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年产20万吨甲醇精馏工艺设计
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  • 年产20万吨甲醇精馏工艺设计化工设计课程(小设计)任务分配


    四组
    姓名 任务描述 签字


    郭蒿
    (在校) 组织协调各人员的分工,确定设计思想和原则,
    确定厂址选择、环境保护、安全技术与劳动保护
    等,汇总编制设计说明书,编制分析仪器说明,
    协助绘制PID图,绘制电子版工程图


    李海红 负责绘制PFD(工艺流程图)、PID(管道及仪表流
    程图)、主要设备总装图, 检测、控制点仪表,绘
    制车间规划及设备的平立面布置、绘制平立面布
    置图



    郭丽荣
    (在校) 负责甲醇合成系统的设计计算,工艺流程的物料
    衡算及能量衡算,编制合成系统的物流表,确定
    原料消耗及消耗量计算,投资估算及技术经济,
    负责论文


    张成
    确定厂址选择、环境保护、安全技术与劳动保护
    等,汇总编制设计说明书,编制分析仪器说明,
    协助绘制PID图

    马奔 负责绘制PFD(工艺流程图)、PID(管道及仪表流
    程图)、,确定原料消耗及消耗量计算,投资估算
    及技术经济,协助分析确定环境保护的工作



    摘要

    甲醇是一种极重要的有机化工原料,也是一种燃料,是碳一化学的基础产品,在国民经济中占有十分重要的地位。近年来,随着甲醇下属产品的开发,特别是甲醇燃料的推广应用,甲醇的需求大幅度上升。为了满足经济发展对甲醇的需求,开展了此20万t/a的甲醇项目。设计的主要内容是进行工艺论证,物料衡算和热量衡算等。本设计本着符合国情、技术先进和易得、经济、环保的原则,采用煤炭为原料;利用GSP气化工艺造气;NHD净化工艺净化合成气体;低压下利用列管均温合成塔合成甲醇;三塔精馏工艺精制甲醇;此外严格控制三废的排放,充分利用废热,降低能耗,保证人员安全与卫生。

    关键词:甲醇、合成、精馏。











    目录
    第一章 甲醇合成的基本概念 4
    第一节:概述 4
    一.甲醇性质 4
    二.甲醇用途 4
    三.甲醇生产工艺的发展 4
    第二节:甲醇合成方法 6
    第三节:甲醇的合成路线 6
    第四节:甲醇合成的目的 7
    第五节:设计的依据 7
    第六节:设计的指导思想 8
    第七节:设计的范围,装置组成及建设规模 8
    第八节:原料气的规格 9
    第九节:产品质量标准 9
    第二章: 甲醇合成工艺设计 10
    第一节.甲醇合成生产方法选择(工艺操作条件的确定与论证「1) 10
    一.操作温度 10
    二.操作压力 10
    三.气体组成 11
    四.空速 11
    五.甲醇的精馏 11
    六.甲醇合成塔的选择「9」 16
    七.催化剂的选用 19
    第二节:工艺计算 26
    一.物料衡算 26
    二.热量衡算 34
    三.主要设备的计算和选型[21] 37
    第三章:T址的选择及平面面图设计 46
    第四章:车间布置24] 46
    一.厂房的整体布置设计 46
    二.合成车间设备布置的设计 46
    第五章:管道的布置 47
    第六章:公用工程及三废处理 48
    第一节:公用工程 48
    第二节:三废处理 49
    设计结果评价 50
    致 谢 51
    参考文献 52
    附表
    附图:
    厂区布置图
    车间布置图
    管道布置图
    带控制点工艺流程图
    合成氨工艺流程图











