丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展 丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展

丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展

  • 期刊名字:化工進(jìn)展
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  • 論文作者:吳糧華
  • 作者單位:中國石化上海石油化工研究院
  • 更新時(shí)間:2020-10-26
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論文簡(jiǎn)介

化工進(jìn)展2007年第26卷第10期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·1369·丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展吳糧華(中國石化上海石油化工研究院,上海201208)摘要:重點(diǎn)論述了丙烯腈催化劑、流化床反應器及丙烯腈生產(chǎn)中環(huán)保節能降耗等生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)展,并展望了丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展關(guān)鍵詞:丙烯腈;氣氧化;催化劑;生產(chǎn)技術(shù)中圖分類(lèi)號:TQ226文獻標識碼:A文章編號:1000-6613(2007)10-1369-05Advances in the Production Technology of AcrylonitrilewU LianghuaShanghai Research Institute of Petrochemical Technology, SINOPEC, Shanghai 201208, China)Abstract: Acrylonitrile is a kind of important chemical raw material. In this paper, technicaldevelopment of acrylonitrile were elaborated in details. and the main directions of acrylonitrile catalystsKeywords: acrylonitrile; ammoxidation; catalyst; production technology丙烯腈是一種重要的化工原料,主要用來(lái)合成工藝自問(wèn)世以來(lái),工藝上沒(méi)有重大的改進(jìn),主要以聚丙烯腈纖維、ABS/SAN樹(shù)脂、己二腈、丙烯酰胺、研究新型催化劑為主及新型流化床反應器的開(kāi)發(fā),碳纖維等。丙烯腈于1893年由法國化學(xué)家首次制同時(shí)開(kāi)展以節能降耗、環(huán)保等為目標的工藝技術(shù)改得,但直到20世紀40年代丙烯腈才開(kāi)始工業(yè)化生造,以提高裝置效率。進(jìn)入到90年代后,丙烷氨氧產(chǎn)。1960年, INEOS/BP( Sohio)成功地開(kāi)創(chuàng )了由化制丙烯腈成為研究的熱點(diǎn)。丙烯、氨和空氣在多相催化下于流化床反應器中直接氨氧化制造丙烯腈的新工藝,帶動(dòng)了a烯烴選I催化劑的研究開(kāi)發(fā)擇性氧化及相關(guān)學(xué)科的全面發(fā)展。