一、前言甲醇（CH?OH）是重要的基礎(chǔ)化工原料，廣泛應(yīng)用于甲醛、醋酸、二甲醚、MTBE等產(chǎn)品的生產(chǎn)，也是新型清潔燃料的重要組成部分。隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，甲醇市場需求持續(xù)增長，為滿足市場需求，某企業(yè)擬建設(shè)年產(chǎn)10萬噸甲醇生產(chǎn)裝置。本報(bào)告基于該項(xiàng)目的可行性研究，對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，旨在為項(xiàng)目實(shí)施提供技術(shù)依據(jù)。二、設(shè)計(jì)依據(jù)1.國家法規(guī)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》《工業(yè)甲醇》（GB____）《甲醇合成催化劑》（HG/T____）《煤氣化工藝設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB____）等。2.客戶要求：年產(chǎn)10萬噸精甲醇（純度≥99.9%），產(chǎn)品質(zhì)量符合GB____優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)；年操作時(shí)間按8000小時(shí)計(jì)。3.基礎(chǔ)資料：原料煤（煙煤，固定碳含量≥65%，硫含量≤1%）；廠址位于煤炭資源豐富地區(qū)，水源、電力供應(yīng)充足；環(huán)保要求符合《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB____）《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB____）。三、產(chǎn)品方案與生產(chǎn)規(guī)模（一）產(chǎn)品名稱及規(guī)格產(chǎn)品名稱：精甲醇產(chǎn)品規(guī)格：符合GB____優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)，主要指標(biāo)如下：甲醇含量≥99.9%；水分≤0.05%；乙醇≤0.01%；酸度（以HCOOH計(jì)）≤0.0015%；羰基化合物（以HCHO計(jì)）≤0.002%。（二）生產(chǎn)規(guī)模年產(chǎn)規(guī)模：10萬噸精甲醇（合格品率≥99%）；小時(shí)產(chǎn)量：12.5噸/小時(shí)（按年操作8000小時(shí)計(jì)）；年操作時(shí)間：8000小時(shí)（連續(xù)生產(chǎn)，每年檢修時(shí)間約400小時(shí)）。四、工藝技術(shù)方案（一）工藝路線選擇甲醇生產(chǎn)的主要原料為天然氣、煤、焦?fàn)t氣等。結(jié)合項(xiàng)目原料供應(yīng)（當(dāng)?shù)孛禾抠Y源豐富）、成本效益（煤制甲醇原料成本低于天然氣制甲醇）及規(guī)模適應(yīng)性（煤制甲醇適合大規(guī)模生產(chǎn)），選擇煤制甲醇工藝路線。工藝路線流程：原料煤→預(yù)處理→水煤漿氣化→粗煤氣冷卻除塵→CO變換→低溫甲醇洗凈化→甲醇合成→粗甲醇精餾→精甲醇產(chǎn)品。（二）工藝原理1.水煤漿氣化：煤與氧氣、水蒸氣在高溫（____℃）、高壓（4-6MPa）下反應(yīng)，生成以CO、H?為主的粗煤氣，主要反應(yīng)如下：C+O?=CO?+熱量C+CO?=2CO-熱量C+H?O=CO+H?-熱量CO+H?O=CO?+H?+熱量（變換反應(yīng)，部分發(fā)生）。2.CO變換：粗煤氣中的CO與水蒸氣在催化劑（Fe?O?）作用下反應(yīng)，調(diào)整H?/CO比，滿足甲醇合成要求，反應(yīng)如下：CO+H?O=CO?+H?+熱量（ΔH=-41.1kJ/mol）。3.低溫甲醇洗凈化：利用甲醇在低溫（-20至-40℃）下對(duì)H?S、CO?等酸性氣體的高溶解度，去除粗煤氣中的硫化物（H?S≤0.1ppm）、CO?（≤0.1%），獲得潔凈的合成氣（H?/CO≈2.0-2.2）。4.甲醇合成：潔凈合成氣中的CO、CO?與H?在催化劑（Cu-Zn-Al）作用下，于溫度（____℃）、壓力（5-10MPa）下反應(yīng)生成甲醇，主要反應(yīng)如下：CO+2H?=CH?OH+熱量（ΔH=-90.8kJ/mol）CO?+3H?