总结-内蒙古天河化工20万二甲醚工程设计总结.doc

内蒙古天河化工内蒙古天河化工 2020 万万 t/ht/h 二甲醚工程设计总结二甲醚工程设计总结1 工程概况工程概况作为四川化工控股（集团）公司“十一五”重点工程，内蒙古巴彦淖尔市天河化工“20 万t／a 二甲醚装置”在工程投资、工程难度和工程进度上是对泸天化股份公司设计院前所未有的考验该工程设计概算 1.89 亿，含单套“20 万 t／a 二甲醚生产装置”与配套公用工程设施，系目前世界上单套规模最大的二甲醚生产装置，且设计进度计划要求紧张20 万 t／a 二甲醚生产装置主体工艺采用由泸天化与日本东洋工程公司共同开发研制的气固相催化工艺流程和技术，详细工程设计采用泸天化设计院开发的工艺技术软件包，由泸天化设计院独立完成全部设计工作，在自主创新方面具有完全自主知识产权工程所处的特殊地理位置和气候环境（内蒙巴彦淖尔市临河经济技术开发区） ，极限最低温度达－35.3 ℃，无霜期长达 164 天，最大风速为 13 m／s，地震强度 7 度，土壤冻结深度 1.22 m，上述设计条件也是泸天化设计院从未涉及，而生产装置最终一次顺利开车成功并生产出浓度高达 99.6％的二甲醚合格产品，装置运行稳定且性能达标，标志着泸天化设计院在北方高寒地区设计作品合格，取得宝贵的工程设计经验。

2 设计概况设计概况2.1 生产规模根据业主（内蒙古天河化工有限责任公司）要求，本装置的生产规模最初定为 2×10 万t／a 二甲醚，后在泸天化绿源醇业有限责任公司现有 10 万 t／a 二甲醚装置的实际运行参数的基础上放大到 2×14.5 万 t／a 二甲醚，又根据控股公司意见最终确定为 2×20 万 t／a 二甲醚本工程共包括两套各自独立的 20 万 t／a 二甲醚生产装置及配套公用设施（预留 1 套） ，根据现有甲醇生产装置的特点，综合考虑市场因素及目前国内二甲醚生产装置的规模情况，将实际生产能力定为：22.44 万 t／a（680 t／d） ，消耗甲醇约 966 t／d对于二甲醚产品质量标准，按中华人民共和国化工行业标准 HG／T 3934—2007 执行2.2 设计指导思想20 万 t／a 二甲醚装置是部分参照日本东洋工程公司（TEC）的工艺包（PDP） ，在泸天化绿源醇业有限责任公司现有 10 万 t／a 二甲醚装置的基础上放大，由泸天化设计院完成详细工程设计（DED） ，设计文件必须满足用户所规定的条件和要求a.本着技术先进、可靠、经济、合理的原则，各类设备、材料、部件均立足国产化。

b.认真贯彻国家和地方有关环境保护的各项法令、法规，搞好三废治理，并执行“三同时”的原则c.严格执行国家和地方关于消防、安全生产、工业卫生、劳动保护工作的有关法规、规定，采取有效措施改善劳动条件，确保安全生产d.执行泸天化（集团）有限责任公司设计院标准 QB／LTH－QMS－2007 质量手册（依据 GB／T 900lidtISO9000－2000 标准编制)2.3 设计工作范围承担整个 20 万 t／a 二甲醚装置界区范围内的总图、工艺、布置、配管、设备、电气、仪表、电信、给排水、建筑、结构施工图设计具体内容如下：（1）二甲醚主装置工序区； （2）原料卸载、库区、产品充装工序区；（3）仪表空气、氮气工序区；（4）界区内、外管廊工序区；（5）界区内、外公用工程管道、供配电、控制室及其它配套工程；工序代号：二甲醚主装置工序为 10，原料卸载、库区、产品充装工序为 11，仪表空气、氮气工序为 12，界区内管廊工序为 13，界区内给排水、公用工程管道及其它配套工程为14提出各工序采购设备数据表，并对中标商的设计和制造数据、图纸及有关资料等进行最终确认接受业主（内蒙古天河化工有限责任公司）对详细工程设计的指导和审查确认；提供符合基础工艺和工程设计、满足施工安装、试车考核和性能保证要求的详细工程设计。

