年产8万吨甲醇合成项目设计说明书资料.docx

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重庆理工大学

《化工工艺设计》课程设计任务书

学院（系）：

化学化工学院

专 业：

化学工程与工艺

姓 名：

周 健 波

学 号：

10710030133

设计题目：

80万吨/年甲醇生产项目

起讫日期：

2010.11.29-2010.12.17

指导老师：

许 俊 强

目 录

第一章总论 8

1.1项目名称 8

1.2编制依据 8

1.3指导思想及性质 8

1.4项目综述 9

1.5项目可行性分析 9

1.6项目审核 10

1.7区及生产概况 10

1.8料来源 10

1.9设计工艺 10

第二章甲醇的概述及市场需求 11

2.1甲醇的性质 11

2.2.1甲醇的物理性质 11

2.1.2甲醇的化学性质 12

2.1.3甲醇的毒性 13

2.2甲醇的用途 14

2.3国内外甲醇生产需求概况 16

2.3.1国外甲醇生产需求概况 16

2.3.2国内甲醇生产与需求概况 17

第三章厂址的选择 19

3.1自然条件 19

3.1.1地理位置 19

3.1.2自然资源 19

3.2交通运输 20

3.3经济与社会发展情况 21

3.4合川招商引资优惠政策 21

3.5总厂布置图 23

第四章工艺设计方案 25

4.1合成甲醇整体工艺路线的选择 25

4.2煤制大型甲醇的典型流程 25

4.3煤的气化 26

4.3.1煤的气化过程 26

4.3.2煤气化技术的选择 27

4.4煤气化气净化工艺的分析与选取 33

4.4.1煤气化气净化工艺的任务 33

4.4.2煤气净化工艺概况 33

4.4.3煤气净化工艺技术方案的比较 34

4.4.5鲁奇低温甲醇洗工艺 36

4.4.6大连理工大学低温甲醇洗工艺 36

4.4.7煤制甲醇项目净化工艺分析的结论 37

4.5甲醇合成工艺比较 39

4.5.1甲醇合成现有工艺方案概述 39

4.5.2甲醇合成现有工艺方案比较分析 41

4.6.1合成塔性能比较 43

4.7甲醇的合成反应 46

4.7.1合成反应热力学 46

4.7.2合成反应动力学 47

4.7.3合成反应催化剂比较 47

4.7.4反应条件 48

第五章自动控制 51

5.1控制概述 51

5.2工厂及装置简况 52

5.3过程控制与检测 52

5.3.1泵的控制方案 52

5.3.2反应器的控制方案 53

5.3.3精馏塔的控制方案 54

5.3.4换热器控制方案 55

5.4对控制系统的要求 56

5.4.1操作站 56

5.4.2过程报警与系统报警 56

5.4.3系统的可靠性与可用性 56

5.4.4可燃气体及有毒气体检测报警系统 57

第六章给排水工程 60

6.1设计概述 60

6.1.1设计范围 60

6.1.2设计原则 60

6.2设计规定 60

6.2.1设计专业标准规范 60

6.2.2专业相关规定 61

6.3给水系统 61

6.3.1生产、生活供水系统 61

6.3.2脱盐水系统 61

6.3.3消防供水系统 62

6.3.4循环冷却水系统 62

6.4排水系统 63

6.4.1生产污水排水系统 63

6.4.2生活污水排水系统 63

6.4.3生产净下水及雨水排水系统 63

6.5消防用水系统 63

6.5.1总述 63

6.5.2系统概述 63

6.5.3消防水管网 64

第七章供电配电工程 65

7.1说明 65

7.1.1概述 65

7.1.2原则 65

7.2国家标准 65

7.3供电方案 66

7.3.1全厂用电负荷及负荷等级 66

7.3.2全厂供电方案 66

7.4配电设计 67

7.4.1装置环境特征 67

7.4.2选型和敷设方式要求 67

7.4.3电动机 67

7.4.4大型电动机的启动方式 67

7.5照明系统 68

第八章防雷、防静电工程 69

8.1说明 69

8.2标准 69

8.3厂区普通建筑物防雷 69

8.4厂区户外装置的防雷 70

8.4.1露天储罐装设有爆炸危险的金属封闭气罐和工艺装置的防雷 70

8.4.2输送管道的防雷 71

8.5静电装置和接地 71

8.5.1设备接地装置 71

8.5.2储罐区防静电装置 72

第九章电信工程 73

9.1概述 73

9.2原则 73

9.3电信方案 73

第十章土建工程 76

10.1设计范围 76

10.2建筑工程 76

10.2.1设计原则 76

10.2.2设计标准 77

10.2.3设计方案 77

10.3结构工程 79

10.3.1设计原则 79

10.3.2设计标准 80

11.3.3设计方案 80

第十一章供热工程 83

11.1概述 83

11.2蒸汽系统 83

11.2.1设计原则 83

11.2.2设计方案 84

12.2.3设计方案的健壮性 84

11.3导热油系统 85

11.3.1设计原则 85

11.3.2设计方案 85

11.3.3设计方案的健壮性 86

