【正文】 對甲醇合成的特點采用四床（或五床)內(nèi)換熱式合成塔。管板下面還有一段逆?zhèn)鳠岫?，也就是進塔氣225℃，管外的沸騰水卻是248℃，不是將反應熱移走而是水給反應氣加熱。在日產(chǎn)超過2000t時，往往需要并聯(lián)兩個。水管式合成塔：將床層內(nèi)的傳熱管由管內(nèi)走冷氣改為走沸騰水。冷管式合成塔：這種合成塔源于氨合成塔，在催化劑內(nèi)設置足夠換熱面積的冷氣管，用進塔冷管來移走反應熱。甲醇合成工藝中最重要的工序是甲醇的合成，其關(guān)鍵技術(shù)是合成甲醇催化劑的和反應器，設計采用用的是低壓合成工藝。NHD脫硫脫碳的甲醇裝置的生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，經(jīng)NHD法凈化后，再設置精脫硫裝置，106，滿足甲醇生產(chǎn)的要求。催化劑粒度 為了提高催化劑的粒內(nèi)有效因子，可以減少催化劑粒度，但相應地氣體通過催化劑床的阻力就將增加，變換催化劑的適宜直徑為6～10mm，工業(yè)上一般壓制成圓柱狀，粒度￠55或￠99mm。壓力對反應的化學平衡沒有影響，但對反應速率影響顯著，～，故加壓操作可提高設備生產(chǎn)能力。該工藝的簡單流程為：氣化工段來的水煤氣首先進入預變換爐，出爐后分為兩部分：一部分進入另一變換爐，變換后經(jīng)過多次換熱和氣液分離后去了脫硫系統(tǒng)；另一部分先進入有機硫水解槽脫硫，出來后氣體又分為兩部分，部分去調(diào)節(jié)變換爐出口CO含量，部分去發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電。（8）投資省，粗煤氣成本較低。正常使用時維護量很少，運行周期長。（2）氣化溫度高，一般在1450～1600℃，%，(CO+H2)體積分數(shù)高達90%以上。與其他同類氣化技術(shù)相比，該技術(shù)因采用了氣化爐頂干粉加料與反應室周圍水冷壁結(jié)構(gòu)，因而在氣化爐結(jié)構(gòu)以及工藝流程上有其先進之處。通過比較可知道大型甲醇的煤氣化的應該優(yōu)先考慮干粉煤氣化。干粉氣流床：該技術(shù)的特點是碳的轉(zhuǎn)化率高，氣化反應中，所產(chǎn)煤氣中CO含量高，H2含量較低，這種煤氣的熱值較高。前者在煤氣離開氣化爐后用激冷水直接冷卻，它適合于制造氨氣或氫氣。（5）氣化強度大。氣流床氣化具有以下特點：（1）采用。（3）缺少大型使用經(jīng)驗；要在大型甲醇裝置中推廣，受一定限制。生成的煤氣基本不含焦油，但飛灰量很大。移動床氣化，是目前世界上用于生產(chǎn)合成氣的主要方法之一。然后利用三塔精餾工藝將粗甲醇精制得到精甲醇。加強理論聯(lián)系實際，擴大知識面；培養(yǎng)獨立思考、獨立工作的能力。 設計的依據(jù) 湖南工學院材料與化學工程系2012屆畢業(yè)設計選題《年產(chǎn)20萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝畢業(yè)設計》任務書 設計的基礎資料（1） 工藝流程資料參閱某化學工程公司的甲醇合成廠的工藝流程資料和參考由房鼎業(yè)主編的《甲醇工學》。隨著石油和天然氣價格的迅速上漲，煤制甲醇更加具有優(yōu)勢。在不同的催化劑存在下，選用不同的工藝條件可單產(chǎn)甲醇（分高、中、低壓法），或與合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇（聯(lián)醇法），將合成后的粗甲醇經(jīng)預精餾脫除甲醚，再精餾而得成品甲醇。1995年12月，由化工部第八設計院和上?；ぴO計院聯(lián)合設計的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。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。 甲醇生產(chǎn)工藝的發(fā)展甲醇是醇類中最簡單的一元醇。