1、密 级 公 开学 号 120094毕 业 设 计（论 文）年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计院（系、部）： 化学工程学院姓 名： 陈 帅年 级： 2012 级专 业： 化学工程与工艺指 导教 师： 熊杰明教 师职 称： 副教授 2016 年 6 月 1 日 北京年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计北京石油化工学院学位论文电子版授权使用协议论文年产 30万吨乙二醇项目工艺设计系本人在北京石油化工学院学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩。 本人系作品的唯一作者，即著作权人。现本人同意将本作品收录于“ 北京石油化工学院学位论文全文数据库” 。本人承诺：已提交的学位论文电子版与印刷版论文的内容一致，
2、如因不同而引起学术声誉上的损失由本人自负。本人完全同意本作品在校园网上提供论文目录检索、文摘浏览以及全文部分浏览服务。公开级学位论文全文电子版允许读者在校园网上浏览并下载全文。 注：本协议书对于“ 非公开学位论文” 在保密期限过后同样适用。 院系名称： 化学工程学院导师签名： 熊杰明作者签名： 陈 帅学 号： 1200942016 年 06 月 21 日年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计I摘 要近年来随着我国聚酯工业的不断发展，乙二醇的需求不断增加。国内的乙二醇产量无法满足市场需求，每年需要大量进口乙二醇。用合成气制乙二醇是非石油路 线合成油制乙二醇的新途径，不仅符合我国煤储备丰富的国情，具有
3、可持续发展的 特点，而且对于国家能源安全有战略意义。 本设计采用 ASPEN 软件对 CO 氧化偶联制乙二醇工艺流程进行了模拟。设计任务为：年产量为 30 万吨乙二醇，对 CO 氧化偶联制乙二醇工艺进行了全流程的模拟计算，并对相应的工艺参数进行了优化，得到最佳的塔板数、回流比以及采出 量等，最终模拟得到纯度 99.8%的乙二醇产品；依据 ASPENPLUS 模拟的计算结果，并对塔设备进行相关的设计和校核，经过塔的水力学校核，使用 EXCEL 对塔进行设计，求得各个塔的基本工艺参数和负荷性能图；利用 ASPEN得到的数据对泵进行设计和选型：调用 ExchangerDesignbased on t
4、he results ASPEN PLUS simulation, and design andcheck the tower equipment, after the check of hydraulics, using EXCEL to design thetower, the basic process parameters and load performance diagram of each tower areobtained; data obtained by the Aspen on the pump for design and selection: callexchange
5、r design the process flow chart and equipment layout plan of the controlpoint aredrawnwithAUTOCAD.Designof thefactoryworkshoplayout,pipeline layoutof the corresponding analysis; The possibility of a larger profit by economic accounting,andtheabilitytoadapttomarketchanges,andstronganti-riskcapability
6、.Key words: syngas,COoxidativecoupling,ethyleneglycol,design,optimization年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计III目 录第一章 前 言11.1 概述11.2 文献综述21.2.1 乙二醇物性及用途 21.2.2 国内生产现状 31.2.3 国内进出口情况 61.2.4 国内外市场供需平衡分析 .81.3 设计手段、建造规模.101.3.1 设计手段 101.3.2 生产规模 10第二章 生产方案的确定.112.1 生产方案112.2 产品112.2.1 产品规格 112.2.2 产品方案 12第三章 生产流程简述.133.
