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年產20萬噸甲醇精餾工藝設計

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更新時間：2019-03-14
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年產20萬噸甲醇精餾工藝設計化工設計課程（小設計）任務分配

第
四組
姓名任務描述簽字

郭蒿
（在校）組織協調各人員的分工，確定設計思想和原則，
確定廠址選擇、環境保護、安全技術與勞動保護
等，匯總編制設計說明書，編制分析儀器說明，
協助繪制PID圖，繪制電子版工程圖

李海紅負責繪制PFD(工藝流程圖)、PID(管道及儀表流
程圖)、主要設備總裝圖, 檢測、控制點儀表，繪
制車間規劃及設備的平立面布置、繪制平立面布
置圖

郭麗榮
（在校）負責甲醇合成系統的設計計算，工藝流程的物料
衡算及能量衡算，編制合成系統的物流表，確定
原料消耗及消耗量計算，投資估算及技術經濟，
負責論文

張成
確定廠址選擇、環境保護、安全技術與勞動保護
等，匯總編制設計說明書，編制分析儀器說明，
協助繪制PID圖

馬奔負責繪制PFD(工藝流程圖)、PID(管道及儀表流
程圖)、，確定原料消耗及消耗量計算，投資估算
及技術經濟，協助分析確定環境保護的工作

摘要

甲醇是一種極重要的有機化工原料，也是一種燃料，是碳一化學的基礎產品，在國民經濟中占有十分重要的地位。近年來，隨著甲醇下屬產品的開發，特別是甲醇燃料的推廣應用，甲醇的需求大幅度上升。為了滿足經濟發展對甲醇的需求，開展了此20萬t/a的甲醇項目。設計的主要內容是進行工藝論證，物料衡算和熱量衡算等。本設計本著符合國情、技術先進和易得、經濟、環保的原則，采用煤炭為原料；利用GSP氣化工藝造氣；NHD凈化工藝凈化合成氣體；低壓下利用列管均溫合成塔合成甲醇；三塔精餾工藝精制甲醇；此外嚴格控制三廢的排放，充分利用廢熱，降低能耗，保證人員安全與衛生。

關鍵詞：甲醇、合成、精餾。

目錄
第一章甲醇合成的基本概念 4
第一節：概述 4
一.甲醇性質 4
二.甲醇用途 4
三.甲醇生產工藝的發展 4
第二節：甲醇合成方法 6
第三節：甲醇的合成路線 6
第四節：甲醇合成的目的 7
第五節：設計的依據 7
第六節：設計的指導思想 8
第七節：設計的范圍，裝置組成及建設規模 8
第八節：原料氣的規格 9
第九節：產品質量標準 9
第二章: 甲醇合成工藝設計 10
第一節．甲醇合成生產方法選擇（工藝操作條件的確定與論證「1） 10
一．操作溫度 10
二．操作壓力 10
三．氣體組成 11
四．空速 11
五．甲醇的精餾 11
六．甲醇合成塔的選擇「9」 16
七.催化劑的選用 19
第二節:工藝計算 26
一．物料衡算 26
二．熱量衡算 34
三．主要設備的計算和選型［21］ 37
第三章:T址的選擇及平面面圖設計 46
第四章:車間布置24］ 46
一．廠房的整體布置設計 46
二.合成車間設備布置的設計 46
第五章:管道的布置 47
第六章:公用工程及三廢處理 48
第一節:公用工程 48
第二節:三廢處理 49
設計結果評價 50
致謝 51
參考文獻 52
附表
附圖：
廠區布置圖
車間布置圖
管道布置圖
帶控制點工藝流程圖
合成氨工藝流程圖

