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年產(chǎn)180萬噸甲醇項(xiàng)目可行性研究報(bào)告-wenkub

2023-05-16 12:29:49 本頁面
 

【正文】 高(比Texaco約高15%)較低國產(chǎn)化率高低高建設(shè)周期較短長(比Texaco爐長半年以上)較短Shell氣化技術(shù)Shell氣化技術(shù)是荷蘭殼牌公司開發(fā)的一種先進(jìn)的氣化技術(shù),該技術(shù)采用純氧、蒸汽氣化,干粉進(jìn)料,氣化溫度達(dá)1400~1700℃,碳轉(zhuǎn)化率99%,有效氣體(CO+H2)90%以上,液態(tài)排渣,采用特殊的水冷壁氣化爐,使用壽命長。本世紀(jì)初該院又開發(fā)了焦煤水加添加劑的混合煤漿氣化技術(shù),已成功地應(yīng)用于油氣化裝置的改造,建有工業(yè)化裝置,該技術(shù)已申請國家專利并獲得批準(zhǔn)。以日處理750噸煤的氣化爐進(jìn)行比較,初步估算投資費(fèi)用差別如下: 德士古與四噴嘴爐投資比較氣化技術(shù)德士古水煤漿氣化水煤漿四噴嘴撞擊流氣化德士古爐四噴嘴爐氣化爐設(shè)備費(fèi)(萬元)1臺1臺200煤漿泵設(shè)備費(fèi)1臺2臺200自控儀表材料費(fèi)(萬元)1套4套500其他工程費(fèi)(萬元)410軟件費(fèi)(萬元)16602001460合計(jì)(萬元)150從上表可看出,水煤漿四噴嘴撞擊流氣化爐和典型的德士古水煤漿氣化爐相比,硬件投資增加,但軟件投資可節(jié)省,兩者相抵,總投資相差不多,采用國內(nèi)有自主知識產(chǎn)權(quán)的四噴嘴撞擊流氣化爐稍微低一點(diǎn)。采用該技術(shù)建立的日處理煤量20噸的工業(yè)性試驗(yàn)裝置已運(yùn)轉(zhuǎn)400小時(shí)以上,并經(jīng)過72小時(shí)考核,取得了國家專利,經(jīng)過科技部組織的評審與驗(yàn)收。合成氣(CO+H2)為62~65%,CO2為27~28%,其它為惰性組分。恩德粉煤氣化恩德粉煤氣化技術(shù),在朝鮮有30多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),適用于灰分不大于40%的褐煤、長焰煤、不粘或弱粘結(jié)的煤粉(0~10mm)。帶出細(xì)粉經(jīng)除塵系統(tǒng)捕集后返回氣化爐,再次參加反應(yīng),有利于碳利用率的進(jìn)一步提高。該技術(shù)工業(yè)示范裝置已于2001年在陜西城固氮肥廠建成,小時(shí)耗煤量4該技術(shù)氣化效率低,單爐產(chǎn)氣量少,常壓間歇?dú)饣?,吹風(fēng)過程中放空氣對環(huán)境污染嚴(yán)重,每噸合成氨的吹風(fēng)放空氣量達(dá)2800~3100立方米。流化床氣化技術(shù)流化床氣化技術(shù)主要有德國溫克勒(Winkler)流化床粉煤氣化技術(shù)。固定床氣化技術(shù)固定床氣化技術(shù)在我國運(yùn)用較廣,較為先進(jìn)的有魯奇(Lurgi)氣化技術(shù)。(),我國以天然氣為原料的甲醇廠生產(chǎn)的甲醇在價(jià)格上無法與國外同類產(chǎn)品競爭。因此中東地區(qū)及俄羅斯以天然氣為原料的大型甲醇生產(chǎn)裝置甲醇成本較低,約在100~120美元之間。甲醇生產(chǎn)裝置各工序的投資比例見下表: 甲醇生產(chǎn)裝置各工序投資比例表序號項(xiàng) 目占總投資的比例1合成氣制備(包括氣化、凈化、冷凍)60%2甲醇合成10%3甲醇精餾10%4公用工程等20%選用生產(chǎn)甲醇合成氣的原料,可以從原料儲(chǔ)量、現(xiàn)有生產(chǎn)能力、原料價(jià)格、成本、投資費(fèi)用與技術(shù)水平等進(jìn)行綜合考慮?!