《乙二醇精馏流程论证》课件

乙二醇精馏流程论证乙二醇作为重要的化工基础原料，在聚酯纤维、防冻剂等领域具有广泛应用其生产过程中的精馏工艺是保证产品质量和经济效益的关键环节本课件将从理论基础、工艺流程、技术比较、优化改进等多个维度，系统论证乙二醇精馏流程的设计原理与实施策略目录1乙二醇简介化学性质、物理特性、工业重要性分析2生产方法概述环氧乙烷水合法、煤制乙二醇等工艺路线3精馏基本原理传质机理、分离特点、设备设计要点4工艺流程与技术比较系统配置、参数优化、经济性评价乙二醇概述基本性质产量规模化学式，分子量，全球年产量超过万吨，市场C₂H₆O₂

62.072000无色无味透明液体，沸点需求持续增长中国是最大的生，具有良好的水溶性和吸产和消费国，产能占全球以

197.3°C40%湿性在工业应用中表现出优异上，年产量约万吨，在化工800的防冻性能和化学稳定性行业中占据重要地位主要用途聚酯纤维生产占消费总量的，汽车防冻液约占，其余用于树脂、75%15%增塑剂、润滑剂等下游产品多样化发展趋势明显，高端应用领域不断扩展乙二醇在工业中的重要性聚酯行业主要原料汽车防冻液核心成化工基础原料分占聚酯生产成本的广泛应用于生产聚氨60-，直接影响聚酯纤具有优异的低温流动性酯、醇酸树脂、表面活70%维、瓶片等产品的和防腐蚀性能，是汽车性剂等精细化学品其PET质量和成本高纯度乙冷却系统不可替代的关纯度和质量直接影响下二醇对提升聚酯产品性键组分在新能源汽车游产品的性能指标和市能至关重要快速发展的背景下，需场竞争力求量稳步增长乙二醇市场分析5%全球需求增长率年均增长5%，预计2030年需求量将达到3500万吨40%中国市场占比占全球产能的40%以上，是最大的生产和消费国75%聚酯应用占比聚酯纤维生产占乙二醇消费总量的75%15%高端市场增长电子级、医药级等高纯度产品市场年增长15%乙二醇生产方法概述环氧乙烷水合法煤制乙二醇技术目前主流的生产工艺，技术成熟，产品质量稳定以石油化工原中国特色的生产路线，以煤炭为原料通过合成气制备乙二醇该料为基础，通过乙烯氧化制环氧乙烷，再与水反应生成乙二醇工艺缓解了对石油资源的依赖，符合中国富煤少油的资源禀全球约的乙二醇采用此工艺生产赋，近年来发展迅速70%原料来源稳定原料成本优势••工艺技术成熟资源保障性强••产品质量优良技术不断成熟••环氧乙烷水合法反应原理环氧乙烷与水在催化剂作用下发生加成反应，生成乙二醇反应为可逆反应，需要控制适当的反应条件以提高转化率和选择性操作条件反应温度，压力，水与环氧乙烷摩尔比50-70°C

1.0-

1.5MPa15-适宜的操作条件可以抑制副反应，提高目标产物收率20:1催化体系采用酸性催化剂，如硫酸、磷酸等催化剂浓度需要精确控制，过高会促进副反应，过低则转化率不足优化催化体系是提高工艺经济性的关键煤制乙二醇技术煤气化制合成气煤炭在气化炉中与氧气和水蒸气反应，产生以和为主的合成气气CO H₂化条件直接影响合成气的组成和后续工艺的经济性温度控制在1200-，压力1400°C2-4MPa合成气制草酸酯合成气在钯催化剂作用下与亚硝酸甲酯反应，生成草酸二甲酯该步骤为关键工艺，催化剂活性和选择性直接影响整个工艺的经济效益反应温度80-120°C草酸酯加氢制乙二醇草酸二甲酯在铜基催化剂作用下加氢还原，生成乙二醇和甲醇反应温度，压力该工艺副产物较多，对后续200-250°C2-3MPa精馏分离提出更高要求乙二醇生产中的杂质问题石油路线杂质煤制路线杂质主要为二乙二醇（）、三乙二醇包含丙二醇、丁二醇、甲醇、醇DEG1,2-1,2-（）等同系物，沸点分别为酯类等多种杂质其中丁二醇与乙TEG

