年產10萬噸乙二醇化工廠工藝設計

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 年產10萬噸乙二醇化工廠工藝設計 11 目錄 第一章 總說明 1 1.1項目概況 1 1.2設計依據 1 1.3設計思想及原則 1 1.4項目建設意義 1 1.5建設規模及產品方案 2 1.5.1 建設規模 2 1.5.2 乙二醇 2 1.5.3 碳酸二甲酯（DMC） 4 1.6 廠址概況 5 第二章 總圖設計 7 2.1 設計依據 7 2.2 設計范圍 7 2.3廠址概況 7 2.4 廠區布置方案 7 2.4.1 總體布置原則 7 2.4.2 工廠組成 8 2.4.3 總平面布置 9 第三章 車間平面布置 11 3.1 廠區平面布置理念 11 3.2 酯化工段 11 3.2.1整體布置 11 3.2.2設備設計 12 3.2.3車間布置圖 12 3.3 羰化工段 12 3.3.1整體布置 12 3.3.2設備設計 12 3.3.3車間布置圖 13 3.4加氫工段 13 3.4.1整體布置 13 3.4.2設備設計 13 3.4.3車間布置圖 14 3.5 精餾工段 14 3.5.1整體布置 14 3.5.2設備設計 14 3.5.3車間布置圖 14 第四章 化工工藝方案的選擇及論證 16 4.1 總論 16 4.2 工藝流程簡介 16 4.3 工藝路線的產品工藝的選擇與論證 17 4.3.1 主體工藝路線選擇 18 4.3.2 DMC分離工藝選擇 18 4.3.3 乙二醇分離工藝選擇 19 4.4 結論 20 第五章 物料衡算 21 5.1. 物料衡算概述 21 5.2 各工段物料衡算 21 5.2.1 酯化工段 21 5.2.2 羰化工段 21 5.2.3加氫工段 21 5.2.4精餾工段 21 5.3系統物料衡算 21 第六章 能量衡算 22 6.1 能量衡算的目的 22 6.2 能量衡算可以解決的問題 22 6.3 能量衡算遵循的原則 22 6.4 系統能量衡算 23 第七章 熱量集成技術與節能技術 24 7.1 概述 24 7.2 全流程能流信息匯總 25 7.2.1 工藝冷熱物流匯總 25 7.2.2 公用工程冷熱物流匯總 26 7.2.3 熱量目標 27 7.3 全局優化換熱網絡 29 第八章 設備設計與選型 31 8.1 概述 31 8.2 設計標準與依據 31 8.3 設備設計步驟 32 8.4 設備一覽表 32 第九章 布置與配管 33 9.1 設計依據 33 9.2 設備布置原則 33 9.3 管道的布置原則 34 9.3.1 管道鋪設原則 34 9.3.2 泵的管道布置 35 9.3.3 換熱器的管道布置 35 9.3.4 塔的管道布置 35 9.3.5 管廊的管道布置 36 9.3.6 其他管道布置 36 9.4 配管 36 9.4.1 管徑的一般要求 36 9.4.2 管徑的設計依據 37 9.4.3 管道編號說明 37 第十章 自動控制與儀表 39 10.1 概述 39 10.2 設計依據 39 10.3 設計原則 39 10.4 測量儀表的選擇 40 10.4.1 壓力測量儀表 40 10.4.2 流量測量儀表 40 10.4.3 溫度測量儀表 40 10.4.4 液位測量儀表 40 10.5 自動控制 41 10.5.1 進料量的控制 41 10.5.2 反應器控制方案 41 第十一 章電氣工程 44 11.1 設計范圍 44 11.2 設計標準、規范 44 11.3 設計原則 44 11.4 電力負荷等級及供電要求 44 11.4.1 負荷等級 44 11.4.2 用電要求 45 11.5 變電所設計 45 11.6 危險區域劃分和設備選擇 46 11.6.1 標準及規范 46 11.6.2 危險區域設備選擇 46 11.7 防雷、接地、防靜電措施 47 11.8 繼電保護的選擇與整定 48 11.9 照明系統設計 48 11.9.1 設計范圍 48 11.9.2 設計原則 48 11.9.3 照明供電及控制 48 第十二章 電信工程 50 12.1 設計概述 50 12.2 設計依據 50 12.3 設計方案 50 12.3.1 行政管理電話系統 50 12.3.2 生產調度電話 50 12.3.3 火災報警系統 51 12.3.4 擴音對講系統 51 12.3.5 監控系統 51 12.3.6 無線對講系統 51 12.3.7 全廠電信網路 51 第十三章 土建 52 13.1 設計依據 52 13.2 土建設計要求 52 13.3 廠區地理情況 53 13.4 建筑與結構設計方案 53 13.4.1 設計范圍 53 13.4.2設計原則 53 13.4.3 設計方案 54 第十四章 給排水系統 58 14.1 概述 58 14.2 設計范圍 58 14.3 設計規定 58 14.4 設計原則 58 14.5 設計依據 59 14.5.1 廠址氣候情況 59 14.5.2 水質 59 14.6 給水系統 59 14.6.1 生水系統 60 14.6.2 生活用水系統 60 14.6.3 工藝用水系統 61 14.6.4 循環冷卻水系統 62 14.6.5 鍋爐用水 63 14.6.6 消防用水 63 14.6.7 雜用系統 64 14.6.8 廠區給水匯總 64 14.7 排水系統 64 14.7.1 生活污水排放系統 65 14.7.2 生產廢水排放系統 65 14.7.3 冷卻水排放系統 