妫? ≤高錳酸鉀試驗(yàn),min ≥503020水溶液試驗(yàn)澄清水份含量,% ≤酸度(以HCOOH計(jì)),% ≤堿度(以NH3計(jì)),% ≤羰基化合物(以CH2O計(jì)), ≤蒸發(fā)殘?jiān)浚?% ≤2)副產(chǎn)品硫磺硫磺產(chǎn)品符合中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB244992)優(yōu)等品指標(biāo)。同時(shí),本項(xiàng)目年副產(chǎn)硫磺27072噸。 產(chǎn)品、副產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)1)甲醇本項(xiàng)目產(chǎn)品甲醇除了滿足MTO裝置對甲醇的質(zhì)量要求外,同時(shí)要滿足商品甲醇的需要。項(xiàng) 目指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品硫,% ≥酸度(以H2SO4計(jì)), % ≤水份,% ≤灰份,% ≤砷,% ≤粒度片狀片狀片狀 工藝技術(shù)選擇 原料路線確定甲醇是由一氧化碳與氫在催化劑存在的情況下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而制得。**集團(tuán)萬利煤礦地處鄂爾多斯市,礦區(qū)有豐富的煤炭資源,從儲(chǔ)量和目前的生產(chǎn)能力上看,完全可滿足合成甲醇所需合成氣原料的需要。近年來,美國的天然氣價(jià)格上漲幅度較大,2001~2002年已先后關(guān)閉340萬噸甲醇生產(chǎn)能力。然而,以煤為原料的大型甲醇生產(chǎn)裝置,則產(chǎn)品成本較低,且有成熟技術(shù),可以與國外廠家相競爭。此技術(shù)經(jīng)過英國煤氣公司和魯奇公司聯(lián)合攻關(guān),開發(fā)一種新爐型BGL爐, 變干粉排渣為熔融排渣,氣化效率和氣體成分有了很大改進(jìn),污染問題也有所改善。該技術(shù)壓力較低,建有生產(chǎn)燃料氣的裝置,目前沒有生產(chǎn)合成氣的裝置。該技術(shù)在國外已被淘汰。.2噸。產(chǎn)品氣中不含焦油,含酚量低。氣化劑采用蒸汽和富氧,富氧分為兩段加入氣化爐,在常壓下進(jìn)行氣化反應(yīng),反應(yīng)溫度為1000~1100℃,固態(tài)排渣,無廢氣排放。由于氣化劑為富氧,故合成氣中氮?dú)夂扛撸蚀撕铣蓺膺m用于作為合成氨原料氣。德州恒升公司大氮肥國產(chǎn)化工程及兗礦集團(tuán)年產(chǎn)24萬噸甲醇項(xiàng)目均采用了該技術(shù),現(xiàn)正在設(shè)計(jì)、建設(shè)中。但鑒于該爐型尚無工業(yè)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn),加之事故和停車的幾率增加,運(yùn)行的可靠性較差,故本項(xiàng)目暫不推薦。為配合水煤漿氣化的研究試驗(yàn)工作,洛陽材料研究所研究制成了水煤漿氣化爐的耐火磚,原化工部化工機(jī)械研究所開發(fā)了二流道、三流道的燒嘴,重慶熱工儀表研究所開發(fā)了適于水煤漿氣化的測溫度計(jì)等。采用廢鍋流程,可副產(chǎn)高壓蒸汽。,則合成新鮮氣需要壓縮。國內(nèi)有六套Shell氣化裝置正在建設(shè),另有幾個(gè)項(xiàng)目也簽了引進(jìn)合同。氣化溫度1300~1400℃,氣化爐無轉(zhuǎn)動(dòng)部件,對于生產(chǎn)合成氣的氣化爐,大多采用冷激流程。煤的適應(yīng)性寬。