=CH?OH+H?O+熱量（ΔH=-49.5kJ/mol）。5.甲醇精餾：通過精餾去除粗甲醇中的水、乙醇、丙酮等雜質(zhì)，獲得精甲醇產(chǎn)品。采用三塔精餾流程（預(yù)精餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔），利用各組分沸點(diǎn)差異（甲醇沸點(diǎn)64.7℃，水100℃，乙醇78.3℃）實(shí)現(xiàn)分離。五、工藝流程設(shè)計(jì)（一）原料預(yù)處理原料煤（煙煤）經(jīng)破碎（粒度≤10mm）、干燥（水分≤10%）后，與水、添加劑（如木質(zhì)素磺酸鈉）混合，制成濃度約65%的水煤漿（粘度≤1500mPa·s），用于氣化爐進(jìn)料。（二）煤氣化水煤漿與氧氣（純度≥99.5%）、水蒸氣按比例送入Texaco型水煤漿氣化爐（直徑約3m，高度約15m），在____℃、4-6MPa下反應(yīng)生成粗煤氣。粗煤氣經(jīng)氣化爐激冷室冷卻（溫度降至____℃）、旋風(fēng)分離器除塵（含塵量≤10g/m3）后，進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)。（三）煤氣凈化1.CO變換：粗煤氣進(jìn)入固定床變換反應(yīng)器（直徑約2m，高度約6m），在Fe?O?催化劑作用下，CO與水蒸氣反應(yīng)（溫度____℃，壓力3-5MPa），調(diào)整H?/CO比至2.0-2.2。變換后的煤氣經(jīng)換熱器冷卻（溫度降至40-60℃）后，進(jìn)入低溫甲醇洗系統(tǒng)。2.低溫甲醇洗：煤氣進(jìn)入填料式吸收塔（直徑約3m，高度約30m），與低溫甲醇（-20至-40℃）逆向接觸，去除H?S（≤0.1ppm）、CO?（≤0.1%）等酸性氣體。凈化后的合成氣（H?/CO≈2.1）經(jīng)壓縮（壓力升至5-10MPa）后，送入甲醇合成系統(tǒng)。（四）甲醇合成凈化合成氣進(jìn)入管殼式甲醇合成塔（管內(nèi)裝Cu-Zn-Al催化劑，管間通鍋爐水），在____℃、5-10MPa下反應(yīng)生成甲醇。反應(yīng)熱通過管間鍋爐水吸收，產(chǎn)生中壓蒸汽（1.5-2.5MPa），用于后續(xù)工藝。合成后的氣體（含甲醇約5-8%）經(jīng)冷卻（溫度降至40-50℃）、分離，得到粗甲醇（純度約90-95%），未反應(yīng)的氣體循環(huán)回合成塔（循環(huán)比約3-5）。（五）甲醇精餾粗甲醇進(jìn)入三塔精餾系統(tǒng)：1.預(yù)精餾塔（板式塔，塔板數(shù)約30塊）：去除低沸點(diǎn)雜質(zhì)（如丙酮、二甲醚），塔頂氣體經(jīng)冷凝后返回合成系統(tǒng)。2.加壓精餾塔（板式塔，塔板數(shù)約40塊，壓力約0.5MPa）：分離甲醇與水，塔頂甲醇蒸汽作為常壓精餾塔的熱源。3.常壓精餾塔（板式塔，塔板數(shù)約50塊）：進(jìn)一步提純甲醇，塔頂?shù)玫骄状迹兌取?9.9%），塔底廢水送處理系統(tǒng)。六、設(shè)備選型與計(jì)算（一）關(guān)鍵設(shè)備選型設(shè)備名稱型號(hào)/類型主要參數(shù)數(shù)量水煤漿氣化爐Texaco型直徑3m，高度15m，壓力6MPa1臺(tái)CO變換反應(yīng)器固定床直徑2m，高度6m，催化劑裝填量10m31臺(tái)低溫甲醇洗塔填料塔（金屬鮑爾環(huán)）直徑3m，高度30m，填料層高度20m1臺(tái)甲醇合成塔管殼式（φ57×3.5mm管）管數(shù)1200根，管長6m，催化劑裝填量20m31臺(tái)常壓精餾塔板式塔（浮閥塔板）直徑2.5m，高度25m，塔板數(shù)50塊1臺(tái)（二）物料衡算（基準(zhǔn)：1小時(shí)精甲醇產(chǎn)量12.5噸）1.原料煤用量：按煤轉(zhuǎn)化率75%、甲醇收率85%計(jì)算，需煤量約25噸/小時(shí)（煤質(zhì)：固定碳65%，水分10%）。2.氧氣用量：按氣化爐氧煤比0.9計(jì)算，需氧氣約22.5噸/小時(shí)（純度99.5%）。3.水蒸氣用量：按變換反應(yīng)水碳比3.0計(jì)算，需水蒸氣約30噸/小時(shí)。4.粗甲醇產(chǎn)量：按精甲醇純度99.9%、精餾收率98%計(jì)算，粗甲醇產(chǎn)量約12.8噸/小時(shí)（純度95%）。（三）熱量衡算1.氣化爐熱量平衡：輸入熱量（煤燃燒熱、氧氣焓）約1.2×10?kJ/小時(shí)，輸出熱量（粗煤氣焓、灰渣焓）約1.0×10?kJ/小時(shí)，熱效率約83%。