总结-内蒙古天河化工20万二甲醚工程设计总结.doc

内蒙古天河化工20万t/h二甲醚工程设计总结1工程概况 作为四川化工控股（集团）公司“十一五”重点工程，内蒙古巴彦淖尔市天河化工“20万ta二甲醚装置”在工程投资、工程难度和工程进度上是对泸天化股份公司设计院前所未有的考验。该工程设计概算1.89亿，含单套“20万ta二甲醚生产装置”与配套公用工程设施，系目前世界上单套规模最大的二甲醚生产装置，且设计进度计划要求紧张。 20万ta二甲醚生产装置主体工艺采用由泸天化与日本东洋工程公司共同开发研制的气固相催化工艺流程和技术，详细工程设计采用泸天化设计院开发的工艺技术软件包，由泸天化设计院独立完成全部设计工作，在自主创新方面具有完全自主知识产权。 工程所处的特殊地理位置和气候环境（内蒙巴彦淖尔市临河经济技术开发区），极限最低温度达35.3 ，无霜期长达164天，最大风速为13 ms，地震强度7度，土壤冻结深度1.22 m，上述设计条件也是泸天化设计院从未涉及，而生产装置最终一次顺利开车成功并生产出浓度高达99.6的二甲醚合格产品，装置运行稳定且性能达标，标志着泸天化设计院在北方高寒地区设计作品合格，取得宝贵的工程设计经验。2设计概况2.1生产规模 根据业主（内蒙古天河化工有限责任公司）要求，本装置的生产规模最初定为210万ta二甲醚，后在泸天化绿源醇业有限责任公司现有10万ta二甲醚装置的实际运行参数的基础上放大到214.5万ta二甲醚，又根据控股公司意见最终确定为220万ta二甲醚。 本工程共包括两套各自独立的20万ta二甲醚生产装置及配套公用设施（预留1套），根据现有甲醇生产装置的特点，综合考虑市场因素及目前国内二甲醚生产装置的规模情况，将实际生产能力定为：22.44万ta（680 td），消耗甲醇约966 td。对于二甲醚产品质量标准，按中华人民共和国化工行业标准HGT 39342007执行。2.2设计指导思想 20万ta二甲醚装置是部分参照日本东洋工程公司（TEC）的工艺包（PDP），在泸天化绿源醇业有限责任公司现有10万ta二甲醚装置的基础上放大，由泸天化设计院完成详细工程设计（DED），设计文件必须满足用户所规定的条件和要求。 a.本着技术先进、可靠、经济、合理的原则，各类设备、材料、部件均立足国产化。 b.认真贯彻国家和地方有关环境保护的各项法令、法规，搞好三废治理，并执行“三同时”的原则。 c.严格执行国家和地方关于消防、安全生产、工业卫生、劳动保护工作的有关法规、规定，采取有效措施改善劳动条件，确保安全生产。 d.执行泸天化（集团）有限责任公司设计院标准QBLTHQMS2007质量手册（依据GBT 900lidtISO90002000标准编制)。2.3设计工作范围 承担整个20万ta二甲醚装置界区范围内的总图、工艺、布置、配管、设备、电气、仪表、电信、给排水、建筑、结构施工图设计。具体内容如下： （1）二甲醚主装置工序区； （2）原料卸载、库区、产品充装工序区； （3）仪表空气、氮气工序区； （4）界区内、外管廊工序区； （5）界区内、外公用工程管道、供配电、控制室及其它配套工程； 工序代号：二甲醚主装置工序为10，原料卸载、库区、产品充装工序为11，仪表空气、氮气工序为12，界区内管廊工序为13，界区内给排水、公用工程管道及其它配套工程为14。 提出各工序采购设备数据表，并对中标商的设计和制造数据、图纸及有关资料等进行最终确认。 接受业主（内蒙古天河化工有限责任公司）对详细工程设计的指导和审查确认；提供符合基础工艺和工程设计、满足施工安装、试车考核和性能保证要求的详细工程设计。3工艺特点3.1生产方法简述 由于技术保密缘故，目前国内外关于二甲醚各种生产工艺及方法，公开发表的文献非常有限，各类生产工艺及方法大多是方框式的工艺简要介绍，而对于详细的技术参数尤其是具体的工艺指标和参数，也无法进行工艺优劣比较。相比之下，对于二步法甲醇脱水制二甲醚工艺，我们已有1万ta二甲醚装置和10万ta二甲醚装置的成功设计经验，掌握和了解的各种技术资料和相关的工艺参数指标相对丰富。二甲醚的生产方法主要有一步法和二步法两种。一步法以合成气（COH2）为原料，在甲醇合成以及甲醇脱水的复合催化剂上直接合成二甲醚，再提纯得到二甲醚产品。二步法是以合成气制得甲醇，然后甲醇在固体催化剂作用下脱水制得二甲醚，所用催化剂选择性高，特别适用于高纯度二甲醚生产。 工艺流程主要包括原料制备、反应、合成气冷却、二甲醚精馏、甲醇回收。见图1。 本工艺装置的主要特点是流程简洁明畅，工艺条件温和，装置内热能利用较好，操作简易方便。