另外水煤漿氣化技術(shù)經(jīng)過我國有關(guān)科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造部門的多年研究,已基本掌握該技術(shù),并能設(shè)計(jì)大型工業(yè)化裝置,國產(chǎn)化率達(dá)90%以上,氣化爐在國內(nèi)制造,可以控制并節(jié)省大量投資、同時(shí)可有效縮短建設(shè)周期。應(yīng)當(dāng)指出的是,上個(gè)世紀(jì)九十年代此技術(shù)經(jīng)過英國煤氣公司和魯奇公司聯(lián)合攻關(guān),開發(fā)出了一種新的爐型BGL爐,變干粉排渣為熔融排渣,氣化效率和氣體成分有了很大改進(jìn),污染問題也有所改善,目前有一臺能力日處理500噸煤的示范爐在德國運(yùn)行,原料為城市垃圾與煤混燒。廢鍋流程可產(chǎn)生高壓蒸汽,但由于氣化氣溫度高、帶有大量煤渣,對廢鍋有磨蝕沖刷,設(shè)備材質(zhì)要求高,一次投資及維修費(fèi)用較大;激冷流程是在氣化爐內(nèi)將氣體用水激冷降溫的同時(shí),洗滌除塵,出氣化爐的氣體帶有大量的水蒸汽,在變換工段不再補(bǔ)加蒸汽;這種流程氣化設(shè)備投資較低,維修工作量較少。(G)壓力煤漿氣化,由于氣化壓力高,(G),正好符合低壓合成甲醇的壓力,因此合成氣不需增壓,%能耗。氣化爐燒嘴正常的更換時(shí)間約為每4060天一次,每次約816小時(shí),每年至少更換或檢修耐火磚一次,因此保證安全穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)需備用一臺氣化爐。硫化物、氯、重金屬鎳等對甲醇合成催化劑是毒物,必須除去。采用耐硫變換時(shí),煤漿氣化粗合成氣經(jīng)洗滌后含塵量1~2mg/m3(標(biāo)),溫度為230~245℃,并被水蒸汽飽和,~,直接經(jīng)過加熱升溫后即可進(jìn)入變換,不需再補(bǔ)加蒸汽。低溫甲醇洗(Rectisol)工藝是采用冷甲醇作為溶劑脫除酸性氣體的物理吸收方法,是由德國林德公司和魯奇公司聯(lián)合開發(fā)的一種有效的氣體凈化工藝。制取甲醇合成氣的凈化流程,一般在NHD凈化后,增加精脫硫裝置。b) 凈化工藝技術(shù)的比較及選擇變換將粗水煤氣調(diào)整為甲醇合成氣,CO變換有兩種流程,即部分變換和全部變換。根據(jù)粗水煤氣量,本項(xiàng)目采用部分變換流程,變換氣和未變換氣分開,這樣使得設(shè)備尺寸減小,便于制造和運(yùn)輸。該法缺點(diǎn)是在低溫下操作,設(shè)備低溫材料要求較高,整個(gè)工藝投資較高。最主要的問題是由于本項(xiàng)目規(guī)模大,如采用NHD工藝溶液循環(huán)量大,液相管道較大,因此,推薦酸性氣體脫除選用低溫甲醇洗工藝。林德低溫甲醇洗工藝采用林德的專利設(shè)備―高效繞管式換熱器,提高換熱效率,特別是多股物流的組合換熱,節(jié)省占地、布置緊湊,能耗較?。坏咝Ю@管式換需要國外設(shè)計(jì)(可國內(nèi)制造)。由于沒有中間循環(huán)甲醇提供冷量,吸收所需的冷量全部由外部供給;甲醇溶液循環(huán)量相對較大,相對于林德流程能耗稍高,吸收塔的尺寸也較大。利用該項(xiàng)開發(fā)成果大連理工大學(xué)為國內(nèi)采用低溫甲醇的8個(gè)廠進(jìn)行了過程分析,為改進(jìn)操作提出了有益的建議。因此,考慮到項(xiàng)目合作以及可靠性,本項(xiàng)目的酸性氣體脫除推薦采用林德或魯奇低溫甲醇洗工藝。因此,本方案擬選用離心式制冷壓縮機(jī)。采用了省功器后,部分中間壓力的低溫氣體補(bǔ)入壓縮機(jī)的二級入口,起到了一次補(bǔ)氣冷卻的作用,從而達(dá)到節(jié)能的效果。其最大的特點(diǎn)是:流程簡單、設(shè)備少、占地少、投資省、回收硫磺純度高。