年产20万吨二甲醚项目设计说明书.doc

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目 录第一章 总论1-11.1 项目概况11.2 设计依据11.3 工艺特点11.4 产品方案1第二章 厂址选择2-52.1 选择原则22.2 厂址选择及优势陈述22.3 附图5第三章 工艺说明6-133.1 工艺方案的选择与比较63.2 本项目工艺说明93.3 流程模拟说明9第四章 原料、辅助材料采购与产品营销14-144.1 原料及辅助材料采购144.2 主要产品标准14第五章 物料衡算与能量衡算15-225.1 概述155.2 全局物料衡算155.3 全局能量衡算185.4 操作单元物料横算表及能量横算表18第六章 装置布置23-276.1 车间布置说明23第七章 总图运输28-347.1 工厂布局287.2 厂区组成297.3 布局说明297.4 建筑设计范围317.5 建筑设计与结构设计方案337.6 布局指标337.7 产品包装337.8 运输34第八章 设备及维修说明35-1128.1 塔设备设计及校核358.2 换热器设计668.3 产品储罐设计1078.4 设备选型一览表1098.5 设备维修方案111第九章 自动控制113-1169.1 自动水平和方案1139.2 自动控制内容113第十章 电气电信117-11810.1 设计范围11710.2 设计标准规范11710.3 设计原则11710.4 供配电系统11710.5 电信方案118第十一章 公用工程及辅助设施119-12311.1 公用工程初步方案和原则确定11911.2 给排水工程11911.3 供热12211.4 采用通风123第十二章 消防设计专篇124-12712.1 危险性物质概述及其他物化性质12412.2 事故发生的可能性急危险性分析12412.3 消防安全措施12412.4 消防系统127第十三章 环境保护专篇128-13313.1 建设地点环境状况12813.2 编制依据及采用标准12813.3 环境评价12913.4 主要污染源及污染物13113.5 环境保护措施131第十四章 劳动安全卫士专篇134-13614.1 设计依据13414.2 生产过程中危险有害因素分析13414.3 安全防范措施13414.4 消防与急救13514.5 工业卫生136第十五章 工厂组织与劳动定员137-139第十六章 概算140-14516.1 投资估计14016.2 财务评价145161第一章 总论1.1项目概况本项目为 陕西省府谷化工厂 新建以二氧化碳和氢气为原料年产20万吨二甲醚的生产项目， 与甲醇项目构成联合生产线。 项目总投资3亿，固定投资1.5亿，向银行贷款1.5亿，考虑到多方面因素干扰，建设预计期限为2年。1.2 设计依据1、化工工程设计相关规定。2、国家经济、建筑等相关政策。3、2010年西北大学化工学院课程设计指导书。1.3 工艺特点本厂以二氧化碳及氢气为原料，在多段绝热床中利用一步法合成二甲醚（dme）及副厂物甲醇，收集足够甲醇作为副产品销售。二氧化碳及氢气来源于工业园区其他化工厂，原料充足。1.4 产品方案本厂产品主要有二甲醚、甲醇，并副产一定量的低压蒸汽。产品名称本厂规格国家规定产量（万吨/年）单价（元/吨）二甲醚摩尔分率0.991燃料级203650甲醇摩尔分率0.999工业级6.52100蒸汽2.5mpa中压级200表 1-1 产品分析二甲醚、甲醇主要销售市场在以府谷为中心的西北地区，西北地区主要燃料依旧是煤及天然气，二甲醚作为新型节能环保燃料，在此地区有广大的发展前景，本项目联系其他化工厂，构成联合生产线，合作生产。第二章 厂址选择2.1 选择原则1) 原料和市场厂址应靠近各种原料产地和市场2) 能源化工厂需要大量的动力和蒸汽，应靠近燃料的供应点3) 气候4) 运输条件尽量考虑靠近铁路枢纽以及利用河流、运河、湖泊或海洋进行运输的可能性，公路运输可用作铁路和水路的补充5) 供水化工厂使用大量的水，用于产生蒸汽、冷却、洗涤，有时还用做原料。