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类型毕业论文终稿-乙二醇生产工艺技术-化学工程与工艺专业-中石油北京.doc

  • 上传人:奥****文
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  • 上传时间:2023-01-20
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    终稿 乙二醇 生产工艺 技术 化学工程 工艺 专业 石油 北京 毕业论文 中石油北京
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    1、 中国石油大学(北京)现代远程教育毕 业 设 计(论文)乙二醇生产工艺技术姓 名: 学 号: 性 别: 专 业: 化学工程与工艺 年 级: 学习中心: 指导教师: 2022年2月28日中国石油大学(北京)现代远程教育毕业设计(论文)乙二醇生产工艺技术摘 要乙二醇作为重要的化工原料,可以用来合成聚酯等多种化工产品。近年来,对聚酯的需要量不断增加,加上多种相关产品的开发,造成对乙二醇的需求量大幅度上升。目前,主要通过石油路线和以煤为原料生产乙二醇。石油路线需要以石油为原料,但石油资源紧缺,价格不断上升,限制了这种路线的发展。为此,以煤为原料进行乙二醇的生产得到了发展。本文以乙二醇生产工艺技术为课题

    2、,通过文献资料法和试验法等进行研究。分析乙二醇的应用、生产方法、发展方向等;分析石油路线生产乙二醇工艺技术的研究,包括环氧乙烷水合法、碳酸乙烯酯法、酯交换法等制备乙二醇;分析煤制乙二醇工艺技术研究,包括直接合成路线和间接合成路线。希望通过本文深入了解乙二醇生产工艺技术,促进乙二醇产业健康有序发展。关键词:乙二醇;生产工艺;技术分析目 录第一章 概 述11.1 乙二醇的应用11.1.1 生产聚酯21.1.2 用作冷却剂、防冻剂21.1.3 用作液压油、润滑剂21.1.4 其他的用途21.2 乙二醇生产方法31.2.1 石油路线生产乙二醇31.2.2 碳一路线生产乙二醇41.3 乙二醇产业发展前景

    3、4第二章 石油路线生产乙二醇技术研究进展52.1 环氧乙烷水合法制取乙二醇52.1.1 直接水合法52.1.2 催化水合法62.2 碳酸乙烯酯法制取乙二醇72.3 酯交换法制取乙二醇82.4 石油路线合成乙二醇的比较9第三章 用煤制取乙二醇工艺分析113.1 煤制取乙二醇技术113.1.1 直接合成路线113.1.2 间接合成路线123.2 草酸酯法煤制乙二醇工艺分析123.2.1 煤气化工艺分析123.2.2 制冷工艺分析133.2.3 氢气/一氧化碳分离技术分析143.2.4 硫回收工艺分析14第四章 结论与建议16参考文献17致 谢18iii第一章 概 述乙二醇在化工中是非常重要的原料,

    4、可以用来制作多种化工产品,比如用来制作聚酯纤维、化妆品、刹车剂、吸湿剂、薄膜、油墨等。目前利用乙二醇生产生产聚酯纤维的用量占我国乙二醇总消耗量的93%左右。近年来,随着对聚酯纤维需求量的不断上升,以及其他用途的发展,对乙二醇的需求也越来越大。目前,我国对于乙二醇的消费量居于首位,但是生产量和需求量之间的差距比较大,这就意味着我国有很大的市场。1.1 乙二醇的应用乙二醇能够合成很多的化工产品,目前,最主要的是用来合成聚酯产品和其他衍生产品,乙二醇的上下游产品见图1-1。图1-1 乙二醇的上下游产品1.1.1 生产聚酯乙二醇最主要的是用来生产聚酯纤维的,然后进一步生成聚酯塑料,在进行聚酯塑料的合成

    5、时,主要通过酯交换法得到聚酯,具体过程为:对乙二醇和苯二甲酸进行酯反应,然后生成羟乙酯,然后经过缩聚反应生成聚酯。目前大都采用这种方式合成聚酯。聚酯有非纤维和纤维两种,主要是当做生产薄膜、饮料瓶等,也可以制作工程塑料1。1.1.2 用作冷却剂、防冻剂乙二醇的沸点和冰点都比水高,而且可以和水任意混合,在混合后会降低冰点。当乙二醇的含量在68%的时候,能将冰点降低到-68摄氏度,但当乙二醇的含量继续上升时,冰点反而会上升。将40%的乙二醇和60%的水进行混合后,能够制作防冻液,在-25摄氏度下可以使用;当50%的乙二醇和50%的水进行混合后,能够在-35摄氏度下进行使用。乙二醇制作的防冻液在仪器冷

