國內(nèi)己內(nèi)酰胺生產(chǎn)現(xiàn)狀及生產(chǎn)工藝技術(shù)經(jīng)濟分析比較

張凱鈞 (山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司新材料分公司，山西 晉城 048000)

0 引言

我國是世界最大的己內(nèi)酰胺生產(chǎn)國和消費國，隨著在建己內(nèi)酰胺產(chǎn)能釋放，市場競爭將越來越激烈，行業(yè)進入微利時代，降本增效將成為競爭決定性因素之一。己內(nèi)酰胺生產(chǎn)成本差別主要取決于環(huán)己酮生產(chǎn)成本，因此，有必要對環(huán)己烷氧化法和環(huán)己烯水合法兩種生產(chǎn)工藝的原輔材料消耗、能源動力消耗、廢棄物排放、生產(chǎn)成本等方面進行技術(shù)經(jīng)濟分析比較。

1 國內(nèi)己內(nèi)酰胺生產(chǎn)現(xiàn)狀

己內(nèi)酰胺生產(chǎn)工藝路線按原料分為苯酚法和苯法。苯酚法工藝流程短、產(chǎn)品質(zhì)量好，但受原料苯酚價格較高且供應不易保障、裝置生產(chǎn)成本高等因素制約，目前國內(nèi)只有一家企業(yè)采用苯酚法。新建裝置全部選擇采用苯法路線生產(chǎn)己內(nèi)酰胺，苯法又分為環(huán)己烷氧化法、環(huán)己烯水合法、環(huán)己烯酯化法，其中環(huán)己烯酯化法中試已完成，還有待工業(yè)化驗證[1]。目前國內(nèi)己內(nèi)酰胺主流生產(chǎn)工藝有兩種：環(huán)己烷氧化法和環(huán)己烯水合法。

截至2020年底，國內(nèi)己內(nèi)酰胺總產(chǎn)能437萬噸。其中，環(huán)己烯水合法產(chǎn)能231萬噸，占總產(chǎn)能的53%；環(huán)己烷氧化法產(chǎn)能166萬噸，占總產(chǎn)能的38%；苯酚法產(chǎn)能40萬噸,占總產(chǎn)能的9%。在建己內(nèi)酰胺項目新增產(chǎn)能300萬噸，除巴陵石化搬遷項目擬采用環(huán)己烯酯化法外，其它均采用環(huán)己烯水合法。

2 工藝技術(shù)比較

環(huán)己烷氧化法和環(huán)己烯水合法生產(chǎn)己內(nèi)酰胺的主要區(qū)別就在于生產(chǎn)環(huán)己酮的工藝不同，由環(huán)己酮生產(chǎn)己內(nèi)酰胺的工藝基本相同。下面以30萬噸/年己內(nèi)酰胺規(guī)模級（配套27萬噸/年環(huán)己酮）兩種工藝生產(chǎn)環(huán)己酮進行工藝技術(shù)分析比較。

2.1 總物料平衡比較

（1）環(huán)己烷氧化法：以苯和氫氣為原料，苯加氫生成環(huán)己烷，環(huán)己烷和空氣進行氧化生成環(huán)己酮和環(huán)己醇混合物（KA油），環(huán)己醇脫氫生成環(huán)己酮；環(huán)己酮與液氨、過氧化氫反應生成環(huán)己酮肟，環(huán)己酮肟在發(fā)煙硫酸存在的條件下進行貝克曼液相重排生成己內(nèi)酰胺（副產(chǎn)硫酸銨）（如圖1所示）。

圖1 某廠30萬噸/年己內(nèi)酰胺總物料平衡圖（環(huán)己烷氧化法）

（2）環(huán)己烯水合法：以苯和氫氣為原料，苯選擇加氫生成環(huán)己烯（副產(chǎn)環(huán)己烷），環(huán)己烯進行水合反應生成環(huán)己醇，環(huán)己醇脫氫反應生成環(huán)己酮；環(huán)己酮與液氨、過氧化氫反應生成環(huán)己酮肟，環(huán)己酮肟在發(fā)煙硫酸存在的條件下進行貝克曼液相重排生成己內(nèi)酰胺（副產(chǎn)硫酸銨）（如圖2所示）。

圖2 某廠30萬噸/年己內(nèi)酰胺總物料平衡圖（環(huán)己烯水合法）

2.2 消耗定額比較

27萬噸/年環(huán)己酮兩種生產(chǎn)工藝原輔材料及能源動力消耗定額比較[1-2]（如表1所示）。

表1 兩種工藝主要原輔材料及能源動力消耗定額比較 /噸環(huán)己酮

（1）主要原料消耗

環(huán)己烷氧化法原料苯只有75%～80%轉(zhuǎn)化成環(huán)己酮，其余轉(zhuǎn)化為成分復雜且難以回收利用的副產(chǎn)物，副產(chǎn)物需通過加堿中和后再焚燒處理，氫氣單耗也較環(huán)己烯水合法高。

