初步设计说明书

1、大地冶金石嘴山年产20万吨乙二醇项目初步设计说明书工业大学-起航团队设计团队：团队成员：汪辛2015年7月 马鞍山目录第一章 项目总论1项目概况1项目设计依据和原则1项目设计依据1项目设计原则11.3 设计指导. 2设计规模及产品方案3设计规模3产品方案3产品规格3操作制度3第二章 总图. 4设计依据4编制依据4设计原则4设计范围与分工6厂址概况6总平面布置6原则6布置方案6厂区总体布局概述6厂区布置与规划7竖向布置8技术要求8竖向布置方式8厂区9交通道路条件9设计102.7 厂区绿化10第三章 工艺方案及选择123.1 概述123.2 草酸二甲酯. 12生产原理12偶联反应工艺条件12草酸二

2、甲酯生产流程13主要设备153.3 草酸二甲酯加氢乙二醇16生产原理16工艺条件16草酸二甲酯加氢制乙二醇工艺流程16主要设备173.4 煤气草酸酯路线 PK 煤基烯烃路线183.5 草酸酯工艺路线：气相法 PK 液相法20第四章 布管与配管22设计依据22车间布置224.2.1 概述22设计的基本依据22厂房布置23单元设备布置方法28管道设计与布置33管道设计33管道布置36管道布置典型设计40第五章 空压站、氮氧站45设计依据45空压站45工艺用压缩空气45仪表用净化压缩空气46空气压缩机46设备布置47氮气站475.15.25.3第六章 厂区外管49概述49管道的敷设49管道敷设原则4

3、9管道敷设方法49管道的设计49界外管道系统49管道的选择506.16.26.3第七章 分析化验51设计依据51设计原则51乙二醇的分析化验527.3.1 技术要求527.17.27.37.3.2 分析方法概述53乙二醇的检测方法53检测项目53第八章 技术经济60综合经济技术指标60总投资及其它60第九章 自动控制63控制要求63控制概述63过程监测与控制64换热器的控制64储罐的控制64第十章10.110.210.3供电配66设计范围66设计依据66电力负荷的分级66一级负荷66二级负荷67三级负荷67本厂各级负荷说明67供配电系统的组成67变电所和配电间68高压供电系统设计69总降压变电

4、所设计69车间变电所设计69主变压器容量的选择69厂区高压配电系统设计70电气设备的选择70继电保护的选择与整定70动力和照明71防雷与接地71建筑物的防雷与接地72厂区户外装置的防雷72厂区变电所的防雷73接地系统7310.410.510.610.7第十一章 通信工程75设计概述75设计原则7511.3 通信系统方案75行政管理生产调度系统75系统7611.3.3 火灾系统76有线电视77扩音呼叫/对讲系统77头控制系统7711.3.6综合布线系统77全厂电信网络78第十二章 土建工程7912.1 设计概述79厂区自然条件80建筑工程80设计原则80设计标准81设计方案81结构工程83设计原

5、则83设计标准83第十三章 给排水工程85设计概述85设计依据85给水系统85生水系统85生活用水系统86工艺软水系统86循环冷却水系统86消防用水系统86杂用水系统87排水系统87生活污水系统87生产废水系统87冷却水排放87雨水排放系统88第十四章 供热工程8914.1 概述89蒸汽系统89设计原则89设计方案9013.4蒸汽和蒸汽冷凝水系统90蒸汽系统90蒸汽系统供热能力要求90蒸汽冷凝水系统90锅炉给水系统91工业和仪表压缩空气系统91第十五章 采暖与通风系统92设计概述92设计标准依据92采暖方案92设计概述92设计方案93通风方案93空气调节方案93第十六章 维修94设计依据94设

6、计原则9416.3 厂内日常检修与. 94巡回检查94同步检修与协同检修94设备与检修95压力容器、管道的定期检修95泵的检查与处理95换热器的维修95维修管理96第十七章 储运9717.1 设计依据97系统9717.2原料产品. 97. 98系统9817.3原料产品. 98. 98第十八章 消防100设计中执行的相关标准及规范100消防建设100厂房防火防爆100储罐区防火防爆101消防系统10118.3.1 概述101给水系统102供电系统102水消防系统102灭火系统103火系统10318.3.518.3.6 干18.3.7 移动式灭火系统10318.4 日常消防管理103第十九章 环境

7、保护专篇104废气污染源及治理104主要废水污染源及治理104主要固体染源及治理104噪声污染源及治理104防治措施一览表105第二十章 劳动安全卫生专篇10720.1 概述107设计依据107职业安全107工业毒物10720.3.2 噪声10820.3.3 腐蚀109工业卫生109车间的卫生特征分级110工作场所110辅助用室111安全卫生管理机构11120.5.1 安全卫生管理11120.420.520.5.2 企业管理111事故防护与控制111事故预防措施111事故的应急措施112第二十一章 节能专篇114换热网络设计11421.1.1 概述114换热网络的集成114制冷技术11621.

8、2.1 概述116三元制冷技术11620.621.3 其他节能措施117第一章 项目总论1.1 项目概况乙二醇项目，指的是乙二醇化工项目。乙二醇（ethylene glycol）又名“甘醇”、“1,2-亚乙基二醇”，简称 EG。化学式为(CH2OH)2，是最简单的二元醇。主要用于制聚酯涤纶，聚酯树脂、吸湿剂，增塑剂，表面活性剂,、化妆品和，并用作、油墨等的溶剂、配制发的抗冻剂，气体脱水剂，制造树PET，纤脂、也可用于玻璃纸、皮革、粘合剂的湿润剂。可生产维级 PET 即涤纶，瓶片级 PET 用于制作矿泉水瓶等。还可生产醇酸树脂、乙二醛等，也用作防冻剂。除用作汽车用防冻剂外，还用于工业冷量的输送，