244.8°C1,2-和这些杂质与乙二醇的分离相二醇沸点接近（），

287.4°C

190.5°C vs

197.3°C对容易，但需要多塔精馏系统分离难度大分离策略杂质影响需要设计专门的精馏流程，采用多塔分杂质含量直接影响下游产品质量聚酯离、萃取精馏等技术不同杂质的物性级乙二醇要求纯度以上，醛类杂

99.8%差异决定了分离方法的选择和工艺参数质需控制在以下，金属离子需达10ppm的设定到级ppb精馏基本原理气液传质过程基于组分在气液两相间的分配差异实现分离挥发性强的组分更多地进入气相，挥发性弱的组分更多地保留在液相传质推动力为浓度梯度相对挥发度影响相对挥发度是衡量分离难易程度的关键参数值越大，分离越容易乙二醇αα与水的约为，与二乙二醇的约为，分离难度差异显著α

0.1α8精馏塔结构功能精馏塔分为精馏段和提馏段，通过多级接触实现组分分离塔板或填料提供气液接触界面，塔顶冷凝器和塔釜再沸器提供操作推动力回流比优化回流比是操作成本与设备投资的平衡点增大回流比可以减少理论板数，但增加能耗最适宜回流比通常为最小回流比的倍

1.2-

1.5乙二醇精馏的特点高沸点操作要求氢键作用影响分离乙二醇沸点，需要在乙二醇分子间及与水分子间存

197.3°C高温下操作为避免热分解和在强氢键作用，导致理想溶液降低能耗，通常采用减压精定律偏差较大需要选择合适馏，真空度控制在，的热力学模型进行工艺计算，2-5kPa可将操作温度降低模型较为适用30-50°C NRTL同系物分离特性乙二醇与二乙二醇沸点差约，分离相对容易但与某些煤制路线47°C的杂质如丁二醇沸点接近，需要采用特殊的分离技术1,2-乙二醇精馏的难点产品纯度要求电子级产品纯度需达以上

99.9%高温腐蚀问题设备材质要求高，维护成本大真空系统稳定性真空波动直接影响产品质量能耗控制高沸点物质分离能耗高多相分离复杂性杂质种类多，分离工艺复杂乙二醇精馏工艺流程概述预处理单元主精馏单元脱除轻组分如甲醇、水等，为主精馏创核心分离工序，分离高纯度乙二醇产造良好条件采用常压或轻微减压操品操作温度，真空度180-210°C2-作，温度控制在，确保轻组分，回流比，理论板数80-120°C5kPa

1.2-

1.840-60充分脱除块辅助系统重组分处理包括真空系统、冷却水系统、蒸汽加热回收二乙二醇、三乙二醇等有价值副产系统等系统稳定性直接影响精馏效品采用深度减压操作，真空度1-果，需要配置备用设备和自动控制系，实现各组分的有效分离和回收利2kPa统用传统石油路线乙二醇精馏流程脱水塔将水含量降至以下，塔顶温度，常压操作

0.05%100-110°C精馏塔MEG分离高纯度乙二醇，真空操作，塔顶温度120-140°C精馏塔DEG分离二乙二醇产品，深度真空，塔顶温度160-180°C精馏塔TEG回收三乙二醇，超高真空，塔顶温度200-220°C煤制乙二醇精馏系统甲醇回收系统双塔设计充分回收甲醇，回收率达以上99%脱轻组分塔脱除醇类等轻组分杂质C3-C4综合处理塔初步分离乙二醇，浓缩至以上80%产品精制塔获得高纯度乙二醇产品重组分处理塔处理二乙二醇等重组分催化精馏技术在乙二醇生产中的应用技术原理工艺优势将反应与精馏分离过程在同一设备中进行，实现反应产物的即时设备投资降低，占地面积减少能耗降低，30-40%50%20-25%分离环氧乙烷水合反应在催化精馏塔内完成，乙二醇产品从塔产品纯度提高到以上反应选择性提高，副产物显