第十二章采暖通风及空气调节 88

12.1设计说明 88

12.1.1概述 88

12.1.2设计目标 88

12.2采暖方案 88

12.2.1设计概述 88

12.2.2设计方案 89

12.3通风方案 89

12.3.1设计概述 89

12.3.2设计方案 89

12.4空气调节方案 89

12.4.1设计概述 89

12.4.2设计方案 90

第十三章环境保护 90

13.1厂址与环境现状 90

13.2执行的环境质量标准及排放标准 90

13.3主要污染物、污染源分析 91

13.3.1废气 91

13.3.2废液 91

13.3.3废渣 91

13.3.4噪声 91

13.3.5生态 92

13.4主要防治措施 92

13.4.1废气污染防治措施 92

13.4.2废液污染防治措施 93

13.4.3废渣污染防治措施 93

13.4.4噪声污染防治措施 93

13.5厂内绿化 94

第十四章节能 95

14.1设计说明 95

14.1.1概述 95

14.1.2设计原则 95

14.2节水 96

14.2.1节水途径 96

14.2.2节水措施 96

14.3节能 96

14.3.1工艺流程方面 96

14.3.2设备选用及热集成方面 97

14.3.3采暖通风设备 97

14.3.4其他 97

第十五章储存与运输 98

15.1概述 98

15.2使用标准 98

15.3储存 99

15.3.1储罐区 99

15.3.2储罐区安全措施 99

15.4运输 100

第十六章维护与维修 100

16.1设计说明 100

16.1.1概述 100

16.1.2设计原则 100

16.2设备维护与维修管理 101

16.2.1设备维护、维修的基本途径 101

16.2.2设备维修、维护的基本内容 102

16.3维修人员的管理 102

16.3.1维修人员的主要任务 102

16.3.2维修人员的能力要求 102

第十七章消防 103

17.1概述 103

17.2标准 104

17.3消防建设 104

17.3.1厂房防火防爆 104

17.3.2储罐区防火防爆 105

17.4消防系统 105

17.4.1概述 105

17.4.2给水系统 106

17.4.3供电系统 106

17.4.4水消防系统 106

17.4.5泡沫灭火系统 107

17.4.6自动气体灭火系统 107

17.4.7蒸汽灭火系统 108

17.4.8干粉灭火系统 109

17.4.9移动式灭火系统 109

17.5消防灭火系统 109

17.6消防联动控制系统 111

17.6.1火灾事故广播系统 111

17.6.2消防专用电话系统 111

17.6.3消火栓泵控制系统 112

17.6.4水喷淋泵控制系统 112

17.6.5排烟/正压送风阀与排烟/正压送风机控制系统 112

17.6.6气体灭火系统 112

17.7日常消防管理 113

第十八章工厂组织与劳动定员 115

18.1组织结构 115

18.2机构职权 116

18.3管理机制 119

18.3.1公司管理策略 119

18.3.2公司激励策略 119

18.4企业文化 121

18.5生产班制 121

18.6员工培训 121

18.6.1工人、技术人员和生产管理人员来源 121

18.6.2人员培训规划 122

第十九章 劳动保护和卫生安全 123

19.1编制依据及设计采用的标准规范 123

19.1.1安全生产和工业卫生防护的原则与要求 123

19.1.2国家及行业的规范和规定 123

19.2生产过程中职业危害因素分析 124

19.2.1自然条件 124

19.2.2总体布置 124

19.2.3生产过程中的危害因素 124

19.2.4有害物质对人体的危害 125

19.3职业危害因素的防范与管理 125

19.3.1建（构）筑物的设计 126

19.3.2装置布置 126

19.3.3消防 126

19.3.4防爆 127

19.3.5静电与雷击的预防 127

19.3.6中毒事故的预防 127

19.3.7绿化 127

19.3.8应急处理 128

19.3.9设备安全 128

19.3.10防护措施 128

19.3.11工艺和自控 128

19.3.12电气及电信 129

19.3.13其他 129

第二十章 项目实施规划 131

20.1规划依据 131

20.2规划实施 132

20.2.1管网改造 132

20.2.2加强能源的动态管理 132

20.3建设周期 132

20.3.1建设周期划分 132

20.3.2项目实施进度优化 133

第二十一章经济评价 133

21.1建设项目总投资 133

21.1.1设备购置费用 133

21.1.2土建费用 136

21.1.3总费用的计算 136

21.2投资后年费用计算 137

21.3财务评价 138

附录一物料衡算和热量衡算说明书 142

附录二设备设计方案 156

参考文献 180

第一章总论

1.1项目名称

设计“8万吨/年的甲醇生产项目”

