《乙二醇工艺学》课件

乙二醇工艺学精细化工课程，深入探讨乙二醇的工艺路线、设备与技术分析本课程将PPT全面解读乙二醇生产的各种工艺方法，从传统的环氧乙烷水合法到新兴的煤制乙二醇技术，结合实际工程案例，帮助学生掌握乙二醇工业化生产的核心技术要点通过本课程的学习，学生将深入了解乙二醇作为重要化工原料在现代化学工业中的地位和作用，掌握各种生产工艺的技术原理、经济性分析以及未来发展趋势课程导言全球市场需求重点应用行业乙二醇应用广泛，年全聚酯纤维、汽车防冻剂、包装2024球需求量已达到万吨，材料等重点行业对乙二醇的需4200成为世界第二大化工原料之求占据主导地位特别是聚酯一随着全球经济的发展和人行业，消耗了全球约的乙80%民生活水平的提高，对乙二醇二醇产量，成为最大的消费领的需求持续增长域工艺创新挑战工艺创新带来的经济与环境挑战日益突出如何在保证产品质量和经济效益的同时，降低能耗、减少排放，实现绿色可持续发展，是当前行业面临的重要课题乙二醇简介基本化学性质物理特性乙二醇分子式为，相对分子质量它是一种重要的乙二醇的沸点为℃，熔点为℃，在常温常压下保持液C2H6O

262.

07197.4-13有机化工原料，具有两个羟基，使其具有优异的化学反应活性和态它属于可燃物质，燃点较高，在工业生产和储存过程中需要物理化学性质采取相应的安全防护措施在常温下为无色、无味的粘稠液体，具有强烈的吸湿性，能够与其粘度较水大，具有良好的溶解性能，能够溶解多种有机和无机水以任意比例混合，这一特性使其在许多工业应用中具有独特优化合物，这使得它在化工生产中具有广泛的应用价值势乙二醇物理化学性质溶解性特征物理参数乙二醇与水、醇类完全互溶，这易吸潮性强，密度为种优异的混溶性使其成为理想的，比水略重其高沸

1.113g/cm³溶剂和添加剂在工业应用中，点和低挥发性使其在高温应用中这一特性使乙二醇能够有效地与保持稳定，同时其粘度特性使其其他化学物质结合，形成性能优在润滑和防冻应用中表现出色异的混合物安全性评估毒性分析显示，口服约为，属于低毒化学品尽管如LD504700mg/kg此，在工业生产和使用过程中仍需严格遵守安全操作规程，确保人员安全和环境保护乙二醇的主要用途防冻液溶剂增塑剂占消耗量占消耗量10%5%汽车防冻液是乙二醇的重要应用，作为溶剂和增塑剂，乙二醇在涂聚酯原料利用其降低冰点的特性，保护汽车料、油墨、树脂等化工产品中发挥新兴应用发动机冷却系统在低温环境下正常重要作用，改善产品的加工性能和占消耗量占消耗量80%5%工作使用性能聚酯（）生产是乙二醇最大的在锂电池电解液、电子化学品等新PET应用领域，用于制造聚酯纤维、聚兴领域的应用不断扩大，为乙二醇酯薄膜和聚酯瓶等产品，广泛应用市场带来新的增长点和发展机遇于纺织、包装等行业乙二醇在产业链中的地位上游原料乙烯、煤、甲醇等基础化工原料为乙二醇生产提供了多样化的原料来源，保障了产业链的稳定性和灵活性乙二醇生产通过与合成，乙二醇作为关键中间体，在化工产业PTA EGPET链中起到承上启下的重要作用，连接基础化工与下游应用下游应用纺织、包装、汽车、电子等多个行业都依赖乙二醇及其衍生产品，形成了庞大的下游产业网络和消费市场乙二醇的全球市场现状中国市场地位年中国已成为全球最大的乙二醇生产国，产能和产量均居2025世界前列国内企业通过技术创新和规模扩张，在全球市场中占据重要地位行业集中度前五强企业市场占有率超过，行业集中度逐年提升大型50%化工企业通过兼并重组和技术升级，不断巩固和扩大市场份额发展趋势随着技术进步和市场需求增长，乙二醇行业呈现规模化、集约化发展趋势，企业间的竞争更加激烈，技术创新成为核心竞争力乙二醇主要工艺路线总览环氧乙烷水合法最成熟和主流的工艺路线，以环氧乙烷为原料，通过水合反应制备乙二醇该工艺技术成熟，产品质量高，在全球范围内得到广泛应用，占据市场主导地位煤制乙二醇工艺包括合成气法和气相催化法，以煤炭为原料，适合煤炭资源丰富的地区该工艺路线在中国等煤炭资源丰富的国家得到快速发展，成为重要的技术路线新兴工艺路线氯乙醇法、甲醛法、碳酸乙烯酯法等新型工艺正在研发和示范阶段这些工艺路线各有特点，为乙二醇生产技术的多样化发展提供了新的选择和可能性工艺流程全景图主流程对比副产物分析能耗条件标注不同工艺路线的主流程各有特点，环氧各工艺路线都会产生不同的副产物，如反应条件与能耗是工艺评价的重要指乙烷法流程相对简单，煤制法流程较为二甘醇、三甘醇等副产物的种类和产标，包括温度、压力、催化剂用量等参复杂每种工艺都有其独特的反应机理量直接影响工艺的经济性和环境友好数不同工艺的能耗差异较大，需要通和工艺条件，需要根据原料来源、市场性，需要通过工艺优化和副产物回收利过技术改进和工艺优化来降低能耗，提需求和技术水平选择合适的工艺路线用来提高整体效益高竞争力主流程的设计直接影响产品质量、生产合理的副产物处理和资源化利用是现代节能减排已成为化工行业发展的重要方成本和环境影响，是工艺选择的关键考化工生产的重要环节向和基本要求虑因素环氧乙烷水合法原理主反应EO+H2O→EG副反应控制防止二甘醇、三甘醇生成反应条件温度℃，常压操作40~60环氧乙烷水合法是目前工业化程度最高的乙二醇生产工艺该反应是典型的亲核加成反应，水分子攻击环氧乙烷的碳原子，使环氧环开环形成乙二醇反应机理相对简单，但需要严格控制反应条件以获得高选择性和高收率反应过程中需要特别注意副反应的控制，特别是连续反应生成二甘醇和三甘醇，这些副反应会降低目标产物的收率并增加分离成本环氧乙烷水合法流程原料准备采用高纯度环氧乙烷和去离子水作为原料，环氧乙烷纯度需达到以