9、一般称呼为载冷剂，同时，也可以与水一样用作冷凝剂。乙二醇甲醚系列产品是性能优良的高级，作为印刷油墨、工业用清洗剂、涂料（硝基漆、清漆、瓷漆）、覆铜板、印染等的溶剂和稀释剂；可以作生产、以及制动液等化工产品的原料；作为电解电容器的电解质、制革化纤染剂等。用作纺织助剂，液体、以及化肥和炼油生产中的脱硫剂的原料等。近年来我国 乙二醇行业的发展在环境友好与和谐发展方面遇到一些波折， 因而清洁生产技术的开发、 应用、推广和宣传成为我国 乙二醇产业发展的关键，也是我国化工科技界义不容辞的责任和义务。随着全球经济化， 更应该降低对他国乙二醇的依赖，形成自己国家的供求链。为下一次经济做足够准备。1.2 项目设

10、计依据和原则1.2.1 项目设计依据（1）2014“中国-三井化学杯”第八届大学生化工设计竞赛设计任务书（2）国家在化学工程、环境保护等方面相关及政策（3）化工、机械、环保的等方面相关（4）本组编制的项目可行性1.2.2 项目设计原则（1）本项目的目标是为某一大型综合化工企业设计一座采用清洁生产工艺乙二醇的分厂；（2）项目建设遵守国家的各项政策、和法令，符合国家的产业政策、投资方向及行业和地区的规划有关部门的颁发标准和规范合理安排建设周期，严格控制工程建设项目的生产规模和投资；（3）采用成熟而先进可靠的工艺生产技术，确保操作运行稳定、能耗低、三废排放少、产品质量好；（4）产品生产和质量指标符合

11、国家及地方颁发的各项相关标准；（5）充分依托大地冶金条件和地域发展形势，有效地控制工投资，加快建设进度，降低产品的生产成本，以使本项目达到较好的经济效益。（6）在保证工艺生产安全、可靠的前提下，尽可能利用料，并控制投资在合理范围内；的设备、材（7）为减小一次投资规模，活跃划，分期建设。周转，采用滚动建设原则，即一次规（8）牢固树立“预防为主，安全第一”的，确保建设工程项目的安全实施，切实“三同时”的规定，坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，确保工程施工安全和施工质量。（9）遵循现行防火、安全卫生及劳动保护等有关规范，确保本项目在投产后能安全稳定生产，保障劳动者在劳动过程中的健康和安全。

12、（10）重视环境保护、安全和工业卫生，设计中选用清洁生产工艺，三废治理、消防、安全、劳动保护措施必须与主体装置同时设计、同时建设、同时投运，污染物的排放必须达到规定的指标损害；工厂安全运行和操作的健康不受（11）综合考虑经济效益和可持续发展，改进工艺、技术，节能减排，循环利用，最大限度减少对环境的污染。（12）坚持“社会经济效益、环保效益和企业经济效益并重”的原则，按照国民经济和社会发展的长远规划，行业、地区的发展规划，在项目项目进行详细全面的论证；、选择中对1.3 设计指导本项目充分执行国家能源和产业结构调整的基本方向，使设计做到切合实际、技术先进、经济合理、安全适用。（1）符合国家、部门和

13、地区的有关设计和规定；（2）做出切合实际、安全适用、技术先进、经济合理的化工工程设计；（3）合理选择原料路线，合理利用并保护矿产资源，降低能耗；（4）节约用水，减少直流水用量，提高水的循环利用率；（5）通过设计方案的比较，择优选择，减少工程投资额；（6）严格执行资源综合利用和“三同时”原则，积极改进工艺技术；（7）采取有效措施，防止废水、废气、废渣及其他有害对环境的污染。1.4 设计规模及产品方案1.4.1 设计规模本项目为20 万吨。大地冶金在工业园的一个投资项目，建设规模为1.4.2 产品方案本项目建设以煤为原料，通过干粉煤气化技术产粗气（由原厂提供），重点建设 CO/H2 分离，草酸二甲

14、酯二醇产品。、乙二醇及乙二醇分离工序，产乙1万吨/年20优级品乙二醇1.4.3 产品规格乙二醇产品质量达到“工业用乙二醇（GB/T4649-2008）”优级品要求。1.4.4 操作制度年操作时间:7200h序号产品数量备注第二章总图2.1 设计依据2.1.1 编制依据总图制图标准（GB/T50103-2001）（GB50016-2006）建筑设计防火规范化工企业总图管理规定（原化工部文件）化工企业总图技术规范（GB50489-2009）化工企业建设节约用地若干规定（GB50187-93）化工装置设备布置设计工程规定（HG20546-2009）石油化工企业设计防火规范（GB50160-2008）

15、石油化工企业厂区总平面布置设计规（SH/T3053-2002）（SHT3007-2007）石油化工储运系统灌区设计规范（SH3060-94）石油化工企业工厂电力系统设计规范工业企业总平面设计规范（GB50187-93）工业企业标准轨距铁路设计规范（GBJ12-87）厂矿道路设计规范（GBJ22-87）化工工厂总图施工图设计文件编制深度规定（HG/T20561-94）（SH3071-95）石油化工企业电气设备抗震鉴定标准2.1.2 设计原则（1）厂址位置必须符合国家工业布局，城市或地区的规划要求，尽可能靠近城市或城镇原有企业，以便于生产上的协作，生活上的方便。（2）厂址宜选在原料、供应和产品销售

16、便利的地区，并在储运、机修、公用工程和生活设施等方面有良好基础和协作条件的地区。（3）厂址应靠近水量充足的水质良好的水源地，当有城市供水，地面水三种供水条件时，应该进行经济技术比较后选用。水和（4）厂址应尽可能靠近原有交通线（水运、铁路、公路），即应有便利的交通条件。以避免为了新建企业需修建过长的交通线，增加新企业的建厂费用和运营成本。在有条件的地方，要优先采用水运。对于有超重、超大或超长设备的工厂，还应注意沿途是否具备条件。（5）厂址应尽可能靠近热电供应地，一般地讲，厂址应该考虑电源的可靠性（中小型工厂尤其如此），并应尽可能利用热电站的蒸汽供应，以减少新建工厂的热力和供电方面的投资。（6）厂

