年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计可行性报告.doc

年产年产 2020 万吨甲醇项目可行性报告万吨甲醇项目可行性报告 1 年产年产20万吨甲醇项目可行性报告万吨甲醇项目可行性报告 年产年产 2020 万吨甲醇项目可行性报告万吨甲醇项目可行性报告 2 目录目录 第一章绪论2 第一节、甲醇合成的基本概念.2 一、甲醇性质.2 二、甲醇用途.2 三、甲醇生产工艺的发展.3 四、甲醇生产原料.3 第二节、甲醇的合成方法.4 第三节、设计的目的和意义.5 第四节、 设计的依据.5 一、邢台职业技术学院资源与环境工程系 2011 届课程设计选题.5 二、 设计的基础资料.5 三、设计的指导思想.5 第二章、甲醇合成工艺流程的设计6 第一节、甲醇合成塔的选择6 第二节、催化剂的选用.7 一、甲醇合成催化剂.7 第三节、合成工序工艺操作条件的确定与论证.10 第四节、粗甲醇的精馏.11 第五节、精馏塔的选择.15 第六节、生产工艺参数.15 第七节、甲醇合成工艺流程的设计.16 第三章、甲醇合成的工艺计算 .16 第一节、物料衡算.17 一、精馏工段.17 二、合成工段.19 三、新鲜气的计算.20 年产年产 2020 万吨甲醇项目可行性报告万吨甲醇项目可行性报告 3 四、循环气气量的确定.20 五、入塔气和出塔气组成.20 第二节、能量衡算.20 一、 q1 入塔热的计算（q1 = cm t ）.21 二、出塔热的计算.22 三、反应热的计算.22 四、损失热的计算.23 第三节、 主要设备的计算和选型.24 一、 合成段工艺计算和设备选型.24 二、 精馏段工艺计算和设备选型.25 （1） 、 传热设备的选型依据.26 （2） 、 换热器和冷凝器计算结果和选型.27 （3） 、 再沸器计算结果和选型.29 （4） 、 预塔计算结果和选型.30 （5） 、 预塔和加压塔间离心泵的计算和选型.32 （6） 、加压塔计算结果和选型.34 （7） 、常压塔计算结果和选型.37 （8） 、甲醇储罐的计算和选型.38 第四章、厂址的选择及总平面图设计 39 第一节、厂址的选择.39 一、原料来源.39 二、周围环境及交通.39 三、地势条件.41 四、气候条件.41 五、 水文条件.42 第五章、车间规划及布置说明 .43 第一节、 合成车间设备平面布置.43 第二节、 精馏车间设备布置.43 第三节、 分厂总平面布置.44 年产年产 2020 万吨甲醇项目可行性报告万吨甲醇项目可行性报告 4 第六章、公用工程及环境保护 .45 第一节、公用工程.45 一、水电和汽的来源.45 二、精甲醇的运输装卸和贮存.45 三、自控仪表.45 第二节、安全卫生.45 一、车间有毒气体最高允许浓度及保证不超标的措施.45 二、一氧化碳中毒的症状、急救及预防措施.46 三、甲醇中毒症状和急救.46 四、中毒症状.46 五、急救处理.46 第三节、三废处理.46 一、甲醇生产对环境的污染.47 二、处理方法.47 第七章、设计结果评价48 参考文献49 年产年产 2020 万吨甲醇项目可行性报告万吨甲醇项目可行性报告 5 设计任务书设计任务书 一、 设计目标 为某化工总厂设计一个 20 万吨/年合成甲醇分厂。 二、 设计基础条件 1、 原料规格： 来自总厂造气分厂的净化合成气，压强 3.5mpa，温度 313.15k，组成为 组份coco2h2n2ch4 摩尔分率28.23.267.80.50.3 2、 产品规格： 达到国家标准（gb 388-85）一级品质量标准，分厂生产控制指标为 组份ch3oh醛、酮总量水分 摩尔分率0.9993.0 蒸汽冷凝水0.51.5 盐水1.02.0 根据 (5-3) m qmcpt qmcpt qkat 热热热 冷冷冷 其中q为热负荷，m为流体的质量流率，cp为比热容，k为传热系数，a为传热面积 在计算中，校正系数在0.81.0之间，为了保证一定的换热裕度，在这次的选型计算中，校正 系数都取=0.8 (5-4) 1221 ln 12 21 ()() ln tttt t tt tt 因此lnmtt 由化工工艺手册查得传热系数的估计值取 加热时 2 0 =200w/mck 冷却时 2 0 =500w/mck 并且假设在冷凝过程中只有甲醇和水发生相变化 相变焓的数值如下： 甲醇相变焓为1129kg/mol，水的相变焓为2258.4kg/mol 根据软件模拟的物性数据和传热计算公式和经验值，我们进行了换热设备的简捷计算，为了 保证设备能够达到应有的换热效果，在估算时，我们在最后确定了一定的传热面积的裕度，这里 换热器的裕度为15%，冷凝器的裕度为30%，再沸器裕度也为30%。 （2） 、 换热器和冷凝器计算结果和选型 计算过程中得到的参数和计算结果用下表表示： 表 3.9 换热器和冷凝器参数和计算结果 年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 31 明细单位进料换热器预塔冷凝器加压塔冷凝器常压塔冷凝器 f流体kmol/h2108.5596117.53808.42092.9 f冷凝kmol/h083.92897.31594.6 w脱盐水kg/h20648.325430402.78382090612.041947768.595 f脱盐水kmol/h1147.12921689.0435116145.113452653.8108 t1流体进 0c 11462.1114.764.7 t2流体出 0c 10446.9114.664.4 t1水进 0c 75303030 t2水出 0c 65414241 a理论m254.639451.3035927.68431057.2381 a 估算m264.281673.29071325.2633常 压塔再沸器 双效作用 1510.3401 根据上面的计算得到的换热面积和流体性质（高压流体，带腐蚀性且含有不凝性气体） ，查化 工工艺手册可以得到以下设备类型候选 进料换热器 e1 的型号为 fa500-67.6-50-4 表 3.10 fa500-67.6-50-4 参数表 外壳直径d/mm500管子尺寸/mm19 公称压强p/mpa60管长l/m6 公称面积/m2676管数nt192 管程数np4管中心距t/mm25 管子排列方式正三角形中心排管 10 重量kg3086 预压塔冷凝器 c1 的型号为 fla600-80.7-50-4 表 3.11 fla600-80.7-50-4 参数表 外壳直径d/mm600管子尺寸/mm19 公称压强p/mpa60管长l/m4.5 公称面积/m2807管数nt308 管程数np4管中心距t/mm25 管子排列方式正三角形中心排管 14 重量kg4036 常压塔冷凝器 c2 的型号为 fla1200-764.2-60-2 年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 32 由于换热面积很大，所以采用两个换热器并联的方式 表 3.12 fla1200-764.2-60-2 参数表 外壳直径d/mm1200管子尺寸/mm19 公称压强p/mpa6.0管长l/m9 公称面积/m2764.2管数nt1452 管程数np2管中心距t/mm25 管子排列方式正三角形中心排管 28 重量kg20538 （3） 、 再沸器计算结果和选型 工业上优先考虑具有一系列突出优点和优良性能的立式热虹吸再沸器，立式热虹吸再沸器是 利用它的单相釜液与换热器传热管内热汽液混合物的密度差形成循环推动力，构成工艺物流在精 馏塔底与再沸器间的流动循环，这种再沸器具有传热系数高，结构紧凑，安装方便，占地面积小， 设备及运行费用低等显著优点。但是由于结构上的原因，壳程不能采用机械方法清洗，因此不宜 用于高粘度或较脏的加热介质。同时由于是立式安装，因而增加了塔的裙座高度。 对于换热面积大于 800m2 的，采用卧式热虹吸重沸器比较合适 再沸器的热流量可以一贯呈液体蒸发所需的热流量或以刻成蒸汽冷凝所释放的热流量为准。 由于我们采用中压蒸汽加热，所以加热介质不存在相态的改变，以釜液的相变热为基准进行计算。 因此可以得到计算结果表格如下： 表 3.13 再沸器选型参数 明细单位预塔再沸器加压塔再沸器常压塔再沸器双效作用 蒸发总量kg/h7684.336992550.878831238.529392905.1115 热负荷m-kj/h11.3886162.816169.7095104.7953 换热量m-kj/h11.3886162.816169.7095 塔釜压力kpa150.00590.00141.00 塔釜温度 0c 80.0127.7105.9 蒸汽温度 0c 180360114.7成品气出塔温度 蒸汽用量kg/h25783.654662.1总计80445.7 传热面积 2 m 81.9324622.62371392.8947 估算面积 2 m 102.42778.281500双效作用可适当 减小裕度 年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 33 根据上面的换热面积查手册可以得到如下选型 预塔再沸器 r1 采用立式热虹吸再沸器，所选的型号为 gch1200-60-110 表 3.14 gch1200-60-110 参数表 外壳直径d/mm1200管子尺寸/mm25 公称压强p/mpa6管长l/m2 公称面积/m2110管数nt505 管程数np6管中心距t/mm32 管子排列方式正三角形中心排管 27 壳程接管直径125管程接管直径350 重量kg4500 加压塔再沸器 r2 采用的型号为 ajs 1400-795-25-6 表 3.15 ajs 1400-795-25-6 参数表 外壳直径d/mm 1400 管子尺寸/mm 25 