年产10万吨乙二醇化工厂工艺设计

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7.2 全流程能流信息汇总 25 7.2.1 工艺冷热物流汇总 25 7.2.2 公用工程冷热物流汇总 26 7.2.3 热量目标 27 7.3 全局优化换热网络 29 第八章 设备设计与选型 31 8.1 概述 31 8.2 设计标准与依据 31 8.3 设备设计步骤 32 8.4 设备一览表 32 第九章 布置与配管 33 9.1 设计依据 33 9.2 设备布置原则 33 9.3 管道的布置原则 34 9.3.1 管道铺设原则 34 9.3.2 泵的管道布置 35 9.3.3 换热器的管道布置 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 管径的一般要求 36 9.4.2 管径的设计依据 37 9.4.3 管道编号说明 37 第十章 自动控制与仪表 39 10.1 概述 39 10.2 设计依据 39 10.3 设计原则 39 10.4 测量仪表的选择 40 10.4.1 压力测量仪表 40 10.4.2 流量测量仪表 40 10.4.3 温度测量仪表 40 10.4.4 液位测量仪表 40 10.5 自动控制 41 10.5.1 进料量的控制 41 10.5.2 反应器控制方案 41 第十一 章电气工程 44 11.1 设计范围 44 11.2 设计标准、规范 44 11.3 设计原则 44 11.4 电力负荷等级及供电要求 44 11.4.1 负荷等级 44 11.4.2 用电要求 45 11.5 变电所设计 45 11.6 危险区域划分和设备选择 46 11.6.1 标准及规范 46 11.6.2 危险区域设备选择 46 11.7 防雷、接地、防静电措施 47 11.8 继电保护的选择与整定 48 11.9 照明系统设计 48 11.9.1 设计范围 48 11.9.2 设计原则 48 11.9.3 照明供电及控制 48 第十二章 电信工程 50 12.1 设计概述 50 12.2 设计依据 50 12.3 设计方案 50 12.3.1 行政管理电话系统 50 12.3.2 生产调度电话 50 12.3.3 火灾报警系统 51 12.3.4 扩音对讲系统 51 12.3.5 监控系统 51 12.3.6 无线对讲系统 51 12.3.7 全厂电信网路 51 第十三章 土建 52 13.1 设计依据 52 13.2 土建设计要求 52 13.3 厂区地理情况 53 13.4 建筑与结构设计方案 53 13.4.1 设计范围 53 13.4.2设计原则 53 13.4.3 设计方案 54 第十四章 给排水系统 58 14.1 概述 58 14.2 设计范围 58 14.3 设计规定 58 14.4 设计原则 58 14.5 设计依据 59 14.5.1 厂址气候情况 59 14.5.2 水质 59 14.6 给水系统 59 14.6.1 生水系统 60 14.6.2 生活用水系统 60 14.6.3 工艺用水系统 61 14.6.4 循环冷却水系统 62 14.6.5 锅炉用水 63 14.6.6 消防用水 63 14.6.7 杂用系统 64 14.6.8 厂区给水汇总 64 14.7 排水系统 64 14.7.1 生活污水排放系统 65 14.7.2 生产废水排放系统 65 14.7.3 冷却水排放系统 66 14.7.4 雨水排放系统 66 14.7.5 非正常排水 67 14.7.6 排水汇总表 67 14.8 节水措施 68 第十五章 供热工程 69 15.1 概述 69 15.2 设计依据 69 15.3 设计原则 69 15.4 蒸汽系统供热能力的要求 70 15.5 初步设计方案 71 15.5.1 设计概述 71 15.5.2 需要蒸汽的换热设备 71 15.5.3 蒸汽冷凝水系统设计 72 15.5.4 供热系统配套设施 72 15.5.5 锅炉给水系统 73 第十六章 采暖通风及空气调节 74 16.1 设计概述 74 16.2 设计依据 74 16.3 当地气候 74 16.4 设计参数 75 16.5 设计方案 75 16.5.1 采暖系统设计 75 16.5.2 通风系统设计 76 16.5.3 空气调节系统 77 第十七章 环境保护 78 17.1 设计依据 78 17.2 主要污染物 78 17.2.1 三废来源及排放量 81 17.2.2 三废排放组成 81 17.3 前期建设环境保护措施 82 17.3.1 水处理方案 82 17.3.2 水土流失的防治 83 17.3.3 粉尘的防治 83 17.3.4施工噪声影响减缓措施 83 17.3.5 固体废弃物处理措施 83 17.4 运营期间环境保护措施 83 17.4.1 水污染防治 83 17.4.2 大气环境保护 84 17.4.3 固体废弃物的处理措施 84 17.4.4 噪声污染防治措施 84 17.5 绿化 85 第十八章 维修 86 18.1 设计依据 86 18.2 设计原则 86 18.3 维修体制概述 86 18.4 厂内日常检修与维护 86 