17、址应尽量考虑劳动力来源丰富、人力成本低、素质较高的地点。（7）选厂应注意节约用地，不占或少占良田、好地、菜园、果园等。厂区的大小、形状和其它条件应满足工艺流程合理布置的需要，并应有发展的可能性。（8）选厂应注意当地自然环境条件，并对工厂投产后对于环境可能造成的影响作出评价。工厂的生产区、排渣场和居民区的建设地点应同时选择。（9）散发有害物质的工业企业厂址，应位于城镇相邻工业企业和居住区全年最小频率风向的上风侧，且不应位于窝风地段。（10）有较净度要求的生产企业厂址，应选择在大气含尘量低，含菌浓度低，无有害气体，自然环境条件良好的区域，且应远离铁路、码头、机场、交通要道，以及散发大量粉尘和有害气

18、体的工厂、储仓、堆场等有严重空气污染、水质污染、振动或噪声干扰的区域。如不能远离有严重空气污染区时，则应位于其最大频率风向上风侧，或全年最小频率风向的下风侧。（11）厂址应避离低于洪水位或在采取措施后仍不能确保不受水淹的地段；厂址的自然地形应有利于厂房和管线的布置，内通联系和场地的排水。（12）厂址附近应有生产污水、生活污水排放的可靠排除地，并应保证不因新厂建设致使当地受到污染和危害。（13）厂址应不妨碍或破坏农业水利工程，应尽量避免拆除民房或建、构筑物，砍伐果园和拆迁大批墓穴等。（14）厂址应具有满足建设工程需要的工程地质条件和水文条件。（15）厂址应避免布置在下列地区：断层带地区和基本烈度

19、为 9 度以上的区；土层厚度较大的级自重湿陷性黄土地区；易受洪水、泥石流、滑坡、土崩等危害的山区；有喀斯特、流砂、游泥、古河道、墓穴、古井等地质不良地区；有开采价值的矿藏地区；对机物、电台等使用有影响的地区；有严重放射性物质影响的地区及区；国家规定的历史，如古墓、古寺、古建筑等地区；园林风景和森林自然保护区、风景游览地区；水土保护禁垦区和生活饮用水源第一卫生防护区；自然疫病区和流行病地区。2.2 设计范围与分工本项目为大地冶金在工业园的一个投资项目，建设规模为20 万吨。本项目建设以 CO 为原料，经净化、CO/H2 分离，草酸二甲酯、乙二醇及乙二醇分离工序，产乙二醇产品。2.3 厂址概况工业

20、园区是 1996 年经建设的第一批区级乡镇企业工业园区，原名太沙工业园区。2006 年 8 月被国家发改委批准命名为工业园之西的富庶地域，国家认定面积 14.2区。园区位于贺兰山脉东侧，母亲河平方公里，实际规划建设面积 96 平方公里，目前利用面积近 23 平方公里，工业可利用面积 73 平方公里。园区按照国际先进化学工业园理念规划，致力打造国内一流环境友好型的大型综合化工。2.4 总平面布置2.4.1 原则（1）按建设规范进行设计，环境上尽量美化、环保；（2）根据工艺流程要求，在满足安全需要和维修方便的前提下，布置尽量紧凑；（3）道路布置兼顾安全消防和设备安装维修。2.4.2 布置方案根据生

21、产安全的要求，拟将装置分为行政管理区，生活区，辅助生产区，生产装置区，储罐区，装卸区 。2.4.3 厂区总体布局概述工厂总体布置为矩形，东长 405 米，宽 255 米，总面积为 103431 平方米，厂区四周都是绿化带，用以将厂区与外界，保证厂区的污染物尽量与外面隔离，同时以防止外界的不安全，保证安全生产；同时使工厂的四面环绕公路，包括东、西、南、北四个大门，其中西大门是直接通往总厂的便捷通道。总厂由生产区、辅助生产区、储罐区、厂前区、发展用地五大区域组成，根据钦州市的气象资料可知该市常年多为东北，故将厂前区安置在工厂的西侧，有利于工厂人员的健活和生产。生产区位于厂区东段的中心地带，便于生产

22、的调度。原料储罐区位于工厂东段南侧，紧邻生产区，缩短了生产也降低了对生活区的污染力。路线，方便储运的同时图 2-1 厂区布置图2.4.4 厂区布置与规划2.4.4.1 生产区生产区是整个设计的。按照生产流程布局，分为原料精制车间、反应车间和分离车间。各个厂的分离车间、反应车间、原料精制车间则呈东西排开。分厂也是呈东西排开。精制车间位于厂区的南大门处，与原料储罐区相对，这个设置既方便了原料的也方便了原料的的精制工作；分离车间的对面设置了产品储罐区，这样更方便产品的。2.4.4.2 储罐区罐区布置在厂区边缘，便于原料和产品的输入、输出。罐区包括：乙二醇储罐、乙醇酸甲酯、甲醇、原料储罐等。罐区附近为

23、仓库和装卸区，品和量。供应装卸使用。装卸站旁设有称重台，货车经过时在上面称重，准确计量2.4.4.3 辅助生产区辅助生产区包括锅炉房、消防站、中心控制室、中心化验室、污水处理站及维修中心。 锅炉房为全厂提供蒸汽，位于工厂的西门附近，方便煤的进厂及煤渣的出厂处理。中心化验室承担全厂的化验任务及环境。维修中心包括机修、仪修及电修。空压站和氮气站可利用总厂已有部门，在分厂不单独设置。厂内设有循环水冷却系统及污水处理站。循环水冷却系统包括六台凉水塔及循环水泵房。污水处理站可处理来自生产区和生活区的污水并进行循环利用，减小了工厂的环境污染，节约了水量。并可通过全厂的回用水系统，对水资源进行充分的利用。消

24、防设施包括消防站、消防水池和遍布全厂的消火栓。消防站位于主干道的旁边，可以快速到达各区。2.5 竖向布置竖向布置的任务是合理利用和改造厂区的自然地形，协调厂内外的高程关系，在满足生产工艺、卫生安全等方面要求的前提下使工厂场地土方工程量为最小，使工厂区的雨水能顺利排除，并不受洪水淹没的。2.5.1 技术要求（1）应满足生产工艺布置和、装卸对高程的要求，为其创造良好条件。（2）因地制宜，充分考虑地形及地质，合理利用和改造地形，使场地设计标高尽量与自然地形相适应，力求使场地的土石方工量为最小，并使整个工厂区和各分区填挖方基本平衡，在土石方调配中应使其运距为最短。（3）要充分考虑工程地质和水文地质条件