3 工艺特点工艺特点3.1 生产方法简述由于技术保密缘故，目前国内外关于二甲醚各种生产工艺及方法，公开发表的文献非常有限，各类生产工艺及方法大多是方框式的工艺简要介绍，而对于详细的技术参数尤其是具体的工艺指标和参数，也无法进行工艺优劣比较相比之下，对于二步法甲醇脱水制二甲醚工艺，我们已有 1 万 t／a 二甲醚装置和 10 万 t／a 二甲醚装置的成功设计经验，掌握和了解的各种技术资料和相关的工艺参数指标相对丰富二甲醚的生产方法主要有一步法和二步法两种一步法以合成气（CO＋H2）为原料，在甲醇合成以及甲醇脱水的复合催化剂上直接合成二甲醚，再提纯得到二甲醚产品二步法是以合成气制得甲醇，然后甲醇在固体催化剂作用下脱水制得二甲醚，所用催化剂选择性高，特别适用于高纯度二甲醚生产工艺流程主要包括原料制备、反应、合成气冷却、二甲醚精馏、甲醇回收见图 1本工艺装置的主要特点是流程简洁明畅，工艺条件温和，装置内热能利用较好，操作简易方便本装置设备台数较少，设备制作充分立足于国内现状，所有设备均能国内制造而无需进口，可极大降低项目投资3.2 主要工艺特点20 万 t／a 二甲醚装置的全部工艺设计，是在 1 万 t／a 二甲醚装置和 10 万 t／a 二甲醚装置的成功设计基础上的更加完善。

在设计时对整个项目的投资和工艺路线的选择都作了较为仔细的分析和研究，整个项目设计工艺流程合理，路线最短，操作维护简便；设备用材节省均为碳钢材料，只有少量设备内件是 304S 材料；控制方式先进采用 DCS 控制，而放弃了过多的自动控制装置特别是注重生产装置的节能降耗设计，达到技术与经济协凋统一具体的工艺特点主要有以下几个方面3.2.1 热量平衡1 万 t／a 二甲醚装置的详细工程设计是严格按照日本东洋工程公司（TEC）提供的工艺包（PDP）来进行的，但在实际运行中发现电加热器在任何负荷下都不能甩掉，通过泸天化设计院组织技术人员进行详细工艺核算，发现二甲醚装置整个合成圈存在热量不平衡，此问题已经影响到对装置整个工艺流程合理性的客观评估详细计算过程与分析详见《泸天花科技》2003 年第 4 期“二甲醚装置合成圈热量衡算与分析”一文在 20 万 t／a 二甲醚装置的详细工程设计中，重点控制整个二甲醚装置的热量平衡，对全部换热设备进行传热面积复核，适当提高二甲醚合成圈的进料温度通过 4 个多月的实际运行情况观察，无论高低负荷工况，正常生产中电加热器都可以脱开，完全满足工艺要求3.2.2 原料路线对于国内绝大多数采用甲醇在固体催化剂作用下脱水制取二甲醚工艺的生产装置而言，原料甲醇均采用 95％精甲醇，原料路线单一。

