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100kt/a甲醇生产项目-项目可行性报告

—小虎队

成员:丁赵楠 陈根炎 董杰 沈波涛

赵国星 指导老师：欧阳玉霞 南湖学院化学与纺织工程系

第1 章总论

1.1 项目介绍

天然气是制造甲醇的主要原料。天然气的主要组分是甲烷,还含有少量的其他烷烃、烯烃与氮气.以天然气生产甲醇原料气有蒸汽转化、催化部分氧化、非催化部分氧化等方法,其中蒸汽转化法应用得最广泛,它是在管式炉中常压或加压下进行的。由于反应吸热必须从外部供热以保持所要求的转化温度,一般是在管间燃烧某种燃料气来实现,转化用的蒸汽直接在装置上靠烟道气和转化气的热量制取。本项目采用余热和废气回收工艺技术的装置，进行余热、驰放气回收再利用，有效地降低了原料消耗，使甲醇成本降低，环境得到保护，取得良好的经济效益和社会效益。

1.2 设计依据、原则和标准 1.2.1 设计依据

(1) 2014年度嘉兴学院南湖学院化工设计竞赛指导书； (2) 国家地区建设、税收等有关法律、法规； (3) 嘉兴港区化工园区地理、人文、经济等因素；

(4) 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》(化工部2005年修订版)及有关专业的国家标准；

(7) 项目建议书及其审批文件。 1.2.2 设计指导思想和原则

(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) 采用成熟而先进可靠的工艺生产技术，以保证工厂生产运行稳定、能耗低、产品品质优良；

(3) 产品生产与质量指标均符合国家及地方办法的各项相关标准；

(4) 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；

(5) 充分利用嘉兴港区化工园区的现有条件和优势，以及长江三角洲地区现有的经济条件，化工园区和相当有利的发展形势，有效地对园区进行改造，加快建设进度，以

经济建设为中心，关注民生经济以及相关支柱产业的发展。

(6) 做好市场调研，分析和风险性评价，降低建设成本，在环保，经济的基础上，提高企业受益和经济效益，增强项目产品在市场上的优势。

(7) 产品生产和质量指标符合国家及地方颁发的各项相关标准。

1.3 项目概况

1.3.1 项目名称

中国石化扬子石油化工有限公司——100kt/a甲醇生产项目 1.3.2 项目性质

本项目的目标是为某一石化总厂(中国石化扬子石油化工有限公司)设计一座天然气制甲醇的分厂，加快甲醇化工的综合发展，以提高资源利用率和综合经济效益，在资源的优化与利用方面具有重要意义。 1.3.3 项目建设性质及规模

根据现有环氧丙烷的市场需求量，结合市场上甲醇的生产量以及长江三角洲地区化工产品的生产和相应销量，参照相关公司的甲醇生产规模参数。根据生产工艺中原料和产品的配料比，原料的来源供应量。现拟定生产100kt/a甲醇的生产量。 1.3.4 项目简介

本项目拟以东海油气田开发生产的天然气以及西气东送二线工程的完成和川气东送工程逐渐完善，在原料的供应上不存在原料短缺问题，不再依靠进口天然气，降低风险。本项目方案主要是利用能量消耗少，操作费用低，产品纯度高，设备费用低的美国卜内门(ICI)公司的低压法。整个生产分为四个工段，分别为转化，合成，精馏，蒸汽平衡。具体的工艺流程图见图1所示。

1.4 项目意义

甲醇是一种重要的化工原料，在有机合成工业中，是仅次于烯烃和芳烃的重要基础有机化工原料，是碳一化学的重要产品，从甲醇出发可生产一系列化工产品，用途极为广泛。

目前国内甲醇主要用作基本化工原料及溶剂。甲醇是合成气加工的起点，是进一步开发下游产品的原料，它可以通过氧化脱氢、氧化羰基化、还原碳基化和其它化学反应过程来生产甲醛、醋酸、乙醇、甲醇蛋白、甲基叔丁基醚（MTBE）、甲烷氯化物、甲胺、甲酸、对苯二甲酸、二甲酯、二甲醚、甲基丙烯酸甲酯、合成橡胶等。甲醇也用于农药、医药、军工炸药等。

