湘潭-32共价键队1设计10摘要

1、目录第一章项目简介1第二章工艺流程选择及介绍22.1 工艺流程选择22.2 工艺流程介绍2第三章节能设计与创新63.1 热量集成63.2 分离技术创新63.2.1 高压共沸提纯 DMC63.2.2 双塔双效精馏73.3 控制方案创新8第四章工艺方案创新104.1 反应精馏亚硝酸酯104.2 CO 羰化偶联制草酸酯114.3 CO 羰化偶联反应11第五章厂址选择与厂区布置135.1 厂址选择135.2 厂区布置13I第一章本项目的目标是为某一大型综合化工企业设计一座采用清洁生产工艺乙二醇（EG）的分厂。本项目乙二醇产量为 25 万吨/年，建厂于伊宁县。省伊宁市本项目以自总厂来的气分离的氢气和一氧

2、化碳为主要原料，生产乙二醇（主产品）、碳酸二甲酯。本项目主体生产装置包括建设规模公称能力为 25 万吨/年气制乙二醇装置、1.1 万吨/年每年碳酸二甲酯装置、辅助工程、厂外工程等。设计中原料的循环利用，减少原料需求量，利用节能新技术，降低能量损耗，减少系统对环境的不利影响，并对排出的污染物提出了合理的治理方案。1项目简介第二章 工艺流程选择及介绍2.1 工艺流程选择传统路线乙二醇的基础是以乙烯氧化生产环氧乙烷为前提，尽管工艺和催化剂的研究有了很大的突破，但它们各自面对的突出是目前原油资源，价格持续上涨的趋势，其经济性会逐渐降低，并进一步影响国内外乙二醇的生产需要，因而开辟一条新的乙二醇路线迫在

3、眉睫。充分利用我国煤资源相对丰富、我国对煤制气间接制乙二醇工艺技术产业化研究和工程化实施的优势!以及拥有煤制气间接制乙二醇工艺知识的有利条件，加快形成煤制气间接制乙二醇工业规模化，必将对我国乙二醇产业结构产生质的改变。煤制气间接制乙二醇装置与目前、中石油乙稀法生产乙二醇装置进行对比，其主要竞争优势在于原料成本低，总成本较石油乙稀法工艺约低 1000-1500 元/t，具有明显的竞争优势。故此次流程选择以煤制气为原料，经草酸酯乙二醇，副产碳酸二甲酯的工艺流程，该工程清洁，原子利用率高，污染物排放量少。2.2 工艺流程介绍本项目分为五个工段，各工段工艺流程图及说明如下：1) CO 羰化偶联工段2图

4、 2-1 CO 羰化偶联工段工艺流程图气经 PSA 变压吸附得到的高纯度 CO 原料储罐与来自空分系统来的 N 作为载气以及由酯再生工段得到的亚硝酸甲酯混合，经过预热器，加热至130进入反应器进行反应。2) 酯再生工段图 2-2 酯再生工艺流程图来自 CO 羰化偶联的循环气以及补充的 NO，经过压缩机加压后与空分系统中出来的同压强氧气混合，与乙二醇生成提纯工段生成的甲醇以及少量补充甲醇一起通入反应精馏塔中反应。3) 碳酸二甲酯提纯工段3图 2-3 碳酸二甲酯提纯工段工艺流程图CO 羰化偶联工段得到的混合物通过一个气液分离器，得到循环气通过吸收塔(T0301)用甲醇将杂质吸收后循环，液相通过预分

5、离塔(T0302)将大部分 DMO进行分离。预分离塔塔顶得到的粗 DMC 与由吸收塔塔底得到的少量 DMC 混合。4) 乙二醇提纯工段图 2-4 乙二醇提纯工段工艺流程图来自碳酸二甲酯提纯工段的少量草酸二甲酯与大量由预分离塔(T0302)中得到的大量草酸二甲酯混合，与大量来自 PSA 变压吸附得到的氢气混合一起经加4压预热一起通入反应器中反应生成乙二醇后通过乙二醇精馏塔(T0401)将纯度99.9%以上的乙二醇分离提纯送去储罐5)双效精馏工段图 2-5 双效精馏工段工艺流程图由反应精馏塔塔底得到的液相通过换热降温通入双效精馏工段，将甲醇水系统进行分离。5第三章 节能设计与创新3.1 热量集成本