7、1 原料133.1.1 一氧化碳 133.1.2 氢气 133.1.3 甲醇 133.1.4 萃取剂甲苯 143.1.5 催化剂 143.1.6 汇总结果 143.2 工艺流程简述.153.2.1 草酸二甲酯合成工段 153.2.2 草酸二甲酯加氢工段 173.2.3 乙二醇精制工段 18第四章 工艺流程模拟优化.19年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计IV4.1 流程模拟194.1.1 亚硝酸甲酯反应精馏模拟 .194.1.2 羰化反应器的模拟 204.1.3 草酸二甲酯加氢工段模拟 .204.1.4 乙二醇精制工段模拟 214.2 流程优化214.2.1DMO分离塔 214.2.2DMO分离
8、塔 23第五章 物料衡算与能量衡算 .245.1 物料衡算245.1.1 物料衡算遵循的原则 245.1.2 系统物料衡算 245.2 能量衡算325.2.1 能量衡算遵循的原则 325.2.2 各工段能量衡算 33第六章 主要设备设计计算.446.1 反应器设计446.1.1 概述 446.1.2 羰化反应器设计 446.2 精馏塔的设计计算.476.2.1 乙二醇精制塔的设计说明 .476.2.2 塔径的计算 486.2.3 塔板的设计 486.2.4 塔板流体力学校核 516.2.5 塔板的负荷性能 526.3 泵选型说明566.3.1 概述 566.3.2 选型计算 566.4 压缩机
9、选型说明.586.4.1 概述 58年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计V6.4.2 选型计算 586.5 储罐选型说明.596.5.1 概述 596.5.2 选型计算 596.6 换热器选型说明.596.6.1 概述 596.6.2 选型计算 60第七章 自动控制及仪表.617.1 设计依据617.2 概述617.3 控制系统的选择.617.4 控制方案617.4.1 离心泵的控制方案 647.4.2 换热器的控制方案 657.4.3 塔设备的控制方案 697.4.4 压缩机的控制方案 717.4.5 反应器的控制方案 717.5 安全仪表系统（SIS ）.747.5.1 安全仪表系统（ SI
10、S）定义 747.5.2 联锁保护系统设置 757.6 紧急停车系统（ESD ）.757.7 仪表设备维护与检修.77第八章 车间布置798.1 设计依据798.2 布置原则798.3 总体布置818.4 各车间设备布置.818.4.1DMO合成车间 818.4.2 乙二醇合成精制车间 81第九章 管道布置83年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计VI9.1 设计依据839.2 管道布置原则.839.3 管道选型849.4 管道编号849.4.1 管道号组成 849.4.2 管道号各部分含义说明 .85第十章 经济分析8710.1 编制依据8710.2 销售收入8710.3 税金8710.4 利润
11、8810.5 静态指标分析.8910.6 不确定性分析.8910.6.1 意义 9010.6.2 分析方法 9010.6.3 线性盈亏平衡分析 90第十一章 环境保护9211.1 设计执行的环境保护法规与标准9211.1.1 执行的环境保护法规 9211.1.2 设计采用的标准 9211.2 本项目主要污染物及排放情况9211.3 三废及噪声治理措施.9311.3.1 废气 9311.3.2 废水 9311.3.3 废渣 9311.3.4 噪声 9411.4 绿化94第十二章 劳动安全与卫生.9512.1 设计依据9512.2 安全生产与责任.95年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计VII12.
12、3 生产车间防火安全管理规定9612.4 劳动保护用品及卫生安全管理9712.5 主要安全防范措施.9712.5.1 防火防爆措施 9712.5.2 防噪措施 9812.5.3 防尘防毒措施 9912.5.4 防雷防静电措施 9912.5.5 防中暑 10012.5.6 防辐射 10012.6 辅助用室100第十三章 工程图纸与附表.102第十四章 结 论103参 考 文 献104致 谢.106附 录 1.107附 录 2.121声明 .146年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计1第一章 前 言1.1 概述近 10 多年来，随着我国聚酯工业的快速发展，我国乙二醇的消费量不断增加。由于聚酯工业需求
