【正文】 年產(chǎn) 15 萬噸甲醇工藝設(shè)計 With an Annual Production Capacity of 150 Thousand Tons of Methanol Process Design I 年產(chǎn) 15 萬噸甲醇工藝設(shè)計 摘要 ： 甲醇是一種極重要的有機化工原料，也是一種燃料，是碳一化學(xué)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位。近年來，隨著甲醇下屬產(chǎn)品的開發(fā)，特別是甲醇燃料的推廣應(yīng)用 [1]，甲醇的需求大幅度上升。為了滿足經(jīng)濟發(fā)展對甲醇的需求，開展了此 15 萬 t/a的甲醇項目。設(shè)計的主要內(nèi)容是進行物料衡算 、 熱量衡算 和主要設(shè)備的計算 。本設(shè)計采用低壓下利用 Lurgi 工藝 合成甲醇 。三塔精餾工藝精制甲醇，并對常壓精餾塔進行工藝設(shè)計，設(shè)計出塔徑為 1600mm、填料層高度為 17800mm、塔高為 25640mm 的填料精餾塔 。此外嚴(yán)格控制三廢的排放，充分利用廢熱，降低能耗，保證人員安全與衛(wèi)生。 關(guān)鍵詞 : 工藝流程；甲醇合成；氣體精餾 II With an Annual Production Capacity of 150 Thousand Tons of Methanol Process Design Abstract: Methanol is a kind of very important anic raw materials, also a kind of fuel and the basis of chemicals products. Methanol occupies an important position in national economy. With the development of methanol affiliate products, especially the application of methanol fuel [1], the demand of methanol is rising sparkly. In order to meet the need of economic development of methanol, we carry out the project of 150 thousand t/a methanol. The main content of design are material balance, energy balance and the design of main equipment. The Lurgri technique is used for synthesizing methanol。 Methanol is refined by three towers distillation process, and this process choose to design the atmospheric distillation tower, which packing column height is 17800mm, the diameter of tower is 1600 mm, the total height is 25640mm。 In addition to strictly control the “three waters” emissions, this process make full use of water heat, reduce the energy consumption and safeguard personnel safety and hygiene. Key word: technological process。 methanol synthesis。 the methanol distillation 1 引言 甲醇是當(dāng)代中國煤制化學(xué)品中最具代表性的產(chǎn)品，產(chǎn)能大、使用范圍廣、后續(xù)產(chǎn)品多、大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)成熟，無疑是煤化工產(chǎn)業(yè)最重要的產(chǎn)品。 隨著經(jīng)濟發(fā)展，燃料的需求量急速增加，導(dǎo)致石油匱乏，而甲醇作為一種新型燃料，進入人們的生活，迅速得到人們的關(guān)注，所以甲醇的生產(chǎn)對國民經(jīng)濟具有重大的意義。 