66 14.7.4 雨水排放系統 66 14.7.5 非正常排水 67 14.7.6 排水匯總表 67 14.8 節水措施 68 第十五章 供熱工程 69 15.1 概述 69 15.2 設計依據 69 15.3 設計原則 69 15.4 蒸汽系統供熱能力的要求 70 15.5 初步設計方案 71 15.5.1 設計概述 71 15.5.2 需要蒸汽的換熱設備 71 15.5.3 蒸汽冷凝水系統設計 72 15.5.4 供熱系統配套設施 72 15.5.5 鍋爐給水系統 73 第十六章 采暖通風及空氣調節 74 16.1 設計概述 74 16.2 設計依據 74 16.3 當地氣候 74 16.4 設計參數 75 16.5 設計方案 75 16.5.1 采暖系統設計 75 16.5.2 通風系統設計 76 16.5.3 空氣調節系統 77 第十七章 環境保護 78 17.1 設計依據 78 17.2 主要污染物 78 17.2.1 三廢來源及排放量 81 17.2.2 三廢排放組成 81 17.3 前期建設環境保護措施 82 17.3.1 水處理方案 82 17.3.2 水土流失的防治 83 17.3.3 粉塵的防治 83 17.3.4施工噪聲影響減緩措施 83 17.3.5 固體廢棄物處理措施 83 17.4 運營期間環境保護措施 83 17.4.1 水污染防治 83 17.4.2 大氣環境保護 84 17.4.3 固體廢棄物的處理措施 84 17.4.4 噪聲污染防治措施 84 17.5 綠化 85 第十八章 維修 86 18.1 設計依據 86 18.2 設計原則 86 18.3 維修體制概述 86 18.4 廠內日常檢修與維護 86 18.4.1 巡回檢查 86 18.4.2 同步檢修與協同檢修 86 18.5 設備維護與檢修 87 18.5.1維修基本途徑 87 18.5.2 維修基本內容 88 第十九章 儲存與運輸 89 19.1 設計概述 89 19.2 設計依據 89 19.3 儲存系統 89 19.3.1 原料儲存 89 19.3.2 產品儲存 89 19.3.3 安全措施 90 19.4 運輸系統 91 19.4.1 原料運輸 91 19.4.2 產品運輸 91 19.4.3 運輸路線布置 91 第二十章 消防工程 92 20.1 涉及范圍 92 20.2 設計依據 92 20.3 設計原則 92 20.4 生產火災危險特性 93 20.4.1 乙二醇生產車間的特性 93 20.4.2 乙二醇裝置區主要危險、有害因素分布 93 20.5 消防安全措施 95 20.5.1 基礎消防措施 95 20.5.2 火警探測系統 95 20.5.3 火災自動報警系統 95 20.5.4 緊急停車和安全聯鎖 96 20.6 消防系統 96 20.6.1 穩高壓消防給水系統 96 20.6.2 中壓系統和高壓系統 96 20.6.3 消防管網布置 97 20.6.4 消防水炮和消火栓 97 20.6.5 消防站 97 第二十一章 勞動安全與工業安全 99 21.1 概述 99 21.2 依據 99 21.3 職業安全 100 21.3.1 工業毒物 100 21.3.2 燃燒與爆炸 101 21.3.3 噪聲 101 21.3.4 腐蝕 102 21.4 工業安全 103 21.4.1 車間的衛生特征分級 103 21.4.2 工作場所 104 21.4.3 輔助用室 104 21.4.4 浴室、存衣室、盥洗室的設置 105 第二十二章 經濟分析 107 22.1 工程概況 107 22.2 設計依據 107 22.3 投資估算 107 22.3.1 估算依據 107 22.3.2 估算方法說明 108 22.3.3 投資的一般構成 108 22.3.4 建設投資估算 109 22.3.5 流動資金 120 22.3.6 建設期貸款利息 120 22.3.7 項目投入總投資匯總 121 22.4 資金籌措 121 22.4.1 銀行貸款還款方式 121 22.4.2 資金籌措計劃 122 22.4.3 投資規模 122 22.5 成本估算 122 22.5.1編制依據及成本估算方法 122 22.5.2 外購原材料費 123 22.5.3 外購燃料及動力費 123 22.5.4 工資及福利費 124 22.5.5 修理費 126 22.5.6 折舊費 126 22.5.7 攤銷費 127 22.5.8 財務費用 127 22.5.9 其他費用 128 22.5.10 總成本費用估算表 128 22.5.11 經營成本費用估算表 129 22.5.12 產品單耗估算 129 22.6 銷售收入及稅金計算 130 22.6.1 銷售收入估算 130 22.6.2 稅金估算 131 22.7 財務評價 132 22.7.1 現金流量表 132 22.7.2 損益及利潤分配估算表 134 22.7.3 贏利能力分析指標 136 22.8 不確定性分析 137 22.8.1 盈虧平衡點分析 137 22.8.2 敏感性分析 138 第一章 總說明 1.1項目概況 【項目名稱】10萬噸/年煤制乙二醇生產裝置建設項目 【建設單位】有限公司 【企業性質】國有企業 1.2設計依據 （1） （2）《化工廠初步設計深度規定》 HG/T 20688-0 （3）《中華人民共和國環境保護法》，《中華人民共和國勞動安全法》 等相關法規 （4）有關的氣象，水文，交通，環保等資料 1.3設計思想及原則 （1）本項目的目標是為一大型綜合化企業設計一座采用清潔生產工藝制取乙二醇的分廠； （2）項目的建設必須遵守國家政策、法規、安全條例，符國家化工行業相關標準； （3）選擇的工藝技術應該成熟、可行，確保操作運行穩定、可靠，能長期運行； （4）在保證工藝生產安全、可靠的前提下，盡量使所選擇的設備和材料實現國有化； （5）廠區布置合理，在滿足有關安全、防火的標準和規范條件下，合理控制投資； （6）充分考慮當地的環境保護和員工安全保護要求； （7）通過比較選擇最優方案，合理規劃投資，制定長遠的經濟計劃。 