【正文】 乙二醇工段工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄設(shè)計(jì)任務(wù) I摘 要 IIAbstract III1 緒論 1 項(xiàng)目概述 1 工藝特點(diǎn) 1 產(chǎn)品規(guī)格 2 項(xiàng)目建設(shè)意義 22 生產(chǎn)工藝 3 項(xiàng)目背景 3 工藝選擇 3 工藝方案比較 3 工藝方案選擇 4 工藝路線介紹 5 工藝原理 5 工藝流程圖 5 生產(chǎn)流程敘述 6 催化劑選擇 7 Cu/SiO2加氫催化劑 7 HEG1加氫催化劑 73 物料衡算及能量衡算 8 物料衡算 8 物料衡算的意義 8 物料衡算的任務(wù) 8 物料衡算遵循的原則 8 系統(tǒng)物料衡算 8 能量衡算 11 能量衡算的目的 11 能量衡算可以解決的問(wèn)題 11 能量衡算遵循的原則 11 系統(tǒng)能量衡算 124 設(shè)備選型及設(shè)計(jì) 14 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù) 14 換熱器 14 概述 14 分類與特性 15 氫氣進(jìn)料預(yù)熱器 16 26 泵 27 概述 27 選用要求 27 DMO進(jìn)料泵 28 選型結(jié)果 32 壓縮機(jī) 33 概述 33 設(shè)計(jì)依據(jù) 33 33 反應(yīng)器 34 概述 34 34 DMO加氫反應(yīng)器設(shè)計(jì) 34 37 39 39 45 儲(chǔ)罐 47 概述 47 分類 47 加氫粗產(chǎn)品儲(chǔ)罐 47 選型結(jié)果 485 自動(dòng)控制及儀表 49 設(shè)計(jì)依據(jù) 49 設(shè)計(jì)范圍及分工 49 動(dòng)力供應(yīng) 49 儀表用壓縮空氣 49 儀表用電源 49 設(shè)備控制方案 49 泵的控制方案 49 壓縮機(jī)的控制方案 51 換熱器的控制方案 52 反應(yīng)器的控制方案 53 閃蒸罐的控制方案 55 儲(chǔ)罐的控制方案 556 車間布置 57 設(shè)計(jì)依據(jù) 57 EG合成車間 57 車間整體布置 57 各類設(shè)備布置 57 車間布置圖 58 車間的單元設(shè)備布置 60 固定床反應(yīng)器布置 60 泵組布置 60 氫氣壓縮機(jī)布置 61 儲(chǔ)罐布置 617 環(huán)境保護(hù)措施 62 設(shè)計(jì)原則 62 62 63 63 648 投資估算 65 編制說(shuō)明 65 投資估算 65 編制依據(jù) 65 估算方法說(shuō)明 65 車間投資的一般構(gòu)成 66 車間建設(shè)投資估算 66 69 69 69 70 70 產(chǎn)品成本估算 70 70 成本估算表 71 71 72結(jié)束語(yǔ) 73 設(shè)計(jì)總結(jié) 73 74[參考文獻(xiàn)] 75致 謝 77V西安文理學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1 緒論 項(xiàng)目概述乙二醇(EG)，又名甘醇，分子式為(CH2OH)2。乙二醇具有低凝固點(diǎn)、高沸點(diǎn)和弱還原性等特點(diǎn)。乙二醇主要用于防凍液、塑料以及聚酯纖維等領(lǐng)域。在國(guó)內(nèi)，生產(chǎn)乙二醇廣泛用于黏合劑、聚酯(PET)以及防凍液等。國(guó)內(nèi)聚酯消的費(fèi)量占乙二醇總生產(chǎn)量的90％以上，使我國(guó)乙二醇的生產(chǎn)和消費(fèi)得到了持續(xù)不斷的快速發(fā)展。