【正文】 以下就是本廠的廠區(qū)布置圖。 工藝車間統(tǒng)一建在整個廠的最北面，并按各個流程以一字排開，這樣可以即可以保證整個工藝流程的連續(xù)性，也可使各個物料的運輸達到最方便、簡單的程度。 廠區(qū)布置 從寧波的四季風向來看，夏季盛行東南風，冬季盛行 西北風，所以整個廠區(qū)布置的車間布置也依據(jù)這一點來制定的。 而且寧波化工園區(qū)有良好的環(huán)保政策，寧波港擁有完善的液體化學品碼頭與倉儲設施。而且寧波港與海外港口的交通發(fā)達，所以甲醇產(chǎn)品出口也是有可行性的。寧波交通發(fā)達，生產(chǎn)的甲醇運輸?shù)絿鴥?nèi)甲醇消費量 大的地區(qū)是十分方便的。 除了煤炭資源，寧波的水資源也相對比較充足，化工廠附近都有大小的河流，每年的降雨量也十分可觀。 1 季度國有企業(yè)進口煤 萬噸，增長 倍，占同期進口總量的 %。進口煤炭全部以一般貿(mào)易方式進口。進口均價 美元 /噸，小幅下跌 %。現(xiàn)在，寧波港與秦皇島港每年煤炭運輸量達到近 800 萬噸。自 20xx 年起，秦皇島每年輸出煤炭超過一億噸，并以較大的幅度逐年遞增。而且由于寧波是海港城市，自 20xx 年起秦皇島海事局與寧波海事局簽署了《建立保障電煤運輸船舶安全合作機械協(xié)議書》。夏天盛行東南風，冬天盛行西北風。寧波屬亞熱帶季風氣候，溫和濕潤，四季分明，年平均氣溫 ℃，平均氣溫以七月份最高，為 ℃，一月份最低，為 ℃。至 30176。北緯 28176。至 122176。 寧波位于我國海岸線中段，浙江寧紹平原東端，即東經(jīng) 120176。一方面寧波是沿海地區(qū)的發(fā)達地區(qū)，交通十分發(fā)達，不管是公路 還是鐵路，與煤炭源產(chǎn)地都有十分方便的交通網(wǎng)絡；另一方面是寧波的北侖港也是十分發(fā)達的港口，生產(chǎn)的甲醇產(chǎn)品可以方面遠銷海外。 （ 4）甲醇精餾 甲醇精餾采用三塔精餾工藝。 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 26 （ 3）甲醇合成和壓縮 甲醇合成壓力為 ，甲醇合成塔暫按管殼式甲醇合成塔編制。 （ 2） CO制備 推薦采用深冷法部分冷凝工藝。 為煤氣化配套的空分裝置，采用 1 套制氧能力為 65000 Nm3/h 的空分系列，推薦液氧泵內(nèi)壓縮流程。 推薦的工藝技術、來源及引進范圍 通過對甲醇生產(chǎn)工藝技術的比較分析，本項目確定選擇以下工藝技術： （ 1）煤氣化 殼牌煤氣化工藝和 GSP 粉煤氣化工藝均可以作為本項目的備選氣化工藝，現(xiàn)階段本項目暫按 GSP 粉煤氣化工藝編制。三塔流程產(chǎn)品純度高，能耗只有兩塔流程的 60～ 70%，而投資只比其高 15%左右，對于大型裝置多采用三塔流程，而兩塔流程則適合中、小型裝置。三塔流程由于采用雙效精餾，因而降低了冷卻水和熱能的消耗，但設備投資較高且操作相對較復雜。其比較如下表所示。本項目甲醇合成塔暫按管殼式甲醇合成塔編制。 總之，上述各種合成塔都有工業(yè)化裝置的業(yè)績，各有優(yōu)缺點，技術上都是成熟的。軸徑向合成塔的生產(chǎn)能力取決于塔的高度，合成塔過高造成催化劑裝 卸困難。 軸徑向合成塔的缺點是催化劑筐需要更換，催化劑裝卸復雜。由于床層阻力降的明顯減少（比 ICI 軸向型塔減少 24%），所以可增加合成塔高度和減少壁厚，可選用高徑比的塔，以降低造價。 （ 5） Casale 軸徑向混合流合成塔 Casale 開發(fā)的大型軸徑向甲醇合成塔的主要結構特點： —— 環(huán)形的催化劑床頂端不封閉，側壁不開孔，造成催化劑床層上部氣流的軸向流動 —— 床層主要部分氣流為徑向流動； —— 催化劑筐的外壁開有不同分布 的孔 ,以保證氣流分布； —— 各段床層底部封閉，反應后氣體經(jīng)中心管流入合成塔外的換熱器 ,回收熱量。 —— 單系列生產(chǎn)能力大。 —— 熱量回收好。 Topsoe 公司的絕熱式甲醇合成塔與多段激冷式合成塔相比有以下特點： —— 較高的單程轉化率。 —— 反應過程按最佳溫度線進行。 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 24 —— 床層與冷管之間的傳熱效率也很高，每噸甲醇能產(chǎn)生 1 噸多蒸汽（在給水預熱的條件下）。冷卻管吸收反應放出的熱量發(fā)生蒸汽， 根據(jù)反應的放熱速率和移熱速率，合理選擇冷卻管的數(shù)量和間距，則使反應過程按最佳溫度線進行。該反應器由外筒、催化劑筐以及許多垂直的沸水管，即反應器的冷卻管組成。 —— 整個合成回路（包括循環(huán)壓縮機、熱交換器等）的投資減少近 40%。 —— 熱量回收效率高，減少了冷卻成本。 與單個管殼式合成塔工藝相比，兩段等溫甲醇合成工藝有以下特點： —— 與單臺反應塔相比，第一反應器尺寸減少了約 50%。中國國內(nèi)列管型或絕熱 — 列管型合成塔也屬此類。 —— 催化劑時空產(chǎn)率不高，用量較大。 —— 不能回收甲醇合成產(chǎn)生的高位熱能，合成回路循環(huán)氣量大。 —— 甲醇合成塔設備結構簡單，催化劑裝卸方便。近年來，在原來的基礎上，對冷激式合成塔進行了大量、多方面的改進和完善，陸續(xù)推出了一系年產(chǎn) 20 萬噸甲醇項目可行性研究 23 列冷激式合成塔的改進型。英國 ICI 公司甲醇合成塔屬于這種形式。甲醇合成塔是 核心設備，目前先進的合成塔主要有以下幾種： （ 1）多段冷激式甲醇合成塔 多段冷激式甲醇合成塔是采用固定床 4 段冷激式絕熱軸向流動的甲醇合成塔。結合本項目的情況，甲醇合成選用 低壓法工藝。 目前世界上甲醇生產(chǎn)主要采用低壓法（ 5～ 10Mpa），七十年代后國外新建的大中型甲醇裝置全部采用低壓法，低壓法是大規(guī)模甲醇工業(yè)化裝置的發(fā)展主流。本項目推薦采用深冷法分離 CO，而部分冷凝和甲烷洗工藝均可以同時得到高純度的 CO 和氫氣，應此兩種工藝均可以采用，最終采用那種工藝將根據(jù)專利費和設備的報價的情況決定，在本項目中暫按部分冷凝工藝進行編制。 本項目為醋酸裝置制取 CO，要求 CO 的純度為 98%以上，而富氫氣可返回甲醇合成系統(tǒng)。 甲烷洗工藝使利用低溫下甲烷對 CO溶解力強的特點，在洗滌塔中用液態(tài)甲烷洗滌原料氣中的 CO，再通過精餾得到高純度的 CO 和氫氣。 ★深冷分離法 深冷分離法制取 CO有兩種方法，即部分冷凝法和甲烷洗法。該法具有吸收溶液穩(wěn)定性好、選擇性高、 CO 收率和純度高、操作條件溫和等優(yōu)點，但缺點是對原料氣中雜質要求苛刻，如原料氣中含有 H2O、 0H2S 及氨時，易與吸收溶液發(fā)生分解反應，使溶液吸收能力下降，反應常生成 HCl，使設備腐蝕；如含有不飽和烴，則與吸收溶液反應生成聚合物，堵塞管道。 ★ COSORB 法 COSORB 法的吸收溶液是將氯化亞銅和氯化鋁溶于甲苯溶液中制成的。再用另一套裝置回收 CO，其純度可大于 96％，回收率約為 70％。另外在原料氣中 CO濃度較低時，采用變壓吸附法不經(jīng)濟。 ★變壓吸附法（ PSA 法） 變壓吸附法是一種較新的 CO 分離工藝，目前在工業(yè)上已得到 廣泛采用，利用變壓吸附法可以分離 H O CO CO 等氣體。 ★銅氨液法 銅氨液法是利用含有亞銅離子和碳酸（或醋酸）的氨水溶液為吸收劑，在常溫及 10Mpa 下，吸收混合氣中的 CO。只需設置低溫甲醇洗裝置一段吸收系統(tǒng)，在脫硫的同時脫除二氧化碳氣體，與甲醇裝置低溫甲醇洗工序用同一套再生系統(tǒng)。 （ 1）酸性氣體脫除 由于自煤氣化裝置來的合成氣中含有 H2S、 COS 和二氧化碳氣體，因此在分離CO 前需對氣體進行酸性氣體脫除。 三種氣化工藝比較如下： 表 殼牌、德士古和 GSP 煤氣化工藝比較 [5] 序號 工藝名稱 殼 牌 德士古 GSP 1 氣化工藝 氣流床、液態(tài)排渣 氣流床、液態(tài)排渣 氣流床、液態(tài)排渣 2 適用煤種 褐煤、煙煤、石油焦 各種煙煤、石 油焦 褐煤、煙煤、石油焦 3 氣化壓力 MPa 常用 4 氣化溫度 ℃ 14001600 13001400 14001600 5 氣化劑 氧 氧 氧 6 進料方式 干煤粉 6065%水煤漿 干煤粉 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 20 序號 工藝名稱 殼 牌 德士古 GSP 7 單爐最大投煤量 t/d 5000 20xx 720 8 氧氣消耗 ( 每km3CO+H2) 330360 380430 330340 9 碳轉化率 % 99 9598 99 10 冷煤氣效率 % 7883 7076 7883 11 煤氣中 CO+H2 % 90 80 90 12 總熱效率 % 98（廢鍋流程） 9095 90（激冷流程） 13 操作彈性 % 50130 70110 50130 14 對環(huán)境影響 低 較低 低 15 工藝技術先進性和可靠性 先進 較先進 先進 16 工藝技術可靠性 一般 高 一般 17 投資比較 高 較低 較低 18 設備國產(chǎn)化程度 較低，引進氣化爐內(nèi)件 高，引進燒嘴、煤漿泵 較低，引進氣化爐 19 制造、安裝周期、工程實施難度 難度大 難度小 難度較小 20 開車運行經(jīng)驗 經(jīng)驗少 經(jīng)驗豐富 經(jīng)驗少 21 達標達產(chǎn)時間 預計較長 短 預計較短 從以上三種氣化工藝的特點可以看出，殼牌和 GSP 均屬于粉煤氣化工藝，與德士古水煤漿氣化工藝相比，在煤種適應性、氧氣消耗、碳轉化率、熱效率等方面占有一定的優(yōu)勢，但在技術的可靠性、投資、國產(chǎn)化、工程實施、生產(chǎn)經(jīng)驗等方面不如德士古氣化工藝 [5]。氣化爐的結構較為復雜，需引進，國產(chǎn)化程度較低。 氣化污水少，有害組分低，容易處理，可達標排放。氣化爐的開停車比較靈活，所需時間比較短。 ★熱效率高，冷煤氣效率為 78%83%，其余 15%20%熱能可通過副產(chǎn)蒸汽進行回收，總氣化熱效率約為 98%。 ★已投入運行的氣化爐壓力為 ，單爐日處理煤 720 噸。 ★ GSP 氣化工藝的氣化溫度為 14001600℃，碳轉化率可達 99%以上，甲烷含量低，煤氣中有效組分（ CO+H2）達 90%以上，煤的消耗低。目前該技術屬年產(chǎn) 20 萬噸甲醇項目可行性研究 19 于未來能源公司 GmbHF。 （ 3）未來能源 GSP 干煤粉氣化工藝 GSP 工藝技術于上世紀 70 年代末由前民主德國的德意志燃料研究所開發(fā)，目的是用高灰分褐煤生產(chǎn)民用煤氣。 ★目前世界上僅有一套用于發(fā)電的 Shell 氣化爐在運行， Shell 氣化爐用于化工生產(chǎn)尚無先例，因此，開車運行經(jīng)驗少，可靠性有待驗證。 ★國產(chǎn)化程度較低，投資較高。系統(tǒng)排出的融渣和飛灰含碳低，可作為水泥等建筑材料，堆放時也無污染物滲出。 ★對環(huán)境影響小。 ★熱效率高。 ★每臺氣化爐設有 4～ 6 個燒嘴，對生產(chǎn)負荷調節(jié)更為靈活。水冷壁設計壽命按 25 年考慮。配套空分裝置規(guī)模相對縮小，投資也可相應降低。 ★氧耗低。 ★氣化溫度高，一般在 1400～ 1600℃，碳轉化率高達 99%。殼牌粉煤氣化工藝具有如下特點： ★采用干煤粉作氣化原料，煤粉用惰氣輸送，操作十分安全。 ★由于國內(nèi)已經(jīng)完全掌握了 Texaco 氣化工藝，積累了大量的經(jīng)驗，因此設備制造、安裝和工程實施周期短，開車運行經(jīng)驗豐富，達標達產(chǎn)時間短。 ★國產(chǎn)化程度高，投資較低。氣化過程不產(chǎn)生焦油、萘、酚等污染物，故廢水治理簡單，易達到排放指標。由于水煤漿中含有 35～ 40%水分，因而氧氣用量較大。碳轉化率 95～ 98%。 ★合成氣質量較好。氣化爐為專門設計的熱壁爐，為維持 1350～ 1400℃溫度下反應，燃燒室內(nèi)由多層特種耐火磚砌筑。 ★氣化技術成熟。 ★氣化壓力高。國內(nèi)引進的渭河、魯南、上海焦化、淮南四套裝置，現(xiàn)均已投運， Texaco 水煤漿氣化工藝具有如下特點： ★對煤種有一定適應性。 根據(jù)本工程的特點，煤氣化工藝在 Texaco 工藝、 Shell 工藝和 GSP 工藝中選擇。 GSP 工藝技術采用氣化爐頂干粉加料與反應室周圍水冷壁結構，是較為先進的氣化技術。 Shell 公司的 SCGP 工藝是粉煤加壓氣化工藝，是近年發(fā)展起來的先進煤氣化工藝之一，已成功地用于聯(lián)合循環(huán)發(fā) 電工廠的商業(yè)運營。 目前國際上先進的煤氣化工藝技術主要是 Shell 公司的 SCGP 粉煤加壓氣化工藝、美國德士古公司的水煤漿加壓氣化工藝和德國未來能源公司的 GSP 粉煤加壓氣化工藝。而空分、 壓縮和氫回收屬于成熟的成套工藝包 , 直接選用即可。甲醇合成的含水粗甲醇最后精制得產(chǎn)品甲醇。由于煤制甲醇碳多氫少 ,必需從合成弛放氣中回收氫來降低煤耗和能耗。相應的煤制甲醇生產(chǎn)工藝主要包括造氣、凈化、合成和精制四個工藝流程。 通過以上分析，本項目甲醇裝置建設規(guī)模為 20 萬噸 /年，已經(jīng)達到經(jīng)濟規(guī)模，將成為國內(nèi)較大的甲醇裝置之一 。 目前國內(nèi)大型甲醇裝置的規(guī)模多數(shù)在 10～ 20 萬噸 /年之間， 以煤為原料甲醇的單套最大規(guī)模為 20萬噸 /年，裝置規(guī)模小，競爭力差。若建在資源地（如中東或南美等），并且市場銷售面向世界各地，則甲醇裝置規(guī)模在 100 萬噸 /年 左右是經(jīng)濟的。 甲醇裝置的大型化可以降低單位甲醇產(chǎn)品的投資費用和財務費用，從而降低甲醇的生產(chǎn)成本。 進入九十年代，隨著中東、南美等地區(qū)大規(guī)模天然氣田的開發(fā)，豐富廉價的天然 氣資源使得世界的甲醇生產(chǎn)向中東和南美等地區(qū)集中，供應著世界很多地區(qū)甲醇產(chǎn)品的需求，因此甲醇裝置的規(guī)模不斷加大，新建裝置的規(guī)模大多數(shù)已經(jīng)增長到60～ 80 萬噸 /年，最