【正文】 院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)甲醇合成工藝流程畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄第一章 總論 …………………………………………………………………1 ………………………………………………………………………1 ………………………………………………………3 …………………………………………………………………3 …………………………………………………………4，裝置組成及建設(shè)規(guī)模 ……………………………………4 ……………………………………………………………5 ……………………………………………………………5第二章 工藝論證 ……………………………………………………………6 煤氣化路線的選擇 ………………………………………………………6 ……………………………………………………8 ………………………………………………………11 …………………………………………………………………17第三章 工藝流程 ……………………………………………………………22 GSP氣化工藝流程 ………………………………………………………22 ………………………………………………………23 ………………………………………………………31 ………………………………………………………32 …………………………………………………………34第四章 工藝計(jì)算 ……………………………………………………………35 …………………………………………………………………35 …………………………………………………………………45第五章 主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型 ………………………………………50 ………………………………………………………50 ………………………………………………………54 ………………………………………………………57 ……………………………………………………………57 …………………………………………58第六章 合成車間設(shè)計(jì) ………………………………………………………59 ……………………………………………………59 ………………………………………………59第七章 非工藝專業(yè)要求 ……………………………………………………59 …………………………………………………………………59 …………………………………………………………………60第八章 三廢處理 ……………………………………………………………62 …………………………………………………62 處理方法 …………………………………………………………………63設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)價(jià) ………………………………………………………………65致謝 …………………………………………………………………………65參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………66第一章 總論甲醇俗稱木醇、木精，英文名為methanol，分子式CH3OH?；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。甲醇是醇類中最簡(jiǎn)單的一元醇。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。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(guó)外新建裝置大多采用低壓法工藝。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。2005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。自1923年開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，甲醇合成的原料路線經(jīng)歷了很大變化。甲醇作為石油的補(bǔ)充已成為現(xiàn)實(shí)，發(fā)展甲醇工業(yè)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。