99.5%上原料的预处理包括除杂、脱水和温度调节，确保反应条件的稳定性液相反应器采用连续搅拌反应器或管式反应器，确保反应物充分混合反应器设计需考虑传热传质效率，采用多级反应器系统可提高转化率和选择性精馏分离通过多级精馏塔系统分离纯化乙二醇，去除水分、副产物和杂质精馏系统通常包括脱水塔、乙二醇精制塔和副产物回收塔产品精制最终产品经过质量检测和包装，乙二醇纯度可达以上，满足各种工业

99.9%应用的质量要求产品储存需防潮防污染关键设备反应器EO材质选择结构设计工艺参数采用不锈钢材釜式反应器配备高效操作温度℃，压316L45-55质，具有优异的耐腐搅拌装置，管式反应力，停留

0.2-

0.5MPa蚀性能反应器内壁器采用多管并联设时间分钟严格30-60经过特殊处理，防止计反应器具有良好的参数控制是保证产催化剂中毒和产品污的传热传质性能，确品质量和反应安全的染，确保长期稳定运保反应的均匀性和稳关键因素行定性安全保护配备完善的安全保护系统，包括压力安全阀、温度报警、紧急停车系统等反应器设计符合压力容器安全规范副反应与收率95%5-8%主产物收率副产物比例优化工艺条件下乙二醇收率可达以上