13、强劲，国内市场对乙二醇的需求保持快速增长之态势。2002 年国内消费量突破 300 万吨大关，达到 301.99 万吨，成为超过美国的世界第一大乙二醇消费国。 2003年我国乙二醇的表观消费量只有 346.2万吨， 2007年增加到 658.3万吨， 2014年进一步增加到 1400 万吨。 2010年以来，在煤制乙二醇技术的支撑下，我国乙二醇产业迅速发展，产量年均增速达到 48.96%。虽然我国乙二醇生产能力和产量增长较快，但仍不能满足国内聚酯工业等日益增长的市场需求，产品自给率仍较低，对外依存度达近七成。乙二醇进口量呈逐年增长态势。据海关统计， 2014年 1-11月份我国乙二醇的总进口量
14、为 772.7万吨，同比增长 1.63 1。目前，我国乙二醇产品主要用于生产聚酯、防冻液以及粘合剂、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%2。我国是缺油、少气、富煤的国家，随着石油、天然气资源短，煤在代替石油化工、天然气化工方面的资源优势日益凸显，自 2002 年以来，我国乙二醇进口依存度一直保持在 60%以上，正是石化产业链上的不足，进口转化为国产的潜力较大，为煤制乙二醇的示范工业化奠定了市场方面的基础3。我国一方面应不断完善现有的传统的石油路线法生产工艺；另一方面必须开辟新的原料及新的加工工艺路线，如煤制乙
15、二醇、生物法制乙二醇。从目前状况来看， 尤其应加快煤制乙二醇工业规模化，煤制乙二醇将对我国乙二醇产业原料结构发生 改变 4。近年来，南京扬子- 巴斯夫有限公司、中海 -壳牌石油化工有限公司、上海石油化工公司、辽阳石化公司等多套新建或扩建乙二醇装置相继建成投产，到 2014年 11月底，我国乙二醇的生产厂家达到 16 家，总生产能力达到 365 万吨 /年，约占世界乙二醇总生产能力的 14.2%。其中中国石化集团公司（含合资企业）的生产能力为 245.9万吨/ 年，占我国乙二醇总生产能力的 67.41%；中国石油集团公司的生产能力为 46.9万吨/ 年，占 12.86%；中国海洋石油总公司的生产
16、能力为 32.0万吨/年，占 8.77%；其它地方企业的生产能力为 40.0万吨/ 年，占 10.96%。镇海炼化公年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计2司是目前我国最大的乙二醇生产企业，生产能力为 65.0万吨 /年；其次是上海石油化工公司，生产能力为 60.5万吨/ 年 5。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。作为石油化工基础有机原料，主要用于生产聚酯 纤维、防冻剂、不饱和聚酯树脂、润滑剂、增塑剂、非离子表面活性剂以及炸药、涂料、油墨等众多领域，此外，还可用于生产特种溶剂乙二醇醚等，用途十分广泛。 我国是世界最大乙二醇消费国，
17、90%乙二醇用来生产聚酯。其中与精对苯二甲酸（PTA ）反应生产出聚酯纤维（苯二甲酸乙二醇酯 PET）是乙二醇最重要的应用领域4。随着中国化工产业的飞速发展，对聚酯类产品的巨大需求，带动了我国乙二醇产业的稳步增长，但是我国的产能比较低下，还存在很大的供求缺口，煤制乙二 醇的研究具有十分重要的意义，同时也具有巨大的市场空间。 在世界石油资源日趋紧张，石油价格波动剧烈的今天，缺油少气的中国面临着严峻的能源安全威胁我国能源结构以传统化石能源为主。发展替代能源，减轻石油进口压力，优化能源结构、提高能源效率，对保障能源安全、缓解资源环境约 束具有重大意义 6。近年来我国乙二醇产业发展迅速，但还缺乏拥有自
18、有知识产权的核心技术。用合成气制乙二醇是非石油路线合成油制乙二醇的新途径，不仅符合我国煤储备丰富 的国情，具有可持续发展的特点，而且对于国家能源安全有战略意义。目前，合成 气制乙二醇技术已经实现工业化，有关设备也日趋完善，河南永金、内蒙古通辽、安徽淮化已经就煤制乙二醇工艺实现生产。因此，用煤制合成气制乙二醇，是我国 未来对乙二醇生产的变革方向 7。1.2 文献综述1.2.1 乙二醇物性及用途乙二醇简写的化学式为，为无色，略有一点甜味的液体。粘度较大，为25.66mPa.s(16) 。在毒性方面乙二醇的 LD50 值( 半数致死量 )为 4700mg/kg。乙二醇的沸点约为 197，熔点-11.