如果原料氣硫含量偏低,整個(gè)裝置出現(xiàn)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),當(dāng)?shù)拓?fù)荷于25%時(shí),Sulfree裝置便不能正常運(yùn)行,因而總硫回收率受到影響。本項(xiàng)目酸氣中CO2含量較高,因此不適用此法。4) 甲醇合成與精餾的工藝技術(shù)方案選擇a) 國外工藝技術(shù)概況1923年,德國BASF公司在合成氨工業(yè)化的基礎(chǔ)上,首先用鋅鋁催化劑在高溫高壓的條件下,實(shí)現(xiàn)了由一氧化碳和氫合成甲醇的工業(yè)化生產(chǎn),從此逐步淘汰了由木材干餾制甲醇的生產(chǎn)方法。與此同時(shí)德國Lurgi公司也成功地開發(fā)了中低壓合成甲醇工藝。在今后一段時(shí)期內(nèi),高中壓法將逐步由低壓法取代。該技術(shù)在我國首先引進(jìn)的廠家是四川維尼倫廠。Lurgi低壓合成甲醇反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)主要有:合成甲醇反應(yīng)器催化劑床層內(nèi)溫度較為均勻,大部分床層溫度在250255℃之間,溫度變化小,催化劑使用壽命長,并允許原料氣中含有較高的CO;能準(zhǔn)確、靈敏地控制反應(yīng)溫度,催化劑床層的溫度可以通過調(diào)節(jié)蒸汽壓力控制;回收的反應(yīng)熱位能高,熱量利用合理;反應(yīng)器出口甲醇含量較高,催化劑利用率高;設(shè)備緊湊,開停車方便;合成反應(yīng)過程中副反應(yīng)少,故粗甲醇中雜質(zhì)含量少,質(zhì)量高。合成氣由中心管進(jìn)入,徑向流過催化床,反應(yīng)后氣體匯集于催化劑筐與外筒之間的環(huán)形集流流道中,向上流動(dòng),由上部引出。MHI/MGC管殼冷管復(fù)合型甲醇合成反應(yīng)器該反應(yīng)器為Lurgi反應(yīng)器的改進(jìn)型,由日本三菱公司開發(fā),該反應(yīng)器是在管殼反應(yīng)器的催化管內(nèi)加一根冷管,用于預(yù)熱原料氣,其主要特點(diǎn)是:一次通過的轉(zhuǎn)化率高;可以高位能回收熱量;在反應(yīng)器中預(yù)熱原料氣,可以省去一個(gè)換熱器。反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,制造費(fèi)用高。由于液相合成中使用了熱容高,導(dǎo)熱系數(shù)大的惰性液體,可以使甲醇的合成反應(yīng)在等溫條件下進(jìn)行,同時(shí),由于分散在液相介質(zhì)中的催化劑的比表面積非常大,加速了反應(yīng)過程,反應(yīng)溫度和壓力也下降很多,該技術(shù)尚需要大型工程化的驗(yàn)證。在甲醇新型反應(yīng)器的開發(fā)中,也有較大的技術(shù)突破,尤其是九十年代以后,有最大規(guī)模達(dá)到5~8萬噸/年的國內(nèi)自主開發(fā)的甲醇新型反應(yīng)器應(yīng)用于工業(yè)化。它充分發(fā)揮了魯奇管殼式反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)又克服了其缺點(diǎn),節(jié)省了投資,可節(jié)約大量的外匯投資,但國內(nèi)目前運(yùn)行的最大裝置為約10萬噸/年。但目前采用該反應(yīng)器的最大裝置20萬噸/年的渭河化肥廠甲醇裝置尚處于設(shè)計(jì)階段。同時(shí)考慮大件設(shè)備運(yùn)輸困難,無論采用何種技術(shù),單臺反應(yīng)器均難以實(shí)現(xiàn)。美國空氣及化學(xué)制品公司(APCI)的液相合成甲醇技術(shù),尚需要大型工程裝置的實(shí)踐驗(yàn)證。