年產20萬噸煤制乙二醇工廠初步設計畢業設計-資料下載頁

　　

【正文】 G含量≥90%的重組分物流4。物流4和共沸劑A進入共沸精餾塔T2，塔頂液進分相器后輕相回流，重相為富含1，2PG的EG溶液5，塔釜得到EG和1，2BD混合液6，其與共沸劑B進入共沸精餾塔T3，塔頂液經分相后，輕相共沸劑回流，重相為含少量輕組分的EG7，塔釜得富含1，2BD的EG溶液。塔3塔頂EG物流再進入產品塔T4中部，塔頂采出含輕組分的EG溶液，塔釜得到EG產品。該方案采用共沸精餾，能耗較高，經濟性差。圖213共沸精餾法分離 EG 粗產品流程綜合考慮生產實際，以及技術可行性本項目采用液液萃取技術分離乙二醇，%的水平。3 Aspen工藝流程模擬簡述 圖31亞硝酸甲酯再生工段采用反應精餾技術進行酯化反應合成亞硝酸酯，酯化反應器實際上是具有反應、吸收和精餾復合作用的多功能反應精餾塔，從羰化反應器出口經循環壓縮機輸送回來的大量循環氣體，與來自預反應器的新鮮氧氣及補充的NO氣體的混合氣，由酯化反應器底部入口管線進入，與從塔頂進入的補充甲醇溶液在填料逆流接觸反應。MN 酯化反應為 KINETIC 動力學參數的控制快速反應，整個反應過程在氣相中完成，是典型的氣相反應；MN 在反應溫度下為氣態，具有劇毒易爆等特性，因此在反應體系中需一定量N2保護。反應精餾塔塔頂產出亞硝酸甲酯，與常溫下的CO經過換熱器的換熱進入羰化偶聯反應器。而塔底為甲醇水溶液，采取雙效精餾的工藝技術分離水和甲醇，實現甲醇的循環利用。反應精餾就是在進行反應的同時用精餾方法分離出產物的過程。將反應和分離兩種操作在一個設備中同時進行，將反應生成的產物及時分離，則可以提高產品的收率，同時又可利用反應熱供產品分離，達到節能的目的。反應精餾的好處在于：1）破壞了可逆反應平衡，增加了反應的選擇性和轉化率，使反應速率提高，從而提高了生產能力；2）精餾過程可以利用反應熱，節省了能量；氣相偶聯合成法生產乙二醇流程中，MN反應塔的合成氣原料來源于DMO吸收塔頂氣相產品，其主要成分為一氧化碳、一氧化氮、氮氣及少量MN，在進入反應塔之前補充部分反應所需的氧氣與甲醇；由于該反應為氣相反應，以飽和蒸汽進料為有利。MN酯化反應為KINETIC動力學參數的控制快速反應，整個反應過程在氣相中完成，是典型的氣相反應；MN在反應溫度下為氣態，具有劇毒易爆等特性，因此在反應體系中需一定量N2保護；其反應發生在NO、O2與CH4O之間：NO++CH4O=CH3ONO+其反應動力學方程r=?（19056RT)模擬結果如下所示。表31反應精餾塔物料衡算混合氣體甲醇進料塔頂產物塔釜產物Temperature C4570 Pressure bar551 Vapor Frac1010Mole Flow kmol/hr12044 Mass Flow kg/hr103436Volume Flow cum/hrEnthalpy Gcal/hrMass Flow kg/hrMN0CO00NO00H2OO2000N200CH3OHMass FracMN00CO00NO00H2O00O2000N200CH3OH圖31甲醇水溶液雙效精餾雙效精餾是利用高壓塔頂蒸汽的潛熱向低壓塔的再沸器提供熱量，高壓塔頂蒸汽同時被冷凝的熱集成精餾系統。反應精餾塔底的甲醇水溶液經過泵進入加壓精餾塔，部分氣態精甲醇從加壓精餾塔塔頂引出后進入常壓精餾塔再沸器，與常壓精餾塔塔底物料換熱后冷凝為液態進入加壓精餾塔回流槽，由回流泵送回加壓精餾塔頂，同時部分精甲醇采出送往精甲醇儲罐。加壓精餾塔底部物料繼續進入常壓精餾塔分離，塔頂精甲醇送往精甲醇儲罐，塔底殘液送往污水處理系統。表32雙效精餾系統模擬計算數據頂部底部冷負荷組分/%熱負荷組分/%溫度 /℃壓力/Mpa/MW甲醇水溫度 /℃壓力/Mpa/MW甲醇水加壓塔0常壓塔0對雙塔進行模擬優化，其常壓塔T0102優化結果如下所示。