本次設(shè)計主要對甲醇的物性、用途及國內(nèi)外生產(chǎn)消費現(xiàn)狀進行分析， 對其現(xiàn)有各種生產(chǎn)工藝做簡要介紹及比對，重點探究 Lurgi 工藝（管殼式甲醇合成工藝），對甲醇的生產(chǎn)、分離及提純階段精餾塔進行詳細(xì)設(shè)計，分析全塔正常操作時的工作原理、影響因素、操作條件等最佳操作點，并根據(jù)物性及操作條件等綜合因素對塔進行選型、設(shè)計，通過物料衡算、熱量衡算做出我認(rèn)為年產(chǎn) 15 萬噸甲醇最理想的設(shè)計方案。 2 第一章 總論 概述 甲醇的性質(zhì) 甲醇俗稱木醇、木精， 英文名為 methanol，分子式 CH3OH。是一種無色、透明、易燃、有毒、易揮發(fā)的液體，略 帶酒精味 。分子量 ，相對密度 (d420)，蒸氣相對密度 (空氣 =1)，熔點 ℃ ，沸點 ℃ ，閃點（開杯） 16℃ ，自燃點 473℃ ，折射率 (20℃ )1。 3287，表面張力（ 25℃ ） ，蒸氣壓（ 20℃ ） 12。 265kPa，粘度（ 20℃ ） ?s。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮類和大多數(shù)其他有機溶劑混溶。蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限 ％ ～ ﹪ （體積比）。化學(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)。 甲醇用途 甲醇是重 要有機化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料，廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工，塑料，醫(yī)藥，林產(chǎn)品加工等領(lǐng)域。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。用甲醇作甲基化 試劑 可生產(chǎn) 丙烯酸 甲酯、對苯二甲 酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等 。甲醇羰基化可生產(chǎn)醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有機合成中間體，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、燃燒充分，利用率高、環(huán)保的眾多優(yōu)點，替代汽油已經(jīng)成為車用燃料的發(fā)展方向之一 。另外燃料級甲醇用于供熱和發(fā)電，也可達到環(huán)保要求。甲醇還可經(jīng)生物發(fā)酵生成甲醇蛋白， 富含 維生素 和蛋白質(zhì)，具有營養(yǎng)價值高而成本低的優(yōu)點， 用作飼料添加劑，有著廣闊的應(yīng)用前景。 甲醇生產(chǎn)工藝的發(fā)展 甲醇是醇類中最簡單的一元醇。 1661 年英國化學(xué)家 R。波義耳首先在 木材 干餾后的液體產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)甲醇，故甲醇俗稱木精、木醇。在自然界只有某些樹葉或果實中含有少量的游離態(tài)甲醇，絕大多數(shù)以酯或醚的形式存在。 1857 年法國的 M貝特洛在 實驗室 用一氯甲烷在堿性溶液中水解也制 得了 甲醇。 1923 年德國 BASF 公司首先用合成氣在高壓下實現(xiàn)了甲醇的工業(yè)化生產(chǎn)，直到 1965 3 年，這種高壓法工藝是合成甲醇的唯一方法。 1966 年英國 ICI 公 司開發(fā)了低壓法工藝，接著又開發(fā)了中壓法工藝。 1971 年德國的 Lurgi 公司相繼開發(fā)了適用于天然氣－渣油為原料的低壓法工藝。由于低壓法比高壓法在能耗、裝置建設(shè)和單系列反應(yīng)器生產(chǎn)能力方面具有明顯的優(yōu)越性，所以從 70 年代中期起，國外新建裝置大多采用低壓法工藝。世界上典型的甲醇合成工藝主要有 ICI 工藝、 Lurgi 工藝和三菱瓦斯化學(xué)公司 (MCC)工藝 。目前，國外的液相甲醇合成新工藝具有 投資 省、熱效率高、生產(chǎn)成本低的顯著優(yōu)點，尤其是LPMEOHTM 工藝，采用漿態(tài)反應(yīng)器，特別適用于用現(xiàn)代氣流床煤氣化爐生產(chǎn)的低 H2／ (CO＋ CO2)比的原料氣，在價格上能夠與天然氣原料競爭 [2]。 我國的甲醇生產(chǎn)始于 1957 年， 50 年代在吉林、蘭州和太原等地建成了以煤或焦炭為原料來生產(chǎn)甲醇的裝置 [3]。 60 年代建成了一批中小型裝置，并在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上開發(fā)了聯(lián)產(chǎn)法生產(chǎn)甲醇的工藝。 