【正文】 化工設(shè)計課程（小設(shè)計）年產(chǎn)20萬噸甲醇精餾工藝設(shè)計化工設(shè)計課程（小設(shè)計）任務(wù)分配第四組姓名任務(wù)描述簽字郭蒿（在校）組織協(xié)調(diào)各人員的分工，確定設(shè)計思想和原則，確定廠址選擇、環(huán)境保護、安全技術(shù)與勞動保護等，匯總編制設(shè)計說明書，編制分析儀器說明，協(xié)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(shè)備總裝圖, 檢測、控制點儀表，繪制車間規(guī)劃及設(shè)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(tǒng)的設(shè)計計算，工藝流程的物料衡算及能量衡算，編制合成系統(tǒng)的物流表，確定原料消耗及消耗量計算，投資估算及技術(shù)經(jīng)濟，負責論文張成確定廠址選擇、環(huán)境保護、安全技術(shù)與勞動保護等，匯總編制設(shè)計說明書，編制分析儀器說明，協(xié)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(shù)經(jīng)濟，協(xié)助分析確定環(huán)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(xué)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位。近年來，隨著甲醇下屬產(chǎn)品的開發(fā)，特別是甲醇燃料的推廣應(yīng)用，甲醇的需求大幅度上升。為了滿足經(jīng)濟發(fā)展對甲醇的需求，開展了此20萬t/a的甲醇項目。設(shè)計的主要內(nèi)容是進行工藝論證，物料衡算和熱量衡算等。本設(shè)計本著符合國情、技術(shù)先進和易得、經(jīng)濟、環(huán)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(wèi)生。關(guān)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(jié)：概述 4 4 4 4第二節(jié)：甲醇合成方法 6第三節(jié)：甲醇的合成路線 6第四節(jié)：甲醇合成的目的 7第五節(jié)：設(shè)計的依據(jù) 7第六節(jié)：設(shè)計的指導(dǎo)思想 8第七節(jié)：設(shè)計的范圍，裝置組成及建設(shè)規(guī)模 8第八節(jié)：原料氣的規(guī)格 9第九節(jié)：產(chǎn)品質(zhì)量標準 9第二章: 甲醇合成工藝設(shè)計 10第一節(jié)．甲醇合成生產(chǎn)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 19第二節(jié):工藝計算 26一．物料衡算 26二．熱量衡算 34三．主要設(shè)備的計算和選型［21］ 37第三章:T址的選擇及平面面圖設(shè)計 46第四章:車間布置24］ 46一．廠房的整體布置設(shè)計 46 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(jié):公用工程 48第二節(jié):三廢處理 49設(shè)計結(jié)果評價 50致 謝 51參考文獻 52附表附圖：廠區(qū)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(jié)：概述甲醇俗稱木醇、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(fā)的液體，略帶酒精味；，(d420)，(空氣=1)，℃，℃，閃點（開杯）16℃，自燃點473℃，折射率(20℃)，表面張力（25℃），蒸氣壓（20℃），粘度（20℃）?s。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮類和大多數(shù)其他有機溶劑混溶。蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，％～﹪（體積比）。化學(xué)性質(zhì)較活潑，能發(fā)生氧化、酯化、羰基化等化學(xué)反應(yīng)。甲醇是重要有機化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料，廣泛應(yīng)用于精細化工，塑料，醫(yī)藥，林產(chǎn)品加工等領(lǐng)域。甲醇主要用于生產(chǎn)甲醛，消耗量要占到甲醇總產(chǎn)量的一半，甲醛則是生產(chǎn)各種合成樹脂不可少的原料。用甲醇作甲基化試劑可生產(chǎn)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(chǎn)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(nóng)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(yōu)于乙醇，可用于調(diào)制油漆。作為一種良好的萃取劑，甲醇在分析化學(xué)中可用于一些物質(zhì)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(huán)保的眾多優(yōu)點，替代汽油已經(jīng)成為車用燃料的發(fā)展方向之一；另外燃料級甲醇用于供熱和發(fā)電，也可達到環(huán)保要求。