年产50万吨甲醇厂的设计——毕业论文.doc

1、 本 科 毕 业 设 计 题 目 年产 50万吨甲醇厂的 设计 学 院 医药化工学院 专 业 材料化学 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 摘要 ： 本文 分析了 甲醇市场 和 甲醇 用途。对甲醇合成工艺进行论证，选择了煤制甲醇工艺 。同时 给出了厂址的选择；利用软件 Aspenplus 进行了模拟计算，得到了物料衡算和能量衡算； 最后 ， 对其进行了经济分析，说明该设计是可行的！ 关键词： 煤制甲醇 ； 市场分析；化工工艺； 经济分析 In this paper, the use of methanol and the market of methanol is analyzed,

2、 by analyzing the existing methods of production of methanol, the route of coal to methanol, was selected. At the same time, the choice of site is given, the balance of material and energy is given by using the software of AspenP lus too. Finally, economic analysis was carried out, indicating that t

3、he design is feasible! Keywords: Coal to Methanol; Market Analysis; Chemical Process; Economic Analysis 目录 前言 . 1 第 1 章 市场分析 . 1 1.1 产品性质及用途 . 1 1.1.1 产品性质 . 1 1.1.2 产品的用途 . 3 1.2 市场分析预测 . 4 1.2.1 世界甲醇市场分析 . 4 1.2.2 我国甲醇市场分析 . 5 1.3 市场预测 . 7 第 2 章 生产工艺 . 9 2.1 工 艺概述 . 9 2.2 工艺方案选择及论证 . 9 2.2.1 天然气制甲

4、醇合成气工艺 . 9 2.2.2 焦炉煤气制甲醇合成气工艺 . 10 2.2.3 乙炔尾气制合成气 . 11 2.2.4 黄磷尾气制合成气 . 11 2.2.5 煤制甲醇合成气工艺 . 11 2.2.6 工艺的选择 . 12 2.3 煤制甲醇工艺论证 . 12 2.3.1 煤的气化 . 12 2.3.2 合成气变换技术 . 15 2.3.3 气体净化技术 . 16 2.3.4 甲醇的合成 . 17 2.3.5 甲醇精馏 . 20 第 3 章 物料衡算及能量衡算 . 21 3.1 物料衡算 . 21 3.1.1 物料衡算概论 . 21 3.1.2 气化、比例调整及净化工段 . 21 3.1.3

5、合成、分离工段物料衡算 . 24 3.2 能量衡算 . 28 3.2.1 能量衡算概论 . 28 3.2.2 设备的热负荷 . 28 3.2.3 气化、比例调整及净化工段能量衡算 . 28 3.2.4 合成、分离工段能量衡算 . 30 第 4 章 厂址选择及厂区总平面布置 . 33 4.1 厂址选择 . 33 4.2 厂址的地理位置、地质地貌概况 . 33 4.2.1 地理位置 . 33 4.2.2 地质地貌 . 33 4.3 建厂地区自然条件和资源 . 33 4.4 气象条件 . 34 4.5 建厂地区的交通运输条件 . 34 第 5 章 经济分析 . 35 5.1 总投资估算 . 35 5

6、.1.1 资金来源 . 35 5.1.2 贷款及还款方式 . 35 5.2 总成本费用估算汇总表 . 35 5.3 产品售价及产量 . 36 5.4 主要计算报表分析 . 37 5.4.1 财务现金流量 . 37 5.4.2 财务盈利能力分析 . 38 5.5 敏感性分析 . 38 参考文献 . 40 辞 谢 .错误 !未定义书签。 1 年产 50万吨甲醇厂的设计 前言 甲醇作为一种基础型的工业原料，它的用途非常广泛，已经占据了人类生产的一席之地。它已经无形的方式深入我们的生活，虽然在生活中 一般不会直接接触它。但我们一定接触过用它生产的产品。如农业生产中的化肥，油漆用的甲醛，还可以用作汽车的

7、燃料。我们已经离不开甲醇了，随着社会的发展，对甲醇的消耗可能会更加大。 在我国，甲醇的生产投入会更加大。当前的生成能力很快将跟不上需求，所以本设计立足国情，设计了以煤为原料合成甲醇的工艺。其中，对甲醇的国内外市场进行分析，发现了这广阔的市场，然后进行工艺的论证与选择，接着模拟计算，厂区的选择，最后进行经济分析。 第 1章 市场分析 1.1 产品性质及用途 1.1.1 产品性质 甲醇 (Methanol)，化学式 CH3OH，分子量为 32.04，相对密度 0.7914 (20/4 )，折射率 (25 ) 1.44，熔点 97 (176K)，沸点 64.7 (337K)。是无色、易挥发 、 易燃

