【正文】 .................................................. 11 凈化裝置工藝流程 .........................................................................................................12 甲醇合成工藝流程 .........................................................................................................12 甲醇精餾工藝流程 .........................................................................................................13 第四章 工藝計(jì)算 .......................................................................................................................15 物料衡算 .......................................................................................................................15 精餾工段 .............................................................................................................15 合 成工段 .............................................................................................................15 變換凈化工段 ......................................................................................................21 氣化工段 .............................................................................................................23 能量衡算 .......................................................................................................................24 煤發(fā)電量 .............................................................................................................24 合成塔的熱平衡計(jì)算 ............................................................................................24 第五章 主要設(shè)備的計(jì)算和選型 ..................................................................................................27 甲醇合成塔的設(shè)計(jì) .........................................................................................................27 氣化爐的選型 ................................................................................................................28 第六章 總 結(jié) ............................................................................................................................29 5 物料衡算結(jié)果總結(jié) .........................................................................................................29 能量衡算結(jié)果總結(jié) .........................................................................................................29 主要設(shè)備計(jì)算與選型結(jié)果總結(jié) .......................................................................................29 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................................30 致 謝 ...................................................................................................................................31 1 第一章 總 論 概述 甲醇性質(zhì) 甲醇俗稱木醇， 分子式 CH3OH。