【正文】 擬 48 50 52第5章 附屬設(shè)備的選擇 53 53 54 56 56 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 59 60 62 64參考文獻(xiàn) 67后記及其他 68附圖1 69附圖2 70 II第1章 總 論 概述目前，甲醇在有機(jī)合成工業(yè)中，是僅次于烯烴和芳烴的重要基礎(chǔ)有機(jī)原料。隨著技術(shù)的發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的改變，甲醇又開辟了許多新的用途。甲醇用途廣泛，是基礎(chǔ)的有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。醫(yī)藥的重要原料之一。甲醇是容易輸送的清潔燃料，可以單獨(dú)或與汽油混合作為汽車燃料，用它作為汽油添加劑可起節(jié)約芳烴，提高辛烷值的作用，汽車制造也將成為耗用甲醇的巨大部門，甲醇的消費(fèi)已超過其傳統(tǒng)用途，潛在的耗用量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其化工用途，滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。 國內(nèi)外現(xiàn)狀我國目前甲醇的產(chǎn)量還較低，但今年來發(fā)展速度較快，近五年來甲醇的生產(chǎn)規(guī)模有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。我國甲醇工業(yè)無疑將迅速發(fā)展起來。這些都影響成本。根據(jù)這樣的裝置格局，業(yè)內(nèi)普遍估計(jì)，目前我國甲醇生產(chǎn)成本大約在1400元~1800元/噸（約200美元/噸）。這對(duì)產(chǎn)能規(guī)模小、單位產(chǎn)能投資較高的國內(nèi)大部分甲醇生產(chǎn)企業(yè)來講會(huì)壓力劇增。目前國際上最大規(guī)模的甲醇裝置產(chǎn)能已達(dá)到170萬噸/年。國外企業(yè)裝置規(guī)模大，公用設(shè)施分?jǐn)偼顿Y就少，且采用天然氣路線，單位產(chǎn)能投資大幅下降，成本競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)。不僅如此，國外大型甲醇裝置多以天然氣為原料，采用天然氣兩段轉(zhuǎn)化或自熱轉(zhuǎn)化技術(shù)，包括德國魯奇公司、丹麥托普索公司、英國卜內(nèi)門化工公司和日本三菱公司等企業(yè)的技術(shù)。盡管近年來國際市場(chǎng)天然氣價(jià)格也在上漲，但國外甲醇生產(chǎn)企業(yè)依靠長期供應(yīng)協(xié)議將價(jià)格影響因素降至最低。同時(shí)近年來煤炭價(jià)格的大幅度上漲對(duì)本來還具有一定成本優(yōu)勢(shì)的煤基甲醇產(chǎn)生較大影響，再加上煤基甲醇大多建在西部地區(qū)，運(yùn)輸費(fèi)用較高。國外大型甲醇裝置集中投產(chǎn)后，傳統(tǒng)的銷售渠道無法消化驟然增多的甲醇?，F(xiàn)實(shí)是：國外甲醇生產(chǎn)規(guī)模大，技術(shù)先進(jìn)，管理嚴(yán)格，能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；國內(nèi)大甲醇裝置的產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到國際水平，但許多小甲醇或聯(lián)醇裝置產(chǎn)品質(zhì)量尚不穩(wěn)定。以天然氣為原料生產(chǎn)的甲醇每噸產(chǎn)品能耗約為40吉焦，耗天然氣900～1150立方米，耗水16～20噸。而國外大型甲醇裝置基本都以天然氣為原料，并且每噸產(chǎn)品能耗只有25～30吉焦，耗天然氣760～920立方米，耗水10～15噸。