8、、透明的液体，溶于水， 正常温度 下对 一般的 金属 是没有 腐蚀性 的 ， 除了铅、铝以外。 有 点 酒精 的 气味。 它的 燃烧热 为 725.75KJ/mol， 它的 闪点 为 12.22 ， 它的 自燃点 为 463.89 ， 它的 蒸气密度 为 1.11，它的 蒸气压 为 13.33KPa(室温 100 毫米汞柱） ， 体积比在 蒸气与空气混合 后 爆炸 临界 6-36.5 %，能与乙醇、水、酮、卤代烃 、 乙醚、苯和 好多 有机溶剂 能够 相 混溶，但 却 不 能和 石油醚 相 溶，遇明火 、 热、氧化剂 容易 燃烧 甚至爆炸 。挥发 出来的气体 也 会 物体油漆 的 表面 完全

9、腐蚀。 与大多数氧化剂发生接触后会发生化学反应甚至会燃烧。在高温环境中装有甲醇的容器受热会有爆炸的安全隐患。燃烧的时候是没有烟的并且火焰为蓝色，它的蒸气密度比空气打；即便是在很矮的地方也会扩散到很远的地方。与明火相遇会立即复燃，甲醇能够和水互溶，任意体积比都可以。但他俩不会形成共沸的液体 ;不只是水，甲醇还可以和好多有机化合物以任何体积比例互溶。并且能够与有机物化合物中的 100 多种形成有共同沸点的混合物。 甲醇是 一种非常重要的液体清洁燃料和化工原料，是大多数化工产物的基本产品和原2 料，可以从一些固体的原料，比如说煤炭呀，也有一些液体的原料比如说清油和石脑油、也可以从一些气体原料中提取，

10、比如说油田气和天然气和煤里面的层气等。第一步是部分氧化或者也可由蒸汽转化而制得杂合成气体，把这些再合成气经过一系类工序制得最终产品即甲醇。由于甲醇生产工艺简单 ， 反应条件温和，技术容易 进步。 甲醇及其衍生物有着广泛的用途，现在甲醇已成为新一代能 源 重要原料 ， 可生产一系列深度加工产品。 甲醇能与一些无机盐 ,形成一些可以结晶的化合物，这个叫做结晶 醇。如果还有进一步氧化，甲酸的最终产物是水和二氧化碳。甲醇这种物质的化学性质非常活泼。能发生加成、脱氢、酯化、醚化、氧化、取代一系列反应，和前面提到的一样，甲醇是一种非常重要的化工原料 ;除了可以加工生产涂料、农药、甲醛、纤维、农药、医药、染

11、料、涂料、香料之外。它还是是生产甲醇蛋白、甲酸甲酯、燃烧电池、乙酸、合成汽油、碳酸二甲酯、民用燃料的特别重要的原料，它也是非常优良的汽车能源和汽车燃料，比如说它可以合成甲基叔丁基醚（是一种汽车燃料添加剂）。随着当代化工的飞速发展，它已经是化学界的首席产品，甲醇的用量越来越 大，用途也是越广泛。 在现如今，甲醇原料在中国乃至世界有机合的成工业中，它的重要性在有机原料中仅次于芳烃、烯烃。随着当代科学技术的飞速发展以及能源结构的飞速改变，甲醇也在飞速的用于各种用途。甲醇也是可以合成人工合成蛋白的原料，无毒性、转化率也较高、发酵速度也非常快，当然最大优势在于价格也非常便宜。甲醇用途是如此的广泛。话说回

12、来，它主要还是应用于塑料、精细的化工这些方面，它也是用来制造硫酸二甲脂、甲醛、甲氨、醋酸、氯甲烷各种有机产品，并且它也是医药、农药的重要原料的其中一种。它在精加工以后就是一种新型的清洁 、绿色、无污染的燃料，同大家说的一样，它可以与汽油掺烧。它也是安全容易运输的清洁、绿色、无污染燃料，它可以独自或者和汽油混合作为高效的车用燃料，用它可以节约不可再生资源的使用，也可和传统燃料互补，提高利用率。除了燃料，汽车制造 业也必定成为甲醇使用的巨头。甲醇的使用不 像传统那样了，许多潜在的用途早已远远超过它在化工方面的用途，早已渗透到国民经济的各个部落。尤其是是随着当代能源结构的极大改变，甲醇必将是将来世界

