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600kta煤制乙二醇工艺设计


安徽建筑大学 课程设计任务书

课题名称

600kt/a 煤制乙二醇工艺设计

系 专 姓 学

别 业 名 号

材料与化学工程学院 化学工程与工艺

2015

年 3

月 2

日至 2015

年 6 月 19 日共 16 周

指 导 教 师 签 字 系 主 任 签 字
2015



1



16



1

一、毕业设计(论文)的内容
“煤制乙二醇”即以煤代替石油乙烯生产乙二醇。中科院福建物质结构研究 所凭借 20 多年的技术积累与企业联手合作,成功开发了“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”(简称“煤制乙二醇”)成套技术。乙 二醇目前在我国占 70%以上需要进口,市场广阔,该项目采用草酸酯加氢合成法 生产乙二醇,比传统技术的产出量高,排放更小,属于推广的高新技术范畴,项 目每生产 1 吨乙二醇比传统方式生产节约 0.5 吨左右煤,且排放更少,符合国家 节能减排的要求。煤制乙二醇工艺需要处理的关键问题是:CO 偶联合成草酸酯 过程控制及优化;草酸酯加氢催化剂;乙二醇产品分离精制。本次设计拟对上述 问题展开工作,争取取得一定的突破。 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 6.0%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,2008 年我国聚酯的产量约 1730 万吨,对乙二醇的需求量约 636 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,2010 年将达到约 710 万吨。

二、毕业设计(论文)的要求与数据
1、草酸二甲酯转化率大于 90% ;乙二醇选择性大约 90%;乙二醇收率 95%。反 应温度 100-200℃出口 H2<0.001(vol),CO 损失量(即 CO2 增量)<1%(vol)

三、毕业设计(论文)应完成的工作
1.查阅文献,完成开题报告(纸质版、PPT 会议报告),翻译与课题相关的 外文文献一篇。 2.具体应完成以下几个设计工作: 1)进行方案设计,确定生产方法和生产工艺流程。 2) 进行工艺计算, 包括物料衡算、 能量衡算以及辅助设备选型和计算。 其 他相关参数可根据文献自拟或计算。 3)绘制工艺流程图(PFD,PID)。(A2) 4)设计精馏装置,绘制设备图。(A2) 5)进行车间布置设计,并绘制设备平立面布置图。(A2)

2

6)撰写设计说明书。 3.论文格式、图纸要求按安徽建筑工业学院相关规范执行。 4.按照计划日程完成各阶段工作, 实行周报告制度 (文档发至导师电邮, PPT 会议报告)

四、毕业设计(论文)进程安排及实习安排 序 号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

设计(论文)各阶段名称
领任务书,分析课题,查阅相关文献 开题报告(含文献综述、英文文献翻译、工艺流程选择) 物料衡算和能量衡算 生产工艺流程设计并绘制物料流程图 设备工艺条件设计并绘制规定设备的工艺条件图 中期检查(现有文档整理,初稿成型,中期答辩) 进行车间布置设计并绘制设备平、立面布置图 绘制带控制点的工艺流程图 撰写论文初稿 修改论文、图纸,预答辩 答辩及修改 归档及其他

日 期
第 1 学期第 20 周 第 2 学期第 2 周 教学第 3、4 周 教学第 5、6 周 教学第 7、8 周 教学第 9 周 教学第 10 周 教学第 11、12 周 教学第 13 周 教学第 14、15 周 教学第 16、17 周 教学第 18 周

五、应收集的资料、主要参考文献及实习地点
3

《化工设计手册》,auto cad 软件,Aspen plus 软件等。

六、乙二醇工艺介绍
1.氯乙醇法 以氯乙醇为原料在碱性介质中水解而得,该反应在 100℃下进行。 2. 环氧乙烷水合法 环氧乙烷水合法有直接水合法和催化水合法,水合过程在常压下进行也可在加压 下进行。常压水合法一般采用少量无机酸为催化剂,在 50~70℃进行反应。环氧 乙烷直接水合法,为目前工业规模生产乙二醇较成熟的生产方法。环氧乙烷和水 在加压(2.23MPa)和 190~200 ℃条件下,在管式反应器中直接液相水合制的乙 二醇,同时副产品一缩二乙二醇、二缩三乙二醇和多缩聚乙二醇。 ①直接水合法; ②催化水合法; ③加压水合法 环氧乙烷与水的摩尔比要较高,在 1∶6 以上,以减少生成醚的副 反应,该反应的温度在 150℃,压力 147kPa。水合得到乙二醇。 3.目前有气相催化水合法 以氧化银为催化剂,氧化铝为载体,在 150~240℃反 应,生成乙二醇。 4.乙烯直接水合法 乙烯在催化剂(如氧化锑 TeO2,钯催化剂)存在下在乙酸溶液中氧化生成单乙酸 酯或二乙酸酯,进一步水解均得乙二醇。 5.环氧乙烷与水在硫酸催化剂作用下进行水合反应,反应液经碱中和、蒸发、精 馏即得成品。或者环氧乙烷和水在一定温度和压力下制得乙二醇,同时副产二乙 二醇、三乙二醇和多乙二醇。反应液经蒸发浓缩、脱水、精制得合格产品和副产 品。 6、甲醛法 7、草酸二酯法 日本宇部兴产公司(Ube)将此法生产草酸二酯的工艺实现了工业化[4]。其工艺 为,将 CO 和亚硝酸甲酯或者丁酯在 80-150 oC 和 0.5 MPa 下,使用氧化铝为载 体的钯催化剂进行气相反应生成草酸二酯。 草酸二酯可以进而在铜铬催化体系的 催化下加氢生成 EG,选择性 95 %。

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目前用此法生产 EG 的限制在于草酸二酯催化氢化的工艺还不成熟。研究机构 都在进行这一工艺的研究,并开发出了一些催化体系,例如美国大西洋富田公司 (Atlantic Richfield Company)亦即后来的阿科(ARCO)公司的 Cu-Cr 催化体系、 安格公司(Engelhard Corporation)的 Cu-Zn 催化体系、UCC 公司的固载的 Cu 催 化体系以及 Ube 公司与 UCC 公司联合开发的 Cu/SiO2 催化体系等等[94-99],我 国国内也有这方面的研究[100-107]。

总体而言,草酸酯法合成 EG 的工艺要求不高,条件温和,成本也不高, 是很有希望实现大规模工业化生产的合成 EG 的路线

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