1.2编制依据

（1）国家地区建设、税收等有关法律、法规；

（2）发改投资[2006]1325号《建设项目经济评价方法与参数》（第三版）；

（5）《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国劳动安全法》等相关的国家法律、法规；

（6）化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定；

（7）项目建议书审批文件。

1.3指导思想及性质

（1）严格遵守国家和地区的相关政策以及法律法规，符合国家的产业政策、投资方向及行业和地区的规划；

（2）采用有发展潜力的生产工艺和技术；

（3）坚持科学发展，以人为本，重视环境保护、安全和工业卫生。

三废治理、消防、安全、劳动保护措施必须同主体装置的设计、建设、投运同时进行。

污

染物的排放必须达到规定的指标，并保证工厂安全运行和操作人员的健康不受损害；

（4）以经济效益为中心，加强项目的市场调研，做好市场分析及风险性评价，降低建设投资，最大限度地降低项目产品生产成本，提高项目经济效益，增强项目产品的竞争能力。

1.4项目综述

甲醇是一种久用的传统化工产品。

在农药,医药,染料，香料,涂料以及三大

合成材料生产中都需要甲醇作为原料或作为溶剂。

因此,甲醇是一种有着广泛用途的重要的有机化工原料,甲醇工业生产对其他相关工业和国民经济的发展都有着重要意义。

随着经济全球化进程的发展,21世纪的化学工业,其产业结构正在不断调整,日益突出了精细化工的主体地位。

近几十年来,特别是我国甲醇工业的发展,生产规模逐渐扩大,下游产品种类不断增加,社会需求越来越大。

因此,迫切要求对甲醇合成过程进行优化操作和控制。

化学工业的巨大变迁也使得化学产品设计变得日益重要。

甲醇是一种符合现代“清洁工艺”要求的环保型化工原料，受到了国内外化工界的广泛重视，可以作为一种新型的燃料，因此甲醇项目的建设对于如今能源短缺的问题，也起到一个缓冲的过程。

本项目利用煤为原料，经过原煤气化——煤气变换——煤气净化——压缩——合成甲醇——精馏的过程来生产甲醇。

本厂将建设在合川，利用了合川丰富的煤矿产资源。

根据国家经贸委在《新能源和可再生能源产业发展“十五”规划》中提出的要求，秉承优恤、合理投资能源项目的原则，结合产品市场需求和产品性质以及企业自身实际情况考虑，经过可行性调查和研究后，确定本产品生产规模为8万吨/年。

1.5项目可行性分析

随着石油资源的日益枯竭和人们环保意识的提高，大大促进了世界各国对无毒、低毒能源的开发和利用。

甲醇作为一种绿色产品，具有广阔的市场应用前景。

本项目采用先进生产技术及设备，以原煤为原料，经过原煤气化——净化——压缩——合成甲醇——精馏的过程来生产甲醇。

1.6项目审核

本项目以原煤位原料来生产甲醇。

根据项目的发展规划，项目成立初期目标市场主要是重庆市和四川省等地区。

在公司以后的发展中，需要不断

地发展完善公司销售网络，同时将致力于技术的完善和新技术的开发，并在时机成熟时，扩大公司规模，已取得更大的竞争优势。

1.7区及生产概况

本项目选址于重庆合川工业园区南溪片区，占地面积约32000平方米。

工业园区内配套设施完善，有水、电、汽等动力来源，可为本项目提供强有力的动力保障。

厂区分为行政生活区、生产区、生产辅助区和储罐区，建立有变电站、公用工程站、锅炉房、蓄水池、原料准备车间、机修车间、检验中心、中控室、消防系统、罐装成品仓库等完善的公用和辅助工程设施。

1.8料来源

本项目主要原料为原煤，由于合川有大量的原煤资源，本项目将于合川天府煤矿达成协议，作为我们的原料供给商。

1.9设计工艺

本项目采用原煤气化法制取甲醇，技术成熟，可用于大规模生产。

采用Cu／Zn／Cr／Al+Ag／Al2O3甲醇催化剂，温度为533K，压力为8.1MPa,空速3000h,H/CO=1.42,含硫量为1350mg/L,一氧化碳的转化率为36.11%,甲醇的选择性为53.12%,其杂质为甲烷、乙烷以及少量的乙醇,反应选择性高，副产物少；在工艺工程中对煤气化后热量进行了充分利用；并在整个工艺流程进行热集成与换热网络设计，大大降低了能耗。

