煤制乙二醇毕业设计说明书

华北科技学院毕业设计（论文）I目录1 总论 .11.1 项目概述及背景资料 .11.1.1 背景简介 .11.1.2 乙二醇的理化性质 .41.1.3 乙二醇的用途 .51.2 项目市场分析 .51.2.1 乙二醇市场分析 .51.2.2 乙二醇发展前景 .62 工艺设计方案 .72.1 设计目标 .72.2 工艺路线的选择 .72.2.1 环氧乙烷直接水合法 .72.2.2 环氧乙烷催化水合法 .82.2.3 碳酸乙烯酯法 .82.2.4 合成气直接法 .92.2.5 草酸酯合成法 .102.3 技术方案 .112.3.1 亚硝酸甲酯再生 .112.3.2 CO 偶联技术 .152.3.3 DMC-MeOH 分离技术 .172.3.4 乙二醇精制 .213 Aspen 工艺流程模拟简述 .243.1 亚硝酸甲酯再生工段 .243.1.1 反应精馏 .243.1.2 双效精馏 .263.2 羰化偶联工段 .303.3 DMO 加氢工段 .34年产 20 万吨煤制乙二醇工厂初步设计II3.3.1 加氢反应过程模拟 .353.4 乙二醇精制工段 .374 物料衡算 .384.1 物料衡算的原理和准则 .384.2 酯化工段物料衡算 .394.3 羰化工段物料衡算 .394.4 DMO 加氢工段物料衡算 .414.5 乙二醇精制工段物料衡算 .435 热量衡算 .445.1 概论 .445.2 热量衡算原则 .445.3 热量衡算 .455.3.1 酯化工段能量衡算 .455.3.2 羰化偶联工段能量衡算 .455.3.3DMO 加氢工段 .455.3.4 乙二醇精制工段 .465.4 换热网络设计 .465.4.1 概述 .465.4.2 换热网络设计 .466 设备选型 .526.1 化工设备选型的原则 .526.2 反应器设计 .526.2.1 羰化反应器设计 .526.3 塔设备设计 .676.3.1 概述 .676.3.2 DMO 分离塔设计 .686.4 换热器设计 .836.4.1 换热器概述 .83华北科技学院毕业设计（论文）III6.4.2 选型依据 .846.4.3 选型原则 .846.4.4 换热器设计 .856.5 设备一览表 .876.5.1 塔设备一览表 .876.5.2 换热器设备一览表 .886.5.3 反应器一览表 .887“三废”处理与安全事项 .897.1 废气 .897.2 废液 .897.3 废渣 .897.4 安全事项 .89结论 .90参考文献 .91附录 .93致谢 .94华北科技学院毕业设计（论文）I年产 20 万吨煤制乙二醇工厂初步设计设计总说明1、设计目的及意义乙二醇（EG）是最简单、最重要的脂肪族二元醇，市场容量仅次于乙烯和丙烯，是一种非常重要的战略物资。由于目前我国乙二醇的生产能力和产量还不能满足实际生产的需求，加上煤制备乙二醇相比煤制油、煤制烯烃的投资要小得多，产业链也比后两者短，市场需求明确，准入门槛低，推广起来更加容易，加上发展煤或天然气通过合成气制备乙二醇，符合我国缺油、少气、煤炭资源相对丰富的特点，是国家鼓励类示范性项目，因而开发大型煤制乙二醇生产装置具有重要意义。2、工艺设计任务本煤制乙二醇生产项目以煤为原料制备合成气，通过羰基化反应生成亚硝酸甲酯，在钯（Pd）系催化剂上氧化偶联制得草酸二酯，再经在铜系催化剂上加氢制得乙二醇。其生产能力为每年 20 万吨。3、工艺设计依据（1）2016 届本科毕业设计任务书（2）卢焕章.石油化工基础数据手册M.北京:化学工业出版社,1982（3）应卫勇，曹发海，房鼎业.碳一化工主要产品生产技术M.北京：化学工业出版社，2004（4）中国石化集团上海工程有限公司编. 化工工艺设计手册（第四版） ，化学工业出版社,20094、设计工艺说明本项目以煤为原料制取合成气，通过深冷技术分离出 CO 和 H2，由于合成气中CO 和 H2 的含量与比重受原料煤品质、气化反应类型和操作的影响比较大，故以满足项目需求的方式完成对生产的供给。设计分为五个主要生产工段：亚硝酸甲酯再生反应工段，CO 偶联反应工段，草酸二甲酯催化加氢工段，乙二醇精制工段，DMC-MeOH 分离工段。各工段主要反应如下：年产 20 万吨煤制乙二醇工厂初步设计II（1）酯化反应工段采用反应精馏酯化的技术手段，合成 CO 氧化偶联所需的产物亚硝酸甲酯，主要原料是 O2、NO 和甲醇，惰性气体 N2，甲醇既作为反应原料，同时进行循环物料进行热量交换，由于副反应的发生，需要补充一定的甲醇，同时该反应的一产物为 H2O，因此要求甲醇的摩尔含量在 98%以上。2ROH+N2O32RONO+H 2O (1)（2）CO 偶联工段采用气相偶联技术，使用华东理工大学研发的 Pd/Al2O3 催化剂催化剂的活性相当稳定，MN 转化率稳定在 80，DMO 选择性大于 90，DMO 产率大于 3509/kg/h。使用列管式、间壁冷却式固定床反应器。管内装催化剂，反应温度为120140，压力 l5atm，管外产 0.4MPa 的低压蒸汽。草酸二甲酯(DMO) 的合成反应为：2CH3ONO+2CO=DMO+2NO +180.6kJ (2)（3）加氢工段采用华东理工大学研制的 Cu/SiO2 作为 DMO 催化剂，催化剂的活性相当稳定，DMO 转化率稳定在 98，EG 选择性大于 90。本次模拟在加氢反应器中草酸二甲酯的摩尔转化率为 0.98，所得加氢中间产物乙醇酸甲酯继续加氢的摩尔转化率为 0.94.同时假定有摩尔分率 0.02 的乙二醇过度加氢转化为乙醇，此外假定少量的乙二醇转换为 1,2-丙二醇、1,2-丁二醇。（4）为达到设计所要求的乙二醇纯度 99.0%(wt/y)以上，加氢反应产物经过初步提纯后得到粗乙二醇，再以甲苯为萃取剂，利用萃取法分离乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇共沸液。（5）由于 DMC 与 MeOH 共沸，因此不能通过普通精馏的方式进行分离，因此，作者查阅相关资料，采取变压双效精馏的方式，创新性完成了 DMC 和 MeOH 的分离任务，具体详细见 Aspen 模拟一章。华北科技学院毕业设计（论文）III图 1-1 设计流程方框图5、设计工艺特点（1）本项目以煤制油化工有公司的甲醇和合成气为原料，代替传统的石油乙烯路线，具有极高的市场竞争力。（2）采用华东理工大学的钯系催化剂，活性相当稳定，转化率高，选择性大，反应条件温和，工艺技术成熟。（3）根据甲醇精馏系统中，甲醇和水沸点差异较大的特点，使用双效精馏的方式，虽然增加了一个精馏塔，但是仍然可以看作是一个系统，系统的热输入量明显减少以后，其热输出量相应减少，从而达到了节约冷却水的显著效果。（4）采用萃取法精制产品乙二醇，分离能耗相对较低，与精馏方法相比，萃取法回收的甲醇纯度接近于 100%，得到的 EG 含量为 99.9%，达到设计要求。（5）采用反应精馏技术进行酯化反应，同时在一个塔内完成反应、吸收和精馏。相比其他工艺技术大大缩短了生产流程，减少了投资费用。（6）采用双塔变压精馏分离 MeOH-DMC 的二元共沸物。