25、，满足工程地质、水文地质的要求，提出合理的对应措施（如防洪、防水等等）（4）要适应建、构筑物的基础和管线埋设深度的要求。（5）场地标高和坡度的确定，应保证场地不受洪水利排除，并不受雨水的冲刷。，使雨水能迅速顺（6）应保证厂内外的出与周围也有合理的衔接关系。、交通线路有合理的衔接，并使厂区场地高程（7）应考虑方便施工问题，在分期建设的工厂还应符合分期分区建设的要求，尽量使近期施工工程的土石方量为最小，远期土石方施工不影响近期生产安全。（8）要充分考虑并遵循有关规范的要求（如土方和湿陷性黄土地区建筑设计规范等）。工程施工验收规范，2.5.2 竖向布置方式根据工厂场地设计的整平面之间连接或过渡方法的

26、不同，竖向布置的方式可分为平坡式、阶梯式和混合式三种。（1）平坡式整个厂区没有明显的标高差或台阶，即设计整平面之间的连接处的标高没有急剧变化或者标高变化不大的竖向处理方式称为平坡式竖向布置。这种布置对生产和敷设的条件较阶梯式好，适应于一般建筑密度较大，铁路、道路和管线较多，自然地形坡度小于 4%的平坦地区或缓坡地带。采用平坡式布置时，平整后的坡度不宜小于 0.5%，以利于场地的排水。（2）阶梯式整个工程场地划分为若干个台阶、台阶间连接处标高变化大或急剧变化，以陡坡或挡土墙相连接的布置方式称阶梯式布置。这种布置方式排水条件较好，运输和敷设条件较差，需设护坡或挡土墙，适用于在山区、丘陵地带的布置。

27、（3）混合式在厂区竖向设计中，平坡式和阶梯式均兼有的设计方法称之为混合式。这种方式多用于厂区面积比较大或厂区局部地形变化较大的工程场地设计中，在实际工作中往往多采用这种方法。2.6 厂区2.6.1 交通条件石嘴山市位于环渤海湾所辐射的呼包银，经港到惠农陆港口岸辐射地区的内外货场在口岸的分拨，在惠农区形成一个集货物集散、商品配送、流通加工、商品检验、物流信息服务等综合功能的物流，从而极大地方便涉及周边榆林市、乌海市、阿拉善盟、鄂尔多斯市、巴彦淖尔市，尤其是对口岸周边 50 公里范围内的石嘴山工业园区、石嘴山经济开发区、工业园区及内太工业园区、工业园区、海南工业园区、西来峰工业园区、棋盘井工业园区

28、具有直接的拉动作用。因此，口岸的建设增强了区域经济，密切了区域经济联系，有力地推动区域经济快速发展。2012 年，陆路口岸实际完成货物发运量 2.36 万标准集装箱，发运货重 56 万吨，实现营业收入 1.66 亿元，集装箱发运量位居港联动的 23 个内陆无水港之首，成为港向内陆无水港推广的成功典范和标杆。2012 年，石嘴山市交通部门实施惠滨公路、公路、山河路、滨湖大道、西环路延伸线二期、山水大道公铁立交桥改造、大武口汽车客运站、石嘴山市生态经济区路网、省道 301 线宁蒙交界至高速连接线、城化公路，共10 个重点交通建设项目，建设公路总里程 84 公里，是“十一五”五年建设总里程的 95%

29、；完成投资 9.35 亿元，是“十一五”五年投资总和的 97.8%。2013 年，石嘴山市交通部门重点抓好大路网建设，实施滨河大道连接线、石嘴山市生态经济区路网、石嘴山至银川同城化公路、大桥等 9 个交通重点项目，估算总投资 8.7 亿元。此外，石嘴山市交通部门将紧紧抓住实施“两大”、推进“两区”建设机遇，抓好大物流建设，加快建设市商贸仓储物流中心、惠农西部物流中心、物流中心，着力构建“一港三中心”物业格局，把石嘴山市建设成沿黄经济区重要的现代物流节点。石嘴山路网密集，交通便利。距银川河东机场 100 公里，航班可飞达境内外40 多个城市，铁路、京藏高速、石银高速、109、110 国道等贯穿全

30、境,被列为179 个国家公路枢纽城市之一，惠农陆路口岸货物可直达港转运至世界各地。市境内供电充裕，全市电力装机容量 319 万 KW，变电总容量为702.3 万 KVA，人均发电量居地市第一。邮电通讯快速发展，全市移动用户达 58.2 万户，互联网用户 6.3 万户。2.6.2 道路设计（1）厂区道路厂内道路呈网格布置，可同时满足、检修、消防等要求，2 处大门均设置了门卫室。厂区主干道宽度为 12m（货流通道）和 9m，次干道宽度为 6m。道路等级为汽-20 级，结构层从上至下为：C30 混凝土 25cm、级配碎石 30cm。（2）设备为了实现设备，如生活社会化，加之当地力量较强，故本次设计只

31、考虑设置少量车辆、产品与化学品的车辆，另外还有用于办公、通勤、救护、库房整理等车辆。2.7 厂区绿化厂区绿化设计，应根据工厂的总图布置、生产特点、消防安全、环境特征，以及当地的土壤情况、气候条件、植物习性等化植物。综合考虑，合理布置和选择绿1、厂区绿化布置，应符合下列要求：（1）与总平面布置、竖向布置、管线综合相适应，并与周围环境和建（构）筑物相协调。（2）不得妨碍工艺装置、储运设施等散发的有害气体的扩散。（3）不得妨碍道路和铁路的行车安全。（4）不得妨碍生产操作、设备检修、消防作业和物料。（5）充分利用通道、零星空地及预留地。2、厂区绿化植物的选择，应符合下列要求：（1）根据生产特点、厂区环

