乙二醇生產裝置的工藝設計.doc

1、乙二醇生產裝置的工藝設計前言乙二醇在國民經濟中有著極其重要的地位，是大宗有機化工產品。廣泛用于生產聚酯纖維、薄膜、容器瓶類等聚酯系列產品和汽車防凍劑，還可用于除冰劑、表面涂料、表面活性劑、增塑劑、不飽和聚酯樹脂以及合成乙二醇醚、乙二醛、乙二酸等化工產品的原料，雖然乙二醇產品用途極廣，但國內乙二醇的產量一直無法滿足國內市場的強勁需求，乙二醇自給率不足50%，有相當大的部分需要進口，易受國際市場供求關系的影響。因此，發(fā)展和技術改造乙二醇工藝設計對我國經濟發(fā)展有著重要的意義。隨著我國市場經濟的發(fā)展，以前那種單純 * 增大原料和能源的消耗來提高產量的做法已逐漸被淘汰，繼續(xù)這種做法的企業(yè)已經瀕臨破產倒閉

2、；現(xiàn)在只有依 *科技的力量， 通過技術的改造來降低能源的消耗，同時使各種生產資料得到優(yōu)化的配置，才是擺脫困境最有效的方法。乙二醇工藝設計中，乙二醇的精制是整個工藝流程的核心部分，關系著乙二醇產品的質量和產量。因此，本設計以乙二醇精制為中心和重點，經過嚴密的計算和論證，得到了肯定的結果。該技術具有世界共同發(fā)展趨向的節(jié)能性，是生產乙二醇工藝的重大突破。第 1章文獻綜述1.1乙二醇工業(yè)的發(fā)展12乙二醇是最簡單和最重要的脂肪族二元醇，它在有機化工生產中是一種重要的基本原料，尤其廣泛用于聚酯纖維、聚酯塑料的生產。在汽車、航空、儀表工業(yè)的冷卻系統(tǒng)中，它是抗凍劑的重要成分。在溶劑、潤滑劑、軟化劑，增塑劑和炸

3、藥的生產中也有多種用途。乙二醇是由Wurtz 于 1859 年首次用氫氧化鉀水解乙二醇二乙酸酯制得的。第一次世界大戰(zhàn)期間，人們利用乙二醇的二硝酸酯能降低甘油凝固點的特性來代替甘油生產炸藥。本世紀20 年代，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，抗凍劑的需求猛增，導致了乙二醇供不應求。當時是采用氯乙醇皂化法生產乙二醇。50 年代中期，聚酯樹脂的開發(fā)成功和投入生產，再度刺激了乙二醇工業(yè)的發(fā)展，由石油化工基本原料乙烯或環(huán)氧乙烷的氧化、水解制乙二醇的方法開始占據(jù)主導地位。70 年代，在經歷了石油能源危機之后，人們又試圖尋求以天然氣或煤替代石油制備乙二醇的方法，并取得了重大突破。由此可見，乙二醇的生產技術主要有以石油產品

4、和以天然氣(或煤 )制得合成氣為原料的兩條途徑。1.1.1世界乙二醇工業(yè)的概況2世界 EO/EG 技術進展主要可歸結為以下幾點。1.EO/EG 裝置向更大型化發(fā)展。近年來新建的器的制造能力，并將建成少量大規(guī)模(480kt/YEO 裝置規(guī)模均在以上 )EO 裝置。200 kt/ Y以上，并具備240kt/Y規(guī)模單臺EO 反應2. EO 催化劑將向高活性和高選擇性兩方面發(fā)展?，F(xiàn)有的 EO/ EG 裝置由于反應工藝和反應器傳熱條件的限制，將傾向于使用高活性系列催化劑，尤其是 1997 年開發(fā)成功的5863 高活性催化劑。 對一些新建的裝置或擴能(考慮增加反應系統(tǒng) ) 的老裝置，將會優(yōu)先考慮選用高選擇