6、设计计算结果数据本设计主要原料如下表 1：年产 20 万吨煤制乙二醇工厂初步设计IV表 1 主要物料汇总物料名称 数量/( 万吨/年) 规格煤 60(约) 30%甲醇 5 99.9%CO 31.4 -H2 33.95 -甲苯 1.2 外购乙二醇 20.464 (25.58) 99.9%碳酸二甲酯 2.784 (3.98) 99.8%乙醇酸甲酯 2.096 (2.62) 99.8%7、设计结论本设计所选设备满足年产 20 万吨煤制乙二醇初步设计的要求关键词：合成气；流程模拟；煤制乙二醇；氧化偶联华北科技学院毕业设计（论文）VPreliminary design of coal to ethylene glycol for 200,000 tons synthetic project Design general description1.The design purpose and meaning Ethylene glycol (EG) is the simplest and the most important aliphatic dibasic alcohol, second only to ethylene and propylene market capacity, is a very important strategic material. Because at present our country of ethylene glycol production capacity and production can not meet the needs of practical production, compared with coal preparation of ethylene glycol coal, coal to olefin investment is much smaller, the industrial chain is shorter than the latter two, the market demand, low barriers to entry, promote more easy, plus the development of coal or natural gas in the preparation of ethylene glycol via syngas, conforms to our country lack of gas, and oil, the characteristics of the coal resources are relatively abundant, is the national encouraging demonstration project, thus developing large coal glycol production device is of great significance.2. Process design taskThis coal glycol production project in coal preparation syngas as raw material, through carbonylation reaction of methyl nitrite, on palladium (Pd) catalysts for oxidation coupling system of two oxalate ester, then through the copper catalyst on hydrogenation was ethylene glycol. The production capacity of 200000 tons per year.3,Process design basis(1) The design plan descriptions of the undergraduate course graduation class of 2015(2) Huan-zhang lu. Petrochemical base data handbook M. Beijing: chemical industry press, 1982 (3) S Should WeiYong, cao, ding industry. Carbon chemical products production technology M. Beijing: chemical industry press, 2004 (4) Sinopec Shanghai engineering co., LTD. “chemical process design manual (fourth edition), chemical industry press, 2009年产 20 万吨煤制乙二醇工厂初步设计VI4. The design processThis project with coal as raw material for making the syngas, isolated by cryogenic technology CO and H2, because the content of CO and H2 syngas and proportion by the quality of raw coal, the gasification reaction type and operation is larger, the influence of the way of reason in order to meet project requirements to complete the production of supply.Design is divided into five main production section: methyl nitrite regeneration reaction section, CO coupling reaction section, dimethyl oxalate hydrogenation section, ethylene glycol purification section, DMC - MeOH separation section. Each section of the main reaction is as follows: (1) Carbonylation reaction section using the esterification reaction distillation technology, needed for the product of CO oxidation coupling methyl nitrite, the main raw material is O2, NO and methanol, inert gas N2 and methanol as raw materials, both for heat exchange with the loop material at the same time, due to the occurrence of adverse events, to add a certain amount of methanol, at the same time, a product of the reac