年产2万吨乙二醇的合成工段工艺设计开题报告

1. 研究目的与意义

乙二醇（ethylene glycol）又名“甘醇”、“1,2亚乙基二醇”，简称eg，化学式为(ch₂oh)₂，熔点为13.2℃，沸点为197.5℃，相对分子量为62.07，是最简单并且最重要的脂肪族二元醇。乙二醇在常温下呈无色，无臭且不易挥发的透明粘稠状有甜味液体，对动物有低毒性。乙二醇性质较为活泼，遇明火高温可燃，与氧化剂可以发生反应。若遇高温，容器内压增大，容器会有开裂和爆炸的危险。同时乙二醇也易发生酯化、醚化、缩醛、脱水等反应。乙二醇可以与水混溶从而大大降低水的冰点，也可以混溶于乙醇，醚等。乙二醇的溶解性很强，可以溶解氯化锌、氯化钠、氯化钾、碳酸钾、碘化钾、氢氧化钾等无机物。

乙二醇的主要用途是制备聚酯纤维、聚酯涤纶、聚酯树脂、吸湿剂、润滑剂、增塑剂、非离子表面活性剂、合成纤维、化妆品，并用作染料、油墨等的溶剂、配制发动机的抗冻剂、气体脱水剂，也可用作玻璃纸、纤维、皮革、粘合剂的湿润剂等，还可以生产醇酸树脂、乙二醛等。同时，也可以与水一样用作冷凝剂。并且随着我国对于汽车的需求量增多，那么对于以乙二醇为原料的汽车防冻液也会随之日益增加。

正因为乙二醇有如此多的用途，所以我国一直以来对乙二醇的需求量很大，根据有关文献数据显示，2010我国乙二醇的表观消费量913.91万吨，到了2017年增长至1453.20万吨，直至2020年表观消费量已达到了1900万吨，但是对于如此大的消费量，由于各方面技术问题以及在生产过程中副产品占有较大比例，所以我国的乙二醇仍然有百分之六十依靠从国外进口，如此一来便大大增加了以乙二醇为原料的终端产品的价格。除此之外，由于新环保法的发行以及国家对水污染、土壤污染、大气污染等方面进行专项整治，对煤制乙二醇产业的环保要求也会更加严格，如果能够找到高产率的乙二醇合成路线并且进一步提高生产过程中的环保水平，对于“三废”处理既做到高效、合法又做到低成本，那么将可以大大减少对国外进口乙二醇的依赖，降低以乙二醇的价格，为企业带来更多的利润，也能降低环境压力以及响应国家节约资源保护环境的基本国策。

2. 研究内容和预期目标

（1）首先要研究乙二醇最优的合成路线。通过资料以及文献查找确定了乙二醇的合成路线一共有三大类：煤化工路线生产乙二醇、石油化工路线生产乙二醇、生物质路线生产乙二醇。①煤化工路线主要有直接合成法以及间接合成法。间接合成法根据所选中间产物的不同，又主要分为甲醛羰化法、甲醛缩合法甲醛氢甲酰化法和草酸酯合成法；②石油化工路线主要有环氧乙烷水合法以及碳酸乙烯酯催化法生产乙二醇。此法根据反应条件不同又可以分为直接水合法以及催化水合法。③生物质路线则主要是通过生物甘油、生物糖醇以及植物纤维等生物质材料生产乙二醇。

综合分析下来，如果使用煤化工路线中草酸酯合成法，那么它在技术上比较成熟，预计可以达到适合我国煤炭资源相对丰富的国情、耗水较少、能耗较低、投入成本较低，在经济上可行的效果，所以可以选其为最优合成路线。

（2）确定好工艺路线后，进行物料衡算以及热量衡算，按照质量守恒以及能量守恒的基准进行衡算，采用以时间为基准：年工作日为300天，日工作时间为24小时，每日3班轮流替换，每班8小时连续生产。在衡算后选择合适的设备型号，预计可以在规定时间内完成乙二醇所需合成产量的需求。

3. 研究的方法与步骤

（1）首先通过资料以及文献查找确定了乙二醇的合成路线一共有三大类：煤化工路线生产乙二醇、石油化工路线生产乙二醇、生物质路线生产乙二醇。

①煤化工路线主要有直接合成法以及间接合成法。直接合成法是利用煤经气化制取 co 和 h₂ 合成气，然后在催化剂作用下由合成气经一步反应直接制得乙二醇。间接合成法是由 co 和 h₂ 合成气经过中间产物转化，再合成得到乙二醇，此法根据所选中间产物的不同，又主要分为甲醛羰化法、甲醛缩合法甲醛氢甲酰化法和草酸酯合成法；

②石油化工路线主要有环氧乙烷水合法以及碳酸乙烯酯催化法生产乙二醇。环氧乙烷水合法是由环氧乙烷在一定的反应条件下与水反应生成乙二醇，而根据反应条件不同又可以分为直接水合法以及催化水合法。碳酸乙烯酯催化即以环氧乙烷作为原料，不同的是先由环氧乙烷与二氧化碳反应生成碳酸乙烯酯，再由碳酸乙烯酯水解得到乙二醇；

4. 参考文献

[1] 谭捷. 我国乙二醇的市场分析[j]. 精细与专用化学品,2018,26(9):3-6.

[2] 朱璐璐. 中国乙二醇期货市场价格发现功能研究[j]. 时代金融,2023(1):45-48,75.

[3] 江天诰. 乙二醇的生产工艺技术研究[j]. 山西化工,2021,41(5):52-53,76.

5. 计划与进度安排

2024-12-19～2024-2-19 ①第一个月至第二个月进行文献查阅，熟悉相关的专业知识及技能，完成文献翻译工作；

2024-2-20～2024-3-20 ②第三个月查找资料，查阅关于乙二醇的各种合成路线，选择最优合成路线，确定乙二醇生产工艺流程，初步完成开题报告。将开题报告与指导教师进行学习和探讨，修改开题报告的不妥之处形成最终开题报告；

2024-3-20～2024-4-03 ③开题报告完成以后的第一至二周对乙二醇合成过程进行物料衡算及热量衡算；