年产62万吨甲醇制烯烃(mto)项目初步设计说明书本科学位论文
久泰能源（集团）内蒙古公司
——年产62万吨甲醇制烯烃（MTO）项目
目录
第一章总论 (5)
1.1项目概况 (5)
1.2设计依据和原则 (5)
1.3工艺特点 (6)
1.4产品方案 (6)
1.5主要原料、燃料规格及消耗 (7)
1.6厂址概况 (7)
1.7技术经济指标 (8)
1.8项目意义 (9)
第二章总图运输及车间布置设计 (10)
2.1设计依据 (10)
2.2设计基础资料 (10)
2.3设计范围 (12)
2.3设计原则 (12)
2.4厂区总平面布置 (12)
2.5车间布置设计 (22)
第三章化工工艺及系统 (28)
3.1概述 (28)
3.2原料处理与反应工序 (31)
3.3混合气净化工序 (37)
3.4精馏工序 (47)
3.5碳四组分利用方案分析 (60)
第四章配管设计 (73)
4.1管道器材 (73)
4.2管道布置设计 (78)
4.3管道支吊架的选用 (85)
第五章设备选型 (87)
5.1反应器设计 (87)
5.2压缩机选型 (119)
5.3储罐选型计算 (120)
5.4塔设备设计 (122)
5.5换热器工艺设计 (147)
5.6泵的选型 (149)
第六章自动控制 (151)
6.1自动控制系统选择 (151)
6.2控制室布置 (152)
6.3预处理及反应工段 (153)
6.4净化工段 (156)
6.5精馏工段 (159)
6.6储罐的控制 (162)
6.7危险性和可操作性分析（HAZOP） (163)
6.8 Aspen dynamic 动态模拟与优化 (170)
第七章节能设计 (182)
第八章分析检验 (187)
8.1设计依据 (187)
8.2化验方法 (188)
第九章土建 (190)
9.1设计依据 (190)
9.2建筑工程 (191)
9.3结构工程 (193)
9.4安全疏散 (195)
第十章供电和电讯 (196)
10.1设计依据 (196)
10.2设计范围 (197)
10.3设计原则 (197)
10.4电力供应 (200)
10.5危险区划分和设备选择 (200)
10.6防雷及接地 (202)
10.7电讯系统 (204)
第十一章给排水工程 (205)
11.1概述 (205)
11.2设计依据 (205)
11.3设计原则 (206)
11.4给水系统 (206)
11.5排水系统 (208)
第十二章采暖通风及空气调节 (209)
12.1厂址所在地气候条件 (209)
12.2设计参数 (210)
12.3设计标准 (211)
12.4设计范围 (211)
12.5设计方案 (211)
第十三章维护与维修 (213)
13.1设计说明 (213)
13.2设计依据 (214)
13.3设计原则 (214)
13.4维修体制 (214)
13.5维修途经 (215)
13.6维修的基本内容 (216)
13.7维修人员的工作职责 (217)
第十四章储运系统 (218)
14.1设计依据 (218)
14.2罐区储罐类型 (219)
14.3罐体附件的设计 (219)
14.4储罐的安全防护 (220)
14.5产品包装 (221)
第十五章消防专篇 (222)
15.1概述 (222)
15.2遵循的主要法律法规 (222)
15.3设计执行标准及规范 (222)
15.4工程概况 (223)
15.5火灾危险性及防火措施 (223)
第十六章环境保护专篇 (226)
16.1设计依据和标准 (226)
16.2工程概况 (227)
16.3厂区环境现状 (227)
16.4主要污染源及主要污染物 (228)
16.5三废及噪声处理措施 (228)
第十七章劳动保护与安全卫生 (236)
17.1劳动保护与安全卫生 (236)
17.2主要危险有害因素分析 (237)
17.3设计中采用的安全卫生技术措施 (239)
17.4重大危险源辨识 (242)
17.4.1风险预评估 (243)
17.4.2道化学公司火灾、爆炸危险指数评价 (243)
17.5事件树分析 (248)
第十八章空压站氮气站 (255)
18.1设计依据 (255)
18.2空压站 (255)
第十九章技术经济 (258)
附录 (260)
选型一览表 (260)
物料衡算 (269)
