合成气制乙二醇的工艺设计与模拟研究 - 图文

Ａｔｈｅｓｉｓ（ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ）ｓｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｆｏｒｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒＳｔｕｄｙｏｎＰｒｏｃｅｓｓＤｅｓｉｇｎａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＥｔｈｙｌｅｎｅＧｌｙｃｏｌｂｙＳｙｎｇａｓＢｙＬｉｎｘｉａｎｇＹａｏＳｕｐｅｌｗｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＨｕａｉｊｕｎＳｏｎｇＰｒｏｆ．ＢａｏｚｅｎｇＲｅｎＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｎｅｒｇｙＭａｙ，２０１３学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：船林秤日期：劢ｃ弓年兮月纠日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位做懈批林暂日期：伽Ｂ年歹月５／日摘要摘要随着石油资源的日益枯竭，以石油为原料生产化工产品的成本越来越高。鉴于我国相对富煤的能源格局，以煤替代石油为原料生产化工产品成为国内近些年来的发展趋势，其中合成气制乙二醇项目是研究热点之一。目前研究的最具工业化前景的合成气制乙二醇路线为：首先由合成气中分离出的ＣＯ与亚硝酸甲酯反应合成草酸二甲酯，然后将草酸二甲酯催化加氢制得乙二醇。本文基于流程模拟系统ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ对上述合成气制乙二醇工艺流程进行了设计与模拟研究。以ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ对合成气制乙二醇工艺中涉及到的亚硝酸甲酯和草酸二甲酯进行了物性估算。对亚硝酸甲酯再生反应精馏塔进行了设计与模拟，优化结果为：０２的转化率达到９９．９９％以上，反应精馏塔中生成的产物亚硝酸甲酯在塔顶的回收率达到９９．９９％。对草酸二甲酯的合成及其相关的分离过程进行了设计与模拟，结果表明用于亚硝酸甲酯再生的循环气物流在流程中可以收敛，通过精馏可以获得摩尔分率为９９．９％的草酸二甲酯。对甲醇和副产物碳酸二甲酯的混合液的分离过程进行了设计与模拟，采用常压．力口压精馏工艺可以实现二者的分离，分离所得碳酸二甲酯与甲醇的质量分数均可达９９．９％。对草酸二甲酯加氢制备乙二醇及相关分离过程进行了设计与模拟。在反应器之后设计了三个精馏塔分别用于甲醇的回收、轻组分的脱除以及乙醇酸甲酯和草酸二甲酯的回收。对上述三个精馏塔进行了模拟优化，结果为：甲醇回收塔塔顶甲醇的回收率达到９９．６％；脱轻组分塔塔顶乙醇酸甲酯的脱除率达９９．９％以上，草酸二甲酯的脱除率为９９．７％；乙醇酸甲酯和草酸二甲酯回收塔塔顶二者的回收率分别达９９．７％和９９．８％。在脱轻组分塔的塔底得到含有１，２．丙二醇、１，２．丁二醇和二甘醇等杂质的粗乙二醇产品，其流量为３４９８．７ｋｇ／ｈ，其中乙二醇的质量分数为９８．２％。关键词：合成气，乙二醇，亚硝酸甲酯，碳酸二甲酯，草酸二甲酯，过程模拟，ＡｓｐｅｎＰｌｕｓＡｂｓｌ‘ａｃｔＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｄｅｐｌｅｔｉｏｎｏｆｏｉｌｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｔｈｅｃｏｓｔｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｄｕｃｔｓｗｉｔｈｏｉｌａｓｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｉｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｈｉｇｈ．Ｇｉｖｅｎｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｒｉｃｈｃｏａｌｅｎｅｒｇｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙ，ｔａｋｉｎｇｃｏａｌｔｏｒｅｐｌａｃｅｏｉｌａｓｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｔｏｐｒｏｄｕｃｅｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｄｕｃｔｓｈａｓｂｅｃｏｍｅａｈｏｔｒｅａｓｅａｒｃｈｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ．Ａｍｏｎｇｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｈｏｔｓｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｏｆｓｙｎｇａｓｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌｉｓａｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｊｅｃｔｗｉｔｈｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｓｐｅｃｔｓ．ＡｔｐｒｅｓｅｎｔｔｈｅｍｏｓｔｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚｅｄｐｒｏｓｐｅｃｔｐｒｏｃｅｓｓｒｏｕｔｅｏｆｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｂｙｓｙｎｇａｓｉｓａＳｆｏｌｌｏｗｓ：ｆｉｒｓｔＣＯｓｅｐａｒａｔｅｄｆｒｏｍｓｙｎｇａｓｒｅａｃｔｓｗｉｔｈｍｅｔｈｙｌｎｉｔｒｉｔｅｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｉｍｅｔｈｙｌｏｘａｌａｔｅ，ｍａｄｔｈｅｎｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌｉｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｃａｔａｌｙｔｉｃｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎｏｆｄｉｍｅｔｈｙｌｏｘａｌａｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍａｄｓｈｎｕｌａｔｉｏｎｏｆｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌｔｈｒｏｕｇｈｓｙｎｇａｓｍｅｎｔｉｏｎｅｄａｂｏｖｅｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂａｓｅｄｏｎｐｒｏｃｅｓｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍＡｓｐｅｎＰｌｕｓ．ＦｉｒｓｔｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｍｅｔｈｙｌｎｉｔｒｉｔｅａｎｄｄｉｍｅｔｈｙｌｏｘａｌａｔｅｉｎｖｏｌｖｅｄｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｙｎｇａｓｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌｗｅｒｅｅｓｔｉｍａｔｅｄｂｙＡｓｐｅｎＰｌｕｓｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｖｅｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎｃｏｌｕｍｎｏｆｍｅｔｈ３，１ｎｉｔｒｉｔｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄ，ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｒｅｓｕｌｔｓａｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｓ：ｔｈｅ０２ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｒａｔｅｉｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎ９９．９９％，ｔｈｅｒｅｃｏｖｅｘｙｒａｔｅｏｆｍｅｔｈｙｌｎｉＵ＇ｉｔｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｉｎｔｈｅｒｅａｃｔｉｖｅｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎｃｏｌｕｍｎｉｎｔｈｅｏｖｅｒｈｅａｄｒｅａｃｈｅｓ９９．９９％．Ｔｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｄｉｍｅｔｈｙｌｏｘａｌａｔｅａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｓｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄ，ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅｃｙｃｌｅｇａｓｆｌｏｗｆｏｒｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｍｅｔｈｙｌｎｉｔｒｉｔｅＣａｎｂｅｃｏｎｖｅｒｇｅｄ，ｂｙｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎｔｈｅｍｏｌｅｆｒａｃｔｉｏｎｏｆｄｉｍｅｔｈｙｌｏｘａｌａｔｅＣａｌｌｒｅａｃｈ９９．９％．Ｔｈｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｍｅｔｈａｎｏｌａｎｄｂｙｐｒｏｄｕｃｔｄｉｍｅｔｈｙｌｃａｒｂｏｎａｔｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄ，ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｗｏｍａｔｅｒｉａｌｓ’ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｃｏｕｌｄｂｅａｃｈｉｅｖｅｄｂｙａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅ．ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄｔｈｅｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｏｆｓｅｐａｒａｔｅｄｄｉｍｅｔｈｙｌｃａｒｂｏｎａｔｅｍａｄｍｅｔｈａｎｏｌｃａｎｂｅｕｐｔｏ９９．９％．Ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｄｉｍｅｔｈｙｌｏｘａｌａｔｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎｆｏｒｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｓｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｒｅａｃｔｏｒ，ｔｈｒｅｅＩＩＡｂｓｒａｃｔｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎｃｏｌｕｍｎｓｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒｒｅｃｏｖｅｒｙｏｆｍｅｔｈａｎ０１．ｒｅｍｏｖａｌｏｆｔ１１ｅｌｉｇｈｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｎｄｒｅｃｏｖｅｒｙｏｆｍｅｔｈ）７１ｇｌｙｃｏｌａｔｅａｎｄｄｉｍｅｔｈｙｌｏｘａｌａｔｅ．Ｔｈｅｔｌｍ＇ｅｅｃｏｌｍｎｎｓｗｅｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｄ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅａｓｆｏＩｌｏｗｓ：ｔｈｅｒｅｃｏｖｅｒｙｒａｔｅｏｆｍｅｔｈａｎｏ】ｒｅａｃｈｅｓ９９．６％ｉｎｔｈｅｍｅｔｈａｎｏＪｒｅｃｏｖｅｒｙｃｏｌｕｍｎｏｖｅｒｈｅａｄ．ｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｏｆｍｅｔｈｙｌｇｌｙｃｏｌａｔｅａｎｄｄｉｍｅｔｈｙｌｏｘａｌａｔｅｗｅｒｅｓｅｐａｒａｔｅｌｙ９９．６％ａｎｄ９９．７％ｉｎｔｈｅｏｖｅｒｈｅａｄｏｆｏｆｆｌｉｇｈｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｃｏｌｕｍｎ，ｔｈｅｒｅｃｏｖｅｒｙｏｆｍｅｔｈｙｌｇｌｙｃｏｌａｔｅｍｌｄｄｉｍｅｔｈｙｌｏｘａｌａｔｅｗｅｒｅｓｅｐａｒａｔｅｌｙ９９．７％ａｎｄ９９．８％ｉｎｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｒｅｃｏｖｅｒｙｃｏｌｕｍｎｏｖｅｌ．ｈｅａｄ．Ｃｒｕｄｅｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌｐｒｏｄｕｃｔｗｈｉｃｈｃｏｎｔａｉｎｓｌｉｔｔｌｅｉｍｐｕｒｉｔｙｓｕｃｈａｓ１，２－ｐｒｏｐｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ，１，２－ｂｕｔｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ，ｄｉｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ，ａｎｄＳＯｏｎ，ｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｉｎｔｈｅｂｏｔｔｏｍｏｆｔｈｅｌｉｇｈｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｒｅｍｏｖａｌｃｏｌｕｍｎ．Ｔｈｅｆｌｏｗｒａｔｅｏｆｔｈｅｃｒｕｄｅｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌｐｒｏｄｕｃｔｉｓ３４９８．７ｋｇ／ｈ，ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｏｆｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌｉｓ９８．２％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｙｎｇａｓ；Ｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ；Ｍｅｔｈｙｌｎｉｔｒｉｔｅ；Ｄｉｍｅｔｈｙｌｃａｒｂｏｎａｔｅ；Ｄｉｍｅｔｈｙｌｏｘａｌａｔｅ；Ｐｒｏｃｅｓｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＡｓｐｅｎＰｌｕｓＩＩＩ