聯產生產項目。可以根據醇酯十二和 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯的市場需求情況調節醇酯十二與 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯的產能比例。
本項目采用一步法合成醇酯十二,再利用醇酯十二合成 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯的工藝技術。
該技術開發過程工業化目的明確,采用了相比於國內裝置更為先進的技術機理理念,綜合技術水平看齊世界先進。具有工藝流程簡單,控製手段先進,產品質量優異,綜合成本消耗低,多品種產品間產能靈活調控的技術特點。同時本項目具有良好的經濟效益,所以本項目可行。

 

項目名稱:15kt/a 醇酯十二和15kt/a  2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯聯產生產技術

報告名稱:項目概述報告

存檔編號:

密    級:公開

報告執筆:  

校    對:

審    核:  

研究單位:吉林市真人娱乐化工科技有限責任公司

完成時間:2017年5月11日