6、项目组利用 Aspen Energyyzer V7.2对换热网络进行热集成及优化，最大化利用热量，减少公用工程的消耗，达到节能效果。经过热集成优化后，利用夹点技术确定最小传热温差，并通过手动优化使能量利用率升高，得到最终优化结果如下图 6-1 所示：图 6-1 手动优化后的最终结果可见通过热网的优化本装置降低了 47.50%的总年度费用，20.98%的操作成本，24.80%换热器设备成本。3.2 分离技术创新3.2.1 高压共沸提纯 DMC共沸物难以用普通精馏方法分离,目前世界上的分离方法有膜分离法、冷冻结晶分离法、恒沸精馏法、萃取精馏法、加压精馏法等12。但是膜分离法技术难度高,目前还不够成

7、熟,没有相关的工业化;冷冻结晶法在化工生产中主要用于从溶液中分离固体物质,而且能耗高;恒沸精馏法常用的恒沸剂有烷烃、6环烷烃等,毒性较低,容易回收,但恒沸剂的选择受共沸体系制约,操作参数范围窄,而且恒沸剂等被汽化,能耗较高;萃取精馏法中萃取剂的选择不受共沸物体系的限制,选择性高,操作参数范围宽,能耗相对恒沸精馏法低,但是 DMC 收率低,萃取剂毒性大且使用量大,回收难度高。然而,加压精馏法工艺流,设备投资少,操作方便,同时避免了萃取精馏法难以回收萃取剂和恒沸精馏法操作参数范围窄等缺点,广泛应用在 DMC 工业生产中。3.2.2 双塔双效精馏双效精馏作为多效精馏的一种,因其设备简单、工艺不甚复杂

8、、应用范围广而受到广泛的关注,近年来对实际生产设备的节能改造及对双效精馏影响的理论研究日益增多。理论上双效精馏的节能率为 50%,但实际节能量受各种的制约,只有在理论上明确了影响节能的主要,才能成功地指导生产实践。双塔精馏工艺比较简单,其设备就是预塔和主塔,亦即轻(组分)塔和重(组分)塔。该工艺生产的产品纯度基本上能够达到 99.9%的工业甲醇双塔精馏工艺的主要优点是投资少、建设周期短、操作简单、见效快。此次工艺中，由于组分中主要是甲醇水体系，并且甲醇的纯度要求塔就可达到要求，不必要运用三效精馏，节约设备成本。双塔双效精馏由一组单效精馏塔耦合而成,与单效精馏类似:回流比、塔的操作压力、进料热状

9、态、进料位置等多种均对塔底热负荷产生影响,从而影响双效精馏的节能率。相对于单塔精馏工艺,双塔顺流工艺有了较大的改进。由于塔顶蒸汽的冷凝潜热被自离体系循环利用,理论上是大大降低了能耗和冷却水用量。双塔顺流工艺中第一个塔顶水蒸气的冷凝潜热须满足第二个塔的再沸器热负荷,同时须满足传热温差，工艺流程模拟：7图 3-1 双效精馏工段工艺流程图模拟结果显示，采塔双效精馏后，达到同样的纯度要求，双效精馏节约能量消耗 4517.76KW，节能 29.1%。对比结果如表 3-2 所示：表 3-2对比结果3.3 控制方案创新本项目控制方案的研究范围包括 CO 羰化偶联工段、双效精馏工段、碳酸二甲酯提纯工段、乙二醇

10、提纯工段、酯再生工段、罐区以及与工艺生产装置相配套8参数单塔双效精馏高压塔常压塔理论板数301823回流比1.4190.7091.03操作压力 MPA0.1013250.60.101325进料位置191219能耗指标冷凝器热负荷 KW-11021.350-8705.89再沸器热负荷 KW15548.2811030.520节约能耗 %29.1%产品指标甲醇 %99.9199.93水 %99.9099.92的公用工程部分的控制系统及相关仪表。其中对于压缩机，喘振是压缩机安全运行的隐患。所谓喘振，就是当压缩机的运行点流量值低于其极限流量值时所发生的流量逆向现象。喘振会使压缩机出口流量、压力不稳定，甚