甲醇更是优良的能源与车船用清洁燃料，可直接用于汽车燃料与电厂发电，或用5A分子筛转化为汽油，也可与汽油、柴油混合作为车用燃料。我国还发展了燃料甲醇与醇醚燃料，可作军用或民用。

近年国际上和我国都已开发出MTO技术，即以甲醇为原料制取烯烃（乙烯、丙烯和C4）技术，现正在积极进行工业化试验。此外，甲醇制乙二醇、乙醛、甲苯、二甲苯以及很有希望的未来高科技产品燃料电池等都在快速进展中。

总之，甲醇用途十分广泛，在国民经济中几乎找不到另外一种有机产品有甲醇如此广阔的应用范围。而且随着科学技术的不断发展与进步，甲醇的应用领域仍在不断扩大，已突破了其传统的应用范围，未来的潜在开发前景十分诱人。

但是我国的甲醇缺口还是很大的，依赖于进口。下图为2010年我国甲醇进口情况统计。

第2章产品方案与市场分析 2.1环氧丙烷产品方案 2.1.1 物理性质 物态 颜色 气味 熔点 沸点 密度 闪点 蒸气密度 蒸气压 液体 透明，无色 纯品清淡，类似乙醇；粗品刺激难闻 -98 °C(lit.) 64.5~64.7 °C(lit.) 0.791 g/ml25 °C 52 °F（约11°C） 1.11 (大气压=1) 127 mm Hg(25°C) 410 mm Hg(50°C) 折射率 爆炸上限%(V/V)： 爆炸下限%(V/V)： 沾染量 水溶解性 n20/D 1.329(lit.) 44.0 5.5 <10(APHA) 易溶

储存条件

室温 2.1.2化学性质

易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂接触发生化学反应或引起燃烧。在火场中，受热的容器有爆炸危险。能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃。燃烧分解一氧化碳、二氧化碳、水。有剧毒。

第3 章 产品工艺选择和催化剂研究

3.1天然气制甲醇的生产方法

天然气是制造甲醇的主要原料。天然气的主要组分是甲烷,还含有少量的其他烷烃、烯烃与氮气.以天然气生产甲醇原料气有蒸汽转化、催化部分氧化、非催化部分氧化等方法,其中蒸汽转化法应用得最广泛,它是在管式炉中常压或加压下进行的。由于反应吸热必须从外部供热以保持所要求的转化温度,一般是在管间燃烧某种燃料气来实现,转化用的蒸汽直接在装置上靠烟道气和转化气的热量制取。由于天然气蒸汽转化法制的合成气中,氢过量而一氧化碳与二氧化碳量不足,工业上解决这个问题的方法一是采用添加二氧化碳的蒸汽转化法,以达到合适的配比,二氧化碳可以外部供应,也可以由转化炉烟道气中回收.另一种方法是以天然气为原料的二段转化法,即在第一段转化中进行天然气的蒸汽转化,只有约1/4的甲烷进行反应,第二段进行天然气的部分氧化,不仅所得合成气配比合适而且由于第二段反应温度提高到800℃以上,残留的甲烷量可以减少,增加了合成甲醇的有效气体组分。

天然气进入蒸汽转化炉前需进行净化处理清除有害杂质,要求净化后气体含硫量小于0.1mL/m3.转化后的气体经压缩去合成工段合成甲醇。

3.2 生产工艺流程

(1)转化工段

由管网来的天然气压力为1．15MPa，温度为常温，其硫含量为0．1ppm。经原料气压缩机升压至2．5MPa，进入蒸汽转化炉预热到250℃，然后天然气与汽提塔顶出口汽提蒸汽相混合，混合后的水碳比由汽提塔的蒸汽加入量调节，使混合原料气的水碳比为3