從丙烯、異丁烯催化劑始終是丙烯腈生產(chǎn)的核心。各主要的丙等為原料,選擇性氧化反應制備丙烯醛(酸)、丙烯烯腈技術(shù)開(kāi)發(fā)商都著(zhù)重于高性能催化劑的開(kāi)發(fā),目腈、甲基丙烯醛(酸)、甲基丙烯腈等都已得到廣泛前居于世界先進(jìn)水平的催化劑有美國ⅣEOS/BP公工業(yè)化。目前用于此類(lèi)反應的工業(yè)化催化劑都是多司C49MC、旭化成工業(yè)公司的S催化劑、 Solutia組份復合金屬氧化物體系,主要的活性組分是鉬鉍公司的MAC3及上海石油化工研究院(SRIT)的鹽等四。由于新工藝具有過(guò)程簡(jiǎn)單、操作方便、原MB98、SAC200等。 INEOS/BP是這一領(lǐng)域最重料易得、成本低等優(yōu)點(diǎn), Sohio工藝自開(kāi)發(fā)成功后要的公司之一,其開(kāi)發(fā)的催化劑從最初的磷鉬酸鉍迅速在世界范圍內推廣,而同一時(shí)期,英國的催化劑,丙烯腈收率60%左右,到70年代的C-41Distillers公司、法國的 Ugine公司、意大利的催化劑,收率提高到了70%,之后又相繼推出了Montedison公司和SNAM公司及奧地利的O.SWC49和C-49mc催化劑,將丙烯腈的收率進(jìn)一步提公司雖然也分別開(kāi)發(fā)出了自己的丙烯氨氧化催化劑高至中國煤化工 INEOS/BP也在和工藝,但由于技術(shù)和經(jīng)濟上無(wú)法和 Sohio工藝競CNMH爭,因此這些工藝已完全淡出市場(chǎng)。目前全世界丙收稿日烯腈的生產(chǎn)幾乎都采用 Sohio的內烯氨氧化工藝。作者簡(jiǎn)介吳糧華(1960-),男,高級工程師,主要從事丙烯腈工業(yè)催化劑及丙烯腩成套工藝技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)。電話(huà)021-68468623該工藝經(jīng)40多年的發(fā)展,工藝技術(shù)已非常成熟。該B-miwu@sript.com.co.1370·化工進(jìn)展2007年第26卷開(kāi)發(fā)系列丙烯腈催化劑,如高HCN收率的催化劑后的催化劑有很好的粒度和適度的活性,可以獲得較等。旭化成的S催化劑、 Solutia的MAC3催化高的丙烯睛收率及保持催化劑良好的穩定性劑在工業(yè)裝置上都取得了不俗的業(yè)績(jì),丙烯腈收率22內循環(huán)擋板(UL)流化床反應器都達79%左右,但使用S催化劑需對反應器作必要隨著(zhù)人們對丙烯腈技術(shù)的深入研究,尤其是對丙的改造,MAC3催化劑含有放射性元素U,因此造烯氨氧化反應催化劑的表面價(jià)態(tài)變化和反應動(dòng)力學(xué)成了這2種催化劑推廣應用的難度,目前僅在自己的研究,提出了多種在流化床內設置內部構件的反應公司的丙烯腈裝置上使用。 SRIPT從20世紀60年器類(lèi)型。在中國石化總公司的組織下,研究者在深入代初開(kāi)始丙烯腈催化劑的研究開(kāi)發(fā),先后開(kāi)發(fā)成功研究丙烯氨氧化催化劑的氧化還原、動(dòng)力學(xué)行為及9代丙烯腈工業(yè)催化劑,成功地應用于國內的丙烯提升管反應器傳遞特性的基礎上,提出了新型的內循腈工廠(chǎng)。特別是在80年代后,SRPT充分利用現代環(huán)擋板流化床反應器,簡(jiǎn)稱(chēng)為UL型反應器1。原料催化理論和基礎研究成果,深入研究了催化劑電荷以較低的氧烯比進(jìn)入床層下部,得到高的丙烯腈選擇平衡、晶格缺陷及晶格氧遷移對催化劑反應性能和性,然后通過(guò)氧的二次布氣使床層上部的氧烯比較穩定性的影響,并開(kāi)發(fā)了關(guān)鍵相法制備丙烯腈催化高,獲得高的丙烯轉化率,從而使總的丙烯腈收得到劑的技術(shù),通過(guò)氧化還原對的優(yōu)化及催化劑表面酸提高。