第二章甲醇的概述及市场需求

2.1甲醇的性质

甲醇是最简单的化学品之一，是最重要的化工基础原料和清洁液体燃料，广泛应用于有机合成、染料、医药、农药、涂料、汽车和国防等工业中。

甲醇是最早由木材和木质素干馏制得，故俗称木醇。

2.2.1甲醇的物理性质

甲醇是最简单的饱和脂肪酸，分子式CH3OH，相对分子质量32.04。

甲醇分子中的碳原子和氧原子的成键轨道为四面体结构的SP3杂化轨道，相互重叠结合成C—O键。

而O—H键是氧原子的一个SP杂化轨道和氢原子的1S轨道相互重叠，氧原子的两对未共用电子分别占据其他的两个SP3杂化轨道。

常温常压下，纯甲醇是无色透明，易挥发、可燃，略带醇香味的有毒液体。

甲醇可以和水以及乙醇、乙醚等许多有机液体无限互溶，但不能与脂肪烃类化合物相互溶。

甲醇蒸气和空气混合能形成爆炸性混合物，爆炸极限为6.0％～36.5％（体积）。

甲醇的一般性质见表2-1。

表2-1 甲醇的一般物理性质

性质 数据 性质 数据

密度（0℃）（g/mL）

0.8100

自燃点/℃

相对密度（d20）

0.7913

空气

473

沸点/℃

64.5～64.7

氧气

461

熔点/℃

-97.8

临界温度/℃

240

闪点/℃

临界压力/Pa

79.54×105

开口

16

临界体积/（mL/mol）

117.8

闭口

12

临界压缩系数

0.224

蒸气压（20℃）/Pa

1.2879×104

燃烧热/（kJ/mol）

液体热容（20～50℃）

2.51～2.53

25℃液体

727.038

/［J/（g·℃］

粘度（20℃）/Pa·S

5.945×10-4

25℃气体

生成热/（kJ/mol）

742.738

热导率/［J/（cm·S·K］

2.09×10-3

25℃液体

238.798

表面张力（20℃）/（N/cm）

22.55×10-5

25℃气体

201.385

折射率（20℃）

1.3287

膨胀系数（20℃）

0.00119

蒸气潜能（64.7℃） 35.295

/（kJ/mol）

熔融热/（kJ/mol） 3.169

腐蚀性 常温下无腐蚀性铅、铝例外

空气中爆炸性/％ 6.0～36.5

2.1.2甲醇的化学性质

甲醇具有脂肪醇的化学性质，即可进行氧化、酯化、羰基化，氨化、脱水等反应。

甲醇裂解产生CO和H2，是制备CO和H2的重要化学方法。

（1）氧化反应 甲醇在电解银催化剂上可被空气氧化成甲醛，是重要的工业制备甲醛的方法。

CH3OH+0.5O2→HCHO+H2O

甲醇完全燃烧时氧化成Co和HO，放出大量的热：

CH3OH+O→CO2+H2O+726.55kJ/mol

（2）酯化反应 甲醇和硝酸作用生成硝酸甲酯

CH3OH+HNO3→CH3NO3+H2O

（3）羰基化反应 甲醇和光气发生羰基化反应生成氯甲酸甲酯，进一步反应生成碳酸二甲酯：

CH3OH+COCl2→CH3OCOCl+HClCH3OCOCl+CH3OH→（CH3O）2CO

（4）胺化反应 在压力5～20Mpa,温度370～420℃下，以活化氧化铝或

分子筛催化剂，甲醇和氨发生反应生成一甲胺，二甲胺和三甲胺的混合物，经精馏分离可得一甲胺，二甲胺和三甲胺一甲胺，二甲胺和三甲胺产品。

CH3OH+NH3→CH3NH2+H2O

2CH3OH+NH3→（CH3）2NH+2H2O

3CH3OH+NH3→（CH3）3+3H2O

（5）脱水反应 甲醇在高温和酸性催化剂如ZSM-5，r-Al2O3作用下分子间脱水生成二甲醚：

2CH3OH→（CH3）2O+H2O

（6）裂解反应 在铜催化剂上，甲醇可裂解成CO和H2：

CH3OH→CO+H2

（7）氯化反应 甲醇和氯化氢在Zn/ZrO催化剂上发生氯化反应生成一氯甲