左右。然后再经对流段的原料蒸汽混合气加热盘管加热至510℃，进入一段转化炉管内，发生转化反应。在此，天然气与蒸汽反应生成H2 、CO、CO 2，反应后出炉管的气体温度为800℃左右，出口CH4 约为3．0％。工艺气首先经过废热锅炉，产生3．9MPa的蒸汽。然后经过锅炉给水加热器，将脱盐水加热至225℃，这时，转化气去预精馏塔塔底再沸器，回收工艺气中的大部分低位能，工艺气出预精馏塔塔底再沸器后经水冷分水后，即得到新鲜合成气。

反应式：CH4?H2O?CO?3H2

CO?HO2?CO2?H2

工艺流程图如下： (2)合成工段

合成气经合成气压缩机压缩，与循环气混合升压至5．5MPa后，首先经过合成塔进出气换热器加热，进入合成塔，合成气进塔温度为225℃左右，在此，合成气进行甲醇合成反应，放出的热量用于产生蒸汽。反应后的气体出塔温度为255℃，甲醇出口浓度为55％左右。出合成塔的高温气体热量用于加热入塔合成气，然后经水冷至40℃左右，冷凝分离出粗甲醇。不凝的气体经驰放少量惰性气体后，大部分循环回合成气压缩机循环段，与新鲜气混合再进合成塔。弛放气大部分返回至一段炉作燃料使用。ICI反应器属等温型列管反应器，反应热靠管外沸腾的水很快移走，产生3．9MPa的饱和蒸汽。该蒸汽降压后和转化工段产生的3．9MPa的饱和蒸汽一起过热到360℃，作为合成压缩机驱动透平的动力，以及汽提塔的汽提蒸汽。

合成甲醇：CO?2H2?CH3OH

CO2?3H2?CH3OH?H2O

(3)精馏工段

预塔操作压力0．103MPa，粗甲醇送入预塔前须加热到沸点70℃，然后在塔内分离成塔顶气和塔底液，塔顶气主要是含甲醇的轻馏分，塔底再沸器用合成气加热保持塔底液在沸腾状态。由于预塔顶引出的轻馏分量甚少，可考虑将其直接送一段转化炉作燃料。预塔后甲醇的蒸馏采用节能型蒸馏流程，即用两个串联的蒸馏塔实现甲醇的精馏，一塔在0．61MPa运行，塔顶可获得120℃的甲醇馏出物，且作为二塔再沸器热源。塔顶气冷凝后即成为高质量的甲醇产品，其产量约占总产量的55％。塔底液在142℃左右通过上述料釜液换热器降温到约91℃入二塔，二塔操作压力为0．103MPa。

常压精馏塔塔底污水含甲醇≤0．1％。本流程将上述废水大部分作萃取水循环用于

预塔，余量则送往转化工段中的汽提塔经汽提处理后，作除盐水回收，从而实现了甲醇蒸馏过程中废水的零排放。

(4)蒸汽平衡

整个甲醇装置共有二处可副产蒸汽，一是一段转化后工艺气，温度为800℃的转化废热锅炉；二是甲醇合成塔废锅。两废锅副产蒸汽，它们的压力为3．9MPa，这些蒸汽再在一段炉对流段中的蒸汽过热器过热至360℃左右，然后供中压蒸汽用户——合成压缩机驱动透平以及汽提塔。合成压缩机驱动透平为抽汽凝汽式，抽出的0．6MPa低压蒸汽供精馏、脱氧槽等低压蒸汽用户用，中低压蒸汽管网与老厂联网，便于互相调剂，稳定生产，节省投资。整个装置的冷凝液全部回收，送往除盐水站净化处理。