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?；瘜W性質(zhì)較活潑，能發(fā)生氧化、酯化、羰基化等化學反應。是一種無色、透明、易燃、有毒、易揮發(fā)的液體，略帶酒精味；，(d420)，(空氣=1)，℃，℃，閃點（開杯）16℃，自燃點473℃，折射率(20℃)，表面張力（25℃），蒸氣壓（20℃），粘度（20℃） NHD purification process synthesis gas purification。設計的主要內(nèi)容是進行工藝論證，物料衡算和熱量衡算等。2013 屆畢業(yè)設計說明書年產(chǎn)20萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝設計摘 要甲醇是一種極重要的有機化工原料，也是一種燃料，是碳化學的基礎產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位。本設計本著符合國情、技術(shù)先進和易得、經(jīng)濟、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。 Low voltage of mean temperature tube synthesis tower methanol synthesis。s。 甲醇用途甲醇是重要有機化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料，廣泛應用于精細化工，塑料，醫(yī)藥，林產(chǎn)品加工等領域。作為一種良好的萃取劑，甲醇在分析化學中可用于一些物質(zhì)的分離。故甲醇俗稱木精、木醇。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。2000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2004年獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎。 設計的目的和意義由于我國石油資源短缺，能源安全已經(jīng)成為不可回避的現(xiàn)實問題，尋求替代能源已成為我國經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵。本設計遵循“工藝先進、技術(shù)可靠、配置科學、安全環(huán)?！钡脑瓌t；結(jié)合甲醇的性質(zhì)特征設計一座年產(chǎn)20萬噸煤制甲醇的生產(chǎn)車間。（2）合成工段的工藝參數(shù)參閱某化學工程公司的甲醇合成廠的工藝參數(shù)資料。整個設計應貫徹節(jié)省基建投資，充分重視技術(shù)進步，降低工程造價，節(jié)能環(huán)保等思想，設計生產(chǎn)高質(zhì)量甲醇產(chǎn)品。 煤氣化技術(shù)路線的選擇 煤氣化技術(shù)按氣化反應器的形式，氣化工藝可分為移動床（固定床）、流化床、氣流床三種。在大型煤制甲醇的裝置中，固定床的優(yōu)點是投資低，可是它有很多不足：（1）對原料煤的黏結(jié)性有一定要求：（2）氣化強度低：（3）環(huán)境污染負荷大，治較麻理煩。發(fā)展較早且比較成熟的是常壓溫克（Winkler）爐。 氣流床氣化氣流床采用粉煤為原料，反應溫度高，灰分是熔融狀態(tài)。（2）氣化溫度達1400～1600℃，對環(huán)保很有利，沒有酚、焦油，有機硫很少，且硫形態(tài)單一。（6）但投資相對較高，尤其是Shell粉煤氣化。因為這種流程易于和變換反應器配套，激冷中產(chǎn)生的蒸汽可滿足變換反應的需要。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。設計采用的是GSP冷激氣化工藝，其兼有shell和Texaco的技術(shù)優(yōu)點。