99.5%5-8%釜连续取出，水从塔顶回流著减少该技术消除了化学平衡限制，提高了反应转化率同时减少了设工艺流程简化，操作维护更加方便自动化程度高，操作弹性备数量，降低了投资成本操作温度可降低，设备腐蚀大适合中小规模装置，建设周期短，见效快20-30°C减轻热量耦合精馏系统塔间热集成热量回收利用能源梯级利用高压塔塔顶蒸汽作为低塔顶冷凝潜热回收用于建立完整的能源利用网压塔再沸器热源，实现进料预热，塔釜高温物络，实现高品位能源的热量梯级利用典型配料与进料换热合理的充分利用通过夹点分置为脱水塔塔顶蒸汽加热量回收可降低蒸汽消析技术优化热量集成方热精馏塔釜，节能耗，同时减少冷案，最大化能源利用效MEG20-30%效果显著却水用量率多效蒸发技术一效蒸发器原料液浓度从提升至，操作压力，温度新鲜蒸15%30%

0.3MPa130°C汽消耗量最大，但产生的二次蒸汽品质最高，可用于下一效蒸发器二效蒸发器利用一效二次蒸汽作为加热介质，浓度提升至操作压力50%，温度热效率进一步提高，单位产品蒸汽消耗显著

0.15MPa115°C降低三效蒸发器最终浓缩至的乙二醇溶液，操作压力，温度80%

0.05MPa95°C采用真空操作，避免高温对产品质量的影响总体热效率可达传统单效蒸发的倍

2.5-3乙二醇精馏塔结构设计塔内件选择塔径与板数匹配板式塔适用于大处理量、要求操塔径根据气相负荷确定，考虑液作弹性大的场合筛板塔成本泛限制和经济流速理论板数通低，维护简单；浮阀塔效率高，过物料平衡和相平衡计算确定，适应性强填料塔压降小，适用实际板数需考虑板效率乙二醇于真空操作，规整填料传质效率精馏塔板效率通常为

0.6-

0.8高于散装填料进料位置优化进料位置影响塔的分离效率和能耗最适宜进料位置使精馏段和提馏段负荷平衡通过敏感性分析确定最佳进料板位置，通常在塔中部偏下位置乙二醇精馏塔操作参数精馏系统的仪表控制温度检测控制塔顶、塔釜、进料点等关键位置设置温度检测点采用铂电阻温度计，PT100精度温度控制回路采用算法，响应时间控制在秒以内±

0.1°C PID30压力监控系统真空系统压力采用绝压变送器测量，量程，精度设置压力报0-10kPa

0.1%FS警和联锁保护，防止真空度波动影响产品质量流量平衡控制进料、回流、产品出料流量采用质量流量计测量建立物料平衡控制策略，自动调节各股流量，确保塔内液位稳定和产品质量一致集成控制DCS采用分布式控制系统，实现全流程自动化控制集成先进控制算法，如模型预测控制（），提高控制精度和系统稳定性MPC环氧乙烷水合法精馏系统案例装置规模与配置性能指标与经济效益某万吨年环氧乙烷水合法乙二醇装置，采用四塔精馏流程产品纯度达到，纯度，纯度年20/MEG

99.8%DEG

99.5%TEG

99.0%脱水塔直径，板数块；精馏塔直径，板数产万吨，万吨，万吨蒸汽消耗吨吨

3.2m32MEG

4.5m48MEG18DEG

1.5TEG

0.

56.2/块；塔直径，板数块；塔直径，板数，电耗吨DEG

2.8m36TEG

2.0m40MEG180kWh/MEG块装置投资回收期年，年利润亿元通过工艺优化和设备改

4.

22.8设备材质采用不锈钢，关键部位使用哈氏合金真空造，能耗较设计值降低，产品质量稳定性显著提升316L C-27612%系统采用水环真空泵蒸汽喷射器组合，确保稳定的真空度+煤制乙二醇精馏系统案例装置概况特殊杂质处理节能改造效果某万吨年煤制乙二醇装置，采针对丁二醇与乙二醇沸点接近通过热集成改造，蒸汽消耗从吨10/1,2-

8.5用五塔精馏流程原料含杂质种类的问题，采用萃取精馏技术以吨降至吨吨，节能采用N-/

6.8/20%多，包括甲醇、丙二醇、丁甲基吡咯烷酮（）为萃取剂，热泵技术回收低品位热能，年节约1,2-1,2-NMP二醇等系统复杂度高，操作难度显著提高分离效率，产品纯度达到运行成本万元产品质量稳定1200大达标

