开题报告--年产2万吨环氧乙烷工艺设计.doc

石河子大学毕业论文（设计）选题指南 化学化工 学院 化学工程与工艺 专业 2008 年级指导教师 成金贵职称讲师填报时间2012.3.10课题名称 年产2万吨环氧乙烷工艺设计课题来源1科研题目 2生产现场 3自拟题目 课题类型1论文型 2设计型 完成课题所需时间2009-3-2010-06 (共15周)所需学生人数1实习（考察）地点论文（设计）地点 化工院立题依据环氧乙烷，最简单但最重要的环氧化合物有毒、易爆、活性高、易自聚。烯烃气相氧化可制得很多有用的有机化合物,其中比较重要的有乙烯环氧化制环氧乙烷、丙烯环氧化制环氧丙烷以及丁烯氧化制顺丁烯二酸酐(俗称顺酐)等。环氧乙烷是乙烯工业衍生物中仅次于聚乙烯而占第二位的重要有机化工产品。它除部分用于制造非离子表面活性剂、氨基醇、乙二醇醚外,主要用来生产乙二醇，后者是制造聚酯树脂的主要原料,也大量用作抗冻剂。现在几乎所有的环氧乙烷都与乙二醇生产相结合在一起,大部或全部环氧乙烷用于生产乙二醇,少部分用于生产其它化工产品。环氧乙烷（EO） 被广泛应用于洗涤、制药和印染等行业。EO是乙烯产业中仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的重要的精细化工产品。近年来我国EO市场需求巨大，市场前景广阔，亟待快速发展。本课题预期目标（含：本课题应完成的工作，课题预期目标和课题价值估计） 试设计乙烯直接催化氧化法乙烯制备年产20000吨/年环氧乙烷，年工作时数为每年7200小时，产品流量2780kg/h,环氧乙烷产品纯度为（质量分数）98.5%以上，乙烯转化率达到95%,在经济上更为合理。提供的外部条件1、大学图书馆 2、学院资料室 主要参考资料1吉林大学化学系.乙烯催化氧化制备环氧乙烷J.吉林大学自然科学学报. 1960, 1(1) : 1-82 高政, 谷彦丽, 金积栓.催化裂化干气回收乙烯用于制备环氧乙烷的研究J.石油炼制与化工. 2003,4-34(4) 3赵永杰，李伟年. 环氧乙烷技术与市场分析J. 日用化学品科学，2011,34(7):1-6.4 Kirk-Othmer. Encyclopedia of Chemical Technology.4thed. New York: John Wiley & Son Inc,1997.（1）：733，887;（2）：350，410；（5）: 316，410，550，760；（6）：144，202；（8）：274，10815杜凤学.国内外环氧乙烷催化剂技术发展动向J. 工业催化，2003，11（4）：226沈景余.我国环氧乙烷/乙二醇生产技术现状和发展对策J. 当代石油石化，2001，9(5):1518相邻课题情况或子课题情况无填报人（签字）： 赵晓龙 填报日期： 2012 年 03 月 12 日系（教研室）审核意见： 系（教研室）主任（签字） 年 月 日院毕业论文（设计）工作领导小组审核意见： 学院（签章） 组长（签字）： 年 月 日注：1. 本表用于各专业教师拟订毕业论文(设计)课题和各院的毕业论文(设计)工作领导小组审核毕业论文(设计)课题的可行性用。 2. 根据教师拟订该毕业论文(设计)课题所需学生人数，应在“相邻课题情况或子课题情况”栏内填写出每个学生应做的子课题情况，保证一生一题。 3. 每个毕业论文(设计)课题应填写该表一份。各院分专业整理存档。