年产万吨甲醇低压羰基化合成醋酸工艺设计.doc

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1、范文最新推荐- 年产15万吨甲醇低压羰基化合成醋酸工艺设计 设计说明 醋酸是重要的基础化工原料之一，主要用于生产醋酸乙烯单体、酸酐、聚乙烯醇、醋酸纤维素等，广泛应用于化工、医药、合成纤维、化工、纺织皮革、农药、炸药、橡胶、金属加工、食品以及精细有机合成等行业.它对国民经济的许多部门具有重要作用，是近几年世界上发展较快的有机化工产品之一。随着低压法甲醇羰基化制醋酸和酸酐工业化的发展，一种可以完全不依赖于石油，以醋酸和酸酐及其衍生物为原料的新一代煤化工路线日益受到人们的重视。本是对甲醇低压羰基化合成醋酸进行工艺设计，根据考察及参考资料，对甲醇低压羰基化合成醋酸的工艺流程进行了全面设计。设计的范围

2、包括：工艺流程设计、工艺计算、主要设备选型、车间布置设计，以及工艺流程图和各个设备图的绘制9142关键词： 甲醇；羰基化合；醋酸Annual output of 150000 tons of low pressure methanol carbonyl synthesis of acetic acid process designAbstract: Acetic acid is one of the important basic chemical raw materials, mainly for the production of vinyl acetate monomer,anhydri

3、de, polyvinly alcohol, acetic acid cellulose etc., are widely used in chemical industry, medicine, synthetic fiber, chemical, textile, leather, pesticide,explosive, rubber, metal processing, food and fine organic synthesis industry. It plays an important role in many departments of national economy.

4、 And it is one of the rapid development of organic chemical products in the world in recent years. With the development of low pressure methanol carbonyl method acetic acid and anhydride industrial, a new generation of coal chemical industry which will completely not rely on oil, acetic acid and anh

5、ydride and its derivatives as the raw material is increasingly attracting the attention of people. This paper is carried out on the low pressure methanol carbonyl synthesis of acetic acid process design. According to the investigation, and resources, low carbonyl synthesis of acetic acid to methanol

6、 process has carried on the comprehensive design. The scope of the design include: process design, process, main equipment selection, shop layout design, and process flow diagram and the drawing of the graph of each device 3.2.1 所处理的物料带到设备中去的热量 133.2.2过程的热效应：143.2.3反应产物由设备中带出的热量 163.2.4设备向四周散失的热量 17

7、3.2.5消耗在加热设备各个部件上的热量 174 醋酸精馏塔计算174.1 精馏塔的选择184.2 精馏塔的设计184.2.1 基础数据整理184.2.2 初估塔径194.2.3 理论板数的计算214.2.4 塔内件设计244.2.5 塔板流体力学验算274.2.6 塔板负荷性能图294.2.7 醋酸精制塔工艺计算结果汇总325 部分设备选型与计算345.1 醋酸反应器345.1.1 入塔管径d1345.1.2 出塔管径d2345.2 搅拌装置的计算345.3 醋酸精馏塔355.3.1 各类尺寸的计算355.3.2 精馏塔塔顶冷凝器选型375.3.3 精馏塔塔底再沸器选型395.3.4 泵39

8、5.4 设备一览表406 工艺流程图(见附录二)417 车间布置设计图427.1生产车间平面布置图(见附录三)427.2生产车间立面布置图(见附录四)42致谢43参考文献44附录451 总论1.1 概论醋酸是一种有机化合物，又叫乙酸（ethanoic acid），别名为醋酸(acetic acid)、冰醋酸(glacial acetic acid)。分子式是 C2H4O2（常简写为HAc）或CH3COOH,是典型的脂肪酸。被公认为食醋内酸味及刺激性气味的来源。纯的无水乙酸（冰醋酸）是无色的吸湿性液体，凝固点为16.7°C (62°F)，凝固后为无色晶体。尽管根据乙酸在水溶液中的

9、离解能力可知它是一个弱酸，但是乙酸具有腐蚀性，其蒸汽对眼睛和鼻有一定的刺激性作用。乙酸是一种简单的羧酸，是一个重要的化学试剂。乙酸还可以用来制造电影胶片所需要的醋酸纤维素和木材用胶粘剂中的聚乙酸乙烯酯，以及很多合成纤维和织物。在家庭中，人们常把乙酸稀溶液用作除垢剂。而食品工业方面，在食品添加剂列表E260中，乙酸是规定的一种酸度调节剂。 中国的工业生产合成醋酸之路同样是从发酵法、乙醇—乙醛氧化法及电石乙炔—乙醛氧化路线开始。到60年代末全国已形成60kt/a的生产能力，70年代开始发展乙烯路线，引进了每套年产约7万吨的大型装置。同时天然气制甲醇，轻油氧化制醋酸，低压羰基