11、至对压缩机造成损害。因此需对喘振现象进行防范和控制。本项目中压缩机采用旁路控制方案。当需要流量较小时，打开旁路调节阀可以避免直接调节进口流量而导致端负压严重的缺陷。在压缩机装有流量传送和压力传送仪表，在出口段装有压力传送仪表，集成到防喘震控制器中，经过控制器的计算，调节旁路流量达到防止喘震的目的。9第四章 工艺方案创新4.1 反应精馏亚硝酸酯采用反应精馏技术进行酯化反应亚硝酸酯，酯化反应器实际上是具有反应、吸收和精馏复合作用的多功能反应精馏塔，从羰化反应器出口经循环压缩机输送回来的大量循环气，与来自预反应器的新鲜氧气及补充的 NO 气体的混合气，由酯化反应器底部管线进入，与从塔底进入的补充甲醇

12、溶液在填料或塔板上逆流接触反应。联碳公司较早设计这种反应器用于亚硝酸酯的，并申请了专利，全部反应容器设计成空间上具有两个独立的区域，及反应区和精馏区，下部反应区可设计为填料塔，以保证气液充分接触，上部精馏段最好设计成板式塔，以提供足够的停留时间，尽可能减少出口中水的含量。对于反应热的移除，专利认为可以采用从反的物流中抽出一股物流经过换热器冷却后返回反，或者是从精馏塔的下部从一塔盘取出液体，经过冷却器后再返回到塔盘。由于反应精馏塔的作用，该工艺流程就不再设置水洗塔、干燥器等设备，流，投资减少是该技术的主要优势之一。此外，由于此次反应精馏塔出料为循环气、亚硝酸甲酯的气相以及甲醇、水的液相，知道亚硝

13、酸甲酯、一氧化氮等氮氧化物容易与水形成硝酸系产物腐蚀产品，影响产品纯度，运用反应精馏技术，能极大降低水在循环回流时的量，提高产品收率，更能使设备更长。10图 4-1 反应精馏酯化工艺流程示意图4.2 CO 羰化偶联制草酸酯利用亚硝酸甲酯与CO 偶联气相反应代替传统以甲醇与CO 液相反应生产草酸二甲酯。较液相法而言，气相法具有较高经济效益，较高产品收率，回收循环容易等优点。在气相法中，利用亚硝酸酯代替醇类，与 CO 发生偶联反应，从而草酸酯。CO 催化偶联草酸二酯过程可分为两步。第一步，一氧化碳在负载型贵金属催化剂的催化作用下，与亚硝酸酯偶联反应生成草酸二甲酯和一氧化氮，反应方程式如下：第二步，

14、在偶联反应中生成的 NO 经过分离后，进入再生反应精馏塔中，与甲醇和氧气反应，完成亚硝酸酯的再生，反应方程式如下：这样，生成的亚硝酸甲酯又可作为原料，参与到第一步 CO 偶联生成草酸酯的反应中去。原料甲醇便宜易得，O2 可以通过空分装置来提供，同时分离出的 N2 则可以作为反应的保护气。该路线反应条件十分温和，偶联反应仅在 110150，15atm下就可以进行，而亚硝酸酯的再生在常温常压下就能进行。不计过程中的物质损耗，理论上 NO 不需要补充，则反应完之后，副产物仅剩下水，所以整个反应体系的原子利用率非常高，工艺环保清洁，符合当代社会可持续发展的理念。4.3 CO 羰化偶联反应CO 羰化偶联

15、反应中，未反应完全的亚硝酸甲酯沸点较低，不容易处理，故11优先考虑亚硝酸甲酯的转化率。此次反应，由于查阅大量文献，并没有发现产物中的物质会与亚硝酸甲酯发生其它反应，故考虑在反应器足够大的情况下，亚硝酸甲酯可以认为反应近乎完全。若在以后的实验或者资料中显示，在反应产物中会有某种物质与亚硝酸甲酯反应影响转化率，那么在反应后通过一个简单的气液分离系统，再将得到的气相通入第二反应器中继续反应，将亚硝酸甲酯反应完全。由于反应产物中的 DMO,DMC 等液相与 CO 等不凝性气体和亚硝酸甲酯非常容易分开，故此次反应器模拟流程如下：图 4-2 CO 羰化偶联工段工艺流程图12第五章置5.1本项目坐落在伊犁自治州伊宁县曲鲁海乡工业园的庆华煤化工循环经济工业园内，犁河谷中一个海拔千米高的山头上。在河谷中填出一块 2.16 平方公里的台阶式平地，低，最大落差为 120 米。它的原料地就是不远的另一座山，表层土下