5万吨年乙二醇生产工艺初步设计.doc
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石河子大学毕业设计
题目：
5万吨/年乙二醇
生产工艺初步设计
5万吨/年乙二醇生产工艺初步设计
摘要
乙二醇是一种重要的石油化工基本有机原料，主要用于生产聚酯纤维、不饱和聚酯树脂、防冻剂等。
目前.国内乙二醇的工业生产方法是环氧乙烷直接水合法。
我国目前拥有大小不等的环氧乙烷/乙二醇（EO/EG）装置11套，但是相比于国外的同类装置，这些装置的工艺落后，能耗和水耗都较高，因此研究EO/EG工艺优化以降低生产成本，具有非常现实的意义。
本设计主要是针对乙二醇工艺的缺点，采用比较新的反应精馏工艺，利用化工模拟软件ASPENPLUS对过程进行模拟优化，最后得到即可达到产品标准又可满足设计任务的结果。
同时还对主要设备进行了选型，绘制了PID工艺流程图。
关键词：
环氧乙烷;乙二醇；反应精馏；ASPENPLUS;EO/EG
50000tons/yearglycolproductionprocess
preliminarydesign
Abstract
Theglycolisanimportantbasicorganicrawmaterialsofpetrochemical,mainlyfortheproductionofpolyesterfiber,unsaturatedpolyesterresins,antifreeze,etc..Thepresent.Themethodsofindustrialproductionofthedomesticethyleneglycolisethyleneoxidelegitimatedirectwater.
ChinacurrentlyhasasizerangingfromEO/EGset11sets,butcomparedtosimilardevicesintheforeignandbackwardtechnologyofthesedevices,energyandwaterconsumptionarehigher,sotheresearchersEO/EGprocessoptimizationtoreduceproductioncosts.averyrealsense.
Thisdesignisfortheshortcomingsoftheethyleneglycolprocess,usingthenewreactivedistillationprocess,theuseofchemicalprocesssimulationsoftwareASPENPLUSprocesssimulationandoptimization,andfinallygettomeetproductstandardsandtomeetthedesigntaskresults.Ofmajorequipmentselection,drawthediagramofthePIDprocess.
Keywords:
ethyleneoxide;glycol;reactivedistillation;ASPENPLUS;EO/EG
目录
第i章文献综述 5
1.1简介 5
1.1.1乙二醇物理性质 5
1.1.2乙二醇的用途 5
1.2国内乙二醇生产现状 6
1.3乙二醇生产技术现状及进展 8
1.3.1乙烯直接水合法 9
1.3.2甲醛合成法 9
1.3.3环氧乙烷水合法 10
1.3.4碳酸乙烯酯法 11
1.3.5合成气法 12
1.3.6氧化偶联法 12
1.3.7多元醇加氢裂解法 13
1.3.8反应精馏技术 13
1.4反应精馏技术简介 13
1.4.1反应精馏技术的应用 14
1.4.2反应精馏的主要优点 14
1.4.3乙二醇反应精馏工艺流程 15
1.5设计内容与目标 16
第二章工艺流程模拟 17
2.1设计任务书 17
2.2物性方法的选择 18
2.3反应精馏塔的模拟优化 18
2.3.1反应精馏涉及反应 18
2.3.2反应精馏塔建模与参数设置 19
2.3.3反应精馏塔各项参数优化 22
2.3脱水塔的模拟优化 29
2.3.1脱水塔简捷计算 29
2.3.2脱水塔严格计算 30
2.3乙二醇精制塔模拟优化 41
2.3.1乙二醇精制塔简捷计算 41
2.3.2乙二醇精制塔严格计算 42
第三章全流程模拟及生产任务校核 52
3.1全流程模拟及结果 52
3.2生产任务校核 54
第四章设备计算及选型 55
4.1反应精馏塔设备计算 55
4.1.1反应段操作条件及物性参数 55
4.1.2反应段尺寸计算 56
4.1.3精馏段操作条件及物性参数 57
4.1.4精馏段尺寸计算 58
4.2塔体尺寸计算 67
4.2.1塔高的计算 67
4.2.2塔体和封头选材 68
4.2.3塔体壁厚计算 68
4.2.4塔设备质量载荷计算 70
4.2.5基础环设计 72
4.3设备机械性能校核 73
4.3.1上封头校核 73
4.7.2下封头校核 73
4.7.3塔体强度计算汇总表 73
第五章三废处理 74
设计总结 75
参考文献 76
致谢 78
附录 79
第一章文献综述
1.1筒介
1.1.1乙二醇物理性质
乙二醇（EthyleneGlycol，筒称EG）又名“甘醇’’、“1,2-亚乙基二醇”，
化学式为（HOCH2）2，是最筒单和最重要的脂肪族二元醇，同时也是一种重要的有机化工原料。
乙二醇在常温下是无色透明粘稠状液体，稍有甜味，有一定毒性。