5、性的催化劑。3.尋求廉價乙烯原料。尋求廉價乙烯原料并建立EG 與乙烯的聯(lián)合生產已成為開發(fā)的熱點。4. EO 催化水合技術將得到工業(yè)應用。EO 催化水合技術的開發(fā)解決了通常EG 生產中大量耗能這一問題，并可降低約 15%的裝置總投資?？梢灶A見，Shell 公司的 EO 催化水合專利技術不久將推向工業(yè)化。1.1.2我國乙二醇行業(yè)的概況3在國內乙二醇市場供需方面，由于聚酯工業(yè)迅速發(fā)展，乙二醇消費量明顯上升。1995 一 2001 年間我國乙二醇消費量年平均增長率為23.11%,2002 年我國消費量為3 .0199 Mt ，比 2001 年又增長 25 .6%。然而， 為滿足國民經濟發(fā)展需要，每年仍

6、有大量進口。目前我國80%的乙二醇用于聚酯生產， 8%用于防凍劑， 12%用于其它方面。預計到2005 年末我國聚酯生產能力將達到8 .80 Mt/ Y左右。若按生產 1t 聚酯需 0.37 t 乙二醇計算，2005 年用于聚酯的乙二醇為3 .256 Mt ，再加上其它消費量估計達4.26 Mt 。如國內燕山石化300 kt/ Y裝置于 2003 年底投產，江蘇南京的揚子石化300 kt/ Y和廣東惠州的南海石化300 kt/ Y 生產裝置均于 2005年投產，屆時國內乙二醇總生產能力也僅2 .006 Mt/ Y ，即使這些裝置全部滿負荷運行仍有2.254 Mt 的缺口，因而，除考慮進口乙二醇

7、外，現(xiàn)有裝置仍需挖潛改造才能滿足市場需求。綜上所述，乙二醇作為重要有機化工原料和聚酯單體，對國民經濟各部門的發(fā)展和國計民生，尤其是人們的衣著有著十分密切的關系。隨著我國進入全面小康社會，發(fā)展我國的乙二醇工業(yè)勢在必行。發(fā)展乙二醇工業(yè)關鍵在于發(fā)展具有我國自主知識產權的技術，除加強對現(xiàn)有引進技術的消化吸收外，應該加強科技投入，加快環(huán)氧乙烷催化水合工藝的技術開發(fā)，使小試成果盡快經中試轉入產業(yè)化，同時密切關注日本三菱化學經碳酸乙烯酯工業(yè)化結果，以進一步促進我國乙二醇工業(yè)的科技進步。表 1-1我國主要乙二醇生產企業(yè)近年生產能力和產量1廠家名稱原設計能力生產能力產量 專利技術第 2 章生產工藝概述2.1產品

8、說明乙二醇分子式： C2H4(OH)2分子量： 622.1.1乙二醇的物理性質乙二醇俗稱甘醇，常溫下是無色透明的粘稠狀液體，稍有甜味，有一定毒性，其發(fā)揮性小，閃點高，吸濕性超過甘油，微溶于乙醚， 能以任意比例與水相混合，能大大降低水的冰點。當含鐵雜質時其變黃或棕色（受熱等條件下變成棕色），其物理性質及熱力學性質見附錄一。2.1.2乙二醇的化學性質乙二醇是最簡單、最常用的二元醇，具有一元醇的性質。 脫水反應 乙二醇在硫酸存在下，可以發(fā)生分子間脫水而生成乙二醚。 在一定條件下也可以分子間脫水生成醛 在烷基或堿作用下，互相作用生成醚 酯化反應 有機酸酯化單羰酸與乙二醇反應，在相同克分子比下，生成單酯