1.4項目建設意義 目前，我國乙二醇產品主要用于生產聚酯、防凍液、粘合劑、油漆溶劑、耐寒潤滑油、表面活性劑和聚酯多元醇等。其中聚酯是我國乙二醇的主要消費領域，其消費量約占國內總消費量的94.0%，另外約6.0%用于防凍劑、粘合劑、油漆溶劑、耐寒潤滑油、表面活性劑以及聚酯多元醇等。近年來，我國聚酯（包括聚酯纖維、聚酯樹脂和薄膜等）的生產發展很快，0年生產能力只有595萬噸， 8年我國聚酯的產量約1730萬噸，對乙二醇的需求量約636萬噸；0年聚酯的產量將達到約1900萬噸，屆時對乙二醇的需求量將達到約665萬噸。加上在防凍劑以及其他方面的消費量，預計我國乙二醇的總需求量，0年將達到約710萬噸。 雖然我國乙二醇生產能力和產量增長較快，但仍不能滿足國內聚酯等日益增長的市場需求，每年都得大量進口，且進口量呈逐年增長態勢。5年我國乙二醇進口量只有20.54萬噸，0年進口量突破100萬噸達到104.97萬噸，8年更是增加到486.72萬噸，進口依存度高達72.26%。 我廠以甲醇廠生產的合成氣為原料，并購進原料一氧化氮，生產碳酸二甲酯（DMC）和乙二醇（EG）。 本廠的優勢在于：甲醇原料供應充足，可集團內部供應，無需外購，節約原料成本；廠區位置的土地不占用耕地、軍事基地等；工程地質條件很好，地貌相對平整，有利于控制土建工程成本；水文地質條件較好，項目所需的工業用水和生活用水可以得到保證；交通運輸的基礎設施條件很好，需要建設的連接廠區與規劃區道路很短；廠區內電力供應充足，保障工業生產的需要；廠址距目標市場相對較近，可以有效地控制產品運輸成本；項目的建設一方面將獲得國家西部開發的方針、政策的指導和鼓勵，同時有優惠政策；另一方面，有有利于推動西部開發工作在地區的良好實施，是一個理想的建廠環境。 本項目符合國家節能與環保的產業政策，符合國家西部大開發的戰略規劃；不僅能夠提高企業經濟效益，促進企業發展，而且對于變資源優勢為產業優勢，進而轉化為經濟優勢，促進全區經濟快速發展，都具有十分重大的意義；同時能給國家及建設單位帶來巨大的商機及經濟效益，前景一片廣闊。 1.5建設規模及產品方案 1.5.1 建設規模 本廠以煤制甲醇產的甲醇為主要原料，設計年產乙二醇達到10萬噸，主要用于生產高純度乙二醇（要求達到0.998以上），副產物為精細化工品碳酸二甲酯（DMC）。其中乙二醇產量為10萬t/a，DMC產量為6332.5 t/a。 1.5.2 乙二醇 1.5.2.1 產品名稱 【化學名稱】：乙二醇 【商品名稱】：乙二醇 【分子式】：(CH2OH)2 【結構簡式】：HOCH2CH2OH 1.5.2.2 產品理化性質 （1）產品的物理性質 乙二醇又名“甘醇”、“1，2-亞乙基二醇”，簡稱EG。乙二醇是無色無臭、有甜味液體，對動物有毒性，人類致死劑量約為1.6g/kg。乙二醇能與水、丙酮互溶，但在醚類中溶解度較小。用作溶劑、防凍劑以及合成滌綸的原料。 表1.1 乙二醇主要物理性質 分子式 C2H6O2 分子量 62.07 物理性質 無色、無臭、有甜味粘稠液體 沸點，℃ 197.85 相對密度，g/ml 1.1155(水=1，20℃)； 2.14（空氣=1） 冰點，℃ -13.2 凝固點，℃ -12.6 自燃溫度，℃ 418 爆炸極限，％（V） 32-15.3 閃點，℃ 111 （2）產品的化學性質 由于分子量低，性質活潑，可起酯化、醚化、醇化、氧化、縮醛、脫水等反應。乙二醇與無機或有機酸反應生成酯；乙二醇在催化劑（二氧化錳、氧化鋁、氧化鋅或硫酸）作用下加熱，可發生分子內或分子間失水；乙二醇能與堿金屬或堿土金屬作用形成醇鹽；乙二醇的溶解能力很強，但它容易代謝氧化，生成有毒的草酸。 1.5.2.3 產品規格 表1.2 乙二醇產品規格表 指標名稱 指標 優級品 一級品 合格品 外觀 無色透明 無機械雜質 無色透明 無機械雜質 無色或微黃色 無機械雜質 色度（鉑—鈷） 加熱前，號 ≤ 加鹽酸加熱后 ≤ 5 20 15 — 40 — 密度（20℃），g/cm3 1.1128~1.1138 1.1125~1.1140 1.1120~1.1150 沸程（在0℃，0.10133MPa） 初餾點，℃ ≥ 干點，℃ ≤ 196 195 193 204 水分，% ≤ 0.1 0.2 — 酸度（以乙酸計），% ≤ 0.002 0.005 0.01 鐵含量（以Fe計），% ≤ 0.00001 0.0005 — 灰分，% ≤ 0.001 0.002 — 二乙二醇和三乙二醇，% ≤ 0.1 1.0 — 醛含量（以甲醛計），% ≤ 0.001 — 紫外透光率，% 220 nm ≥ 275 nm ≥ 350 nm ≥ 70 90 98 — 1.5.2.4 產品用途 （1）一般用途 乙二醇是一種重要化工基礎原料，中國乙二醇產品主要用于生產聚醋纖維可進一步生產漆綸、PET瓶子、薄膜），并可作為防凍劑、不飽和聚酷樹脂、潤滑劑、增塑劑、非離子表面活性劑以及炸藥、涂料、油墨等行業，用途十分廣泛。