产1万吨乙二醇生产车间工艺.doc

《产1万吨乙二醇生产车间工艺.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《产1万吨乙二醇生产车间工艺.doc（13页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、2011/2012-1学期化工设计课程设计说明书年产1万吨乙二醇生产车间工艺课程设计说明书姓名： 学号： 08040341X25 2011 年11 月1 引言1.1 本设计的任务、范围1.1.1 设计任务本次设计任务是年产1万吨乙二醇生产车间工艺设计1.1.2 设计规模需要设计出一整套生产工艺流程，并且通过衡算做出最后的设计1.2 产品简介乙二醇（ethylene glycol）又名“甘醇”、“1,2-亚乙基二醇”，简称EG。化学式为(HOCH2)，是最简单的二元醇。乙二醇是无色无臭、有甜味液体，对动物有毒性，人类致死剂量约为1.6 g/kg。乙二醇能与水、丙酮互溶，但在醚类中溶解度较小。用作

2、溶剂、防冻剂以及合成涤纶的原料。乙二醇的高聚物聚乙二醇（PEG）是一种相转移催化剂，也用于细胞融合；其硝酸酯是一种炸药。性质物理性质： CAS号107-21-1 中文名称乙二醇 乙二醇的球棍模型英文名称Ethylene Glycol,Mono ethylene glycol,MEG,EG. 英文别名: glycol, 1,2-ethanediol. 别名甘醇 分子式：C2H6O2； 结构简式：HO-CH2CH2-OH 分子量：62.07 冰点： -13.2 沸点：197.85 密度：相对密度(水=1)1.1155(20）；相对密度(空气=1)2.14 外观与性状：无色、无臭、有甜味、粘稠液体

3、蒸汽压：0.06mmHg(0.06毫米汞柱)/20 闪点：111.1 粘度：25.66mPa.s(16）1 溶解性：与水/乙醇/丙酮/醋酸甘油吡啶等混溶，微溶于醚等,不溶于石油烃及油类，能够溶解氯化锌/氯 化钠/碳酸钾/氯化钾/碘化钾/氢氧化钾等无机物。 表面张力：46.49 mN/m (20) 稳定性：稳定 燃点：418 化学性质由于分子量低,性质活泼,可起酯化/醚化/醇化/氧化/缩醛/脱水等反应。 与乙醇相似，主要能与无机或有机酸反应生成酯，一般先只有一个羟基发生反应，经升高温度、增加酸用量等，可使两个羟基都形成酯。如与混有硫酸的硝酸反应，则形成二硝酸酯。酰氯或酸酐容易使两个羟基形成酯。

4、乙二醇在催化剂（二氧化锰、氧化铝、氧化锌或硫酸）作用下加热，可发生分子内或分子间失水。 乙二醇能与碱金属或碱土金属作用形成醇盐。通常将金属溶于二醇中，只得一元醇盐；如将此醇盐（例如乙二醇一钠）在氢气流中加热到180200C，可形成乙二醇二钠和乙二醇。此外用乙二醇与 2摩尔甲醇钠一起加热，可得乙二醇二钠。乙二醇二钠与卤代烷反应，生成乙二醇单醚或双醚。乙二醇二钠与1，2二溴乙烷反应，生成二氧六环。 此外，乙二醇也容易被氧化，随所用氧化剂或反应条件的不同,可生成各种产物,如乙醇醛 HOCH2CHO、乙二醛OHCCHO、乙醇酸HOCH2COOH、草酸HOOCCOOH 及二氧化碳和水。a二醇与其他二醇不

5、同,经高碘酸氧化可发生碳链断裂。 应用 乙二醇常可代替甘油使用。在制革和制药工业中，分别用作水合剂和溶剂。乙二醇的衍生物二硝酸酯是炸药。乙二醇的单甲醚或单乙醚是很好的溶剂，如甲溶纤剂 HOCH2CH2OCH3 可溶解纤维、树脂、油漆和其他许多有机物。乙二醇的溶解能力很强，但它容易代谢氧 化，生成有毒的草酸，因而不能广泛用作溶剂。乙二醇是一个抗冻剂，60%的乙二醇水溶液在40C时结冰。市场现状及预测(一)市场状况目前，我国乙二醇产品主要用于生产聚酯、防冻液、粘合剂、油漆溶剂、耐寒润滑油、表面活性剂和聚酯多元醇等。其中聚酯是我国乙二醇的主要消费领域，其消费量约占国内总消费量的94.0%，另外约6.