70 年代四川維尼綸廠引進了一套以乙炔尾氣為原料的 95 kt/a低壓法裝置，采用英國 ICI 技術(shù) [4]。 1995 年 12 月，由化工部第八設(shè)計院和上?；ぴO(shè)計院聯(lián)合設(shè)計的 200 kt/a 甲醇生產(chǎn)裝置在上海太平洋化工公司順利投產(chǎn)，標(biāo)志著我國甲醇生產(chǎn)技術(shù)向大型化和國產(chǎn)化邁出了新的一步 [5]。 2020 年，杭州林達公司開發(fā)了擁有完全自主 知識產(chǎn)權(quán) 的 JW低壓均溫甲醇合成塔技術(shù)，打破長期來被 ICI、 Lurgi 等國外少數(shù)公司所 壟斷擁的局面，并在 2020 年獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎 [6]。 2020 年，該技術(shù)成功應(yīng)用于國內(nèi)首家焦?fàn)t氣制甲醇裝置上。 設(shè)計的依據(jù) 本設(shè)計選用的課題： “年產(chǎn) 15 萬噸甲醇生產(chǎn)工藝設(shè)計 ”。依據(jù)任務(wù)書規(guī)定的設(shè)計內(nèi)容，進行生產(chǎn)方案、工藝流程設(shè)計、工藝計算和設(shè)備設(shè)計等。本設(shè)計遵循： “符合國情、技術(shù)先進、經(jīng)濟環(huán)保 ”的原則，在綜合分析諸多甲醇生產(chǎn)方法的基礎(chǔ)上，采用 “以煤、煤焦為原 料，經(jīng)脫硫二段轉(zhuǎn)化 合成氣，在管殼式合成塔合成甲醇 ”的技術(shù)路線，精甲醇的生產(chǎn)采用 “三塔精餾工藝 ”。此外，即嚴(yán)格控制 “三廢 ”的排放、空氣中甲醇的含量以及保證生產(chǎn)安全、環(huán)境衛(wèi)生等方面參照國內(nèi)外先進經(jīng)驗和方法。 4 第二章 生產(chǎn)方案與工藝流程設(shè)計 生產(chǎn)方案確定 煤、煤焦經(jīng)氣化制得煤氣，煤氣經(jīng)熱交換回收熱進入變換，變換反應(yīng)后，進行脫硫脫碳，脫除對合成甲醇工藝流程不利的氣體，然后經(jīng)過壓縮、加熱使原料氣體滿足合成甲醇需要的條件后送入合成塔，由于合成甲醇工藝單程轉(zhuǎn)化率較低，未反應(yīng)氣體需要循環(huán)壓縮機壓縮，再 次進入合成塔中合成甲醇。合成的粗甲醇經(jīng)過三塔精餾，可得到合格的精甲醇產(chǎn)品。 工藝流程設(shè)計與論證 經(jīng)綜合分析甲醇生產(chǎn)的各種生產(chǎn)路線，本設(shè)計選用：以煤、煤焦為原料，經(jīng)脫硫二段轉(zhuǎn)化 合成氣，在管殼式合成塔中合成甲醇，精甲醇的生產(chǎn)采用 “三塔精餾工藝 ”的技術(shù)路線。 工藝流程圖 煤氣脫硫 → 合成氣壓縮 → 甲醇合成 → 甲醇精餾 圖 煤、煤焦制甲醇的簡單工藝流程 工藝流程簡述：首先是采用凱洛格法氣化工藝將煤氣轉(zhuǎn)化為合成氣 [7]。原料煤氣先用ZnO 脫硫， 再通過二段轉(zhuǎn)化爐變?yōu)楹铣蓺?。其次就是甲醇 的合成，將合成氣加壓到 ，升溫到 225℃ 后輸入管殼式反應(yīng)器中，在銅基催化劑的作用下合成甲醇，再就是甲醇的精餾，本工藝采用三塔精餾工藝將粗甲醇精制得到精甲醇。 甲醇合成工藝流程簡述 現(xiàn)在國內(nèi)大多數(shù)采用 Lurgi 工藝采用管殼式合成塔，管內(nèi)填裝催化劑，管間為~ 的沸騰水，反應(yīng)氣體走管內(nèi)，反應(yīng)熱經(jīng)管壁傳遞給管間的沸水，產(chǎn)生蒸汽。管中心的溫度與沸水溫度相差不大與 10 度，反應(yīng)壓力為 5~10Mpa，催化劑使用德國南方公司的銅基催化劑，粗甲醇的回收則是通過冷凝的方式來完成，如圖二所示。 甲醇合成氣經(jīng)壓縮機升至 ，與循環(huán)氣以 1:5 的比例混合經(jīng)熱交換器加熱至 220~230℃ ，含甲醇 7%左右、溫度約 250℃ 的出塔氣，經(jīng)換熱冷卻 85℃ ，再經(jīng)水冷卻，進分離塔分離，得到的粗甲醇進入甲醇儲罐 。未反應(yīng)的氣體循環(huán)使用，以提高轉(zhuǎn)化率。在實際生產(chǎn)中為了是合成回路中的惰性氣體含量維持在一定范圍內(nèi)，再進循環(huán)機前馳放一股未反應(yīng)的氣體作為燃料，絕 5 大部分氣體進入壓縮機與新鮮的合成氣混合返回合成塔循環(huán)使用。 圖 lurgi工藝流程圖 Lurgi 工藝主要優(yōu)點如下：反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層溫度分布均勻，大部分床層的溫度在250~255℃ 之間 。由于傳熱面與床層體積比大，傳熱迅速，床層同平面溫度小，有利于延長催化劑壽命，并允許原料氣中含較高的 CO。催化