本装置设备台数较少，设备制作充分立足于国内现状，所有设备均能国内制造而无需进口，可极大降低项目投资。3.2主要工艺特点 20万ta二甲醚装置的全部工艺设计，是在1万ta二甲醚装置和10万ta二甲醚装置的成功设计基础上的更加完善。在设计时对整个项目的投资和工艺路线的选择都作了较为仔细的分析和研究，整个项目设计工艺流程合理，路线最短，操作维护简便；设备用材节省均为碳钢材料，只有少量设备内件是304S材料；控制方式先进采用DCS控制，而放弃了过多的自动控制装置。特别是注重生产装置的节能降耗设计，达到技术与经济协凋统一。具体的工艺特点主要有以下几个方面。3.2.1热量平衡 1万ta二甲醚装置的详细工程设计是严格按照日本东洋工程公司（TEC）提供的工艺包（PDP）来进行的，但在实际运行中发现电加热器在任何负荷下都不能甩掉，通过泸天化设计院组织技术人员进行详细工艺核算，发现二甲醚装置整个合成圈存在热量不平衡，此问题已经影响到对装置整个工艺流程合理性的客观评估。详细计算过程与分析详见泸天花科技2003年第4期“二甲醚装置合成圈热量衡算与分析”一文。 在20万ta二甲醚装置的详细工程设计中，重点控制整个二甲醚装置的热量平衡，对全部换热设备进行传热面积复核，适当提高二甲醚合成圈的进料温度。通过4个多月的实际运行情况观察，无论高低负荷工况，正常生产中电加热器都可以脱开，完全满足工艺要求。3.2.2原料路线 对于国内绝大多数采用甲醇在固体催化剂作用下脱水制取二甲醚工艺的生产装置而言，原料甲醇均采用95精甲醇，原料路线单一。 20万ta二甲醚装置在初步设计时就充分考虑了原料的多样性问题，即装置所在的西北地区精甲醇与粗甲醇生产厂家大量并存的情况，工艺流程设计原则是既能全部采用95精甲醇，又可部分采用85粗甲醇作原料（粗甲醇用量不超过原料总量40），尽管这种方式会造成二甲醚精馏塔、甲醇蒸馏塔等主要设备的一次性投资略有增加，但此举极大方便了用户就近组织原料进货，原料路线灵活，此为20万ta二甲醚装置工艺方面较为独特之处。3.2.3操作弹性 对绝大多数化工装置而言，常规下生产负荷可在60110自由调节，而20万ta二甲醚装置的生产负荷调节幅度宽达20110。在二甲醚装置动设备的选型设计中，除氮气循环风机GB101、甲醇液下泵GA207为单台机泵外，其余各泵均按2开1备设置，这种方式极有利于生产装置的长周期安全稳定运行，此亦为20万ta二甲醚装置工艺方面又一独特之处。 根据内蒙古天河化工2007年11月18日和2008年1月17日传回的现场实际操作数据表明，20万ta二甲醚装置生产负荷分别在100.7和25.4，生产装置运行稳定，工艺指标达到设计要求。3.2.4废热利用 冬季的内蒙古地区天寒地冻，室内无采暖设施过冬是无法想象的。采暖热源无论是向当地市政供热管网申请还是向临近的北方电力公司临河热电厂购买，均涉及巨大的投资与运行费用。 为解决冬季取暖热水问题，在工艺流程设计中对蒸汽冷凝液系统作一简单改进，巧妙利用蒸汽冷凝液冷却器EA301AB从95 降到65 的温差，来加热装置内循环热水系统，可完全满足整个厂区及配套公用设施的室内采暖要求。参见图2。3.2.5蒸汽再生 根据天河化工与北方电力公司临河热电厂签订的蒸汽供应协议，由临河热电厂向天河化工提供1.3 MPa、350 的过热蒸汽，而二甲醚装置界区实际只需要1.1 MPa、185 的饱和蒸汽。针对这种情况，为合理有效地利用能源，在蒸汽管线的流程设计中增加一蒸汽减温增湿装置。过热蒸汽经减温增湿后成为185 的饱和蒸汽，压力略增加0.02 MPa，关键是流量增加约0.5 th，这就意味着该减温增湿装置正常生产情况下副产0.5 th蒸汽（临河热电厂蒸汽售价110元t），每年的节能效益相当可观。参见图3。3.2.6节约投资 施工图设计中本着技术先进与经济合理的原则控制投资目标。现场合理调整厂区与电厂蒸汽管廊布置，极大减少征地与拆迁工作量，为外管廊施工赢得工期；保温材料原拟采用与绿源醇业相同的CAS铝镁质毡材，但其价格涨到近2200元m3，经设计人员核算，变更采用保温性能相当的复合硅酸盐板毡（约800元m3），为业主极大地节约了投资。3.2.7远景发展 20万ta二甲醚工程在总图、工艺设计中充分考虑天河化工公司未来的远景规划，设计工作具有前瞻性，为未来的第二套20万ta二甲醚工程、100万ta大甲醇工程预留充足的发展空间。 按照四川化工控股公司要求，总图布置已为第二套20万ta二甲醚主装置预留用地，原料卸载区、库区、产品充装区、空分、公用工程管道、供配电、控制室及其它配套工程能满足两套20万ta二甲醚装置同时使用的需求