18.4.1 巡回检查 86 18.4.2 同步检修与协同检修 86 18.5 设备维护与检修 87 18.5.1维修基本途径 87 18.5.2 维修基本内容 88 第十九章 储存与运输 89 19.1 设计概述 89 19.2 设计依据 89 19.3 储存系统 89 19.3.1 原料储存 89 19.3.2 产品储存 89 19.3.3 安全措施 90 19.4 运输系统 91 19.4.1 原料运输 91 19.4.2 产品运输 91 19.4.3 运输路线布置 91 第二十章 消防工程 92 20.1 涉及范围 92 20.2 设计依据 92 20.3 设计原则 92 20.4 生产火灾危险特性 93 20.4.1 乙二醇生产车间的特性 93 20.4.2 乙二醇装置区主要危险、有害因素分布 93 20.5 消防安全措施 95 20.5.1 基础消防措施 95 20.5.2 火警探测系统 95 20.5.3 火灾自动报警系统 95 20.5.4 紧急停车和安全联锁 96 20.6 消防系统 96 20.6.1 稳高压消防给水系统 96 20.6.2 中压系统和高压系统 96 20.6.3 消防管网布置 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 劳动安全与工业安全 99 21.1 概述 99 21.2 依据 99 21.3 职业安全 100 21.3.1 工业毒物 100 21.3.2 燃烧与爆炸 101 21.3.3 噪声 101 21.3.4 腐蚀 102 21.4 工业安全 103 21.4.1 车间的卫生特征分级 103 21.4.2 工作场所 104 21.4.3 辅助用室 104 21.4.4 浴室、存衣室、盥洗室的设置 105 第二十二章 经济分析 107 22.1 工程概况 107 22.2 设计依据 107 22.3 投资估算 107 22.3.1 估算依据 107 22.3.2 估算方法说明 108 22.3.3 投资的一般构成 108 22.3.4 建设投资估算 109 22.3.5 流动资金 120 22.3.6 建设期贷款利息 120 22.3.7 项目投入总投资汇总 121 22.4 资金筹措 121 22.4.1 银行贷款还款方式 121 22.4.2 资金筹措计划 122 22.4.3 投资规模 122 22.5 成本估算 122 22.5.1编制依据及成本估算方法 122 22.5.2 外购原材料费 123 22.5.3 外购燃料及动力费 123 22.5.4 工资及福利费 124 22.5.5 修理费 126 22.5.6 折旧费 126 22.5.7 摊销费 127 22.5.8 财务费用 127 22.5.9 其他费用 128 22.5.10 总成本费用估算表 128 22.5.11 经营成本费用估算表 129 22.5.12 产品单耗估算 129 22.6 销售收入及税金计算 130 22.6.1 销售收入估算 130 22.6.2 税金估算 131 22.7 财务评价 132 22.7.1 现金流量表 132 22.7.2 损益及利润分配估算表 134 22.7.3 赢利能力分析指标 136 22.8 不确定性分析 137 22.8.1 盈亏平衡点分析 137 22.8.2 敏感性分析 138 第一章 总说明 1.1项目概况 【项目名称】10万吨/年煤制乙二醇生产装置建设项目 【建设单位】有限公司 【企业性质】国有企业 1.2设计依据 （1） （2）《化工厂初步设计深度规定》 HG/T 20688-0 （3）《中华人民共和国环境保护法》，《中华人民共和国劳动安全法》 等相关法规 （4）有关的气象，水文，交通，环保等资料 1.3设计思想及原则 （1）本项目的目标是为一大型综合化企业设计一座采用清洁生产工艺制取乙二醇的分厂； （2）项目的建设必须遵守国家政策、法规、安全条例，符国家化工行业相关标准； （3）选择的工艺技术应该成熟、可行，确保操作运行稳定、可靠，能长期运行； （4）在保证工艺生产安全、可靠的前提下，尽量使所选择的设备和材料实现国有化； （5）厂区布置合理，在满足有关安全、防火的标准和规范条件下，合理控制投资； （6）充分考虑当地的环境保护和员工安全保护要求； （7）通过比较选择最优方案，合理规划投资，制定长远的经济计划。 1.4项目建设意义 目前，我国乙二醇产品主要用于生产聚酯、防冻液、粘合剂、油漆溶剂、耐寒润滑油、表面活性剂和聚酯多元醇等。其中聚酯是我国乙二醇的主要消费领域，其消费量约占国内总消费量的94.0%，另外约6.0%用于防冻剂、粘合剂、油漆溶剂、耐寒润滑油、表面活性剂以及聚酯多元醇等。近年来，我国聚酯（包括聚酯纤维、聚酯树脂和薄膜等）的生产发展很快，0年生产能力只有595万吨， 8年我国聚酯的产量约1730万吨，对乙二醇的需求量约636万吨；0年聚酯的产量将达到约1900万吨，届时对乙二醇的需求量将达到约665万吨。加上在防冻剂以及其他方面的消费量，预计我国乙二醇的总需求量，0年将达到约710万吨。 虽然我国乙二醇生产能力和产量增长较快，但仍不能满足国内聚酯等日益增长的市场需求，每年都得大量进口，且进口量呈逐年增长态势。