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1、年产一万吨的乙二醇车间设计 台州学院第四届化工设计竞赛第一章 总论1.1 项目概况1.1.1 设计目标本设计项目为设计年产1万吨的乙二醇生产车间，年工作时间为8000小时，产品流量为1250kg/h，产品纯度大于99.8%，产品回收率为95%。本车间采用草酸酯合成乙二醇工艺流程，考虑到产品的市场需求、原料来源情况以及所用工艺技术的情况，生产车间设计的生产规模为1万吨。1.1.2 设计特点 本项目采用煤制乙二醇（MEG）合成技术，即气相催化合成草酸酯和草酸酯催化加氢合成乙二醇（草酸酯合成法），主要原料为 NO、 CO、 H2、醇类等。反应原理是 NO 与 O2 生成 N2O3, 再利用甲醇与 N
2、2O3 反应生成亚硝酸甲酯, 在 Pd 催化剂作用下CO 与亚硝酸酯氧化偶联得到草酸二酯, 草酸二酯再经催化加氢制取乙二醇。这一过程实际并不消耗醇类和亚硝酸, 只是 CO、 O2 和 H2O 合成草酸。以CO为原料，经羰化、加氢两步间接合成，取代目前的石油路线，羰基化和加氢工艺压力约0.5 MPa，温度150200。该条件对设备材质要求低，制造容易，节省投资，能耗低。该工艺具有原料来源丰富、成本低、无污染、反应条件温和、工艺紧凑、选择性高、产品纯度高、生产连续化等优点，是洁净生产、环境友好的先进绿色化学工艺。1.1.3 设计背景及意义1.1.3.1 背景乙二醇是大宗化工原料，我国又是乙二醇消费
3、大国, 2003 年表观消费量达到 346.2 万吨, 超过美国成为世界第一大乙二醇消费国家, 2006 年消费量更是达到 560 万吨。但 2006年国内产能仅有 184 万吨/年, 产量远不能满足国内需要, 只能依靠大量进口来满足需要。2007年我国进口乙二醇480万吨，2008年进口522万吨，进口量近年在逐步上升。 世界上乙二醇生产方法主要为石油-乙烯-环氧乙烷路线, 而我国石油资源有限, 因此利用我国丰富的煤炭资源, 走出一条经济合理的利用煤炭资源合成合成气，再利用合成气合成乙二醇路线是我国乙二醇工业的当务之急。 2009年12月7日由中国科学院福建物质结构研究所联合江苏丹化集团和上
4、海金煤化工公司开展技术攻关的世界首创20万吨煤制乙二醇工业示范项目打通了全流程，试车成功并生产出合格的乙二醇产品。我国在世界上率先实现了煤制乙二醇（CO气相催化合成草酸酯和草酸酯催化加氢合成乙二醇）成套技术的工业化应用。1.1.3.2 意义 我国煤炭资源丰富，因而草酸酯合成乙二醇具有明显的原料优势。据专家预测，未来油价仍将呈现上涨趋势，与石油路线相比，草酸酯合成乙二醇工艺生产成本要比其低40%50%，经济效益相当可观。与煤制油、煤制天然气相比，草酸酯合成工艺乙二醇不仅具有更高的附加值，而且在合成气利用方面的原子经济性更高，经济效益更好。据专家测算，用石油乙烯路线每生产一吨乙二醇约耗2.5吨石油
5、。目前全世界用石油乙烯生产的2000多万吨乙二醇，若都以CO为原料进行生产，那么，节省下来的石油相当于新开发一个年产5000万吨石油的大庆油田。在环保方面，此车间设计不存在高度污染的问题。其显著特点还在于全部采用工业CO、NO、H2、O2和醇类为原料，在生产过程中不会产生二氧化硫和二氧化氮，而这两种气体是造成污染的“罪魁祸首”。此设计完全符合循环经济三原则，即“减量化、再利用和再循环”，比传统生产工艺更加绿色和环保。1.2 车间设计的原则和依据1、台州学院第四届“化工设计竞赛”的相关规定和要求。2、生产过程所使用的所有原料、辅料、催化剂及所制得的产品的质量均应符合相关国家标准、部颁标准或行业标
6、准。3、HG T 20688-2000 化工工厂初步设计内容深度的规定4、HG_20546.1-92 化工装置设备布置设计内容和深度规定5、HG-T 20646.1-1999 化工装置管道材料设计内容和深度规定6、HG T 20688-2000 化工工厂初步设计内容深度的规定7、中华人民共和国在工程方面的其他相关规定、法律、法规、政策。第二章 市场分析2.1 乙二醇概述2.1.1 物理性质乙二醇（Ethylene Glycol），又名“甘醇”、“1,2-亚乙基二醇”，简称EG。化学式为C2H6O2，是最简单的二元醇。乙二醇是无色无臭、有甜味的粘稠液体。它稳定无腐蚀性，可燃但不易燃。乙二醇能与水
7、、丙酮互溶，可以与水任意比例互溶，能大大降低水的冰点，但在醚类中溶解度较小。表2-1 乙二醇的主要性质项目.数据项目数据沸点/197.85粘度/mPa.s(16)25.66熔点/-13.2相对密度/水=1(20)1.1155闪点/111.1蒸气压/kPa(20)6.21燃点/118表面张力/mN/m(20) 46.492.1.2 化学性质乙二醇是最简单和最常用的二元醇，具有一元醇的化学性质。（1） 脱水反应 乙二醇在硫酸存在下，可以发生分子间脱水而生成乙二醚。 在一定条件下也可以分子间脱水生成醛。 在烷基或碱作用下，互相作用生成醚。（2） 酯化反应 能与无机或有机酸反应生成酯，一般先只有一个羟