能量衡算 (297)
参考文献 (318)
第一章总论
1.1项目概况
本项目是为久泰能源内蒙古有限公司设计的一座甲醇制乙烯和丙烯（MTO）分厂。本系统以总厂粗甲醇为原料，使用流化床反应器进行MTO反应，运用新型分离方法制备聚合级乙烯和聚合级丙烯。年消耗粗甲醇175.34万吨，可产出聚合级乙烯38.4万吨，聚合级丙烯23.6万吨。
1.2设计依据和原则
1.2.1设计依据
（1）2011年“三井化学杯”大学生化工设计邀请赛指导书。
（2）《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国劳动安全法》等相关的国家法律、法规。
（3）《化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定》（2005年版）及有关专业国家标准。
（4）内蒙古鄂尔多斯市有关供水、供电、项目征用土地意见和建设项目环境保护意见的批文及资料。
1.2.2设计原则
（1）认真贯彻落实国家基本建设的有关政策、法规，合理安排建设周期，严格控制工程建设项目的生产规模和投资。
（2）严格遵循现行消防、安全、卫生、劳动保护等有关规定、规范，保障生产安全顺利进行和操作人员的安全。
（3）产品生产和质量指标符合国家及地方颁发的各项相关标准。
（4）注重环境保护，设计中选用清洁生产工艺，在生产过程中减少“三废”排放，同时采用行之有效的“三废”治理措施，严格执行“三废”治理、“三同时”的方针。
（5）坚持体现“社会经济效益、环保效益和企业经济效益并重”的原则，按照国民经济和社会发展的长远规划，行业、地区的发展规划，在项目调查、选择中对项目进行详细全面的论证。
1.3工艺特点
本项目是为久泰能源内蒙古公司设计的一座MTO分厂，与现有的甲醇转化烯烃项目相比，本系统的工艺特点总结如下：
1、在原料预处理及反应工段，以粗甲醇为原料，省去了甲醇精制的三塔精馏环节，大大降低了原材料费用。
2、MTO反应器采用气固下行循环流化床，流型更接近于平推流，返混减小，有效避免了二次反应，产物中芳烃含量大大降低。而且循环操作，可以方便的再生催化剂。
3、在产品精制工段，采用吸收与精馏相结合的方式分离出聚合级产品，使分离系统的最低温度为-35℃，避免了深冷，大大降低了分离能耗。
4、分离系统塔釜温度控制在80℃以下，有效避免了塔釜聚合物的生成，大大延长了设备清焦周期。
以总厂粗甲醇进料，采用UOP/Hydro较为成熟的催化剂生产技术制备适合于流化床的MTO催化剂；经过反应器结构形式的优选确定反应器结构并进行物理场分析；采用传统分离方法和新型工艺流程实现仅在丙烯制冷的条件下分离主产品，得到聚合级乙烯和聚合级丙烯产品。
1.4产品方案
本项目产品为乙烯和丙烯。其规格、产量见下表：
表1-1 本项目产品规格
1.5主要原料、燃料规格及消耗
本项目中所涉及到的主要原料有粗甲醇和工艺软水。预计粗甲醇年使用量为175.34万吨，工艺软水年使用量为24.66万吨。项目所需的甲醇为煤基粗甲醇，其质量标准见下表：
表1-2 锌、铬催化粗甲醇组分,%(wt)
项目动力及燃料消耗估算见下表：
表1-3 动力及燃料用量表
1.6厂址概况
本厂地处内蒙古鄂尔多斯准格尔旗大路新区工业园区内，总厂占地90376平方米。以久泰能源内蒙古有限公司二期500万吨甲醇为依托，原料来源充足。
大路新区规划控制面积为232平方公里，其中市镇建设用地19.64平方公里，工业建设用地60.56平方公里，规划中计划容纳人口10-17万人。从地理和区位上分析，各种城市建设配置比较合理，具有建设城市、承载经济和集聚人口的先
天优势条件。园区内拥有优越的运输条件，充沛的水资源，显著的电价优势，丰富的原材料，雄厚的产业基础，完善的配套设施，规划合理，布局科学。
1.7技术经济指标
本项目以正常生产年份有关数据对以生产能力利用率来表示的盈亏平衡点进行计算，BEP为62.81％，计算结果表明，该项目只要达到设计能力的62.81％，企业就可以保本，由此可见该项目适应市场变化的能力较大，抗风险能力强。整个项目的主要技术经济指标如下表：
表1-4 主要技术经济指标
1.8项目意义
随着石油资源形势的日益紧张，拓宽低碳烯烃的原料来源具有重要的发展价值。结合中国的能源“多煤、少气、缺油”的能源结构特点，以煤基原料制备低碳烯烃是解决我国烯烃工业生产的重要举措。本项目结合粗甲醇制备烯烃的工艺特点，运用相关模拟软件设计分析，从经济、工艺指标、能耗、设备参数等实际生产的角度，对MTO工艺过程进行全面设计，为煤化工综合企业提出一个较为详细的工艺及设备设计方案。