烷：

CH3OH+HCl→CH3Cl+H2O

氯甲烷和氯化氢在CuCl2/ZrO2催化剂作用下进一步发生氧氯化反应生成二

氯甲烷和三氯甲烷。

CH3OH+HCl+0.5O2→CH2Cl2+H2OCH3Cl2+HCl+0.5O2→CHCl3+H2O

（8）其他反应 甲醇和苯在3.5MPa，350～380℃反应条件下，在催化剂的

作用下可生成甲苯：

CH3OH+C6H6→C6H5CH3+H2O

220℃，20MPa下，甲醇在钴催化剂的作用下发生同系化发反应生成乙醇：

CH3OH+CO+H2→CH3CHOH+H2O

2.1.3甲醇的毒性

甲醇吸收至体内后，可迅速分布在机体各组织内，其中，以脑脊液、血、胆和尿中的含量最高，眼房水和玻璃体液中的含量也较高，骨髓和脂肪组织中最低。

甲醇在肝内代谢，经醇脱氢酶作用氧化成甲醛，进而氧化成甲酸。

本品在体内氧化缓慢，仅为乙醇的1/7，排泄也慢，有明显蓄积作用。

未被氧化的甲醇经呼吸道和肾脏排出体外，部分经胃肠道缓慢排出。

推测人吸入空气中甲醇浓度39.3～65.5g/m3，30～60分钟，可致中毒。

人口服5～10mL，可致严重中毒；一次口服15mL，或2天内分次口服累计

达124～164mL，可致失明。

有报告，一次口服30mL可致死。

甲醇主要作用于神经系统，具有明显的麻醉作用，可引起脑水肿。

甲醇的麻醉浓度与

LC较接近，故危险性较大。

对视神经和视网膜有特殊的选择作用，易引起视神经萎缩，导致双目失明。

甲醇蒸气对呼吸道粘膜有强烈刺激作用。

甲醇的毒性与其代谢产物甲醛和甲酸的蓄积有关。

以前认为毒性作用主要为甲醛所致，甲醛能抑制视网膜的氧化磷酸化过程，使膜内不能合成ATP，细胞发生变性，最后引起视神经萎缩。

近年研究表明，甲醛很快代谢成甲酸，急性中毒引起的代谢性酸中毒和眼部损害，主要与甲酸含量相关。

甲醇在体内抑制某些氧化酶系统，抑制糖的需氧分解，造成乳酸和其他有机酸积聚以及甲酸累积，而引起酸中毒。

一般认为，甲醇的毒性是由其本身及其代谢产物所致的。

甲醇中毒的临床表现如下：

（1）急性甲醇中毒后主要受损靶器官是中枢神经系统、视神经及视网膜。

吸入中毒潜伏期一般为1～72小时，也有96小时的;口服中毒多为8～36小时;如同时摄入乙醇，潜伏期较长些。

刺激症状：

吸入甲醇蒸气可引起眼和呼吸道粘膜刺激症状。

（2）中枢神经症状：

患者常有头晕、头痛、眩晕、乏力、步态蹒跚、失眠，表情淡漠，意识混浊等。

重者出现意识朦胧、昏迷及癫痫样抽搐等。

严重口服中毒者可有锥体外系损害的症状或帕金森综合征。

头颅CT

检查发现豆状核和皮质下中央白质对称性梗塞坏死。

少数病例出现精神症状如多疑、恐惧、狂躁、幻觉、忧郁等。

（3）眼部症状：

最初表现眼前黑影、闪光感、视物模糊、眼球疼痛、畏光、复视等。

严重者视力急剧下降，可造成持久性双目失明。

检查可见瞳孔扩大或缩小，对光反应迟钝或消失，视乳头水肿，周围视网膜充血、出血、水肿，晚期有视神经萎缩等。

2.2甲醇的用途

甲醇是一种重要的有机化工原料，应用广泛，可以用来生产甲醛，合成橡胶、甲胺、对苯二甲酸二甲酯、甲基苯烯酸甲酯、氯甲烷、醋酸、甲基叔丁基醚等一系列有机化工产品，而且还可以加入汽油掺扰或代替汽油作为动力燃料以及由用来合成甲醇蛋白。

随着当今世界石油资源的日益减少和甲醇单位成本的降低，用甲醇作为新的石化原料来源已经成为一种趋势。

甲醛是甲醇最重要的下游产品之一，也是最重要的基本有机化工原料之一。

它最大的用途是生产酚醛树脂、黏合剂及其它有机化学品。

近年来，随着我国经济建设的迅速发展，甲醛产量每年以4.5%的速度增长，年需原料甲醇100万吨以上。

为满足化工市场的需求，应大力开发以甲醇为原料的生产甲醛的新工艺，以满足优