公称压强p/mpa16管长l/m 9 公称面积/m2 795 管数nt 1148 管程数np 6 管中心距t/mm 32 管子排列方式正三角形中心排管 33 壳程接管直径 125 管程接管直径 350 重量kg 29142 常压塔再沸器 r3 采用的型号为 ajs 1800-1645-16-6 表 3.16 ajs 1800-1645-16-6 参数表 外壳直径d/mm 1800 管子尺寸/mm 19 公称压强p/mpa16管长l/m 9 公称面积/m216475管数nt 3140 管程数np 6 管中心距t/mm 25 管子排列方式正三角形中心排管 28 壳程接管直径 125 管程接管直径 350 重量kg 45538 年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 34 （4） 、 预塔计算结果和选型 由于预塔仅起到脱除不凝性气体的作用，所以在这里我们采用的是圆盘形浮阀板式塔，它的 优点是操作稳定，设备投资少，操作弹性大，处理量多。综合了工业生产历史所给的数据和文献 参数，我们的预塔计划采用 f1 型（v-1 型）浮阀塔，由于轻阀泄漏量多，所以采用重阀（z） 。塔 板采 分块式的泡罩塔板。 0.5 0.5 0.022 1000 0.365 1.741.2 sl lv sv l f v 取板间距为 0.5thm 查图得到 200.06fc 可以算出液泛气速 0.50.5 20 1000 1.2 0.061.73/ 1.2 lv ff v ucm s 取液泛百分率为 80%，可以计算出气速 0.8 1.731.384/num s 气体所需流通面积 2 1.74 1.257 1.384 s n n v am u 选择单流型塔板，取堰长 0.7wld 由查图得到溢流管面积和塔板总面积之比为 0.088 ft tt aaan aa 2 1.257 1.379 1 0.0881 0.088 t an am 44 1.379 1.33 ta dm 将 d圆整到 d=1.4m 作为初选塔径 实际泛点百分率为 年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 35 1.24 0.717 1.73 n f u u 板间距重新选择为 0.45thm 塔的总体高度（不包括裙座）为 (2)dttfbhhns hshhh 1.5(4225) 0.455 0.60.8 1.522.55hm 因为预塔采用的是立式热虹吸再沸器长度约有 3m，所以我们采用的裙座高度为 3.2m 塔顶吊柱设比塔顶高 1.8m，则塔的总高位 22.55+3.2+1.8=27.85mh总= （5） 、 预塔和加压塔间离心泵的计算和选型 根据伯努力方程 离心泵的压头可以表达为 (5-5) 2 2 f u hh gg 式子中 21 pp zz ggg 2 2 24 8 2 fv l lud hq dgd g 3 -33 v 27.6614g/mol 277.8kmol/h=7684.34kg/h=2.13454kg/s 0.6820 0.3153 0.6820 791+0.3153 998=854.13kg/m q =q/ =2.31454854.13=2.5 10/ m q ms 甲醇乙醇 x=x= 假设离心泵进出口的流体不存在流速变化，则 2 0 2 u g 1 2 21 150.00kpa p579.33kpa (32241)0.451 0.63.75 p 3.75(579.33150)9.81854.133.8 p zm pp zm gg 选取 200 0.039 0.7520.55.26.413.6 dmm 所以离心泵压头为 3 3.85.34 103.81hm 年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 36 选用的型号可以确定为 is50-32-125 单级单吸离心泵 表 3.17 is50-32-125 单级单吸离心泵参数表 转速1450r/min流量7.5m3/h 扬程4.6m效率55% 功率0.55kw必须气蚀余量2.5m 质量 泵/底座32/38 （6） 、加压塔计算结果和选型 加压塔需要比较好的分离效果，根据工业的发展现状，金属丝网孔板波纹规整填料的填料精 馏塔应用比较广泛。 