    6、却、汽车发动机冷却、航空冷却系统等方面发挥着很重要的作用,它还可以用于飞机场跑道的除冰以及除霜等。1.1.3 用作液压油、润滑剂传统的液压油属于矿物油,成本比较低,润滑性能好,但在高温易燃的环境下无法使用。而乙二醇液压油具有很好的抗燃性,润滑性能优异,能够在高温明火环境下使用,比如汽车以及飞机的压膜机运作过程中使用。这种液压油能够很好的抗燃,防止生锈,对材料的适应性强,使用寿命长,对环境污染很小2。1.1.4 其他的用途乙二醇有很多的衍生物,比如聚乙二醇可以用来配制化妆品;二甘醇可以用来当做增塑剂、油墨溶剂、萃取剂等;长链脂肪酸的乙二醇能够用作稳定剂、悬浮剂、乳化剂等;对乙二醇进行氧化后,能够

    7、得到草酸等。1.2 乙二醇生产方法制作乙二醇的方法主要是将乙烯经过氧化后得到环氧乙烷,然后进行水合得到乙二醇。随着能源的紧张和需求的增加,需要开发一种成本低、能源丰富的方法替代石油制取乙二醇,也就是碳一化工路线,该方法已经取得了一定的进展。目前,制取乙二醇的方法主要有两种,分别是石油路线和以煤炭和天然气为原料的碳一路线。具体见图1-2。图1-2 生产乙二醇工艺路线图1.2.1 石油路线生产乙二醇石油路线制取乙二醇主要通过乙烯酯法和环氧乙烷直接水合制取,这两种方法都需要先对乙烯进行氧化生成环氧乙烷然后再进行下一步。为此,环氧乙烷的产率直接影响生产成本。目前,主要是以乙烯来生产乙二醇,银作为唯一的

    8、催化剂。在进行制取的过程中需要大量的催化剂,这样方法的进步取决于催化剂能否有其他的选择。1.2.2 碳一路线生产乙二醇碳一路线包括直接工艺和间接工艺两种。直接工艺就是通过合成气直接生成乙二醇;间接工艺就是首先用合成气进行反应,生成甲醇等中间物,然后进行转化,生成乙二醇。在间接合成中有草酸法、甲醛缩合法等。甲醛缩合法在反应过程中比较的温和,而且效率高;草酸法虽然在反应的过程中也比较温和,但催化剂成本高,过程复杂,对设备有腐蚀作用3。1.3 乙二醇产业发展前景近年来,中东地区建立了很多生产乙二醇的装置,在一定程度上提高了乙二醇的供应量。我国也引进了很多乙二醇生产装置,进行乙二醇的生产。由于我国和一

    9、些新兴国家对聚酯纤维的需求量很大,导致对乙二醇的需求量不断上升。目前,我国的乙二醇生产能力还相对比较弱,成本比较高,市场竞争力不强。为此,必须要改进乙二醇生产装置,引进先进的生产技术,提高生产能力,缓解需求的压力。同时,还需要扩大乙二醇的使用范围,形成完整的乙二醇产业规模,促进乙二醇产业多元化发展。我国的石油资源比较紧缺,导致碳一路线备受关注。这种方法主要是利用天热气、煤为原料,价格相对低廉,资源比较丰富,发展前景比较广阔4。18第二章 石油路线生产乙二醇技术研究进展乙二醇作为重要的化工原料,在化工领域发挥着很重要的作用。目前主要有以石油为原料,以天然气为原料和以煤为原料三种路线生产乙二醇。其

    10、中,环氧乙烷水合法是最主要的方法。2.1 环氧乙烷水合法制取乙二醇在石油路线中,有多种方法可以制取乙二醇,以下是具体的介绍:2.1.1 直接水合法这种方法目前已经非常成熟,应用也很广泛。制备流程见图2-1。将水和环氧乙烷按照10:1的比例进行混合,然后将水解反应器中的混合物进行换热器中进行换热,然后在进行水解反应器进行水解。将反应器的温度控制在190摄氏度,压力控制在2.23百万帕斯卡,反应时间控制在30分钟。在进行放热反应的过程中,混合物中的主产物乙二醇和其他产物聚乙二醇等,要经过一系列的降压和降温处理后,进行蒸发和干燥,然后进行蒸馏,得到乙二醇。其他的混合物再次进入再生塔进行回收,得到高纯