13、的主打燃料，需求量那可是相当的大。 甲醇虽然在我国目前的产量还是比较低的，但是根据近年来发展速度来看， 近五年来甲醇的生产规模飞速扩大，产能越来越高。再从我国的能源结构来看，煤制甲醇的方案已完全成熟，近些年煤制甲醇的工艺方案已经全面投入化生产，必定将来在我国甲醇替代石油化工和石油燃料，甲醇市场是一个空前巨大的市场。而我国甲醇行业也无疑迅速扩大、发展。 3 图 1-1 甲醇球棍模型 图 1-2 甲醇分子比例模型 表 1-1 甲醇的物 理 性 质 项目 数据 项目 数据 沸点 / 64.7 着火点 / 463.89 熔点 / 97 折光率（ 20 ) 1.44 闪点 / 11 饱和蒸气压 /kPa

14、 13.33 密度 /(g/cm3) 0.7918 燃烧热 /(KJ/mol) 725.76 临界压力 / MPs 8.09 汽化热 J/g 94 临界温度 / 239.5 介电常数 2.8 黏度 /mPa.s 0.59 溶解度 (15 ) 易溶于水 爆炸极限 % 6 36.5 表面张力 / mNm-1 22.7 1.1.2 产品的用途 很多工业都会需要甲醇 ， 因为甲醇是工业中 是 非常 基础的优 良 燃料 与 化工原料。 它 主要被使 用于 工业中的 塑料 以及 精细化工， 它也是用来制造硫酸二甲脂、甲醛、甲氨、醋酸、氯甲烷各种有机产品，并且它也是医药、农药的重要原料的其中一种。它在精加工

15、以后就是一种新型的清洁、绿色、无污染的燃料，同大家说的一样， 甲醇和汽油按一定比例混合使用 。也可以和氨以一起反应后可制得 一甲胺。 甲醇的用途 : 1、甲醇氧化制甲 醛 ： 甲醇在 温度很高的条件下 、 加上一些 固体催化剂 就会被 氧化制 得产物 甲醛。 现如今我国百分之四十以上的甲醇都被之城了甲醛 ， 合成塑料，树脂一类的产品，当然还有前面提到的化工原料一类的。在塑料中，我得提一下 聚甲醛 ，聚甲醛合成的工程塑料是远高于其他 工程塑料 的 ， 可用于各个行业之中，适用范围非常广 。 它 还 可以 用来 加工制4 得 乌洛托品 、 丁二醇 以及将近一百多种其他产品 。 2、甲醇氨化制甲胺

16、：把化工原料 甲醇 和 氨 原料以一定的体积比混合 ， 温度 在 370-420 、压强在 5.0-20.0MPa 的情况下 ， 让它和活性的铝混合后就可以制得 ， 但产物是 一、二、三甲胺， 不过可以通过精馏把他们分离 。 3、甲醇羰基化制醋酸 ：世界上百分之五十以上的醋酸都是由一氧化碳和工业甲醇在低压力的条件下制得的。 4、甲醇 还可以和带羧基的有机物 酯 化而生成 各种 各样的 酯 一 类 的有机物 。 5、甲醇 可以和 氯气、氢气混合催化反应生成一氯甲烷、二氯甲烷 、 三氯甲烷， 最后可以生成 四氯化碳。有机硅 与 含氟树脂的原料 可以是 一氯 甲烷 ，又是重要的甲基化剂，用于生产甲基

17、纤纤维素、季胺化学品等。二氯甲烷 的用途有清除油漆 、 喷雾 剂、 一些药物的原料和晶片的制作 生产。三氯甲烷 的物理状态转变会吸收大量的热量 ， 可以用作 制冷剂 。四氯甲烷可用行生产 F-11、 F-12 等。 6、甲醇 可在催化剂的作用下 脱 去羟基和氢最终得到 二甲醚。 7、甲醇脱氢制甲酸甲酯 ：甲醇是 甲酸甲酯 的 合成原料，甲酰胺、二甲基甲酰胺 是有甲酸甲酯为原料制得的 。 在经过一系列的过程后，辐射了绝大多数的的行业，比如医药用品，服装用的染料，女生身上的香料、纸张的加工、有机溶剂 甲酰胺是医药、香料、染料的原料，还可用作纸张处理剂 。 8、甲酸制甲基叔丁基醚（ MTBE） ：现