6、0%用于防冻剂、粘合剂、油漆溶剂、耐寒润滑油、表面活性剂以及聚酯多元醇等。近年来，我国聚酯（包括聚酯纤维、聚酯树脂和薄膜等）的生产发展很快，2000年生产能力只有595万吨，2006年已经增加到约2150万吨。据中国聚酯协会预测，2008年我国聚酯的产量将达到约1730万吨，对乙二醇的需求量将达到约605万吨；2010年聚酯的产量将达到约1900万吨，届时对乙二醇的需求量将达到约665万吨。加上在防冻剂以及其他方面的消费量，预计我国乙二醇的总需求量，2008年将达约636万吨，2010年将达到约710万吨。（二）进出口及表观消费量1、表观消费量近10年来，由于聚酯工业需求强劲，国内市场对乙二醇

7、的需求保持快速增长态势。1995年我国乙二醇的表观消费量只有65.69万吨，2000年达到195.71万吨，年均增长率高达24.40%。进入21世纪以来，乙二醇的表观消费量继续大幅增长，2002年突破300万吨大关，达到301.99万吨，成为超过美国的世界第一大乙二醇消费国，2006年更是达到562.04万吨，20012006年的年均增长率达到18.53%。2、进出口虽然我国乙二醇生产能力和产量增长较快，但仍不能满足国内聚酯等日益增长的市场需求，每年都得大量进口，且进口量呈逐年增长态势。1995年我国乙二醇进口量只有20.54万吨，2000年进口量突破100万吨达到104.97万吨，2006年

8、更是增加到406.13万吨，进口依存度高达72.26%。 表1 近年来我国乙二醇的供需情况 单位：万吨/年年份产量进口量出口量表观消费量自给率/%199770.7419.932.3688.3180.10199874.9730.820.52105.2771.22199984.3856.690.013141.0659.82200090.75104.970.015195.7146.37200180.75159.710.23240.2333.61200290.61214.573.19301.9930.00200396.93251.612.34346.2028.00200494.91339.102.58

9、431.4322.002005110.08400.031.28508.8321.632006156.00406.130.09562.0427.76（三）生产能力及生产厂家 表2 乙二醇生产厂家一览表 单位：万吨/年序号生产厂家名称生产能力技术来源备注1北京燕山石油化工股份有限公司8.0SD氧气法1998年7月扩产2中石油辽阳石化分公司6.0UCC氧气法1989年技改3中石油抚顺石化分公司6.0Shell氧气法2000年扩产4中石油吉林石化分公司15.9SD氧气法1996年投产，2002年扩产5北京东方石油化工有限公司4.0SD氧气法1996年投产6扬子石油化工股份有限公司30.0SD氧气法19

10、99年扩产7上海石油化工股份有限公司22.5SD氧气法2002年扩产8茂名石油化工公司10.0Shell氧气法1996年投产9天津石油化工公司4.2Shell氧气法1996年投产10中石油独山子石化分公司5.0SD氧气法1996年投产，2002年扩产11南京扬子巴斯夫有限公司30.02005年投产12中海壳牌石油化工有限公司32.02006年2月投产13上海石油化工公司38.02007年3月投产合 计211.6注明：全部为石油乙烯环氧乙烷路线，SD为美国科学设计公司，UCC为美国联合碳化物公司，Shell为荷兰皇家/壳牌集团公司,简称壳牌公司。2005年南京扬子巴斯夫有限公司新建的一套30万吨

11、/年乙二醇装置建成投产。2006年2月中海-壳牌石油化工有限公司新建的一套32万吨/年乙二醇生产装置建成投产。2007年3月上海石油化工公司新建的38万吨/年乙二醇装置建成投产。这些新项目使我国乙二醇的生产能力大增，截至2007年5月，我国乙二醇的生产厂家达到13家，总生产能力为211.6万吨/年。乙二醇生产厂家见表2。随着我国乙二醇生产能力的不断增加，产量也不断增加。1995年我国乙二醇的产量只有45.61万吨，2000年达到90.75万吨，年均增长率达到14.8%；2006年进一步增加到156.0万吨，同比增长约41.69%，20012006年产量的年均增长率约为14.08%。（四）乙二醇

12、价格乙二醇价格近几年稳中有升，2002年每吨价格约为4965元，但随着2004年原油价格的大幅攀升和中国等国家需求量的迅速增长，2004年每吨价格约为9685元，随后进入市场调整期，世界上和国内近两年乙二醇生产厂家新建和扩建的陆续投产，乙二醇价格稍有下滑，2005年每吨价格约为8947元，2006年每吨价格约为8942元，（20022006年价格为国家统计局数据），2007年乙二醇价格稍有回升，约10000元/吨.1.3 生产制度本次计算按每年8000个小时计算，采用环氧乙烷水合法制取乙二醇。2 文献综述2.1 概述目前乙二醇工艺路线主要分为石油路线和非石油路线，工业合成乙二醇的主要方法是先经

