甲醇合成精馏工艺段安全评价

1、题目：甲醇合成精馏工艺安全评价 学院：化学与环境工程学院 班级： 姓名： 学号： 完成日期： 2015 年 6 月 24 日甲醇合成精馏工艺安全评价摘 要甲醇是易爆性物质，具有潜在危害性，易发生火灾爆炸事故造成人员伤亡和财产损失。为了客观地评价煤制甲醇项目（甲醇合成精馏过程）的安全性，首先对项目中可能存在的危险有害因素进行辨识及分析，其次确定了项目中以甲醇合成精馏作为评价单元，并选择应用美国道化学公司DOW法进行本单元危险性评价方法。本文采用DOW(道)化学公司火灾爆炸指数评价法来确定物质、设备及工艺装置等存在的潜在危险性，定量计算火灾爆炸可能导致的危害程度,并提出了相应的措施。关键词：煤制甲

2、醇，合成精馏，火灾爆炸， 安全评价Safety evaluation of methanol synthesis distillation processAbstractMethanol is potentially explosively substances, hazardous, prone to fire explosion accident caused casualties and property losses. In order to objectively evaluate the coal methanol project (methanol synthesis disti

3、llation process) of security , first for possible danger and harmful factors in the project identification and analysis , the second to determine the project for methanol synthesis in the distillation as evaluation unit, and select the DOW chemical company DOW method was applied to this unit risk as

4、sessment methods. This article USES the DOW chemical company fire explosion index evaluation method to determine the material, equipment and process equipment such as the existence of potential danger, quantitative calculation of fire explosion could lead to harmful levels, and puts forward the corr

5、esponding measures.Key words：Coal to methanol; The synthesis of distillation; Fire explosion; Safety evaluation1.绪论1. 1我国煤制甲醇现状我国煤制甲醇的生产与世界先进国家相比在工艺技术生产规模和构建产业链上都有不小的差距。首先工艺技术不成熟，太多采用固定层气化工艺，造成成本大，消耗大，污染严重；其次装置和设备规模不经济，生产能力小；最后，产业链过短造成导致产品附加值过低。综合来看，随着技术的飞速发展，人员周围能量的集中化，生产工艺，技术及环境复杂性，人员的低素质，集中化和难控性以

6、及各种社会环境因素等越来越多的安全影响因素，在管理上，技术上，造成安全问题复杂多样，层出不穷，安全形势严峻，面临前所未有的挑战。1.2甲醇合成精馏本项目以H2、CO和CO2为原料，在催化剂存在下合成甲醇的工艺。它是属于气-固非均相催化合成技术，随着催化剂技术的进展，甲醇合成工艺也经历了高、中、低压法的变化。无论改进催化剂还是变化合成压力其合成工艺基本没变，仍属气相合成路线。当前，甲醇生产多趋向于低压法。由于甲醇合成是强放热反应，如何迅速移走反应热至关重要，因此人们对合成塔结构型式做了大量的工作，出现了不同结构的合成塔。目前，主要有三种类型合成塔，即绝热型、等温型和绝热与等温混合型合成塔，采用不

7、同类型合成塔形成不同的工艺流程。根据本项目甲醇生产装置的能力为75t/h，甲醇合成设备拟采用单台设备生产。在甲醇合成时由于催化剂选择性的限制以及合成反应条件，如：压力、温度、合成气组成的影响，在生成甲醇的同时，还伴随有一系列的副反应。粗甲醇中含有易挥发的低沸点组分（如H2、CO、CO2、二甲醚、乙醛和丙酮等）和难挥发的高沸点组分（如乙醇、高级醇和水等），所以需通过精馏的办法制得精甲醇。为使产品精甲醇的质量满足要求，并从节能的观点出发，本装置拟采用预塔、加压塔和常压塔三塔精馏流程。预塔主要目的是除去溶解性气体以及低沸点杂质，加压塔及常压塔除去水及高沸点杂质，同时获得精甲醇产品。精甲醇产品质量满足

