工业甲醇纯化生产高纯甲醇的研究

摘要

综述了国内外高纯甲醇应用及生产制造技术的发展，对我国甲醇工业和高纯试剂产业中存在的问题进行了分析，指出了自主研发生产国际标准高纯甲醇的必要性，研究了以煤为原料采用联醇工艺生产的甲醇(工业甲醇1)和以天然气为原料低压法生产的甲醇(工业甲醇2)纯化生产多功能级高纯甲醇(欧洲知名试剂公司的ME0315标准)的技术方法并进行了可行性分析。 提出了一种简单实用的表征工业甲醇杂质脱除效果的方法，即紫外分光光度计与卡尔费休水分测定仪联用监测样品的紫外透过率和水含量，再对最终产品和中间样品进行其他指标的补充检测，节约了时间，节省了费用。分别考察了常规间歇精馏、离子交换树脂、分子筛、反应精馏、间歇萃取精馏及常规间歇精馏-离子交换树脂-分子筛联用等技术手段对工业甲醇的纯化效果，结果表明：工业甲醇1适合用间歇萃取精馏纯化；常规间歇精馏对工业甲醇2整体纯化效果较好。在既定的实验装置上，确定了工业甲醇1间歇萃取精馏纯化制备符合ME0315标准高纯甲醇的最佳工艺条件：塔釜投料2000mL，DMSO为萃取剂，以598mL/h的流率在指定塔板处连续加入萃取剂，前馏分采出回流比R1=8，无萃取剂加入和有萃取剂加入时分别采出甲醇投料体积5％和15％的前馏分，产品采出回流比R2=5，控制产品收率为甲醇投料量的60％(V/V)。针对工业甲醇1建立了间歇萃取精馏过程的准稳态模型，得到适宜的纯化工艺条件：总理论板数NT=35，在第10块理论板上连续加入萃取剂DMSO，溶剂比为0.3，前馏分段回流比R1=8，产品段回流比R2=5，此时高纯甲醇产品的单程收率可达60％。针对工业甲醇2建立了常规间歇精馏恒摩尔持液模型，采用两点隐含和组分衡算相结合的方法对模型进行求解和实验验证，实验值与模型计算结果吻合良好。在模拟计算和大量实验的基础上，确定了工业甲醇2常规间歇精馏纯化生产符合ME0315标准高纯甲醇的最佳工艺条件：总理论板数NT=50，前馏分段回流比R1=10，前馏分采出量为原料甲醇投料体积的15％，产品段回流比R2=5，此时高纯甲醇产品的单程收率可达65％(V/V)。 针对两种典型工业甲醇原料分别制定了项目方案，初步可行性分析表明：该项目投资回收期短，内部收益率高，有很好的盈利水平。

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第一章文献综述

1.1甲醇工业的发展现状

1.1.1甲醇的用途

1.1.2甲醇的工业制造

1.1.3甲醇的市场现状

1.2高纯甲醇的发展现状

1.2.1高纯试剂的概况

1.2.2高纯甲醇的应用

1.2.3高纯甲醇的质量标准

1.2.4我国自主生产国际标准高纯甲醇的可行性

1.3高纯甲醇提纯精制方法的研究现状

1.3.1概要

1.3.2针对有机杂质

1.3.3针对金属离子和酸根离子

1.3.4针对水

1.3.5各种方法的集成联用

1.4常规间歇精馏的理论和相关技术

1.4.1间歇精馏的概述

1.4.2间歇精馏的模拟计算

1.4.3间歇精馏的设计计算

1.5间歇萃取精馏的理论和相关技术

1.5.1萃取精馏的概述

1.5.2萃取剂的选择

1.5.3间歇萃取精馏的应用

1.5.4间歇萃取精馏模拟与优化

第二章纯化制备高纯甲醇的方法与工艺研究

2.1实验条件的确定

2.1.1产品质量指标的确定

2.1.2主要实验原料与试剂

2.1.3主要实验仪器设备及材料

2.1.4主要分析仪器及分析方法

2.2原料的选择及特征

2.3简单实用的杂质脱除表征方法

2.4实验方法与工艺研究

2.4.1常规间歇精馏的初步评价

2.4.2离子交换树脂的评价

2.4.3分子筛的评价

2.4.4精馏、离子交换树脂和分子筛联用

2.4.5反应精馏

2.4.6间歇萃取精馏的初步评价

第三章工业甲醇1间歇萃取精馏实验与模拟研究

3.1萃取剂的确定

3.1.1评判因素集的确定

3.1.2确定评判因素的隶属函数

3.1.3权重分配集的确定

3.1.4综合评判

3.2塔釜一次性加入萃取剂

3.2.1影响因素的考察

3.2.2溶剂比的确定

3.2.3回流比的确定

3.3指定塔板上连续加入萃取剂

3.3.1有萃取剂加入时前馏分采出量的确定

3.3.2无萃取剂加入时前馏分采出量的确定

3.3.3前馏分采出回流比的确定

3.4两种萃取剂加入方式的比较

3.5间歇萃取精馏最佳工艺条件的确定

3.6间歇萃取精馏的数学模拟

3.6.1模型的基本假设

3.6.2模型的建立

3.6.3方程的数值解法

3.6.4模拟结果与分析讨论

第四章工业甲醇2常规间歇精馏模拟研究及实验验证

4.1工业甲醇2精馏纯化生产技术的选择

4.2常规间歇精馏的数学模拟

4.2.1模型的基本假设

4.2.2模型的建立

4.2.3模型的数学解法

4.2.4结果与讨论

4.3常规间歇精馏模拟结果实验验证

4.3.1主要实验装置及参数

4.3.2理论板数的测定

4.3.3持液量的测定

4.3.4模拟结果的实验验证

4.4常规间歇精馏最佳工艺条件的确定

第五章我国工业甲醇纯化生产高纯甲醇初步可行性分析

5.1项目概况

5.1.1面临挑战的甲醇工业

5.1.2高纯试剂产业的机遇

5.1.3工业甲醇纯化生产高纯甲醇的意义

5.2针对工业甲醇1的方案

5.2.1原料路线和工艺技术

5.2.2市场研究和厂址选择

5.2.3生产规模和产品方案

5.2.4投资概算

5.2.5初步经济评价

5.3针对工业甲醇2的方案

5.3.1原料路线和工艺技术

5.3.2市场研究和厂址选择

5.3.3生产规模和产品方案

5.3.4投资概算

5.3.5初步经济评价

5.4总结和建议

第六章结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

附 录

致 谢