32、境污染状况等，选择耐性、抗性或滞尘能力强的植物。（2）根据工厂生产的防火、防爆和卫生要求，选择有利于安全生产和职业卫生的植物。（3）根据环境监测要求选择相应的敏感植物。（4）选择易于成活、病虫害少及养护管理方便的植物。（5）根据当地土壤、气候条件和植物习性，选择乡土植物和苗木来源可靠、产地近、价格适宜的植物。（6）选择常绿植物或常绿树与落叶树相结合，保持四季常青。（7）注意树种配置，宜按多树种、高低、大小搭配，不宜单一树种配置，以达到绿化的多重效果。本厂绿化布置遵循能绿化的地方尽量绿化的理念，对于各个建筑物旁边的空地进行绿化。第三章 工艺方案及选择3.1 概述目前工业上生产乙二醇普遍采用传统的

33、石油路线。由于石油资源的稀缺，乙二醇的生产成本受石油价格影响波动较大，并且乙二醇产能受石油炼制装置的制约增长缓慢。近年来由于聚酯行业的强劲发展，我国的乙二醇产能明显，缺口巨大，长期供不应求。利用我国相对丰富的煤炭资源生产重要的化工基础原料乙二醇具有重要意义。考虑到生产成本和工艺的成熟度，本项目采用原料气，分离得到 CO 与亚硝酸甲酯草酸二甲酯，草酸二甲酯在催化剂条件下加氢制备乙二醇的生产工艺。本项目重点介绍 CO 氧化偶联草酸二甲酯工艺，该工艺具有成本低、原子经济、绿色化工等优势。且 CO 氧化偶联用气相法。草酸二甲酯采3.2 草酸二甲酯3.2.1 生产原理CO 氧化偶联生成草酸二甲酯分为两步

34、反应：第一步为偶联反应，以负载型 Pd/-Al2O3 为催化剂，在常压下与亚硝酸甲酯偶联生成草酸二甲酯和一氧化碳；第二步为再生反应，偶联反应生成的一氧化氮与产品分离后进入再生反应器，在那里与甲醇和氧气反应生成亚硝酸甲酯，反应式如下：草酸二甲酯的：2CH3ONO + 2CO者呈线性关系，这与某些研究报导 CO 偶联生成草酸二乙酯的影响规律相似。研究认为，CO 浓度高低均能适应本反应，具体浓度大小应由工艺要求而定。如果固定 CO 浓度不变，当 MN 浓度小于 20%时，草酸二甲酯空时收率随 MN 浓度增加而增加，但是变化幅度不大；当 MN 浓度超过 20%后，空时收率随 MN 浓度的增大急剧上升。

35、为了工业上能稳定操作，另外考虑到反应气的问题，宜将 MN 的浓度控制在 20%以下。因为亚硝酸甲酯作为载氧体，性质极活泼，浓度过分解，MN 浓度控制在 520%较适宜。升高反应温度有利于提高 MN 的转化率，到 140以上 MN 发生明显分解，产率将受到影响；当反应气体（CO:CH3ONO）配比为 1.2 时，MN 转化率出现最大值；MN 转化率随空速增加下降，空速超过 3900h-1 时下降加快，一般认为 3000 h-1 较适宜。 最佳反应温度为 1655，空速越大，草酸二甲酯的时空产率越高；并且当亚硝酸甲酯的浓度和总空速不变时，草酸二甲酯的时空产率随CO 配比的增加而升高。3.2.3 草

36、酸二甲酯生产流程第一步，一氧化碳原料气的再净化处理：从气净化装置出来的一氧化碳原料气，采用催化氧化技术除去氢和氧，最后以分子筛脱水。再按一定比例混入普氧或空气，并送入载有催化剂的固定床反应器中，催化反应同时除去所含的氢气和氧气。其催化剂是负载有铂族金属或它们的盐的载体催化剂。金属主要是铂、钯或铂-钯合金。其盐可以是硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、碳酸盐、草酸盐、醋酸盐、卤化物及其络合物等。金属含量为载体重量的 0.055%。载体可采用硅胶、浮石、硅藻土、活性碳、分子筛及氧化铝等物质。反应温度在 50400，最好在 80250。接触时间在 0.510 秒。最后再导入分子筛床层常温脱水。气体中所含氮、化物

37、、甲烷、氩不必除去。净化后气体中有害杂质含量控制在硫控制温度在相应酯的沸点以上，将亚硝酸酯气体中的醇和水进一步分离，其大部分亚硝酸酯（含未反应气体）送回塔循环使用，小部分转入压缩冷凝塔处理；第五步，非反应气体的排放：将含有非反应气体的亚硝酸酯导入压缩冷凝塔，控制冷凝温度在-2040，压力在 0.54MPa，使亚硝酸酯完全液化回收，经气化后再导入塔循环使用，不凝气体主要是氮气和少量的甲烷、氩、一氧化碳、一氧化氮，放空排除。图 3-1 草酸二甲酯与分离一图 3-2 草酸二甲酯与分离二3.2.4 主要设备(1)进料加热炉进料加热炉由辐射室、对流室、燃烧器、余热回收系统以及通风系统五部分组成。辐射室包

38、括燃烧室和风道、炉管和炉管支撑、耐火衬里等，传热方式主要是热辐射，全炉热负荷的 70%-80%是由辐射室担负的，是全炉最重要的部分；对流室包括遮蔽管、对流管、耐火衬里、管线支撑和挂钩，主要传热方式是对流，对流室一般担负全炉热负荷的 20%-30%，对流室吸热量的比例越大，全炉的热效率越高；燃烧器产生热量，是炉子的重要组成部分，要使火焰不冲刷炉管并实现低氧完全燃烧；余热回收系统是从离开对流室的烟气中进一步回收余热的部分；通风系统的任务是将燃烧用空气导入燃烧器，并将废烟气引出炉子。(2)混合器CO 氧化偶联反应中使用的是静态混合器，静态混合器的流体混合机理在层流与湍流时有较大的差别.层流时，静态混