8、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。（3） 氧化反应 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。二醇与其他二醇不同，经高碘酸氧化可发生碳链断裂。（4）与碱金属反应 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。此外用乙二醇与两摩尔甲醇钠一
9、起加热，可得乙二醇二钠。2.1.3 毒性 乙二醇对人和动物有毒性，人类致死剂量约为1.6 g/kg。急性中毒表现为中枢神经损害，急性肾功能衰竭、肺损害表现。乙二醇中毒后期改变主要是乙二醇体内代谢产生毒性更强的乙醇醛、乙醇酸、水合乙醛酸及草酸引起肾脏、肺脏及视神经损害表现。2.1.4 质量指标纯度：99.8%；杂质：总醛0.001%（以乙二醛计）；水分0.05%；酸度0.001%（以乙二酸计）；灰份0.001%；氯化物0.0001%。2.1.5 用途乙二醇在国民经济中有着极其重要的地位，是重要的有机化工产品。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。还可用
10、于除冰剂、表面涂料、非离子表面活性剂、增塑剂、润滑剂、涂料、照相显影液、刹车液以及油墨等行业以及合成乙二醇醚、乙二醛、乙二酸等化工产品的原料，用途十分广泛。图 2-1 北美地区乙二醇的用途分布图从全球来看，乙二醇主要用于纤维薄膜、薄膜及PET树脂。聚酯产品耗用的乙二醇占世界产量的54%左右。第二大用途是作汽车防冻剂，其它一些小用途有用作除冰液和表面涂料等。乙二醇还用于配置摄影中的印菲林液，液压刹车油和油墨等。高纯度的乙二醇用作溶剂和过硼酸铵的悬浮介质。乙二醇还用作制取乙二醇醚等。2.2 世界生产消费现状及市场分析2.2.1 生产状况 近年来，随着聚酯产品消费的急剧增长，世界乙二醇的生产发展很快
11、。2000年全球乙二醇生产能力为1423.0万吨/年，2006年达到1955.5万吨/年，年均增长约5.4。陶氏化学公司是目前世界上最大的乙二醇生产厂家，2006年生产能力达到266.0万吨/年，占世界总生产能力的13.60，在加拿大、科威特、英国、荷兰、马来西亚以及美国建有生产装置；其次是萨比克公司，生产能力为230.0万吨/年，占世界总生产能力的11.76，在沙特建有3套生产装置；壳牌化学公司位居第三位，生产能力为139.0万吨/年，约占世界总生产能力的7.11，分别在美国、荷兰、中国大陆、新加坡以及加拿大建有生产装置。2006年世界主要乙二醇生产企业产能统计见表2-2。 表2-2 200
12、6年世界主要乙二醇生产企业产能统计 公司名称生产能力（万t/a）占全球总能力/%陶氏化学26613.60萨比克23011.76壳牌化学1397.11台塑集团1196.09中国石化1055.37科威特石油工业公司683.48韩国湖南石化663.37巴斯夫623.17信赖工业公司572.91莱昂得尔化学公司502.56合计116259.422.2.2 消费现状及市场前景2006年世界乙二醇的总消费量为1701.0万吨，同比增长5.95，亚洲、北美和西欧是最主要的消费地区，约占世界总消费量的91.93。其中亚洲地区的消费量为1064.8万吨/年，占62.60；北美地区的消费量为323.9万吨/年，占
13、19.04；西欧地区的消费量为175.0万吨/年，占10.29。全球约81.5乙二醇产品用于生产聚酯，12.0用于生产防冻液，6.5用于生产化工中间体、醇酸树脂等产品。 2006年世界乙二醇的总进口量为785.0万吨，其中亚洲是最主要的进口地区，进口647.2万吨，约占总进口量的82.44；其次是北美，进口47.8万吨/年，占6.09。2006年世界乙二醇的总出口量为804.0万吨，其中中东地区是最主要的出口地区，出口量达370.2万吨，约占总出口量的46.04；其次是加拿大，出口量为120.0万吨/年，占14.92。预计未来几年，世界乙二醇的需求量将以年均5.0的速度增长，到2011年总需求
14、量将达到2171.8万吨，其中中东欧地区需求量的年均增长率将达到15.6，消费量将由2006年的41.0万吨增加到2011年的84.8万吨；其次是中东地区，消费量的年均增长率将达到14.5，消费量将由2006年的48.2万吨增加到2011年的94.9万吨。2006年世界主要地区乙二醇的供需情况见表2-3。表2-3 2006年世界主要乙二醇生产企业产能统计（单位：万吨）地区产能（万t/a）产量进口量出口量消费量亚洲685.7606.8647.2187.91064.8北美531.2466.147.8186.2323.9中东445.8410.08.5370.248.2西欧168.5143.046.8
15、11.0175.0中东欧81.668.66.133.841.1中南美洲40.534.415.914.935.4其他2.20.64.10.04.7合计1955.51729.3785.0804.01701.0 2001年世界乙二醇的总消费量为12 514 kt，2002年总消费量为12 620 kt，2003年总消费量为14 200 kt，其中80.2%用于生产聚酯（包括聚酯纤维、聚酯膜和其他PET树脂），11.4%用于生产防冻剂，8.4%用于生产其他产品（包括胶乳表面涂层、不饱和聚酯及化工中间体）。预计今后几年世界乙二醇的总消费量将以年均4.8%的速度增长，到2007年总消费量达到16 160 kt，其中北美地区消费量的年均增