10、化制醋酸的工艺路线正在积极研究。可以肯定未来我国的醋酸生产势必会出现一个飞跃。1.3 醋酸的物理性质醋酸的分子式：C2H4O2 ,分子量：60.05。性质：无色透明液体。熔点：16.635，沸点：117.9，相对密度：1.0492(20/4)，折射率：1.3716，闪点（开杯）：57，自燃点：465，粘度：11.83mPa•s（20）。纯的乙酸在16以下时，能结成冰状固体，故称冰醋酸。醋酸与水、乙醇、苯和乙醚混溶，不溶于二硫化碳。当水加到乙酸中，混合后的总体积会变小，密度会增加。分子比为1：1，进一步稀释，不再发生上述体积的变化。醋酸有刺激性气味。其具体物理性质见下表1-1表 1.1

11、 醋酸的物理性质熔点16.6相对密度1.0492沸点117.9爆炸极限上限4.0V%下限17.0V%折射率（20）1.3718溶解度 能溶于水、乙醇、乙醚、四氯化碳等闪点39蒸汽压（20）1.50kpa比热容(20)2.01 kJ/(kg•)黏度（20）1.22cp蒸发潜热kJ/kg60880表面张力（20）29.58 dyn/cm Mg(s) + 2 CH3COOH(aq) → (CH3COO)2Mg(aq) + H2(g)NaHCO3(s) + CH3COOH(aq) → CH3COONa(aq) + CO2(g) + H2O乙酸还能发生普通羧酸的典型性化学反

12、应。特别需要注意的是，它可以还原生成乙醇、通过亲核取代机理生成乙酰氯，还可以发生双分子脱水生成酸酐。同样，乙酸也可以生成酯或氨基化合物。当处于440的高温时，乙酸能分解生成甲烷和二氧化碳或乙烯酮和水。1.4.5 鉴别乙酸可以通过其气味进行鉴别。另外可以通过颜色辨别，若加入氯化铁，生成产物为深红色并且会在酸化后消失，通过这一颜色反应也能鉴别乙酸。另外，乙酸与三氧化砷反应生成氧化二甲砷，通过其产物的恶臭也可以鉴别乙酸2 醋酸生产在国内(外)研究现状及分析2.1 国外醋酸生产现状及市场分析2005年，世界醋酸总生产能力为1018.8万吨/a,产量为787.4万吨/a。美国是世界上最大的醋酸生产国，其

13、中Celanese位于得克萨斯Clear lake 的120万吨/a醋酸装置，是世界上最大的生产装置。英国BP公司是西欧最大的生产商，其在英国Hull地区的生产装置生产能力已经达到74.5万吨/a。韩国三星/BP醋酸装置能力为35万吨/a。亚洲是近几年新建醋酸装置最多的地区，美国Celanese公司在新加坡建设了50万吨/a装置，BP公司2000年在马来西亚建了一套40万吨/a装置。亚洲已成为世界上产量最大的醋酸生产地区，2005年产量达到405万吨，2000-2005年醋酸产量平均增长率为8.8%。由于PTA和醋酸下游产品的发展，预计2010年世界醋酸生产能力将达到1268.9万吨/a。当前

14、全球主要的醋酸生产工艺为甲醇羰基化工艺，约占据全球醋酸产能的74%左右。BP和塞拉尼斯是全球两大甲醇羰基化制醋酸技术的专利商，在全球的布点基本上由这两家公司控制。乙醛氧化法主要存在于发展中国家，约占全球醋酸产能的9%左右；丁烷氧化法约占7%，该工艺是赛拉尼斯开发的技术，主要存在于美国等丁烷资源比较丰富的少数地区。早在20世纪70年代初期在美国建有大型以正丁烷为原料的醋酸生产装置。1978年总产能达60万吨/a，该工艺的醋酸产能约占美国总产能的40%，随着石油涨价，丁烷氧化法与甲醇羰基化法相比，已不具有竞争性，因此美国很多使用该技术的装置已被关停，2002年采用丁烷氧化法的醋酸生产厂只有塞拉尼斯

