化学工程与工艺专业毕业设计-年产30万吨甲醇生产工艺初步设计

化学工程与工艺专业毕业设计-年产30万吨甲醇生产工艺初步设计海南大学毕业设计题目：年产30万吨甲醇生产工艺初步设计学号：************名：***年级：2006级学院：材料与化工学院系别：化工系专业：化学工程与工艺指导教师：张德拉徐树英完成日期：2010年5月20日摘要甲醇是简单的饱和脂肪醇，分子式为CH3OH。

它是重要的化工原料和清洁燃料，用途广泛，在国民经济中占有十分重要的地位。

近些年，随着甲醇下游产品的开发及甲醇作为燃料的推广，甲醇的需求量大幅增长。

因此，经过分析比较各种生产原料、合成工艺后，本设计采用焦炉煤气为原料年产30万吨甲醇，以满足国内需求。

设计遵循“技术先进、工艺成熟、经济合理、安全环保”等原则，在充分论证国内外各种先进生产方法、工艺流程和设备配置基础上，选用以原料气经“栲胶脱硫、干法脱硫、甲烷转化、催化合成、三塔精馏”工艺路线生产甲醇。

设计的重点工艺流程设计论证，甲醇合成工段及三塔精馏工段的工艺计算及设备设计选型。

主要设备合成塔选用Lurgi塔，常压精馏塔选用浮阀塔。

此外，在设计中充分考虑环境保护和劳动安全的同时，以减少“三废”排放，加强“三废”治理，确保安全生产，消除并尽可能减少工厂生产对职工的伤害。

关键词：煤气脱硫转化合成精馏工艺设计一．总论1．概述1.1甲醇的性质甲醇是饱和醇系列中的代表，在常温常压下，纯甲醇是无色、不流动、易挥发、可燃的有毒液体，有类似于乙醇的性质。

甲醇可与水、丙酮、醇类、酯类及卤代烷类等很多有机溶剂互溶，但不能与脂肪烃类化合物互溶。

甲醇是最简单的饱和脂肪醇，具有脂肪醇的化学性能，其化学性很活泼，如氧化反应、氨化反应、酯化反应、羟基化反应、卤化反应、脱水反应、裂解反应等。

其主要物理性质如下表：表1-1 甲醇的主要物理性质[1]项目数值项目数值液体密度／kg·m－3793.1 临界常数蒸汽密度／kg·m－31.43 临界温度﹙T c﹚／℃240沸点／℃64.65 临界压力﹙p c﹚／MPa7.97熔点／℃－97.8 生成热／kJ·mol －1闪点／℃气体﹙25℃﹚－201.22 开杯法16.0 液体﹙25℃﹚－238.73 闭杯法12.0 燃烧热／kJ·mol－1自燃点／℃气体764.09 在空气中473 液体726.16 在氧气中461 蒸发潜热﹙64.7℃﹚／kJ·mol－135.295表面张力／mN·m－1 24.5 熔融热﹙－97.1℃﹚／kJ·mol－13.169黏度／mPa·s 热导率／〔J／﹙m·s·K﹚〕2.1×10－3液体黏度﹙20℃﹚0.5945 空气中最大允许浓度／﹙g·m－3﹚0.05蒸汽黏度﹙15℃﹚0.140 空气中爆炸极限／%临界体积﹙V c﹚／mL·mol－1118 下限 6.0临界压缩系数﹙Z c﹚0.224 上限36.51.2产品用途甲醇是重要的一碳化工基础产品和有机化工原料，而且是重要的溶剂，广泛应用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业，由甲醇出发可制取多种化工产品。