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外乙二醇總的消費(fèi)量將達(dá)到了每年萬(wàn)噸以上，乙二醇主要消費(fèi)在北美洲、西歐以及亞洲等地區(qū)，其中亞洲地區(qū)的總消費(fèi)量將超過(guò)每年近萬(wàn)噸以上，約占了乙二醇總消費(fèi)量的以上。在年，乙二醇國(guó)內(nèi)的進(jìn)口量將達(dá)到萬(wàn)噸，同比年上升了，中國(guó)乙二醇產(chǎn)量明顯產(chǎn)不足需。本設(shè)計(jì)采用草酸二甲脂加氫制乙二醇工藝技術(shù)，分為兩步進(jìn)行。第一步一氧化碳與亞硝酸酯催化合成草酸二甲酯，第二步由提純后的草酸二甲酯催化加氫制得乙二醇。本工藝技術(shù)既能在有煤、天然氣的地方投資生產(chǎn)，又能充分利用原料資源，實(shí)現(xiàn)了綜合有效的利用資源；制備草酸二甲酯在常壓和低于160℃的條件下進(jìn)行；℃條件下反應(yīng)，此催化反應(yīng)有大量的反應(yīng)余熱可回收再利用。本工藝路線原子利用率高，大氣環(huán)境污染小，可大大提高生產(chǎn)過(guò)程的綜合經(jīng)濟(jì)效益。 工藝特點(diǎn)本車間設(shè)計(jì)由草酸二甲酯制乙二醇工藝全部采用合成氣為原料進(jìn)行，使乙二醇合成所需要的原料，都有低廉的價(jià)格和豐富的資源。為了降低原料成本、可以全國(guó)性推廣工藝流程創(chuàng)造了有利條件，使合成氣制乙二醇工藝技術(shù)更具有實(shí)用性和先進(jìn)性。工藝首先將合成氣原料導(dǎo)入裝有HDMO型催化劑的列管式反應(yīng)器中進(jìn)行催化反應(yīng)。將分離提純的草酸二甲酯的反應(yīng)尾氣再通入再生塔，回收利用亞硝酸甲酯。精制后的草酸二甲酯與新鮮氫氣催化加氫生產(chǎn)乙二醇，DMO催化加氫反應(yīng)采用HEG1型加氫催化劑，使得原料草酸二甲酯轉(zhuǎn)化率≥98%，產(chǎn)物乙二醇選擇性≥95%。 產(chǎn)品規(guī)格表1 產(chǎn)品規(guī)格一覽表項(xiàng)目指標(biāo)乙二醇外觀無(wú)機(jī)械雜質(zhì)、透明、無(wú)色乙二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)% 色度（鉑鈷）/(加熱前) 5密度（20），g/cm3—沸程（0，）初餾點(diǎn)（） 196干點(diǎn)（） 199水分（%） 酸度（%） 鐵含量（%） 灰分（%） 二乙二醇和三乙二醇（%） 醛含量（%） 紫外透光率（%）220nm 70275nm 90300nm 98 項(xiàng)目建設(shè)意義縱觀全球，工業(yè)上合成乙二醇基本上全部采用石油合成路線。但是受到油價(jià)不管升高和國(guó)際原油市場(chǎng)的影響，因此乙二醇合成成本也不斷升高。石油路線制備乙二醇路線要面臨國(guó)外天然氣制備乙二醇和國(guó)內(nèi)煤產(chǎn)業(yè)制備乙二醇路線的挑戰(zhàn)。目前，中國(guó)石油合成路線生產(chǎn)乙二醇受到乙烯生產(chǎn)量的影響，生產(chǎn)量不能滿足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求。因此，煤產(chǎn)業(yè)制備乙二醇路線的開(kāi)發(fā)與充分利用就顯得尤為重要。近些年來(lái)，煤化工合成乙二醇工藝路線取得了巨大突破，以合成氣合成草酸二甲酯催化加氫為代表的工藝技術(shù)路線取得了工業(yè)化的成功。