GSP氣化技術(shù)的主要特點如下：（1）采用干粉煤(水份含量2%)作為氣化原料，根據(jù)后續(xù)化工產(chǎn)品的要求，煤粉可用氮氣或一氧化碳輸送，故操作十分安全。（3）氧耗較低，與水煤漿加壓氣化工藝相比，氧耗低約15%～20%，可降低配套空分裝置投資和運行費用。（5）只有一個聯(lián)合噴嘴(開工噴嘴與生產(chǎn)噴嘴合二為一)，噴嘴使用壽命長，為氣化裝置長周期運行提供了可靠保障。 凈化工藝方案的選擇凈化工藝包括；變換、脫硫脫碳、硫回收三個部分。(1)工藝條件的確定：溫度 設計中的變換爐（R2002）內(nèi)裝兩段耐硫變換觸媒，兩段間配有煤氣激冷管線，采用連續(xù)換熱式來降低溫度，控制溫度在393℃左右?，F(xiàn)代甲醇裝置采用加壓變換可以節(jié)約壓縮合成氣的能量，并可充分利用變換氣中過剩蒸汽的能量。設計中采用催化劑粒度為￠99mm。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。 甲醇合成塔的選擇目前，國內(nèi)外的大型甲醇合成塔塔型較多，歸納起來可分為五種：冷激式合成塔：這是最早的低壓甲醇合成塔，是用進塔冷氣冷激來帶走反應熱。冷管的結(jié)構(gòu)有逆流式、并流式和U型管式。這樣可較大地提高傳熱系數(shù)，更好地移走反應熱，縮小傳熱面積，多裝催化劑，—，是大型化較理想的塔型。這種塔型是造價最高的一種，也是裝卸催化劑較難的一種。這種合成塔由于列管需用特種不銹鋼，因而是造價非常高的一種。各床層是絕熱反應，在各床出口將熱量移走。綜上所述和借鑒大型甲醇合成企業(yè)的經(jīng)驗，（大型裝置不宜選用激冷式和冷管式），設計選用固定管板列管合成塔。耐熱性較差，對硫、氯及其化合物敏感，易中毒。目前已在國內(nèi)20多套大、中、小型工業(yè)甲醇裝置上使用,運行情況良好。綜上所述，催化劑的活性、選擇性和使用壽命等主要技術(shù)經(jīng)濟指標均適合，所以本設計選用四川天一科技股份有限公司研制的XNC98型催化劑。甲醇的純度直接影響下游產(chǎn)品的質(zhì)量、消耗、安全生產(chǎn)及生產(chǎn)過程中所用的催化劑的壽命。因低沸點組分易于氣化，則所得氣相中低沸點組分含量高于液相中的含量，而液相中高沸點組分含量，較氣相中高。 精餾工藝和精餾塔的選擇甲醇精餾按工藝主要分為三種：雙塔精餾工藝技術(shù)、帶有高錳酸鉀反應的精餾工藝技術(shù)和三塔精餾工藝技術(shù)。經(jīng)粗甲醇預熱器加熱到45℃后進入預精餾塔。1預精餾塔 2主精餾塔圖1 甲醇雙塔工藝流程（2） 三塔精餾工藝近年來，許多企業(yè)原有甲醇雙塔精餾裝置己不能滿足企業(yè)的需要。預精餾塔后的冷凝器采用一級冷凝，用以脫除二甲醚等低沸點的雜質(zhì)，控制冷凝器氣體出口溫度在一定范圍內(nèi)。如作為特殊需要，則再經(jīng)過常壓精餾塔的進一步提純。1 預精餾塔 2加壓精餾塔 3常壓精餾塔圖2 三塔工藝流程（3） 雙塔與三塔精餾技術(shù)比較工藝流程 三塔精餾與雙塔精餾在流程上的區(qū)別在于三塔精餾采用了2臺主精餾塔(其中1臺是加壓塔)和1臺常壓塔，較雙塔流程多1臺加壓塔。設備投資 三塔精餾的流程較雙塔精餾流程要復雜，所以在投資方面，同等規(guī)模三塔精的設備投資要比雙塔精餾高出20%～30%。目前常用的精餾塔主要有四種塔型：泡罩塔，浮閥塔，填料塔和新型垂直篩板塔。浮閥塔 浮閥塔的塔板結(jié)構(gòu)與泡罩相似，致使浮閥代替了泡罩及其伸氣管。填料塔 填料塔是在塔內(nèi)裝填新型高效填料，如不銹鋼網(wǎng)波紋填料，每米填料相當5塊以上的理論板。該塔傳質(zhì)效率高，傳質(zhì)空間利用率好，處理能力大，操作彈性大，結(jié)構(gòu)簡單可靠，投資小，板液面梯度小，液面橫向混合好無流動傳質(zhì)死區(qū)。即備煤、氣化、除渣三部分組成。熱粗煤氣和熔渣通過反應室底部的排渣口進入下部激冷室。