而國外以天然氣為原料的大型甲醇裝置，基本屬于清潔生產(chǎn)，對(duì)環(huán)境影響較小，環(huán)保投入也相應(yīng)較小。西部甲醇運(yùn)到華東和華南地區(qū)需鐵路或公路的長途運(yùn)輸，運(yùn)輸費(fèi)用最高達(dá)400元/噸（約55美元/噸）。而大甲醇裝置集中的中東和中南美洲地區(qū)，同時(shí)也是世界上天然氣資源最為豐富的地區(qū)，資源地和甲醇生產(chǎn)裝置與沿海地區(qū)距離較近，生產(chǎn)裝置緊靠甲醇裝運(yùn)碼頭，甲醇產(chǎn)品全部采用海路運(yùn)輸，運(yùn)輸方便。而且，在物流方面，即使條件好的國內(nèi)甲醇企業(yè)也僅有廠內(nèi)儲(chǔ)運(yùn)和鐵路裝運(yùn)設(shè)施，國內(nèi)目前還沒有全國性更沒有世界性的甲醇中轉(zhuǎn)運(yùn)輸基地，沒有甲醇大型專用運(yùn)輸工具。如果談到國內(nèi)甲醇生產(chǎn)的后天不足，業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為主要是目前國內(nèi)甲醇裝置建設(shè)大多是獨(dú)資企業(yè)，少有合資合作。而國外甲醇裝置大多為合資合作建設(shè)與運(yùn)營。這樣便能有效解決融資問題，降低資金成本和投資風(fēng)險(xiǎn)，并在技術(shù)、原料供應(yīng)和產(chǎn)品銷售等方面得到保證，最大限度地優(yōu)化各種生產(chǎn)要素，提高項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)力。 產(chǎn)品性質(zhì)與特點(diǎn)甲醇是一種無色、透明、易燃、易揮發(fā)的有毒液體，略有酒精氣味。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮、鹵代烴和許多其他有機(jī)溶劑相混溶，遇熱、明火或氧化劑易燃燒。甲醇化學(xué)性質(zhì)較活潑，具有脂肪族伯醇的一般性質(zhì)，能發(fā)生氧化、酯化、羰基化等化學(xué)反應(yīng)，其連有羥基的碳原子上的三個(gè)氫原子均可被一一氧化，或脫氫生成甲醛，再氧化成甲酸，甲酸氧化的最終產(chǎn)物是二氧化碳和水。試劑甲醇常密封保存在棕色瓶中置于較冷處。甲醇的健康危害主要是對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉作用；對(duì)視神經(jīng)和視網(wǎng)膜有特殊選擇作用，引起病變；可致代謝性酸中毒。甲醇工業(yè)廢水經(jīng)處理才能排放，處理后的甲醇允許含量不應(yīng)大于200mg/L。包裝容器應(yīng)有“易燃液體”、“有毒品”等危險(xiǎn)品標(biāo)志。其分離的原理如下：對(duì)于由沸點(diǎn)不同的組分組成的混合液，加熱到一定溫度，使其部分氣化，并將氣相與液相分離。若將氣相混合蒸汽再部分冷凝下來，將冷凝液再加熱到一定溫度，使其部分氣化，并將氣相與液相分離，則所得氣相冷凝液中的低沸點(diǎn)組分又高于原氣相冷凝液。道最后制得接近純態(tài)的低沸點(diǎn)組分。主要產(chǎn)品工業(yè)甲醇符合標(biāo)準(zhǔn)為GB33892，年生產(chǎn)時(shí)間為330天，年生產(chǎn)能力為30萬噸甲醇。 設(shè)計(jì)規(guī)模 以粗甲醇為生產(chǎn)原料，以物理方法，利用各組沸點(diǎn)的原理，并且多次運(yùn)用汽化和部分冷凝的方法，將粗甲醇中的水、副產(chǎn)品和少量雜質(zhì)除去，產(chǎn)出最終產(chǎn)品精甲醇。甲醇精餾裝置設(shè)計(jì)年運(yùn)行為330天。(20℃)，℃，℃，℃，℃，(100mmHg ℃)，%%(體積)。），℃ ≤高錳酸鉀試驗(yàn)，min ≥503020水溶性試驗(yàn)澄清水分含量，% ≤酸度（以HCOOH計(jì)），% ≤或堿度（以NH3計(jì)），% ≤羰基化合物含量（以CH2O計(jì)），% ≤蒸發(fā)殘?jiān)浚? ≤6第2章 設(shè)計(jì)方案 工藝原理典型的精餾設(shè)備是連續(xù)精餾裝置，包括精餾塔、冷凝器、再沸器等，如圖所示。