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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 第 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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