石河子大学毕业论文(设计)任务书 化学化工 学院 化学工程与工艺 专业 2008 年级课题名称年产2万吨环氧乙烷工艺设计毕业论文(设计)起止时间2012-03-2012-06 (共15周)指导教师成 金 贵职称讲师学生姓名 赵 晓 龙学号2008072002任务下达日期 2012-03课题内容试设计乙烯直接催化氧化法乙烯制备年产20000吨/年环氧乙烷，年工作时数为每年7200小时，产品流量2780kg/h,环氧乙烷产品纯度为（质量分数）98.5%以上，乙烯转化率达到95%。课题试设计生产方法和工艺流程，物料计算，热量衡算，设备设计与选型，车间布置，产品技术经济指标及化工厂污染处理、排放符合国家环保的要求。课题任务的具体要求1 根据乙烯直接氧化法乙烯制备环氧乙烷，设计出符合工艺设计的生产流程图；2 利用流程图，设计出合理的关键设备，能够满足工艺设计的指标需要；3 对整个生产进行物料计算，热量衡算，设备设计与选型，车间布置等符合现实中安全生产的要求；4产品技术经济指标及化工厂污染处理、排放符合国家环保的要求；5 仔细检查整个工艺设计过程，并且完成设计论文撰写和修改。拟定的工作进度（以周为单位）1 设计出符合生产的生产流程图和合理的关键设备，满足工艺的指标需要； （第1-3周）2对整个生产进行物料计算，热量衡算，设备设计与选型，车间布置等符合现实中安全生产的要求； （第4-9周）3 产品的技术经济指标及化工厂污染处理、排放符合国家环保的要求； （第9-11周）4 仔细检查整个工艺设计过程，并且完成设计论文撰写和修改。 （第12-15周）主要参考文献1吉林大学化学系.乙烯催化氧化制备环氧乙烷J.吉林大学自然科学学报. 1960, 1(1) : 1-82 高政, 谷彦丽, 金积栓.催化裂化干气回收乙烯用于制备环氧乙烷的研究J.石油炼制与化工.2003,4-34(4) 3赵永杰，李伟年. 环氧乙烷技术与市场分析J. 日用化学品科学，2011,34(7):1-6.4 Kirk-Othmer. Encyclopedia of Chemical Technology.4吨h ed. New York: John Wiley & Son Inc,1997.（1）：733，887;（2）：350，410；（5）: 316，410，550，760；（6）：144，202；（8）：274，1081任务下达人（签字） 日期： 年 月 日任务接受人（签字） 日期： 年 月 日注：1此任务书由指导教师填写，任务下达人为指导教师，指导教师和接受任务的学生均应签字。2此任务书最迟必须在学生毕业实践环节开始前一周下达给学生。石河子大学毕业论文(设计)开题报告课题名称： 年产2万吨环氧乙烷工艺设计 学生姓名： 赵 晓 龙 学 号： 2 0 08 0 7 2 0 0 2 学 院： 化学化工学院 专业、年级： 化学工程系2008级 指导教师： 王 志 忠 职 称： 讲 师 毕业论文(设计)起止时间： 2012年3月12日 开题报告正文（要求字数在3500字以上。页面可自行添加）一、背景意义环氧乙烷（EO）是重要的石化产品，主要用于生产乙二醇，还可以衍生出几十种重要的精细石油化工中间体。烯烃气相氧化可制得很多有用的有机化合物,其中比较重要的有乙烯环氧化制环氧乙烷、丙烯环氧化制环氧丙烷以及丁烯氧化制顺丁烯二酸酐(俗称顺酐)等。环氧乙烷是乙烯工业衍生物中仅次于聚乙烯而占第二位的重要有机化工产品。它除部分用于制造非离子表面活性剂、氨基醇、乙二醇醚外,主要用来生产乙二醇，后者是制造聚酯树脂的主要原料，也大量用作抗冻剂。现在几乎所有的环氧乙烷都与乙二醇生产相结合在一起,大部或全部环氧乙烷用于生产乙二醇,少部分用于生产其它化工产品。环氧乙烷（EO）广泛应用于洗染、电子、医药、农药、纺织、造纸、汽车、石油开采与炼制等众多领域。