8、GB338-2004 优级品和美国联邦AA级标准（0-M-232L）。1. 3安全评价内容本文主要对煤制甲醇（甲醇合成精馏工艺过程）进行危险辨识及安全评价，并提出了部分控制事故的措施。通过收集、整理和应用有关资料采用DOW(道)化学公司火灾爆炸指数评价法来确定甲醇合成精馏工艺过程中物质、设备及工艺装置等存在的潜在危险性，定量计算火灾爆炸可能导致的危害程度。2.甲醇合成精馏流程及评价单元划分甲醇合成器是设备的心脏设备，一般有冷激式、冷管式、水管式、管壳式合成塔等。根据生产装置和实际需求进行选择。 本工艺中采用冷管塔与管壳塔串联组合结构。原料气预热达到反应温度后进入合成塔，在塔内CO、CO2与H2

9、反应生成甲醇和水。经甲醇分离器分离后得到粗甲醇。 粗甲醇经过预精馏塔、加压精馏塔和常压精馏塔后得到甲醇。本工序主要设备如下：（1）循环压缩机处理未反应的气体以便循环利用；（2）甲醇合成塔 、与反应制备甲醇；（3）预精馏塔被分离了溶解气的甲醇进入预精馏塔，预精馏的目的是除去低沸点副产物；（4）精馏塔加压和常压在精馏塔顶部出来的精甲醇经空冷、终冷、回流后一部分返回塔内,另一部分作为产品精甲醇输出。评价单元就是对工艺有严重影响的单元，是装置的相对独立的组成部分，具有布置上的相对独立性或工艺上的不同性，一般情况下，一个单元即一种工艺。划分评价的目的，是为了方便评价工作的进行，提高评价工作的准确性和全面

10、性。按照煤制甲醇合成精馏工艺流程，可划分评价单元为甲醇合成精馏单元。3.危险性评价3.1评价过程3.1.1道化学法的基本程序图2：道化学法的基本程序图3.1.2确定物质系数MF物质系数MF表述物质在由燃烧或其他反应引起的火灾、爆炸中释放能量大小的内在特性，是最基础的数值。由物质的燃烧性(NF)和化学活性(NR)决定。物质系数MF的选取，原则上取混合单元内最大的物质系数作为该混合物的系数。由于反应器中甲醇的物质最大，查道化学公司火灾、爆炸危险指数评价方法第七版的附录A，甲醇的MF为16，一氧化碳的MF为4，二氧化碳的MF为6，氢气的MF为8，并且反应器中甲醇的体积最大，所以我们选取该反应装置的M

11、F=16。甲醇是一种无色、透明、易燃、易挥发的有毒液体，略有酒精气味。分子量32.04，相对密度0.792(204)，熔点-97.8，沸点64.5，闪点12.22，自燃点463.89，蒸气密度1.11，蒸气压13.33KPa(100mmHg 21.2)，蒸气与空气混合物爆炸极限为6.0%-36.5%(体积)。3.1.3确定一般工艺危险系数F1一般工艺危险系数是确定事故损害大小的主要因素，F1是基本系数1.00和评价单元有关内容所选取系数的代数和。由于该反应为中等放热反应，在系数0.3-125中，应该选取O5；由于该反应器四面封闭，处理量大于45t，所以在危险系数O3-09中，其系数应该选择为0

12、45；该反应单元操作区域大于925m2，在危险系数02-035中，应该选择为02；排放和泄漏属于一般情况，应该选取系数为05，所以Fl=1.00 +0.5+0.45+0.2+0.5 =2.65。3.1.4确定特殊工艺危险系数F2特殊工艺危险系数是影响事故发生概率的主要因素。F2是基本系数1.00和评价单元有关内容所取系数的代数和。反应器内甲醇的健康危害指数NH是3，系数取为023=06；甲醇在爆炸极限内，且在闪点以上，系数为050；该单元已经采取防腐蚀措施，单元系数取为0.1；根据反应器内甲醇的数量，计算得该项系数为05；接头处和填料处泄漏，得该项系数为03；转动设备单元系数取为O5，所以F2