39、合器依靠流体的通路，使流体分割、移位，然后重新汇合。而湍流时，除了上述三要素外，由于流体在断面方向产生剧烈涡流，由此导致有很强的剪切力作用于流体，这使流体的微细部分进一步被分割，进而实现再一次混合。(3)反应器按照气液接触的方式，气液反应器一般可分为 3 类：液膜型、气泡型和流滴型，具体的反应器型式有填料塔、板式塔和鼓泡塔等。一般认为，填料塔相界面积大，要求保持一定的喷淋密度，持液量小，适用于快速或瞬间反应过程，到较大的液相转化率，其液体分布器的设计以及如何有效和快速的移除反应热是设备设计的关键；板式塔相界面积较大，持液量较大，气液传质系数较大，适用于快速和中速反应过程，合理的塔板设计能获得极

40、高的液相转化率，缺点就是气流压降较大，受液泛限制；鼓泡塔相界面积小，持液量大，液体程度很高，适用于慢反应。酯化反应是一个快速反应，气相流量较大，需要一定的持液量，因此酯化反应器应设计为填料塔或板式塔较合适。(4)吸收塔生成的粗草酸二甲酯中含有很多轻物质，通过一个填料吸收塔完成，塔顶的气相出料再连接一个冷凝分离器，进一步将洗涤溶剂甲醇冷凝下来，用于溶解草酸二甲酯。(5)产品分离器产品分离器的用途是把冷凝的反应器流出物分离成液体产品和气体，也就是说液体没分离下来，产品就没生产出来。由于原料气每次反应不可能完全，所以生成的一氧化氮和未反应完的原料气是混在一起的，经过分离器后，原料气经压缩机提压后继续

41、进行反应。分离器的压力确定反应器的压力。通过控制流量来调节分离器压力。3.3 草酸二甲酯加氢乙二醇3.3.1 生产原理草酸二甲酯加氢乙二醇是连串反应，首先是草酸二甲酯加氢乙醇酸甲酯，然后乙醇酸甲酯继续加氢生成目标产物乙二醇，而产物乙二醇继续加氢则会生成乙醇。以上反应过程用反应式表示如下：（OCOCH3)2+2H2图 3-3草酸二甲酯加氢制乙二醇工段一图 3-4 草酸二甲酯加氢制乙二醇工段二3.3.4 主要设备(1)反应器草酸二甲酯加氢的工艺在简单的器由 1.25%Cr-0.5%Mo 钢制造。式、固定床、气相反应器中进行。反应(2)混合器乙二醇的原料物质草酸二甲酯、氢气以及循环氢气先经过混合器混

42、合再送入反应器反应，使原料物质能充分接触，保证反应尽量能完全。(3)循环气压缩机对于氢气的压缩采用的是离心式压缩机，离心式压缩机是一种叶片旋转式压缩机。在离心式压缩机中，高速旋转的叶轮给予气体的离心力作用，以及在扩压通道中给予气体的扩压作用，使气体压力得到提高。(4)脱甲醇塔建造脱甲醇塔的目的是为了将反应产生的甲醇从产物中脱除，与一个热虹吸再沸器结合。热量由上游的甲醇蒸汽提供。脱甲醇塔由碳钢制造。(5)换热器混合进料换热器由 1.25%Cr-0.5%Mo 钢制造。其他换热器由碳钢制造。3.4 煤气草酸酯路线 PK 煤基烯烃路线煤基烯烃路线制乙二醇与煤气草酸酯路线制乙二醇，谁更具发展前景？日前在

43、厦门举办的第五届煤制乙二醇技术经济研讨会上业内认为，这两条煤制乙二醇路线各有特点、各具优势，都显现较好的经济效益。但在国内煤制烯烃产能相对过剩，国家强化宏观调控，而聚酯行业对乙二醇又有较大需求的大背景下，投资省、环保效益好的气草酸酯制乙二醇路线无疑更“轻”更“绿”，投资者在选择上马乙二醇项目时，还要根据且增长潜力显著。同时也企业所在地煤价、环境容量和自身实力综合考量。乙二醇是重要的化工原材料，主要应用于不断增长的聚酯生产。目前中国已成为全球最大的乙二醇消费市场，2013 年乙二醇进口量 825 万吨，进口依存度仍在 70%左右；预计 2014 年国内新增聚酯产能约 500 万吨，将继续驱动乙二

44、醇消费量快速增加。虽然当前乙二醇的生产依然以路线为主，但最近几年，在协同创新的推动下，我国煤基乙二醇产业取得长足进步，国内外 10 家技术开发联合体分别研发了多个乙二醇成套工业技术，突破了瓶颈。以煤为原料生产乙二醇目前主要有两种工艺路线。一是煤基甲醇制烯烃（同时生产乙烯和丙烯），由乙烯氧化制环氧乙烷，最后环氧乙烷水合乙二醇。二是煤气化气(CO+H2)，由 CO 催化偶联草酸酯再加氢生成乙二醇。这两条路线目前都已实现规模化生产。会上，亚化公司的从技术成熟度、投资门槛、成本、碳排放以及水耗等，对这两条路线进行了对比分析。从技术成熟度看，煤基路线典型的甲醇制烯烃技术，每 3 吨甲醇可产 1 吨烯烃（

45、乙烯/丙烯），再由乙烯制乙二醇，工艺稳定可靠。如宁波富德能源外购 180 万吨/年甲醇制烯烃项目，用其中 30 万吨/年乙烯制 50 万吨/年乙二醇，该项目自 2013 年初投产以来，产品在长三角市场销售良好。国内煤气草酸酯路线的乙二醇工艺，在各方努力下不断完善并实现工业化应用，采用该路线生产的乙二醇产品质量获得在下游聚酯客户认可，其中目，去年达到近 90%的开工率。天业 5 万吨级示范项从项目投资门槛看，国家发改委已明令建设 50 万吨/年及以下煤经甲醇制烯烃项目，50 万吨/年以上的煤制烯烃项目投资大，典型的 180 万吨/年煤基甲醇制烯烃项目投资额在 200 亿元左右；如果以外购甲醇为原