其中我國乙二醇的主要消費領域是PET聚醋，其消費量約占國內總消費量的94.50%，生產防凍劑占消費量2.80%，其他如粘合劑、油漆溶劑、耐寒潤滑油、表面活性劑以及聚酷多元醇等占消費量2.70%。 （2）本廠用途 乙二醇作為最終產品。 （3）本公司用途 乙二醇作為最終產品。 1.5.3 碳酸二甲酯（DMC） 1.5.3.1 產品名稱 【化學名稱】：碳酸二甲酯（DMC） 【商品名稱】：碳酸甲酯 【結構簡式】：CH3O-CO-OCH3 1.5.3.2 產品理化性質 碳酸二甲酯(dimethyl carbonate，DMC)，是一種無毒、環保性能優異、用途廣泛的化工原料，它是一種重要的有機合成中間體，分子結構中含有羰基、甲基和甲氧基等官能團，具有多種反應性能，在生產中具有使用安全、方便、污染少、容易運輸等特點。由于碳酸二甲酯毒性較小，是一種具有發展前景的“綠色”化工產品。 分子量：90.07 熔點：2-4℃ 沸點：90℃ 水溶性：難溶于水 密度：1.069 g/cm3 外觀：無色透明、略有氣味、微甜的液體 閃點：17℃ 1.5.3.3 產品用途 （1）一般用途 ①代替光氣作羰基化劑； ②代替硫酸二甲酯作甲基化劑； ③低毒溶劑； ④汽油添加劑。 （2）本廠用途 DMC作為最終產品出售。 （3）本公司用途 DMC 作為最終產品出售。 1.6 廠址概況 本項目所在廠址位于甲醇廠，具備以下良好條件：甲醇原料供應充足，可集團內部供應，無需外購，節約原料成本；廠區位置的土地不占用耕地、軍事基地等；工程地質條件很好，地貌相對平整，有利于控制土建工程成本；水文地質條件較好，項目所需的工業用水和生活用水可以得到保證；交通運輸的基礎設施條件很好，需要建設的連接廠區與規劃區道路很短；廠區內電力供應充足，保障工業生產的需要；廠址距目標市場相對較近，可以有效地控制產品運輸成本；項目的建設一方面將獲得國家西部開發的方針、政策的指導和鼓勵，同時有優惠政策；另一方面，有有利于推動西部開發工作在地區的良好實施，是一個理想的建廠環境。 第二章 總圖設計 2.1 設計依據 《總圖制圖標準》 GB/T50103-1 《建筑設計防火規范》 GB50016-6 《化工企業總圖管理規定》 原化工部文件 《化工企業總圖運輸技術規范》 GB50489-9 《化工企業建設節約用地若干規定》 GB50187-93 《化工裝置設備布置設計工程規定》 HG20546-9 《石油化工企業設計防火規范》 GB50160-8 《石油化工企業廠區總平面布置設計規》 SH/T3053-2 《石油化工儲運系統灌區設計規范》 SHT3007-7 《石油化工企業工廠電力系統設計規范》 SH3060-94 《工業企業總平面設計規范》 GB50187-93 《工業企業標準軌距鐵路設計規范》 GBJ12-87 《廠礦道路設計規范》 GBJ22-87 《化工工廠總圖運輸施工圖設計文件編制深度規定》 HG/T20561-94 《石油化工企業電氣設備抗震鑒定標準》 SH3071-95 2.2 設計范圍 廠內總平面布置、豎向布置、交通運輸設計。 2.3廠址概況 我廠廠址為工業基地。廠址概況見可行性報告第六章。 2.4 廠區布置方案 2.4.1 總體布置原則 （1）工廠總平面布置應滿足生產和運輸要求符合生產和運輸要求，實際上要求總平面布置實現生產過程中的各種物料和人員輸送距離為最小，最終實現生產的能耗為最小； （2）工廠總平面布置應滿足安全和衛生要求化工企業生產具有易燃、易爆和有毒有害等特點，廠區布置應充分考慮安全布局，嚴格遵守防火，衛生等安全規范、標準和有關規定，其重點是防止火災爆炸的發生，以利保護國家財產，保障工廠職工的人身安全和改善勞動條件； （3）工廠總平面布置應考慮工廠發展的可能性和妥善處理工廠分期建設問題由于工藝流程的更新，加工程度的深化，產品品種的變化和綜合利用的增加等原因，化工廠的布局應有較大的彈性，即要求在工廠發展變化、廠區擴大后，現有的生產、運輸布局和安全布局方面仍能保持合理的布置； （4）工廠總平面布置必須貫徹節約用地原則節約用地是我國的基本國策。生產要求、安全衛生要求換熱發展要求與節約用地是相輔相成的，保證徑直和短捷的生產作業線必然要求工廠集中和緊湊的布置，而集中和緊湊的布置不僅節約了能量，也同樣節約了土地。在安全衛生要求方面，如能妥善安排不同對象的不同安全間距要求，既可保證必要地安全距離，又可使土地得到充分利用； （5）工廠總平面布置應考慮各種自然條件和周圍環境的影響這些影響包括：風向和風向頻率，山谷風和山前山后氣流的影響；工程地質的影響；地震區、濕陷性黃土區的影響；城市規劃的影響等； （6）工廠總平面布置應為施工安裝創造有利條件工廠布置應滿足施工和安裝機具的作業要求，廠內道路的布置同時應考慮施工安裝的使用要求。兼顧施工要求的道路，其技術條件，路面結構和橋涵荷載標準等應滿足施工安裝的要求。 本項目的廠區總平面布置是嚴格遵照所列設計規范的要求進行設計的。并且在進行化工廠總平面布置之前，分析了全廠生產流程順序、各部分的生產特點和火災危險性，同時考慮了廠區地形和風向，選擇了合理的朝向。我廠根據設計規范的要求，為了節約土地，提高土地利用率，采用聯合化、露天化、一體化布置；并根據生產特點，按照功能分區集中布置。本廠區在進行總平面布置設計還預留了發展用地，一方面可以使前期建設的項目集中、緊湊、布置合理，并與后期工程合理銜接；另一方面可以滿足輔助生產設施、公用工程設施、倉儲和管線鋪設等相應后期配套建設。 