19、5，自燃点 412，凝固点 -12.6，其闪点 116，燃点高达 418。爆炸极限为 3.2%-15.3%。并且能和水及其很多有机溶剂互溶，但是在醚中溶解度很小，几乎不能溶解在油类，对于很多无机物具有较好的溶解性8。乙二醇由于化学性质活泼，可与其他有机物发生许多化学反应，在化学工业中年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计3是一种重要的有机化工原料。由于它和甘油分子结构类似，所以可以替代甘油使用。 在制药工业中，乙二醇可以用作溶剂，在制革工业中乙二醇可以用作水合剂。它的 衍生物二硝酸醋可以制作烈性炸药。虽其自身的溶解能力也很强，但是较易氧化，从而生成草酸，所以难以被广泛用作溶剂。它也可以被用作抗冻剂
20、等。乙二醇广泛 应用在合成纤维，化妆品，聚酯树脂，聚酯涤纶等工业上 9。1.2.2 国内生产现状近年来，我国乙二醇生产能力稳步增长。截止到 2014 年 9月底，我国乙二醇的生产能力达到 602.3万 t/a9。2014 我国乙二醇的主要生产厂家见表 1-1。表 1-1 2014年我国乙二醇主要生产厂家（截止到 9 月底） 万 t/a厂家名称 生产能力 投产年份 生产工艺中石化 284.4北京燕山石油化工公司 8.0 1998 SD 氧化法北京东方石油化工有限公司 4.0 1996，现停产 SD 氧化法中石化扬子石油化工公司 26.2 1999 SD 氧化法中石化上海石油化工公司 60.5 2
21、002/2007 SD 氧化法中石化茂名石油化工公司 10.5 1996 Shell 氧化法天津联合化学有限公司 6.2 1996 Shell 氧化法南京扬子 -巴斯夫有限公司 30.0 2005 SD 氧化法中石化镇海炼化公司 55.0 2010 DOW化学工艺中沙（天津）石化有限公司 36.0 2009 DOW化学工艺中国石化武汉石油化工公司 28.0 2013 SD 氧化法中国石化湖北化肥厂 20.0 2014 煤化工中石油 82.9辽阳石油化纤公司 20.0 2007 Shell 氧化法抚顺石油化工公司 6.0 2000 Shell 氧化法吉林石油化工公司 15.9 1996/2002
22、 SD 氧化法独山子石油化工公司 5.0 1996/2002 SD 氧化法中国石油四川石化有限责任公司 36.0 2014 Shell 氧化法年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计4续表 1-1厂家名称 生产能力 投产年份 生产工艺中海油 中海 -壳牌石油化工有限公司 35.0 2006 Shell 氧化法其它 200.0辽宁北方化学工业有限公司 20.0 2010 SD 氧化法内蒙古通辽金煤化工有限公司 20.0 2009 煤化工河南煤化新乡永金化工公司 20.0 2012 煤化工河南煤化濮阳永金化工公司 20.0 2012 煤化工河南煤化安阳永金化工公司 20.0 2012 煤化工河南煤化洛阳
23、永金化工公司 20.0 2014 煤化工河南煤化商丘永金化工公司 20.0 2014 煤化工新疆天业（集团）有限公司 5.0 2013 合成气制乙二醇浙江宁波禾元化学有限公司 50.0 2013 MTO甲醇法山东华鲁恒升集团有限公司 5.0 2012 合成气制乙二醇合计 602.3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，因而有多家企业准备新建或扩建乙
24、二醇生产装置。据初步统计，目前在建或者计划 建设的煤制备乙二醇装置生产能力达到约 600.0万 t/a。经相关人士预测，在众多的煤化工制乙二醇项目中， 2018年以前最多有一半能够建成投产，预计到 2018年，我国乙二醇的总生产能力最多能够达到约 1000.0万 t/a10。 20142017年我国乙二醇新建及扩建状况见表 1-2。表 1-2 20142017年我国部分乙二醇新建及扩建状况 万 t/a厂家名称 能力 预计投产年份 生产工艺中国石油四川石化有限责任公司 36.0 已投产 石油乙烯制乙二醇中国石化湖北化肥分公司 20.0 已投产 合成气制乙二醇河南永金（洛阳孟津县）化工有限公司 2
25、0.0 已投产 煤制乙二醇年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计5续表 1-2厂家名称 能力 预计投产年份 生产工艺河南永金（商丘永城）化工有限公司 20.0 已投产 煤制乙二醇中科合资（广东湛江）炼化项目 40.0 2015 石油乙烯制乙二醇惠生集团恒远化工鄂尔多斯华维能源公司 20.0 2015 煤制乙二醇内蒙古鄂尔多斯开滦集团化工有限公司 40.0 2016 煤制乙二醇内蒙古通辽金煤化工集团公司 40.0 2015 煤制乙二醇陕西煤业化工集团彬长矿业公司 30.0 2015 煤制乙二醇河南鹤壁宝马集团宝山化工有限公司 25.0 2014年 5.0 万 t/a 煤制乙二醇内蒙古鄂尔多斯易高煤化
