论文总字数：40863字

摘 要

在中国石油资源紧缺的现状下，如何将煤化工做优做强是我国一个重大的历史任务。煤化工发展到现在，高能耗低附加值的基础煤化工逐渐被淘汰，煤的深加工才是煤化工的发展方向，而煤基合成气制混合醇分离工艺因其环境友好，附加值高等优点成为煤深加工中具有广阔应用前景的一项工程技术。然而合成气制混合醇分离工艺反应过程高温高压、原料产物易燃易爆、固有危险性大，只有对其进行安全设计才能保证工艺投产后安全风险可控。危险性与可操作性分析（以下简称HAZOP）在杜绝、减少事故，降低损失，事故原因分析等方面效果显著，因此本文利用HAZOP对合成气制混合醇分离工艺进行分析，着重研究了几种典型的事故模式发生部位、原因及后果，提出安全对策措施并体现在Pamp;ID图上。本文还利用Aspen Plus软件将分析好的HAZOP案例的部分偏差进行量化，并根据量化的偏差再进行分析。研究发现Aspen Plus-HAZOP偏差定量化分析尽管有其局限性但能够显著提高分析结果的可信度以及安全措施的可靠性。

关键词：HAZOP 混合醇分离 偏差定量化 安全设计

Safety design of 10,000 tons/year mixed alcohol separation process

Abstract

Under the current situation of China's shortage of petroleum resources, how to make coal chemical industry better and stronger is a major historical task in China. Since the development of coal chemical industry, the high-energy and low-value-added basic coal chemical industry has been gradually eliminated. The deep processing of coal is the development direction of coal chemical industry, and the coal-based synthetic gas mixed alcohol separation process has become the environment-friendly and high added value. An engineering technology with broad application prospects in coal deep processing. However, the reaction process of synthesis gas mixed alcohol separation process is high temperature and high pressure, the raw material product is flammable and explosive, and the inherent danger is large. Only by designing it safely can the safety risk be controlled after the process is put into production. Hazard and Operability Analysis (hereinafter referred to as HAZOP) has significant effects in eliminating, reducing accidents, reducing losses, and analyzing the cause of accidents. Therefore, this paper analyzes the separation process of syngas with mixed gas by HAZOP, focusing on several typical models. The location, cause and consequences of the accident mode, and the safety measures are proposed and reflected on the Pamp;ID chart. This paper also uses the Aspen Plus software to quantify the partial deviations of the analyzed HAZOP cases and analyze them based on the quantified deviations. The study found that the Aspen Plus-HAZOP quantitative deviation analysis, despite its limitations, can significantly improve the reliability of the analysis results and the reliability of safety measures.

Key words: HAZOP；mixed alcohol separation；quantitative deviation；safety design

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究意义 2

第二章 工艺流程及物料衡算 3

2.1 合成气制混合醇分离工艺 3

2.2 工艺流程介绍 3

2.2.1 混合醇制取工段 4

2.2.2 加氢工段 5

2.2.3 甲醇乙醇分离工段 6

2.2.4 异丁醇的精制工段 6

2.3物料衡算 7

2.3.1 物料衡算的定义 7

2.3.2物料衡算结果 7

第三章 危险有害因素辨识 11

3.1物质危险性分析 11

3.1.1 进料气的危险性分析 11

3.1.2 出料混合醇的危险性分析 11

3.1.3 催化剂危险性 12

3.2 生产工艺过程危险性分析 12

3.3主要设备危险性分析 13

3.3.1 压力容器和管道的危险性分析 13

3.3.2 分离设备的危险性分析 13

3.4 危险性后果举例及分析 13

3.4.1 灼烫 13

3.4.2 液池火 14

3.4.3 两相泄漏 14

3.4.4 喷射火 14

3.4.5 气体爆炸 14

3.4.6 中毒 14

3.4.7 蒸汽云团 15

第四章 HAZOP分析 16

4.1 HAZOP分析简介 16

4.2 HAZOP分析所用的偏差表 16

4.3节点划分 17

4.3.1低碳混合醇制取工段的节点划分 17

4.3.2 加氢工段的节点划分 17

4.3.3 甲乙醇分离工段节点划分 18

4.3.4 异丁醇精制工段的节点划分 18

4.4 HAZOP分析报告 19

4.4.1 混合醇制取工段的HAZOP分析 19

4.4.2 加氢工段的HAZOP分析 25

4.4.3 甲醇乙醇分离工段的HAZOP分析 27

4.4.4 异丁醇精制工段的HAZOP分析 31

第五章 安全对策措施 35

5.1 液池火的安全防护措施 35

5.2 两相泄漏及蒸汽云团的安全防护措施 35

5.3 喷射火及气体爆炸的安全防护措施 36

5.4 高温烫伤的安全防护措施 36

5.5 中毒的安全防护措施 37

5.6 腐蚀的安全防护措施 37

5.7产品异常的安全对策措施 37

5.8 火炬系统的设置 38

第六章 Aspen Plus-HAZOP偏差定量化分析 39

6.1 Aspen Plus在HAZOP中的应用 39

6.2 案例一 冷凝器E-0211 39

6.3 案例二：F-0305操作压力 41

6.3 案例三 精馏塔T-0101 43

6.3.1 严格塔设计 43

6.3.2偏差定量化分析 46

6.3.2.2 回流比 48

6.4 HAZOP分析对比 49

第七章 结论 51

参考文献 52

第一章 文献综述

1.1 研究背景

在我国石油资源匮乏，煤炭资源相对丰富的现状下，如何实现煤炭资源高效清洁利用成为了日益重要的研究领域[1]。国家能源局发布的《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》以及国家发展改革委印发的《现代煤化工产业创新发展布局方案》[2]的通知把煤的深加工作为推进煤炭清洁高效利用和保障国家能源安全的重要举措，更加突出了煤炭在中国能源中的地位。

煤基合成气直接制取低碳醇是煤炭深加工中比较有前景的方向，首先低碳醇作为燃料应用有着传统化石燃料无法比拟的清洁优势，其次如果将其有效分离，得到的低碳单醇又是大宗化工原料。2016年，神华集团建成了年产千吨级别的合成气制低碳混合醇装置并成功分离，实现了合成气制低碳醇的工业化，其工艺路线如下：先用合成气制取C₂-C₅低碳混合醇，然后分离得到C₁-C₃的单醇以及混丁醇，具有成本低（催化剂成本低；装置不复杂），原子转化率高（醇类选择性高）等优点，证明了合成气制低碳醇的应用潜力[3]。

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