9、或乙二酯：乙二醇于某些有機二元酸（對苯二甲酸）順丁烯二酸和乙二酸等生成性結構的樹脂與結苯二甲酸反應（TPA 法）與對苯二甲酸二酯反應（DMT 法）2.1.3 乙二醇的毒性 4急性中毒表現(xiàn)為中樞神經損害，急性腎功能衰竭、肺損害表現(xiàn)。乙二醇中毒后期改變主要是乙二醇體內代謝產生毒性更強的乙醇醛、乙醇酸、水合乙醛酸及草酸引起腎臟、肺臟及視神經損害表現(xiàn)。對視神經損害其機理不明，可能是乙二醇代謝產物 ( 毒性更強 )直接視神經毒性所致;此外，同時有急性腎衰及肺損害。出現(xiàn)酸中毒、低氧血癥改變，使視網(wǎng)膜節(jié)細胞缺氧及代謝障礙所致。是可逆性損害。2.1.4 乙二醇質量指標純度： 99.8%雜質：總醛 0.001%

10、（以乙二醛計）；水分0.05%；酸度 0.001%（以乙二酸計）；灰份0.001%，氯化物 0.0001%.2.2原料說明環(huán)氧乙烷分子式 C2H4O分子量為44.052.2.1物理性質環(huán)氧乙烷又叫氧化乙烯，是無色具有烯烴芳香味的有刺激性氣味，環(huán)氧乙烷是極易燃的，并與空氣形成爆炸性混合物，即使在缺氧條件下加熱也可引起爆炸危險。在空氣中爆炸極為3100%，能以任何比例與水、乙醇、醚以及多數(shù)有機溶劑混合，沸點為10.6，在低于10.6或壓力下為無色液體，在流動狀態(tài)下易揮發(fā)，由于反應性很活潑，貯藏保管都有要特別注意。2.2.2化學性質環(huán)氧乙烷是三元環(huán)、化學性質很活潑，其環(huán)易于破壞而發(fā)生各種化學反應。2

11、.3乙二醇的生產方法2.3.1氯乙醇法乙烯經次氯酸化可得氯乙醇，氯乙醇在堿性介質中水解即得EG。2.3.2二氯乙烷法由乙烯和氯氣在1 ,2 一二氯乙烷介質中氯化可得1 ,2 一二氯乙烷，乙烷在堿性介質中水解成EG。本法收率約85%，美國早期曾采用此法進行工業(yè)生產。氯乙醇法、二氯乙烷水合法現(xiàn)在有些國內企業(yè)還在用此法進行EG 生產，但由于此方法有設備腐蝕、反應條件高等問題，已逐漸被其它方法所取代。2.3.3環(huán)氧乙烷水合法此法分為催化水合法和直接水合法，水合在常壓或加壓下進行。常壓水合通常是以稀硫酸為催化劑，但副產較多。此法耗用酸，有設備腐蝕問題， 因此工業(yè)上多采用無催化劑的加壓水合法。加壓水合法是

12、在150 一 180和 1 .4 一 3. 0 MPa壓力下進行。增加壓力和提高溫度可以提高EG 的產率，但副產物一縮乙二醇，二縮乙二醇及高聚物的量也有所增加，即 EO 轉化為 EG 的選擇性變差。為了提高選擇性，可以采用較高的配比以控制副反應，一般主副產品控制比例為:乙二醇 : 一縮乙二醇 : 二縮乙二醇一100: 10: 1(重量比 )，實際上EG在水中的含量僅為10%，因而增加了濃縮的能耗。此法由于技術和經濟上的優(yōu)勢，成為最早工業(yè)化的生產方法之一。以乙烯為原料經環(huán)氧乙烷水解生產乙二醇方法，EO 水合工藝成熟，技術完善，工業(yè)生產中多數(shù)采取此種方法。本設計也采用此種方法。2.4乙二醇的工藝流

13、程2.4.1乙二醇的反應乙二醇反應是在液相中進行的,長管式反應器為環(huán)氧乙烷完全水解提供所需的停留時間。反應在混合噴嘴和反應預熱器就已開始進行。在乙二醇反應器中繼續(xù)進行絕熱反應。生成乙二醇的反應是放熱反應，因此含有過量的水和乙二醇的產品離開反應器時溫度升高。需要保證足夠的壓力使反應系統(tǒng)保持液相。氣相EO 在反應器中基本上不反應，因此應避免EO 汽化。如果進料中EO 含量減少，乙二醇產品中MEG 組分比例將增加，隨之被閃蒸出去的水份也會增加。乙二醇的循環(huán)會增加多乙二醇產品的比例，降低MEG 產品的最終產量。2.4.2 多效閃蒸及乙二醇濃縮通過多效閃蒸把水蒸發(fā)掉，回收乙二醇反應器產品中的乙二醇。乙二