2.4.2 工廠組成 本廠根據功能分區，主要包括以下幾個部分： ①行政管理區：包括行政樓、停車場等。 ②生活區：包括食堂、醫務室、員工休息室等。 ③生產裝置區：四個工段（酯化工段、羰化工段、加氫工段、精餾工段）裝置區。 ④輔助生產區：包括儀修車間、消防站等。 ⑤儲運區：包括乙二醇貯罐區、氫氣貯罐區、甲醇罐區、DMC 儲罐區、廢液儲罐區、裝罐區和裝卸臺等。 2.4.3 總平面布置 我廠的總平面布置，是在總體規劃的基礎上，根據企業的性質、規模、生產流程、交通運輸、環境保護以及防火、安全、衛生、施工及檢修等要求，結合場地自然條件，通過技術經濟比較后，設計多種方案后擇優確定而來。 本廠廠區地處延安市工業園區內。廠區場地近似呈正方形，長2500m，寬150m。總面積為64500m2。廠區所處地理位置的常年主導風向為東北風及西南風，最小概率風向為西北風。 ①行政管理區和生活區布置于廠區東南部，位于工業園，基礎設施完善且位于全年主導方向的上風側，環境條件好，交通以及對外聯絡方便。 ②輔助生產區主要布置在工藝裝置區東北部，并緊臨生產裝置區，可以縮短物料的管道運輸距離。 ③生產區集中布置于中部，四周大道環繞，運輸方便。工藝裝置集中布置，可以使流程順暢，銜接短截與相鄰設施協調，有利于生產管理和安全防護。 ④產品儲罐區集中布置在廠區西部，距離生產裝置區距離短，同時靠近廠區南門，便于運輸。 采用AutoCAD軟件繪制廠區總平面布置圖，見設計圖冊。廠區總平面布置設計指標如下表2-1所示： 表2.1 廠區總平面布置設計指標 序號 名稱 單位 數量 備注 1 廠區占地面積 m2 41310 2 建構筑物占地面積 m2 18580 3 道路地坪占地面積 m2 8230 4 地下管線管廊占地面積地 m2 1060 5 綠化面積 m2 7973 6 建筑系數 % 44.98 不含生產區及罐區 7 綠化系數 % 19.3 8 利用系數 % 86.77 不含生產區及罐區 第三章 車間平面布置 3.1 廠區平面布置理念 （1）公用工程站主要負責供應壓縮空氣，設計將公用工程與反應精餾車間和吸收車間距離都較近，使得公用工程站能兼顧兩個車間。 （2）消防站設置在廠區中央，距離起火危險最高的鍋爐房和反應精餾車間都不遠，同時能夠顧及倉庫和儲罐，使得全廠的防火安全系數最高。 （3）運輸區設置在廠區最西側，占地面積小，遠離生產區。這樣做有利于運輸安全，避免交通事故危機產品生產，使得二氧化碳捕捉和再利用安全持續的。 （4）污水池和尾氣處理區離各車間都比較近，有利于運輸，節省了一定的運輸費用。 圖3.1 廠區平面布置圖 3.2 酯化工段 3.2.1整體布置 酯化工段塔設備較大，因此布置在架子旁邊，可節約鋼材，也便于單獨管理操作，泵和離心分離器震動較大，均布置在一層。換熱器較多，分別布置在2層和3層。每層高6m，長48m，寬21m，共3層。一層設有控制室。 3.2.2設備設計 （1）酯化塔、甲醇回收塔 由于塔較高，因此不放在架子中，而是放在設備架旁邊，與設備架相隔6米；水洗塔位于吸收塔邊上，及時處理廢氣，解吸塔也靠近吸收塔，便于操作。 為便于操作和維修，每隔5m有寬度為1m的操作平臺。 （2）離心泵 離心泵在車間底部呈“一”字型排列，方便操作與維修。 泵與泵之間的間距不小于700mm。 （3）換熱器 換熱器根據物料進出設備布置在相應平臺。換熱器封頭離設備間距不小于1000mm，有管道相連的臥式換熱器之間最小凈距不小于750mm，沒有操作關系的臥式換熱器之間最小凈距不小于600mm換熱器封頭對齊，方便檢修。換熱器軸線盡量對齊塔設備及相關設備，方便管道連接，縮短管線。臥式換熱器底部距離平臺不小于600mm。 3.2.3車間布置圖 酯化車間平面圖包括： ①0.00、6.00和12.00平臺俯視圖共1張； ②設備外型尺寸和設備編號； ③設備定位尺寸和尺寸線； ④操作臺主要尺寸。 3.3 羰化工段 3.3.1整體布置 反應分離車間主要為2個反應器、1個精餾塔、1個吸收塔和一個回收塔，設備較少，搭設三層操作臺，每層高6m，長48m，寬21m。精餾塔采用露天設計。一層設有控制室。 3.3.2設備設計 （1）塔 精餾塔較高，因此采用露天設計可節約材料。與操作臺間隔2m，兩個精餾塔之間相隔2m，另外精餾塔搭設有1m寬的操作平臺，方便操作維修。 其他塔設備與酯化工段相同。 （2）離心泵 1)離心泵在車間底部呈“一”字型排列，方便操作與維修。 2)泵與泵之間的間距不小于700mm。 （3）換熱器 換熱器根據物料進出設備布置在相應平臺。換熱器封頭離設備間距不小于1000mm，有管道相連的臥式換熱器之間最小凈距不小于750mm，沒有操作關系的臥式換熱器之間最小凈距不小于600mm換熱器封頭對齊，方便檢修。換熱器軸線盡量對齊塔設備及相關設備，方便管道連接，縮短管線。臥式換熱器底部距離平臺不小于600mm。 3.3.3車間布置圖 羰化車間平面圖包括： ①0.00、6.00和12.00平臺俯視圖共1張； ②設備外型尺寸和設備編號； ③設備定位尺寸和尺寸線； ④操作臺主要尺寸。 3.4加氫工段 3.4.1整體布置 加氫工段沒有大型設備，設備也較少，為保持區域整齊，仍采用21m寬度，48m長度，每層高度6m，一共兩層。 3.4.2設備設計 （1）離心泵 離心泵在車間底部呈“一”字型排列，方便操作與維修。 泵與泵之間的間距不小于700mm。 （2）換熱器 換熱器根據物料進出設備布置在相應平臺。