2 生產(chǎn)工藝 項(xiàng)目背景石油和煤炭是全球性范圍內(nèi)的最重要石化資源。按原料性質(zhì)的不同，化工產(chǎn)品的生產(chǎn)路線可分為“石油化工”和“煤化工”，而且“石油化工”路線在目我國(guó)化工產(chǎn)品合成中占有主導(dǎo)性地位。但是我國(guó)是一個(gè)“貧油、富煤、少氣”的發(fā)展中國(guó)家，在2015年時(shí)，%。正是在這樣的時(shí)代背景下，本論文設(shè)計(jì)工藝確定為由合成氣制乙二醇。工藝路線是為：首先以CO為原料通過(guò)CO偶聯(lián)反應(yīng)制得草酸二甲酯，隨后草酸二甲酯通過(guò)加氫反應(yīng)得到乙二醇產(chǎn)品。 工藝選擇 工藝方案比較目前，我國(guó)乙二醇合成工藝技術(shù)主要是環(huán)氧乙烷水合法，但是非環(huán)氧乙烷水合法路線尤其是煤化工路線已經(jīng)取得了巨大突破。以乙烯為原料的環(huán)氧乙烷水合法路線合成乙二醇，經(jīng)過(guò)乙烯催化直接合成乙二醇。我國(guó)引進(jìn)的合成乙二醇技術(shù)包括英荷殼牌公司(Shell)、美國(guó)科學(xué)設(shè)計(jì)公司(SD)和美國(guó)DOW 化學(xué)公司的生產(chǎn)技術(shù)路線。煤化工是以合成氣為原料，該合成乙二醇生產(chǎn)技術(shù)路線在我國(guó)已達(dá)到產(chǎn)業(yè)化。1) EO法 該合成乙二醇路線中用到大量的水，能耗很大；會(huì)有副產(chǎn)物二乙二醇(DEG)和三乙二醇(TEG)生產(chǎn)。在原料中水的用量會(huì)使乙二醇的選擇性增加，但此時(shí)會(huì)增大能耗，并增大了乙二醇精制難度。2) EC法 碳酸乙烯酯(EC)法合成乙二醇工藝路線主要有兩種：碳酸乙烯酯水解工藝路線與酯交換工藝路線(EG與DMC聯(lián)產(chǎn)法)。①EC水解法在20世紀(jì)70年代時(shí)，英國(guó) ICI、美國(guó)HalconSD、日本觸媒公司以及英國(guó) ICI等公司研究出了EC水解工藝路線合成乙二醇。此工藝流程如下此工藝路線要在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行著不同的反應(yīng)，工藝操作繁瑣，難以控制在同一個(gè)反應(yīng)器中使得兩步反應(yīng)都達(dá)到最佳條件。②酯交換法(EG與DMC聯(lián)產(chǎn)法)反應(yīng)器中碳酸乙烯酯與甲醇會(huì)發(fā)生酯交換反應(yīng)。此反應(yīng)同時(shí)會(huì)有碳酸二甲酯(DMC)和乙二醇(EG)產(chǎn)物生成，所以酯交換法是一條經(jīng)濟(jì)有效的合成路線。此工藝流程的反應(yīng)如下目前，我國(guó)石油資源日益短缺，國(guó)際原油市場(chǎng)價(jià)格不穩(wěn)定。石油化工路線合成乙二醇，此路線經(jīng)濟(jì)效益會(huì)受到原油市場(chǎng)的影響。所以非石油路線制備乙二醇具有巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值。非石油路線采用的合成氣來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉是理想的合成原材料。用合成氣法制取乙二醇原子利用率高，環(huán)境污染小，因此無(wú)論是經(jīng)濟(jì)角度還是環(huán)境角度都是一種經(jīng)濟(jì)有效合成路線。 工藝方案選擇煤制乙二醇的技術(shù)核心是選用低成本和長(zhǎng)壽命的催化劑。