14、醇反應器產品閃蒸塔的再沸器由中壓蒸汽供熱。塔頂蒸汽作為下一步閃蒸即第一濃縮塔再沸器的熱源。第一濃縮塔頂蒸汽又作為第二濃縮塔再沸器的熱源。從乙二醇反應器產品閃蒸塔塔釜來的乙二醇溶液作為第一濃縮塔進料，在這里被濃縮。C401 及 C402 每一塔頂有一小股回流以減少乙二醇在塔頂餾出物中的含量，回流液來自清潔凝液閃蒸罐。2.4.3乙二醇脫水第二濃縮塔釜液進入乙二醇脫水塔C-404 中，脫水塔在真空下操作，基本上把剩余的水分全部脫除。粗乙二醇由脫水塔塔釜泵送到乙二醇精制部分。脫水塔 C-404 進料有以下物流組成：乙二醇第二濃縮塔塔液，MEG塔頂產物，乙二醇排放閃蒸塔塔頂產物和MEG循環(huán)塔塔頂產物。這

15、些物料在塔進料管線的上游混合。脫水塔的操作壓力可使塔頂蒸汽在一定的溫度、壓力條件下，能用冷卻水冷凝下來，一部分塔頂冷凝液作為脫水塔的回流，其余部分的凝液送到污水處理系統(tǒng)。2.4.4乙二醇排放回收EO 解吸塔塔釜乙二醇排放液中的水、乙二醇，在EG 排放閃蒸塔C-406 中減壓閃蒸，從塔頂回收水和乙二醇，少量有機鹽及二乙二醇從塔釜排至V113 或 X023 。EG 排放閃蒸塔從乙二醇排放液中可回收98%的 MEG 。2.4.5乙二醇精制為了防止在很低的溫度下操作發(fā)生產品熱裂解,乙二醇精制部分的塔都在真空下操作。最高的塔釜溫度設計為176。由于泄漏空氣中的氧氣可以使產品發(fā)生氧化生成醛類等氧化產物，降

16、低產品質量，因此塔和它們的附屬設備要最大限度地防止空氣泄漏。由于受到塔允許壓力降的限制，所以使用具有較低壓力降的填料Mellapak250Y 的填料。液體在這兩種型式的填料上滯留量較少。塔內氣體負荷的波動會很快地影響到產品的組成，因此用塔的溫度與再沸器蒸汽流量串級調節(jié)塔的熱量輸入，以保證塔的溫度穩(wěn)定和塔的氣相負荷穩(wěn)定。C501 塔的回流是通過回流罐的液位和流量的串級調節(jié)來控制。為防止固體顆粒在塔內填料上的聚積，每個塔釜泵出口都有40um 的筒式過濾器，這樣在正常操作條件可以通過經常更換過濾器來保持系統(tǒng)清潔。從脫水塔來的粗乙二醇進入MEG 塔， MEG 產品從塔頂側線采出。塔頂蒸汽在158和 28KPa 的條件下，上升至熱虹吸型冷凝器E-501 內被冷凝。從蒸汽冷凝閃蒸罐（V-401 ）來的清潔冷凝液在E501 管程產生 0.3MPa 的公用工程級蒸汽。為了使 MEG 在真空系統(tǒng)中損失最小，在回流罐V-503 頂部安裝了一個用冷卻水換熱的放空冷凝器E-502。微量的水和其它輕組分經真空系統(tǒng)離開塔。精制的 MEG 是在精餾段下采出，并冷卻到45， DEG 含量小于 500ppmwt 。為了避免MEG 產品吸收水分，貯存時MEG 產品要