連續(xù)精餾操作中，原料液連續(xù)送到精餾塔內(nèi)，同時(shí)從塔頂和塔底連續(xù)得到產(chǎn)品（餾出液、釜底液），所以是一種定態(tài)操作過程。雙塔精餾工藝技術(shù)由于具有投資少、建設(shè)周期短、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，被我國眾多中、小甲醇生產(chǎn)企業(yè)所采用。帶有高錳酸鉀反應(yīng)的精餾工藝技術(shù)僅在單醇生產(chǎn)中用鋅鉻為催化劑的產(chǎn)品中有應(yīng)用。三塔精餾工藝技術(shù)是為減少甲醇在精餾中的損耗和提高熱利用率，而開發(fā)的一種先進(jìn)、高效和能耗較低的工藝流程。，即采用了單塔流程精制粗甲醇，由于粗甲醇中不僅還原性雜質(zhì)的含量大大減少，而且二甲醚的含量幾十倍的降低，因此在取消化學(xué)凈化的同時(shí)，甚至可將預(yù)精餾及甲醇—水—重組分的分離在一臺(tái)主精餾塔內(nèi)同時(shí)進(jìn)行，即所謂單塔流程，就能獲得一般工業(yè)上所需的精甲醇。但是對(duì)精甲醇的關(guān)鍵性質(zhì)量——高錳酸鉀有嚴(yán)格要求時(shí)，往往用單塔流程精制粗甲醇不容易達(dá)到，則認(rèn)為預(yù)精餾的作用是不可忽略的。國內(nèi)中、小甲醇廠大部分都選用雙塔精餾工藝傳統(tǒng)的主、預(yù)精餾塔幾乎都選用板式結(jié)構(gòu)。來自合成工段含醇90%的粗甲醇，經(jīng)減壓進(jìn)入粗甲醇貯槽。甲醇的精餾分2個(gè)階段：；后進(jìn)入主精餾塔，進(jìn)一步把高沸點(diǎn)的重餾分雜質(zhì)脫除，主要是水、異丁基油等。該工藝具有流程簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，操作方便，一次投資少的特點(diǎn)。隨著生產(chǎn)的強(qiáng)化，不僅消耗大幅度上升，而且殘液中的甲醇含量也大大超過了工藝指標(biāo)。 甲醇三塔精餾工藝技術(shù)是為了減少甲醇在精餾過程中的損耗，提高甲醇的收率和產(chǎn)品質(zhì)量而設(shè)計(jì)的。在該溫度下，幾乎所有的低沸點(diǎn)餾分都為氣相，不造成冷凝回流。作為一般要求的精甲醇經(jīng)加壓精餾塔后就可以達(dá)到合格的質(zhì)量。生產(chǎn)中加壓塔和常壓塔同時(shí)采出精甲醇，常壓塔的再沸器熱量由加壓塔的塔頂氣提供，不需要外加熱源。節(jié)能效果顯著，特別適合較大規(guī)模的精甲醇生產(chǎn)。三塔精餾與雙塔精餾在流程上的區(qū)別在于三塔精餾采用了2臺(tái)主精餾塔(其中1臺(tái)是加壓塔)和1臺(tái)常壓塔，較雙塔流程多1臺(tái)加壓塔。（2）蒸汽消耗。（3）產(chǎn)品質(zhì)量。（4）設(shè)備投資。（5）操作方面。表21 雙塔精餾與三塔精餾的投資與操作費(fèi)用比較表項(xiàng)目雙塔精餾三塔精餾生產(chǎn)規(guī)模t/a105105投資100100100113129操作費(fèi)用1001001006471能耗10010010060注：投資、操作費(fèi)用、能耗為相對(duì)數(shù)通過上述比較可知，雖然三塔精餾技術(shù)的一次性投入要比雙塔精餾高出20%~30%,但是從能源消耗、精甲醇質(zhì)量上都要優(yōu)于雙塔精餾，特別是能耗低的優(yōu)點(diǎn)十分突出。而雙塔精餾技術(shù)僅在生產(chǎn)規(guī)模低于5萬t/ a時(shí)具有一定得優(yōu)勢(shì)。精餾塔市粗甲醇精餾工序的關(guān)鍵設(shè)備，它直接制約著生產(chǎn)裝置的產(chǎn)品質(zhì)量、消耗、生產(chǎn)能力及對(duì)環(huán)境的影響。目前常用的精餾塔主要有四種塔型：泡罩塔，浮閥塔，填料塔和新型垂直篩板塔。