20 万 t／a 二甲醚装置在初步设计时就充分考虑了原料的多样性问题，即装置所在的西北地区精甲醇与粗甲醇生产厂家大量并存的情况，工艺流程设计原则是既能全部采用 95％精甲醇，又可部分采用 85％粗甲醇作原料（粗甲醇用量不超过原料总量 40％） ，尽管这种方式会造成二甲醚精馏塔、甲醇蒸馏塔等主要设备的一次性投资略有增加，但此举极大方便了用户就近组织原料进货，原料路线灵活，此为 20 万 t／a 二甲醚装置工艺方面较为独特之处3.2.3 操作弹性对绝大多数化工装置而言，常规下生产负荷可在 60％～110％自由调节，而 20 万 t／a二甲醚装置的生产负荷调节幅度宽达 20％～110％在二甲醚装置动设备的选型设计中，除氮气循环风机 GB101、甲醇液下泵 GA207 为单台机泵外，其余各泵均按 2 开 1 备设置，这种方式极有利于生产装置的长周期安全稳定运行，此亦为 20 万 t／a 二甲醚装置工艺方面又一独特之处根据内蒙古天河化工 2007 年 11 月 18 日和 2008 年 1 月 17 日传回的现场实际操作数据表明，20 万 t／a 二甲醚装置生产负荷分别在 100.7％和 25.4％，生产装置运行稳定，工艺指标达到设计要求。

3.2.4 废热利用冬季的内蒙古地区天寒地冻，室内无采暖设施过冬是无法想象的采暖热源无论是向当地市政供热管网申请还是向临近的北方电力公司临河热电厂购买，均涉及巨大的投资与运行费用为解决冬季取暖热水问题，在工艺流程设计中对蒸汽冷凝液系统作一简单改进，巧妙利用蒸汽冷凝液冷却器 EA301A／B 从 95 ℃降到 65 ℃的温差，来加热装置内循环热水系统，可完全满足整个厂区及配套公用设施的室内采暖要求参见图 23.2.5 蒸汽再生根据天河化工与北方电力公司临河热电厂签订的蒸汽供应协议，由临河热电厂向天河化工提供 1.3 MPa、350 ℃的过热蒸汽，而二甲醚装置界区实际只需要 1.1 MPa、185 ℃的饱和蒸汽针对这种情况，为合理有效地利用能源，在蒸汽管线的流程设计中增加一蒸汽减温增湿装置过热蒸汽经减温增湿后成为 185 ℃的饱和蒸汽，压力略增加 0.02 MPa，关键是流量增加约 0.5 t／h，这就意味着该减温增湿装置正常生产情况下副产 0.5 t／h 蒸汽（临河热电厂蒸汽售价 110 元／t） ，每年的节能效益相当可观参见图 33.2.6 节约投资施工图设计中本着技术先进与经济合理的原则控制投资目标。

现场合理调整厂区与电厂 蒸汽管廊布置，极大减少征地与拆迁工作量，为外管廊施工赢得工期；保温材料原拟采用 与绿源醇业相同的 CAS 铝镁质毡材，但其价格涨到近 2200 元／m3，经设计人员核算，变 更采用保温性能相当的复合硅酸盐板毡（约 800 元／m3） ，为业主极大地节约了投资 3.2.7 远景发展20 万 t／a 二甲醚工程在总图、工艺设计中充分考虑天河化工公司未来的远景规划，设计 工作具有前瞻性，为未来的第二套 20 万 t／a 二甲醚工程、100 万 t／a 大甲醇工程预留充 足的发展空间按照四川化工控股公司要求，总图布置已为第二套 20 万 t／a 二甲醚主装置预留用地， 原料卸载区、库区、产品充装区、空分、公用工程管道、供配电、控制室及其它配套工程 能满足两套 20 万 t／a 二甲醚装置同时使用的需求，界区内管廊预留 100％富裕量，界区外 管廊预留 100 万 t／a 大甲醇工程所需主蒸汽管道 4 存在问题及建议存在问题及建议（1）由于项目前期业主频繁调整生产规模、施工工期紧迫，二甲醚主装置的设备布置 略显过于紧凑，对施工安装工作带来一定难度2）首次从事北方高寒地区工艺设计，工艺管道的保温防冻设计尚不够完美。

3）0.3MPa 蒸汽系统操作不当时会出现过热现象，影响甲醇蒸馏系统工作，建议通过 蒸汽减温增湿装置进行二级调节。