EO是乙烯产业中仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的重要的精细化工产品。全球约60%的EO 用于生产聚酯纤维、单体乙二醇以及树脂，13%的EO用于生产其他多元醇和洗涤剂用乙氧基非离子表面活性剂、乙醇胺、乙二醇醚、熏蒸剂和药物消毒剂等。二、主要原材料的规格及来源 按原料来源划分，乙烯生产工艺可分为使用源于天然气的乙烷、丙烷及丁烷的液化气法和使用源于石油的石脑油/汽油法。目前我国乙烯裂解的主要原料为石脑油，一是和炼厂一体化生产，利用炼厂副产的石脑油作为乙烯裂解原料，国内乙烯项目基本都是采用这种模式。二是从国外采购石脑油，这也是最近新建乙烯项目常采用的方式。三、由于原油价格持续上涨，生物乙醇作为替代能源也在不断推广，生物乙醇技术的发展将使乙醇生产乙烯成为一种经济的选择。三、国外研究现状2003年世界EO生产能力16 M吨/a，其中美国EO的总生产能力为4.50 M吨/a，产量约为4 M吨，装置开工率88.9%；日本EO装置有6套，总生产能力为1.15 M吨/a，总产量约为1.10 M吨，装置开工率为95.7%；西欧EO装置共有14套，总生产能力约为2.80 M吨/a，总产量为2.31 M吨，装置开工率约为82.5%。西欧生产厂家主要分布在8个国家，其中德国EO的生产能力约为870 千吨/a，约占西欧总生产能力的31.1%；比利时的生产能力为770 千吨/a，约占西欧总生产能力的27.5%；荷兰的生产能力为405千吨/a，约占西欧总生产能力的14.5%；英国的生产能力为300 千吨/a，约占西欧总生产能力的10.7%。主要生产公司有美国DOW化学公司、亨斯曼公司，西欧的Shell公司、BASF公司、Ineos公司，沙特阿拉伯Sabic公司，巴西Oxiteno，科威特Equate公司，韩国湖南石化，韩国现代石化，中国台湾台塑公司等4。 全球EO生产主要呈现以下几大趋势：一是先进的核心生产技术仍然控制在少数西方发达国家和地区的跨国公司手中；二是生产装置逐渐趋于大型化，而且建设地点逐渐趋向于原材料来源丰富、价格低廉地区；三是生产装置的扩建仍然以为乙二醇配套为主。 为了强化自身竞争能力，伴随着主要下游产品乙二醇装置的建设和满足其他下游产品快速增长的需求，2003-2006年期间世界许多生产商计划新建或扩建EO生产装置。由于亚洲地区乙二醇需求增长迅猛，因此新建的EO装置主要集中在亚洲地区。亚洲地区新建或扩建EO装置情况见表1。此外中国还将有多套新建装置在未来几年内实施。预计未来几年内全球EO生产能力将增加5 M吨/a左右，2006年底将达到21 M吨/a以上。表1 亚洲地区计划新建或扩建EO装置情况千吨/a公司名称生产能力备注沙特阿拉伯Sabic公司500计划于2005年建设伊朗国家石化公司320计划于2006年建设中国台湾人造纤维公司240计划建设一套中国台湾东联化学公司400计划在高雄建设一套科威特Equa吨e公司280扩建到520于2004年扩建泰国烯烃公司240计划建设Shell公司240计划在新加坡建设DOW化学公司和千uwai吨石化公司600计划2007年在沙特阿拉伯建设2002年全球EO的消费量达到14.70 M吨左右，主要用于生产聚酯和防冻剂的原料乙二醇，西方发达国家和地区乙二醇每年约消耗EO产量60%；其次用于乙氧基化合物、乙醇胺、乙二醇醚、亚乙基胺、二甘醇、三甘醇、多甘醇、羟乙基纤维素、氯化胆碱、乙二醛、乙烯碳酸酯等下游产品。据国外权威咨询机构预测20022005年全球EO的消费将保持年均5%左右的速度增长，其中亚洲地区年均增长率将超过10%。