5年我国乙二醇进口量只有20.54万吨，0年进口量突破100万吨达到104.97万吨，8年更是增加到486.72万吨，进口依存度高达72.26%。 我厂以甲醇厂生产的合成气为原料，并购进原料一氧化氮，生产碳酸二甲酯（DMC）和乙二醇（EG）。 本厂的优势在于：甲醇原料供应充足，可集团内部供应，无需外购，节约原料成本；厂区位置的土地不占用耕地、军事基地等；工程地质条件很好，地貌相对平整，有利于控制土建工程成本；水文地质条件较好，项目所需的工业用水和生活用水可以得到保证；交通运输的基础设施条件很好，需要建设的连接厂区与规划区道路很短；厂区内电力供应充足，保障工业生产的需要；厂址距目标市场相对较近，可以有效地控制产品运输成本；项目的建设一方面将获得国家西部开发的方针、政策的指导和鼓励，同时有优惠政策；另一方面，有有利于推动西部开发工作在地区的良好实施，是一个理想的建厂环境。 本项目符合国家节能与环保的产业政策，符合国家西部大开发的战略规划；不仅能够提高企业经济效益，促进企业发展，而且对于变资源优势为产业优势，进而转化为经济优势，促进全区经济快速发展，都具有十分重大的意义；同时能给国家及建设单位带来巨大的商机及经济效益，前景一片广阔。 1.5建设规模及产品方案 1.5.1 建设规模 本厂以煤制甲醇产的甲醇为主要原料，设计年产乙二醇达到10万吨，主要用于生产高纯度乙二醇（要求达到0.998以上），副产物为精细化工品碳酸二甲酯（DMC）。其中乙二醇产量为10万t/a，DMC产量为6332.5 t/a。 1.5.2 乙二醇 1.5.2.1 产品名称 【化学名称】：乙二醇 【商品名称】：乙二醇 【分子式】：(CH2OH)2 【结构简式】：HOCH2CH2OH 1.5.2.2 产品理化性质 （1）产品的物理性质 乙二醇又名“甘醇”、“1，2-亚乙基二醇”，简称EG。乙二醇是无色无臭、有甜味液体，对动物有毒性，人类致死剂量约为1.6g/kg。乙二醇能与水、丙酮互溶，但在醚类中溶解度较小。用作溶剂、防冻剂以及合成涤纶的原料。 表1.1 乙二醇主要物理性质 分子式 C2H6O2 分子量 62.07 物理性质 无色、无臭、有甜味粘稠液体 沸点，℃ 197.85 相对密度，g/ml 1.1155(水=1，20℃)； 2.14（空气=1） 冰点，℃ -13.2 凝固点，℃ -12.6 自燃温度，℃ 418 爆炸极限，％（V） 32-15.3 闪点，℃ 111 （2）产品的化学性质 由于分子量低，性质活泼，可起酯化、醚化、醇化、氧化、缩醛、脱水等反应。乙二醇与无机或有机酸反应生成酯；乙二醇在催化剂（二氧化锰、氧化铝、氧化锌或硫酸）作用下加热，可发生分子内或分子间失水；乙二醇能与碱金属或碱土金属作用形成醇盐；乙二醇的溶解能力很强，但它容易代谢氧化，生成有毒的草酸。 1.5.2.3 产品规格 表1.2 乙二醇产品规格表 指标名称 指标 优级品 一级品 合格品 外观 无色透明 无机械杂质 无色透明 无机械杂质 无色或微黄色 无机械杂质 色度（铂—钴） 加热前，号 ≤ 加盐酸加热后 ≤ 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） 初馏点，℃ ≥ 干点，℃ ≤ 196 195 193 204 水分，% ≤ 0.1 0.2 — 酸度（以乙酸计），% ≤ 0.002 0.005 0.01 铁含量（以Fe计），% ≤ 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（以甲醛计），% ≤ 0.001 — 紫外透光率，% 220 nm ≥ 275 nm ≥ 350 nm ≥ 70 90 98 — 1.5.2.4 产品用途 （1）一般用途 乙二醇是一种重要化工基础原料，中国乙二醇产品主要用于生产聚醋纤维可进一步生产漆纶、PET瓶子、薄膜），并可作为防冻剂、不饱和聚酷树脂、润滑剂、增塑剂、非离子表面活性剂以及炸药、涂料、油墨等行业，用途十分广泛。其中我国乙二醇的主要消费领域是PET聚醋，其消费量约占国内总消费量的94.50%，生产防冻剂占消费量2.80%，其他如粘合剂、油漆溶剂、耐寒润滑油、表面活性剂以及聚酷多元醇等占消费量2.70%。 （2）本厂用途 乙二醇作为最终产品。 （3）本公司用途 乙二醇作为最终产品。 1.5.3 碳酸二甲酯（DMC） 1.5.3.1 产品名称 【化学名称】：碳酸二甲酯（DMC） 【商品名称】：碳酸甲酯 【结构简式】：CH3O-CO-OCH3 1.5.3.2 产品理化性质 碳酸二甲酯(dimethyl carbonate，DMC)，是一种无毒、环保性能优异、用途广泛的化工原料，它是一种重要的有机合成中间体，分子结构中含有羰基、甲基和甲氧基等官能团，具有多种反应性能，在生产中具有使用安全、方便、污染少、容易运输等特点。由于碳酸二甲酯毒性较小，是一种具有发展前景的“绿色”化工产品。 分子量：90.07 熔点：2-4℃ 沸点：90℃ 水溶性：难溶于水 密度：1.069 g/cm3 外观：无色透明、略有气味、微甜的液体 闪点：17℃ 1.5.3.3 产品用途 （1）一般用途 ①代替光气作羰基化剂； ②代替硫酸二甲酯作甲基化剂； ③低毒溶剂； ④汽油添加剂。 （2）本厂用途 DMC作为最终产品出售。 （3）本公司用途 DMC 作为最终产品出售。 1.6 厂址概况 本项目所在厂址位于甲醇厂，具备以下良好条件：甲醇原料供应充足，可集团内部供应，无需外购，节约原料成本；厂区位置的土地不占用耕地、军事基地等；工程地质条件很好，地貌相对平整，有利于控制土建工程成本；水文地质条件较好，项目所需的工业用水和生活用水可以得到保证；交通运输的基础设施条件很好，需要建设的连接厂区与规划区道路很短；厂区内电力供应充足，保障工业生产的需要；厂址距目标市场相对较近，可以有效地控制产品运输成本；项目的建设一方面将获得国家西部开发的方针、政策的指导和鼓励，同时有优惠政策；另一方面，有有利于推动西部开发工作在地区的良好实施，是一个理想的建厂环境。 第二章 总图设计 2.1 设计依据 《总图制图标准》 GB/T50103-1 《建筑设计防火规范》 GB50016-6 《化工企业总图管理规定》 原化工部文件 《化工企业总图运输技术规范》 GB50489-9 《化工企业建设节约用地若干规定》 GB50187-93 《化工装置设备布置设计工程规定》 HG20546-9 《石油化工企业设计防火规范》 GB50160-8 《石油化工企业厂区总平面布置设计规》 SH/T3053-2 《石油化工储运系统灌区设计规范》 SHT3007-7 《石油化工企业工厂电力系统设计规范》 SH3060-94 《工业企业总平面设计规范》 GB50187-93 《工业企业标准轨距铁路设计规范》 GBJ12-87 《厂矿道路设计规范》 GBJ22-87 《化工工厂总图运输施工图设计文件编制深度规定》 HG/T20561-94 《石油化工企业电气设备抗震鉴定标准》 SH3071-95 2.2 设计范围 厂内总平面布置、竖向布置、交通运输设计。 2.3厂址概况 我厂厂址为工业基地。厂址概况见可行性报告第六章。 2.4 厂区布置方案 2.4.1 总体布置原则 （1）工厂总平面布置应满足生产和运输要求符合生产和运输要求，实际上要求总平面布置实现生产过程中的各种物料和人员输送距离为最小，最终实现生产的能耗为最小； （2）工厂总平面布置应满足安全和卫生要求化工企业生产具有易燃、易爆和有毒有害等特点，厂区布置应充分考虑安全布局，严格遵守防火，卫生等安全规范、标准和有关规定，其重点是防止火灾爆炸的发生，以利保护国家财产，保障工厂职工的人身安全和改善劳动条件； （3）工厂总平面布置应考虑工厂发展的可能性和妥善处理工厂分期建设问题由于工艺流程的更新，加工程度的深化，产品品种的变化和综合利用的增加等原因，化工厂的布局应有较大的弹性，即要求在工厂发展变化、厂区扩大后，现有的生产、运输布局和安全布局方面仍能保持合理的布置； （4）工厂总平面布置必须贯彻节约用地原则节约用地是我国的基本国策。生产要求、安全卫生要求换热发展要求与节约用地是相辅相成的，保证径直和短捷的生产作业线必然要求工厂集中和紧凑的布置，而集中和紧凑的布置不仅节约了能量，也同样节约了土地。在安全卫生要求方面，如能妥善安排不同对象的不同安全间距要求，既可保证必要地安全距离，又可使土地得到充分利用； （5）工厂总平面布置应考虑各种自然条件和周围环境的影响这些影响包括：风向和风向频率，山谷风和山前山后气流的影响；工程地质的影响；地震区、湿陷性黄土区的影响；城市规划的影响等； （6）工厂总平面布置应为施工安装创造有利条件工厂布置应满足施工和安装机具的作业要求，厂内道路的布置同时应考虑施工安装的使用要求。兼顾施工要求的道路，其技术条件，路面结构和桥涵荷载标准等应满足施工安装的要求。 本项目的厂区总平面布置是严格遵照所列设计规范的要求进行设计的。并且在进行化工厂总平面布置之前，分析了全厂生产流程顺序、各部分的生产特点和火灾危险性，同时考虑了厂区地形和风向，选择了合理的朝向。我厂根据设计规范的要求，为了节约土地，提高土地利用率，采用联合化、露天化、一体化布置；并根据生产特点，按照功能分区集中布置。本厂区在进行总平面布置设计还预留了发展用地，一方面可以使前期建设的项目集中、紧凑、布置合理，并与后期工程合理衔接；另一方面可以满足辅助生产设施、公用工程设施、仓储和管线铺设等相应后期配套建设。 2.4.2 工厂组成 本厂根据功能分区，主要包括以下几个部分： ①行政管理区：包括行政楼、停车场等。 ②生活区：包括食堂、医务室、员工休息室等。 ③生产装置区：四个工段（酯化工段、羰化工段、加氢工段、精馏工段）装置区。 ④辅助生产区：包括仪修车间、消防站等。 ⑤储运区：包括乙二醇贮罐区、氢气贮罐区、甲醇罐区、DMC 储罐区、废液储罐区、装罐区和装卸台等。 2.4.3 总平面布置 我厂的总平面布置，是在总体规划的基础上，根据企业的性质、规模、生产流程、交通运输、环境保护以及防火、安全、卫生、施工及检修等要求，结合场地自然条件，通过技术经济比较后，设计多种方案后择优确定而来。 本厂厂区地处延安市工业园区内。厂区场地近似呈正方形，长2500m，宽150m。总面积为64500m2。厂区所处地理位置的常年主导风向为东北风及西南风，最小概率风向为西北风。 ①行政管理区和生活区布置于厂区东南部，位于工业园，基础设施完善且位于全年主导方向的上风侧，环境条件好，交通以及对外联络方便。 ②辅助生产区主要布置在工艺装置区东北部，并紧临生产装置区，可以缩短物料的管道运输距离。 ③生产区集中布置于中部，四周大道环绕，运输方便。工艺装置集中布置，可以使流程顺畅，衔接短截与相邻设施协调，有利于生产管理和安全防护。 ④产品储罐区集中布置在厂区西部，距离生产装置区距离短，同时靠近厂区南门，便于运输。 采用AutoCAD软件绘制厂区总平面布置图，见设计图册。厂区总平面布置设计指标如下表2-1所示： 表2.1 厂区总平面布置设计指标 序号 名称 单位 数量 备注 1 厂区占地面积 m2 41310 2 建构筑物占地面积 m2 18580 3 道路地坪占地面积 m2 8230 4 地下管线管廊占地面积地 m2 1060 5 绿化面积 m2 7973 6 建筑系数 % 44.98 不含生产区及罐区 7 绿化系数 % 19.3 8 利用系数 % 86.77 不含生产区及罐区 第三章 车间平面布置 3.1 厂区平面布置理念 （1）公用工程站主要负责供应压缩空气，设计将公用工程与反应精馏车间和吸收车间距离都较近，使得公用工程站能兼顾两个车间。 （2）消防站设置在厂区中央，距离起火危险最高的锅炉房和反应精馏车间都不远，同时能够顾及仓库和储罐，使得全厂的防火安全系数最高。 （3）运输区设置在厂区最西侧，占地面积小，远离生产区。这样做有利于运输安全，避免交通事故危机产品生产，使得二氧化碳捕捉和再利用安全持续的。 （4）污水池和尾气处理区离各车间都比较近，有利于运输，节省了一定的运输费用。 图3.1 厂区平面布置图 3.2 酯化工段 3.2.1整体布置 酯化工段塔设备较大，因此布置在架子旁边，可节约钢材，也便于单独管理操作，泵和离心分离器震动较大，均布置在一层。换热器较多，分别布置在2层和3层。每层高6m，长48m，宽21m，共3层。一层设有控制室。 3.2.2设备设计 （1）酯化塔、甲醇回收塔 由于塔较高，因此不放在架子中，而是放在设备架旁边，与设备架相隔6米；水洗塔位于吸收塔边上，及时处理废气，解吸塔也靠近吸收塔，便于操作。 为便于操作和维修，每隔5m有宽度为1m的操作平台。 （2）离心泵 离心泵在车间底部呈“一”字型排列，方便操作与维修。 泵与泵之间的间距不小于700mm。 （3）换热器 换热器根据物料进出设备布置在相应平台。换热器封头离设备间距不小于1000mm，有管道相连的卧式换热器之间最小净距不小于750mm，没有操作关系的卧式换热器之间最小净距不小于600mm换热器封头对齐，方便检修。换热器轴线尽量对齐塔设备及相关设备，方便管道连接，缩短管线。卧式换热器底部距离平台不小于600mm。 3.2.3车间布置图 酯化车间平面图包括： ①0.00、6.00和12.00平台俯视图共1张； ②设备外型尺寸和设备编号； ③设备定位尺寸和尺寸线； ④操作台主要尺寸。 3.3 羰化工段 3.3.1整体布置 反应分离车间主要为2个反应器、1个精馏塔、1个吸收塔和一个回收塔，设备较少，搭设三层操作台，每层高6m，长48m，宽21m。精馏塔采用露天设计。一层设有控制室。 3.3.2设备设计 （1）塔 精馏塔较高，因此采用露天设计可节约材料。与操作台间隔2m，两个精馏塔之间相隔2m，另外精馏塔搭设有1m宽的操作平台，方便操作维修。 其他塔设备与酯化工段相同。 （2）离心泵 1)离心泵在车间底部呈“一”字型排列，方便操作与维修。 2)泵与泵之间的间距不小于700mm。 （3）换热器 换热器根据物料进出设备布置在相应平台。换热器封头离设备间距不小于1000mm，有管道相连的卧式换热器之间最小净距不小于750mm，没有操作关系的卧式换热器之间最小净距不小于600mm换热器封头对齐，方便检修。换热器轴线尽量对齐塔设备及相关设备，方便管道连接，缩短管线。卧式换热器底部距离平台不小于600mm。 3.3.3车间布置图 羰化车间平面图包括： ①0.00、6.00和12.00平台俯视图共1张； ②设备外型尺寸和设备编号； ③设备定位尺寸和尺寸线； ④操作台主要尺寸。 3.4加氢工段 3.4.1整体布置 加氢工段没有大型设备，设备也较少，为保持区域整齐，仍采用21m宽度，48m长度，每层高度6m，一共两层。 3.4.2设备设计 （1）离心泵 离心泵在车间底部呈“一”字型排列，方便操作与维修。 泵与泵之间的间距不小于700mm。 （2）换热器 换热器根据物料进出设备布置在相应平台。换热器封头离设备间距不小于1000mm，有管道相连的卧式换热器之间最小净距不小于750mm，没有操作关系的卧式换热器之间最小净距不小于600mm换热器封头对齐，方便检修。换热器轴线尽量对齐塔设备及相关设备，方便管道连接，缩短管线。卧式换热器底部距离平台不小于600mm。 3.4.3车间布置图 加氢车间平面图包括： ①0.00、6.00和平台俯视图共1张。 ②设备外型尺寸和设备编号； ③设备定位尺寸和尺寸线； ④操作台主要尺寸 3.5 精馏工段 3.5.1整体布置 反应分离车间主要为7个储罐、4个精馏塔和1个回收塔，设备较多，搭设三层操作台，每层高6m，长48m，宽21m。精馏塔采用露天设计。一层设有控制室。 3.5.2设备设计 （1）塔 精馏塔较高，因此采用露天设计可节约材料。