是一種無(wú)色、透明、易燃、有毒、易揮發(fā)的液體，略帶酒精味。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮類和大多數(shù)其他有機(jī)溶劑混溶；蒸氣與空氣形成的混合物易爆炸?；瘜W(xué)性質(zhì)較活潑，能發(fā)生氧化、酯化、羰基化等化學(xué)反應(yīng)。甲醇的性質(zhì)見表 1. 表 1 甲醇的性質(zhì) 摩爾質(zhì)量 沸點(diǎn)（ ℃ ） 熔點(diǎn)（ ℃ ） 折光率（ 20℃ ） 飽和蒸汽壓（ kPa） (20℃ ) 燃燒熱（ kJ/mol） 閃點(diǎn)（ ℃ ） 16 引燃溫度（ ℃ ） 473 爆炸上限（ V%） 爆炸下限（ V%） 相對(duì)空氣密度（空氣 =1） 粘度（ mPa?s） （ 20℃ ） 甲醇用途 甲醇有很多用途，它是生產(chǎn)塑料、合成橡膠、農(nóng)藥和醫(yī)藥的原料。甲醇主要用于生產(chǎn)甲醛，消耗量要占到甲醇總產(chǎn)量的一半，甲醛則是生產(chǎn)各種合成樹脂不可少的原料。甲醇羰 基化可生產(chǎn)醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有機(jī)合成中間體，它們是制造各種染料、藥品、 農(nóng)藥 、炸藥、 香料 、噴漆的原料，目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重視。甲醇也是一種重要的有機(jī)溶劑，其溶解性能優(yōu)于乙醇 ，可用于調(diào)制油漆。作為一種良好的萃取劑，甲醇在分析化學(xué)中可用于一些物質(zhì)的分離。甲醇還是一種很有前景的清潔能源，甲醇燃料以其安全、廉價(jià)、燃燒充分，利用率高、環(huán)保的眾多優(yōu)點(diǎn)，替代汽油已經(jīng)成為車用燃料的發(fā)展方向之一；另外燃料級(jí)甲醇用于供熱和發(fā)電，也可達(dá)到環(huán)保要求；也可以從甲醇出發(fā)合成乙醇，然后進(jìn)行乙醇脫水生產(chǎn)乙烯，代替石油生產(chǎn)乙烯的原料路線。以甲醇為原料還可以合成人造蛋白，是很好的禽畜飼料。 2 設(shè)計(jì)的目的和意義 我國(guó)是一個(gè)相對(duì)少氣、缺油、煤炭資源相對(duì)豐富的國(guó)家，充分利用資源優(yōu)勢(shì)，取得最大效益，是國(guó)家一直在努力 解決的問(wèn)題。近年來(lái)，我國(guó)能源問(wèn)題日益突出 ，甲醇作為重要的化工產(chǎn)品與原料，并定位于未來(lái)清潔能源之一， 隨著世界石油資源的減少和甲醇生產(chǎn)成本的降低，發(fā)展使用甲醇等新的替代燃料，煤制甲醇是石油替代的最優(yōu)選擇，這已成為一種趨勢(shì)。從我國(guó)能源需求及能源環(huán)境的現(xiàn)實(shí)看，生產(chǎn)甲醇為新的替代燃料，減少對(duì)石油的依賴，也是大勢(shì)所趨。大力發(fā)展煤化工，合理開發(fā)利用煤炭資源已成共識(shí)。發(fā)展煤制甲醇，以煤代替石油，是國(guó)家能源安全的需要，也是化學(xué)工業(yè)高速發(fā)展的需求。 通過(guò)設(shè)計(jì)可以鞏固、深化和擴(kuò)大所學(xué)基本知識(shí)，培養(yǎng)分析解決問(wèn)題的能力；還可以培 養(yǎng)創(chuàng)新精神，樹立良好的學(xué)術(shù)思想和工作作風(fēng)。通過(guò)完成設(shè)計(jì)，基本掌握煤制甲醇的生產(chǎn)工藝，以及甲醇工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。 設(shè)計(jì)的依據(jù) 設(shè)計(jì)題目 20 萬(wàn)噸 /年煤制甲醇的化工工藝過(guò)程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料 入塔壓力 ，出塔壓力 MPa，副產(chǎn)蒸汽壓力 MPa，入塔溫度 225℃ ，出塔溫度 255℃ 。 設(shè)計(jì)任務(wù) （ 1） 工藝方案的選擇及論證 （ 2） 工藝流程的設(shè)計(jì) （ 3） 編制物料衡算、熱量衡算 （ 4） 主要設(shè)備計(jì)算與選型 原料煤規(guī)格 原料煤的元素分析為： C %； H % ； O %； N % ； S（可燃） %；S（不可燃） %； Cl/（ mg/kg） 229； F/（ mg/kg） 104； Na/（ mg/kg） 2180； K/（ mg/kg）292 。 