26、科技有限公司 20.0 2015 煤制乙二醇陕西延长石油集团公司 80.0 2017 煤制乙二醇内蒙古苏尼特碱业公司 20.0 2014年 10.0 万 t/a 煤制乙二醇贵州毕节黔希煤化工投资有限责任公司 30.0 2015 煤制乙二醇山西襄矿泓通煤化工有限公司 20.0 2015 煤制乙二醇内蒙古鄂尔多斯亿利资源集团 30.0 2016 煤制乙二醇内蒙古呼伦贝尔华电能源公司 40.0 2016 煤制乙二醇国电东北电力双鸭山乙二醇项目 40.0 2015 煤制乙二醇新疆中泰矿冶有限公司 10.0 2015 电石炉尾气乙二醇安徽淮化集团公司 20.0 2014年 10.0 万 t/a 合成气制
27、乙二醇贵州泰佳和能源投资有限公司 30.0 2016 煤制乙二醇山西阳泉煤业（集团）有限责任公司 40.0 2016 煤制乙二醇浙江嘉兴三江化工有限公司 38.0 2015 石油乙烯制乙二醇皖北煤电集团有限责任公司 10.0 2015 煤制乙二醇新疆天智辰业化工有限公司 20.0 2015 煤制乙二醇新疆美克化工股份有限公司 40.0 2016 煤制乙二醇福建联合石化公司 40.0 2015 石油乙烯制乙二醇内蒙古康乃尔公司 30.0 2016 煤制乙二醇新疆石河子新疆天业有限公司 20.0 2015 煤制乙二醇福建联合石化公司 40.0 2015 石油乙烯制乙二醇年产 30 万吨乙二醇项目工
28、艺设计61.2.3 国内进出口情况由于聚酯等工业的强劲需求，我国乙二醇仍不能满足市场日益增长的需求，每年都得大量进口，且进口量呈逐年增加的态势（见表 1-3）。在进口的同时，我国乙二醇也有少量出口。 2005 年的出口量为 12.3kt， 2008年达到 29.4kt，创历史最高纪录。2013 年出口量为 5.4kt，同比减少约 50%。2014 年 1-7月的出口量为 2.2kt，同比减少约 40%2。 表 1-3 近几年我国乙二醇的进出口情况年份 进口情况 出口情况进口量 /kt 进口平均价格 /美元 t-1 出口量 /kt 出口平均价格 /美元 t-12005 4000.3 881.76
29、 12.3 883.772006 4061.3 844.00 0.9 2379.62007 4801.7 1010.77 2.1 2109.862008 5216.4 1023.57 29.4 1268.412009 5828.1 604.51 6.7 1068.182010 6644.1 868.38 5.0 1581.022011 7270.2 1184.53 6.0 1707.292012 7965.3 1043.62 10.8 1292.002013 8246.2 1068.40 5.4 1555.322014（ 1-7月） 5008.1 1969.40 2.2 925.60我国乙二醇
30、的进口主要来自沙特阿拉伯、中国台湾省、加拿大、科威特、新加坡和韩国等国家与地区。2013 年来自这 6 个国家和地区的进口量合计为 7.288Mt，占总进口量的 88.38%，比 2012年的 6.828Mt 增长 6.74%。其中来自沙特阿拉伯的进口量占 45.87%，同比增长 2.46%；来自中国台湾省的进口量占 15.17%，同比增长 5.21%；来自加拿大的进口量占 8.55%，同比增长 24.88%；来自科威特的进口量占 5.86%，同比减少 1.04%；来自新加坡的进口量占 7.18%，同比增长 32.88%；来自韩国的进口量占 5.74%，同比增长 5.62%6。从近几年的进口情
31、况来看，中国台湾省、加拿大和沙特阿拉伯一直是我国乙二醇进口最主要的 3 个国家和地区。来自年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计7中国台湾省和加拿大的进口量变化不大，而来自中东地区沙特阿拉伯的进口量却逐 年增加。2009 年来自沙特阿拉伯的进口量只有 2335.9kt，2011 年增加到 3465.2kt，2013 年进一步增加到 3782.8kt，所占比例也分别由 2009 年的 40.08%增加到 2011年的 47.66%和 2013 年的 45.87%。这主要是由于中东地区石油资源丰富，其生产的乙二醇以乙烷为原料，资源丰富且价格便宜，因此，近年来其乙二醇生产能力增长 迅速，且其乙二醇几乎全