与操作台间隔2m，两个精馏塔之间相隔2m，另外精馏塔搭设有1m宽的操作平台，方便操作维修。 其他塔设备与酯化工段相同。 （2）离心泵 离心泵在车间底部呈“一”字型排列，方便操作与维修。 泵与泵之间的间距不小于700mm。 （3）换热器 换热器根据物料进出设备布置在相应平台。换热器封头离设备间距不小于1000mm，有管道相连的卧式换热器之间最小净距不小于750mm，没有操作关系的卧式换热器之间最小净距不小于600mm换热器封头对齐，方便检修。换热器轴线尽量对齐塔设备及相关设备，方便管道连接，缩短管线。卧式换热器底部距离平台不小于600mm。 3.5.3车间布置图 精馏车间平面图包括： ①0.00、6.00和12.00平台俯视图共1张； ②设备外型尺寸和设备编号； ③设备定位尺寸和尺寸线； ④操作台主要尺寸。 第四章 化工工艺方案的选择及论证 4.1 总论 乙二醇是源自石油、煤、天然气、生物质资源的重要基础有机化工产品，主要用作生产聚酯的原料。我国是世界上最大的聚酯生产和消费大国，因而也是最大的乙二醇需求大国，国内自给能力存在巨大的缺口，为我国化工企业提供了非常可观的市场发展空间和机遇。近年来我国乙二醇产业发展迅速，但还缺乏拥有自有知识产权的核心技术。基于资源多元化的低耗、高效、安全、清洁的生产技术的创新、开发、应用、推广和宣传，已成为我国乙二醇产业和聚酯产业可持续稳定发展的关键因素，也是我国化工科技界义不容辞的责任和义务。 本项目的目标是为某一大型综合化工企业设计一座采用清洁生产工艺制取乙二醇的分厂。以合成气为原料合成乙二醇，并尽量采取可行的措施减少系统对环境的不利影响，对排出的污染物提出合理的治理方案。 4.2 工艺流程简介 CO催化偶联合成草酸酯再加氢生成乙二醇，该工艺具有原料来源丰富、成本低、无污染、反应条件温和、产品纯度高、生产连续化等优点，是洁净生产、环境友好的先进绿色化学工艺。 此方法是利用醇类与NO及氧气反应生成亚硝酸酯,然后在钯（Pd）系催化上氧化偶联制得草酸二酯，再经在铜系催化剂上加氢制得乙二醇。 图4.1 工艺流程简图 4.3 工艺路线的产品工艺的选择与论证 煤制乙二醇的必要性与意义具有如下几点： 其一，煤制乙二醇可替代石油路线法制乙二醇，具有巨大的市场前景。 石油路线法制乙二醇生产工艺的经济效益受国际油价格的制约，生产成本影响较大。特别是在当前石油价格高的形势下，采用石油法生产乙二醇的利润空间越发变得狭窄，为此寻求更为经济的乙二醇合成路线成为当务之急。 随着我国碳一化学的快速发展和煤基乙二醇工艺技术的成功开发，为煤制乙二醇替代石油制取乙二醇工艺提供了有力的技术保障，同时基于煤制乙二醇合成工艺，以其原料来源广泛和价格相对低廉、技术经济性好等多项优点，提升了煤制乙二醇的经济空间，所以煤制乙二醇比石油路线生产乙二醇更具有发展前景，已经成为研究和幵发热点。 其二，建设大型乙二醇装置，既可满足市场要求，也可改善我国乙二醇供销格局，减少乙二醇依赖进口的程度。 随着聚酷产业的快速发展，我国对于乙二醇的需求量还在逐年增长，且表现出很强的增长趋势，需求增长速度为23%，远远高于我国乙二醇产量增长速度。很大程度上是依靠进口来满足需求，自2年开始乙二醇进口依存度超过70%。因此建设大型乙二醇装置就显得格外重要，既可以满足国内乙二醇的市场需求，也可大大改善我国乙二醇供销格局，减少乙二醇依赖进口的程度。 其三，建设大型煤制乙二醇装置，为缓解我国石油的供求矛盾发挥重要作用。能源问题已经受到世界各国的普遍关注，而我国“煤多油少”的能源结构，一直以来是制约我国经济发展的一个老大难问题，目前石油对外依存度高达50%，不但增加了我国的外汇输出，而且在国际原油价格持续走高的形势下，石化产品的生存空间越发变得狭小，随着国民经济的不断发展，原油依赖进口的这一状况仍将加剧。寻求新的可以替代石油或者减少石油在工业生产的依赖，是缓解我国石油的供需平衡的重要手段。 其四，煤制乙二醇与石油法生产乙二醇相比，具有较强的成本优势 根据国内已开车的煤制乙二醇装置运行情况，以煤价750元/吨计，只要石油价格不低于67美元/桶，煤制乙二醇将具有成本优势。根据以前的原油价格，以煤为原料制乙二醇代石油法制乙二醇项目占有绝对优势。并且随着煤代油的大规模产业化和工艺技术进一步成熟，用煤代油生产化工产品的成本将进一步下降，就乙二醇项目而言利润空间加大，成本优势得到进一步的体现。 鉴于我国具有丰富的煤炭资源，石油资源缺乏，所以以煤炭为基础的煤基新能源开发和利用具有十分广阔的前景。由以上分析可知，煤制乙二醇项目的建设具有现实和长远的意义。 为此，本项目选择以煤制合成气为基础的CO催化偶联合成草酸酯再加氢生成乙二醇工艺。 4.3.1 主体工艺路线选择 日本宇部兴产公司和意大利蒙特爱迪生公司于1978年相继开展了气相法的研究。气相法反应过程分为两步： （1）草酸二甲酯制取 CO气相偶联合成草酸二甲酯由两步化学反应组成。 第1步为偶联反应生成的NO与甲醇和O2反应生成亚硝酸甲酯，反应方程式如下： 2NO+2CH3OH+1/2O2=2CH3ONO+H2O 生成的亚硝酸甲酯进入偶联过程循环使用。