反應器通過(guò)設置的內構件,使催化劑實(shí)現內循性的修飾,提高了催化劑在較高壓力和負荷下的反環(huán),消除了低氧烯比區域催化劑容易失活的缺點(diǎn)。該應性能4山,成功開(kāi)發(fā)的MB-86、MB-96、MB-98反應器已進(jìn)行了萬(wàn)噸級工業(yè)試驗,取得了良好效果及SAC2000催化劑取代進(jìn)口催化劑廣泛應用于引2.3氣體分布器的改進(jìn)進(jìn)的丙烯腈工廠(chǎng),丙烯腈收率達到80%的國際先進(jìn)丙烯、氨和空氣的勻均混合是取得良好反應結水平,滿(mǎn)足了國內丙烯腈工廠(chǎng)的需求。 SRIPT的催果的關(guān)鍵。工業(yè)上曾通過(guò)改變丙烯氨分布器和空氣化劑具有丙烯腈收率高,丙烯醛、丙烯酸等雜質(zhì)少,分布板噴嘴的相對位置等,強化了氣體的混合,改裝置運行周期長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)。表1是近年來(lái)國內外丙烯善了反應性能。清華大學(xué)在進(jìn)一步研究了丙烯氨氧腈裝置上廣泛使用的催化劑情況?;磻W(wǎng)絡(luò )和特點(diǎn)后,開(kāi)發(fā)了多重圓環(huán)式管結構的丙烯氨分布器,如圖1(a),其外形與反應器外表1國內外主要丙烯腈催化劑的原料消耗及單收形幾何相似,實(shí)現了噴嘴的空間均勻分布。丙烯氨催化劑烯/·t1氨t·t1丙烯腈單收/%分布器的噴嘴結構由原來(lái)的下噴式改為側噴式,如0.550583圖1(b),抑制了丙烯和氨向床層底部富氧區的軸向逆擴散,提高了丙烯腈的選擇性。C-49MC104MAC-3MB-98104SAC-2000注:表中丙烯睛單收為保證值2流化床反應器的進(jìn)展流化床反應器是丙烯睛裝置的關(guān)鍵設備之一,(a)多重圓環(huán)分布器示意反應器能否穩定高效的運行直接影響到丙烯睛的產(chǎn)量、質(zhì)量及生產(chǎn)成本。因此,丙烯腈流化床反應器的研究開(kāi)發(fā)始終是這一領(lǐng)域的熱點(diǎn)。21反應再生并行反應器中國煤化工該技術(shù)是由原東德EB石油化學(xué)公司開(kāi)發(fā)的通過(guò)兩個(gè)流化床分別解決選擇性和活性的矛盾需要CNMHG再生的催化劑從反應器底部流出,用循環(huán)氣作為提升(b)噴嘴結構示意氣體,經(jīng)提升管送入再生器??刂坪迷偕鷹l件,再生圖1多重圓環(huán)分布器結構第10期吳糧華:丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展l371旋風(fēng)分離器的改進(jìn)傳熱面積的大小、撤熱水管的高度等會(huì )影響催化劑旋風(fēng)分離器是丙烯腈流化床反應器內的關(guān)鍵流化質(zhì)量、反應溫度的控制、床層溫度分布及深度設備,它直接決定了反應器內催化劑的粒度分布、氧化反應,因此,撤熱水管是丙烯腈流化床反應器催化劑的損失量,因此,它對反應器的流化質(zhì)量、內的重要內構件。近年來(lái),在新反應器的設計和老反應性能和長(cháng)周期穩定運行起著(zhù)重要的作用。生產(chǎn)裝置的改造中增加了1U和2U的撤熱水管來(lái)提高上曾通過(guò)調整旋風(fēng)分離器筒體的高徑比、料腿的長(cháng)反應溫度調節的精度,提高撤熱水管的高度,減少度等措施,提高了旋風(fēng)分離器的效率,使催化劑損深度氧化反應,都取得了良好的效果。失明顯降低。