99.6%萃取精馏技术萃取剂选择萃取精馏操作选择沸点高、化学稳定性好的溶剂作为在萃取精馏塔中，萃取剂从塔顶加入，萃取剂常用的有乙二醇、甲基吡咯N-改变组分间的相对挥发度轻组分从塔烷酮等萃取剂与待分离组分的选择性顶分出，重组分与萃取剂从塔釜流出是关键指标工艺优化溶剂回收优化萃取剂用量、进料位置、操作压力塔釜物料进入溶剂回收塔，萃取剂从塔等参数建立严格的溶剂质量管理体顶回收循环使用产品从塔釜获得溶系，防止溶剂降解影响分离效果和产品剂回收率需达到以上，确保工艺

99.5%质量经济性反应精馏应用案例乙二醇二醋酸酯合成乙二醇与醋酸在催化剂作用下发生酯化反应，同时通过精馏分离出产物和副产水反应温度，催化剂为对甲苯磺酸120-140°C一步法工艺优势反应转化率提高至，选择性达到设备投资降低，操作成本减98%

99.5%40%少产品纯度稳定在以上，无需后续纯化工序25%

99.8%副产物减少产物即时分离避免了副反应的发生，副产物生成量减少反应条件温和，60%设备腐蚀轻微，催化剂使用寿命延长50%经济效益分析年产万吨装置投资回收期年，较传统工艺缩短年年利润增加万

53.512000元，主要来自能耗降低和产品质量提升技术推广价值高乙二醇精馏的能耗分析

6.5蒸汽消耗传统工艺蒸汽消耗

6.5吨/吨MEG产品30%节能潜力热集成技术可降低能耗30%180电耗水平电耗180kWh/吨MEG，主要用于真空系统45%能耗分布再沸器热负荷占总能耗的45%能耗优化的关键在于提高热能利用效率和减少无效能耗通过工艺集成、设备优化、操作改进等手段，可实现显著的节能效果建立能耗监控体系，实时跟踪能耗指标变化精馏塔的流体力学问题传质效率优化气液接触时间和接触面积最大化液体分布均匀性液体分布器设计，确保塔截面液体分布均匀气相流动优化避免气相偏流和短路现象压降控制塔板压降控制在合理范围泛点负荷平衡操作负荷与泛点负荷的安全比例精馏系统的安全性设计高温操作风险真空系统安全压力波动控制设置多重温度保护，超温真空管线设置安全阀，防塔内压力联锁保护，自动自动停加热保温系统完止超压真空破坏阀自动调节阀门开度缓冲罐设善，防止人员烫伤设置投用，避免设备损坏氮置，缓解压力波动压力应急冷却系统，紧急情况气保护系统，防止空气进异常时自动切断进料，保下快速降温定期检查设入引起氧化泄漏检测与护设备安全应急放空系备完整性报警系统统应急响应预案制定详细的应急操作程序，定期培训操作人员设置紧急停车按钮，一键停止全系统建立应急物资储备，包括消防、医疗、环保用品乙二醇产品质量标准产品等级纯度要求主要杂质限值应用领域工业级水分防冻剂、增塑≥

99.5%≤

0.1%剂纤维级醛类聚酯纤维生产≥

99.8%≤10ppm电子级金属离子电子材料、精≥

99.9%ppb级细化工医药级重金属药品、化妆品≥

99.95%≤5ppm不同等级产品的质量要求差异显著，对精馏工艺提出不同挑战电子级产品要求最严格，需要特殊的纯化工艺建立完善的质量检测体系，确保产品稳定达标乙二醇精馏产品分级单乙二醇二乙二醇MEG DEG主产品，占总产量纤重要副产品，占总产量85-90%8-12%维级市场价格最高，要求色主要用作溶剂、增塑剂、化妆品MEG度，醛类含量原料市场价格为的≤5Hazen MEG

1.2-

1.5工业级用量最倍纯度要求，水分≤10ppm MEG≥

99.0%大，主要用于防冻剂和溶剂电，色度≤

0.5%≤20Hazen子级技术门槛高，利润丰MEG厚三乙二醇TEG高价值副产品，占总产量主要用于天然气脱水、增塑剂生产市2-4%场价格为的倍纯度要求，具有较好的市场前景和经MEG

1.8-

2.2≥

98.5%济价值精馏塔设计的计算方法理论板数计算采用麦凯索勒夫方程或芬斯克方程计算最少理论板数对于乙二醇水体系，--相对挥发度，分离难度大通过逐板计算或简捷算法确定精确的理论板α=