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(shù)立良好的學(xué)術(shù)思想和工作作風(fēng)。（2）合成工段的工藝參數(shù)參閱某化學(xué)工程公司的甲醇合成廠的工藝參數(shù)資料。整個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹節(jié)省基建投資，充分重視技術(shù)進(jìn)步，降低工程造價(jià)，節(jié)能環(huán)保等思想，設(shè)計(jì)生產(chǎn)高質(zhì)量甲醇產(chǎn)品。精餾車間：甲醇精餾和甲醇貯罐區(qū)。綜合倉(cāng)庫(kù) 建設(shè)規(guī)模生產(chǎn)能力：年產(chǎn)20萬(wàn)噸甲醇，年開(kāi)工日為330天，建設(shè)期2年。本產(chǎn)品（精甲醇）執(zhí)行國(guó)家《GB338—92》標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)見(jiàn)下表項(xiàng) 目指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品色度（鉑—鈷），號(hào) ≤510密度（200C），g/cm3～～溫度范圍(0℃,101325Pa)，℃沸程（177。采用一定粒度范圍的碎煤（5mm～50mm）為原料，與氣化劑逆流接觸，爐內(nèi)溫度分布曲線出現(xiàn)最高點(diǎn)，反應(yīng)殘?jiān)鼜臓t底排出，生成氣中含有可觀量的揮發(fā)氣。采用一定粒度分布的細(xì)粒煤（＜10mm）為原料，吹入爐內(nèi)的氣化劑使煤粒呈連續(xù)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的流化狀態(tài)，床層中的混合和傳熱都很快。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%。典型代表為GSP,Shell,Texaco氣流床氣化工藝。 (3)～， 可大大節(jié)省合成氣的壓縮功。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. 從流程分，可分為冷激式流程和廢熱鍋爐流程。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。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。 GSP工藝技術(shù)簡(jiǎn)介GSP工藝技術(shù)是20世紀(jì)70年代末由GDR(原民主德國(guó))開(kāi)發(fā)并投入商業(yè)化運(yùn)行的大中型煤氣化技術(shù)。對(duì)煤的灰熔點(diǎn)的適用范圍比其他氣化工藝更寬，即使是高水份、高灰分、高硫含量和高灰熔點(diǎn)的煤種也能使用。水冷壁設(shè)計(jì)壽命按25年考慮。(7)對(duì)環(huán)境影響小，氣化過(guò)程無(wú)廢氣排放。變換工序主要有兩個(gè)方面的作用：通過(guò)變換調(diào)整氫碳比和使有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)硫。工藝條件的確定：（1）溫度變換反應(yīng)是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，對(duì)應(yīng)于一定的組成和一個(gè)最佳溫度。（2）壓力。當(dāng)全氣量通過(guò)變換工序時(shí)，此時(shí)要求最終變換率不太高，必須保證足量的CO作為合成甲醇的原料；設(shè)計(jì)中采用的是部分氣量變換，其余氣量不經(jīng)過(guò)變換而直接去合成，這部分氣體可以調(diào)節(jié)變換后甲醇合成原料氣中CO的含量，所以通過(guò)的氣體變換率達(dá)90%以上。物理性質(zhì)(25℃)： 密度 蒸汽壓 表面張力 粘度 比熱 2100J/(kg/K) 導(dǎo)熱系數(shù) (m/K) 冰點(diǎn) 22℃～29℃ 閃點(diǎn) 151℃ 燃點(diǎn) 157℃應(yīng)用性能：表2 各種氣體在NHD溶劑中的相對(duì)溶解度［7］ 組分H2COCH3CO2COSH2SCH3SHCS2H20相對(duì)溶解度1002338932270240073300 NHD溶劑的優(yōu)點(diǎn)如下:(1)溶劑對(duì)CO2, H2S等酸性氣體吸收能力強(qiáng)。 (5)溶劑本身不起泡。NHD溶劑系物理吸收溶劑。因此，H2S和CO2在NHD溶劑中的溶解度隨壓力升高、溫度降低而增大。綜上所述，NHD法脫硫脫碳凈化工藝是一種高效節(jié)能的物理吸收方法。「8」「9」甲醇合成反應(yīng)器實(shí)際是甲醇合成系統(tǒng)中最重要的設(shè)備。根據(jù)內(nèi)件的催化劑筐和換熱器的結(jié)構(gòu)形式不同，甲醇內(nèi)件份為若干類型。目前，國(guó)內(nèi)外的大型甲醇合成塔塔型較多，歸納起來(lái)可分為五種： （1）冷激式合成塔這是最早的低壓甲醇合成塔，是用進(jìn)塔冷氣冷激來(lái)帶走反應(yīng)熱。冷管的結(jié)構(gòu)有逆流式、并流式和U型管式。日前大型裝置很少使用。代表塔型有Lurgi公司的合成塔和三菱公司套管超級(jí)合成塔，該塔是在列管內(nèi)再增加一小管，小管內(nèi)走進(jìn)塔的冷氣。在日產(chǎn)超過(guò)2000t時(shí)，往往需要并聯(lián)兩個(gè)。管板下面還有一段逆?zhèn)鳠岫危簿褪沁M(jìn)塔氣225℃，管外的沸騰水卻是248℃，不是將反應(yīng)熱移走而是水給反應(yīng)氣加熱。針對(duì)甲醇合成的特點(diǎn)采用四床（或五床)內(nèi)換熱式合成塔。合成塔的選用原則一般為：反應(yīng)能在接近最佳溫度曲線條件下進(jìn)行，床層阻力小，需要消耗的動(dòng)力低，合成反應(yīng)的反應(yīng)熱利用率高，操作控制方便，技術(shù)易得，裝置投資要底等。對(duì)毒物敏感性小，操作的適宜溫度為350～400℃，壓力為25～32MPa(壽命為2～3年)；銅基催化劑具有良好的低溫活性，較高的選擇性，通常用于低、中壓流程。隨著脫硫技術(shù)的發(fā)展，使用銅基催化劑己成為甲醇合成工業(yè)的主要方向，鋅基催化劑已于80年代中期淘汰。目前已在國(guó)內(nèi)20多套大、中、小型工業(yè)甲醇裝置上使用,運(yùn)行情況良好。催化劑主要物化性質(zhì)：催化劑由銅、鋅和鋁等含氧化合物組成。75%負(fù)荷下的甲醇產(chǎn)量( t/h)接近裝置滿負(fù)荷設(shè)計(jì)甲醇量( t/h)。(4)選擇性好。75%負(fù)荷時(shí)，使用XCN98型催化劑，當(dāng)入塔氣中CO2組分體積分?jǐn)?shù)高達(dá)5%時(shí)，生產(chǎn)運(yùn)行情況仍良好，收率和物耗都較低，催化劑仍能保持較高的活性，產(chǎn)品質(zhì)量符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。一般而言，在催化劑的使用初期，反應(yīng)溫度維持較底的數(shù)值，隨著使用時(shí)間的增加，逐步提高反應(yīng)溫度。（2）操作壓力壓力是甲醇合成反應(yīng)過(guò)程的重要工藝條件之一。至較高的壓力和溫度下，一氧化碳和氫生成甲烷、異丁醇等副產(chǎn)物，這些副反應(yīng)的反應(yīng)熱高于甲醇合成反應(yīng)，使床層溫度提高，副反應(yīng)加速，如果不及時(shí)控制，回造成溫度猛升而損壞催化劑。由于新鮮氣中（H2CO2）/(CO+CO2)略大于2，而反應(yīng)過(guò)程中氫與一氧化碳、二氧化碳的化學(xué)計(jì)量比分別為2:1和3:1，因此循環(huán)氣中（H2CO2）/(CO+CO2)遠(yuǎn)大于2。但是過(guò)高的二氧化碳含量會(huì)降低合成系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，粗甲醇含水增加，增加精餾系統(tǒng)的負(fù)荷和能耗?？账龠^(guò)低，結(jié)炭等副反應(yīng)加劇，空速過(guò)高，系統(tǒng)阻力加大或合成系統(tǒng)投資加大，能耗增加，催化劑的更換周期縮短。所得產(chǎn)品除甲醇為，還有水、醚、醛、酮、酯、烷烴、有機(jī)酸等幾十種有機(jī)雜質(zhì)。精餾是將沸點(diǎn)不同的組分所組成的混合液，在精餾塔中，同時(shí)多次部分氣化和多次部分冷凝，使其分離成純態(tài)組分的過(guò)程。如此反復(fù)，低沸點(diǎn)組分不斷提高。其在聯(lián)醇裝置中得到了迅速推廣。