表 3.18 500 型（bx）填料的性质 波峰高6.3mm波距10.2mm 边长8.11mm比表面积500m2/m3 当量直径7.5mm空隙率90% 密度250140kg/m3 液体喷淋密 度 0.212m3/(m2/ h) hetp200mm理论级压降40pa 持液量4.2%分离高度34m f 因子 2.02.4m/s(kg/m3)0.5 干填料因子521m-1 每米填料为 35 个理论板，该填料操作弹性大，操作通量大 计算过程如下： 33 2897.3 32/1.277261.3m /21.46/svhms 33 3822.3 24/100091.7352m /0.0255/slhms 空塔气速为 0.31.5m/s 0.20.2 0.0270.027 10009.81 0.65/ 521 1 1.2 1 l f v g um s 年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 37 取液泛百分率为 70%，可以计算出 设计气速 0.7 0.650.455/um s 有效填料层高度为 32 310.67m 所需塔径 4421.46 /10.670.72 0.455 vs dm u 一般的填料塔的直径不超过 0.8m，因此，将加压塔改用 500 型（bx）填料进行填充 选择塔径为 d=0.8m 的填料塔，每米取 3 块金属丝网孔板波纹规整 500 型（bx）填料，人孔设置 4 个，塔的总体高度（不包括裙座）为 10.674 0.613.07hm 因为加压塔采用的是卧式热虹吸再沸器塔径约为 1.2m，所以我们采用的裙座高度为 3.2m 塔顶吊柱设比塔顶高 1.8m，则塔的总高位 13.07+3.2+1.8=18.07mh总= （7） 、常压塔计算结果和选型 填料操作弹性大，操作通量大 计算过程如下： 33 1702.4 18.3497/1.226032.11m /7.23/svhms 33 1594.6 32.0458 /100051.1m /0.0142/slhms 空塔气速为 0.31.5 /m s 0.20.2 0.0270.027 10009.81 0.65/ 521 1 1.2 1 l f v g um s 取液泛百分率为 70%，可以计算出 设计气速 0.7 0.650.455/um s 有效填料层高度为 42 410.5m 所需塔径 447.23 /10.50.427 0.455 vs dm u 将常压塔改用 500 型（bx）填料进行填充，选择塔径为 d=0.5m 的填料塔，每米取 4 块金属丝网孔 年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 38 板波纹规整 500 型（bx）填料，人孔设置 4 个，塔的总体高度（不包括裙座）为 10.54 0.612.9hm 因为加压塔采用的是卧式热虹吸再沸器塔径约为 1.8m，所以我们采用的裙座高度为 3.2m 塔顶吊柱设比塔顶高 1.8m，则塔的总高位 12.9+3.2+1.8=17.9mh总= （8） 、甲醇储罐的计算和选型 采用立式平底锥盖储罐，按照每 2 小时处理一次产品为标准，则产量为 1409.3972 2=2818.7944kmol/ 2818.7944 32.0589=90367.45kg/ 90367.45kg f w 3 次 次 v=(791 0. 9993+998 0. 0007)=114. 3m 如果采用 2 个储罐存放，则 3 0 v=114. 3 2=57. 1m 选取的型号为 r 22-10-1 表 3.19 r 22-10-1 参数表 公称容积 3 m 63计算容积 3 m 62.9 工作容积 3 m 59.0公称直径 mm3800 壁厚 mm8高度 mm5400 设备重量 kg5650 年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 39 第四章、厂址的选择及总平面图设计 第一节、厂址的选择 本设计小组设计总厂随甲醇合成分厂一同建于上海浦东张江高科技园区地段，建于川杨河一 侧，另一侧靠总厂内公路，分厂宽度 100m，长度 160m。 上海市张江高科技园区成立于 1992 年 7 月，位于浦东新区中部，规划面积 25 平方公里，分 为技术创新区、高科技产业区、科研教育区、生活区等功能小区。1999 年 8 月，上海市委、市政 府颁布了“聚焦张江”的战略决策，明确园区以集成电路、软件、生物医药为主导产业，集中体 现创新创业的主体功能。自此，张江园区步入了快速发展阶段。 该科技园区具有充实的人才资源、技术资源和物质资源，为厂区提供了基本完善的建厂条件。 一、原料来源 建厂于上海浦东张江高科技园区，可以充分利用该科技园区的化工资源，用于甲醇合成反应 的合成气由总厂供应，合成气来源于天然气、焦炉气、石油或煤等原料，利用张江高科的交通条 件，原料可以很方便的运送至总厂，原料的数量和质量应满足建厂要求。 二、周围环境及交通 厂区周围具有良好的卫生环境，厂区附近无有害气体、粉尘和其他扩散性的污染源，厂址不 设在有食品厂或制药厂的上游或附近。 该科技园区交通便利，运输快捷，为厂区提供有利的地理条件。其主要交线路图如下： 年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 40 (1)道路 园内与内环线相连，距南浦大桥 3.6 公里，距市中心人民广场 13 公里，距外滩商务区 9 公里， 经市区主干线可直达机场、港口、火车站、商业中心。