0.1数回流比优化最小回流比通过线与平衡线交点确定适宜回流比，平衡Rmin qR=

1.2-

1.5Rmin投资成本与操作费用回流比过小导致塔板数增加，过大则能耗升高值确定HETP等板高度是填料塔设计关键参数乙二醇精馏系统通常为HETP HETP

0.3-，取决于填料类型和操作条件规整填料值较散装填料小

0.8m HETP30-50%塔高计算填料塔高度，其中为传质单元数板式塔高度板间距实际H=HETP×NTU NTUH=×板数考虑塔顶塔底空间，总高度增加15-25%精馏系统模拟优化模拟软件应用优化策略与结果是最常用的流程模拟软件，具有丰富的物性数据库和通过敏感性分析优化操作参数，包括回流比、进料位置、操作压Aspen Plus精确的热力学模型在动态模拟方面具有优势，适合控制力等目标函数通常为最小化总年化成本，包括设备投资和HYSYS TAC系统设计在石化行业应用广泛操作费用PRO/II模拟计算需要选择合适的热力学模型，乙二醇体系推荐使用优化结果显示，最佳回流比为，进料位置在第块板，塔顶

1.3528或模型二元交互参数的准确性直接影响模拟精压力与基础方案相比，降低，能耗减少NRTL UNIQUAC3kPa TAC18%22%度精馏过程中的传热传质问题液膜传质控制传质系数影响因素重组分在液相中浓度高时，传质传质系数与物性、流动状态、几阻力主要在液膜增加液相扰动何结构有关温度升高，扩散系和接触时间可提高传质效率液数增大，传质系数增加湍流强气膜传质控制板式塔与填料塔对比体负荷和塔板结构设计影响液膜度增加，边界层厚度减小，传质轻组分在气相中浓度高时，传质板式塔传质效率高，操作弹性传质得到强化阻力主要在气膜提高气相湍流大，但压降较大填料塔压降强度可以减小气膜厚度，提高传小，适合真空操作，但液体分布质系数塔板开孔率和气速是关要求严格乙二醇精馏多采用填键因素料塔以降低操作温度精馏系统的工艺强化技术内部热集成设计在塔内不同位置设置热交换器，实现热量的内部循环利用塔顶蒸汽与塔釜液体换热，减少外供蒸汽量内部热集成可降低能耗，但设备复杂度增加25-40%分布式回流技术在塔的多个位置设置回流点，而不是仅在塔顶回流分布式回流可以优化塔内温度分布，提高分离效率适用于多组分分离和宽沸程混合物的分离多路进料策略根据进料组成的变化，在多个位置进料，优化各段的操作条件多路进料可以适应原料波动，保持产品质量稳定需要精确的在线分析和控制系统支持侧线抽出优化在适当位置设置侧线抽出，回收中间产品或降低主塔负荷侧线抽出位置需要通过模拟优化确定合理的侧线配置可提高产品收率5-10%精馏设备材质选择不锈钢应用特殊合金选择不锈钢是最常用的材哈氏合金适用于高温强316L C-276质，具有良好的耐腐蚀性和机腐蚀环境，使用寿命是316L械性能适用于温度以的倍钛合金具有优异的200°C2-3下的乙二醇精馏设备成本相耐蚀性，但成本高双相不锈对较低，加工性能好，维护方钢兼具强度和耐蚀性，适合关便但在高温高浓度环境下耐键部位蚀性有限经济性分析材质升级初期投资增加，但可延长设备使用寿命倍考虑20-50%2-3维修成本和停车损失，高等级材质的全生命周期成本更低关键部位局部升级是经济有效的方案精馏系统常见故障及解决方案塔板积液原因进料量过大、塔底出料不畅、塔板损坏解决调节进料量，检查出料泵，更换损坏塔板真空度波动原因真空泵故障、系统泄漏、冷凝器结垢解决检修真空设备，查找泄漏点，清洗冷凝器产品纯度下降原因操作参数偏离、塔板效率下降、进料杂质增加解决调整工艺参数，检修塔内件，强化原料预处理能耗异常升高原因换热器结垢、保温层破损、控制系统故障解决清洗换热设备，修复保温，校验仪表精馏系统开停车流程正常运行维护定期巡检、参数调整、质量监控计划停车程序逐步降负荷、切断进料、安全吹扫紧急停车处理立即切断加热、启动应急冷却开车预热投料系统检查、逐步加热、稳定投料系统准备检查设备完整性、仪表校验、安全确认。