年產(chǎn)20萬(wàn)噸甲醇精餾工藝設(shè)計(jì)
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- 年產(chǎn)20萬(wàn)噸甲醇精餾工藝設(shè)計(jì)化工設(shè)計(jì)課程（小設(shè)計(jì)）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(jì)思想和原則，
確定廠址選擇、環(huán)境保護(hù)、安全技術(shù)與勞動(dòng)保護(hù)
等，匯總編制設(shè)計(jì)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(fù)責(zé)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(cè)、控制點(diǎn)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(fù)責(zé)甲醇合成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)算，投資估算及技術(shù)經(jīng)濟(jì)，
負(fù)責(zé)論文
張成
確定廠址選擇、環(huán)境保護(hù)、安全技術(shù)與勞動(dòng)保護(hù)
等，匯總編制設(shè)計(jì)說明書，編制分析儀器說明，
協(xié)助繪制PID圖
馬奔 負(fù)責(zé)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(jì)算，投資估算
及技術(shù)經(jīng)濟(jì)，協(xié)助分析確定環(huán)境保護(hù)的工作
摘要
甲醇是一種極重要的有機(jī)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(guó)民經(jīng)濟(jì)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(jì)發(fā)展對(duì)甲醇的需求，開展了此20萬(wàn)t/a的甲醇項(xiàng)目。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是進(jìn)行工藝論證，物料衡算和熱量衡算等。本設(shè)計(jì)本著符合國(guó)情、技術(shù)先進(jìn)和易得、經(jīng)濟(jì)、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(yán)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
一.甲醇性質(zhì) 4
二.甲醇用途 4
三.甲醇生產(chǎn)工藝的發(fā)展 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(jì)的依據(jù) 7
第六節(jié)：設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想 8
第七節(jié)：設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn) 9
第二章: 甲醇合成工藝設(shè)計(jì) 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
七.催化劑的選用 19
第二節(jié):工藝計(jì)算 26
一．物料衡算 26
二．熱量衡算 34
三．主要設(shè)備的計(jì)算和選型［21］ 37
第三章:T址的選擇及平面面圖設(shè)計(jì) 46
第四章:車間布置24］ 46
一．廠房的整體布置設(shè)計(jì) 46
二.合成車間設(shè)備布置的設(shè)計(jì) 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(jì)結(jié)果評(píng)價(jià) 50
致 謝 51
參考文獻(xiàn) 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(diǎn)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
一.甲醇性質(zhì)
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；分子量32.04，相對(duì)密度0.7914(d420)，蒸氣相對(duì)密度1.11(空氣=1)，熔點(diǎn)-97.8℃，沸點(diǎn)64.7℃，閃點(diǎn)（開杯）16℃，自燃點(diǎn)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(shù)其他有機(jī)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）。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)。
二.甲醇用途
甲醇是重要有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料，廣泛應(yīng)用于精細(xì)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(duì)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(jī)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(jī)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(jià)、燃燒充分，利用率高、環(huán)保的眾多優(yōu)點(diǎn)，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(jí)甲醇用于供熱和發(fā)電，也可達(dá)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值高而成本低的優(yōu)點(diǎn)，用作飼料添加劑，有著廣闊的應(yīng)用前景。
三.甲醇生產(chǎn)工藝的發(fā)展
甲醇是醇類中最簡(jiǎn)單的一元醇。1661年英國(guó)化學(xué)家R.波義耳首先在木材干餾后的液體產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)甲醇，故甲醇俗稱木精、木醇。在自然界只有某些樹葉或果實(shí)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(guó)的M·貝特洛在實(shí)驗(yàn)室用一氯甲烷在堿性溶液中水解也制得了甲醇。
1923年德國(guó)BASF公司首先用合成氣在高壓下實(shí)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(diǎn)，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(jià)格上能夠與天然氣原料競(jìng)爭(zhēng)。
我國(guó)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(jìn)了一套以乙炔尾氣為原料的95 kt/a低壓法裝置，采用英國(guó)ICI技術(shù)。1995年12月，由化工部第八設(shè)計(jì)院和上�；ぴO(shè)計(jì)院聯(lián)合設(shè)計(jì)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(biāo)志著我國(guó)甲醇生產(chǎn)技術(shù)向大型化和國(guó)產(chǎn)化邁出了新的一步。2000年，杭州林達(dá)公司開發(fā)了擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的JW低壓均溫甲醇合成塔技術(shù)［3］，打破長(zhǎng)期來被ICI、Lurgi等國(guó)外少數(shù)公司所壟斷擁的局面，并在2004年獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。2005年，該技術(shù)成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)首家焦?fàn)t氣制甲醇裝置上。
四.甲醇生產(chǎn)原料
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(jì)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(jìn)入60年代以來，以重油為原料的甲醇裝置有所發(fā)展。對(duì)于我國(guó)，從資源背景看，煤炭?jī)?chǔ)量遠(yuǎn)大于石油、天然氣儲(chǔ)量，隨著石油資源緊缺、油價(jià)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(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)煤是我國(guó)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(guó)卜內(nèi)門(ICI)公司的低壓和中壓法，德國(guó)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(guó)巴斯夫(BASF)公司的高壓法等。我國(guó)小規(guī)模裝置主要采用高壓法，引進(jìn)裝置則采用低壓法。其中川維引進(jìn)ICI法，齊魯引進(jìn)魯奇法。與高壓法比較低壓法的優(yōu)點(diǎn)是：能量消耗少，操作費(fèi)用低，產(chǎn)品純度高，設(shè)備費(fèi)用低，故新建廠大多采用低壓法。國(guó)內(nèi)低壓法已經(jīng)投入生產(chǎn)，并對(duì)催化劑進(jìn)行了研究，已取得了好的進(jìn)展。
(1)德國(guó)巴斯夫公司的高壓法這是最先實(shí)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(diǎn)：在采用不同原料時(shí)開車簡(jiǎn)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(jī)，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(guó)山東齊魯石化公司引進(jìn)此方法。特點(diǎn)：熱利用率高，在能量利用方面經(jīng)濟(jì)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(biāo)上都要略高一點(diǎn)。
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(jiǎn)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，將原料氣加壓到5.14Mpa，加溫到225℃后輸入列管式等溫反應(yīng)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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