13、=1.00+0.6+0.5+0.1+0.5+0.3+0.5=3.5。3.1.5确定各工艺单元危险系数F3F3=FlF2=2.653.5=9.525由于该评价方法中工艺单元危险系数F3的范围是1-8，所以，在计算火灾、爆炸危险指数时应选取最大值8；所以F3=8。4.1.6确定单元火灾、爆炸危险指数F&MFF&EI=MFF3=168=128火灾爆炸指数被用来估计生产过程中的事故可能造成的破坏，F&EI与危险程度的关系如下表所示:F&MF1-6061-9697-127128-158159危险等级危险程度最轻较轻中等较大非常大由此得出甲醇合成精馏反应器的等级为级，危险程度为较大。3.1.7确定安全措施

14、补偿系数C（1）工艺控制补偿系数C1应急电源：本单元有事故应急电源，补偿系数为0.98；抑爆装置：本单元采用防爆膜泄压，补偿系数为0.98；计算机控制：本单元采用DCS控制系统，补偿系数为093；惰性气体保护：本单元有惰性气体保护，补偿系数为0.94；操作规程：本单元具有开、停车等操作规程，补偿系数为0.91；活性化学物质：要求对一氧化碳氧化反应状况进行监控，补偿系数为0.95；以上各值相乘得：C1=0.726。（2）物质隔离补偿系数C2远距离控制阀：本单元具有遥控切断阀，补偿系数为0.98；排放系统：本单元排放设施完善，补偿系数为O.91；连锁系统：本单元装有连锁系统，补偿系数为0.98；以

15、上各值相乘得：C2=O.874。（3）防火措施补偿系数C3钢制结构：本单元钢结构防火涂层高度大于10m，补偿系数为095；消防水供应系统：本单元消防水可供应4小时，补偿系数为0.94；手提式灭火器材：本单元配备了适量手提式灭火器，补偿系数为0.95；电缆保护：本单元电缆用16号钢板金属罩加以保护，补偿系数为0.98；以上各取值系数相乘得：C3=0.831。所以安全措施补偿系数C=C1C2C3=0.533.1.8实际危险程度F&EIC=1280.53=67.84经过安全措施补偿后，甲醇合成精馏装置的危险等级由级降为级，实际危险程度为“较轻”。3.2评价结果汇总及分析3.2.1评价结果汇总按照上述

16、评价程序进行评价，甲醇合成精馏单元火灾爆炸危险性见下表所示。项目甲醇合成精馏单元物质系数MF16火灾、爆炸指数F&EI128安全措施补偿系数C0.53火灾、爆炸危险等级补偿后的火灾、爆炸指数F&EI67.86补偿后的火灾、爆炸危险等级3.2.2评价结果分析在煤制甲醇生产中，甲醇合成精馏单元火灾爆炸指数F&EI为：128，火灾、爆炸危险等级为：“较大”。而在经过安全补偿系数修正之后的单元火灾爆炸指数为：67.86火灾、爆炸危险等级为：“较轻”。评价结果显示在没有考虑安全措施补偿之前，甲醇合成精馏单元工艺流程的危险性为较大，经过安全措施补偿后，其危险性降低了成为安全级，说明采取必要的安全措施，单元的潜在危险性得到了有效控制，可以有效地减轻事故后果。4.结论通过阐述美国道(DOW)化学公司的火灾、爆炸危险指数评价法的原理，并以某60万吨/年煤制甲醇装置为应用实例，对甲醇合成精馏装置工艺单元进行危险性分析和火灾爆炸指数法定量评价，得到如下结论。(1)该煤制甲醇装置甲醇合成精馏工艺单元的火灾、爆炸危险性较大。在通过安全措施补偿后，火灾、爆炸危险性都降低到了安全级。(2)评价过程中，由于所评价单元危险因素比较复杂，而且评价过程只选取正常作业这一状态，加上评价过程只从硬件方面危险程度进行校正。因此存在一定局限性，还应通过其它方法来进行重点和个性方面的评价。参考文献1 国家安