第2步为CO在催化剂的作用下，与亚硝酸甲酯反应生成草酸二甲酯和NO，称为偶联反应，反应方程式如下： 2CO+2CH3ONO=(COOCH3)2＋2NO 总反应式为： 2CO+1/2O2+2CH3OH=(COOCH3)2+H2O （2）草酸二甲酯加氢制乙二醇 草酸二甲酯加氢是一个串联反应，首先DMO加氢生成中间产物乙醇酸甲酯(MG)，MG再加氢生成乙二醇，总反应、主反应方程式如下： (COOCH3)2＋4H2=(CH2OH)2+2CH3OH 目前，日本宇部兴产公司对该方法进行了中试试验，已基本具备工业化生产的条件，本项目设计的主体仍采用CO催化偶联合成草酸酯再加氢生成乙二醇生产工艺，同时结合国内自主研发的技术及国内外专利报道进行了一些技术改进。 4.3.2 DMC分离工艺选择 DMC与甲醇两者混合后将形成共沸物，其常压共沸物温度为63.5℃，组成为甲醇70％(wt)，碳酸二甲酯30％(wt)；0.4MPa时共沸物温度为104℃，组成为甲醇79.3％(wt)，碳酸二甲酯17.5％(wt)；1.0MPa时共沸物温度为138℃，组成为甲醇87.6％(wt)，碳酸二甲酯2.4％(wt)，因此用一般的精馏方法难以实现对两者的分离。目前现有技术文献报道的分离工艺有：萃取精馏法、恒沸精馏法、加压精馏法、冷冻结晶分离法和渗透气化法等。 本项目使用的是一种利用甲醇和碳酸二甲酯在特定聚合物膜中溶解扩散能力不同，有选择性的优先透过含量少的碳酸二甲酯达到分离的碳酸二甲酯和甲醇共沸物的分离方法，分离方法工艺简化、能耗低、膜面积小、操作安全、清洁环保。这些对于实际的工业生产是极为有利的。 1.膜分离器2.冷凝器3.真空泵 图4.2 膜分离器示意图 4.3.3 乙二醇分离工艺选择 由于乙二醇和丁二醇之间沸点比较接近，单纯采用普通精馏的方法很难将其分离，一般采用共沸精馏的方法将其分离，特别在丁二醇含量较低时，大量乙二醇需要与共沸剂形成共沸物从塔顶蒸馏出去，而且后续过程中乙二醇与共沸剂必须分离，流程中至少要包括共沸精馏塔和共沸剂回收塔，因此分离工艺复杂和能耗较高。 本项目采用的吸附技术根据乙二醇和丁二醇的物性差别，将其混合物通过吸附床层，选择性吸附丁二醇，达到分离的目的，由于吸附过程中没有相变的发生，其分离能耗可忽略不计，所以具有工艺简单和能耗低的优点。使用本技术方法在1，2-丁二醇的乙二醇溶液(1，2-丁二醇的质量含量为1.00％)进入吸附柱(吸附柱内装苏青牌DA-C树脂)，在操作压力为常压、温度为40℃和空速0.75小时-1的条件下，吸余液中乙二醇的质量分数为99.99％。 1为吸附柱，2为吸附剂，3为原料，4为吸余液 图4.3 吸附分离器示意图： 4.4 结论 我国的能源结构“多煤、缺油、少气”的特点，发展以煤（或合成气）为原料制取乙二醇的路线，符合当前国情，对于我国能源的合理利用、战略发展都具有极其深远的意义。本项目主体工艺为CO催化偶联合成草酸酯再加氢生成乙二醇技术较为成熟，且DMC膜分离以及吸附脱除丁二醇生产工艺可以大幅度地降低设备的制造费用以及能源的使用量。 膜分离技术可以在丁二醇含量较低时仍能达到高分离效果，装置热能回消耗少，而且该工艺较为成熟，所以选用该法来进行分离DMC。吸附脱除丁二醇生产工艺中，吸附树脂再生容易，再生剂可选用水、稀碱、稀酸或低沸点有机溶剂。如：甲醇、乙醇、丙酮等，且在操作强度强度适中情况下，正常使用寿命长。 膜分离技术缺陷：膜造价较高，且维护成本较高；膜污染容易出现，给操作管理带来不便；需要一定的能耗，分离过程必须保持一定的膜驱动压力。吸附法技术缺陷：吸附剂的填充体积较大，且填充树脂价格高，有一定的使用周期。但是总的来说，对于使用周期较长，且生产量较大的工厂，有较大经济效益。 本项目主体工艺在目前的以石油为主要能源结构的现状下，经济收益没有以乙烯为原料的“石油路线法”工艺的高，但对于该工艺是针对未来以煤为主要能源的情况，其前景还是相当可观的。 第五章 物料衡算 5.1. 物料衡算概述 物料衡算是确定化工生产过程中物料比例和物料转变的定量关系的过程，是化工工艺计算中最基本、最重要的内容之一。在化学工程中，设计或改造工艺流程和设备，了解和控制生产操作过程，核算生产过程的经济效益，确定主副产品的产率，确定原材料消耗定额，确定生产过程的损耗量，便于技术人员对现有的工艺过程进行分析，选择最有效的工艺路线，确定设备容量、数量和主要尺寸，对设备进行最佳设计以及确定最佳操作条件等都要进行物料核算。毫不夸张的说，一切化学工程的开发和放大都是以物料衡算为基础的。 5.2 各工段物料衡算 5.2.1 酯化工段 本工段详细流程请见《设计图册》中第一工段工艺流程图。物料衡算表详见本说明书附表。 5.2.2 羰化工段 本工段详细流程请见《设计图册》中第二工段工艺流程图（包含羰化反应及甲醇吸收精馏过程）。物料衡算表详见本说明书附表。 5.2.3加氢工段 本工段详细流程请见《设计图册》中第三工段工艺流程图。物料衡算表详见本说明书附表。 5.2.4精馏工段 本工段详细流程请见《设计图册》中第四工段工艺流程图。物料衡算表详见本说明书附表。 5.3系统物料衡算 详见附录一，物料衡算一览表。 第六章 能量衡算 6.1 能量衡算的目的 对于新设计的生产车间，能量衡算的主要目的是确定设备的热负荷。根据设备的热负荷的大小、所处理物料的性质及工艺要求再选择传热面的形式、计算传热面积、确定设备的主要工艺尺寸。确定传热所需要的加热剂或冷却剂的用量及伴有热效应的温升情况。 