32、部用来出口，我国则是他们最大的出口目的国 10。近几年我国乙二醇主要进口国家和地区情况见表 1-4。表 1-4 2009-2013年我国乙二醇主要进口国家和地区 kt国家 2009 2010 2011 2012 2013沙特阿拉伯 2335.9 2794.6 3465.2 3691.9 3782.8中国台湾省 1178.9 1210.2 1123.9 1189.0 1251.0加拿大 599.1 526.5 525.6 564.7 705.2科威特 355.5 318.2 349.8 488.7 483.6新加坡 26.9 563.4 567.4 445.5 592.0韩国 514.4 451
33、.5 368.9 448.2 473.4伊朗 378.4 451.5 523.1 435.2 408.8美国 49.6 156.8 96.5 268.3 63.9日本 163.1 77.3 136.5 225.0 242.2马来西亚 37.1 66.8 64.8 82.5 64.1泰国 90.0 7.2 13.2 50.8 29.3荷兰 5.0 2.0 6.0 31.4 9.0印度尼西亚 74.1 29.9 15.7 13.9 26.8比利时 2.0 2.1 0.0 13.9 3.0印度 0.0 2.1 2.8 7.5 3.3阿拉伯联合酋长国 3.1 10.8 8.1 1.4 101.3其他
34、15.0 14.0 2.7 7.4 6.5合计 5828.1 6684.9 7270.2 7965.3 8246.2年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计81.2.4 国内外市场供需平衡分析近年来，随着我国聚酯工业的快速发展，我国乙二醇的消费量不断增加。 2008年我国乙二醇的表观消费量为 707.50 万吨，2013 年增加到 1204.08万吨，同比增长约 8.4%， 2008-2013年表观消费量的年均增长率约为 11.3%。相应产品自给率 2008年为 26.5%，2013 年为 31.6%。近年来我国乙二醇的供需情况见图 1-1所示。图 1-1 2005-2013 年我国乙二醇的供需情况
35、聚酯是我国乙二醇的主要消费领域，约占总消费量的 94.0%，其中大部分用于纤维，小部分用于片基、薄膜与瓶子。另外约 6.0用于生产防冻剂、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（如图 1-2）。图 1-2 中国乙二醇下游市场分布140012001000 800600400200 2005 年 2006 年 2007 年 2008 年 2009 年 2010 年 2011 年 2012 年 2013 年3530252015105产量 表观消费量 产品自给率防冻液3.5 年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计9我国聚酯产能经过前几年的过度发展，面临产能相对过剩的局面，装置的开工率逐年
36、下降，一些小聚酯企业逐步退出竞争。另外，近几年，由于受到人民币升值， 出口退税率的调整以及世界金融危机等的影响，我国纺织品的出口量减少，对乙二 醇等原料的需求量也相应减少。此外，我国纺织行业还同时面临劳动力成本、生产 原料、能源成本上升，环境资源约束等的影响，未来一段时间内发展速度将会放缓。 由此将会导致对乙二醇需求量的减少。但是，随着我国汽车工业的发展和汽车保有 量的迅速增加，乙二醇在防冻液上的应用量将会有所增长。总之，今后几年，我国 乙二醇的需求仍将会有所增长，但增长的幅度将有所放缓，预计 2018 年我国对乙二醇的需求量将达到约 1600.0-1650.0 万吨，届时仍需要一定量的进口，
37、但进口量将会逐渐减少9。 表 1-5 全球乙二醇产能和需求年份 聚酯需求 防冻液等其 他需求 产能 产能（包括煤制乙二醇） 开工率2004 12635 2617 16464 16464 93%2005 13534 2694 17284 17284 94%2006 14283 2781 18004 18004 95%2007 15381 2849 19234 19234 95%2008 15085 2781 20749 20749 86%2009 15676 2712 21948 21948 84%2010 17638 2928 24982 25182 82%2011 18946 3038 25