第二章总图运输及车间布置设计
2.1设计依据
《化工企业总图运输设计规范》GB 50489-2009
《建筑设计防火规范》GB50016—2006
《石油化工企业设计防火规范》GB 50160-2008
《石油化工企业厂区总平面布置设计规》SH/T3053—2002
《石油化工储运系统灌区设计规范》SHT3007—2007
《石油化工厂区绿化设计规范》SH3008—2000
《化工装置设备布置设计规定》HG/T20546—2009
《油化工工艺装置布置设计通则》SH3011—2000
2.2设计基础资料
根据鄂尔多斯市准格尔旗大陆新区的各项气象、地理信息及项目特点，工艺条件等确定。
1、地理位置及交通运输
本项目厂址位于内蒙古自治区准格尔旗境内。准格尔旗地处内蒙古自治区西南部，鄂尔多斯高原东端，蒙晋陕三省交界带。准格尔旗旗府薛家湾镇北倚自治区首府呼和浩特120 km，毗邻钢城包头180 km，东距首都北京650 km，西距鄂尔多斯市130 km。
2、风向
影响总图设计的因数主要是风向和地理位置，准格尔旗年平均风速1.6m/s，最大风速24m/s，风玫瑰图如图所示
图2-1 内蒙古鄂尔多斯准格尔旗风玫瑰图
由图可以看出，改地区主导风向是西北风，次导风向是南风，最小频率风向为东风。
3、地形条件
该工业区地形较为平整，并已经完成三通一平，在布置时可不考虑竖向布置。
4、其他气候特征
本区属中温带干旱大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季短且昼热夜凉，日温差大，秋季甚短，冬季漫长而寒冷，全年降水量小，且集中在6～9月份，蒸发量大（约为降雨量的4～5倍），霜冻期长，年平均气温7.8℃，极端最高气温37.8℃，极端最低气温-27.9℃，年平均降水量389mm，年平均蒸发量1785.4mm，最大积雪厚度12cm，最大土壤冻结深度125cm。
5、地震烈度
依据国家质量技术监督局颁布的《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001），本煤炭物流配送中心所在地区地震动峰值加速度值0.10g，相当于地震基本烈度Ⅶ度。地震动反应谱特征周期0.45S。
6、水资源及排水条件
鄂尔多斯，年蒸发量较大而年降雨量很小，周围没有污水处理厂，所以在布置时考虑自建蓄水池及污水处理站。
2.3设计范围
厂区布置包括总平面布置、竖向布置、设备布置、交通运输设计。具体内容见本章相应小节。
2.3设计原则
（1）全面贯彻“十分珍惜和合理利用每一寸土地，切实保护耕地”的基本理念，因地制宜，节约用地，远近期发展相结合，提高土地利用率。
（2）严格执行国家及地方的有关规范、规定和标准要求。
（3）根据生产特点合理规划生产区和生活区，确定通道宽度，人、货分流，互不干扰，保证交通顺畅，生产高效，满足消防、安全要求。
（4）力求工艺流程顺畅，管线简捷，使各规划区有机结合，方便生产管理。
（5）充分考虑风向因素，行政管理区尽可能远离生产装置区，保证人身安全及生产安全。
（6）厂区道路和场地的布置充分考虑装置的施工、设备安装、检修及消防通道。
2.4厂区总平面布置
2.4.1方案比较
在总厂平面布置过程中，应尽量满足总厂布置“合理化、规范化、人性化、美观化”的理念。
根据平面布置原则，结合厂区场地总平面，并考虑场地地形及风向条件，厂区总平面经多方案比选，最后推荐两个方案进一步比较如下：
方案一：见图
厂区布置以生活区和工艺区最小影响为主。
图2-2 总厂平面布置方案一
生产区：生产区布置在西南角，包括反应车间，预分离车间、预精馏及精馏车间，车间背面作为预留用地和污水处理站，待以后扩建。
生活区：东北布置有变电所、行政办公楼、供水站、生活消防水池、生活污水处理站、锅炉房、机修车间及材料库等。
罐区：布置在东南侧
公用工程：布置在罐区和生活区之间
该方案优点：充分考虑风向的影响生活区与生产区位于最小频率风向上，有效防止可燃有毒的气体向生活区扩散。再次生产区与生活区距离较远，有利于防爆、防火和防噪音。
缺点：该方案中污水处理站对公用工程站有一定影响。装卸区离生活区较近。生产区和生活区布置比较混乱。
2、方案二：见图