46、料，投资虽然可以降低很多，但原料成本难以控制。与之相比，同规模的草酸酯路线制乙二醇项目投资优势明显，30 万吨/年气草酸酯路线制乙二醇项目投资仅为 45 亿元，投资门槛降低很多；如果以工业尾气为原料，不需要昂贵的煤气化和空分装置，则经济规模可以降低到 6 万10 万吨/年，投资门槛进一步降低。从乙二醇产品成本看，2013 年地区 5600准东、内鄂尔多斯和千卡烟煤平均吨价分别为 120 元、350 元和 600 元，而华东地区乙二醇平均市场价 7780 元/吨。以此计算两种路线乙二醇送到华东地区的完全成本（含税），草酸酯路线因煤的费用在成本结构中占比较低，在低煤价条件下，其成本略高于甲醇烯烃路

47、线；但随着煤价的上升，煤基甲醇烯烃路线成本开始反超，且煤价越高与草酸酯路线的成本差距也越大。从环境效益看，煤化工的碳排放主要来自两个方面，一是变换工段为了获得氢气，以一氧化碳和水反应，生成氢气和，二是自备燃煤电厂为获得蒸汽和电力的碳排。据亚化计算，草酸酯路线和煤基甲醇烯烃路线生产 1 吨乙排放分别为 9.2 吨和 8 吨。水耗方面，煤制烯烃生产每吨烯烃耗二醇的水约 30 吨，而且在环氧乙烷水合制乙二醇过程中，也需耗水作为反应原料，以此计算每产 1 吨乙二醇耗水为 19 吨；而草酸酯路线煤制乙二醇的水耗为 25 吨。表 3-1 两种工艺路线路线比较小结如下项目煤气草酸酯路线煤基烯烃路线技术成熟度

48、国内煤 气草酸酯路线的乙二醇工艺，在各方努力下不断完善并实现工业化应用，采用该路线生产的乙二醇产品质量获得在下游聚酯客户认可，其中 天业 5 万吨级示范项目，去年达到近 90%的开工率。煤基路线典型的甲醇制烯烃技术，每 3 吨甲醇可产 1 吨烯烃（乙烯丙烯），再由乙烯制乙二醇，工艺稳定可靠如宁波富德能源有限公司外购 180 万吨年甲醇制烯烃项目，用其中 30 万吨年乙烯制 50万吨年乙二醇，该项目自 2013 年初投产以来，产品在长三角市场销售良好。投资和煤基烯烃路线同规模的草酸国家发改委已明令建设 50估算，到 2017 年，国内气草酸酯路线乙二醇总产能将达 647亚化万吨，煤（甲醇）制烯烃

49、路线乙二醇产能不超过 150 万吨/年。据悉，目前国内20 多个煤制乙二醇商业化装置正处于建设和规划阶段。其中有 2011 年开工的贵州黔希煤化工 30 万吨/年项目，今年 3 月 10 日启动的内康乃尔化学一期 30万吨/年项目；另有阶段；这些项目均采用化肥和煤化洛阳两个 20 万吨/年项目处于试车气草酸酯路线。3.5 草酸酯工艺路线：气相法PK 液相法草酸酯的方法有两种：液相法和气相法。（1）液相法宇部兴产公司成功地开发了一氧化碳氧化偶联制草酸酯的工艺，并于1978 年建成投产了一套年产 6000 吨的装置。该工艺是在硝酸存在下，以活性碳为载体的钯为催化剂，在 90100、8.10611.

50、146KPa下，CO、O2 与正丁醇反应，生成草酸二丁酯。CO、O2和循环回来的未反应的尾气、循环液、62.563%（重量）浓度的硝酸、催化剂、丁醇等从反应器底部送入、顶部出料，未反门槛酯路线制乙二醇项目投资优势明 显，30 万吨年气草酸酯路线制乙二醇项目投资仅为 45 亿元，投资门槛降低很多；如果以工业尾气为原料，不需要昂贵的煤气化和空分装置，则经济规模可以降低到 6万10 万吨年，投资门槛进一步降低。万吨年及以下煤经甲醇制烯烃项目，50 万吨年以上的煤制烯烃项目投资大，典型的 180 万吨年煤基甲醇制烯烃项目投资额在 200 亿元左右；如果以外购甲醇为原料，投资虽然可以降低很多，但原料成本

51、难以控制。成本在低煤价条件下，草酸酯路线成本略高于甲醇烯烃路线随着煤价的上升，煤基甲醇烯烃路线成本开始反超草酸酯路线，且煤价越高与草酸酯路线的成本差距也越大。碳排放据亚化计算，草酸酯路线生产 1 吨乙二醇的排放为9.2 吨。煤基甲醇烯烃路线生产 1 吨乙二醇的排放是 8 吨水耗草酸酯路线煤制乙二醇的水耗为 25 吨。煤制烯烃生产每吨烯烃耗水约 30 吨，而且在环氧乙烷水合制乙二醇过程中，也需耗水作为反应原料，以此计算每产 1 吨乙二醇耗水为 19吨，小计 49 吨。应的原料气经压缩循环使用，液体送脱水工序蒸馏脱水。所得蒸余物进行过滤，滤出的催化剂经再生处理返回反应器。滤液组成%（重量）：草酸二

52、丁酯 4555、正丁醇 2535、亚硝酸丁酯 1020。将此滤液分馏，得到草酸二丁酯，分馏出来的正丁醇和亚硝酸丁酯返回反应器，副产物送处理装置。所得草酸二丁酯在 7080、常压下水解。此工艺催化剂体系单一，回收、循环容易，催化剂活性高、选择性好，产品纯度高，生产过程连续化，污染减少。但是，该法对一氧化碳纯度要求高（按体积百分比 CO 99.5%、H2O 0.2%、其他 0.3%），消耗高（1000m3/t 草酸）。（2）气相法1983 年了 CO 偶联气相草酸的专利，它是由 CO草酸。气相法克服了液相法的缺宇部兴产催化偶联制草酸二甲酯，由草酸二甲酯水解点且反应条件温和，催化剂损失少。行了 CO