园内北面的龙东大道是连接内环线和浦东 国际机场的重要通道，西面的罗南大道是连接内环线和外环线主干道路。 (2)机场 园内距虹桥机场 25 公里，距离浦东国际机场 21 公里。30 分钟左右的车程便可抵达两机场， 对于工厂的物资运输非常有利。 (3)港区 外高桥港区距园内 25 公里 ，距上集装箱码头 30 公里。航线性遍及国内外，覆盖面广且密集， 是中国最大的港口。 (4)火车 园内距上海火车站 17 公里。上海有一百多条客货线路，从上海火车可直达全国各主要城市级 香港特区。 (5)地铁 地铁二号线从虹桥机场途经张江到浦东国际机场，其中一期工程从张江高科技园区到中山公 年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 41 园，中途有世纪公园、东方路、陆家嘴、南京路、人民广场、静安寺等站并在人民广场与地铁一 号线交汇；中山公园站可换乘轻轨明珠线。为园内的出行带来了极大的便利。 以上的交通条件，为原料与产品的运输提供了极其便利的条件。 三、地势条件 地势应基本平坦，厂区标高应高出通常最高洪水水位和所靠河的最高水位，应能够保障排水 顺利。 (1)地理位置 上海位于北纬 31 度 14 分，东经 121 度 29 分，地处太平洋西岸，亚洲大陆东沿，长江三角洲 前缘，东濒东海，南临杭州湾，西接江苏、浙江两省，北界长江入海口，长江与东海在此连接。 上海正当我国南北弧形海岸线中部，交通便利，腹地广阔，地理位置优越，是一个良好的江海港 口。 (2)地势 上海境内除西南部有少数丘陵山脉外，全为坦荡低平的平原，是长江三角洲冲积平原的一部 分，平均海拔高度为 4 米左右。陆地地势总体呈现由东向西低微倾斜。大金山为上海境内最高点， 海拔高度 103.4 米。 四、气候条件 上海地处江海交汇的长江三角洲东部，位于东亚季风盛行的北亚热带地区，属于北亚热带季 风气候。 上海受冬夏季风进退的影响，常年 11 月至翌年 2 月盛行冬季西北风，气候寒冷干燥， 48 月盛行夏季东南风，暖热湿润，但 7、8 月间在西北太平洋副热带高压直接控制下，有时出 现西南风高温干燥天气；3 月和 9 月至 10 月的前期是季风转换的过渡季节，一般以东北风和东风 为主， 低温阴雨天气较多。 上海的主要气候特征：冬冷夏热， 四季分明，但冬季常有寒流；雨热同季， 降水充沛，但 变率较大；光温协调，日照较多， 但年际多变。据上海（18731994 ）年气象资料统计；全年 平均气温 15.5，以 1 月最冷，平均气温 3.4；7 月最热，平均气温 27.5。常年 4 月 1 日终 霜，11 月 16 日初霜， 平均无霜期 228 天，10以上活动积温 4934日，仅次于四川盆地及杭 州、安庆、武汉、 宜昌一线以南地区。全年降水总量平均为 1149.8 毫米，降水日数 131 天。4 月至 9 月平均各月雨量都在 100 毫米以上，这 6 个月的总雨量约占全年总量的 70。6 月和 9 月 是两个明显的多雨月份，月雨量都达到 150 毫米以上，分别是由梅雨和秋雨（包括热带气旋）造 成的；各月日照都在 150 小时以上，其中 7、8 两月高温伏旱期间的日照多，分别达 251 和 260 小 时。10 月气候凉爽，晴多雨少，昼夜温差较大。 概括地讲：上海地区的气候具有三个特征。 一、冬冷夏热、四季分明，但寒流常有 年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 42 二、雨热同季、降水充沛，但变率较大 三、光热协调、日照较多，但年际多变 综合分析，气候条件适合建厂，并且自然灾害也很罕见，建厂后也可稳定生产。 五、 水文条件 上海地区河湖众多，水网密布，水资源丰富，是著名的江南水乡，境内水域面积 697 平方公 里，相当于全市总面积的 11%。上海河网大多属黄浦江水系，主要有黄浦江及其支流苏州河、川 杨河、淀浦河等。黄浦江源自太湖，全长 113 公里，流经市区，江道宽度 300770 米，平均 360 米。终年不冻，是上海的水上交通要道。苏州河上海境内段长 54 公里，河道平均宽度 45 米。上 海的湖泊集中在与江、浙交界的西部洼地，最大湖泊为淀山湖，面积为 62 平方公里。 本厂建于川杨河以北一侧，位于张江高科技园区以南附近。 年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 43 第五章、车间规划及布置说明 第一节、 合成车间设备平面布置 车间布置是设计中重要环节，既要符合工艺要求，又要经济实用，合理布局。车间布局直接影响 到项目建设的投资，建设后的生产运转正常，设备维修和安全，以及各项经济指标的完成。所以 在进行车间布置要做到充分掌握有关资料，全面权衡，在布置时要做到深思熟虑，仔细推敲，以 取得一个最佳方案。 