【正文】 1 中南民族大學(xué) 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 學(xué)院 ： 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 專業(yè) ： 化學(xué)工程與工藝 年級(jí) ： 09 級(jí) 題目 : 年產(chǎn) 1 萬(wàn)噸甲醇工藝設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 ： 周蓉 學(xué)號(hào) ： 09081239 指導(dǎo)教師姓名 ： 洪景 萍 職稱 : 副教授 年 月 日 2 中南民族大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo) 注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 年 月 日 3 目錄 一 前言 ? ????????? ?????????????? ????? 5 甲醇的生產(chǎn)發(fā)展歷史 ??????? ? ? ???????????? 5 甲醇的性質(zhì) ????????? ? ??? ???? ???????? 5 甲醇的用途 ?????????? ??????????????? 5 甲醇的生產(chǎn)方法 ?????????? ???????????? 6 ????? ? ????? ????????????? 6 甲醇生產(chǎn)工藝條件的確定 ????? ????????????? 6 甲醇市場(chǎng)前景 ?????????? ????????????? 9 甲醇生產(chǎn)原料 ?????????? ????????????? 10 原料煤的規(guī)格 ????? ????? ????????????? 10 二 甲醇生產(chǎn)的工藝流程設(shè)計(jì) ? ? ??????????? ??? ???? 10 煤氣化路線的選擇 ????????????????????? 11 凈化工藝方案的選擇 ??????????????????? 13 合成甲醇工藝選擇 ????????????????????? 14 甲醇精餾 ????????????????????????? 16 三 工藝流程 ??????????????????????????? 18 GSP 氣化工藝流程 ????????????????????? 18 凈化裝置工藝流程 ????????????????????? 19 甲醇合成工藝流程 ????????????????????? 25 甲醇精餾工藝流程 ????????????????????? 26 氨吸收制冷流程 ?????????????????????? 27 四 工藝計(jì)算 ???????????????????????? ?? 29 物料衡算 ????????????????????????? 29 能量衡算 ????????????????????????? 35 五 甲醇合成塔 的工藝計(jì)算及選型 ????????????????? 41 六 三廢處理 ??????????????????? ??????? 45 甲醇生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染 ??????????????????? 46 處理方法 ????????????????????????? 46 參考文獻(xiàn) ???? ?? ?? ?? ???????????????? ?? 47 4 年產(chǎn)一萬(wàn)噸甲醇工 藝設(shè)計(jì) 摘要 甲醇是一種極重要的有機(jī)化工原料，也是一種燃料，是碳化學(xué)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。近年來(lái)，隨著甲醇下屬產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，特別是甲醇燃料的推廣應(yīng)用，甲醇的需求大幅度上升。為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)甲醇的需求，開(kāi)展了此 1 萬(wàn) t/a 的甲醇項(xiàng)目。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是進(jìn)行工藝論證，物料衡算和熱量衡算等。本設(shè)計(jì)本著 符合國(guó)情、技術(shù)先進(jìn)和易得、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的原則，采用煤炭為原料；利用 GSP 氣化工藝造氣； NHD 凈化工藝凈化合成氣體；低壓下利用列管均溫合成塔合成甲醇；三塔精餾工藝精制甲醇；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 ： 甲醇合成；氣體精餾；工藝流程 ABSTRACT Methanol is a kind of very important anic chemical raw materials, is also a kind of fuel, is a chemical carbon based products, in the national economy occupies very important position. In recent years, with the development of methanol subordinate products, especially the popularization and application of the methanol fuel, methanol demand increases. In order to meet the needs of economic development, methanol, carried out the 10000 t/a of methanol project. The design of the main content is process demonstration, and the material balance calculations and heat balance calculations, etc. This design with the situation of China, with advanced technology and are easy, economy, environment protection principle, the coal for raw materials。 Use of GSP gasification process the gasification。 NHD purification process synthesis gas purification。 Low voltage of mean temperature tube synthesis tower methanol synthesis。 Three tower distillation process refined methanol。 In addition to strictly control the three wastes emissions, make full use of waste heat, reduce the energy consumption and ensure safety and health personnel. Keywords： methanol synthesis； gas distillation； process flow 5 一、 前言 甲醇的生產(chǎn)發(fā)展歷史 甲醇是醇類中最簡(jiǎn)單的一元醇。 