環(huán)己烯水合法原料苯99.5%轉(zhuǎn)化為環(huán)己酮和環(huán)己烷，其中環(huán)己酮比例可達到80%以上，副產(chǎn)物環(huán)己烷純度高可以作為產(chǎn)品銷售，氫氣單耗也較環(huán)己烷氧化法低。

（2）能源動力消耗

環(huán)已烷氧化法采用氣相加氫，能源消耗量較大；副產(chǎn)物焚燒處理需消耗大量的燃氣能源。

環(huán)己烯水合法加氫反應和水合反應均在液相中發(fā)生，除蒸汽消耗量略高外，其他能源動力消耗都較環(huán)己烷氧化法少。

2.3 廢水、廢氣排放量

27萬噸/年環(huán)己酮兩種工藝廢水、廢氣排放量比較[2]（如表2所示）。

表2 兩種工藝技術(shù)廢水、廢氣排放表

（1）環(huán)己烷氧化法生產(chǎn)環(huán)己酮，苯的綜合利用率僅有75%～80%,在反應的過程中產(chǎn)生了大量廢氣、廢液，需要進行焚燒處理。

（2）環(huán)己烯水合法的苯綜合利用率高達99.5%,廢棄物的排放量只有環(huán)己烷氧化法的10%,并且可用作清潔燃料。

3 生產(chǎn)成本比較

假設(shè)國際原油價格在50～60美元/桶背景下，純苯含稅價格按5 000元/噸、氫氣含稅價格按1.2元/Nm3、化學品和催化劑價格執(zhí)行華北地區(qū)市場價格、能源動力價格執(zhí)行山西晉東南地區(qū)典型價格。對27萬噸/年環(huán)己酮兩種工藝生產(chǎn)成本估算比較（如表3所示）。

表3 兩種工藝環(huán)己酮生產(chǎn)成本比較 元/噸環(huán)己酮（不含稅）

環(huán)己烯水合法較環(huán)己烷氧化法原輔材料、能源動力、廢棄物處理費用低，催化劑費用、制造費用高。環(huán)己烯水合法較環(huán)己烷氧化法生產(chǎn)環(huán)己酮生產(chǎn)成本低10%～15%。

4 對比總結(jié)

（1）產(chǎn)品質(zhì)量方面，環(huán)己烯水合法制得的產(chǎn)品中醛或鏈烷酮等雜質(zhì)較少，所得的環(huán)己酮產(chǎn)品質(zhì)量高。

（2）原料消耗方面，環(huán)己烷氧化法收率較低，氫和堿的消耗較高；而環(huán)己烯水合法收率高，氫和堿的消耗較低。

（3）安全生產(chǎn)方面，環(huán)己烷氧化法過程中采用的是通入空氣氧化方法，系統(tǒng)危險性較大；環(huán)己烯水合法過程在比較溫和的水相中進行，系統(tǒng)危險性較小。

（4）環(huán)境保護方面，環(huán)己烷氧化法生產(chǎn)過程產(chǎn)生難處理的廢堿液，而環(huán)己烯水合法沒有廢堿液生成，三廢少。

（5）生產(chǎn)成本方面，環(huán)己烯水合法較環(huán)己烷氧化法生產(chǎn)環(huán)己酮生產(chǎn)成本低10%～15%，具有顯著的成本優(yōu)勢。

綜合上述，環(huán)己烯水合法生產(chǎn)己內(nèi)酰胺工藝技術(shù),具有流程合理、物料消耗少、環(huán)境影響小、安全性能高、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)成本低等特點，有較強競爭力。

5 結(jié)語

隨著國內(nèi)新建及擴建己內(nèi)酰胺生產(chǎn)裝置產(chǎn)能的釋放，產(chǎn)能過剩矛盾將顯現(xiàn)，市場競爭將會更為激烈。原料環(huán)己酮在己內(nèi)酰胺生產(chǎn)成本中占60%，因此，降低環(huán)己酮生產(chǎn)成本至關(guān)重要，應加強環(huán)己酮生產(chǎn)相關(guān)技術(shù)研發(fā)和技術(shù)升級，提高催化劑轉(zhuǎn)化率，降低生產(chǎn)成本。同時，隨著新建及擴建環(huán)己烯水合法生產(chǎn)己內(nèi)酰胺產(chǎn)能的釋放，副產(chǎn)環(huán)己烷將達百萬噸，應加大環(huán)己烷利用開發(fā)力度，擴展環(huán)己烷市場空間，提高環(huán)己烷產(chǎn)品附加值。