在我们甲醇 20 万吨/年合成车间中，车间厂房采用长方形厂房，因为属于中小型车间。优点是施 工方便，设备布置有较大灵活性，有利于今后的发展，有利于采光和通风。在合成图中，有三面 墙各开了一个门，可以方便通过。并且在朝南和朝北都设计了窗户，可以充分采光和空气流通， 给操作员工提供了良好环境。 图中采用柱网间距为 6 米，在整幢厂房内采用单种柱距，即 6 米。我们所设计的厂房为单程厂房， 在长度上设计了 5 个跨度，即 30 米。宽度上设计了 2 个跨度，即 12 米。在长边上各设计一个出 口，短边上有一个出口。 厂房的高度，主要由工艺设备布置要求所决定。 在我们设计的图中，采用室内布置，在生产中不需要经常操作的或用自动化仪表控制的设备，粗 甲醇储槽、闪蒸槽，甲醇合成器等由于高度等原因露出在外面。 在设备布置中满足工艺流程的顺序，保证水平方向同垂直方向的连续性。根据流程顺序，把粗甲 醇储槽、闪蒸槽、水冷换热器、甲醇分离器、脱盐水换热器、甲醇合成器、交换器、输送泵一一 布置安排。同时在厂房内设计一楼梯，起到观察设备运行情况等作用。在厂房内有辅助房间，以 厕所和物品储存室。 第二节、 精馏车间设备布置 在精馏车间设计中，考虑到厂房比较小，所以采用两个出口，长边和短边上各设置一个，同时为 了采光等因素，在 6 米柱之间各设置窗户，9 块大窗。在长边上设计 4 个跨度，即 24 米。宽度上 设计两个跨度，即 12 米。 各个设备按工艺流程顺序排列，预精馏塔、预热器、预塔再沸器、加压塔、加压塔再沸器、常压 塔、常压塔再沸器、储槽分别布置在厂房单元内。再者设计中，考虑各个设备之间的安全距离。 由于精馏操作中物料为液体，所以要设计多台泵，在图中用五台泵分别用来输送物料进出。考虑 到相同类型的设备布置在一起，所以把泵排列成一组，泵与泵之间设计安全距离 1500 毫米，为了 考虑泵的维修等因素，设置一排替换泵，当泵坏时，可以用替换泵，继续生产。泵组与泵组之间 的距离为 1250 毫米。 在图中所有的塔设备都采用立式设计。 预精馏塔、加压塔、常压塔用裙式支座直接安装于基础上， 年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 44 三个塔按流程布置，并前两个塔布置在一直线上，最后一塔稍稍偏离一点（下方有一直径颇大的 储罐） 。 第三节、 分厂总平面布置 总图设计主要进行化工厂平面布置，即按照工艺路线考虑生产车间或界区的布置，然后根据考虑 公用工程（水泵房、变电所）及辅助车间（机修车间、化验室、消防、环保、仓库等）和行政管 理建筑物等的布置。 工厂运输方式采用公路运输。厂房北侧是公路，南侧靠川杨河。公路运输方便，灵活性大，适应 性强。厂房合理划分厂区，分为压缩机车间、合成车间、综合楼、精馏车间及灌区。工厂区内要 保证环境，所以设计了树木同草地、花来该善厂区环境。 管廊布置先考虑工艺流程，来去管道做到最短、最省。管廊采用 u 型管廊，压缩机车间同合成车 间位于左面，综合楼位于 u 型中间，精馏车间位于右边。管廊高度根据要求设计成 5.5 米。在工 厂内设计一运输车停靠区，为运输车提供方便。 年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 45 第六章、公用工程及环境保护 第一节、公用工程 一、水电和汽的来源 水主要来自附近的自来水厂和地下水；电主要由煤气化后所得的原料气体，经过脱硫后发电 而来；汽主要由废热锅炉和甲醇合成塔所产生。 二、精甲醇的运输装卸和贮存 由甲醇精馏来的精甲醇贮存到精甲醇贮槽（v9101a，b）中。精甲醇贮槽为两台 10000m3 的固定顶 贮罐，贮存量按 15 天产量计。 当甲醇外运时，启动精甲醇泵（p9101a,b） ，将甲醇输送到甲醇装卸栈台，通过火车鹤管进入火车 槽车，通过汽车鹤管进入汽车槽车。 甲醇装卸栈台共设有 12 台火车鹤管和 6 台汽车鹤管，根据精甲醇泵（p9101a,b）的能力，至少有 三台槽车同时装料。 三、自控仪表 本设计采用一次仪表现场分散，二次仪表就地或部分集中控制方式。拟采用 dcs 控制系统，一次 仪表采用电 iii 型，dcs 系统设七个工作站，其中甲醇生产系统（包括造气、脱硫、变换、脱碳、 甲醇合成及甲醇精馏）五个工作站，公用工程两个工作站（水处理、锅炉工作站一个，总调度室 工作站一个） 。生产过程中主要工艺参数，工艺过程控制，工艺流程图等集中在各个工作站由 dcs 系统显示和控制，次要的参数及设定值，不需经常调整的参数，可采用就地显示和调节。 第二节、安全卫生 一、车间有毒气体最高允许浓度及保证不超标的措施 表 39 物质一氧化碳氨硫化氢甲醇氧化氮 二氧化硫 最高允许浓度 /（mg/m3） 30301050510 防止超标的措施： （1）消除跑冒滴漏，按无泄漏工厂标准进行设备和管道的管理，使泄漏率降到 2以下，力 争达到万分之五以下。 