38、464 25684 86%2012 20026 3169 25464 25844 90%2013 21228 3238 25954 27407 89%2014 22607 3348 26564 28707 90%2015 24145 3460 28474 31142 89%2016 25811 3636 30934 34502 85%2017 27617 3769 34214 39432 80%2018 29551 3912 37414 42782 78%注：聚酯以 GDP+2.4%作为年度增长率资料来源：伊藤忠全球乙二醇市场预测数据表 P13年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计101.3 设计
39、手段、建造规模1.3.1 设计手段用 AutoCAD 为工具设计工艺流程图和设备布置图，并用 AspenPlus 进行流程模拟与工艺计算。 1.3.2 生产规模生产目标：年产 30 万吨乙二醇。生产时间：8000 小时/ 年。生产计划：设计一套年产 30 万吨乙二醇的加工装置。年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计11第二章 生产方案的确定2.1 生产方案本装置采用合成气间接法（CO 氧化偶联法）制乙二醇，这条线路反应条件温和，以合成气为原料， 技术经济性较好。传统的工业法是以石油路线为代表的环氧乙烷水合法，该技术虽然成熟，但是成本受原油价格严重制约，且存在过程水耗大，耗能 高以及成本高等缺点；以
40、合成气中的 CO 和 H2为原料羰化加氢制备乙二醇，此方法成本低、能耗低、水耗低、排放低。 本生产装置主要由以下几部分组成：（1）DMO 合成工段：本工段的任务是将来自原料罐区的 NO 、 O2 和甲醇以及酯化反应循环气反应生成亚硝酸甲酯，分离后的亚硝酸甲酯和来自原料罐区的CO 反应合成草酸二甲酯，对粗的草酸二甲酯进行分离，分离得到的未反应的气相去到酯化反应作为进料，得到纯的草酸二甲酯去往草酸二甲酯加氢工段。 （2）DMO 加氢工段：本工段的任务是将来自草酸二甲酯合成工段的草酸二甲酯与来自原料罐区的氢气反应生成乙二醇。同时对粗的乙二醇进行分离，未反应的 氢气和草酸二甲酯返回到本工段作为进料，分
41、离后的粗乙二醇产品送往乙二醇精制 工段。 （3）乙二醇精制工段：草酸二甲酯加氢时会生成副产物乙醇和 1， 2-丁二醇等。本工段的任务是将草酸二甲酯加氢工段送来的粗乙二醇进行精制去除掉杂质，得到 合格的乙二醇产品送往产品罐区。2.2 产品2.2.1 产品规格乙二醇作为工业品，其等级分为优等品、一级品、合格品三个级别，其规格和质量符合工业乙二醇标准 GB/T4649-2008，如表 2-1所示：年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计12表 2-1 乙二醇产品规格表指标名称 指标优等品 一等品 合格品外观 无色透明、无机械 杂质 无色透明、无机械 杂质 无机械无色或微黄色、无械械杂质乙二醇， wt% 9
42、9.8 99.0 -色度 (IS-钴 )，号 5 10 40加热前 20 - -加盐酸加热后 密度（ 20）， g/cm3 1.1128-1.1138 1.1125-1.1140 1.1120-1.1150沸程， 0 196 195 193初馏点， 0 199 200 204终馏点， 0 水分， wt% 0.10 0.20 0.10酸度（以乙酸计）， wt% 0.001 0.003铁， wt% 0.00001 0.0005 -灰分， wt% 0.001 0.002 -二乙二醇， wt% 0.10 0.80 -醛（以甲醛计）， wt% 0.0008 - -紫外透光率， %220mm275mm35
43、0mm 7592992.2.2 产品方案本装置设计年处理原料一氧化碳 31.5万吨/ 年、氢气 4.2万吨 /年、甲醇 4.1 万吨/ 年，生产的产品为乙二醇。年生产时间 8000 小时，产品乙二醇 30 万吨/ 年。年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计13第三章 生产流程简述3.1 原料本项目所用的主要原料包括一氧化碳，氢气，甲苯，甲醇。辅助材料为氮气、工艺水、以硅溶胶为载体的铜系催化剂、以 Al2O3作为载体制备的 Pd-Fe/Al2O3。3.1.1 一氧化碳一氧化碳的价格为 3000 元/ 吨，其年需求量为 31.5万吨/ 年。表 3-1 一氧化碳原料规格一览表项目名称 指标结果CO 含量