53、 偶联气相法研究，1985 年福建物构所及大学等先后进福建物构所陈庚申教授等申请了中国发明专利。该专利提出了 CO 与亚硝酸甲酯在钯载于活性氧化铝催化剂上反应生成草酸二甲酯的工艺路线。此后，又有许多发明专利对气相法做出了改进。1990 年福建物构所的申请的专利中解决了用一氧化碳气含量、氢、氧、甲烷、氨、水、氩、硫化物等杂质在 4095%，并含有氮、的气体作为一氧化碳原料气，与亚硝酸酯反应的气相催化草酸酯连续工艺问题，解决了用普氧和 20%以上醇水溶液再生回收草酸酯反应尾气中一氧化氮的气相催化草酸酯连续工艺问题。还解决了亚硝酸酯与未反应气体如氮、甲烷、氩等的有效分离，将亚硝酸酯回收循环使用，过剩

54、的未反应气体放空排除等方面的气相催化草酸酯连续工艺问题。气相液相法的优点：它可以不使用高价的高压反应装置，同时可以减小压缩空气的动力消耗。固体催化剂设置固定床或流化床，不必象液相法那样另外设置反应生成物与催化剂的分离装置。同时又避免了生产过程中钯催化剂的流失和金属钯在液相中的溶解损失，催化剂的比液相法长。气相液相法投资少，工艺成熟等优点，本工艺采用气相法。第四章 布管与配管4.1 设计依据HG/T 20549-1998化工装置管道布置设计规定GB 50251-2003输气管道工程设计规范输油管道工程设计规范GB 50253-2003石油化工企业管道布置设计通则SH3012-2000石油化工配管

55、工程设计图例SH/T 3052-2004石油化工企业非埋地管道抗震设计通则SH/T 3039-20031996 年国家劳动部颁发压力管道安全管理与监察规定GB 12158-2006防止静电事故通用导则4.2 车间布置4.2.1 概述车间布置是设计中的重要环节，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。车间布置设计是以工艺为主导，并在其他专业的密切配合下完成的。因此，在进行车间布置设计时，要集中各

56、方面的意见，最后由工艺汇总完成。车间布置主要是设备的布置，工艺首先确定设备布置的初步方案，对厂房建筑的大小、平立面结构、跨度、层次、门窗、楼梯等以及与生产操作、设备安装有关的、预留孔等向土建专业提出设计要求，待厂房设计完成后，工艺再根据厂房建筑图，对设备布置进行修改和补充，最终的设备布置图（施工图）就作为设备安装和管道安装的依据。4.2.2 设计的基本依据车间布置时，在总图的基础上明确车间的位置，熟悉生产工艺流程及有关物性数据，与车间等级相关的规范标准，了解土建、设备、仪表、电力、给排水等专业和机修、安装、操作、管理等方面的要求，并考虑、消防及它们之间的关系，对所设计的车间进行综合分析，才可能

57、有一个完善的方案。常用的设计规范和规定：工程技术在设计时应熟悉并执行有关防火、防雷、防爆、防毒和卫生等方面的规范，目前常用的设计规范有:GB50016-2010建筑设计防火规范G850160-2008石油化工企业设计防火规定化工企业安全卫生设计规定HG20571-95工业企业厂界环境噪声排放标准自 2008 年 10 月 1 日起实施和火灾环境电力装置设计规定GB50058-92基础资料1、工艺和仪表流程图（初步设计阶段）及管道和仪表流程图；2、物料数据及物料性质（包括原料、成品的数量及性质，三废的数量及处理方法）；3、设备一览表（包括设备外形尺寸、重量、支承形式及保况）；4、公用系统耗用量，

58、供排水、供电、供热、冷冻压缩空气、外管资料；车间组成一个较大的化工车间通常有:1、生产设施，包括生产工段、原料和产品仓库、控制室、堆场或贮罐区等；2、生产辅助设施，包括除尘通风室、机修间、化验室等；3、生活行政设施包括车间、更衣室、浴室、厕所等；4、其他特殊用室，如劳动保护室，室等。4.2.3 厂房布置4.2.3.1 平面布置平面布置是根据生产工艺条件（包括工艺流程、生产特点、生产规模等）以及建筑本身的可能性与合理性（包括建筑形式、结构方案、施工条件和经济条件等）来考虑的。厂房的平面设计应力求简单，这会给设备布置带来和灵活性，同时给建筑的定型化创造有利条件。的可变性（1）平面形式车间厂房的平面

59、布置，其外形一般有 I 型（长方形）、L 型 T 型和 型等。长方形厂房是比较常用的形式，一般适用于中小型车间。其优点是施工方便，设备布置有较大灵活性，有利于今后的发展，也有利于采光和通风。但有时由于厂房总长度较长，在总图布置有时，为了适应地形的要求或者生产的需要，也有采用 L 型或 T 型的，这些形式适用于较复杂的车间，此时应充分考虑采光、通风、交通和立面等各方面的。至于 型，由于平面形式复杂，用得较少，除了特殊需要外，一般不予采用。厂房的结构形式是由工艺和建筑设计密切配合，全面考虑，进行多种方案的比较确定的，由于各厂的地形不完全相同，因此厂房的形式也要与之相适应。（2）柱网布置和跨度厂房的

60、柱网布置，要根据厂房结构而定，生产类别为甲、乙类生产，宜采用框架结构，采用的柱网间距一般为 6m,当需要大于或小于 6m 时，宜采用 300mm建筑模数的倍数增加或减少。丙、丁、戊类生产可采用混合结构或框架结构，开间采用 4.5m 或 6m 等。但不论框架结构或混合结构，在一幢厂不宜采用多种柱距。柱距要尽可能符合建筑模数的要求，这样可以充分利用建筑结构上的标准预制构件，节约设计和施工力量，加速基建进度:一般单层、多层厂房宜采用6x6m 柱网的布置。（3）厂房的宽度为了尽可能利用自然采光和通风以及建筑经济上的要求，一般单层厂房宽度不宜超过 30m，多层厂房宽度不宜超过 24m，厂房常用宽度有 9