年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 46 （2）加强车间通风。 （3）按照有关安全技术规程的规定，定点、定期进行尘毒检测，有条件应设置毒物自动分析 报警装置，及时发现及时消除。 二、一氧化碳中毒的症状、急救及预防措施 一氧化碳中毒是侵入血液中的一氧化碳与血红蛋白结合，是血液失去携氧的能力，结果使全身组 织陷入缺氧的状态。表现为：轻度中毒头痛、心悸、恶心、呕吐、全身乏力、昏厥等症状体征， 重者昏迷、抽搐，甚至死亡。 急救方法如下： （1）迅速将中毒者撤离毒区，静卧在通风良好的地方，注意保暖。 （2）解开中毒者的衣领、裤带及一切不利于呼吸的物件，面部朝上，保证呼吸道畅通。 （3）对中毒较重者，应迅速报告医务人员给予吸氧，如呼吸停止要立即施行心脏挤压术。 预防措施：在生产场所中，应加强自然通风，防止输送管道和阀门漏气，有条件时，可用 co 自动 报警器。生产车间，应严格遵守操作规程，并宣传普及预防知识。进入 co 浓度较高的环境内，须 戴供氧式防毒面具进行操作。 三、甲醇中毒症状和急救 甲醇主要经呼吸道及消化道吸收，皮肤也可部分吸收，吸收后迅速分布于各组织器官，含量与 该组织器官的含水量成正比。其中毒机理主要为甲醇的氧化产物新生态甲醛或甲酸盐与细胞内的 蛋白质相结合所致 四、中毒症状 （1）轻度中毒时，病人可呈现醉酒状态，有头痛、头晕、乏力、兴奋、失眠、步态不稳等症 状。 （2）中度中毒者恶心、呕吐、腹痛、腹泻，可并发肝炎和胰腺炎，出现听幻觉、视幻觉、视 物模糊、四肢厥冷等症状。 （3）重度中毒者，可有面色苍白、发绀、呼吸和脉搏加快、出冷汗、意识模糊、谵妄、昏迷、 休克，最后因呼吸和循环衰竭而死亡。 （4）精神症状可有多疑、恐惧、狂躁、幻觉、淡漠、抑郁等。 五、急救处理 （1）口服中毒者，可用小苏打水或肥皂水灌服催吐，反复几次，彻底洗胃，并给予 05 硫酸 镁 60 毫升导泻。 （2）无论急性或慢性中毒都尽量不要让患者眼睛见光，如果甲醇溅入眼睛或皮肤，则应该用 大量清水冲洗。 年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 47 （3）吸入中毒者，应迅速撤离现场，移至空气新鲜、通风良好的地方，保持呼吸道的通畅。 必要时给予氧气和兴奋剂。 第三节、三废处理 一、甲醇生产对环境的污染 （1） 、废气 （1）甲醇膨胀槽出来的膨胀气，其中含有较多的一氧化碳和有机毒物。 （2）精馏时预塔顶排放出的不凝气体。 （3）其他如精馏塔顶还有少量含醇不凝性气体等。 （4）锅炉排放烟气，烟气中含粉。 （5）备煤系统中的煤的输送、破碎、筛分、干燥等过程中产生的粉尘。 （2） 、废水 （1）甲醇分离器排放的油水，各输送泵填料的漏液。 （2）甲醇生产中对水源污染最严重的是精馏塔底排放的残液。 （3）气化工段气液分离出来的含煤水。 （3） 、废渣 废渣主要来自气化炉炉底排渣及锅炉排渣，气化炉二旋排灰 二、处理方法 （1） 、废气处理 价醇精馏系统各塔排放的不凝性气体送去燃料气系统作燃料；甲醇膨胀槽排放的膨胀气也送去 燃料气系统；气提塔（t2001）排放的解析气送去气化系统火炬燃烧；脱硫工段的酸性气体去硫回 收系统；锅炉烟道气经高效旋风分离除去烟尘 85，后送至备煤系统回转干燥机，利用锅炉烟道 气余热加热原料回收余热后湿式除尘器二次除尘后，引风机送至烟囱排入大气；原料煤破碎、筛 分产生的粉尘，经布袋除尘后排入大气。 （2） 、废水处理 以有机物为主要污染物的废水，只要毒性没达到严重抑制作用，一般都可以用生物法处理，一 般认为生物方法是去除废水中有机物最经济最有效的方法，特别对于 bod 浓度高的有机废水更适 宜。本设计选用 a/o 生物处理法，即厌氧与好氧联合生物处理法，此法是近年来开发成功的、以 年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 48 深度处理高浓度有机污水的生化水处理工艺，其典型的工艺流程如下图所示： 甲醇污水上升式厌氧污泥过滤反应器混凝沉淀池 生物接触氧化塔二次沉淀池外排或回用 图 12 a/o 生化法处理甲醇工艺 a/o 法处理甲醇废水的优点主要表现在：该法既发挥了厌氧生化能处理高浓度有机污水的优点， 又避免了生物接触氧化法抗负荷冲击力弱的缺点，能够较为彻底地消解废水中的主要污染物甲醇， 基本上不需要更深程度的处理措施。 (3)、废渣处理 气化炉炉渣及锅炉渣，经过高温煅烧，含残炭很少，用于基建回填、铺路是很好的材料。 第七章、设计结果评价 经过一段时间以来的资料查询、文献搜索、设计整理，在老师的指导和同学的帮助下，我顺 利完成了本次设计。本设计按照指设计任务书来编写，工艺先进可行，节能环保，具有一定的成 本优势。设计中的机械设备经复核，符合标准。 同时，本设计在应用传统工艺的基础上，进行了一定的改进和创新： （1）煤气化工艺选用 gsp 工艺技术，其兼有 shell 和 texaco 的技术优点，代表着未来气流 床加压气化技术的发展方向。