因此，厂址必须靠近水量充足和水质良好的水源。6) 对环境的影响应得到当地环保部门的认可，和便于妥善处理废物7) 劳动力的来源8) 用地节约用地，尽量少占耕地，并考虑工厂发展的土地空间9) 协作条件选择在贮运、机修、公用工程（电力、蒸汽）和生活设施等方面具有良好协作条件的地区10) 预防灾害及其他避免低于洪水水位或在采取措施后仍不能确保不受水淹的地段，以及地震、泥石流、滑坡、有开采价值的矿藏、文物保护等地区。2.2 厂址选择及优势陈述本项目目标：以二氧化碳及氢气为原料年产20万吨二甲醚。本厂具体选址：陕西省榆林市府谷县皇甫工业园区选址地简介：府谷（fugu）县位于举世瞩目的“神府东胜煤田”腹地，北与内蒙古准格尔旗和伊金霍洛旗、东与山西省保德县和河曲县、南与陕西神木县相邻，总面积3212平方千米，总人口21.2万（2004年），是全国载能火电第一县、全国最大的金属镁、电石生产基地，也是陕西省政府公布的2007年度“陕西县域经济社会发展十强县”之一。主要产业有煤炭、火电、电石、金属镁以及其他载能煤化工。2009年全县实现生产总值155亿元。实现财政收入42亿元。2007年，其中第一产业1.26亿元，占生产总值的2.7%；第二产业31.98亿元，占生产总值的68.4%；第三产业13.48亿元，占生产总值的28.9%。人均gdp为19481元。在经济总量中，非公有制经济占74%。现有工业企业338户，从业人员26495人，工业主要产品有18个系列，100多个品种，主要产品有原煤、焦粉、火电、水泥、生铁、电石、硅铁、硅钙、金属镁等；已初步形成一个以煤炭为龙头，电力、冶金、化工、建材为支柱的产业体系。2008年工业总产值达69亿元。其中非公有制工业企业总产值为65.82亿元，占全县工业总产值的95.4%。原煤的产量为2025万吨，硅铁2.5万吨，硅钙2.5万吨，兰炭376万吨，水泥56万吨，金属镁8.4万吨，发电量17.33亿度。2008年前三季度，生产总值达到75亿元，其中非公有制经济占总量的74%。财政收入22亿元，预计今年生产总值突破100亿元大关，府谷经过步履蹒跚的历程，2009年全省107县、市83个县中县域经济排序进入全省第3名。是一个正在崛起的工业县和华夏儿女进行西部大开发的“瑰宝地”。本厂选址原因：1）交通便利府谷县位于陕西省最北部，北纬38度42分至39度35分，东经110度22分至111度14分。 县内有府（谷）店（塔）一级公路通往神木，另有多条二级公路通往太原、包头、鄂尔多斯，府谷也是正在建设的“榆（林）商（州）高速公路”起点。县城至榆林市219公里；至省会西安760公里；至山西省省太原370公里。铁路方面，有西煤东运大通道神朔铁路通过县境，神木北（店塔）大同往返旅客列车途径在府谷县城并设有客运站。2) 原料丰富府谷县煤炭储藏面积达950平方公里；初步探明储量就有200亿吨，其中侏罗纪煤150亿吨，储藏面积650平方公里，分布在8个乡。煤层地质构造简单，层位稳定，埋藏浅，宜于露天平峒开采。府谷煤属世界优质煤，平均发热量为每公斤6900至7200大卡；灰分仅占5-10；硫仅占0.31至0.86；磷仅占0.002至0.0025；属特低硫、特低磷、特低灰、中高发热量；不粘和弱粘长焰优质动力煤和化工用煤。府谷境内有与矿产资源分布大体相一致的黄河漫滩地下水和奥陶纪岩溶水，就水近煤，资源组合条件好。全县自产水资源总量5.91亿m3/年，其中客水径流量3亿m3，自产水量2.91亿m3，地下水2.32亿m3。己探明的有天桥、孤山川口、阴塔、碛塄、清水川口、新民和勃牛川处水源地，日可采水.5万m3。中省已经批准的天桥和孤山川两处水源地日可采水31.9万m3。