3 第二章 工藝流程的確定 煤制甲醇的工藝流程主要包括煤氣化、合成氣凈化、甲醇合成和甲醇精餾。首先將原料煤氣化為合成氣；然后通過(guò)變換和脫硫脫碳工藝將合成氣轉(zhuǎn)化為滿足甲醇合成條件的原料氣；第三步就是甲醇的合成，將原料氣加壓加溫到一定條件后輸入等溫反應(yīng)器，在催化劑的作用下合成甲醇，生成的粗甲醇送入精餾塔精餾，得到精甲醇。 煤 氣化技術(shù)路線的選擇 煤氣化按氣化反應(yīng)器的形式，氣化工藝可分為固定床、流化床、氣流床三種。 固定床氣化 固定床氣化一般使用塊煤或煤焦為原料，篩分范圍為 6mm～ 50mm，煤或煤焦與氣化劑在爐內(nèi)進(jìn)行逆向流動(dòng)，固相原料由爐上部加入，氣化劑自氣化爐底部鼓入，含有殘?zhí)康幕以誀t底排出。爐內(nèi)溫度分布曲線在氧化層出現(xiàn)最高點(diǎn)，生成氣中含有可觀量的揮發(fā)氣。典型的氣化爐為魯奇（ Lurgi）爐。 固定床氣化，是目前世界上用于生產(chǎn)合成氣的主要方法之一。在大型煤制甲醇的裝置中，固定床的優(yōu)點(diǎn)是投資低，可是它有很多不足：（ 1） 對(duì)原料煤的黏結(jié)性有一定要求；（ 2）氣化強(qiáng)度低；（ 3）環(huán)境污染負(fù)荷大，治理較麻煩。 流化床氣化 加入爐中的原料煤粒度一般為 3mm~5mm 左右，這些細(xì)粒煤料在自下而上的氣化劑的作用下保持著連續(xù)不斷和無(wú)秩序地沸騰和懸浮狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，迅速地進(jìn)行著混合和熱交換，其結(jié)果導(dǎo)致整個(gè)床層溫度和組成的均一，解決了固定床氣化需用煤的限制，同時(shí)導(dǎo)出的煤氣中基本不含焦油類物質(zhì)，但熱解時(shí)，揮發(fā)分很易逸出，粒子不發(fā)生很大膨脹，原料粒度太細(xì)及顆粒間的摩擦形成細(xì)粉，則易使產(chǎn)生的煤氣中帶出物增多。 它的缺點(diǎn)是：（ 1）在常壓或接近于常壓下 生產(chǎn)，生產(chǎn)強(qiáng)度低、能耗高、碳轉(zhuǎn)化率只有 88%～ 90%。（ 2）對(duì)煤的氣化活性要求高，僅適合于氣化褐煤和高活性的煙煤。（ 3）缺少大型使用經(jīng)驗(yàn)；要在大型甲醇裝置中推廣，受一定限制。 氣流床氣化 將粉煤用氣化劑輸入爐中，以并流方式在高溫火焰中進(jìn)行反應(yīng)，其中部分灰分以熔渣方式分離出來(lái)，反應(yīng)可在所提供的空間連續(xù)地進(jìn)行，爐內(nèi)溫度很高。所產(chǎn)生的煤氣和熔渣在接近爐溫的條件下排除，煤氣中不含焦油等物質(zhì)，部分灰分結(jié)合未反應(yīng)的燃料可能被產(chǎn)生的煤氣所攜帶出來(lái)。 4 氣流床氣化優(yōu)點(diǎn)很多，它是針對(duì)流化床的不足開發(fā)的。氣流床氣化具有 以下特點(diǎn)： （ 1）生產(chǎn)能力大 (2)采用 。 (3)氣化溫度達(dá) 1 400～ 1 600℃ ，對(duì)環(huán)保很有利，沒(méi)有酚、焦油，有機(jī)硫很少，且硫形態(tài)單一。 (4)氣化壓力可達(dá) ～ ， 可大大節(jié)省合成氣的壓縮功。 (5)碳轉(zhuǎn)化率高，均大于 90%，能耗低。 (6)氣化強(qiáng)度大。 (7)但投資相對(duì)較高，尤其是 Shell粉煤氣化。 從技術(shù)先進(jìn)性、能耗、環(huán)保等方面考慮，對(duì)于大型甲醇煤氣化應(yīng)選用氣流床氣化為宜。本設(shè)計(jì)采用氣流床氣化。 目前，常用的、技術(shù)較成熟的氣流床主要有干粉和水煤漿兩種。 干粉氣流床： 該技術(shù)的特點(diǎn)是碳的轉(zhuǎn)化率高，氣化反應(yīng)中，所產(chǎn)煤氣中 CO 含量高， H2 含量較低，這種煤氣的熱值較高。另外，這種氣化爐均采用水冷壁而不是耐火磚，爐襯的使用壽命長(zhǎng)。 水煤漿氣流床： 水煤漿氣化技術(shù)的特點(diǎn)是煤漿帶 35%~40%水入爐，因此氧耗比干粉煤氣化約高20%；爐襯是耐火磚，沖刷嚴(yán)重，每年要更換一次 。生成 CO2 量大，碳的轉(zhuǎn)化率低，有效氣體成份 (CO+H2)低；對(duì)煤有一定要求，如要求灰分 13%，灰熔點(diǎn) 1300℃ ，含水量8%等，雖然具有氣流床煤氣化的共同優(yōu)點(diǎn)，仍是美中不足。 通過(guò)比較可知道 20 萬(wàn)噸 /年煤制甲醇的煤氣化的應(yīng)該優(yōu)先考慮干粉煤氣化。設(shè)計(jì)采用的是干粉氣流床。 凈化工藝方案的選擇 從國(guó)內(nèi)外煤氣化裝置中所采用的變換和脫除酸性氣體的工藝來(lái)看，煤氣凈化工藝主要有低溫甲醇洗技術(shù)（ Rectisol）和聚乙二醇二甲醚法 (NHD)。 低溫甲醇洗技術(shù) 低溫甲醇洗工藝是采用物理吸收法的一種酸性氣體凈化工藝。該工藝使用冷甲醇作為酸性氣體吸收液，利用甲醇在 6