考虑到我国煤炭品种多，品质较差的实际情况，而 gsp 工艺技术对 煤种适应性广；虽然目前国内 gsp 应用相对要少，但由于其本身技术的优越性，故具有广阔的应 用前景。 （2）合成甲醇催化剂选用上，通过综合比较国内外各种常用催化剂，并本着技术先进投资节 省的原则，选用目前相对先进的四川天一科技股份有限公司研制的 xnc-98 型催化剂。xnc-98 催 化剂是一种高活性、高选择性，稳定性好的催化剂，与其他催化剂相比，具有优越的综合性能。 （3）气体净化时我采用 nhd 法脱硫脱碳。相对于传统的低温甲醇洗法， nhd 气体净化技术 是一种高效节能的脱硫脱碳工艺。具有吸收能力大，流程简单，净化度高，投资少，能耗低等优 点。是以煤为原料生产合成甲醇的一种经济合理的清洁生产技术。 （4）在“三废处理”中，根据实际情况，最大限度地回收利用，变废为宝。既符合环保要求， 还降低了生产综合成本。 本设计的一系列对传统工艺的改进使得其能量消耗大为减少，生产过程的稳定性和连续性大 为提高，符合现代工艺绿色高效生产的要求。 年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 49 在编写的过程中我对本设计说明书作了多次修改，但限于时间和水平，纰漏在所难免，恳请 老师们指正。 参考文献 1房鼎业, 姚佩芳, 朱炳晨. 甲醇生产技术及进展. 第 1 版. 华东化工学院出版社, 1990. 2王静康主编. 化工设计. 第一版. 化学工业出版社，1995. 3徐振刚, 宫月华，蒋晓林. csp 加压气流床气化技术及其在中国的应用前景j.洁净煤技术， 1998， （3）:1518. 4李大尚. gsp 技术是煤制合成气(或 h2)工艺的最佳选择j. 煤化工, 2005， （3）:16. 5曾纪龙. 大型煤制甲醇的气化与合成工艺选择. “2005 年中国碳一化下与洁净煤技术应用 (石河子)国际研讨会”摘要，第 7 期. 6fritz will. gsp 气化技术前景. “2005 年中国碳一化工与洁净煤技术应用(石河子)国际研 讨会”摘要，第 7 期. 7林民鸿, 张全文, 胡新田. nhd 法脱硫脱碳净化技术. 化学工业与工程技术，1995 年，第 3 期. 8李琼玖, 唐嗣荣, 顾子樵, 周述志, 赵沛华. 近代甲醇合成工艺与合成塔技术(下) j. 化 肥设计, 2004, 42(1):38. 9李琼玖, 唐嗣荣, 顾子樵, 周述志, 赵沛华. 近代甲醇合成工艺与合成塔技术(上) j.化 肥设计, 2003, 41(6):510. 10陈文凯, 吴玉塘, 梁国华, 于作龙. 合成甲醇催化剂的研究进展.石油化工, 1997 年,第 26 卷. 11唐志斌, 王小虎, 付超, 于新玲. 新型低压甲醇合成催化剂 xnc-98 的工业应用.石化技术 与应用, 第 5 期, 第 23 卷. 12汪寿建.天然气的综合利用技术. 第 1 版.化学工业出版社, 2003. 13宋维端, 房鼎业. 甲醇工学.第 1 版.化学工业出版社, 1991. 14杨春生, 韩福顺编. 中小型合成氨厂生产操作问答，2001: 326327. 15王永全. 甲醇精馏技术简述j. 化肥设计，2004，42(5): 2225. 16刘志臣, 孙贞涛. 三塔甲醇精馏技术的应用j. 小氮肥, 2004,（1）: 1112. 17刘志臣, 孙贞涛. 三塔甲醇精馏技术的应用. 小氮肥, 2004 年, （1）: 67. 18许波. 粗甲醇的双塔精馏和三塔精馏j. 小氮肥设计技术, 1998, 19（3）:1517. 19杨春生, 韩福顺编. 中小型合成氨厂生产操作问答. 2001: 328329. 20宋维端, 房鼎业.甲醇工学. 第 1 版. 化学工业出版社, 1991. 21梁红涛主编. 最新化工生产工艺设计与化工产品检测技术手册. 银声音像出版社, 2004. 22刁玉玮, 王立业编著. 化工设备机械基础. 第 5 版. 大连理工大学出版社, 2003. 23唐宏青. gsp 工艺技术j. 中氮肥, 2005, （2）: 1418. 年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 50 表 1.新鲜气组成 气体ch4h2coco2n2合计 组成0.03%069%0.14%0.13%0.01%100% nm3/h kg/h kmol/h 2205.78 1575.56 98.47 50732.86 4529.72 2264.86 10293.70 12867.12 159.54 9558.30 18775.24 426.71 735.26 919.07 32.82 73525.9 38666.71 2982.4 表 2.循环气物料量及组成 气体 ch3oh h 2 co co