对于已投产的生产车间，进行能量衡算是为了更加合理能量利用，以最大限度降低单位产品的能耗。 6.2 能量衡算可以解决的问题 在化工设计、化工生产中，通过能量衡算可以解决以下问题： （1）确定物料输送机械（泵、压缩机等）和其他操作机械（搅拌、过滤、粉碎等）所需要的功率，以便于确定输送设备的大小、尺寸和型号； （2）确定各单元操作过程（蒸发、蒸馏、冷凝、冷却等）所需要的热量或冷量，及其传递速率；计算换热设备的工艺尺寸；确定加热剂或冷却剂的消耗量，为其他专业如供汽、供冷、供水专业提供设计条件； （3）化学反应常伴有热效应，导致体系的温度上升或下降，为此需确定为保持一定反应温度所需的移出或加入的热传递速率，为反应器的设计及选型提供依据； （4）为充分利用余热，提高能量利用率，降低能耗提供重要依据，使过程的总能耗降低到最低程度； （5）最终确定总需求能量和能量的费用，并用来确定这个过程在经济上的可行性。 6.3 能量衡算遵循的原则 根据能量守恒定律，任何均相体系在时间内的能量平衡关系，表述如下： 热量衡算是能量衡算的一种，在能量衡算中占主要地位。热量衡算的理论依据是热力学第一定律。能量守恒表达式如下： 即：输入=输出+损失。 式中：——输入设备热量的总和； ——输出设备热量的总和； ——损失热量的总和。 对于连续系统： 式中：Q——设备的热负荷； W——输入系统的机械能； ∑Hout——离开设备的各物料焓之和； ∑Hin——进入设备的各物料焓之和。 6.4 系统能量衡算 详见附录二，能量衡算一览表。 第七章 热量集成技术与节能技术 7.1 概述 换热网络优化是设计一个由热交换器、辅助加热器和辅助冷却器组成的换热网络,使系统中所需要加热或冷却的过程物流都达到规定的出口温度,并使系统的总费用最小。最优换热网络包括各个换热器、辅助加热器和冷却器的热负荷分配和布局最优,即系统结构的设计最优,也包括在给定的系统结构条件下,换热设备本身的设计最优。 换热网络设计的方法有很多种，例如夹点设计法、双最小换热温差法、人工智能法、神经网络模型法、遗传算法等。目前，在其研究方法和应用过程中，Linnhoff基于对换热网络的热力学分析提出的夹点技术，被公认为是一项突破进展。在现有工厂的节能改造和新厂设计中，已初见成效。 夹点技术将热力学分析与优化计算相结合，考虑换热网络与公用工程的联合优化，引入了夹点最小允许传热温差这一重要决策变量，并以优化结果指导联合系统的优化。计算实例表明其具有正确性、实用性和有效性等特点，并且兼有物理概念清晰和定量化的优点。 对于年产10万吨的乙二醇新厂，运行成本是一个很重要的考核参数，其中很重要的一部分是公用工程的消耗。通过换热流程的设计和换热网络的优化尽可能地进行内部热量的集成和最大化利用，减少公用工程的消耗，在一次设备投资和运行费用之间寻找到平衡点。在工厂的初步设计阶段，利用Aspen Energy Analyzer V7.2进行计算机辅助换热网络的设计和优化，同时结合合成工艺要求，并考虑到工业园区和厂区的气候水文条件以及布局因素，最终以实现最大程度的经济效益为目标，来指导热量集成网络的设计和优化。经过热集成优化，可以达到节能减排的目的，使经济效益和社会效益有机结合。 图7.1 全厂反应与分离工艺的简单流程图 7.2 全流程能流信息汇总 7.2.1 工艺冷热物流汇总 对工艺中设计到的属于热流体和冷流体的物流汇总如下表所示，共有热流体13股，冷流体15股。 表7.1 换热冷热流股一览表 物流 类型 进口温度 ℃ 出口温度 ℃ 焓 Kj/h 流量 Kg/h 15 To 21 冷流体 6.61 145.00 16099454.85 108549.70 44 To 46 冷流体 20.00 90.00 19091092.25 26396.31 37 To 38 冷流体 179.72 205.00 14007722.42 60834.86 40 To 36 冷流体 20.00 .00 89645047.79 34427.20 22 To 18 热流体 140.00 60.00 22926611.48 108549.70 26 To 27 冷流体 65.10 66.00 3403690.07 5818.87 5 To 6 冷流体 19.99 35.00 1052479.73 68091.08 33 To 56 冷流体 53.22 120.00 3078449.39 3040.91 47 To 51 热流体 45.58 40.00 14370279.08 12467.83 39 To 42 热流体 205.00 20.00 138189532.91 60834.86 7 To 10 热流体 44.66 5.00 20673419.70 118520.84 46 To 39 热流体 160.51 20.00 4758531.26 12925.82 Condenser R102 热流体 94.97 94.47 33317595.30 32376.94 Condenser T0401 热流体 45.97 45.47 7244845.76 18586.92 Condenser T0101 热流体 80.33 44.66 76030001.18 178789.60 Rebo