1661 年英國(guó)化學(xué)家 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(shù)葉或果實(shí)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(guó)的M貝特洛在 實(shí)驗(yàn)室 用一氯甲烷在堿性溶液中水解也制得了甲醇。 我國(guó)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(lái)生產(chǎn)甲醇的裝置。 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(kāi)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(jìn)了一套以乙炔尾氣為原料的 95kt/a 低壓法裝置，采用英國(guó) ICI 技術(shù)。 1995 年 12 月，由化工部第八 設(shè)計(jì)院和上海化工設(shè)計(jì)院聯(lián)合設(shè)計(jì)的 200kt/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(guó)甲醇生產(chǎn)技術(shù)向大型化和國(guó)產(chǎn)化邁出了新的一步。 2020 年，杭州林達(dá)公司開(kāi)發(fā)了擁有完全自主 知識(shí)產(chǎn)權(quán) 的 JW低壓均溫甲醇合成塔技術(shù)，打破長(zhǎng)期來(lái)被 ICI、 Lurgi 等國(guó)外少數(shù)公司所 壟斷 擁的局面，并在 2020 年獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。 2020 年，該技術(shù)成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)首家焦?fàn)t氣制甲醇裝置上 。 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(wú)色、透明、易燃、有毒、易揮發(fā)的液體，略帶酒精味； 分子量 ，相對(duì)密度(d420)，蒸氣相對(duì)密度 (空氣 =1)，熔點(diǎn) ℃，沸點(diǎn) ℃，閃點(diǎn)（開(kāi)杯） 16℃，自燃點(diǎn) 473℃，折射率 (20℃ )，表面張力（ 25℃） ，蒸氣壓（ 20℃） ，粘度（ 20℃） s。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) 。 甲醇的用途 甲醇是重要有機(jī)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(shù)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(duì)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(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 6 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。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(yíng)養(yǎng)價(jià)值高而成本低的優(yōu)點(diǎn)， 用作飼料添加劑，有著廣闊的應(yīng)用前景 。 甲醇的生產(chǎn)方法 當(dāng)今甲醇生產(chǎn)技術(shù)主要采用中壓法和低壓法兩種工藝，并且以低壓法為主，這兩種方法生產(chǎn)的甲醇約占世界甲醇產(chǎn)量的 80%以上。 高壓法： ()是最初生產(chǎn)甲醇的方法，采用鋅鉻催化劑，反應(yīng)溫度 360400℃，壓力 。高壓法由于原料和動(dòng)力消耗大，反應(yīng)溫度高，生成粗甲醇中有機(jī)雜質(zhì)含量高，而且投資大，其發(fā)展長(zhǎng)期以來(lái)處于停頓狀態(tài)。 低壓法： ( Mpa)是 20 世紀(jì) 60年代后期發(fā)展起來(lái)的甲醇合成技術(shù)，低壓法基于高活性的銅基催化劑，其活性明顯高于鋅鉻催化劑，反應(yīng)溫度低(240270℃ )。在較低壓力下可獲得較高的甲醇收率，且選擇性好，減少了 副反應(yīng)，改善了甲醇質(zhì)量，降低了原料消耗。此外，由于壓力低，動(dòng)力消耗降低很多，工藝設(shè)備制造容易。 甲醇的應(yīng)用 甲醇是最簡(jiǎn)單的飽和醇，也是重要的化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料和清潔液體燃料，它廣泛用于有機(jī)合成、醫(yī)藥、農(nóng)藥、涂料、染料、汽車和國(guó)防等工業(yè)中。 用于制造 甲醛 和農(nóng)藥（殺蟲(chóng)劑、殺蟲(chóng)螨）、醫(yī)藥（磺胺類、合霉素類）等的原料、合成對(duì)苯二甲酸二甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯的原料之一、醋 酸、氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等多種有機(jī)產(chǎn)品 等， 并用作有機(jī)物的萃取劑 和 究竟 的 變性劑 等。 基本作用是，用作有機(jī)原料、溶劑及防凍劑。主要用于制甲 醛、香精、染料、醫(yī)藥、火藥、防凍劑等。是基礎(chǔ)的有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。主要應(yīng)用于精細(xì)化工，塑料等領(lǐng)域，用來(lái)制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多種有機(jī)產(chǎn)品，也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的重要原料之一，經(jīng)常作為氣相色譜和液相色譜分析的溶劑。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。 甲醇生產(chǎn)工藝條件的確定 甲醇合成反應(yīng)為放熱、體積縮小的可逆反應(yīng)，溫度、壓力及氣體組成對(duì)反應(yīng)進(jìn)行的程度及速度有一定的影響。下面圍繞溫度、壓力、氣體的組成及空間速度對(duì)甲醇合成反應(yīng)的影響來(lái)討論工藝條件的選擇。 7 反應(yīng)溫度 在甲醇合成反 應(yīng)過(guò)程中，溫度對(duì)于反應(yīng)混合物的平衡和速率都有很大影響。 對(duì)于化學(xué)反應(yīng)來(lái)說(shuō)，溫度升高會(huì)使分子的運(yùn)動(dòng)加快，分子間的有效碰撞增多，并使分子克服化合時(shí)的阻力的能力增大，從而增加了分子有效結(jié)合的機(jī)會(huì)，使甲醇合成反應(yīng)的速度加快；但是，由一氧化碳加氫生成甲醇的反應(yīng)和由二氧化碳加氫生成甲醇的反應(yīng)均為可逆的放熱反應(yīng)，對(duì)于可逆的放熱反應(yīng)來(lái)講，溫度升高固然使反應(yīng)速率常數(shù)增大，但平衡常數(shù)的數(shù)值將會(huì)降低。因此，選擇合適的操作溫度對(duì)甲醇合成至關(guān)重要。 所以必須兼顧上述兩個(gè)方面，溫度過(guò)低達(dá)不到催化劑的活性溫度，則反應(yīng)不能進(jìn)行。溫 度太高不僅增加了副反應(yīng)，消耗了原料氣，而且反應(yīng)過(guò)快，溫度難以控制，容易使催化劑衰老失活。一般工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)溫度取決于催化劑的活性溫度，不同催化劑其反應(yīng)溫度不同。另外為了延長(zhǎng)催化劑壽命，反應(yīng)初期宜采