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摘 要

随着经济的发展和人们环保意识的提高,开发和利用可再生能源成为全世界关注的热点。生物柴油具有原料来源广、环境友好、可再生、安全性高、可替代石化柴油等优点,已经成为化石燃料的重要补充,而且其生产规模逐年扩大。然而生物柴油生产过程中的主要副产物—甘油的产量严重过剩,在生产生物柴油如脂肪酸甲酯时,甘油则是酯交换反应产生的副产物,每生产9kg生物燃料就有1kg甘油粗产品生成。本文是对甘油催化氢解的研究进展进行的一系列总结, 着重介绍了利用甘油催化氢解的方法来生产二元醇(1,2-丙二醇、1,3 -丙二醇以及乙二醇)的研究进展,并对甘油催化氢解的发展前景做了展望。

关键字：甘油 催化氢解 二元醇

Glycerol hydrogenolysis preparation of small molecules diol process design

Abstract

With economic development and improvement of people's awareness of environmental protection, development and utilization of renewable energy has become the focus of attention around the world.Biodiesel has a wide source of raw materials, environmentally friendly, renewable, safe, and can replace fossil diesel, etc., it has become an important supplement fossil fuels, and gradually expand its production scale.However, biodiesel production process of the main byproduct - glycerin serious surplus production, in the production of biodiesel as fatty acid methyl ester, glycerol as a byproduct in the transesterification reaction in large amounts, each producing biofuels have 9kg 1kg crude glycerol product generation.In this paper, research progress catalytic hydrogenolysis of glycerol were reviewed using the method focuses on catalytic hydrogenolysis of glycerol to produce glycol-Progress (1,2-propanediol,1,3-propylene glycol and ethylene glycol), and Prospects glycerol hydrogenolysis are prospected.

Key words: Glycerol Hydrogenolysis Diol

目录

第一章 文献综述 1

1.1 1,2-丙二醇的主要性质 1

1,2-丙二醇主要合成工艺简介 1

1.2.1 环氧丙烷水合法 1

1.2.2 1,2-二氯丙烷法^[3] 1

1.2.3 丙烯直接催化氧化法 1

1.2.4 酯交换反应联产法 2

1.2.5 甘油氢解法 2

1.2 甘油氢解制1,2-丙二醇的工艺技术发展 2

1.3 甘油氢解过渡金属催化体系 3

1.3.1 Cu催化体系 3

1.3.2 Ni催化体系 3

第二章 设计基础 4

2.1 概况 4

2.1.1 设计内容 4

2.1.2 生产任务及装置规模 4

2.2 原料规格 4

2.3 催化剂规格 4

2.4 原料和反应产物的物性 5

2.5公用工程 5

第三章 工艺概述 6

3.1工艺简介 6

3.1.1工艺概述 6

3.1.2工艺方案 6

3.1.3原料与反应产物规格 7

3.2公用工程 8

3.3设计内容 9

3.4工艺设计基础 9

3.4.1工艺流程描述 9

3.4.2工艺设备简介 9

第四章 物料衡算及热量衡算 11

4.1 建立模拟计算流程 11

4.2 模拟计算结果 12

4.2.1 物料衡算结果 12

4.2.2 热量衡算结果 13

第五章 工艺设备设计 18

5.1工艺设备说明 18

5.1.1 加氢反应器 18

5.1.2气液分离器 19

5.1.3 精馏塔 19

5.1.4 换热器 19

5.2主要设备选型 20

5.2.1 甘油水溶液预热器(E102)的选型计算 21

5.2.2氢气预热器的选型计算 21

5.2.3 粗产品冷却器（E103）的选型计算 23

5.2.4加氢反应器(R101)的选型计算 24

5.2.5 脱轻组分塔(T201)的选型计算 24

5.2.6 脱重组分塔(T202)的选型计算 24

5.2.7脱乙二醇塔(T203)的选型计算 24

5.2.8关键设备一览表 24

5.3 建议的设备布置原则 25

5.4 设备布置特点 25

5.5 设备布置图设计 25

5.6 标准规范 26

第六章 管道设计 27

6.1 管道布置 27

6.1.1 管道布置原则 27

6.1.2 管道特性介绍 27

6.2 管道器材的选用 27

6.2.1 管道器材的选用原则 27

6.2.2 管道器材的选用 27

6.3 管道设计的计算 29

6.3.1 管道管径计算及材质选择 29

第七章 结论与展望 31

参考文献 32

第一章 文献综述

1.1 1,2-丙二醇的主要性质

1,2-丙二醇又称1,2-二羟基丙烷、丙二醇和α-丙二醇，分子式CH₂OHCHOHCH₃(C₃H₈O₂)，CAS号：57-55-6。特性：无色粘稠，有吸水性，几乎无味无臭，与水的密度比为1.04，蒸汽压在20℃时106Pa，闪点为99℃（闭杯），107℃（开杯），比热容为（20℃）2.49kJ/(kg*℃)，汽化热为（101.3kpa）711kJ/kg。自燃温度为421.1℃，与水、乙醇及多种有机溶剂混溶，爆炸极限为2.6-12.6%V/V。

1,2-丙二醇主要合成工艺简介

1.2.1 环氧丙烷水合法

当今世界普遍使用环氧丙烷直接水合法生产1,2-丙二醇^[2]。反应方程式如下：

通常可采用无催化剂或者酸性催化剂，前者是在200℃加压条件下进行，收率90%左右。后者以硫酸为催化剂，在50~70℃下进行，收率较低。目前世界上大多数厂家采用无催化剂法进行生产，该种方法生产的产品质量好，但是反应条件比较苛刻、生产成本相对偏高。

1.2.2 1,2-二氯丙烷法^[3]

此法以1,2-二氯丙烷为原料，以弱碱性物质为催化剂，在反应温度160℃，反应11.5h，产品收率达到85%，纯度可达99%。该法生产的产品质量好，但存在较大的环境污染和成本相对偏高等问题。

1.2.3 丙烯直接催化氧化法

此法也称过氧化氢反应法，由丙烯与过氧化氢制得^[4]。反应在常压、常温下进行，以V₂O₅作为催化剂。丙烯经催化氧化生成丙二醇醋酸酯，再经水解成丙二醇和醋酸，醋酸可循环利用参与催化氧化步骤：

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