30万甲醇厂甲醇精馏工段初步设计

4.2．1四塔精馏特点[4]
(1)利用加压塔塔顶蒸汽冷凝热作常压塔塔底再沸器热源,从而减少蒸汽消耗和冷却水消耗,形成双效精馏,总的能耗比二塔流程降低10% ~20%。
(2)预塔加萃取水,有效的脱除粗甲醇中溶解的气体CO2、CO、H2、和丙酮、烷烃等轻馏份杂质,使甲醇充分溶解在甲醇水溶液中,从而减少甲醇在预塔塔顶的损失。
(4)在常压精馏塔提馏段杂醇油浓缩区设采出口,及时地将难分离的低沸点共沸物-杂醇油采出,从而有效地降低了常压塔的分离难度,减小了操作回流比,达到了节能、提高收率的目的；另外杂醇油采出后,能有效降低常压塔塔底废水中甲醇的含量。
(5)增设的甲醇回收塔,操作弹性大,操作灵活,可回收甲醇,减少废水中的甲醇含量。不仅甲醇回收率增加,而且可以在粗甲醇杂质含量较高时从回收塔取出的甲醇用作燃料,避免杂质在系统累积而影响产品甲醇质量。
近年来，甲醇作为替代能源发展迅速，主要用于甲醇汽油、燃料电池及甲醇制烯烃等。世界各国的甲醇生产主要以天然气和煤为原料。全球天然气价格不断上涨,导致甲醇生产成本居高不下,产品价格居于高位。因此,目前全球甲醇生产正在向具有丰富天然气,且生产成本较低的地区转移。2006年世界甲醇总产能为4695万吨/年。2007-2010年全球甲醇产能年增长率为4.5%-5.0%。甲醇行业近年发展迅速,全球生产能力维持逐年递增走势,中国甲醇工业在良好的宏观经济及下游需求增长下也维持稳定快速的增长局面。2005年之前年增长不足二成，2006、2007年增速较快,两年年均增速50%,产能也达到了两千万吨以上。近几年虽然产能增速有所放缓,然2010年产增长率拉高至38%。2011年1-12月，全国精甲醇的产量达2226.66万吨，同比增长36.27 %。2012年10月，中国精甲醇产量为216.8万吨，较去年同期增加了10.41%；1-10月累计产量为2202.5万吨，较去年同期增加了18.37%。
选择工艺流程时,要综合考虑催化剂、粗甲醇合成条件、精馏过程中能源消耗、精甲醇的质量等,合理选择适当的精馏方法。在制定粗甲醇精馏的工艺流程时,应考虑下述原则：
(1)根据粗甲醇的质量决定精馏过程的复杂程度。粗甲醇杂质的含量主要决定于催化剂本身的选择性,反应温度、压力对其影响不显著,采用铜系催化剂合成的粗甲醇杂质含量少,不必要再用化学净化方法进行处理。
现场应用情况：上海焦化有限公司第二煤气厂，国产20万t/a甲醇装置生产醋酸专用甲醇的四塔精馏工艺,是在总结二塔精馏工艺特点的基础上,对其进行改进、完善的先进工艺[5]。泸天化绿源醇业公司也采用四塔的工艺流程[11]。
6、该设计的创新之处
本设计所选定的四塔甲醇精馏系统具有高纯度、低能耗、低成本的优点。本设计的目的是在获得高纯度甲醇产品的前提下，通过优化换热器网络，根据不同精馏塔之间温差合理利用能量，从而降低能耗，减少生产成本同时降低排出物中杂质的组分。为减少废水排放,增设甲醇回收塔,进一步回收甲醇,减少废水中的甲醇含量。
3、甲醇精馏的主要任务是除去粗甲醇中溶解的气体及低沸点组分,除去水及高沸点杂质,获得高纯度的优质甲醇产品。同时获得副产品:异丁基油(杂醇油)。四塔工艺的采用大大提高了精甲醇的质量，并且还提高了其收率。产出甲醇至少能达到99%以上。
4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：