圖3 GSP氣化工藝流程 凈化裝置工藝流程 變換(A)，216℃左右，（V2003）和中溫換熱器（E2002）溫度升高至240℃進入預變換爐（R2001）后分成兩部分：一部分進入變換爐（R2002），變換爐內(nèi)裝兩段耐硫變換觸媒，二段間配有煤氣激冷管線，%（干），溫度為393℃左右進入中溫換熱器（E2002），溫度降為332℃，與旁路調(diào)節(jié)的水解氣混合進入變換氣第一廢熱鍋爐（E2003），(A)飽和蒸汽，使變換氣溫度降至為208℃進入變換氣第二廢熱鍋爐（E2004），(A)低壓蒸汽，出口變換氣溫度約為197℃左右，進入第一水分離器（V2004），分離出的冷凝液去冷凝液閃蒸槽（V2007），變換氣去脫硫再沸器及氨吸收制冷再沸器。來自脫硫系統(tǒng)的發(fā)電煤氣，溫度80℃，（A），進入發(fā)電氣加熱器（E2007），溫度升至230℃，然后去發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電用。脫鹽水站來的脫鹽水分成兩部分，一部分進入脫鹽水加熱器Ⅰ（E2006）與變換氣換熱溫度升至98℃后分兩股，一股脫鹽水去熱電站，另一股進入除氧器除氧；另一部分進入脫鹽水加熱器Ⅱ（E2011）與水煤氣（發(fā)電氣）換熱溫度升至98℃，進入除氧器除氧。除去H2S的煤氣稱之為燃氣脫硫氣，與進塔的煤氣在氣體換熱器E3001A，B換熱，℃升至30℃，為滿足燃氣發(fā)電對硫含量的要求，燃氣脫硫氣首先進入預脫硫槽R3001脫除H2S氣體，然后在精脫硫槽預熱器E3008中被變換氣加熱到80℃，進入精脫硫槽R3002A，B，精脫硫槽上部裝水解催化劑，下部裝精脫硫劑，精脫硫后的氣體（H2S+COS20ppm）返回到燃氣熱回收系統(tǒng)。從濃縮塔底出來底NHD富液由脫硫水力透平（HT3001）回收能量后進入脫硫高壓閃蒸槽（V3004），(A)，出口閃蒸氣去脫碳閃壓機。出再生塔（T3003）填料段的再生氣經(jīng)塔上部的旋流板，用塔頂回流的40℃的冷凝液洗滌冷卻到106℃左右進入酸性氣水冷器（E3006）冷卻到40℃，經(jīng)酸性氣分離器（V3005）分離掉酸性氣中夾帶水分，使酸性氣中含H2S25%，進入硫回收工段。吸收了少量COH2S和COS的NHD貧液從脫碳塔（T4001）上塔底部出來后返回到NHD脫硫工段。從脫碳高壓閃蒸槽底部出來的溶液，減壓進入低壓閃蒸槽（V4004），在此塔內(nèi)NHD實液中溶解的大部分CO2氣體解吸出來，℃，此氣體即謂CO2氣，CO2氣進入脫碳氣體換熱器（E4001B）回收冷量后放空。圖5 NHD脫硫脫碳工藝流程 硫回收來自脫硫工段的酸性氣經(jīng)酸性氣分水罐（V6001）分離掉酸性水，進入酸性氣燃燒爐（F6001）與按一定比例配入的富氧空氣混合燃燒，使爐膛溫度保持在950℃左右。其中主要反應：2H2S+SO2 →3/2S2 +2H2O+Q反應后的氣體進入二級冷凝器（E6006），冷卻到150℃分離出液硫，（G）的低壓蒸汽。配入一定量氫氣的Claus尾氣經(jīng)過加氫預熱器（E6003）預熱至300℃進入加氫反應器（R6002）反應，將除H2S以外的硫化物幾乎全部轉(zhuǎn)化為H2S，反應器出口氣體進入蒸汽發(fā)生器（E6008）冷卻至160℃，再進入急冷塔（T6001）冷卻到36℃。再生塔下部用蒸汽煮沸器（E6017）加熱，使富液中的H2S和CO2受熱解析。圖6 硫回收工藝流程 甲醇合成工藝流程來自脫碳裝置的新鮮氣（40℃，）與循環(huán)氣一起經(jīng)甲醇合成氣壓縮機（C7001），經(jīng)過入塔氣預熱器（E7001）加熱到225℃，進入甲醇合成塔（R7001）內(nèi)，甲醇合成氣在催化劑作用下發(fā)生如下反應：CO+2H2 =CH3OH+QCO2 +3H2 =CH3OH+H2O+Q甲醇合成塔（R7001）為列管式等溫反應器，管內(nèi)裝有XNC98型甲醇合成催化劑，管外為沸騰鍋爐水。分離出的粗甲醇進入甲醇膨脹槽（V7003）。合格的鍋爐給水來自變換裝置；循環(huán)冷卻水來自界區(qū)外部。加壓精餾塔（T8002）塔底釜液（，125℃）進入常壓精餾塔（T8003），進一步精餾。為防止粗甲醇中含有的甲酸、二