換熱器封頭離設備間距不小于1000mm，有管道相連的臥式換熱器之間最小凈距不小于750mm，沒有操作關系的臥式換熱器之間最小凈距不小于600mm換熱器封頭對齊，方便檢修。換熱器軸線盡量對齊塔設備及相關設備，方便管道連接，縮短管線。臥式換熱器底部距離平臺不小于600mm。 3.4.3車間布置圖 加氫車間平面圖包括： ①0.00、6.00和平臺俯視圖共1張。 ②設備外型尺寸和設備編號； ③設備定位尺寸和尺寸線； ④操作臺主要尺寸 3.5 精餾工段 3.5.1整體布置 反應分離車間主要為7個儲罐、4個精餾塔和1個回收塔，設備較多，搭設三層操作臺，每層高6m，長48m，寬21m。精餾塔采用露天設計。一層設有控制室。 3.5.2設備設計 （1）塔 精餾塔較高，因此采用露天設計可節約材料。與操作臺間隔2m，兩個精餾塔之間相隔2m，另外精餾塔搭設有1m寬的操作平臺，方便操作維修。 其他塔設備與酯化工段相同。 （2）離心泵 離心泵在車間底部呈“一”字型排列，方便操作與維修。 泵與泵之間的間距不小于700mm。 （3）換熱器 換熱器根據物料進出設備布置在相應平臺。換熱器封頭離設備間距不小于1000mm，有管道相連的臥式換熱器之間最小凈距不小于750mm，沒有操作關系的臥式換熱器之間最小凈距不小于600mm換熱器封頭對齊，方便檢修。換熱器軸線盡量對齊塔設備及相關設備，方便管道連接，縮短管線。臥式換熱器底部距離平臺不小于600mm。 3.5.3車間布置圖 精餾車間平面圖包括： ①0.00、6.00和12.00平臺俯視圖共1張； ②設備外型尺寸和設備編號； ③設備定位尺寸和尺寸線； ④操作臺主要尺寸。 第四章 化工工藝方案的選擇及論證 4.1 總論 乙二醇是源自石油、煤、天然氣、生物質資源的重要基礎有機化工產品，主要用作生產聚酯的原料。我國是世界上最大的聚酯生產和消費大國，因而也是最大的乙二醇需求大國，國內自給能力存在巨大的缺口，為我國化工企業提供了非?？捎^的市場發展空間和機遇。近年來我國乙二醇產業發展迅速，但還缺乏擁有自有知識產權的核心技術?；谫Y源多元化的低耗、高效、安全、清潔的生產技術的創新、開發、應用、推廣和宣傳，已成為我國乙二醇產業和聚酯產業可持續穩定發展的關鍵因素，也是我國化工科技界義不容辭的責任和義務。 本項目的目標是為某一大型綜合化工企業設計一座采用清潔生產工藝制取乙二醇的分廠。以合成氣為原料合成乙二醇，并盡量采取可行的措施減少系統對環境的不利影響，對排出的污染物提出合理的治理方案。 4.2 工藝流程簡介 CO催化偶聯合成草酸酯再加氫生成乙二醇，該工藝具有原料來源豐富、成本低、無污染、反應條件溫和、產品純度高、生產連續化等優點，是潔凈生產、環境友好的先進綠色化學工藝。 此方法是利用醇類與NO及氧氣反應生成亞硝酸酯,然后在鈀（Pd）系催化上氧化偶聯制得草酸二酯，再經在銅系催化劑上加氫制得乙二醇。 圖4.1 工藝流程簡圖 4.3 工藝路線的產品工藝的選擇與論證 煤制乙二醇的必要性與意義具有如下幾點： 其一，煤制乙二醇可替代石油路線法制乙二醇，具有巨大的市場前景。 石油路線法制乙二醇生產工藝的經濟效益受國際油價格的制約，生產成本影響較大。特別是在當前石油價格高的形勢下，采用石油法生產乙二醇的利潤空間越發變得狹窄，為此尋求更為經濟的乙二醇合成路線成為當務之急。 隨著我國碳一化學的快速發展和煤基乙二醇工藝技術的成功開發，為煤制乙二醇替代石油制取乙二醇工藝提供了有力的技術保障，同時基于煤制乙二醇合成工藝，以其原料來源廣泛和價格相對低廉、技術經濟性好等多項優點，提升了煤制乙二醇的經濟空間，所以煤制乙二醇比石油路線生產乙二醇更具有發展前景，已經成為研究和幵發熱點。 其二，建設大型乙二醇裝置，既可滿足市場要求，也可改善我國乙二醇供銷格局，減少乙二醇依賴進口的程度。 隨著聚酷產業的快速發展，我國對于乙二醇的需求量還在逐年增長，且表現出很強的增長趨勢，需求增長速度為23%，遠遠高于我國乙二醇產量增長速度。很大程度上是依靠進口來滿足需求，自2年開始乙二醇進口依存度超過70%。因此建設大型乙二醇裝置就顯得格外重要，既可以滿足國內乙二醇的市場需求，也可大大改善我國乙二醇供銷格局，減少乙二醇依賴進口的程度。 其三，建設大型煤制乙二醇裝置，為緩解我國石油的供求矛盾發揮重要作用。能源問題已經受到世界各國的普遍關注，而我國“煤多油少”的能源結構，一直以來是制約我國經濟發展的一個老大難問題，目前石油對外依存度高達50%，不但增加了我國的外匯輸出，而且在國際原油價格持續走高的形勢下，石化產品的生存空間越發變得狹小，隨著國民經濟的不斷發展，原油依賴進口的這一狀況仍將加劇。尋求新的可以替代石油或者減少石油在工業生產的依賴，是緩解我國石油的供需平衡的重要手段。 其四，煤制乙二醇與石油法生產乙二醇相比，具有較強的成本優勢 根據國內已開車的煤制乙二醇裝置運行情況，以煤價750元/噸計，只要石油價格不低于67美元/桶，煤制乙二醇將具有成本優勢。根據以前的原油價格，以煤為原料制乙二醇代石油法制乙二醇項目占有絕對優勢。并且隨著煤代油的大規模產業化和工藝技術進一步成熟，用煤代油生產化工產品的成本將進一步下降，就乙二醇項目而言利潤空間加大，成本優勢得到進一步的體現。 鑒于我國具有豐富的煤炭資源，石油資源缺乏，所以以煤炭為基礎的煤基新能源開發和利用具有十分廣闊的前景。由以上分析可知，煤制乙二醇項目的建設具有現實和長遠的意義。 為此，本項目選擇以煤制合成氣為基礎的CO催化偶聯合成草酸酯再加氫生成乙二醇工藝。 4.3.1 主體工藝路線選擇 日本宇部興產公司和意大利蒙特愛迪生公司于1978年相繼開展了氣相法的研究。