二、三甘醇副产物占总产物的95%5-8%2%其他损失未反应原料和其他损失约占2%通过优化反应条件可有效减少副产物生成降低反应温度有利于减少连续反应，但会降低反应速率；增加水的摩尔比可提高选择性，但增加分离成本采用新型催化剂和反应器设计是提高选择性的有效途径工业生产中通常采用多级反应器串联，前段控制较低转化率以保证选择性，后段提高转化率以保证收率副产物的有效利用也是提高整体经济效益的重要手段环氧乙烷法技术优缺点技术优势存在挑战工艺技术成熟稳定，已有数十年的工业化应用经验反应条件温原料成本受石油行情影响明显，环氧乙烷价格波动较大，影响生和，能耗相对较低，设备投资适中产品质量稳定，纯度高，能产成本的稳定性对原料纯度要求高，需要配套的环氧乙烷生产够满足各种工业应用需求装置或可靠的供应渠道生产规模可大可小，适应性强，可根据市场需求灵活调整产能安全风险较大，环氧乙烷属于剧毒、易燃易爆化学品，对生产、副产物种类少，分离相对简单，便于产品纯化和副产物回收利储存、运输等各环节的安全管理要求极高，需要投入大量安全防用护措施和管理成本煤制乙二醇（合成气法）原理煤气化甲醇合成煤炭在高温高压下与氧气和水蒸气反合成气在催化剂作用下合成甲醇，这是应，产生合成气（混合气体），传统的甲醇生产工艺，技术成熟，为乙CO+H22为后续反应提供原料气二醇合成提供中间体乙二醇生成氧化反应通过催化加氢等反应步骤，最终得到乙甲醇经过催化氧化反应生成甲醛等中间二醇产品整个工艺链较长但原料来源产物，再通过进一步的催化反应转化为稳定，适合煤炭资源丰富的地区乙二醇前体化合物煤制工艺整体流程EG煤气化单元煤炭经过破碎、水煤浆制备后进入气化炉，在℃高温下与氧气反应生成合成气气化过程需要严格控制温度、压力和氧煤比等参数1300-1500合成气净化粗合成气经过除尘、脱硫、脱碳等净化处理，去除杂质和有害成分净化后的合成气需达到催化剂使用要求，确保后续反应的顺利进行甲醇合成净化后的合成气在催化剂作用下合成甲醇反应在℃、条件下进行，甲醇收率可达以上Cu-Zn-Al250-

2802.5-

3.0MPa90%乙二醇合成甲醇通过羰基化、加氢等反应步骤转化为乙二醇该步骤是整个工艺的核心，需要使用高活性、高选择性的催化剂系统产品精制粗乙二醇经过精馏、脱水、除杂等处理得到合格产品精制过程需要去除甲醇、水分和各种副产物，确保产品质量符合工业标准关键设备煤气化炉气化炉类型操作参数主要采用水煤浆加压气化技术，操作温度℃，压力1300-1500包括炉、炉、航天，氧煤比Shell Texaco

3.0-

4.0MPa

0.85-

0.95炉等多种炉型每种炉型都有其严格的参数控制是保证气化效率独特的设计特点和适用范围，需和合成气质量的关键，需要配备要根据煤质特性和工艺要求选择先进的自动控制系统合适的炉型材料与结构炉体采用耐火材料内衬，外壳为高温合金钢气化炉设计需考虑高温、高压、腐蚀性环境，使用寿命一般为年，需要定期检修和维护15-20催化剂技术进展钨基催化剂钼基催化剂锡基催化剂钨基催化剂在羰基钼基催化剂在加氢锡基复合催化剂在化反应中表现优反应中应用广泛，特定反应条件下表异，具有高活性和具有良好的抗中毒现出独特的催化性良好的选择性通性能催化剂的制能，是近年来催化过载体改性和助剂备工艺和活化条件剂研发的重要方向添加可进一步提高对其性能有重要影之一催化性能和稳定响性性能提升新型催化剂的使用寿命延长至年，2-3乙二醇收率提升5-，为工业化应10%用提供了技术保障煤制法的技术经济性经济优势技术挑战原料成本低，煤炭资源丰富且价格相对稳定，特别适合煤炭主产投资规模大，单套装置投资通常在亿元，建设周期长达50-1003-区发展与石油化工路线相比，在煤炭价格优势明显的地区具有年工艺流程复杂，涉及多个反应步骤和分离单元，操作难度4良好的经济竞争力较大可以有效利用当地煤炭资源，减少对进口石油的依赖，提高能源副产物种类多，包括甲醇、二甲醚等，需要建设相应的下游产业安全保障水平同时带动当地经济发展，创造就业机会链二氧化碳排放量较大，面临越来越严格的环保压力和碳减排要求典型煤制项目案例EG项目规模华谊集团年产万吨煤制乙二醇项目，总投资约亿元2060装置结构包含煤气化、合成气净化、甲醇合成、乙二醇合成等主要单元技术指标煤耗约吨吨，电耗吨，水耗吨吨

2.8/EG1200kWh/EG15/EG该项目采用了国际先进的煤气化技术和自主开发的乙二醇合成工艺，实现了煤炭资源的高效清洁利用项目建成后不仅满足了当地乙二醇需求，还为周边地区提供了稳定的产品供应通过技术创新和工艺优化，项目在能耗、物耗等关键指标方面达到了国内领先水平，为煤制乙二醇技术的产业化推广提供了成功范例气相催化水合法原理乙烯氧化乙烯在银催化剂作用下与氧气反应生成环氧乙烷，反应温度℃，该步骤是整个工艺的关键200-300气相水合环氧乙烷气体与水蒸气在催化剂存在下发生水合反应，直接生成乙二醇蒸气，避免了液相反应的传质限制大规模生产该工艺特别适用于大规模连续生产，单套装置产能可达30-50万吨年，具有良好的经济规模效应/气相催化水合法流程流化床反应采用流化床反应器确保气固接触充分温压控制反应温度℃，压力180-