近年來(lái)在大、中型企業(yè)中得到了推廣和應(yīng)用。經(jīng)粗甲醇預(yù)熱器加熱到45℃后進(jìn)入預(yù)精餾塔。該工藝適合于原料粗甲醇中二甲醚等輕組分、還原性雜質(zhì)量較低的粗甲醇加工。 甲醇三塔精餾工藝技術(shù)是為了減少甲醇在精餾過(guò)程中的損耗，提高甲醇的收率和產(chǎn)品質(zhì)量而設(shè)計(jì)的。作為一般要求的精甲醇經(jīng)加壓精餾塔后就可以達(dá)到合格的質(zhì)量。節(jié)能效果顯著，特別適合較大規(guī)模的精甲醇生產(chǎn)。（2）蒸汽消耗。（4）設(shè)備投資。表5 雙塔精餾與三塔精餾的投資與操作費(fèi)用比較表［18］項(xiàng)目雙塔精餾三塔精餾生產(chǎn)規(guī)模t/a105105投資100100100113129操作費(fèi)用1001001006471能耗10010010060注：投資、操作費(fèi)用、能耗為相對(duì)數(shù) 通過(guò)上述比較可知，雖然三塔精餾技術(shù)的一次性投入要比雙塔精餾高出20%~30%,但是從能源消耗、精甲醇質(zhì)量上都要優(yōu)于雙塔精餾，特別是能耗低的優(yōu)點(diǎn)十分突出。精餾塔市粗甲醇精餾工序的關(guān)鍵設(shè)備，它直接制約著生產(chǎn)裝置的產(chǎn)品質(zhì)量、消耗、生產(chǎn)能力及對(duì)環(huán)境的影響。該類型塔塔板效率高，操作彈性大，塔阻力小，但單位面積的生產(chǎn)能力低，設(shè)備體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資較大。但浮閥易損壞，維修費(fèi)用高，安裝要求高。該塔生產(chǎn)能力大，壓降小，分離效果好，結(jié)果簡(jiǎn)單，維修量極小，相對(duì)投資較小，是目前使用較多的塔型之一。預(yù)塔：入塔溫度65℃，塔頂放空溫度40℃，預(yù)精餾后甲醇pH值宜控制在8 ；加壓塔：，溫度125℃， ，溫度122℃，常壓塔：，溫度67℃。氣化原料中的礦物部分形成熔渣。污水的處理過(guò)程是先送入減壓閃蒸槽，閃蒸后的液體進(jìn)入沉淀池，沉淀后去濃縮，再去過(guò)濾。另一部分去發(fā)電氣加熱器（E2007），溫度降至213℃，進(jìn)入發(fā)電氣廢熱鍋爐（E2008）， MPa(A)低壓蒸汽，出口水煤氣溫度降至170℃，進(jìn)入第四水分離器（V2011），分離出冷凝液后進(jìn)入鍋爐給水加熱器Ⅱ（E2009）加熱鍋爐給水，溫度降至153℃，再進(jìn)入第五水分離器（V2012），分離出冷凝液后進(jìn)入鍋爐給水加熱器Ⅲ（E2010）加熱來(lái)自熱電站的鍋爐給水，溫度降至123℃，進(jìn)入第六水分離器（V2013），分離出冷凝液后進(jìn)入脫鹽水加熱器Ⅱ（E2011），溫度降至35℃，進(jìn)入第七水分離器，分離出冷凝液后的煤氣（發(fā)電氣）去送至NHD脫硫脫碳工段。從塔底排出的冷凝液送至氣化工段，塔頂排出的解析氣，送至氣化系統(tǒng)的火炬。圖5 變換工藝流程來(lái)自變換及燃?xì)鉄峄厥障到y(tǒng)的煤氣（36℃，(A)，含H2S %）與燃?xì)饷摿蛩═3004）℃進(jìn)入燃?xì)饷摿蛩═3004）下部，在塔內(nèi)NHD吸收了煤氣中大部分的H2S氣體，同時(shí)也帶走部分COCOS、H2等氣體。采用甲醇馳放氣（40℃，(A)）作為氣提氣進(jìn)入濃縮塔下部，塔頂出來(lái)的氣提氣中主要是CO2 、H2及少量H2S、COS等氣體，(G)閃蒸氣合并經(jīng)閃蒸氣水冷器I（E3004）冷卻至40℃返回進(jìn)NHD脫硫入口以回收高壓閃蒸氣中的H2?！?，再被脫碳工段的氨冷器I冷卻至0℃，然后將出氨冷器I的貧液分為兩部分，一部分貧液直接進(jìn)入燃?xì)饷摿蛩═3004）；另一部分則進(jìn)入NHD脫碳工段的脫碳塔上塔，在塔內(nèi)吸收脫碳塔下塔過(guò)來(lái)的凈化氣中微量的H2S和CO2，(G)進(jìn)入變換氣脫硫塔（T3001）。精脫硫時(shí)，凈化氣先進(jìn)入水解槽預(yù)熱器（E4004）被變換氣冷凝液加熱到80℃，經(jīng)水解槽（R3001）水解后，在水解氣冷卻器（E4005）中冷卻至40℃，進(jìn)到精脫硫槽（R3002A，B）精脫硫，得到符合甲醇合成所需的凈化氣體（CO2：2～3%，COS和H2S），送入合成甲醇工段。高壓閃蒸氣