主要因素是以亚洲为中心的市场对聚酯纤维保持旺盛的增长势头；另外美国、西欧和日本扩大了EO主要后加工产品的生产，同时合理调整其应用结构。上述发达国家和地区在EO扩产基础上仍保持以往EO生产乙二醇的比例以占领乙二醇的市场。预计未来几年，美国、西欧、日本EO年均增长率约为2%3%，而亚洲尤其是中东、东南亚和中国将保持10%15%的高速度增长。美国和西欧在未来几年由于本国聚酯消费增长速度放缓，将加大EO其他领域应用与开发，在非乙二醇领域用量将保持较快增长势头。日本由于亚洲市场对聚酯需求强劲，因此EO在乙二醇领域消费将有所增长，增加产量主要用于供应周边国家市场。其他地区EO的消费仍以聚酯领域为主，新增的生产能力也多为乙二醇配套使用。 四、国内研究现状 我国最早以传统的乙醇为原料经氯醇法生产EO。20世纪70年代我国开始引进以生产聚酯原料乙二醇为目的产物的环氧乙烷/乙二醇联产装置，我国EO生产与应用走上快速发展道路，至今已经引进十余套EO生产装置。2003年我国EO生产能力约为1 200 千吨/a 随着我国聚酯与表面活性剂等领域的迅猛发展，EO远不能满足市场需求，因此有多家企业计划建设规模化EO生产装置，可以预计未来几年我国EO的生产能力将呈现迅速增加的势头。其中北京燕山石化计划于2003年将现有的70 千/a的生产能力扩大到250 千吨/a左右，由于各种原因推迟到2004年实施；南京扬-巴一体化工程9套核心装置中含有一套240 千吨/a的EO装置，计划于2004年建成投产；中海壳牌石化有限公司将在南海建设一套300 千吨/a EO生产装置，预计2005年建成投产；上海石化计划新建一套300 千吨/a EO生产装置，预计2005年建成投产；另外天津联化、独山子石化等企业均计划在未来几年内建设规模化的EO生产装置。假设这些项目如期完成，2005年我国EO的生产能力将激增至2 160 千吨/a，在未来两年内国内EO生产能力将翻一番，可见我国EO工业市场需求与发展前景之好。 尽管近年来我国EO产能和产量有了较大的增加，而且未来几年还将呈现迅猛增长势头，但是还是远远不能满足聚酯工业需要。由于EO在常压下的沸点为10.7，长途运输容易引起自爆，EO无法进口，其市场巨大需求主要体现在以乙二醇为代表的下游产品上面。近年来，国内EO主要下游产品进口数量呈现快速增长的局面，表4为近年来我国EO主要下游产品的进出口情况。表4 近年来我国EO主要下游产品进出口情况千吨/a年份乙二醇乙二醇醚乙醇胺进口量出口量进口量出口量进口量出口量1999566.94.636.20.0823.40.320001 049.70.1550.54.425.60.220011 597.12.346.7627.50.320022 145.731.971.35.637.80.120032 516.023.486.69.557.00.2从环氧乙烷主要下游产品的进出口情况可以看出，其主要下游产品乙二醇进口数量巨大，而且主要下游产品进口量全部呈现快速增长的势头。2003年仅国内乙二醇的进口量折合成EO约为2 000 千吨。EO的下游精细化工产品除乙二醇醚类和乙醇胺类产品进口数量较大外，其他如聚醚、表面活性剂、亚乙基胺等进口量也比较大。据不完全统计，2003年除乙二醇外EO的其他精细化工产品进口量折合EO约400千吨，因此2003年EO下游产品进口量折合EO的总量为2400千吨，可以看出国内EO市场需求巨大，市场前景广阔，亟待快速发展，以提高我国EO及其主要下游产品自给率。 2005年2009年，我国商品EO 市场基本保持供求平衡。2010年，虽然产能增加，由于开工率降低，2010年中国商品EO供需缺口是50万吨。