2201.5-

2.0MPa选择性优化主副反应选择性达到以上92%气相催化水合法采用先进的流化床反应技术，实现了气体原料的高效转化反应器设计需要考虑气固两相的流动特性和传热传质效果，通过优化催化剂颗粒大小、反应器结构和操作条件，可以获得良好的反应效果该工艺的优势在于反应速率快、设备紧凑、易于放大，但对催化剂的稳定性和再生技术要求较高新型工艺碳酸乙烯酯法反应原理工艺特点低碳环保工艺CO2+EO→EC绿色理念二氧化碳与环氧乙烷在催化剂作该工艺不仅消耗二氧化碳，还避研发状态用下反应生成碳酸乙烯酯，然后免了传统工艺的高能耗问题，是资源化利用CO2水解制备乙二醇未来发展的重要方向示范阶段将工业废气二氧化碳转化为有价值的化学品，实现碳资源的循环目前处于技术开发和工业示范阶利用，符合绿色化学和可持续发段，需要进一步优化催化剂性能展理念和工艺条件2碳酸乙烯酯催化剂开发醇胺类催化剂醇胺类化合物作为均相催化剂，在温和条件下具有较高的催化活性这类催化剂的优点是反应条件温和，选择性好，但存在催化剂回收困难的问题固体碱催化剂固体碱类催化剂易于分离回收，环境友好，是工业化应用的理想选择通过载体改性和结构设计可以进一步提高催化剂的活性和稳定性高选择性设计新型催化剂在保证高活性的同时，将乙二醇选择性提高到以上，副反应得95%到有效控制催化剂的设计注重活性位点的精确调控环境友好性催化剂设计遵循绿色化学原则，使用无毒、可再生的原料，催化剂废料可以安全处理或循环利用，符合环境保护要求甲醛法、氯乙醇法简述1甲醛法工艺早期工艺路线，甲醛与一氧化碳在高温高压下反应生成乙醇酸，再还原为乙二醇反应条件苛刻，需要℃、200-25010-高压15MPa2氯乙醇法工艺以氯乙醇为原料，通过碱性水解制备乙二醇该工艺产生大量含氯废物，环境负担重，现已基本淘汰3技术特点这些早期工艺虽然技术相对简单，但单耗高、能耗大、环境污染严重，在现代环保要求下已失去竞争优势各工艺技术经济性对比表工艺路线投资强原料成能耗水环保压技术成熟度本平力度环氧乙烷中等较高低中等成熟法煤制法很高低高较高成熟气相催化高中等中等低较成熟法碳酸乙烯高中等低很低示范阶段酯法不同工艺路线各有优劣，选择合适的工艺需要综合考虑资源禀赋、市场需求、环保要求和技术水平等多种因素环氧乙烷法技术最为成熟但原料成本较高，煤制法适合煤炭资源丰富地区但投资巨大，新兴工艺虽然环保优势明显但仍需技术完善乙二醇主要副产物及资源化二甘醇回收二甘醇产率通常为，可用作溶剂、增塑剂和化妆品原料通过精馏3-5%分离可获得高纯度二甘醇产品，市场价值较高，有效提高了整体经济效益三甘醇利用三甘醇产率约为，主要用作天然气脱水剂和溶剂其优异的吸2-3%湿性能使其在气体处理领域具有重要应用价值，是重要的副产品收入来源废水处理回用生产废水经过处理后可以回用于工艺用水，实现水资源的循环利用废水中的有机物可以通过生物处理或化学氧化去除，达到回用标准工艺流程优化与自动化先进控制系统智能化操作实时监控采用分布式控制系引入人工智能和机器建立完善的在线监测DCS统，实现全流程自动学习技术，实现设备体系，对关键工艺参化控制系统集成了的预测性维护和工艺数进行实时监控和数先进的控制算法，能的智能优化减少人据分析通过大数据够实时优化操作参工干预，提高操作的技术挖掘生产规律，数，提高产品质量和一致性和安全性指导工艺优化生产效率无人化车间部分先进企业已实现无人化车间运行，通过机器人和自动化设备完成日常操作和维护工作，大大提高了生产安全性和效率能耗与碳排放分析生产流程关键控制点反应器温度控制反应器温度是影响反应速率和选择性的关键参数需要建立精确的温度控制系统，误差控制在±1℃以内采用多点测温和分段控制，确保反应器内温度分布均匀压力监控系统系统压力影响反应平衡和安全运行设置多级压力报警和自动调节系统，当压力异常时能够及时采取措施压力控制精度要求在±