44、 /%（体积分数） 99.8H2含量 /%（体积分数） 0.023.1.2 氢气氢气的价格为 1 万元/ 吨，其年需求量为 4.2万吨。表 3-2 氢气规格一览表序号 指标名称 指标1 氢气， %（体积分数） 99.992 总硫， ppm 0.13 一氧化碳和二氧化碳， ppm 103.1.3 甲醇本厂依托总厂总内蒙古建丰煤化工有限公司的甲醇为原料。甲醇的价格为 2300元/ 吨，其年需求量为 4.1万吨。 表 3-3 甲醇规格一览表序号 指标名称 指标1 水， %（质量分数） 0.100.152 酸， %（质量分数） 0.00150.0053 羰基化合物， %（质量分数） 0.0020.01
45、4 密度 (20 )， g/cm3 0.7910.793年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计143.1.4 萃取剂甲苯甲苯的价格为 6500 元/ 吨，并且批量订购价格将进一步下调，其年需求量为 1万吨。 表 3-4 甲苯规格一览表序号 指标名称 指标1 苯， %（质量分数）不大于 0.102 C8芳烃， %（质量分数）不大于 0.103 非芳烃， %（质量分数）不大于 0.254 密度 (20 )， g/cm3 0.8650.8685 总硫含量， mg/kg 不大于 23.1.5 催化剂本装置羰基化反应催化剂选用钯系催化剂，价格为 38000 元 /吨，其年需求量为 33 吨。本装置加氢反应催
46、化剂选用 Cu/SiO2催化剂，价格为 10000 元/ 吨，其年需求量为 21.8吨。3.1.6 汇总结果原材料和辅助材料汇总见表 3-5。表 3-5 原料和辅助材料的单价及需求量序号 名称 单价 需求量1 氢气 10000元 /吨 4.2万吨 /年2 一氧化碳 3000 元 /吨 31.5万吨 /年3 甲醇 2300 元 /吨 4.1万吨 /年4 甲苯 6500 元 /吨 1 万吨6 钯系催化剂 38000元 /吨 14.4吨7 Cu/SiO2催化剂 10000元 /吨 21.8吨 /年年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计153.2 工艺流程简述3.2.1 草酸二甲酯合成工段草酸二甲酯合成工
47、段包括亚硝酸甲酯再生、草酸二甲酯合成以及草酸二甲酯的预分离三部分。图 3-1 草酸二甲酯合成工艺流程图 亚硝酸甲酯再生：新鲜的氮气和氧气、来自精馏塔 T104的塔顶采出物与吸收塔T102的塔顶采出物混合。作为亚硝酸甲酯的再生原料。原料混合物进入压缩机，压力从 0.1MPa 升至 0.5MPa。混合物从压缩机出来后进入换热器。温度降至45从塔的下部进入反应精馏塔。来自原料罐区的甲醇通过管道从塔的上部进入反应精馏塔，进行亚硝酸甲酯再生反应。亚硝酸甲酯从塔顶馏出。 草酸二甲酯合成：来自原料罐区的 CO 通过压缩机，压力从 0.1 MPa 升至0.5MPa，和新鲜的亚硝酸甲酯混合作为羰化反应的原料，反
48、应原料从连续换热管壳式固定床反应器 R101下部通入，反应温度控制在 130左右，压力控制在0.5MPa，从反应器流出的混合物料去吸收塔 T102。年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计16图 3-2 草酸二甲酯分离工艺流程图 草酸二甲酯的预分离：从反应器 R101出来的物料与新鲜甲醇进入吸收塔 T102，草酸二甲酯与副产碳酸二甲酯被吸收剂甲醇吸收，从塔底流出，塔顶的混合气体进入亚硝酸甲酯再生。经吸收塔 T102塔釜馏出液主要含有草酸二甲酯与碳酸二甲酯以及吸收剂甲醇，混合物进入换热器 E3，温度降低到 50。然后进入精馏塔 T103进行草酸二甲酯分离。塔釜液即为分离出的草酸二甲酯，进入草酸二甲酯加
49、氢工段。而塔顶馏出物为碳酸二甲酯与甲醇混合物，继续进入精馏塔T104，将未反应完全的微量亚硝酸甲酯气、一氧化氮、氧气等气体分离出去，杂质气体从塔顶馏出进入亚硝酸甲酯再生。共沸物碳酸二甲酯与甲醇从塔底分离。年产 30 万吨乙二醇项目工艺设计173.2.2 草酸二甲酯加氢工段草酸二甲酯加氢工段包括原料预混合，合成反应，产品预分离等工序。图 3-3 草酸二甲酯加氢工艺流程图 原料预混合：来自草酸二甲酯分离塔 T103的塔底采出物草酸二甲酯经过泵 P110加压至 2.5MPa，然后与新鲜氢气在混合器 M201中混合。 合成反应：混合物进入换热器 E201加热至 200后进入反应器 R201，进行乙二醇合成反应。生成产物乙二醇与副产 1,2-丁二醇等。 产品预分离：生成产物进入闪蒸罐 V201。闪蒸罐塔顶采出物主要为未反应完全的氢气，氢气经过压缩机加压至 2.5MPa，循环回混合器重新参加反应。塔底馏出的乙二醇与 1,2-丁二醇经过减压阀 F1将压强降至 1.1MPa，然后进入甲醇分离塔 T201。塔顶馏出甲醇液体循环回亚硝酸甲酯再生反应精馏塔参加反应。同时，塔顶还采出不凝性气体。乙二醇与