    11、度的DEG和TEG产品。这种方法能够充分发挥环氧乙烷的作用,提高乙二醇的产量5。图2-1 直接水合法制备流程利用直接水合法生产乙二醇的过程中,不需要使用催化剂,但为了能够提高乙二醇的选择性,在反应的过程中需要加入大量的水,这就导致在进行脱水的时候比较复杂,加长工艺流程、增加生产成本、降低产品效益等。因此,在生产的过程中,如何降低水和环氧乙烷的比例,是研究的重点。2.1.2 催化水合法这样方法需要用到催化剂,环氧乙烷和水在催化剂的作用下进行反应,然后制取乙二醇。和直接水合法相比,这种方法能够有效的降低水和环氧乙烷的比例,提高乙二醇的选择性。催化水合制备乙二醇的流程见图2-2。环氧乙烷和水在缓冲罐

    12、中按照一定的比例混合,将混合后的溶液引入各反应器中,在催化剂的作用下进行反应,在生成的产物中乙二醇有29%,然后将混合物进行初步预热后进入蒸馏塔和干燥塔,进行脱水干燥6。然后从塔底混合物中得出乙二醇产品和DEG产品。图2-2 催化水合法制备流程催化法制取乙二醇的方法和直接水合法相比,脱水流程比较简单,选择性比较强,但在反应的过程中会释放大量的热,需要进行冷却防止催化剂在高温下失去活性。2.2 碳酸乙烯酯法制取乙二醇这种方法中水和乙烯酯的比例比较小,乙二醇的回收率比较高,选择性能良好,而且在制备的过程中不产生污染,发展潜力大。该方法主要有酯化和水解两个步骤。首先是进行酯化,环氧乙烷和二氧化碳在压

    13、力的作用下生成碳酸乙烯酯,然后进行水解生成乙二醇和其他物质。在这两个步骤中,可以使用相同的催化剂,也可以使用不同的催化剂。如果使用相同的催化剂就可以一步制取乙二醇,在同一个反应器中进行;如果使用不同的催化剂,就需要先进行第一步生成碳酸乙烯酯,然后进行分离后再进行水解制取乙二醇。这两种方法都有自己的优缺点7。使用同一种催化剂的方法在操作时比较复杂,两个反应都难以达到最好的反应条件;使用两种不同的催化剂,在进行第二步时,需要增加反应器,这就增加了成本。目前这两种方法在工业中都有应用。碳酸乙烯酯法制取乙二醇的流程见图2-3。1 EC反应;2 脱气;3 EC精制;4 EC水解;5 二氧化碳压缩;6 E

    14、C蒸发;7 脱水;8 EG精制图2-3 碳酸乙烯酯法制取乙二醇流程 在对这种方法进行研究时,主要是对第一步进行研究,提高酯化水平。2.3 酯交换法制取乙二醇这种方法是利用碳酸乙烯酯和甲醇进行酯交换,得到乙二醇和碳酸二甲酯,这两种产品在化工中都非常的重要,因此非常的有吸引力。这个工艺主要经过两步反应:首先,环氧乙烷和二氧化碳在催化剂的作用下进行反应生成碳酸乙烯酯,然后碳酸乙烯酯和甲醇进行酯反应,生成乙二醇和碳酸二甲酯8。我国也在积极的研究碳酸乙烯酯制备乙二醇和碳酸二甲酯的方法。研究新的生产工艺比原来的生产工艺能够有效节省58%的蒸汽,51%的水,35%的电能,总的回收率提高11%左右。在兰州中科

    15、院已经实现全流程的开发和试验。这种方法的优点有很多,具体有:(1)可以充分利用反应过程中产生的二氧化碳资源。(2)在反应的过程中,转化率很高,能源消耗低,产物纯度高。(3)得到的两种产物都有很大的价值。(4)在反应的过程中不产生污染,对环境非常友好。2.4 石油路线合成乙二醇的比较以上提到了几种合成乙二醇的方法,现对几种方法进行比较。表2-1 石油路线合成乙二醇方法比较方法要求催化剂工艺特点应用状况直接水合法温度控制在190左右,压强控制在1.0-2.5MPa不添加催化剂选择性比较差,水和环氧乙烷的比例高,工艺流程长,对能源消耗大,转化率比较高比较成熟,规模化,工业化催化水合法均相:温度控制在80-150,压强控制在0.5-2.0MPa;非均相:温度控制在60-150,压强控制在1.5MPa;均相:有机胺,金属盐非均相:无机盐;金属氧化物选择性比较好,转化率比较高,能源消耗比较少,流程相对比较简单。技术主要掌握在国外几家公司手中碳酸乙烯

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