DMO催化加氫是目前國(guó)內(nèi)煤化工路線中最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。合成氣制乙二醇工藝路線技術(shù)特點(diǎn)①以煤產(chǎn)業(yè)為原料，是非石油路線制備乙二醇技術(shù)路線的核心優(yōu)勢(shì)，該工藝技術(shù)路線擴(kuò)大了乙二醇生產(chǎn)的原料來(lái)源；②草酸二甲酯催化加氫工藝路線的操作條件，溫度為210℃，該合成條件對(duì)反應(yīng)器設(shè)備材質(zhì)要求低，容易制造，可以降低投資費(fèi)用，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；③本工藝路線生產(chǎn)乙二醇過(guò)程中相關(guān)配套技術(shù)成熟，如煤氣化、分離提純均以及氣體轉(zhuǎn)化都為國(guó)內(nèi)煤化工產(chǎn)業(yè)中成熟技術(shù)。 工藝路線介紹 工藝原理(1)原料氣制備低壓煤氣化制取一氧化碳間歇法制的半水煤氣，再經(jīng)過(guò)高變低變制得氫氣(2)草酸二甲酯的合成一氧化碳?xì)庀嗯悸?lián)催化合成草酸二甲酯(DMO)。CO在HDMO1型催化劑的作用下，與亞硝酸甲酯催化反應(yīng)生成草酸二甲酯和NO，反應(yīng)方程式如下(3)草酸二甲酯催化加氫制取乙二醇DMO催化加氫反應(yīng)是一個(gè)聯(lián)串反應(yīng)，首先是DMO催化加氫生成中間產(chǎn)物乙醇酸甲酯(MG)，其次是乙醇酸甲酯催化加氫生成乙二醇，反應(yīng)方程式如下總反應(yīng)方程式如下 工藝流程圖本車間設(shè)計(jì)的DMO催化加氫工藝流程如下圖1所示。圖1 EG合成工藝流程圖 生產(chǎn)流程敘述(1) 料預(yù)處理 原料泵將DMO打入DMO預(yù)熱器換熱到210℃，由列管式反應(yīng)器上部進(jìn)入，換熱到210℃，由列管式反應(yīng)器下部進(jìn)入。(2) 草酸二甲酯催化加氫生產(chǎn)乙二醇流程在DMO催化加氫反應(yīng)器中裝填HEG1型催化劑。催化劑由氫氣在一定工藝條件下還原活化。催化加氫反應(yīng)溫度為210℃，壓力為2MPa。DMO溶液由泵打入從上部進(jìn)入反應(yīng)器。氫氣控制流量保證氫酯比為80～100，從下部進(jìn)入反應(yīng)器。(3) 氫氣回收將反應(yīng)后的混合液由汽液分離器分離，上部采出氫氣及混合氣體，有后續(xù)氫氣精制循環(huán)利用，減少氫氣原料用量。下部采出EG及1,2丁二醇混合物經(jīng)換熱器進(jìn)入產(chǎn)品初精餾塔。(4) EG初步精制：EG混合液由常壓精餾塔精制，塔底采出EG和1,2丁二醇混合液，塔上部采出DMO及甲醇混合液。EG和1,2丁二醇混合液送入后續(xù)共沸精餾塔精制。利用二異丁基酮做夾帶劑，乙二醇夾帶劑從塔頂采出，1,2丁二醇從塔釜采出。塔頂餾出的共沸物經(jīng)冷凝分相后，下層富乙二醇通過(guò)精制達(dá)到工業(yè)要求。 催化劑選擇 Cu/SiO2加氫催化劑研究表明Cu/SiO2加氫催化劑，在反應(yīng)溫度為205℃，壓力2MPa，氫酯比60，條件下，草酸二甲醋轉(zhuǎn)化率為80%，%。當(dāng)溫度為250℃，氫酯比為80條件下，原料草酸二甲酯的轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%，%。由乙醇副反應(yīng)產(chǎn)生。 HEG1加氫催化劑該催化劑的低溫活性好，在2MPa下，工業(yè)粒度210℃與205℃時(shí)，%＞98%，EG選擇性分別為98%＞93%，此時(shí)催化劑達(dá)到最佳活化性能，EG的收率最高，副反應(yīng)產(chǎn)率低。