目前甲醇深加工产品已达120种，我国以甲醇为原料的一次加工产品已经有近30种。

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。

1.3甲醇在国民经济中的重要性甲醇是由CO和H2合成的，主要生产原料为煤、焦碳、天然气、焦炉气、石油等。

甲醇产品目前是全世界需求量巨大的重要基础化工产品和基本化工原料，同时也是新一代的能源燃料，其产量仅次于合成氨而居于第二大化工原料产品。

甲醇在石油化学工业、医药工业、轻纺工业、生物化工以及能源、交通运输行业均有广泛用途，在国民经济中占有十分重要的地位。

1.4甲醇的市场需求随着我国国民经济快速增长，甲醇作为基础化工原料的市场需求量还将大幅提高。

此外由于我国是油气资源相对贫乏的国家，进口石油又受到国际石油市场的制约，从长远看，国家能源安全战略将甲醇及其衍生物作为替代液体燃料因该是必然的，动力燃料将成为本世纪甲醇用量最大的新领域，使国内市场需求强劲增长。

1.5焦炉气生产甲醇的方法甲醇生产的原料大致有煤、石油、天然气和含H2、CO（或CO2）的工业废气等。

本设计采用焦炉煤气生产甲醇，主要的工艺流程包括：焦炉气脱焦脱油、焦炉气脱硫、甲烷转化、甲醇合成、精馏精制。

2．设计的目的和意义2.1设计的目的（1）生产甲醇以满足日益增长的市场需求同时或得很好的经济收益。

（2）合理利用大量的剩余焦炉煤气减少环境压力。

焦炉气传统的利用方法是经过脱焦油、萘、苯和H2S后作为民用燃料气，这样非但将宝贵的化工原料烧掉浪费了，而且还有CO2、SO2和NOx产生，照样污染环境。

将焦炉气经净化处理后用于合成甲醇可使资源得到有效利用更能够减少排放污染。

2.2设计的意义（1）本工程以焦炉气制取甲醇，从根本上解决了焦炉气的去向问题，而且变废为宝。

实现了对焦化富余焦炉气的综合利用，符合国家有关产业政策和行业规划以及环保要求。

（2）可以长远解决公司的生存问题，并且为当地提供更多的就业机会，促进区域经济的发展。

（3）做到了真正意义上的焦化行业向高附加值化工行业方向的转化。

（4）有利于国家能源产业结构的调整，保持国民经济的可持续发展。

3．项目设计依据和原则3.1设计依据海南大学2010年毕业设计课题《年产30万吨甲醇生产工艺初步设计》任务书，见附件。

3.2设计原则本课题遵循的设计原则和指导思想：（1）按技术先进、成熟可靠、经济合理的原则对技术方案进行论证，以确定最佳方案；（2）尽可能采用节能工艺和高效设备，充分发挥规模效应，降低能耗、物耗和生产成本，提高项目的经济效益和社会效益；（3）主体工程与环境保护、劳动安全和工业卫生同时考虑，以减少“三废”排放，加强“三废”治理，确保安全生产，消除并尽可能较小工厂生产对化境的不良影响和对工厂职工以及周边地区居民健康的危害。

4．设计范围本项目设计范围包括：（1）生产方法确定、生产流程设计与论证（2）工艺计算（包括物料衡算，热量衡算）（3）各工段主要生产设备设计与选型（4）生产车间设备配置与布置设计（5）工厂选址及总平面布置设计（6）技术经济效益估算（7）安全生产与环保治理措施（8）设计绘图设计重点：生产工艺设计与论证，工艺计算，设备设计与选型。

5．项目建设的条件5.1厂址选择项目拟建于海南省澄迈老城经济开发区5.2原料供应原料来自于广东省雷州市某炼焦厂焦炉气（二期自建炼焦厂获焦炉煤气），原料气规格如下表：表1-1 焦炉气工艺规格表组分COCO2H2CH4N2ArCmHnH2O合计%（v）7.753.1161.2423.580.310.12.911.0 100组分CS2噻吩萘氨B.T.XHCN焦油H2Sg/ N m30.350.0650.20.034 0.5 0.5 0.35.3水、电、气的供应项目用水由澄迈周边的松涛水库供应（澄迈拥有10万吨/日的供水工程）；工厂所需的电力由海口火电股份有限公司马村火电厂供应（该电厂装机容量1200MW）；项目用气来自老城输气管网。