0.02MPa以内进料比例控制原料进料比例直接影响产品收率和质量采用质量流量计精确控制进料量，建立原料配比的自动调节系统，确保比例稳定在设计范围内精馏塔操作优化精馏塔的塔顶和塔底产品分离效果决定最终产品纯度通过在线色谱分析和自动回流调节，实现产品质量的实时控制和优化乙二醇产品精制过程预处理脱水粗产品首先进入预处理系统，去除游离水和轻组分采用分子筛脱水技术，将水含量降至以下，为后续精馏创造条件200ppm一级精馏塔分离乙二醇和重组分杂质，塔顶得到粗乙二醇产品操作压力，10kPa塔顶温度℃，确保产品质量满足进一步精制要求80-85二级精馏塔进一步纯化乙二醇，去除微量杂质采用高效填料，理论塔板数达到50块以上，确保分离效果产品纯度可达以上

99.5%三级精制塔最终精制阶段，产品纯度达到采用特殊的塔内件设计和精确的

99.9%操作控制，满足高端应用领域的质量要求工艺安全设计存储安全EO环氧乙烷储罐采用低温储存，配备氮气保护系统和泄漏检测装置储罐区域设置防火防爆设施，建立严格的出入管理制度，确保储存安全运输安全规范制定专门的运输标准，采用专用运输车辆和训练有素的驾驶员运输路线EO避开人口密集区，配备跟踪和应急通讯设备GPS毒性防护措施建立完善的个人防护设备管理体系，配备气体检测仪和应急救援设备定期进行毒性防护培训，建立应急预案和演练制度防爆安全系统生产区域按防爆等级设计，电气设备采用防爆型设置可燃气体检测报警系统，配备自动喷淋和泡沫灭火系统，确保消防安全环保与排放治理废水处理废气治理生产废水经过物化处理和生物处理，有机废气采用催化燃烧和吸附回收相结去除率达以上采用膜分离技COD95%合的处理工艺去除率达以VOCs98%术回收有用组分，实现废水的资源化利上，尾气排放满足最严格的环保标准用清洁生产固废资源化推行清洁生产理念，从源头减少污染物生产过程中产生的固体废物分类收集和产生通过工艺改进和设备升级，实现处理可回收物质返回生产系统，不可污染物排放的持续削减回收物质交由有资质单位安全处置工艺装置流程图示例主要工艺单元物料流向标注大型乙二醇工厂包含原料预处理、反应系统、分离纯化、产品精关键物料流包括原料进料、产品出料、循环物料、公用工程等制等主要单元各单元之间通过管道和控制系统有机连接，形成每条物料流都标注了流量、温度、压力、组成等关键参数，便于完整的生产流程操作人员监控流程设计遵循安全、经济、环保的原则，采用成熟可靠的技术和物料平衡计算确保各股物料流的数量和质量匹配，为工艺优化和设备，确保装置长期稳定运行设计产能通常在万吨年故障诊断提供依据建立物料流数据库，实现生产过程的数字化20-50/规模管理自动化仪表与控制系统温度监控压力检测流量控制采用热电偶和热电阻等温使用差压变送器和压力变质量流量计和体积流量计度传感器，实现全流程温送器监测系统压力配备精确测量物料流量流量度的实时监测关键反应压力安全联锁系统，当压控制系统采用调节算PID器配备多点测温，温度控力异常时自动采取保护措法，确保进料比例稳定，制精度达到℃施，确保设备安全提高产品质量±

0.5系统配置DCS分布式控制系统实现全厂集中监控和分散控制系统具有冗余设计，可靠性高，支持远程监控和移动端操作智能制造探索数字孪生系统建立工厂的数字化镜像，实现虚实同步运行人工智能应用机器学习优化工艺参数和预测设备故障大数据分析海量生产数据挖掘发现运行规律和改进机会智能制造技术的应用正在革命性地改变乙二醇生产模式数字孪生系统通过建立物理工厂的精确数字化模型，实现了工艺过程的可视化仿真和优化人工智能算法能够自动识别最优操作条件，提高生产效率和产品质量大数据分析技术挖掘历史数据中的隐含规律，为工艺改进和设备维护提供科学依据，推动传统化工向智能化、数字化转型升级。