论文总字数：28034字

摘 要

近几年来，由于石油资源的短缺，用煤、合成气等资源制乙二醇路线不断受到人们关注。改进、开发，研究出较好的碳一工艺，将会带来很大的成本优势和能源优势。

本文以煤为原料，设计生产年产40万吨乙二醇项目。采用Aspen Plus软件对全流程进行模拟与分析，最终产能达到37.5万吨。并在此基础上，考察理论塔板数、进料板位置以及回流比对产能以及能耗的影响，试图提出最佳的生产条件。

文中以酯化再生工段为例，进行了详细优化模拟。得出结论：酯化再生工段T201塔，最佳反应参数为全塔20块塔板，氧气、一氧化氮以及氮气的进料位置为第11块板，回流比0.3；T202塔，最佳反应参数为全塔21块塔板，甲醇进料位置为第14块板，回流比1.4。

关于煤制乙二醇工艺能量集成，文中也做了较为详细的探讨，主要分为两部分：第一部分是采取目前工程中较为成熟的精馏节能技术，如热泵精馏、中间再沸器和双效精馏等技术等，优化分离操作过程中的能量，并取得了很大成功。双效精馏节能技术减少了30.9%能耗，中间再沸器技术减少了45.5%能耗，热泵精馏技术少了45.5%能耗，分隔壁塔技术减少了8.26%能耗；第二部分是以目前较为成熟的夹点技术为理论基础，改造原先的冷热流股间的匹配，建立新的换热网络，使回收热达到最大，减少冷热公用工程的输入。此外，也将重新调整操作费用、基建费用等。优化后的综合费用也节约了50.7%。

关键词: Aspen Plus；全流程；参数优化；夹点技术；能量集成

Design and optimization of ethylene glycol process based on Plus Aspen with an annual output of 400 thousand tons of coal

Abstract

In recent years, due to the shortage of oil resources, the use of coal, synthetic gas and other resources in the production of ethylene glycol route have been concerned about the people. Improve, develop and research a better carbon process, will bring a lot of cost advantage and energy advantage.

In this paper, coal as raw material, designed and produced 400 thousand tons of ethylene glycol project. Using Aspen Plus software for simulation and analysis of the whole process,we can move the final production capacity of up to 370 thousand tons. And on this basis,we considered the effects of theoretical plate number, plate location and reflux ratio on the capacity and energy consumption impact,and tried to put forward the optimum production conditions.

The paper listed the esterification and regeneration unit as an example and optimized. Conclusion: esterification regeneration section -T201 tower, the optimum reaction parameters for the whole tower is 20 trays, oxygen, nitric oxide (NO) and nitrogen feeding position for the first is 11 boards, reflux ratio is 0.3; T202 tower, the optimum reaction parameters for full tower is 21 plate, methanol into position for the first is 14 boards, reflux ratio is 1.4.

About coal preparation of ethylene glycol process energy integration, this paper also made a more detailed discussion, mainly divided into into two parts: the first part is to take the engineering mature distillation energy saving technology, such as heat pump distillation, intermediate and reboiler and double effect distillation technology, optimization of separation operation in the process of energy, and achieved great success.Double effect distillation energy saving technology reduced 30.9% energy consumption;The middle and the reboiler technology reduced 45.5% energy consumption; Heat pump distillation technology reduced 45.5% of energy consumption, the dividing wall column technology to reduce the energy consumption of 8.26%; the second part is to the mature of pinch technology as the theoretical basis, transformation the original cold and heat flow matching, the establishment of the new heat exchanger networks, to achieve maximum heat recovery, reduce the input of cold and hot utilities. In addition, it will re adjust operating costs, infrastructure costs, etc.. After optimization, the comprehensive cost is saved by 50.7%.

Key words: Plus Aspen；Whole process；parameter optimization；Pinch technology；Energy integration

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 引言 1

1.1 Aspen Plus模拟软件以及应用 1

1.1.1 物性数据库 1

1.1.2 单元操作模块 1

1.2 换热网络的简介 1

1.2.1 换热网络背景 1

1.2.2 换热网络描述 1

1.3 夹点技术介绍 2

1.3.1 夹点技术 2

1.3.2 夹点的意义 2

1.3.3 换热网络设计原则 3

1.4乙二醇的生产工艺方案 3

1.4.1生物质资源路线 3

1.4.2 石油路线 3

1.4.3 碳一路线 3

1.4.4 煤（合成气）间接制乙二醇生产原理 4

第二章 煤制乙二醇的全流程设计与模拟 5

2.1 设计目标 5

2.2 Aspen Plus物性方法选取 5

2.3 Aspen Plus建模模块 5

2.4 模型建立 5

2.4.1 参数设计 5

2.5 流程分解 15

2.5.1 合成气的分离 15

2.5.2 酯化再生工段 15

2.5.3 羰化偶联工段 16

2.5.4加氢工段 16

2.5.5 精制工段 17

2.6全流程塔设备操作参数一览表 18

第三章 煤制乙二醇的优化 19

3.1 酯化再生工段 19

3.2 T201塔优化 19

3.3 T201酯化反应精馏塔工艺参数 19

3.4 原模型结论 20

3.5 采用灵敏度分析对T201塔参数进行分析和优化 20

3.5.1 反应精馏塔的塔板数与亚硝酸甲酯MN含量和塔热负荷分析 20

3.5.2 氧气、一氧化氮等进料位置与亚硝酸甲酯MN含量和塔热负荷分析 21

3.5.3 塔内回流比与亚硝酸甲酯MN含量和塔热负荷分析 22

3.6 优化后模型结论 23

3.7 T201塔优化 24

3.8 采用灵敏度分析对T202塔参数进行分析和优化 24

3.8.1 甲醇回收塔的塔板数对塔热负荷分析 24

3.8.2甲醇回收塔的进料位置对塔热负荷分析 25

3.8.3甲醇回收塔的回流比对塔热负荷分析 26

3.9优化后模型结论 27

第四章 能量集成分析与优化 28

4.1 节能技术问题 28

4.2 运用节能精馏技术，讨论单元操作的设计问题 28

4.2.1 以双效精馏改造T202甲醇回收塔 28

4.2.2 以中间再沸改造T302草酸二甲酯回收塔 29

4.2.3 以热泵精馏改造T303常压恒沸精馏塔 30

4.2.4 以DWC分隔壁塔改造双塔精馏 31

4.3 整个系统的能量回收设计---换热网络的设计 32

4.3.1 用Aspen Plus建立原工艺流股换热网络匹配 33

4.3.2原换热网络评估 34

4.3.3Aspen Plus优化换热网络，讨论换热过程中最大能量回收 34

第五章 结论 36

致谢 37

参考文献 38

附录 39

第一章 引言

1.1 Aspen Plus模拟软件以及应用

Aspen plus是基于稳态化工模拟、优化、灵敏度分析和经济评价的大型化工流程模拟软件，为用户提供了一套完整的单元操作模块，可用于各种操作过程的模拟以及从单个操作单元到整个工艺流程的模拟。具体而言，它可以模拟大型工艺流程，也提供具体的模型分析工具，例如灵敏度分析、设计规定、优化、约束、数据拟合和工况分析^[1]。本论文采用Aspen版本号为7.3。

1.1.1 物性数据库

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