6．甲醇生产能力及产品质量标准6.1生产能力该项目年产30万吨甲醇，年开工日为330天，日产甲醇910吨。

6.2产品质量执行标准本产品为精甲醇，质量规格为优等品，执行国家《GB338—92》标准，具体指标见下表。

表1-2 甲醇产品指标项目指标优等品一等品合格品色度/Hazen单位（铂—钴色号）≤5 10密度（20C），g/cm30.791～0.7920.791～0.793温度范围(0℃,101325Pa)，℃沸程（包括64.6±0.10C），℃≤64.0-65.50.8 1.0 1.5高锰酸钾试验/min≥50 30 20 水溶性试验澄清水的质量分数/%≤0.10 0.15酸的质量分数（以HCOOH计）/% ≤或碱的质量分数（以NH3计）/% ≤0.0015 0.003 0.005 0.0002 0.0008 0.0015羰基化合物含量（以HCHO计）/% ≤0.002 0.005 0.01 蒸发残渣的质量分数/% ≤0.001 0.003 0.005二．生产流程设计与论证本课题设计选取的甲醇生产流程为：焦炉煤气气柜焦炉气脱硫处理甲烷转化储罐甲醇精馏甲醇合成合成气压缩图2-1 焦炉气制甲醇工艺流程图1．原料气脱硫1.1硫化物来源及危害高温炼焦原料中的硫，在炼焦过程中约30%～40%以气态硫化物进入焦炉煤气中。

煤气中的硫化物按其化合状态可分为两类：一类是硫的无机化合物，主要是硫化氢（H2S），根据原料煤含硫量不同，H2S一般为1～10g/m3；另一类是硫的有机化合物，如二硫化碳（CS2）、硫氧化碳（COS）、噻吩（C4H4S）等。

有机硫化物含量较少在0.3 g/m3，这些有机硫化合物，在较高温度下进行变换反应时，几乎全部转化成硫化氢，故煤气中硫化氢所含硫约占煤气中硫总量的90%以上。

硫化物的主要危害如下：（1）使催化剂中毒、失活。

化工生产中常用的烃类转化催化剂、甲烷转化催化剂、甲醇合成催化剂等各类催化剂中的活性组分都能与硫化氢（H2S）反应生成金属硫化物，从而使催化剂的活性下降、强度降低，严重得影响催化剂的有效使用寿命。

（2）腐蚀设备。

含有硫化氢的气体在有水分存在的条件下，硫化氢溶于水生成硫氢酸，能与金属设备、管道生成相应的金属硫化物而造成腐蚀。

同时，腐蚀产物硫化铁在水中与氧可进一步反应生成硫酸或连多硫酸，在高温高压的操作环境中，连多硫酸是造成不锈钢设备的焊缝应力区腐蚀破裂的重要因素。

（3）污染环境。

硫化氢是剧毒物质，人体吸入微量硫化氢即发生头疼晕眩等症状，吸入较多可制猝死。

放空气或设备、管道泄露出来的气体中的硫化氢均沉积于地面，对环境造成不同程度的污染。

脱硫不仅能提高煤气的质量，而且在大规模的煤气生产过程中，还可以回收大量的副产品—硫磺。

1.2脱除硫化物的方法脱除煤气中硫化氢的方法很多，按脱硫剂的物理形态不同分为干法和湿法两大类。

（1）干法脱硫有氢氧化铁、活性碳法等。

含硫化合物气体通过这些固态脱硫剂时产生物理变化和化学变化，脱出硫化物。

使用干法脱硫净化度高，但其设备庞大（因为生产能力小），操作不能够连续且繁重，仅适用于净化气体中含硫物量较低，故被广泛用于精细脱硫。

（2）湿法脱硫由于其生产能力大、操作连续性、对原料气体中硫化氢限制范围比较宽，故被广泛应用。