实际需求量约为82万吨，其中用于生产非离子表面活性剂32万吨，聚醚多元醇30万吨，乙醇胺16.5万吨，氯化胆碱12万吨，医药中间体8.5 万吨，其他用途约14万吨。供给面上，商品EO中石化占有46%的市场份额、中石油占有19%的份额，兵器工业集团和三江化工分别占有15%和10%的市场份额。2009年，我国EO 衍生的精细化学品市场需求和消耗量约110万吨（包括部分EG）。其中，聚乙二醇型非离子表面活性剂消费EO 约占14.8%、聚醚占4.8%、医药占1.6%、乙醇胺占3.5%，乙二醇醚占2.7%以及其他产品占4.7%。另外，近年来EO 衍生品在多晶硅切割液及混凝土减水剂单体方面的应用发展迅速，产量和消费量逐年增加。预计2012 年，国内EO 衍生的精细化工新材料市场需求将达到290 万吨。目前国内EG用EO与商品EO的产能比一般在31左右。EO 行业从产业链的角度来看，仍然是下游需求旺盛，中游EO供应存在瓶颈，上游乙烯及乙醇等供应顺畅，当前一段时间利润集中在中游EO 生产环节。我国商品EO 深加工领域主要用于生产非离子表面活性剂、乙醇胺、乙二醇醚和聚醚等。其中以非离子表面活性剂需求量为最大，2010年，占总需求量约60%，预计这个比例在2011年将达到73%左右。五、本课题的任务要求及实现预期目标的可行性分析v 任务要求1 根据乙烯直接氧化法乙烯制备环氧乙烷，设计出符合工艺设计的生产流程图；2 利用流程图，设计出合理的关键设备，能够满足工艺设计的指标需要；3 对整个生产进行物料计算，热量衡算，设备设计与选型，车间布置等符合现实中安全生产的要求；4产品技术经济指标及化工厂污染处理、排放符合国家环保的要求；5 仔细检查整个工艺设计过程，并且完成设计论文撰写和修改。v 可行性分析 1 产品的市场预测及技术经济指标； 2 产品的生产方案及生产规模； 3 工艺技术方案； 4 原料、辅助材料、燃料及水、电、汽的供应； 5 公用工程和辅助设施方案； 6 能耗指标及分析，节能措施综述； 7 工厂组织、劳动定员及劳动安全生产； 8 工厂“三废”的处理和排放，保护当地生态环境。六、本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路v 研究内容 1 乙烯经银催化剂催化,可一步直达生成环氧乙烷。此反应有副反应，需要专门的设备除杂； 2 副反应的热效应远远大于主反应，采用优良催化剂和严格控制操作条件； 3 设计出符合工艺设计的生产流程图以及合理的关键设备，对整个生产进行物料计算，热量衡算，设备设计与选型，车间布置等符合现实中安全生产的要求; 4 产品技术经济指标及化工厂污染处理、排放符合国家环保的要求。v 技术路线 乙烯经银催化剂催化,可一步直达生成环氧乙烷 副反应有: 在实际生产条件下,乙醛很快被氧化生成CO和水: 七、本课题所必须的工作条件v 工具：网络，设计工具书及各种数据，设备参数；v 设计所需：电脑，Aspen plus模拟软件，Office 2003，Chemdraw化学式编辑器，Auto CAD制图软件，PID CAD化工制图软件，MathTape公式编辑，Pdf阅读器等v 设计地点：化工院机房，新教，宿舍八、本课题的工作方案及进度计划v 工作方案 每天做设计时间不少于5小时，尽量提前完成设计任务。v 进度计划1 设计出符合生产的生产流程图和合理的关键设备，满足工艺的指标需要； （第1-3周）2对整个生产进行物料计算，热量衡算，设备设计与选型，车间布置等符合现实中安全生产的要求； （第4-9周）3 产品的技术经济指标合理，化工厂污染处理、排放符合国家环保的要求； （第9-11周）4 仔细检查整