吸湿性超过甘油（丙三醇），微溶于乙醚，它能以任意比例与水相混溶，能大大降低水的冰点。
乙二醇物性数据表见表1-1:
表1-1
乙二醇物性数据表
/25oC,100kPa
密度
1.1132
熔点
-12.9oC
沸点
197.3oC
闪点
111oC（闭口杯）
摩尔质量
62.0g/mol
自燃温度
410oC
溶解度
与水任意比例混溶
冰点
-13.9oC
蒸汽压
0.06mmHg
粘度
25.66mmPa（16oC）
表面张力
46mN/m（20oC）
稳定性
稳定
1.1.2乙二醇的用途
乙二醇作为大宗有机化工产品，广泛用于生产聚酯纤维、薄膜、容器瓶类等聚酯系列产品和汽车防冻剂，还可用作除冰剂、表面涂料、表面活性剂、增塑剂、不饱和聚酯树脂以及合成乙二醇醚、乙二醛、乙二酸等化工产品的原料。
乙二醇与对苯二曱酸反应（TPA法）或和对苯二曱酸二曱酯反应（DMT法），来制造聚酯纤维是世界范围内乙二醇最重要的市场，占乙二醇总消费量的50%左右。
自从1859年法国化学家伍尔兹以乙二醇二乙酸酯与氢氧化钾皂化反应制得乙二醇以来，国内外已开发了多种可行的生产工艺和制备方法。
如一次世界大战期间，德国采用二氯乙烷水解法生产乙二醇；二十年代，随着汽车工业的发展，防冻剂用量的急剧增长，美国采用氯乙醇法大规模生产乙二醇；五十年代，由于聚酯树脂的开发成功，使得以石油为基础的乙烯、环氧乙烷（EthyleneOxide，筒称EO）合成乙二醇的技术有了突破，再次促进了乙二醇的生产。
目前，世界上乙二醇生产大都采用环氧乙烷直接水合法的工艺，主要生产商为Shell公司、UCC公司和Halcon-SD公司，其次为日本触媒化学公司、美国Dow化学公司、日本三井东亚公司、英国的ICI公司等。
1.2国内乙二醇生产现状
我国乙二醇生产起步于60年代，以乙醇脱水或渣油裂解的乙烯为原料，采用氯醇法工艺生产，装置生产能力为5000t/a以下。
由于该方法能耗高、污染大、技术落后，不适合大规模生产，随着乙烯氧化法生产EO与EG工业化的实现，氯醇法完成了历史使命，截止1994年，国内氯醇法生产装置均已停止生产。
同时，伴随着石油化工的发展，在70年代我国北京燕山石化公司和辽阳石油化纤公司先后引进了美国科学设计公司（SD）和德国Htils公司的大型氧化法生产装置，使我国EG生产技术向前迈进了一大步。
2004年，国内大型乙二醇生产以引进Shell公司、UCC公司和Halcon-SD公司的技术为主，共有11套大型乙烯氧化法的生产装置，总生产能力为940kt/a[1]。
5
表1-32010年我国乙二醇主要生产厂家
#
生产厂家
生产能力
备注
北京燕山石油化工公司
8.0
1998年7月扩产
辽阳石油化纤公司
6.0
原Huls空气法，1989年改为UCC氧气法
抚顺石油化工公司
6.0
2000年扩产
吉林石油化工公司
15.9
1996投产，2002年扩产
北京东方化工厂
4.0
1996年投产
扬子石油化工公司
26.2
1999年扩产
上海石油化工公司
22.5
2002年扩产
茂名石油化工公司
10.0
1996投产
新疆独山子石油化工公司
5.0
1996投产，2002年扩产
合计
107.8
目前，随着南京杨子-巴斯夫有限公司、中海-壳牌石油化工限公司等多套新建扩建的项目的完成，我国乙二醇产量有较大提高。
截止到2010年12月底，我国EG生产厂家已达16家，总生产量达3.506Mt/a。
其中中国石油化工公司的生产能力为2.359Mt/a,占我国乙二醇总生产能力的67.28%；中国石油天然气公司为0.469Mt/a,占13.38%。
从生产工艺上讲，除了传统的环氧乙烷法外，利用我国丰富的煤炭资源开发的“万吨级CO气相催化合成草酸酯和草酸酯催化加氢合成乙二醇成套工艺技术”也获得了较大发展，并建成了世界上首套0.02Mt/a工业生产装置[2]。
2010年我国乙二醇主要生产厂家情况见表1-3所示。
生产厂家名称
生产能力/104a-1
技术来源
中石化燕山石油化工公司
8.0
SD氧化法
中石油辽阳石油化纤公司
20
SD氧化法
中石油吉林石油化工公司
15.9
SD氧化法
中石化扬子石油化工公司
26.2
SD氧化法
中石化上海石油化工公司
60.5
SD氧化法
中石化茂名石油化工公司
10.0
Shall氧化法
南京扬子-巴斯夫有限公司
30.0
SD氧化法
中海一壳牌石油化工公司
32
SD氧化法
内蒙古通辽金煤化工公司
20
自主开发煤化工艺
中石化镇海炼化公司
55
Shall氧化法
1.3乙二醇生产技术现状及进展
制取乙二醇的方法分为石油路线和非石油路线，石油路线以乙烯为原料，经环氧乙烷制取乙二醇;非石油路线以合成气为原料，可采用多种方法合成乙二醇[3]。
工艺路线见图1-1。
—>工业成熟工艺 --->研究开发工艺
图1-1乙二醇制取工艺路线
1.3.1乙烯直接水合法
乙烯直接水合法是美国Halcon-SD公司首先开发，此法是乙烯在含TeO2和48%HBr催化剂存在下，在醋酸溶液中于160°C、2.84MPa条件下氧化生成乙二醇、乙二醇二乙酸酯，乙二醇单乙酸酯的混合物，后两种产物可在70〜130°C、0.12MPa时酸催化水解成乙二醇。
上述反应中，醋酸可循环使用，乙烯转化率为60%，乙二醇总选择性可达97%，以乙烯计乙二醇收率约为94%。
乙烯直接水合法的优点是乙二醇的选择性高，乙烯消耗定额低，与乙烯直接氧化法相比可下降40%左右。
此外，该法不需要
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