氣相法反應過程分為兩步： （1）草酸二甲酯制取 CO氣相偶聯合成草酸二甲酯由兩步化學反應組成。 第1步為偶聯反應生成的NO與甲醇和O2反應生成亞硝酸甲酯，反應方程式如下： 2NO+2CH3OH+1/2O2=2CH3ONO+H2O 生成的亞硝酸甲酯進入偶聯過程循環使用。第2步為CO在催化劑的作用下，與亞硝酸甲酯反應生成草酸二甲酯和NO，稱為偶聯反應，反應方程式如下： 2CO+2CH3ONO=(COOCH3)2＋2NO 總反應式為： 2CO+1/2O2+2CH3OH=(COOCH3)2+H2O （2）草酸二甲酯加氫制乙二醇 草酸二甲酯加氫是一個串聯反應，首先DMO加氫生成中間產物乙醇酸甲酯(MG)，MG再加氫生成乙二醇，總反應、主反應方程式如下： (COOCH3)2＋4H2=(CH2OH)2+2CH3OH 目前，日本宇部興產公司對該方法進行了中試試驗，已基本具備工業化生產的條件，本項目設計的主體仍采用CO催化偶聯合成草酸酯再加氫生成乙二醇生產工藝，同時結合國內自主研發的技術及國內外專利報道進行了一些技術改進。 4.3.2 DMC分離工藝選擇 DMC與甲醇兩者混合后將形成共沸物，其常壓共沸物溫度為63.5℃，組成為甲醇70％(wt)，碳酸二甲酯30％(wt)；0.4MPa時共沸物溫度為104℃，組成為甲醇79.3％(wt)，碳酸二甲酯17.5％(wt)；1.0MPa時共沸物溫度為138℃，組成為甲醇87.6％(wt)，碳酸二甲酯2.4％(wt)，因此用一般的精餾方法難以實現對兩者的分離。目前現有技術文獻報道的分離工藝有：萃取精餾法、恒沸精餾法、加壓精餾法、冷凍結晶分離法和滲透氣化法等。 本項目使用的是一種利用甲醇和碳酸二甲酯在特定聚合物膜中溶解擴散能力不同，有選擇性的優先透過含量少的碳酸二甲酯達到分離的碳酸二甲酯和甲醇共沸物的分離方法，分離方法工藝簡化、能耗低、膜面積小、操作安全、清潔環保。這些對于實際的工業生產是極為有利的。 1.膜分離器2.冷凝器3.真空泵 圖4.2 膜分離器示意圖 4.3.3 乙二醇分離工藝選擇 由于乙二醇和丁二醇之間沸點比較接近，單純采用普通精餾的方法很難將其分離，一般采用共沸精餾的方法將其分離，特別在丁二醇含量較低時，大量乙二醇需要與共沸劑形成共沸物從塔頂蒸餾出去，而且后續過程中乙二醇與共沸劑必須分離，流程中至少要包括共沸精餾塔和共沸劑回收塔，因此分離工藝復雜和能耗較高。 本項目采用的吸附技術根據乙二醇和丁二醇的物性差別，將其混合物通過吸附床層，選擇性吸附丁二醇，達到分離的目的，由于吸附過程中沒有相變的發生，其分離能耗可忽略不計，所以具有工藝簡單和能耗低的優點。使用本技術方法在1，2-丁二醇的乙二醇溶液(1，2-丁二醇的質量含量為1.00％)進入吸附柱(吸附柱內裝蘇青牌DA-C樹脂)，在操作壓力為常壓、溫度為40℃和空速0.75小時-1的條件下，吸余液中乙二醇的質量分數為99.99％。 1為吸附柱，2為吸附劑，3為原料，4為吸余液 圖4.3 吸附分離器示意圖： 4.4 結論 我國的能源結構“多煤、缺油、少氣”的特點，發展以煤（或合成氣）為原料制取乙二醇的路線，符合當前國情，對于我國能源的合理利用、戰略發展都具有極其深遠的意義。本項目主體工藝為CO催化偶聯合成草酸酯再加氫生成乙二醇技術較為成熟，且DMC膜分離以及吸附脫除丁二醇生產工藝可以大幅度地降低設備的制造費用以及能源的使用量。 膜分離技術可以在丁二醇含量較低時仍能達到高分離效果，裝置熱能回消耗少，而且該工藝較為成熟，所以選用該法來進行分離DMC。吸附脫除丁二醇生產工藝中，吸附樹脂再生容易，再生劑可選用水、稀堿、稀酸或低沸點有機溶劑。如：甲醇、乙醇、丙酮等，且在操作強度強度適中情況下，正常使用壽命長。 膜分離技術缺陷：膜造價較高，且維護成本較高；膜污染容易出現，給操作管理帶來不便；需要一定的能耗，分離過程必須保持一定的膜驅動壓力。吸附法技術缺陷：吸附劑的填充體積較大，且填充樹脂價格高，有一定的使用周期。但是總的來說，對于使用周期較長，且生產量較大的工廠，有較大經濟效益。 本項目主體工藝在目前的以石油為主要能源結構的現狀下，經濟收益沒有以乙烯為原料的“石油路線法”工藝的高，但對于該工藝是針對未來以煤為主要能源的情況，其前景還是相當可觀的。 第五章 物料衡算 5.1. 物料衡算概述 物料衡算是確定化工生產過程中物料比例和物料轉變的定量關系的過程，是化工工藝計算中最基本、最重要的內容之一。在化學工程中，設計或改造工藝流程和設備，了解和控制生產操作過程，核算生產過程的經濟效益，確定主副產品的產率，確定原材料消耗定額，確定生產過程的損耗量，便于技術人員對現有的工藝過程進行分析，選擇最有效的工藝路線，確定設備容量、數量和主要尺寸，對設備進行最佳設計以及確定最佳操作條件等都要進行物料核算。毫不夸張的說，一切化學工程的開發和放大都是以物料衡算為基礎的。 5.2 各工段物料衡算 5.2.1 酯化工段 本工段詳細流程請見《設計圖冊》中第一工段工藝流程圖。物料衡算表詳見本說明書附表。 5.2.2 羰化工段 本工段詳細流程請見《設計圖冊》中第二工段工藝流程圖（包含羰化反應及甲醇吸收精餾過程）。物料衡算表詳見本說明書附表。 5.2.3加氫工段 本工段詳細流程請見《設計圖冊》中第三工段工藝流程圖。物料衡算表詳見本說明書附表。 5.2.4精餾工段 本工段詳細流程請見《設計圖冊》中第四工段工藝流程圖。物料衡算表詳見本說明書附表。 5.3系統物料衡算 詳見附錄一，物料衡算一覽表。 