    第一章 甲醇合成的基本概念
    第一节:概述
    一.甲醇性质
    甲醇俗称木醇、木精,英文名为methanol,分子式CH3OH。是一种无色、透明、易燃、有毒、易挥发的液体,略带酒精味;分子量32.04,相对密度0.7914(d420),蒸气相对密度1.11(空气=1),熔点-97.8℃,沸点64.7℃,闪点(开杯)16℃,自燃点473℃,折射率(20℃)1.3287,表面张力(25℃)45.05mN/m,蒸气压(20℃)12.265kPa,粘度(20℃)0.5945mPa•s。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮类和大多数其他有机溶剂混溶。蒸气与空气形成爆炸性混合物,爆炸极限6.0%~36.5﹪(体积比)。化学性质较活泼,能发生氧化、酯化、羰基化等化学反应。
    二.甲醇用途
    甲醇是重要有机化工原料和优质燃料,广泛应用于精细化工,塑料,医药,林产品加工等领域。甲醇主要用于生产甲醛,消耗量要占到甲醇总产量的一半,甲醛则是生产各种合成树脂不可少的原料。用甲醇作甲基化试剂可生产丙烯酸甲酯、对苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等;甲醇羰基化可生产醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有机合成中间体,它们是制造各种染料、药品、农药、炸药、香料、喷漆的原料,目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重视。甲醇也是一种重要的有机溶剂,其溶解性能优于乙醇,可用于调制油漆。作为一种良好的萃取剂,甲醇在分析化学中可用于一些物质的分离。甲醇还是一种很有前景的清洁能源,甲醇燃料以其安全、廉价、燃烧充分,利用率高、环保的众多优点,替代汽油已经成为车用燃料的发展方向之一;另外燃料级甲醇用于供热和发电,也可达到环保要求。甲醇还可经生物发酵生成甲醇蛋白,富含维生素和蛋白质,具有营养价值高而成本低的优点,用作饲料添加剂,有着广阔的应用前景。
    三.甲醇生产工艺的发展
    甲醇是醇类中最简单的一元醇。1661年英国化学家R.波义耳首先在木材干馏后的液体产物中发现甲醇,故甲醇俗称木精、木醇。在自然界只有某些树叶或果实中含有少量的游离态甲醇,绝大多数以酯或醚的形式存在。1857年法国的M·贝特洛在实验室用一氯甲烷在碱性溶液中水解也制得了甲醇。
    1923年德国BASF公司首先用合成气在高压下实现了甲醇的工业化生产,直到1965年,这种高压法工艺是合成甲醇的唯一方法。1966年英国ICI公司开发了低压法工艺,接着又开发了中压法工艺。1971年德国的Lurgi公司相继开发了适用于天然气-渣油为原料的低压法工艺。由于低压法比高压法在能耗、装置建设和单系列反应器生产能力方面具有明显的优越性,所以从70年代中期起,国外新建装置大多采用低压法工艺。世界上典型的甲醇合成工艺主要有ICI工艺、Lurgi工艺和三菱瓦斯化学公司(MCC)工艺[1] 。目前,国外的液相甲醇合成新工艺[2]具有投资省、热效率高、生产成本低的显著优点,尤其是LPMEOHTM工艺,采用浆态反应器,特别适用于用现代气流床煤气化炉生产的低H2/(CO+CO2)比的原料气,在价格上能够与天然气原料竞争。
    我国的甲醇生产始于1957年,50年代在吉林、兰州和太原等地建成了以煤或焦炭为原料来生产甲醇的装置。60年代建成了一批中小型装置,并在合成氨工业的基础上开发了联产法生产甲醇的工艺。70年代四川维尼纶厂引进了一套以乙炔尾气为原料的95 kt/a低压法装置,采用英国ICI技术。1995年12月,由化工部第八设计院和上海化工设计院联合设计的200 kt/a甲醇生产装置在上海太平洋化工公司顺利投产,标志着我国甲醇生产技术向大型化和国产化迈出了新的一步。2000年,杭州林达公司开发了拥有完全自主知识产权的JW低压均温甲醇合成塔技术[3],打破长期来被ICI、Lurgi等国外少数公司所垄断拥的局面,并在2004年获得国家技术发明二等奖。2005年,该技术成功应用于国内首家焦炉气制甲醇装置上。
    四.甲醇生产原料
    合成甲醇的工业生产是以固体(如煤、焦炭)、液体(如原油、重油、轻油)或气体(如天然气及其它可燃性气体)为原料,经造气、净化(脱硫)变换,除二氧化碳,配制成一定配比的合成气。在不同的催化剂存在下,选用不同的工艺条件可单产甲醇(分高、中、低压法),或与合成氨联产甲醇(联醇法)。将合成后的粗甲醇经预精镏脱除甲醚,再精镏而得成品甲醇。
    自1923年开始工业化生产以来,甲醇合成的原料路线经历了很大变化。20世纪50年代以前多以煤和焦碳为原料;50年代以后,以天然气为原料的甲醇生产流程被广泛应用;进入60年代以来,以重油为原料的甲醇装置有所发展。对于我国,从资源背景看,煤炭储量远大于石油、天然气储量,随着石油资源紧缺、油价上涨,因此在大力发展煤炭洁净利用技术的背景下,在很长一段时间内煤是我国甲醇生产最重要的原料[4]。
    第二节:甲醇合成方法
    目前世界上合成甲醇的工业生产方法有美国卜内门(ICI)公司的低压和中压法,德国鲁奇(Lur—gi)公司的低压和中压法,日本三菱瓦斯化学公司MGC低压法,丹麦托普索公司节能型低压法以及德国巴斯夫(BASF)公司的高压法等。我国小规模装置主要采用高压法,引进装置则采用低压法。其中川维引进ICI法,齐鲁引进鲁奇法。与高压法比较低压法的优点是:能量消耗少,操作费用低,产品纯度高,设备费用低,故新建厂大多采用低压法。国内低压法已经投入生产,并对催化剂进行了研究,已取得了好的进展。
    (1)德国巴斯夫公司的高压法这是最先实现工业化的甲醇生产工艺,由于其操作条件苛刻,能耗大,成本高,所以已逐步被中、低压法工艺所取代。
    (2)ICI低压法这是目前工业上广泛采用的合成甲醇的方法。其工艺过程为:脱硫、转化、压缩、合成、精馏。特点:在采用不同原料时开车简单,操作可靠,并且不同生产能力的工厂均能使用离心式压缩机,产品纯度高,能充分利用反应热。
    (3)鲁奇渣油联醇法,我国山东齐鲁石化公司引进此方法。特点:热利用率高,在能量利用方面经济效果大。目前低压法合成甲醇工艺中,鲁奇法和ICI法在技术上比较成熟。
    (4)中压法(ICI)公司、丹麦托普索公司、日本三菱瓦斯化学公司都有成功的方法,中压法与低压法相比,工艺过程相同,但在投资和综合指标上都要略高一点。
    第三节:甲醇的合成路线
    甲醇合成
    合成气净化
    煤制合成气
    甲醇精馏
    图1 合成甲醇的简单工艺流程
    首先是采用GSP气化工艺将原料煤气化为合成气;然后通过变换和NHD脱硫脱碳工艺将合成气转化为满足甲醇合成条件的原料气;第三步就是甲醇的合成,将原料气加压到5.14Mpa,加温到225℃后输入列管式等温反应器,在XNC-98型催化剂的作用下合成甲醇,生成的粗甲醇送入精馏塔精馏,得到精甲醇。然后利用三塔精馏工艺将粗甲醇精制得到精甲醇。...
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