但隨著(zhù)丙烯腈裝置生產(chǎn)能力的不斷擴3工藝技術(shù)的進(jìn)展大,反應器原有的三級旋風(fēng)分離器[見(jiàn)圖2(a)]由于存在以下原因而成為反應器擴能的瓶頸:①旋風(fēng)在過(guò)去的生產(chǎn)過(guò)程中,工藝技術(shù)也取到了長(cháng)足分離器組體積龐大,在反應器有限空間內能布置的的進(jìn)步,包括萃取塔側線(xiàn)出料、提高脫氰塔的分離旋風(fēng)分離器組數少;②受到旋風(fēng)分離器適宜操作氣效率、增設廢熱鍋爐回收污水和尾氣燒卻爐的熱能速及壓降的限制。因此,國際大公司均致力于開(kāi)發(fā)廢液的深井處理等。近年來(lái),隨著(zhù)各國對環(huán)保和可新型旋風(fēng)分離器組,其中美國杜邦公司開(kāi)發(fā)成功了持續發(fā)展理念的不斷提高,丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)一種“一拖二”的兩級旋風(fēng)分離器,即第一級為一主要集中在節能降耗、環(huán)保等方面,焦點(diǎn)是中和塔臺大直徑分離器,第二級采用兩臺并聯(lián)的小直徑分污水的處理,主要的技術(shù)進(jìn)展如下。離器,見(jiàn)圖2(b)。該技術(shù)取得了成功,但不足之31降低反應器出口的氨含量處是仍需用3臺旋風(fēng)分離器,占據空間仍然較大。丙烯氨氧化生產(chǎn)丙烯腈過(guò)程中,一般會(huì )有10%相比之下,中國石化自主開(kāi)發(fā)成功的新型PV兩級旋左右的未反應氨進(jìn)入中和塔用硫酸中和,生成較難風(fēng)分離器[見(jiàn)圖2(c)]與杜邦公司的“一串二”兩處理的硫銨廢水。 INEOS/BP借鑒其增產(chǎn)HCN的技級技術(shù)相比,不僅分離性能優(yōu)異,而且占據空間小,術(shù),在反應器密相層23處添加甲醇、乙腈等有機安裝簡(jiǎn)便,十分適用于丙烯睛裝置的擴能改造。目物,利用這些有機物進(jìn)一步與未反應氨反應生成前,PV二級旋風(fēng)分離器已廣泛應用于國內丙烯腈流HCN等,達到消除未反應氨的目的61。但該技化床反應器的擴能改造41。術(shù)存在犧牲丙烯腈收率及在成品丙烯腈中引入丙烯酸甲酯等新雜質(zhì)的缺點(diǎn)。上海石油化工研究院較好地克服了上述問(wèn)題,在稀相加入能與氨反應但不會(huì )生成丙烯酸甲酯的有機物,利用稀相存在的少量催化劑,反應生成HCN、乙腈等,從而消除未反應的氨,并避免了較難處理的硫銨廢水問(wèn)題。目前該技術(shù)已完成實(shí)驗室的開(kāi)發(fā),將進(jìn)入工業(yè)試驗階段。3.2中和塔硫酸循環(huán)使用丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)中就中和塔而言有2種工藝,(a)原三級旋風(fēng)(b)杜邦“一拖二”即不回收硫銨和回收硫銨工藝。不回收硫銨工藝中和塔一段結構酸性操作,硫銨廢水直接注入深井處理?;厥樟蜾@工藝中和塔為二段結構,下段噴淋除雜,廢水經(jīng)廢水燒卻爐燒卻處理;上段噴硫酸中和未反應的氨,硫銨溶液經(jīng)硫銨回收工段回收結晶硫銨。90年代后 INEOS/BP集成開(kāi)發(fā)了中和塔硫酸循(c)中國石化PV兩級環(huán)使用的技術(shù),并在新建的大型丙烯腈專(zhuān)利工廠(chǎng)中圖2旋風(fēng)分離器結構示意實(shí)現中國煤化工用一段式結構酸性操f5撤熱水管的改進(jìn)催化劑CNMH產(chǎn)經(jīng)沉降分離除去%左右,與來(lái)自丙烯氨氧化反應是強放熱反應,反應熱通過(guò)設MMA裝置的硫酸氫銨一起送至廢水燒卻爐焚燒,置在反應器床層的撤熱水管移出撤熱水管的排布、焚燒產(chǎn)生的SO2經(jīng)一氧化反應器將SO2氧化成so,化工進(jìn)展007年第26卷然后再經(jīng)吸收制成硫酸回系統循環(huán)使用。