第六章 能量衡算 6.1 能量衡算的目的 對于新設計的生產車間，能量衡算的主要目的是確定設備的熱負荷。根據設備的熱負荷的大小、所處理物料的性質及工藝要求再選擇傳熱面的形式、計算傳熱面積、確定設備的主要工藝尺寸。確定傳熱所需要的加熱劑或冷卻劑的用量及伴有熱效應的溫升情況。 對于已投產的生產車間，進行能量衡算是為了更加合理能量利用，以最大限度降低單位產品的能耗。 6.2 能量衡算可以解決的問題 在化工設計、化工生產中，通過能量衡算可以解決以下問題： （1）確定物料輸送機械（泵、壓縮機等）和其他操作機械（攪拌、過濾、粉碎等）所需要的功率，以便于確定輸送設備的大小、尺寸和型號； （2）確定各單元操作過程（蒸發、蒸餾、冷凝、冷卻等）所需要的熱量或冷量，及其傳遞速率；計算換熱設備的工藝尺寸；確定加熱劑或冷卻劑的消耗量，為其他專業如供汽、供冷、供水專業提供設計條件； （3）化學反應常伴有熱效應，導致體系的溫度上升或下降，為此需確定為保持一定反應溫度所需的移出或加入的熱傳遞速率，為反應器的設計及選型提供依據； （4）為充分利用余熱，提高能量利用率，降低能耗提供重要依據，使過程的總能耗降低到最低程度； （5）最終確定總需求能量和能量的費用，并用來確定這個過程在經濟上的可行性。 6.3 能量衡算遵循的原則 根據能量守恒定律，任何均相體系在時間內的能量平衡關系，表述如下： 熱量衡算是能量衡算的一種，在能量衡算中占主要地位。熱量衡算的理論依據是熱力學第一定律。能量守恒表達式如下： 即：輸入=輸出+損失。 式中：——輸入設備熱量的總和； ——輸出設備熱量的總和； ——損失熱量的總和。 對于連續系統： 式中：Q——設備的熱負荷； W——輸入系統的機械能； ∑Hout——離開設備的各物料焓之和； ∑Hin——進入設備的各物料焓之和。 6.4 系統能量衡算 詳見附錄二，能量衡算一覽表。 第七章 熱量集成技術與節能技術 7.1 概述 換熱網絡優化是設計一個由熱交換器、輔助加熱器和輔助冷卻器組成的換熱網絡,使系統中所需要加熱或冷卻的過程物流都達到規定的出口溫度,并使系統的總費用最小。最優換熱網絡包括各個換熱器、輔助加熱器和冷卻器的熱負荷分配和布局最優,即系統結構的設計最優,也包括在給定的系統結構條件下,換熱設備本身的設計最優。 換熱網絡設計的方法有很多種，例如夾點設計法、雙最小換熱溫差法、人工智能法、神經網絡模型法、遺傳算法等。目前，在其研究方法和應用過程中，Linnhoff基于對換熱網絡的熱力學分析提出的夾點技術，被公認為是一項突破進展。在現有工廠的節能改造和新廠設計中，已初見成效。 夾點技術將熱力學分析與優化計算相結合，考慮換熱網絡與公用工程的聯合優化，引入了夾點最小允許傳熱溫差這一重要決策變量，并以優化結果指導聯合系統的優化。計算實例表明其具有正確性、實用性和有效性等特點，并且兼有物理概念清晰和定量化的優點。 對于年產10萬噸的乙二醇新廠，運行成本是一個很重要的考核參數，其中很重要的一部分是公用工程的消耗。通過換熱流程的設計和換熱網絡的優化盡可能地進行內部熱量的集成和最大化利用，減少公用工程的消耗，在一次設備投資和運行費用之間尋找到平衡點。在工廠的初步設計階段，利用Aspen Energy Analyzer V7.2進行計算機輔助換熱網絡的設計和優化，同時結合合成工藝要求，并考慮到工業園區和廠區的氣候水文條件以及布局因素，最終以實現最大程度的經濟效益為目標，來指導熱量集成網絡的設計和優化。經過熱集成優化，可以達到節能減排的目的，使經濟效益和社會效益有機結合。 圖7.1 全廠反應與分離工藝的簡單流程圖 7.2 全流程能流信息匯總 7.2.1 工藝冷熱物流匯總 對工藝中設計到的屬于熱流體和冷流體的物流匯總如下表所示，共有熱流體13股，冷流體15股。 表7.1 換熱冷熱流股一覽表 物流 類型 進口溫度 ℃ 出口溫度 ℃ 焓 Kj/h 流量 Kg/h 15 To 21 冷流體 6.61 145.00 16099454.85 108549.70 44 To 46 冷流體 20.00 90.00 19091092.25 26396.31 37 To 38 冷流體 179.72 205.00 14007722.42 60834.86 40 To 36 冷流體 20.00 .00 89645047.79 34427.20 22 To 18 熱流體 140.00 60.00 22926611.48 108549.70 26 To 27 冷流體 65.10 66.00 3403690.07 5818.87 5 To 6 冷流體 19.99 35.00 1052479.73 68091.08 33 To 56 冷流體 53.22 120.00 3078449.39 3040.91 47 To 51 熱流體 45.58 40.00 14370279.08 12467.83 39 To 42 熱流體 205.00 20.00 138189532.91 60834.86 7 To 10 熱流體 44.66 5.00 20673419.70 118520.84 46 To 39 熱流體 160.51 20.00 4758531.26 12925.82 Condenser R102 熱流體 94.97 94.47 33317595.30 32376.94 Condenser T0401 熱流體 45.97 45.47 7244845.76 18586.92 Condenser T0101 熱流體 80.33 44.66 76030001.18 178789.60 Rebo