年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计建设投资可行性分析报告.doc
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1、年产20万吨甲醇项目可行性报告年产20万吨甲醇项目可行性报告目录第一章绪论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
2、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3
3、4(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
4、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 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28.23.267.80.50.32、 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0.9990.000050.00073、排污要求:含醇气体用管道送至总厂锅炉房焚烧处理;工艺废水含有机物总量
5、0.002,用专用管路送至总厂水处理分厂。4、公用工程:供电、供水、供惰性气、供汽、机修等公用工程由总厂统一安排、配套提供。5、厂址地形条件:一侧靠河、另一侧靠厂内公路的狭长平地,宽度60m,长度无限制。二、工作内容及进度安排1、 工艺流程设计及模拟计算1) 工艺方案选择及论证(中压法、Lurgi式合成塔)2) 工艺流程模拟计算(用ASPEN PLUS)3) 绘制带控制点工艺流程图4) 编制物料及热量平衡计算书2.设备选型及典型设备设计1) 典型非标设备精馏塔的工艺设计,编制计算说明书。2) 典型标准设备换热器的选型设计,编制计算说明书。3) 编制设备一览表。2.车间设备布置设计选择合成车间或
6、精制车间,进行车间布置设计1) 绘制车间平面布置图(不少于1张)2) 绘制车间立面布置图(不少于1张)2、 分厂总平面布置设计1) 对合成车间、精制车间、压缩车间、产品储罐区、中心控制室、分析化验室、行政管理及生活等辅助用房、设备检修区、分厂内部道路等进行合理的布置设计,并对方案进行必要的说明。2) 绘制分厂平面布置总图(1张)。3、 设计说明书编制对设计内容汇总,按正规格式编写初步设计说明书。作了具体设计的内容可详细一些,为作具体设计的内容可简略,但要保持格式正确完整。6、提交设计文档将仿真设计模型(*.bkp文件)、设计说明书、计算说明书、表格、图纸等设计文档汇总编目,每组写一份设计小结,
7、目录、小结与设计文档一起上载到FTP站点Hand-in目录下自己小组的目录(自建)中。注:设计文档均要求用MS-Word编辑,图纸用AutoCAD绘制。3)1、 经济分析与评价参考以下价格数据对设计方案进行经济分析与评价:1) 合成原料气:0.5元/Nm32) 304不锈钢设备:45000元/t3) 中低压(4MPa)碳钢设备:18000元/t4) 高压碳钢设备价格:20000元/t5) 低压蒸汽(0.8MPa):100元/t6) 中压蒸汽(4MPa):300元/t7) 电:0.6元/kWhr8) 工业甲醇(一级品):2300元/t9) 工艺软水:8元/t10) 冷却水:0.2元/t11) 污
8、水处理费:0.5元/t2、 设计说明书编制对设计内容汇总,按正规格式编写初步设计说明书。做了具体设计的内容可详细一些,未做具体设计的内容可简略,但要保持格式正确完整。注:设计文档均要求用MS-Word编辑,图纸用AutoCAD绘制。3、 报告及答辩准备准备30分钟的口头报告资料和相应的Powerpoint文档,在报告会上介绍本组的设计作品并进行答辩。6年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计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
9、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,采用合成气(主要成分CO、CO2 、H2 、N2 、CH4)为原料,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。 第一章绪论第一节、甲醇合成的基本概念一、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1.1
10、1(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)0.5945mPas。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6.036.5(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1、甲醇是一种重要基本有机化工原料和溶剂,在世界上的消费量仅次于乙烯、丙稀和苯。甲醇可用于生产甲醛、甲酸甲酯、香精、染料、医药、火药、防冻剂、农药和合成树脂等;也可以替代石油化工原料,用来制取烯烃(MTP、MT