該技術(shù)適劑就是高負荷催化劑,在WWH為011下,丙烯腈用于大型丙烯腈工廠(chǎng),其最大的優(yōu)點(diǎn)在于硫酸的循收率仍能穩定保持在78%以上環(huán)利用,節約資源,且丙烯腈回收率較髙,物耗低;4,2晶格氧氨氧化制丙烯腈缺點(diǎn)是投資大。丙烯氨氧化為強放熱反應,目的產(chǎn)物丙烯腈在33未反應氨回收再循環(huán)使用熱力學(xué)上是不穩定的中間化合物,在反應條件下很近年來(lái), INEOSIBP開(kāi)發(fā)了末反應氨回收再循環(huán)容易被進(jìn)一步深度氧化為二氧化碳等副產(chǎn)物,這不使用的工藝技術(shù)。該技術(shù)采用銨離子與磷酸根離子僅造成資源浪費和環(huán)境污染,而且給產(chǎn)品的分離和比為07~1.3的磷酸氫一銨溶液噴淋急冷反應氣體提純帶來(lái)很大困難。曾有學(xué)者提出烴類(lèi)晶格氧選擇并中和未反應的氨,急冷脫氨后的反應氣體進(jìn)入裝置氧化的概念,即用可還原的金屬氧化物的晶格氧作的后續系統,噴淋吸收后的液體從中和塔塔底排出進(jìn)為烴類(lèi)氧化的氧化劑,按還原-氧化( Redox)模式,入一汽提塔,在塔中汽提回收丙烯腈、乙腈等有機物在提升管反應器中烴分子與催化劑的晶格氧反應生回到中和塔,汽提塔塔釜液送至一濕式氧化反應器,成氧化產(chǎn)物,失去晶格氧的催化劑被輸送到再生器在此一是發(fā)生催化氧化反應,除去聚合物等;二是將中用空氣氧化到初始高價(jià)態(tài),然后送入提升管反應汽提塔塔釜液中的磷酸氫二銨加熱分解成氨和磷酸器中再進(jìn)行反應。這個(gè)晶格氧選擇氧化的概念能否氫一銨,氨被送至氨氧化反應器循環(huán)利用,磷酸氫一移植到丙烯氨氧化反應中?本文作者認為值得期銨溶液送到蒸發(fā)器濃縮后再送到中和塔循環(huán)使用。該待。晶格氧選擇氧化反應是在沒(méi)有氣相氧分子的條工藝的優(yōu)點(diǎn)是未反應氨、磷酸銨回收循環(huán)使用,資源件下進(jìn)行的,可避免氣相和減少表面的深度氧化反利用率高,適用于一般丙烯腈工廠(chǎng)應,提高反應的選擇性,可不受爆炸極限的限制提34中和塔改造提高丙烯腈回收率高原料濃度,使反應產(chǎn)物容易分離回收,是控制氧針對 INEOS/BP中和塔回收硫銨工藝丙烯腈回化深度、節約資源和保護環(huán)境的綠色化學(xué)工藝收率低的問(wèn)題,上海石油化工研究院開(kāi)發(fā)了適用于43丙烯腈生產(chǎn)中的廢水集成處理硫鉸回收的提高丙烯腈精制回收率的技術(shù)-2。通丙烯腈生產(chǎn)中反應系統中的廢水和回收精制系過(guò)對急冷、中和過(guò)程丙烯睛聚合動(dòng)力學(xué)和擴散動(dòng)力統中的廢水在工業(yè)上是分別進(jìn)行處理的,本文前述方學(xué)的理論研究,以及冷、熱模研究和千噸級工業(yè)試法都是針對反應系統廢水的處理,而回收精制系統廢驗,研究了氣液傳熱和流場(chǎng)分布,以新型內構件改水經(jīng)四效蒸發(fā)后去生化處理。這兩股廢水都是高變中和塔氣、液流場(chǎng)分布、抑制丙烯睛的聚合反應,COD的含氰廢水,工業(yè)上處理這類(lèi)廢水的有效方法并在中和塔下段補加水以控制塔釜液中重組分濃度是濕式氧化。特別是近年來(lái)催化濕式氧化法處理高及降低外循環(huán)噴淋液溫度,從而有效降低了丙烯睛COD廢水得到了長(cháng)足進(jìn)步,因此將催化濕式氧化處聚合損失。