18、如今，汽车的使用越来越广泛，越来越频繁，除了对汽车进行改良外，汽油的调和也尤其重要， MTBE 与汽油混合后，可 以很好地改良汽油，更好的保护环境，更好的减少发动机的磨损。全球公认 MTBE 是重要的化工原料 ， 而 MTBE的生产是需要大量的甲醇来作为支撑的 。 9、甲醇用作燃料 ： 甲醇 与 汽油 混合使用已经在海外的一些地区合法化 ，我国 也出具了地方标准， 相应的汽车也造出了样品，在个别地区试运行 ，不久的将来将会大范围使用 。 1.2 市场分析预测 1.2.1 世界 甲醇市场分析 甲醇 是全世界使用非常广泛的产品 ， 相当于篮球对于世界一样。经济发达的对甲醇的需求量都非常的大 。中国

19、目前甲醇的产量很大，需求量也很大，属于自产自销的那种，所以并没有出口太多。全球主要出口 的地方在中东地区和南美地区，其他发达国家主要是进口为主 。 5 在 2015 年， 世界 甲醇 的年 产能 约为 12070 万 吨 ，中国 和中东、美洲是 出产 能力主要集中 的区域 ，中国 的年产量 约 为 4900 万 吨 、中 东的年产量约为 1610 万 吨 、美洲 的年产量约为 1360 万 吨 ， 就这三个地区的产量就占了全球产量的百分之七十左右 。中国的甲醇需求量大 。虽然产能大，但并没有出口太多的甲醇。其他国家生产甲醇主要为了出口。 表 1-2 2015 年 世界甲醇的供需关系。 有效产能

20、 / 万 t a-1 产量 / 万 t 需求量 / 万 t 进口量 / 万 t 出口量 / 万 t 净进口量 / 万 t 全球 12070 7675 7676 2703 2703 0 非洲 330 235 20 5 220 -215 欧洲 800 640 1010 560 190 370 美洲 1360 1080 870 590 800 -210 中东 1610 1330 298 68 1100 -1032 亚洲 7970 4390 5478 1480 392 1 088 印度 60 30 140 130 20 110 东北亚地区 7330 3890 5078 1190 2 1188 东南亚地

21、区 580 470 260 160 370 -210 世界甲醇的产量还是可以满足需求量的，但不同的地区情况并不一样，有的地方供大于求，有的地方供不应求。 1.2.2 我国甲醇市场分析 1.2.2.1 产能和产量 我们国家的甲醇工业开 始于 20 世纪 50 年代， 经过几十年的不断发展 ， 特别是在 2002年之后 ,由于下游工业的强力拉动 ， 企业产能的不断升级，面积的不断扩张，需求的不断扩大 ， 甲醇的产量可谓飞速增加 ， 每一年都在稳定的增长 。 09 年甲醇的产量达到 1130 万吨，10 年的甲醇的产量达到了 1752 万吨 接下来的一年产量达到了 2637 万 吨 ， 12 年 产

22、量已经达到了 2640.46 万 吨， 13 年 产量更是达到了 2878.54 万 吨 ， 14 年相对于 09 年翻了两番达到了3676 万 吨 ， 15 年 再进一个台阶产量达到了 4211.7 万 吨 ，领先于全世界。 表 1-3 2006-2015 年中国甲醇产量统计表 6 项目 产量（万吨） 同比（ %） 2006 年 886 35.9 2007 年 1218 37.5 2008 年 1285 5.5 2009 年 1130 -12.1 2010 年 1752 55 2011 年 2637 50.5 2012 年 2640.46 18.6 2013 年 2878.54 8.30 2

23、014 年 3676 27.7 2015 年 4211.7 14.6 2015 年我国各个地区的产量的排名列出了前面六个 ： 工业强省 山东 产量达到了 333.82万吨， 往上一点内蒙古产量达到了 175.9 万吨， 中原地区河南也达到了 171.5 万吨，陕西 的产量在 149 万吨，山西 产量在 107.06 万吨，河北 紧随其后产量在 84.55 万吨。 这六个地区的总产量占了全国的百分之六十四点八七 。 1.2.2.2 供求关系与价格分析 表 1-4 2006-2015 年中国甲醇供需量和价格 年份 产能（万 t/a） 年产量（万t/a） 产能的利用率（ 100%） 消费量（万 t/

24、a） 平均价格 2006 1399 745.8 53.3 979.7 3156 2007 2032 1012.6 49.9 1 246.2 2687 2008 2851 1109.9 38.9 1 391.6 3489 2009 2350 1130 47.5 1 657.4 2032.22 2010 3756.5 1752 46.6 2 269.7 2087 2011 4700 2637 56.1 3 195.8 27103 2012 5500 2640.46 48.0 3 622.4 2437.34 2013 5 650 2878.54 50.9 3 993.3 3000 5 2014 5700 3676 64.5 4 717.0 27236