該類型塔塔板效率高，操作彈性大，塔阻力小，但單位面積的生產(chǎn)能力低，設(shè)備體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資較大。（2）浮閥塔 浮閥塔的塔板結(jié)構(gòu)與泡罩相似，致使浮閥代替了泡罩及其伸氣管。但浮閥易損壞，維修費(fèi)用高，安裝要求高。（3）填料塔 填料塔是在塔內(nèi)裝填新型高效填料，如不銹鋼網(wǎng)波紋填料，每米填料相當(dāng)5塊以上的理論板。該塔生產(chǎn)能力大，壓降小，分離效果好，結(jié)果簡(jiǎn)單，維修量極小，相對(duì)投資較小，是目前使用較多的塔型之一。該塔傳質(zhì)效率高，傳質(zhì)空間利用率好，處理能力大，操作彈性大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，投資小，板液面梯度小，液面橫向混合好無流動(dòng)傳質(zhì)死區(qū)。來自甲醇合成裝置的粗甲醇（40℃，），通過預(yù)塔進(jìn)料泵（P0101A,B），經(jīng)粗甲醇預(yù)熱器加熱至65℃，進(jìn)入預(yù)精餾塔（T010101），預(yù)塔再沸器（E0104），低沸點(diǎn)的雜質(zhì)如二甲醚等從塔頂排出，冷卻分離出水后作為燃料；回收的甲醇液通過預(yù)塔回流泵（P0102A,B）作為該塔回流液。加壓精餾塔（T0102）塔底釜液（，125℃）進(jìn)入常壓精餾塔（T0103），進(jìn)一步精餾。常壓精餾塔（T0103）頂部排出精甲醇?xì)猓ǎ?7℃），經(jīng)常壓塔冷凝冷卻器（E0103）冷凝冷卻后一部分回流到常壓精餾塔（T0103），另一部分打到精甲醇計(jì)量槽（V0105A，B）內(nèi)貯存。為防止粗甲醇中含有的甲酸、二氧化碳腐蝕設(shè)備，在預(yù)塔進(jìn)料泵（P0101A，B）后的粗甲醇溶液中配入適量的燒堿溶液，用來調(diào)節(jié)粗甲醇溶液的PH值。由常壓精餾塔（T0103）底部排出的精餾殘液經(jīng)廢水冷卻器冷卻至40℃后，由廢水泵送到生化處理裝置。精甲醇貯槽為兩臺(tái)10000m3的固定頂貯罐，貯存量按15天產(chǎn)量計(jì)。甲醇裝卸棧臺(tái)共設(shè)有12臺(tái)火車鶴管和6臺(tái)汽車鶴管，根據(jù)精甲醇泵的能力，至少有三臺(tái)槽車同時(shí)裝料。物料衡算可以按需要，圍繞整個(gè)生產(chǎn)過程、生產(chǎn)過程的某一部分、單元操作、反應(yīng)過程、設(shè)備的某一部分或設(shè)備的微分單元進(jìn)行，這種為進(jìn)行物料衡算所取的生產(chǎn)過程中某一空間范圍稱為控制體。 物料衡算年產(chǎn)30萬噸精甲醇，%，%。粗甲醇總量：300000%/(33024%)=%，質(zhì)量為：%=%，質(zhì)量：%=%，質(zhì)量：%=%，質(zhì)量：%=%，質(zhì)量：%=計(jì)算結(jié)果如表34所示表34 運(yùn)算結(jié)果組分 甲醇 二甲醚 異丁醇 高級(jí)醇 水 合計(jì)流量kg/h 含量% 100(1)預(yù)塔物料衡算預(yù)塔：堿液入料：濃度為2%時(shí)，,則消耗NaOH濃度為92%的流量：92%= 折合成2% 軟水入料：為精甲醇的36%計(jì)算 ：36%=初溜物以入塔粗甲醇2%計(jì)：2%=877 kg/h預(yù)塔進(jìn)料如表35所示。(2)主塔和常壓塔物料衡算主塔：進(jìn)料：加壓塔：預(yù)后出甲醇：常壓塔：2/3=出料： 加壓塔和常壓塔的采出量之比為：2:1，常壓塔釜液含量甲醇1%加壓塔：塔頂精甲醇料量：2/3=塔釜：1/3+++=常壓塔：塔頂精甲醇量：1/399%= 塔釜：甲醇：1/31%=水： kg/h 堿 ：高沸物： 總物料衡算表表36 預(yù)塔物料衡算表組分進(jìn)料kg/h餾出液kg/h釜液kg/h甲醇水和軟水堿液二甲醚0異丁醇高級(jí)醇合計(jì)表 37 加壓塔物料衡算表組分進(jìn)料液kg/h餾出液kg/h釜底液kg/h甲醇?jí)A液水高沸物合計(jì)表 38 常壓塔物料衡算表組分進(jìn)料液kg/h