目前，在建项目的地方工农业生产总用水量约9万m3/日，煤电载能工业基地规划拟建项目日需水预计约20万m3/日，尚有16.5万m3/日的水资源可供开采，完全可以满足府谷煤电载能工业某地建设的需要。县城生活用水，现日产5000吨，供应居民7万人，水价2.9元/吨3）配套设施 陕西省最大的铝矾土矿床就在府谷县，储藏面积为80平方公里，总储量为6.4亿立方米；矿区水文地质构造简单，利用开采；属高品位大型富矿。全省最大的高岭土矿就在府谷县，远景储量为10亿吨，已探明3.59亿吨。杂质含量低，结晶好，是陶瓷、造纸、化工、电子工业的原料。 县城东部的黄河天桥水电站，装机容量为12.8千瓦，年发电量为6.07亿度。全县23个乡镇全部通电。全县水资源，地表水年径流量为5.911亿立方米；地下水2.32亿立方米/年，可采量为每年1.15亿立方米。孤山川水能资源储量为7070千瓦。 4）鼓励政策建立县级非公有制经济（中小企业）发展专项资金，重点用于扶持符合国家产业政策，节能降耗，并对全县经济有带动作用的综合利用项目。建立“府谷县中小企业融资担保基金”，加大对中小企业信贷支持力度，解决中小企业融资担保困难，促进中小企业快速健康发展。各金融机构要优先支持国家鼓励类投资规模较大的、发展前景较好的非公有制经济投资项目。对非公有制企业的技术创新项目，可享受贷款贴息政策，鼓励增加技术创新投入，凡用于研究开发新产品、新技术、新工艺的费用，列入企业成本，在税前列支。2.3 附图 图2-1 化工厂具体选址图第三章 工艺说明3.1 工艺方案的选择与比较（1） 二甲醚的性质二甲醚又称甲醚，简称dme。其英文名称为dimethyl ether，分子式为ch3-o-ch3，相对蒸气密度（空气为1）1.62，爆炸范围：3.427.0%（vv），引燃温度：350，二甲醚易溶于水，醇和乙醚中。二甲醚具有惰性、无腐蚀性、无致癌性、几乎无毒。二甲醚在空气中长期曝露不会形成过氧化物。在常压下是一种无色气体，有醚类特有气味。二甲醚作为氟里昂的替代物，在气雾剂和制冷剂行业的使用量迅速增加。二甲醚为环保染料，在取代柴油等染料上很有发展前景，为未来可利用理想能源之一。（2） 二甲醚的生产工艺比较dme合成时发生的反应主要有：dme生产技术很快发展到现有的几种方法。 甲醇液相脱水法传统生产二甲醚的方法是以甲醇为原料在浓硫酸的催化作用下，生成硫酸氢甲酯，硫酸氢甲酯再与甲醇反应生成二甲醚。该反应的特点是反应温度低(130160)，选择性及转化率均大于90，可间歇和连续生产，投资少。操作简单。由于浓硫酸对甲醇的碳化作用较大，催化剂的使用周期短，同时脱除反应会产生大量的残酸和废水。对环境污染严重；中间体硫酸氢甲酯毒性较大，危害人体健康。传统工艺的生产规模都相对较小。上海石油化工研究院在传统的甲醇液相脱水装置上。通过将反应与分离操作合成一体有效抑制了有机物的碳化。同时硫不受损耗而被封闭在反应器中供长期使用(首次使用时间达6年多)大大降低了成本减少了污染121。 气相甲醇脱水法1965年美国mobil公司最早报道了气相甲醇脱水法制二甲醚的方法。其基本原理是在固定床催化反应器中使甲醇蒸汽通过固体酸性催化剂(氧化铝或结晶硅酸铝)，发生非均相反应，甲醇脱水生成二甲醚，脱水后的混合物再进行分离、提纯，得到燃料级或气雾剂级的二甲醚。国内有专利报道，在较低温度(1001250c)、常压(0005mpa)和新的催化剂作用下进行脱水生产出二甲醚气体。解决了酯化脱水、催化剂再生和反应过程同步等技术问题。上海石油化工研究院采用自行开发的d_4型氧化铝催化剂也取得了成功。并建成2 000ta甲醇气相催化脱水制二甲醚工业装置。于1995年开车成功。该装置的甲醇转化率60，二甲醚选择性i99，催化剂使用寿命大于6个月产品规格达到气雾剂级的高纯度二甲醚131。气相甲醇脱水法合成二甲醚的国内外工艺进展情况见图3-1图 3-1 气相甲醇脱水法合成二甲醚的国内外工艺进展情况 液相脱合成气一步法合成二甲醚国内外对甲醇合成和甲醇脱水反应的动力学进行了广泛研究。