甲醇還可經(jīng)生物發(fā)酵生成甲醇蛋白，富含維生素和蛋白質(zhì)，具有營養(yǎng)價值高而成本低的優(yōu)點，用作飼料添加劑，有著廣闊的應(yīng)用前景。甲醇是醇類中最簡單的一元醇。，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(tài)甲醇，絕大多數(shù)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(xiàn)了甲醇的工業(yè)化生產(chǎn)，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(fā)了低壓法工藝，接著又開發(fā)了中壓法工藝。1971年德國的Lurgi公司相繼開發(fā)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(shè)和單系列反應(yīng)器生產(chǎn)能力方面具有明顯的優(yōu)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(xué)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(chǎn)成本低的顯著優(yōu)點，尤其是LPMEOHTM工藝，采用漿態(tài)反應(yīng)器，特別適用于用現(xiàn)代氣流床煤氣化爐生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(yè)的基礎(chǔ)上開發(fā)了聯(lián)產(chǎn)法生產(chǎn)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(shù)。1995年12月，由化工部第八設(shè)計院和上?；ぴO(shè)計院聯(lián)合設(shè)計的200 kt/a甲醇生產(chǎn)裝置在上海太平洋化工公司順利投產(chǎn)，標志著我國甲醇生產(chǎn)技術(shù)向大型化和國產(chǎn)化邁出了新的一步。2000年，杭州林達公司開發(fā)了擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的JW低壓均溫甲醇合成塔技術(shù)［3］，打破長期來被ICI、Lurgi等國外少數(shù)公司所壟斷擁的局面，并在2004年獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎。2005年，該技術(shù)成功應(yīng)用于國內(nèi)首家焦爐氣制甲醇裝置上。合成甲醇的工業(yè)生產(chǎn)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(jīng)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(chǎn)甲醇（分高、中、低壓法），或與合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇（聯(lián)醇法）。將合成后的粗甲醇經(jīng)預(yù)精鎦脫除甲醚，再精鎦而得成品甲醇。自1923年開始工業(yè)化生產(chǎn)以來，甲醇合成的原料路線經(jīng)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(chǎn)流程被廣泛應(yīng)用；進入60年代以來，以重油為原料的甲醇裝置有所發(fā)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(fā)展煤炭潔凈利用技術(shù)的背景下，在很長一段時間內(nèi)煤是我國甲醇生產(chǎn)最重要的原料［4］。第二節(jié)：甲醇合成方法目前世界上合成甲醇的工業(yè)生產(chǎn)方法有美國卜內(nèi)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(xué)公司MGC低壓法，丹麥托普索公司節(jié)能型低壓法以及德國巴斯夫(BASF)公司的高壓法等。我國小規(guī)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(yōu)點是：能量消耗少，操作費用低，產(chǎn)品純度高，設(shè)備費用低，故新建廠大多采用低壓法。國內(nèi)低壓法已經(jīng)投入生產(chǎn)，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(xiàn)工業(yè)化的甲醇生產(chǎn)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(yè)上廣泛采用的合成甲醇的方法。其工藝過程為：脫硫、轉(zhuǎn)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(chǎn)能力的工廠均能使用離心式壓縮機，產(chǎn)品純度高，能充分利用反應(yīng)熱。