2.甲醇合成塔熱量平衡：反應(yīng)熱約2.5×10?kJ/小時(shí)，通過管間鍋爐水吸收，產(chǎn)生中壓蒸汽（1.5MPa）約15噸/小時(shí)，用于變換反應(yīng)器加熱。（四）設(shè)備尺寸計(jì)算以甲醇合成塔為例：催化劑裝填量：根據(jù)空速（____h?1）和處理量（合成氣流量約____m3/小時(shí)），計(jì)算得催化劑體積約20m3。管殼式反應(yīng)器管數(shù)：采用φ57×3.5mm無縫鋼管，單管體積約0.012m3，需管數(shù)約1667根（取1200根，預(yù)留裕量）。管長：按催化劑床層高度4m計(jì)算，管長約6m（含上下封頭）。七、公用工程與輔助設(shè)施（一）供水系統(tǒng)新鮮水：用于水煤漿制備、設(shè)備沖洗，用量約50噸/小時(shí)。循環(huán)水：用于氣化爐冷卻、變換反應(yīng)器冷卻，用量約500噸/小時(shí)（循環(huán)率95%）。脫鹽水：用于鍋爐水制備，用量約20噸/小時(shí)。（二）供電系統(tǒng)高壓電（10kV）：用于氣化爐氧氣壓縮機(jī)、合成氣壓縮機(jī)，功率約2000kW。低壓電（380V）：用于泵類、照明、控制，功率約500kW。（三）供汽系統(tǒng)高壓蒸汽（6MPa）：用于氣化爐水蒸氣制備，用量約30噸/小時(shí)。中壓蒸汽（1.5MPa）：用于變換反應(yīng)器加熱、精餾塔再沸器，用量約25噸/小時(shí)（部分來自甲醇合成塔副產(chǎn)）。低壓蒸汽（0.3MPa）：用于原料煤干燥，用量約5噸/小時(shí)。（四）制冷系統(tǒng)制冷量：低溫甲醇洗系統(tǒng)需-40℃冷量約1000kW，采用螺桿式制冷機(jī)組（制冷劑R22）。（五）儲(chǔ)存與運(yùn)輸原料煤儲(chǔ)存：煤倉（容量5000噸），采用皮帶輸送機(jī)輸送。甲醇儲(chǔ)存：精甲醇儲(chǔ)罐（2×5000噸，不銹鋼材質(zhì)），采用槽車（50噸/輛）運(yùn)輸。八、環(huán)境保護(hù)與安全衛(wèi)生（一）環(huán)境保護(hù)措施1.廢氣處理：氣化爐尾氣（含CO、H?）經(jīng)余熱鍋爐回收熱量（產(chǎn)生蒸汽）后，送入火炬燃燒（NO?排放≤100mg/m3）；精餾塔塔頂不凝氣（含甲醇）經(jīng)冷凝回收后，送燃燒系統(tǒng)。2.廢水處理：精餾塔底廢水（含甲醇≤0.1%）經(jīng)生化處理（厭氧+好氧）后，COD≤100mg/L，達(dá)標(biāo)排放。3.廢渣處理：氣化爐灰渣（含碳≤5%）用于制作建材（磚、水泥），實(shí)現(xiàn)資源化利用。（二）安全衛(wèi)生措施1.防火防爆：甲醇合成車間、儲(chǔ)罐區(qū)設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警裝置（甲醇爆炸極限5.5-44%），采用防爆電器；配備泡沫滅火器、消防水系統(tǒng)。2.防毒：甲醇精餾車間設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)（換氣次數(shù)≥10次/小時(shí)），操作人員佩戴防毒面具（甲醇職業(yè)接觸限值50mg/m3）。3.應(yīng)急措施：設(shè)置應(yīng)急水池（容量1000噸），用于泄漏甲醇收集；制定應(yīng)急預(yù)案，定期開展演練。九、經(jīng)濟(jì)分析（一）投資估算項(xiàng)目金額（萬元）固定資產(chǎn)投資8000（設(shè)備購置）4000（廠房建設(shè)）2000（管道、儀表）1500（其他）500流動(dòng)資金2000**總投資****____**（二）成本估算（年操作8000小時(shí)）項(xiàng)目單位成本（元/噸）年成本（萬元）原料煤3003000氧氣1001000水蒸氣50500電80800人工30300折舊（10年）80800**總成本****640****6400**（三）經(jīng)濟(jì)效益分析銷售收入：精甲醇售價(jià)按2500元/噸計(jì)算，年銷售收入____萬元。利潤：年利潤=銷售收入-總成本=____=____萬元。投資回收期：總投資/年利潤≈5.4年（稅前）。內(nèi)部收益率：≈18%（稅前）。十、結(jié)論本設(shè)計(jì)采用煤制甲醇工藝路線，結(jié)合當(dāng)?shù)孛禾抠Y源優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了原料成本最低化；工藝路線選擇合理（水煤