中科院大连化物所近年来在合成气一步法合成二甲醚方面研制出了性能良好的双功能催化剂。并在此基础上开发了固定床合成气一步法合成二甲醚新工艺。该工艺采用固定床反应器合成气原料njco为12，coc02为1525，操作压力2540mpa，反应温度2303000c原料合成气进气空速700l 500h-1所用催化剂为自制的金属沸石催化剂。另外还开展了甲烷化空气催化氧化部分氧化制合成气与含氮合成气制二甲醚技术的研究，希望通过廉价氧源实现廉价合成气，从而降低二甲醚合成生产成本。一步法合成二甲醚。特别是浆态床一步法合成二甲醚是目前新开发的技术。与传统甲醇脱水工艺相比工艺装置结构简单，便于移出反应热，易于实现恒温操作，可以使反应与传热过程耦合，从而达到最佳反应温度。防止催化剂失活。它可直接利用co含量高的煤基合成气。还可在线装卸催化剂，具有较高的co单程转化率和二甲醚产率，使二甲醚在成本上更具有优势。目前。该技术正处于小试及中试阶段。 加氢直接合成法近年来，加氢制含氧化合物的研究越来越受重视，有效利用可以减少工业排放对环境的污染。日本关西电力公司和三菱重工公司把合成甲醇脱水生成二甲醚反应设计在一个固定床里反应条件为温度2503000c。压力410mpa，采用专利双功能催化剂，小试转化率达90，二甲醚选择性为45。国内对与氢气合成二甲醚也有研究。中科院兰州化物所利用研制的功能催化剂，采用固定床管式反应器，在240、的条件下。转化率达到345。二甲醚选择性为607；华东理工大学房鼎业等人采用国产c302型铜基催化剂和cm一31改性分子筛组成的复合催化剂，在260、50mpa、为4的原料气条件下，考察了在搅拌釜反应器中加氢合成二甲醚的反应性能，转化率为65，二甲醚选择性为60。二甲醚生产工艺比较甲醇液相硫酸催化法和甲醇气相法二甲醚生产技术较为成熟，两种方法均有工业装置运转。甲醇脱水法以精甲醇为原料。脱水反应副产物少，二甲醚纯度达99，适用于有较高要求的气雾产品，也可以用作制冷剂或医用气雾剂的抛射剂。该工艺比较成熟可以依托老企业建设新装置，也可单独建厂生产。但该方法要经过甲醇合成、甲醇精馏、甲醇脱水和二甲醚精馏等工艺。流程较长。因而设备投资大，产品成本高，受甲醇市场波动的影响也比较大。合成气法生产二甲醚工艺是一项适合中国国情的技术路线。特别是在淤浆床中，反应温度分布均匀，热平衡较易控制，操作简单且稳定性好，生产成本低。合成气法所用的合成气可由煤、重油、渣油气化及天然气转化制得，原料经济易得，因而该工艺可用于化肥厂和甲醇厂。这些工厂可将甲醇装置适当改造用于生产二甲醚。形成规模生产。目前一步法生产二甲醚面f盗的关键问题是：需要高效低价的煤制气工艺及设备；需要能满足大型化二甲醚生产用的反应器；解决以煤为原料制二甲醚生产过程中的利用问题；相关催化荆的开发与生产；成熟而经济的二甲醚分离提纯技术。3.2 本项目工艺说明本项目采用的原料是传统的化石资源，由于所选厂区自然资源丰厚可进行大规模采集，因此原料采集不是本厂生产瓶颈，初步计算本厂规模可在年产二甲醚20万吨，年产甲醇6.5万吨，大型的生产规模保证了生产成本的大幅度降低进而使二甲醚能在经济上与lpg媲美。根据本厂的生产特点及各一步法工艺优缺点的比较，本分厂利用二氧化碳和氢气为原料，采用多段绝热床一步法工艺合成二甲醚。但由于该工艺尚处于研发过程中，有许多技术难题需攻克，本项目根据根据现有资料进行了初步设计。3.3 流程模拟说明图 3-2 autocad流程模拟图一、 反应工段 1、综述原料气与循环气混合后，经过换热器到达反应所需的温度后，进入反应器合成二甲醚。由于二氧化碳加氢直接合成二甲醚是一个复杂的化学反应体系，体系中共有6个化学物种，即、co、和，用原子矩阵法确定立反应数。原子矩阵的秩为3，反应体系组分总数为6，故独立反应数应为3。现将二氧化碳