15、总产能只有27万吨/a，仅占美国总产能的10%左右。 1996年，上海吴泾化工产从英国BP公司引进10万吨/a低压甲醇羰基合成醋酸装置投产；1997年采用国内自行研发的甲醇低压羰基合成醋酸技术建设的10万吨/a醋酸装置在江苏镇江建成投产；1998年底，BP公司与中国石化集团四川维尼纶厂、重庆市建设投资公司（合资公司为扬子江乙酰化工有限公司）合资建设的15万吨/a甲醇低压羰基化合成醋酸装置建成投产。2000年全国醋酸总生产能力达120万吨/a，其中，羰基合成法生产能力35万吨/a，占总生产能力的29.2%，生产厂家3家；乙烯氧化法为38.8万吨/a，占总能力的32.3%，生产厂共6家；乙醇氧化

16、法38.7万吨/a，占总能力的32.3%，生产厂50余家；乙炔氧化法7.5万吨/a，占总能力的6.2%。2001年，上海吴泾化工有限公司（原上海吴泾化工厂）采用塞拉尼斯公司AO（酸优化法）技术将其10万吨/a的醋酸装置扩建至15万吨/a，2003年底将其产能扩至（20-25）万吨/a,其最新目标是2007-2008年再扩能至100万吨/a，扬子江乙酰化工有限公司于2004年将15万吨/a装置采用Cativa技术扩增至35万吨/a。2004年11月17日，山东兖州矿务局投资建设的以煤为原料、采用国内开发的甲醇低压羰基合成醋酸技术建设的20万吨/a醋酸装置试车成功。目前该技术正在山西、陕西、贵州等

17、地进行扩张性转让。江苏索普集团有限公司也计划分期扩能，该集团已完成新增一套产能30万吨/a醋酸装置的改造工作，使其醋酸装置总产能达45万吨/a。扬子江乙酰化工有限公司的35万吨/a醋酸扩能项目已于2005年3月初建成并一次投产试车成功，因原料天然气未落实，直到2005年底才开始正式投产，生产负荷一直处于75%左右。2004年底-2005年初，国家扩大乙醇汽油试点工作，全国各地纷纷建设乙醇厂，在建设乙醇装置的同时不同程度地规划了醋酸装置，吉林松原吉安生化有限公司的年产21万吨醋酸项目于2005年底建成投产，该装置是目前为止我国最大的酒精法醋酸生产装置；江苏索普集团有限公司对现有装置进行再次改造，

18、目前该装置的生产能力已达60万吨/a，是目前最大的醋酸生产厂家，南京与BP合资建设的60万吨/a醋酸装置已进入实施阶段，使羰基合成法在我国醋酸生产工艺所占的比例提升了好几个百分点。 2004年以前中国只有沿海和北方地区的酒精法醋酸厂家以调制食用醋为目的的少量醋酸出口，多则几千吨，少则几百吨。2004年后，江苏索普集团有限公司成为我国主要的出口生产厂家，其次是河南天冠集团，其中江苏索普集团有限公司的出口量约占国内总量的58%左右。今后几年醋酸出口的绝对数量将会进一步增长，但幅度会大大减缓。最近几年我国醋酸需求年均增长率为12%-15%，醋酸消费量已经从2003年145万吨增长到2004年166.

19、06万吨和2005年187.7万吨。2006年国内醋酸总需求量达到209.9万吨，由于国内生产不能满足需求，每年需大量进口。1996-2000年进口量均在10万吨左右；2002年进口量为34.86万吨，约占国内总消费量的29.3%；2003年我国进口量达到50.46万吨，占当年国内消费总量的34.8%；2004年醋酸进口量达到52.5万吨；2005年和2006年进口醋酸分别高达54.2万吨和70.7万吨。我国不仅大量进口醋酸，而且醋酸下游衍生物的进口量也逐年增长。进口醋酸主要来自塞拉尼斯和BP两大公司，其向中国出口量占中国总进口量的70%以上。从中国进口的地域来看，华南地区是中国醋酸进口的主要

20、地区，原因是该地区地处沿海，目前没有大型的醋酸生产装置，因此当市场处于卖方市场的时候，主要依靠进口醋酸来满足市场需求。2.3 生产方案比较现已工业化的醋酸生产技术主要有：乙醛氧化法、乙烯直接氧化法和轻油(丁烷或石脑油)氧化法、甲醇羰基化法。其中，甲醇羰基化法是应用最广的技术，占全球总产能的60%以上，而且这种趋势还在不断增长。2.3.1 乙醛氧化法乙醛氧化法分两步反应完成，首先乙烯在催化剂的作用下，在温度为100150、压力为0.3 MPa的条件下反应生成乙醛；乙醛在醋酸锰催化剂的作用下，与纯氧、富氧或空气在液相条件下氧化成醋酸。由于该工艺简单，收率较高，原料来源广，因此成为60年代最主要的醋