11、O)和制氢(MTH);还广泛用于合成各种重要的高级含氧化学品如醋酸、酸酐、甲基叔丁基醚(MTBE)等。 它是较好的人工合成蛋白的原料,蛋白转化率较高,发酵速度快,无毒性,价格便宜。另外,由于世界石油供给不稳定因素的影响以及世界能源危机与交通运输业蓬勃发展形成了极度尖锐的矛盾。利用甲醇、二甲醚等清洁燃料部分替代汽油、柴油、液化石油气,其燃烧热值高、挥发性好且燃烧气毒物排放量低,在工业上和民用上具有较大的应用潜力。还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。 2、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
12、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
13、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
14、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(COCO2)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
15、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)、
16、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
17、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。第二节、甲醇的合成方法早期用木材或木质素干馏法制甲醇的方法,在工业上已经被淘汰。现在,凡含有碳素的固体、液体和气体均可转化为碳的化合物,再以人工合成法制取甲醇。目前,可以制取甲醇的方法有以下几种。一、以一氧化碳与氢气为原料合成甲醇的方法有高压、中压和低压三种方法。1. 高压法 即用CO与H2在高温(340420)高压(30.050.0 Mpa)下用锌-铬氧化物作催化剂合成甲醇。用此法生产甲醇已有70多年的历史,这是20世纪80年代以前世界各国生产甲醇的主要方法。2. 低压法 即CO和H2在温度(275)压力(5.0MPa)下用铜
18、基催化剂合成甲醇。随着甲醇合成催化剂和反应器新技术的不断发展,低压法合成甲醇已日趋显示出明显的优势。低压法生产甲醇的压力一般在5MPa左右,为了实现等压甲醇合成,节省甲醇合成气压缩机及压缩功耗,降低投资费用和生产成本,甲醇合成原料气的生产及净化一般在低压下进行。3. 中压法: 即以合成气为原料,操作压力为1027MPa,温度235275,催化剂为铜基催化剂。此法的特点是处理量大、设备庞大、占地面积大、是综合了高压、低压法的优缺点而提出来的。此法目前发展较快,新建厂的规模也趋大型化。二、其他原料生产甲醇的方法1、甲烷氧化生成甲醇 反应进行如下: 2CH4+O22CH3OH 这是将便宜的原料甲烷变
19、成甲醇的最简单的方法。在通常情况下,容易发生甲烷深度氧化生成二氧化碳和水。为了解这个问题,反应是在铜金属催化剂存在下,于20.030.0 Mpa和350470的条件下进行的。 2、 液化石油气氧化法液化石油气是一种主要由丙烷和丁烷等组成的轻质的混合物,来源于湿性天然气或油田伴生气,也可以从炼油厂的副产物中获得。 液化石油气可以用空气或氧气进行氧化,氧化的主要产品有乙醛、甲醛、甲醇和一部分作为溶剂的混合化学品。 第三节、设计的目的和意义由于我国石油资源短缺,能源安全已经成为不可回避的现实问题,寻求替代能源已成为我国经济发展的关键。甲醇作为石油的补充已成为现实,发展甲醇工业对我国经济发展具有重要的
20、战略意义。煤在世界化石能源储量中占有很大比重(我国情况更是如此),而且煤制甲醇的合成技术很成熟。随着石油和天然气价格的迅速上涨,煤制甲醇更加具有优势。本设计遵循“工艺先进、技术可靠、配置科学、安全环保”的原则;结合甲醇的性质特征设计一座年产20万吨甲醇的生产车间。通过设计可以巩固、深化和扩大所学基本知识,培养分析解决问题的能力;还可以培养创新精神,树立良好的学术思想和工作作风。通过完成设计,可以知道甲醇的用途;基本掌握煤制甲醇的生产工艺;了解国内外甲醇工业的发展现状;以及甲醇工业的发展趋势。第四节、 设计的依据一、邢台职业技术学院资源与环境工程系2011届课程设计选题年产20万吨甲醇生产工艺初
21、步设计任务书,见附件。二、 设计的基础资料(1)工艺流程资料参阅某化学工程公司的甲醇合成厂的工艺流程资料和参考由房鼎业主编的甲醇工学。(2)合成工段的工艺参数参阅某化学工程公司的甲醇合成厂的工艺参数资料。具体数据为入塔压力5.14MPa,出塔压力4.9 MPa,副产蒸汽压力3.9 MPa,入塔温度225,出塔温度255。三、设计的指导思想以设计任务书为基础,适应我国甲醇工业发展的需要。加强理论联系实际,扩大知识面;培养独立思考、独立工作的能力。整个设计应贯彻节省基建投资,充分重视技术进步,降低工程造价,节能环保等思想,设计生产高质量甲醇产品。第二章、甲醇合成工艺流程的设计第一节、甲醇合成塔的选
22、择甲醇合成反应器实际是甲醇合成系统中最重要的设备。从操作结构,材料及维修等方面考虑,甲醇合成反应器应具有以下要求:(1)催化剂床层温度易于控制,调节灵活,能有效移走反应热,并能以较高位能回收反应热;(2)反应器内部结构合理,能保证气体均匀通过催化剂床层,阻力小,气体处理量大,合成转化率高,催化剂生产强度大;(3)结构紧凑,尽可能多填装催化剂,提高高压空间利用率;高压容器及内件间无渗漏;催化剂装御方便;制造安装及维修容易。甲醇合成塔主要由外筒、内件和电加热器三部分组成。内件事由催化剂筐和换热器两部分组成。根据内件的催化剂筐和换热器的结构形式不同,甲醇内件份为若干类型。按气体在催化剂床的流向可分为
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