表33理論板數對分離效果的影響理論板數塔頂甲醇含量塔底甲醇含量25262728293031圖32理論板數對分離效果的影響從圖32中可以知道隨著理論板數的增加，塔頂甲醇的含量不斷增加，當理論板數達到29時塔頂甲醇含量基本不變。塔底的甲醇含量隨著理論板數的增加不斷減少，并在一定理論板數后保持不變。因此理論板數為29是T0102最適理論板數。圖33進料位置對分離效果的影響從圖33中可以知道隨著進料位置的增加，塔頂甲醇的含量不斷增加并在第19塊板后基本不變，因此最適合的進料位置為19塊板。圖34塔頂采出對分離效果的影響從圖34中可得知隨著塔頂采出量的增加塔頂甲醇含量漸漸降低，而塔底甲醇含量隨著塔頂采出量的增加塔底含量降低，并且在1560kmol/h達到最低值。綜合考慮塔頂甲醇含量以及塔底甲醇含量，即保持塔頂甲醇含量保持在較高含量，塔底甲醇含量保持在較低含量，減少甲醇的損失。由此，可得最適塔頂采出量為1560kmol/h。高壓塔T0101的優化結果如下所示。圖35理論板數對T0101的影響從圖35中可以知道隨著理論板數的增加，塔頂甲醇的含量不斷增加，當理論板數達到25時塔頂甲醇含量基本不變。塔底的甲醇含量隨著理論板數的增加不斷減少，并在一定理論板數后保持不變。因此理論板數為25是T101最適理論板數。 圖316進料位置對T0101的影響從圖36中可以知道隨著進料位置的增加，塔頂甲醇的含量不斷增加并在第19塊板后基本不變，因此最適合的進料位置為19塊板。圖37塔頂采出量對T101的影響從圖37中可得知隨著塔頂采出量的增加塔頂甲醇含量先保持不變隨后急劇下降，反觀塔底甲醇含量隨著塔頂采出量的增加塔底含量降低，并且剛達到2780kmol/h基本不變。因此塔頂采出2780kmol/h為最適塔頂采出量。圖38 羰化偶聯工段由R0101塔頂出來的MN混合氣體與經過純化的CO混合，進入DMO反應器R0201。R0201為列管式、間壁冷卻式固定床反應器。管內裝催化劑，反應溫度為120～140℃。反應完成后的氣體直接通過冷凝吸收裝置T0201進行分離處理，塔頂主要是CO、NO、未反應的亞硝酸甲酯氣、甲醇和N2，塔底則是吸收冷凝液，主要是反應中生成的草酸二甲酯及副產物碳酸二甲酯和溶劑甲醇；然后由吸收塔塔底排出的冷凝液進入T0202進行分離，塔底得到純凈的草酸二甲酯用于后續的加氫反應，塔頂則是甲醇、碳酸二甲酯和少量CO、NO和亞硝酸甲酯氣，然后精餾塔T0202頂的混合氣需要進一步分離，回收CO、NO和亞硝酸甲酯氣，這里通過裝置T0203精餾塔完成這一過程經過精餾后塔底得到甲醇和碳酸二甲酯，其他氣體成分都從塔頂排出；最后回收的氣體物流8和物流TpT0103與補充的O2物流混合，便可用于亞硝酸甲酯的再生，循環于物流14。草酸二甲酯(DMO)的合成反應為：2CH3ONO+2CO=DMO+2NO + (1)該反應在Pd/Al2O3催化劑作用下進行，溫度在120～140℃之間，壓力l～5atm。本次設計采用華東理工大學相關技術，華東理工大學已經進行了該化劑的1000小時壽命實驗。催化劑的活性相當穩定，MN轉化率穩定在80％，DMO選擇性太于90％，DMO產率大于3509/kg/h。DMO反應過程的特點是：(1)反應的溫度窗較小，120～140℃。溫度超過140℃后，MN在催化劑上出現分解，降低了DMO產品選擇性。(2)反應熱效應比較顯著。因此，反應器選型的關鍵是溫度控制的性能。流化床具有最好的溫度控制性能；而且，在流化床中，催化劑消除了內、外擴散的阻力；另外，由于采用A12O3做載體，耐磨性也很好，因此，對該體系，流化床反應器也是很理想的。但是，流化床反應器結構較復雜，大型化難度較高。一般原則是，如果能選擇固定床，以固定床反應器為首選。