4.1精馏原理及工艺流程的选择
(3)由于预塔塔底的温度远低于加压塔的进料口处的温度,加压塔进料属于冷进料,而加压塔釜液温度又高于常压塔进料口处的温度,常压塔进料属于过热进料状态。无论是冷进料还是热进料对精馏塔分离都是不利的,需损失一定高度的的填料用于换热。设计的一台加压塔进料/釜液换热器,尽量降低进料和进料口处的温差,从而提高了加压塔和常压塔的分离效率[15]。
7、设计产品的主要用途ห้องสมุดไป่ตู้应用领域：
甲醇是重要的有机原料，是C1化学工业的基础产品，然而其自身价位较低，附加值不高。甲醇的深加工与工业应用是许多国家竞相开发的一个重要领域，甲醇工业的发展在很大程度上取决于甲醇工业应用领域的开拓与深加工产品的开发[13]。目前，随着甲醇应用领域的开发，甲醇制烯烃、制甲基叔丁基醚（MTBE）、制甲醛、甲醇蛋白、甲醇生产促进剂、甲醇燃料的技术进步及工业化突破以及醋酸、甲酸甲酯、碳酸二甲酪、二甲醚等下游产品不断开发，特别甲醇燃料电池的研究与开发及应用，将为甲醇工业提供巨大潜力，也将为我国中小合成氨企业走出困境，实现产品的多样化带来光明前景。
全球甲醇市场仍旧由少数特大型跨国公司垄断,其中最大的甲醇生产商是美国的梅思恩公司(Methanex),生产能力占全球甲醇总产能的21%,供应量占全球市场的40% ~50%。其次是萨比克(SABIC,沙特基础工业公司),生产能力约占全球的9%。世界甲醇工业的趋向：生产规模大型化，普遍规模60万吨／年，全球有12套百万吨级甲醇装置，其中三套达到170万吨／年（伊朗、沙特、马来西亚）,两套230万——240万吨／年（卡塔尔、尼日利亚）；生产布局由原来集中在消费地区（北美、西欧）转向原料产地（拉美、中东、东亚）；原料结构以天然气为主，占全球甲醇产能的90%。在世界大宗有机化工原料中，甲醇的产销量已居第4位。仅次于乙烯、丙烯和苯的产销量。世界甲醇的总产量能力远远不够当今工业用品消费。进入本世纪以来，新建装置集中在中东、拉美和东亚等地天然气资源丰富的地区，谋求以成本优势占领市场。装置的规模也呈现出大型化(5000-12000吨/天)的趋势。世界甲醇生产格局的变化导致消费格局发生重大变化。美国、欧洲、日本等发达国家和地区甲醇消费已由自给逐步转变为依靠进口。
甲醇精馏系统工艺基本分为：带有高锰酸钾反应的精馏流程、单塔精馏系统、双塔精馏系统、三塔精馏系统、四塔精馏系统[10]。目前，国内甲醇精馏工艺主要分为双塔精馏工艺、带有高锰酸钾反应的精馏工艺和三塔精馏工艺。带有高锰酸钾反应的精馏工艺需要对粗甲醇中的还原性物质进行处理后再精馏，工艺复杂，该工艺主要用于对甲醇质量要求相当严格的场合[8]。由于双塔精馏和三塔精馏工艺完全能够保证工业上对精甲醇质量的要求，因此一般不必采用带高锰酸钾反应的精馏工艺[12]。
本科毕业设计开题报告
题目：30万t/a甲醇厂甲醇精馏工段初步设计
专题：
院（系）：资源与环境工程学院
班级：化学工程与工艺
姓名：张同学
学号：15号
指导教师：徐老师
教师职称：教授
黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告
题目
30万t/a甲醇厂甲醇精馏工段初步设计
来源
工程实践
1、研究目的和意义