(3)魯奇渣油聯(lián)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(jīng)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(shù)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(xué)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(jié)：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(zhuǎn)化為滿足甲醇合成條件的原料氣；第三步就是甲醇的合成，加溫到225℃后輸入列管式等溫反應(yīng)器，在XNC98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。第四節(jié)：甲醇合成的目的由于我國石油資源短缺，能源安全已經(jīng)成為不可回避的現(xiàn)實問題，尋求替代能源已成為我國經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵。甲醇作為石油的補充已成為現(xiàn)實，發(fā)展甲醇工業(yè)對我國經(jīng)濟發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。煤在世界化石能源儲量中占有很大比重（我國情況更是如此），而且煤制甲醇的合成技術(shù)很成熟。隨著石油和天然氣價格的迅速上漲，煤制甲醇更加具有優(yōu)勢。本設(shè)計遵循“工藝先進、技術(shù)可靠、配置科學(xué)、安全環(huán)?！钡脑瓌t；結(jié)合甲醇的性質(zhì)特征設(shè)計一座年產(chǎn)20萬噸煤制甲醇的生產(chǎn)車間。通過設(shè)計可以鞏固、深化和擴大所學(xué)基本知識，培養(yǎng)分析解決問題的能力；還可以培養(yǎng)創(chuàng)新精神，樹立良好的學(xué)術(shù)思想和工作作風。通過完成設(shè)計，可以知道甲醇的用途；基本掌握煤制甲醇的生產(chǎn)工藝；了解國內(nèi)外甲醇工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀；以及甲醇工業(yè)的發(fā)展趨勢。第五節(jié)：設(shè)計的依據(jù)《年產(chǎn)20萬噸甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計》任務(wù)書，見附件。1) 工藝流程資料參閱某化學(xué)工程公司的甲醇合成廠的工藝流程資料和參考由房鼎業(yè)主編的《甲醇工學(xué)》。2) 合成工段的工藝參數(shù)參閱某化學(xué)工程公司的甲醇合成廠的工藝參數(shù)資料。， MPa， MPa，入塔溫度225℃，出塔溫度255℃。第六節(jié)：設(shè)計的指導(dǎo)思想以設(shè)計任務(wù)書為基礎(chǔ)，適應(yīng)我國甲醇工業(yè)發(fā)展的需要。加強理論聯(lián)系實際，擴大知識面；培養(yǎng)獨立思考、獨立工作的能力。整個設(shè)計應(yīng)貫徹節(jié)省基建投資，充分重視技術(shù)進步，降低工程造價，節(jié)能環(huán)保等思想，設(shè)計生產(chǎn)高質(zhì)量甲醇產(chǎn)品。第七節(jié)：設(shè)計的范圍，裝置組成及建設(shè)規(guī)模1..設(shè)計的范圍1) 年產(chǎn)20萬噸甲醇生產(chǎn)工藝流程的設(shè)計2) 物料衡算、熱量衡算3) 主要生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計計算與選型4) 環(huán)保措施5) 編寫設(shè)計說明書6) 繪制設(shè)計圖紙設(shè)計重點：工藝流程的設(shè)計，工藝計算，合成塔設(shè)計計算與選型2..裝置組成1)設(shè)生產(chǎn)車間3個壓縮車間：壓縮甲醇。合成車間：甲醇合成。精餾車間：甲醇精餾和甲醇貯罐區(qū)。2） 設(shè)輔助車間3個控制室，配電室，維修室。生產(chǎn)能力：年產(chǎn)20萬噸甲醇，年開工日為300天。工作制度：合成車間日工作小時為24小時，每日3班輪流替換，每班8小時連續(xù)生產(chǎn)，共4個班。廠址選擇該廠建設(shè)在某煤礦附近，計劃占地約140畝；廠房基建部分由某工程設(shè)計院設(shè)計。第八節(jié)：原料氣的規(guī)格原料氣的組成：一氧化碳14%；二氧化碳13%；氫氣69%；氮氣1%；甲烷3%。 第九節(jié)：產(chǎn)品質(zhì)量標準本產(chǎn)品（精甲醇）執(zhí)行國家《GB338—92》標準，具體指標見下表表1 甲醇《GB338—92》項 目指標優(yōu)等品一等品合格品色度（鉑—鈷），號 ≤510密度（200C），g/cm3～～溫度范圍(0℃,101325Pa)，℃沸程（177。），℃ ≤高錳酸鉀試驗，min ≥503020水溶性試驗澄清水分含量，% ≤酸度（以HCOOH計），% ≤或堿度（以NH3計），% ≤羰基化合物含量（以CH2O計），% ≤蒸發(fā)殘渣含量，% ≤第二章: 甲醇合成工藝設(shè)計第一節(jié)．甲醇合成生產(chǎn)方法選擇（工藝操作條件的確定與論證「1）一．操作溫度甲醇合成催化床層的操作溫度主要是由催化劑的活性溫度區(qū)決定的。操作溫度的控制同樣是一個操作費用的控制問題，在設(shè)計中，需要延長催化劑的使用壽命，防止催化劑的迅速老化和活性衰減速度加快。一般而言，在催化劑