第一章甲醇合成的基本概念
第一節：概述
一.甲醇性質
甲醇俗稱木醇、木精，英文名為methanol，分子式CH3OH。是一種無色、透明、易燃、有毒、易揮發的液體，略帶酒精味；分子量32.04，相對密度0.7914(d420)，蒸氣相對密度1.11(空氣=1)，熔點-97.8℃，沸點64.7℃，閃點（開杯）16℃，自燃點473℃，折射率(20℃)1.3287，表面張力（25℃）45.05mN/m，蒸氣壓（20℃）12.265kPa，粘度（20℃）0.5945mPa•s。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮類和大多數其他有機溶劑混溶。蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限6.0％～36.5﹪（體積比）�；瘜W性質較活潑，能發生氧化、酯化、羰基化等化學反應。
二.甲醇用途
甲醇是重要有機化工原料和優質燃料，廣泛應用于精細化工，塑料，醫藥，林產品加工等領域。甲醇主要用于生產甲醛，消耗量要占到甲醇總產量的一半，甲醛則是生產各種合成樹脂不可少的原料。用甲醇作甲基化試劑可生產丙烯酸甲酯、對苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醇羰基化可生產醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有機合成中間體，它們是制造各種染料、藥品、農藥、炸藥、香料、噴漆的原料，目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重視。甲醇也是一種重要的有機溶劑，其溶解性能優于乙醇，可用于調制油漆。作為一種良好的萃取劑，甲醇在分析化學中可用于一些物質的分離。甲醇還是一種很有前景的清潔能源，甲醇燃料以其安全、廉價、燃燒充分，利用率高、環保的眾多優點，替代汽油已經成為車用燃料的發展方向之一；另外燃料級甲醇用于供熱和發電，也可達到環保要求。甲醇還可經生物發酵生成甲醇蛋白，富含維生素和蛋白質，具有營養價值高而成本低的優點，用作飼料添加劑，有著廣闊的應用前景。
三.甲醇生產工藝的發展
甲醇是醇類中最簡單的一元醇。1661年英國化學家R.波義耳首先在木材干餾后的液體產物中發現甲醇，故甲醇俗稱木精、木醇。在自然界只有某些樹葉或果實中含有少量的游離態甲醇，絕大多數以酯或醚的形式存在。1857年法國的M·貝特洛在實驗室用一氯甲烷在堿性溶液中水解也制得了甲醇。
1923年德國BASF公司首先用合成氣在高壓下實現了甲醇的工業化生產，直到1965年，這種高壓法工藝是合成甲醇的唯一方法。1966年英國ICI公司開發了低壓法工藝，接著又開發了中壓法工藝。1971年德國的Lurgi公司相繼開發了適用于天然氣－渣油為原料的低壓法工藝。由于低壓法比高壓法在能耗、裝置建設和單系列反應器生產能力方面具有明顯的優越性，所以從70年代中期起，國外新建裝置大多采用低壓法工藝。世界上典型的甲醇合成工藝主要有ICI工藝、Lurgi工藝和三菱瓦斯化學公司(MCC)工藝［1］。目前，國外的液相甲醇合成新工藝［2］具有投資省、熱效率高、生產成本低的顯著優點，尤其是LPMEOHTM工藝，采用漿態反應器，特別適用于用現代氣流床煤氣化爐生產的低H2／(CO＋CO2)比的原料氣，在價格上能夠與天然氣原料競爭。
我國的甲醇生產始于1957年，50年代在吉林、蘭州和太原等地建成了以煤或焦炭為原料來生產甲醇的裝置。60年代建成了一批中小型裝置，并在合成氨工業的基礎上開發了聯產法生產甲醇的工藝。70年代四川維尼綸廠引進了一套以乙炔尾氣為原料的95 kt/a低壓法裝置，采用英國ICI技術。1995年12月，由化工部第八設計院和上海化工設計院聯合設計的200 kt/a甲醇生產裝置在上海太平洋化工公司順利投產，標志著我國甲醇生產技術向大型化和國產化邁出了新的一步。2000年，杭州林達公司開發了擁有完全自主知識產權的JW低壓均溫甲醇合成塔技術［3］，打破長期來被ICI、Lurgi等國外少數公司所壟斷擁的局面，并在2004年獲得國家技術發明二等獎。2005年，該技術成功應用于國內首家焦爐氣制甲醇裝置上。
四.甲醇生產原料
合成甲醇的工業生產是以固體（如煤、焦炭）、液體（如原油、重油、輕油）或氣體（如天然氣及其它可燃性氣體）為原料，經造氣、凈化（脫硫）變換，除二氧化碳，配制成一定配比的合成氣。在不同的催化劑存在下，選用不同的工藝條件可單產甲醇（分高、中、低壓法），或與合成氨聯產甲醇（聯醇法）。將合成后的粗甲醇經預精鎦脫除甲醚，再精鎦而得成品甲醇。
自1923年開始工業化生產以來，甲醇合成的原料路線經歷了很大變化。20世紀50年代以前多以煤和焦碳為原料；50年代以后，以天然氣為原料的甲醇生產流程被廣泛應用；進入60年代以來，以重油為原料的甲醇裝置有所發展。對于我國，從資源背景看，煤炭儲量遠大于石油、天然氣儲量，隨著石油資源緊缺、油價上漲，因此在大力發展煤炭潔凈利用技術的背景下，在很長一段時間內煤是我國甲醇生產最重要的原料［4］。
第二節：甲醇合成方法
目前世界上合成甲醇的工業生產方法有美國卜內門(ICI)公司的低壓和中壓法，德國魯奇(Lur—gi)公司的低壓和中壓法，日本三菱瓦斯化學公司MGC低壓法，丹麥托普索公司節能型低壓法以及德國巴斯夫(BASF)公司的高壓法等。我國小規模裝置主要采用高壓法，引進裝置則采用低壓法。其中川維引進ICI法，齊魯引進魯奇法。與高壓法比較低壓法的優點是：能量消耗少，操作費用低，產品純度高，設備費用低，故新建廠大多采用低壓法。國內低壓法已經投入生產，并對催化劑進行了研究，已取得了好的進展。
(1)德國巴斯夫公司的高壓法這是最先實現工業化的甲醇生產工藝，由于其操作條件苛刻，能耗大，成本高，所以已逐步被中、低壓法工藝所取代。
(2)ICI低壓法這是目前工業上廣泛采用的合成甲醇的方法。其工藝過程為：脫硫、轉化、壓縮、合成、精餾。特點：在采用不同原料時開車簡單，操作可靠，并且不同生產能力的工廠均能使用離心式壓縮機，產品純度高，能充分利用反應熱。
(3)魯奇渣油聯醇法，我國山東齊魯石化公司引進此方法。特點：熱利用率高，在能量利用方面經濟效果大。目前低壓法合成甲醇工藝中，魯奇法和ICI法在技術上比較成熟。
(4)中壓法(ICI)公司、丹麥托普索公司、日本三菱瓦斯化學公司都有成功的方法，中壓法與低壓法相比，工藝過程相同，但在投資和綜合指標上都要略高一點。
第三節：甲醇的合成路線
甲醇合成
合成氣凈化
煤制合成氣
甲醇精餾
圖1 合成甲醇的簡單工藝流程
首先是采用GSP氣化工藝將原料煤氣化為合成氣；然后通過變換和NHD脫硫脫碳工藝將合成氣轉化為滿足甲醇合成條件的原料氣；第三步就是甲醇的合成，將原料氣加壓到5.14Mpa，加溫到225℃后輸入列管式等溫反應器，在XNC-98型催化劑的作用下合成甲醇，生成的粗甲醇送入精餾塔精餾，得到精甲醇。然后利用三塔精餾工藝將粗甲醇精制得到精甲醇。...

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