13、石油路线生产乙烯，再氧化乙烯生产环氧乙烷，最后由环氧乙烷非催化水合反应得到乙二醇。在石油价格居高不下的经济环境下，寻找一条经济的石油路线改进工艺或者非石油路线乙二醇合成路线已经成为研究热点2.2 国内外生产现状2.2.1环氧乙烷直接水合法氧乙烷直接水合法是目前国内外工业化生产乙二醇的主要方法，该工艺是将环氧乙烷(E0)和水按1:2022(摩尔比)配成混合水溶液，在管式反应器中于190220、1.02.5MPa下反应，环氧乙烷全部转化为混合醇，生成的乙二醇水溶液含量大约在10%(质量分数)左右，然后经过多效蒸发器脱水提浓和减压精馏分离得到乙二醇及副产物二乙二醇(DEG)和三乙二醇(TEG)等。混

14、合醇中乙二醇、二乙二醇和三乙二醇的摩尔比约为100:10:1，产品总收率为88%。不足之处是生产工艺流程长、设备多、能耗高，直接影响乙二醇的生产成本。 2.2.2环氧乙烷催化水合法 针对环氧乙烷直接水合法生产乙二醇工艺中存在的不足，为了提高选择性，降低用水量，降低反应温度和能耗，世界上许多公司进行了环氧乙烷催化水合生产乙二醇技术的研究和开发工作。其中主要有壳牌公司、联碳公司、莫斯科门捷列夫化工学院、上海石油化工研究院、南京工业大学等，其技术的关键是催化剂的生产，生产方法可分为均相催化水合法和非均相催化水合法两种，其中最有代表性的生产方法是壳牌公司的非均相催化水合法和UCC公司的均相催化水合法。

15、 2.2.3通过中间体合成乙二醇该方法又可分为乙二醇和碳酸二甲酯(DMC)联产法和碳酸乙烯酯水解法两种生产方法。 （1）碳酸乙烯酯法 碳酸乙烯酯法合成乙二醇是由二氧化碳和环氧乙烷在催化剂作用下反应生成碳酸乙烯酯(EC)，碳酸乙烯酯再经水解制得乙二醇。 （2）乙二醇和碳酸二甲酯联产法 该方法的主要过程分两步进行，首先是二氧化碳和环氧乙烷在催化剂作用下合成碳酸乙烯酯，然后是碳酸乙烯酯和甲醇(MA)反应生成碳酸二甲酯和乙二醇，两步反应都属于原子利用率100%的反应。2.3 生产方法的选择及论证由于环氧乙烷催化水合法技术比较成熟，且生产成本较低，所以采用该方法。2.4 产品的发展前景乙二醇（EG）是一

16、种重要的有机化工原料，主要用于生产聚酯和防冻剂，此外还可用于不饱和聚酯树脂、润滑剂、增塑剂、非离子表面活性剂以及炸药等，用途十分广泛。目前，世界乙二醇的总生产能力已经过剩，而我国的产能和产量仍不能满足实际生产的需求，每年都需要大量进口，开发利用前景广阔。3 生产方法及工艺流程3.1 工艺原理 1）主反应在一定温度和压力下，环氧乙烷和水按一定配比可进行液相无催化水和反应，主要反应方程式为2）副反应水合反应不仅仅停留在生成乙二醇阶段，随反应介质中乙二醇浓度的增加，乙二醇会继续与环氧乙烷反应生成二乙二醇（DEG），三乙二醇（TEG）等多缩乙二醇副产物。其反应式为 (DEG) (TEG) 此外，环氧乙

17、烷高温下，有可能异构成乙醛。当有碱金属或碱土金属的氧化物存在时，将催化加速这一异构反应，一旦生成乙醛，将是十分有害的，因为乙醛易被氧化生成醋酸而腐蚀设备。所以，生产反应用水一定要严格分析控制，要符合所规定的质量指标。3.2 工艺流程描述及流程简图反应温度、压力、浓度、反应时间、原料的纯度和配比等众多条件是影响反应平衡和速率的重要因素，关系到生产过程的效率。在本书其他各章中均有具体过程的影响因素分析，此处仅简述以下几个重要因素的影响规律。温度和压力(1)温度对反应速率的影响 反应速率系指单位时间、单位体积某反应物组分的消耗量，或某产物的生成量。对干不可逆反应，逆反应速率忽略不计，故产物生成速率总

18、是随温度的升高而加快；(2) 压力的影响一般来说，压力对液相和固相反应的平衡影响较小。气体的体积受压力影响大，故压力对有气相物质参加的反应平衡影响很大，其规律为：对分子数增加的反应，降低压力可以提高平衡产率；对分子数减少的反应，压力升高，产物的平衡产率增大；对分子数没育变化的反应，压力对平衡产率无影响。在一定的压力范围内，加压可减小气体反应体积，且对加快反应速率有一定好处，但效果有限，压力过高，能耗增大，对设备要求高，反而不经济。惰性气体的存在，可降低反应物的分压，对反应速率不利，但有利于分子数增加的反应的平衡。 温度对乙二醇的收率及其产物分布的影响不大。在无催化水合反应时，为提高反应速率，必