21、酸生产方法3。 甲醇羰基化反应是由德国BASF公司最早发现，催化剂为碘化钴(CoI2)，BASF合成工艺反应温度约250 ，压力高，为6.89 MPa，以甲醇和CO计，醋酸选择性分别为90 %和70 %，通过五塔蒸馏可得纯度为99. 8 %的醋酸产品72.3.4.2 孟山都(Monsanto)/BP工艺70年代中期，孟山都(Monsanto )开发出高活性的铑系催化剂用于甲醇羰基化，由于它选择性高、副反应少、操作条件不苛刻，故把该工艺视为从C1原料制C2化学品进程中的一个里程碑。孟山都(Monsanto ) /BP工艺用添加有碘化物的铑基金属均相催化剂，反应在较低温度180 和压力3.5 MP

22、a下进行，有很高的选择性(以甲醇计大于99%，以CO计大于70% ) 8。1986年，孟山都(Monsanto )将甲醇制醋酸技术出售给BP公司，经BP进一步开发改进形成了目前生产能力占主导地位的孟山都(Monsanto )/BP工艺。2.3.4.3 Celanese低水含量工艺Celanese低水含量工艺进行了催化剂方面的改进。该工艺在铑系催化剂中添加高浓度的无机碘化物(主要是碘化锂)以增强催化剂体系的稳定性，允许反应器中的水含量大大降低同时又可稳定保持具有较高的反应速度，从而使新工艺的分离成本得以大大降低9。比传统的孟山都(Monsanto ) /BP工艺产能增加，单位产品的公用工程消耗和

23、投资成本降低；缺点是高浓度的碘盐导致设备腐蚀增加，产品中残留碘盐量升高。产品中碘盐含量过高可能会影响醋酸下游产品。2.3.4.4 BP化学的CATIVA工艺BP化学公司于1996年成功开发出基于甲醇羰基化的CATIVA醋酸新工艺。CATIVA工艺以金属铱作主催化剂，并加入一部分铼、钌和锇等作助催化剂。新型铱催化剂在适当压力和温度下，反应速度和目的产品选择性均较高10。与传统孟山都(Monsanto)/BP工艺相比，CATIVA的优势在于：铱催化体系的活性高于铑催化体系；副产物少；可在低含水量 (≤8% )的情况下操作。这些技术若用于现有装置改造，可在较低投资情况下增加装置产能，而且由于含

24、水量低也带来了蒸汽消耗下降和CO转化率的改善。 2.5 生产工艺流程图简述图2.1 甲醇低压羰基化合成醋酸工艺流程图反应在搅拌式反应器或鼓泡塔中进行。事先加入催化液。甲醇加热到185 从反应器底部喷入，CO用压缩机加压至2.74 MPa后从反应器底部喷入。反应后的物料从塔侧进入闪蒸罐，含有催化剂的溶液从闪蒸罐底流回反应器。含有醋酸、水、碘甲烷和碘化氢的蒸汽从闪蒸罐顶部出来进入精制工序。反应器顶部排放出来的CO2，H2，CO和碘甲烷作为松弛气进入冷却器，凝液重新返回反应器，不凝性气体送吸收工序。反应温度130180 ，以175 为最佳。温度过高，副产物甲烷和二氧化碳增多12。精制工序：由闪蒸罐来

25、的气流进入轻组分塔，塔顶蒸出物经冷凝，凝液碘甲烷返回反应器，不凝性尾气送往吸收工序；碘化氢、水和醋酸等高沸物和少量铑催化剂从轻组分塔塔底排除再返回闪蒸罐；含水醋酸由轻组分塔侧线出料进入脱水塔上部。脱水塔塔顶馏出的水尚含有碘甲烷、轻质烃和少量醋酸，仍送往吸收工序；脱水塔底主要是含有重组分的醋酸，送往重组分塔。重组分塔塔顶馏出轻质烃；含有丙酸和重质烃的物料从塔底送入废酸汽提塔；塔侧线馏出成品醋酸。重组分塔塔底物料进入废酸汽提塔，从重组分中蒸出的醋酸返回重组分塔底部，汽提塔底排出的废料，内含丙酸和重质烃，需做进一步处理13。在吸收工序中，用甲醇吸收所有工艺排放气中的碘甲烷，吸收富液泵送回反应器，经过吸收后的气体排放至火炬焚烧放空。3 工艺方案3.1全车间物料衡算3.1.1设计基础（1）.计算基准:年生产15万吨,年工作日为301天,60天进行机器检修,5天机动.周期为12小时,采用一天两班倒制度. 21 / 21