該技術(shù)通過(guò)了千噸級、萬(wàn)噸級工業(yè)試驗,理有機廢水的方法集成到丙烯腈生產(chǎn)工藝中,用以處丙烯睛精制回收率已從原來(lái)的90%提高到95%以理全過(guò)程的含氰有機廢水是非常值得探索的工藝。該上,目前已在我國丙烯睛生產(chǎn)裝置上得到了全面推工藝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有:丙烯腈回收率高,生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化廣應用。(不再需要四效蒸發(fā)),去除了廢水燒卻爐,大大降4對丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的展望低了裝置能耗,回收的硫銨結晶品質(zhì)高。目前,上海石油化化研究院正在進(jìn)行該技術(shù)的集成開(kāi)發(fā)41高負荷催化劑由于市場(chǎng)及效益的問(wèn)題,各丙烯腈工廠(chǎng)都采取5結語(yǔ)了擴能改造,將反應器的生產(chǎn)能力提高到原設計的丙烯氨氧化生產(chǎn)丙烯腈工藝開(kāi)發(fā)至今已近5017~19倍,帶來(lái)的問(wèn)題是床層高度大大超過(guò)撤熱年的歷史,總體的工藝技術(shù)也相當完善、成熟,似水管的高度,目前工業(yè)上釆取如上所述的提高撤熱乎已近“夕陽(yáng)”,其實(shí)不然。對丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)而言水管的高度來(lái)解決。但如果開(kāi)發(fā)高負荷催化劑來(lái)解上述決反應器擴能瓶頸,如將催化劑的負荷從目前的烯腈中國煤化工格氧氨氧化制丙戈處理等技術(shù)的開(kāi)0085提高到0.1,不僅能很好地滿(mǎn)足現有的擴能問(wèn)發(fā)都CNMH度更大了。另外,題,而且反應器的生產(chǎn)能力還可再提高10%~20%。更廉價(jià)的丙烷路線(xiàn)也需要關(guān)注和投入。上海石油化工研究院近期在開(kāi)發(fā)的SAC2005催化(下轉第1410頁(yè))·1410·化工進(jìn)展2007年第26卷2004安:西北工業(yè)大學(xué),2005阝32】王東屏.蒸發(fā)式冷凝器的設計門(mén)大連鐵道學(xué)院學(xué)報,199,20[45]史一忠,郭強弼.氨用蒸發(fā)式冷凝器除垢防垢的實(shí)踐門(mén)冷藏技(1):4549術(shù),1999(4):1617B3]唐偉杰張旭蒸發(fā)式冷凝器的換熱模型與解析解同濟大學(xué)學(xué)46]陳力軍聯(lián)堿生產(chǎn)中燕發(fā)冷凝器的腐蝕與防護門(mén)四川化工與腐報(自然科學(xué)版),2005,33(7):942946蝕控制,2003(1):2628.34」唐偉杰.大型工業(yè)用蒸發(fā)式冷卻器的計算機仿真及優(yōu)化研究m】4]崔勛章,韓棋召,陳洪,等.蒸發(fā)式冷凝器的噴淋化學(xué)清洗門(mén)清上海:同濟大學(xué),2005洗世界,2005,21(10):1416.35]郝亮,杰,袁秀玲.蒸發(fā)式冷凝器穩態(tài)模型數值模擬門(mén)制冷與483]徐麗,朱冬生蒸發(fā)式冷凝器盤(pán)管熱浸鍍鋅研究進(jìn)展門(mén)電鍍與涂空調,2005,5(4):31-34.006,25(2):46-4936]朱冬生,蔣翔,徐麗,等.水分布對蒸發(fā)式冷凝器傳熱傳質(zhì)的影[49]王振輝崔海亭于新奇.制冷裝置中冷凝器的現狀及發(fā)展趨勢響中國工程熱物理第十一界年會(huì 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