年产30万吨甲醇生产车间工艺初步设计Word文档格式.doc

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工业工程系 

专 

业：

石油化工生产技术 

指导教师：

李玉娟 

完成日期：

第一步、设计任务书

第二步、总结概述

第三步设计生产方案

第四步、工艺论证

第五步物料衡算

第六步、能量衡算

第七步、设备选型和工艺计算

第八步、合成车间的设计

第九步九、安全生产设计十、

第十步非工艺专业要求

第十一步三废处理

第十二步、经济效益评价

第十三步、设计结果评析

第十四步、心得体会与致谢

一、设计任务书

（一）课程设计题目

年产20万吨甲醇生产车间工艺初步设计

（二）设计条件

1原料来源：

天然气，海南天然气厂供

2产品：

甲醇（一级）

3生产能力：

3万t/a

4热源条件：

加热剂：

天然气燃烧及生产过程的废热

冷却剂：

循环水，进口温度≤30℃出口温度≤40℃

5生产时间：

全年连续生产330天，每天工作24小时，三班制。

6生产厂址：

洋浦工业开发区

7当场天候温度：

最高40℃，最低8℃，平均18—25℃

（三）设计任务

1．甲醇（工业一级）生产方法确定、工艺流程设计与论证

2．技术指标、工艺参数和操作条件确定与说明

3．工艺计算——物料衡算、热量衡算（应用SI制）

4．生产设备设计计算与选型。

重点：

合成塔和 

换热器设计计算与选型

5．设计结果汇总表

（1）技术指标、工艺参数和操作条件汇总表

（2）物料衡算汇总表

（3）热量衡算汇总表

（4）生产设备配置汇总表

6．设计绘图（计算机CAD绘制）

（1）带控制点工艺原理流程图一张（A3）。

（2）合成塔工艺条件图或结构尺寸图一份（A3）。

（3）换热器结构示意简图一张（A3）。

（4）生产车间平面、立面布置图一份（A3）。

要求：

设计绘图：

图形、图标、图幅符合《机械制图标准》要求。

7．设计说明书编写

内容包括：

设计任务书，目录，生产方案、工艺流程设计与论证，工艺技术参数、操作条件设计说明，工艺计算，生产设备设计与选型，设计结果汇总，环保措施或方案，经济效益估算，设计结果评析，参考文献，设计附表附图等。

（四）设计进度与时间安排

设计选题与准备阶段：

2012年3月1日---2012年4月23日；

设计实质进行阶段：

2012年3月27日---2008年5月28日。

1.查阅文献，完成开题报告 

3周（07.11.12—07.11.23 

）

2.文献检索、资料查阅 

3周（08.2.27—08.3.17）

3.甲醇生产工艺流程设计选择与论证 

2周（08.3.18—08.3.31）

4.工艺计算 

2周（08.4.1—08.4.14）

5. 

定型设备的选择与非定型设备的设计计算 

2周（08.4.15—08.4.28 

6．甲醇生产车间设备布置 

2周（08.4.29—08.5.12 

7.设计绘图 

1周（08.5.13—08.5.19 

8.环保设计、经济效应估算、设计评析 

3天（08.5.20—08.5.22 

9.编写设计说明书、核对校正、检查 

1周（08.5.23—08.5.26 

10.答辩准备 

2天（08.5.27—08.5.28 

二、概述[1]

甲醇，分子式CH3OH，又名木醇或木精，纯品为无色透明略带乙醇香气的挥发性液体，粗品刺鼻难闻。

有毒，饮用后能使双目失明。

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nD（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，爆炸极限为6.0%～36.5%（体积比）。

1923年德国BASF公司率先用合成气在高压下实现甲醇的工业化生产，直至1965年，其期间这种高压法工艺是合成甲醇的唯一方法。

于1966年后，随着甲醇工业化生产的发展，各种甲醇生产方法相继出现。

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英国的ICI工艺、德国的Lurgi工艺和日本的三菱瓦斯化学公司（MCC）工艺。

目前，国外的液相甲醇合成新工艺具有投资省、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。

我国甲醇工业化生产始于1957年。

50年代末在吉林、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95千吨／年低压法装置，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200千吨／年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，打破长期来被ICI、Lurgi等国外少数公司所垄断的局面，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。

甲醇是一种极重要的有机化工原料，也是一种燃料，是碳-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，随着甲醇下游产品的开发，特别是甲醇燃料的推广应用，使甲醇的需求逐年大幅度上升。

为了更好地满足经济发展对甲醇产品的需求，较好的利用天然气资源，选择“甲醇生产工艺设计”作为毕业设计课题，目的在于通过对该课题的设计，掌握和熟悉甲醇生产过程各环节，更好地开展甲醇生产方法研究和开发甲醇生产工艺，为资源利用、产品优化探索新途径。

本设计选用的课题：

“30万t/a甲醇生产车间工艺初步设计”。

依据“任务书”规定的设计内容，进行生产方案、工艺流程设计，工艺计算和生产设备设计等。

本设计遵循：

“符合国情、技术先进、经济环保”的原则，在综合分析诸多甲醇生产方法的基础上，采用“以天然气为原料，经脱硫-二段转化-合成气，在低压下、固定管板列管合成塔中合成甲醇”的技术路线；