同時(shí)該催化劑由國(guó)內(nèi)自主研發(fā)。通過(guò)對(duì)比和工藝條件，本設(shè)計(jì)選用HEG1型催化劑。在最適工藝條件下該催化劑能達(dá)到最佳活化能。HEG1型催化劑的工業(yè)粒度數(shù)據(jù)水平超過(guò)了CuCr系以及CuSi系的草酸二甲酯加氫催化劑的報(bào)道。3 物料衡算及能量衡算 物料衡算 物料衡算的意義物料衡算是確定DMO催化加氫物料轉(zhuǎn)變和物料比例定量關(guān)系的過(guò)程。%，，確定車間生產(chǎn)過(guò)程的損耗量以及確定設(shè)備容量、數(shù)量和主要尺寸，對(duì)加氫車間設(shè)備進(jìn)行了最佳的優(yōu)化，也確定了DMO催化加氫的最佳操作條件。 物料衡算的任務(wù)本車間設(shè)計(jì)物料衡算有兩種，一是對(duì)已有乙二醇合成的生產(chǎn)設(shè)備、工藝流程對(duì)應(yīng)實(shí)際數(shù)據(jù)，核算出一些不可能直接測(cè)定的數(shù)據(jù)，對(duì)舊的乙二醇工藝流程分析，提出合理的改善措施。二是設(shè)計(jì)出新的乙二醇合成生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝路線，由物料衡算結(jié)果計(jì)算出各個(gè)裝置設(shè)備流股的組成、含量以及物料量，可確定出DMO催化加氫車間設(shè)備的工藝尺寸和整個(gè)工藝流程。 物料衡算遵循的原則物料衡算的基礎(chǔ)理論是質(zhì)量守恒原則。物料衡算研究DMO催化加氫反應(yīng)器體系內(nèi)物料的組成和流股量的變化。在DMO催化加氫反應(yīng)器物料衡算時(shí)，所以要先確定的衡算體系。在穩(wěn)定狀態(tài)下有表示 系統(tǒng)物料衡算 EG合成流程圖本設(shè)計(jì)乙二醇合成車間工藝流程見(jiàn)下圖1，本設(shè)計(jì)重點(diǎn)對(duì)合成反應(yīng)器做系統(tǒng)物料衡算。圖1 EG合成工藝流程圖DMO催化加氫反應(yīng)器（R1001）生產(chǎn)任務(wù) 年產(chǎn)萬(wàn)噸乙二醇，連續(xù)運(yùn)行反應(yīng)方程乙二醇合成反應(yīng)方程式如下乙二醇生產(chǎn)量 草酸二甲酯消耗量 新鮮氫氣消耗量 由計(jì)算可知各物料流量，以Aspen plus reators模塊對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行模擬，反應(yīng)器選用Ryield模型，%，反應(yīng)溫度為210℃。輸入進(jìn)入反應(yīng)器參數(shù)得如下表31流股數(shù)。表31 反應(yīng)器進(jìn)出口流股表進(jìn)料溫度℃210壓力 MPa氣相分率摩爾流量 kmol/hr質(zhì)量流量kg/hr體積流量 cum/hr焓 Gcal/hr質(zhì)量流量DMOCH3OH0EG0H2（R1001）物料衡算本車間設(shè)計(jì)中所用Aspen plus化工模擬軟件Aspen plus模擬軟件能廣泛的應(yīng)用到化工領(lǐng)域，能實(shí)現(xiàn)新工藝的設(shè)計(jì)、工藝流程設(shè)備的模擬計(jì)算、熱集成核算、環(huán)境評(píng)估、經(jīng)濟(jì)分析等。Aspen plus模擬軟件的應(yīng)用，使計(jì)算能加方便簡(jiǎn)潔，可優(yōu)化工藝生產(chǎn)設(shè)備、