但缺點(diǎn)是反應(yīng)器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,體積較大,運(yùn)輸困難。h進(jìn)塔氣CO含量%~12~9出塔氣CH3OH含量%6~75~6循環(huán)氣/合成氣4:14:1合成塔形式管束式激冷式設(shè)備尺寸設(shè)備緊湊設(shè)備較大合成開工設(shè)備不設(shè)開工加熱爐要設(shè)開工加熱爐甲醇精制三塔流程兩塔、三塔和四塔流程Lurgi工藝甲醇合成塔,反應(yīng)溫度均勻,轉(zhuǎn)化率較高,反應(yīng)副產(chǎn)物少,原料消耗低,副產(chǎn)物少,加上國外目前建設(shè)的大型/超大型甲醇裝置多采用Lurgi工藝,大型裝置工業(yè)化經(jīng)驗(yàn)多,工藝成熟。至于兩臺反應(yīng)器串聯(lián),即Lurgi雙合成塔(氣冷和管殼水冷)還是兩臺管殼式反應(yīng)器并聯(lián),兩者投資相差不多,因壓縮機(jī)和控制方面的因素,前者略低。5) 空分裝置a) 國內(nèi)外工藝技術(shù)概況209。209。 采用計(jì)算機(jī)集散型自動(dòng)化控制(DCS)對空分裝置的整個(gè)工藝流程采用DCS控制,具有合理調(diào)節(jié)產(chǎn)量,穩(wěn)定操作,降低消耗,提高裝置可靠性和降低運(yùn)行費(fèi)用的功能。目前國內(nèi)已投運(yùn)的寶鋼5 空分單機(jī)制氧能力已達(dá)70000Nm3/h等級。b) 空分裝置的選擇209。 空分裝置流程的選擇空分裝置的工藝流程采用分子篩預(yù)凈化、增壓透平膨脹機(jī)、全精餾提氬、氧氮產(chǎn)品內(nèi)壓縮等先進(jìn)技術(shù)。單泵流程利用高壓氮來使加壓液氧汽化復(fù)熱并回收其低溫冷量的缺點(diǎn)是:由于氮?dú)獾睦淠郎囟缺瓤諝獾?,氮?dú)獾臐摕岜瓤諝庑。@意味著為汽化同樣數(shù)量的加壓液氧,需要被壓縮的氮?dú)饬恳瓤諝饬扛?,而且氮?dú)獾膲毫σ哂诳諝獾膲毫ΑA硗庋h(huán)氮?dú)庵饕亲鳛槲蘸娃D(zhuǎn)移低溫冷量的一種載體,而空氣則不僅完成了這種功能,還與精餾有機(jī)的結(jié)合了起來,并能使精餾過程更加有效。但是,相比之下采用中壓膨脹循環(huán),以中壓空氣絕熱膨脹輸出外功,帶動(dòng)透平增壓機(jī),可節(jié)省能耗。國內(nèi)如杭州杭氧股份有限公司、開封空分設(shè)備有限公司等的大型空分設(shè)備制造公司在大型空分設(shè)備設(shè)計(jì)、加工制造中吸收、引進(jìn)國外技術(shù),提高了自身的設(shè)計(jì)加工水平,在大型空分裝置的設(shè)計(jì)加工上已有了成功的先例。供氧方式采用液氧由液氧泵加壓至一定壓力后,經(jīng)高壓換熱器氣化復(fù)熱后、送出空分裝置進(jìn)入管網(wǎng)。2)低溫甲醇洗購買Lurgi或Linde的工藝軟件包或基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì),詳細(xì)設(shè)計(jì)由國內(nèi)完成。 引進(jìn)專有設(shè)備如甲醇合成反應(yīng)器209。6)變換及熱回收全部技術(shù)立足國內(nèi)。出棒磨機(jī)的煤漿濃度約65%,排入磨煤機(jī)出口槽,經(jīng)出口槽泵加壓后送至氣化工段煤漿槽。煤漿氣化需調(diào)整漿的pH值在6~8,可用稀氨水或堿液,稀氨水易揮發(fā)出氨,氨氣對人體有害,污染空氣,故本項(xiàng)目擬采用堿液調(diào)整煤漿的pH值,堿液初步采用42%的濃度。氣化反應(yīng)在氣化爐反應(yīng)段瞬間完成,生成CO、HC
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