19、须适当提高反应温度。为保证反应在液相中的进行，在提高反应温度的同时，必须相应提高反应压力。当反应温度为423-473K时，相应的水合反应压力为1.5-2.0MPa。在工业生产的操作压力范围内，水和反应对反应产物分布无明显影响。原料配比 进料中环氧乙烷与水的配比是乙二醇生产中一个重要的控制参数，因为此参数直接影响反应产物的分布。环氧乙烷与水的摩尔比越低，即进料夜中环氧乙烷浓度越低，乙二醇收率越高；生成副产物越多，乙二醇就越少。也就是说，乙二醇生产的选择性随环氧乙烷与水的摩尔比增加而降低。生产实际证明，如果进料液中环氧乙烷与水的 摩尔比为1：22，乙二醇的收率达90%以上。但必须指出，乙二醇收率高

20、的同时，由于进料液中水量的增加，设备生产能力下降，反应产物中乙二醇浓度降低，乙二醇提浓时的能耗增大，因此环氧乙烷与水的摩尔比不宜太小。在实际生产中，常常还要考虑乙二醇与多乙二醇的市场需求，进而确定进料液中环氧乙烷与水的比例。工业上获得较高收率的乙二醇，通常采用环氧乙烷与水的摩尔比为1；（15到20）。水和反应时间 环氧乙烷反应为不可逆的放热反应，在操作压力和温度确定下，还必须保证有相应的水和反应时间，因为水和反应时间太短，反应不完全，环氧乙烷转化率低，结果不但造成原料浪费，还影响反应质量；反之，水合反应时间过长，影响经济效益。当反应温度为423到473K，反应压力为1.5-2.0MPa时，反应

21、时间为20-35min，甚至更短。乙二醇的含量进料液中乙二醇的含量将影响水合产物的分布。过高的乙二醇含量将使二乙二醇，三乙二醇等的增加，导致乙二醇收率降低。一般要求进料液中乙二醇的质量分数小于0.3%。环氧乙烷加压水合生产乙二醇的生产工艺流程如图1-水合反应器；2-效蒸发器再沸器；3-效蒸发器；4二效蒸发器再沸器；5-二效蒸发器；6-真空蒸发器再沸器；7-真空蒸发器；8-脱水器；9-乙二醇精制塔；10-乙二醇精制塔3.3 原材料技术规格指标名称指标指标名称指标一级品二级品三级品一级品二级品三级品外观色度（铂，钴） 加热前，号 加热后，号 干点 水分 酸度 铁含量 氯化物 灰分含量 炭基含量 D

22、EG和TEG/ 1961990.10.0020.00020.00010.0010.00150.11952000.20.0050.00050.0010.003_193204_0.01_0.002_3.4 公用工程规格和用量4 物料衡算4.1 计算依据4.1.1 年产量 本次设计产量为年产量为1万吨乙二醇4.1.2 计算用到的物性数据环氧乙烷的转化率为97%4.2 计算基准本次设计计算时取衡算基准为1h。4.3 计算过程年工作时间按照8000小时计算环氧乙烷水合法制取乙二醇的转换图年产1万吨的乙二醇，若环氧乙烷的转化率为，水过量， 100001000/8000=1250 kg/h=20.16kmo

23、l/h20.1644/97%=914.5kg/h进料 环氧乙烷的流量=914.5/44=20.78kmol/h水的流量=20.781.597%=30.23kmol/h出料 未反应环氧乙烷的流量=914.5(1-97%)=27.435kg/h=0.62kmol/h乙二醇的流量20.7897%=20.16kmol/h=1250kg/h原料中水与环氧乙烷的摩尔比 水合产物所消耗的环氧乙烷占总环氧乙烷的分数,% 乙二醇 二甘醇 三甘醇 多甘醇 10.5 7.9 4.2 2.1 0.61 82.3 77.5 65.7 47.2 15.7 12.7 17.5 27.0 34.5 26.0 2.3 13.0 19.8 0.3 33.5 原料中水与环氧乙烷的摩尔比5 主要设备初选表序号设备名称设备位号处理量1水合反应器E101914.5kg/h2效蒸发器再沸器E102540kg/h3效蒸发器E1034二效蒸发器再沸器E2015二效蒸发器E2026真空蒸发器再沸器E2037真空蒸发器；E2048脱水器E2059乙二醇精制塔T2011250kg/h