精甲醇的生产采用：

“三塔精馏工艺”。

此外，即严格控制“三废”的排放、空气中甲醇的含量以及保证生产安全、环境卫生等方面参照国内外先进经验和方法。

三、生产方案与工艺流程设计

3.1生产方案确定

在天然气经加热到380℃—400℃时，进入填装有钴钼催化剂和氧化锌的脱硫罐中脱去硫化氢及有机硫，使硫含量降到0.5微克每克以下，接着原料气配入水蒸气后于400℃下进入转化炉的对流段，进一步预热到500℃—520℃，然后进入装有镍催化剂的转化管，在管内继续被管外的燃烧气加热，进行转化反应。

离开转化管底部的温度为800℃—820℃，经吸收一些热量以后，使温度升到850℃—860℃，并配入少量水蒸气，然后与450℃的红旗混合进入二段转化炉，在顶部燃烧区燃烧，放热，温度升到1200℃左右[6]。

再通过催化剂床层继续转化并吸热，然后离开二段转化炉，即得所需合成气，合成气此时成分含量为CH40.19%，H268.81%，CO27.07%，CO23.45%，N20.33%，Ar0.09%。

然后合成气经热量吸收后，被压缩到5.14Mpa，加热为225℃后输入固定管板列管合成塔反应，合成塔出口甲醇浓度为3.0—4%。

出塔合成气与入塔气换热后进入甲醇冷却器。

用水冷却至40℃以下以冷凝出甲醇。

合成气于分离甲醇后循环使用。

甲醇分离器出来的粗甲醇经过三塔精馏，产品纯度可达到99.9%，即得合格的精甲醇产品。

3-2工艺流程设计与论证

经综合分析甲醇生产的各种工艺路线，本设计选用：

以天然气为原料，经脱硫-二段转化-合成气，在低压下、固定管板列管合成塔中合成甲醇；

精甲醇的生产采用“三塔精馏工艺”的技术路线。

3-2-1工艺流程简图

图1天然气甲醇的简单工艺流程

工艺流程简述：

首先是采用凯洛格法气化工艺将原料天然气转化为合成气；

原料天然气先用ZnO脱硫，再通过二段转化炉变为合成气；

其次就是甲醇的合成，将合成气加压到5.14Mpa，升温到225℃后输入列管式等温反应器中，在C302催化剂的作用下合成甲醇，再就是甲醇的精馏，本工艺采用三塔精馏工艺将粗甲醇精制得到精甲醇「7」。

3-2-2 

C302甲醇催化剂的主要特性：

催化剂的主要化学组成：

CuO≥50%.ZnO≥25%n.Al2O3≥4%，还添加少量助剂.杂质Na2O<

0.2%；

催化剂外形尺寸Ф5mm×

5mm；

堆密度1.2—1.5kg/L；

机械破碎强度>

100N/cm2。

3-2-3甲醇精馏工艺流程

1、工艺流程简图：

（？

）

2、工艺流程简述：

来自甲醇合成装置的粗甲醇（40℃，0.4MPa），通过预塔进料泵，经粗甲醇预热器加热至65℃，进入预精馏塔，预塔再沸器用0.4MPa的低压蒸汽加热，低沸点的杂质如二甲醚等从塔顶排出，冷却分离出水后作为燃料；

回收的甲醇液通过预塔回流泵作为该塔回流液。

预精馏塔底部粗甲醇液经加压塔进料泵进入加压精馏塔，加压塔再沸器以1.3MPa低压蒸汽作为热源，加压塔塔顶馏出甲醇气体（0.6MPa,122℃）经常压塔再沸器后，甲醇气被冷凝，精甲醇回到加压塔回流槽，一部分精甲醇经加压塔回流泵,回到加压精馏塔作为回流液，另一部分经加压塔甲醇冷却器冷却后进入精甲醇计量槽中。

加压精馏塔塔底釜液（0.6MPa，125℃）进入常压精馏塔，进一步精馏。

常压塔再沸器以加压精馏塔塔顶出来的甲醇气作为热源。

常压精馏塔顶部排出精甲醇气（0.13MPa，67℃），经常压塔冷凝冷却器冷凝冷却后一部分回流到常压精馏塔，另一部分打到精甲醇计量槽内贮存。

产品精甲醇由精甲醇泵从精甲醇计量槽送至精甲醇贮罐装置。

3、工艺说明：

（1）为防止粗甲醇中含有的甲酸、二氧化碳等腐蚀设备，在预塔进料泵后的粗甲醇溶液中配入适量的烧碱溶液，用来调节粗甲醇溶液的PH值。

（2）甲醇精馏系统各塔排出的不凝气进入燃料气系统。

（3）由常压精馏塔底部排出的精馏残液经废水冷却器冷却至40℃后，由废水泵送到生化处理装置。

（4）由甲醇精馏来的精甲醇贮存到精甲醇贮槽中。

精甲醇贮槽为两台30000m3的固定贮罐，贮存量按15天产量计。

五、物料衡算

5-1 

工艺技术参数

5-1-1合成工段的工艺参数[2][3]

参阅某化学工程公司