3.3 主要设备

主要设备包括反应器、精馏塔、冷却换热设备、压缩机和泵、催化剂等五类。其国产化前景分析如下：

（1）反应器类

①转化炉 是合成气制备工序的核心设备，其国产化情况也分三类：一是完全可立足于国产化的技术且国内已有类似设备；二是可立足于国产化但国内尚无同类设备；三是实现中小型的国产化，但大型化装置需进一步攻关。

②甲醇合成塔 建议采用华东理工大学和兰州设计院合作开发的甲醇合成塔型式，即多段径向冷激型甲醇合成塔或绝热 - 管束型甲醇合成塔。

(2)精馏塔类 多为浮阀塔，国内已完全可自行设计制造。 (3)冷却换热设备类 均为普通的换热器，不需引进。 (4)压缩机类 均为离心式，国内均能自行设计和制造。 (5)催化剂类 均立足于国内自行生产的催化剂。

3.4 甲醇质量指标

甲醇的现行国标为《中华人民共和国国家标准工业用甲醇》（gb 338-2004）。该标准适用于以煤、焦油、天然气、轻油、重油等为原料合成的工业甲醇，主要用于化学工业、医药工业、农药行业，也可作为燃料使用。该标准规定了工业用甲醇的要求、试验方法、检验规则及标志、包装、运输、贮存和安全等。该标准将甲醇分为优等品、一等品和合格品，质量指标包括色度、密度、沸程、高酸钾试验、水混溶性试验等11个，具体应符合下表所示技术要求：

甲醇（工业甲醇） 执行标准：GB338—2004《工业用甲醇》 指 标 项目 色度（铂—钴），号≤ 密度（20℃），g/cm3 温度范围（0℃，101325Pa），℃沸程（包括64.6±0.1℃），℃≤ 高锰酸钾试验，min≥ 水溶性试验 水分含量，%≤ 酸度（以HCOOH计），%≤ 或碱度（以NH3）计），%≤ 羰基化合物含量（以CH2O），%≤ 试验方法 合格品 10 GB3143 GB4472 优等品 5 一等品 0.791~0.792 0.791~0.793 64.0~65.5 GB7534 0.8 1.0 1.5 GB7534 50 澄清 0.01 30 20 － GB338 GB63241 GB6283 0.15 － 0.0015 0.0030 0.0050 GB338 0.0002 0.0008 0.00015 GB338 0.002 0.005 0.010 GB338 蒸发残渣含量，%≤

0.001 0.003 0.005 GB63242 3.5甲醇生产中的“三废”处理

(1)废气

甲醇装置废气排放点为一段转化炉烟气囱排出烟道气，其主要成分为CO2，O2 ，N2 ，对大气无毒害物质，环境无控制指标； (2)废水

主要排出废水为甲醇精馏塔塔底废水和转化酸性冷凝液，废水可送至除盐水再处理后用作锅炉给水，产生的废气进入转化炉回收利用，做到无污水排放： (3)废渣

主要是旧触媒更换排出，旧触媒多为贵金属成分，需要送回催化剂厂回收处理。

第4章厂址选择

4.1 选厂总原则

(1) 不易遭受地震、洪水、暴风雨等自然灾害 (2) 水源充足

(3) 有相应公共消防设施的支援

(4) 无高湿度、温度变化显著等气候问题 (5) 不受邻近危险性大的工业装置影响 (6) 邻近公路、铁路、机场等运输设施 (7) 在紧急状态下可以把人和车辆疏散至安全地 (8) 原料供应充足 (9) 销售门路广

4.2 概述

2001年7月，嘉兴市委、市政府调整理顺乍浦开发管理体制，设立嘉兴港区管委会，统一领导嘉兴港务局、乍浦经济开发区和乍浦镇，管理范围为整个乍浦镇域54平方公里和嘉兴市74.1公里岸线。

嘉兴港区区位条件优越。与上海、杭州、苏州、宁波（74海里）距离都在100公

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