甲醇作为重要的基本有机化工原料之一，在世界经济中起着十分重要的作用。[1]随着世界能源的日趋紧缺，甲醇又逐步发展成为重要的能源替代品，以甲醇为原料合成二甲醚、烯烃等化工产业也得到了迅速的发展。[2]而且，随着甲醇衍生物及其下游产品的迅速发展和甲醇燃料的应用，甲醇需求量还会越来越大，我国的精甲醇大量用于甲醛生产，甲醛生产多采用精甲醇在银催化剂下气化脱氢工艺，对原料纯度要求就很高。因此提高甲醇产品质量和降低生产消耗就越来越引起人们的关注。
我国甲醇工业始于1957年。我国是一个富煤贫气少油的国家，甲醇生产以煤炭为主要原料。河南、山东、内蒙古、山西为我国甲醇产能最大的4个省份，占全国总生产能力的48%左右。国内比较大型的甲醇生产厂有上海焦化有限公司以煤为原料的生产装置；中石化四川维尼纶厂以乙炔尾气和天然气为原料的生产设备；以天然气为原料的甲醇生产企业还有陕西榆林天然气化工公司、大庆油田甲醇厂、陕西长庆油田、四川江油甲醇厂等，生产规模多在10万公吨/年左右，其它生产设备大多数采用联醇技术，生产规模多在1~5万公吨/年。甲醇化工已成为化学工业中一个重要的领域。甲醇的消费已经超过其传统用途，潜在的耗用量远远超过其化工用途，渗透到国民经济的各个部门，今后甲醇的发展速度将更为迅速。随着我国工业化城镇化的不断推进，我国对甲醇需求量将越来越大，中国也成为世界甲醇生产商的目标市场。近年来，虽然甲醇行业产能过剩形势严峻，但国内甲醇装置投资热度依然不减。生意社数据显示，2010年行业新增产能640万吨，2011年新增产能814万吨，2012年我国将有550万吨以上的新建甲醇装置投产。
2.介绍甲醇精馏原理、工艺（双塔精馏工艺技术法、三塔精馏工艺技术法、四塔精馏工艺技术）和选定设计工艺流程技术。
3.甲醇精馏系统选定之后，对工艺进行计算[6]，对全流程进行物料衡算、热量衡算。其中物料衡算根据进料量是塔顶出料量与塔底出料量之和的原理分别对四个塔进行计算。能量衡算需要化工模拟软件辅助。对常压塔冷却器进行工艺设计和设备设计。
3、研究/设计的目标：
甲醇精馏是甲醇合成的下游工序，其目的就是对合成装置来的粗甲醇进行精制，将甲醇中的杂质进行脱除，以生产符合标准的优等级精甲醇产品。具体研究目标如下：
1、熟悉甲醇生产工艺，对生产设备的功能结构进行深入了解，运用所学专业知识和工厂实习经验，分析各种工艺参数。
2、学习工艺计算和培养设计绘制工程图纸能力。最终通过毕业设计来达到培养自己理论联系实际，分析问题、解决问题以及独立完成工作的能力。
(2)在简化工艺流程的同时,还要考虑产品质量的特殊需要及蒸馏过程中甲醇的收率。
(3)减少蒸馏的热负荷。
(4)蒸馏工艺操作集中控制
(5)重视副产品的回收和排污的处理。
4.2四塔流程采用的工艺
采用三个塔精馏+回收塔的工艺流程,预塔的主要目的是除去粗甲醇中溶解的气体(如CO2、CO、H2等)及低沸点组分(如二甲醚、甲酸甲酯),加压塔及常压塔的目的是除去水及高沸点杂质(如异丁基油),同时获得高纯度的优质甲醇产品[4]。另外,为减少废水排放,增设甲醇回收塔,进一步回收甲醇,减少废水中的甲醇含量。
（6）四塔工艺比较适合大型甲醇装置，因为随着生产规模的扩大，其工艺节能、高效的优势才可体现出来[5]。
4.2.2四塔精馏缺点
与其他工艺如双塔精馏、三塔精馏操作复杂，设备投资有所增加。
4.3设计步骤
1.查阅与甲醇相关的中文文献资料，阅读后归纳出结论，并完成文献综述，其中文献综述包括甲醇的性质、用途和生产概况。查阅一篇与甲醇精馏相关的英文文献并翻译。