环氧乙烷/乙二醇生产装置用能优化的研究

【摘要】：环氧乙烷是乙烯衍生物中的重要基础化工原料，它主要用来生产乙二醇，因此环氧乙烷(EO)/乙二醇(EG)工艺是石油化工中的重要工艺之一。我国目前拥有大小不等的EO/EG生产装置11套，但是相比于国外的同类装置，这些装置的工艺落后，能耗和水耗都较高，因此研究EO/EG工艺优化以降低生产成本，具有非常现实的意义。 本文是以辽化的EO/EG生产装置工艺改造为背景，采用夹点技术对全过程的用能进行优化综合，研讨反应精馏新工艺。主要内容如下： (1)利用以夹点技术为基础的针对大型复杂过程系统用能的诊断和调优策略，对环氧乙烷/乙二醇生产装置全过程进行用能分析，找到了系统用能不合理的地方，并提出改造方案。 这主要包括三个方面：一、根据虚拟温度法得到物流间合理的传热温差，调整了物流间换热的传热温差，使物流间换热温差更为合理；二、根据夹点理论，在夹点上方引入冷却公用工程负荷、在夹点下方引入加热公用工程负荷、存在穿越夹点的换热，会造成系统加热和冷却公用工程负荷的双重损失，据此调整了冷热流股之间的匹配；三、通过改变EG精馏塔的操作条件，使之与脱水塔热集成。 如果这些改造方案得到实施，可以使蒸汽用量减少30％以上，冷却水的用量减少14％。 (2)建立了以aspen plus为平台的通用的反应精馏模拟环境；提出了反应精馏制乙二醇新工艺设想，通过模拟，取得了较好的结果。 目前乙二醇工艺使用的是环氧乙烷直接水合法，反应使水过量，水和环氧乙烷的摩尔比为20～22：1，这样后续操作为了分离水需要消耗大量的能量。利用反应精馏塔制乙二醇是一项新的工艺，它可以极大的节省投资费和操作费。本文建立了反应精馏数学模型，结合化工过程稳态模拟软件aspen plus对乙二醇反应精馏塔进行了模拟，并设计了反应精馏制乙二醇新工艺。与原工艺相比较，新工艺的进料水比从20～22：1降到了接近1：1，使反应的选择性达到92.3％，转化率达到了接近100％。由反应精馏塔取代了反应器及多效蒸发装置，使工艺流程大大简化，能耗降低。同时，工艺过程不产生废料，不形成对环境的污染。 【关键词】：夹点分析 能量集成 大规模复杂系统 节能改造 环氧乙烷 EO/EG 反应精馏 数学模型 aspen plus 乙二醇 新工艺
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TQ22
【目录】：

• 摘要4-9
• 前言9-10
• 第一章 文献综述10-28
• 1.1 我国EO/EG工业现状10-13
• 1.1.1 我国EO/EG生产概况10-12
• 1.1.2 我国EO/EG工艺技术与国外的差距12-13
• 1.2 EO/EG生产工艺简介13-15
• 1.2.1 EO工段生产工艺简介13-14
• 1.2.2 EG工段生产工艺简介14-15
• 1.3 EO/EG生产工艺进展15-17
• 1.3.1 EO生产工艺进展15-16
• 1.3.2 EG生产工艺进展16-17
• 1.4 过程综合17-23
• 1.4.1 夹点技术简介17-19
• 1.4.2 数学规划法19-20
• 1.4.3 单元用能的一致性20-22
• 1.4.4 虚拟温度法22-23
• 1.5 反应精馏简介23-28
• 1.5.1 反应精馏的应用23-24
• 1.5.2 反应精馏工艺的物理化学基础24-26
• 1.5.3 反应精馏的工艺条件26-28
• 第二章 EO/EG工艺的用能分析28-44
• 2.1 夹点分析数据提取28-32
• 2.1.1 生产装置概况28-29
• 2.1.2 基本数据的选取29-32
• 2.2 原生产装置的用能分析32-37
• 2.2.1 用“问题表格法”确定系统夹点32-34
• 2.2.2 计算结果的确认34
• 2.2.3 过程用能的诊断34-37
• 2.3 系统用能的调优37-42
• 2.3.1 调整物流间的传热温差37-39
• 2.3.2 换热器网络的合理匹配39
• 2.3.3 调整过程系统的操作条件39-42
• 2.4 小结42-44
• 第三章 基于aspen plus的反应精馏计算模型的建立44-59
• 3.1 aspen plus中物性计算模型44-49
• 3.1.1 汽液平衡计算44-47
• 3.1.2 液体密度的计算47-48
• 3.1.3 气体粘度的计算48
• 3.1.4 液体粘度的计算48-49
• 3.1.5 表面张力的计算49
• 3.2 aspen plus中反应精馏计算模型49-52
• 3.3 aspen plus中板式塔计算模型52-53
• 3.4 基于aspen plus的反应精馏计算模型的确认53-57
• 3.4.1 aspen plus中的界面操作55-56
• 3.4.2 模拟结果及讨论56-57
• 3.5 小结57-59
• 第四章 模拟反应精馏制乙二醇新工艺59-73
• 4.1 反应精馏塔(T101)的模拟60-68
• 4.1.1 最佳操作条件的确定63-68
• 4.1.2 最佳操作条件小结68
• 4.2 模拟脱水塔(T102)68-70
• 4.3 模拟乙二醇精馏塔(T103)70-72
• 4.4 反应精馏制乙二醇的优点72-73
• 第五章 结论与展望73-75
• 参考文献75-80
• 研究生期间主要科研项目及论文80-81
• 致谢81-82
• 附录1 夹点分析原流程问题表格-结果82-84
• 附录2 夹点分析调整温差后问题表格-结果84-87

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