華東理工大學通過對CO、CH3ONO在催化劑上的吸附現象的觀察，發現在偶聯反應溫度下，CO吸附較弱，主要以氣相分子的狀態存在，而CH3ONO的吸附性強，在催化劑上易解離形成甲氧基，且不易脫附，由此推出偶聯反應的機理滿足Rideal模型：CH3ONO+σ CH3ONOσ (2) CH3ONOσ CH3Oσ +NO (3) CH3Oσ + CO COOCH3σ (4) 2COOCH3σ (COOCH3)2σ (5) (COOCH3)2σ COO( CH3)2+σ (6)結合動力學機理模型研究和數據擬合出的動力學參數，推出CO氣相偶聯催化反應合成草酸二甲酯的動力學方程如下： (7) 模擬過程采用轉化率模型代替動力學過程表示反應過程。這里參考文獻，合理假定基于所使用的催化劑，以亞硝酸甲酯為基準，其轉化率為81％，而草酸二甲酯的選擇性為90％。含有亞硝酸甲酯的混合氣與CO混合后，預熱至140℃，然后通過固定床反應器進行催化偶聯反應。其模擬結果如下表所示。表34偶聯反應器模擬結果反應器進口反應器出口Temperature C140140Pressure bar55Vapor Frac11Mole Flow kmol/hr13444Mass Flow kg/hrVolume Flow cum/hrEnthalpy Gcal/hrMass Flow kg/hrMNDMO0CONOH2OO200N2CH3OHDMC0Mass FracMNDMO0CONOH2O00N2CH3OHDMC0 DMC與CH3OH分離模擬如前所述已經提到副產物碳酸二甲酯和甲醇需要進行分離，一方面甲醇可以回收用于吸收洗滌過程，另一方面分離得到的碳酸二甲酯可以作為產品出售帶來附加經濟效益。由于碳酸二甲酯和甲醇的混合液存在共沸點，它們的分離不是常規方法所能實現的。，目前研究的用于分離碳酸二甲酯和甲醇的特殊方法主要有變壓精餾、共沸精餾和萃取精餾三種。，表明變壓精餾的方法最可行，共沸精餾流程復雜、能耗高，萃取精餾分離出的碳酸二甲酯純度低，而變壓精餾過程不需引入溶劑，流程相對簡單，得到的DMC產品純度高。所以本次設計采用變壓精餾的方法來分離碳酸二甲酯和甲醇。圖39雙塔變壓精餾待分離DMC甲醇混合物來自T0203，DMC為CO氧化偶聯合成草酸二甲酯過程的副產物。其進料組成如下表35所示。溫度/℃甲醇kg/h碳酸二甲酯kg/hDMO kg/hH2O kg/h質量分數00表35變壓精餾進料組成經過預熱器加熱后與常壓塔塔頂循環的物流混合后進入高壓塔（）%的甲醇，以便在合成氣制乙二醇系統循環使用，一方面可以用于亞硝酸甲酯再生，另外可以用于對偶聯反應產物的吸收液；高壓塔塔底的混合物經過換熱進入低壓塔繼續進行分離，%的DMC，塔頂經過加熱后與來自T0203塔釜產物混合繼續在低壓塔分離。其中模擬結果如下表36所示。表36 變壓精餾模擬結果高壓塔頂高壓塔釜進低壓塔低壓塔頂循環物流低壓塔釜Temperature C197140Pressure bar1313131131Vapor Frac000000Mass Flow kg/hrCH3OH0C3H6O3Mass FracCH3OH0C3H6O31對高壓塔進行模擬優化，其結果如下所示。其指標為高壓塔塔頂甲醇含量以及低壓塔塔釜DMC的含量。考察理論板數對分離效果的影響如下所示。圖310 理論板數對分離效果的影響由上分析可得隨著理論板數的增加，低壓塔塔釜DMC基本保持不變，高壓塔塔頂甲醇含量先增加，后維持一段時間不變，又急劇增加，從經濟方面考慮，在滿足分離要求，投資最少的原則，故最適理論板數為21塊。同理可得低壓塔最適理論板數為13塊。 DMO加氫工段圖311催化加氫工段草酸二甲酯加氫制備乙二醇是連串反應，首先是草酸二甲酯(DMO)加氫制備乙醇酸甲酯(MG)，然后乙醇酸甲酯繼續加氫生