【正文】 溫度范圍(0℃,101325Pa)，℃沸程（177。綜合倉庫 建設(shè)規(guī)模生產(chǎn)能力：年產(chǎn)20萬噸甲醇，年開工日為330天，建設(shè)期2年。精餾車間：甲醇精餾和甲醇貯罐區(qū)。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。（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。通過設(shè)計(jì)可以鞏固、深化和擴(kuò)大所學(xué)基本知識，培養(yǎng)分析解決問題的能力；還可以培養(yǎng)創(chuàng)新精神，樹立良好的學(xué)術(shù)思想和工作作風(fēng)。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)對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。自1923年開始工業(yè)化生產(chǎn)以來，甲醇合成的原料路線經(jīng)歷了很大變化。2005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。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。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。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。甲醇是醇類中最簡單的一元醇。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?；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)。關(guān)鍵詞：甲醇合成、氣體精餾、工藝流程目 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。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，甲醇的需求大幅度上升。為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展對甲醇的需求，開展了此20萬t/a的甲醇項(xiàng)目。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(diǎn)（開杯）16℃，自燃點(diǎn)473℃，折射率(20℃)，表面張力（25℃），蒸氣壓（20℃），粘度（20℃）?s。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。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。故甲醇俗稱木精、木醇。1923年德國BASF公司首先用合成氣在高壓下實(shí)現(xiàn)了甲醇的工業(yè)化生產(chǎn)，直到1965年，這種高壓法工藝是合成甲醇的唯一方法。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［1］ 。70年代四川維尼綸廠引進(jìn)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)。合成甲醇的工業(yè)生產(chǎn)是以固體（如煤、焦炭）、液體（如原油、重油、輕油）或氣體（如天然氣及其它可燃性氣體）為原料，經(jīng)造氣、凈化（脫硫）變換，除二氧化碳，配制成一定配比的合成氣。20世紀(jì)50年代以前多以煤和焦碳為原料；50年代以后，以天然氣為原料的甲醇生產(chǎn)流程被廣泛應(yīng)用；進(jìn)入60年代以來，以重油為原料的甲醇裝置有所發(fā)展。煤在世界化石能源儲量中占有很大比重（我國情況更是如此），而且煤制甲醇的合成技術(shù)很成熟。通過完成設(shè)計(jì)，可以知道甲醇的用途；基本掌握煤制甲醇的生產(chǎn)工藝；了解國內(nèi)外甲醇工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀；以及甲醇工業(yè)的發(fā)展趨勢。 MPa， MPa，入塔溫度225℃，出塔溫度255℃。﹑裝置組成及建設(shè)規(guī)模（1）年產(chǎn)20萬噸甲醇生產(chǎn)工藝流程的設(shè)計(jì)（2）物料衡算、熱量衡算（3）主要生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算與選型（4）環(huán)保措施（5）編寫設(shè)計(jì)說明書（6）繪制設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)重點(diǎn)：工藝流程的設(shè)計(jì)，工藝計(jì)算，合成塔設(shè)計(jì)計(jì)算與選型(1)設(shè)生產(chǎn)車間4個(gè)煤氣化車間：包括原料煤的貯存、備煤加工處理、粉煤氣化和空分。動力車間：包括全廠供排水、鍋爐供熱、軟水脫鹽水、供電。工作制度：合成車間日工作小時(shí)為24小時(shí)，每日3班輪流替換，每班8小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)，共4個(gè)班。），℃ ≤高錳酸鉀試驗(yàn)，min ≥503020水溶性試驗(yàn)澄清水分含量，% ≤酸度（以HCOOH計(jì)），% ≤或堿度（以NH3計(jì)），% ≤羰基化合物含量（以CH2O計(jì)），% ≤蒸發(fā)殘?jiān)浚? ≤第二章 工藝流程設(shè)計(jì)甲醇合成合成氣凈化煤制合成氣甲醇精餾圖1 煤制甲醇的簡單工藝流程首先是采用GSP氣化工藝將原料煤氣化為合成氣；然后通過變換和NHD脫硫脫碳工藝將合成氣轉(zhuǎn)化為滿足甲醇合成條件的原料氣；第三步就是甲醇的合成，加溫到225℃后輸入列管式等溫反應(yīng)器，在XNC98型催化劑的作用下合成甲醇，生成的粗甲醇送入精餾塔精餾，得到精甲醇。典型的氣化爐為魯奇（Lurgi）爐。所以氣體組成和溫度均勻，解決了固定床氣化需用煤的限制。（2）對煤的氣化活性要求高，僅適合于氣化褐煤和高活性的煙煤。氣流床氣化優(yōu)點(diǎn)很多，它是針對流化床的不足開發(fā)的。 (4)碳轉(zhuǎn)化率高，均大于90%，能耗低。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。干粉氣流床：該技術(shù)的特點(diǎn)是碳的轉(zhuǎn)化率高，氣化反應(yīng)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。通過比較可知道大型甲醇的煤氣化的應(yīng)該優(yōu)先考慮干粉煤氣化。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(yīng)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(jìn)之處。(2)氣化溫度高，一般在1450～1600℃，%，(CO+H2)體積分?jǐn)?shù)高達(dá)90%以上。正常使用時(shí)維護(hù)量很少，運(yùn)行周期長。(8)投資省，粗煤氣成本較低。變換工藝主要有：魯奇低壓甲醇生產(chǎn)中的變換工藝，Tops￠e法甲醇生產(chǎn)中的變換工藝，以及國內(nèi)的以重油為原料的全氣量部分變換工藝。為了讓反應(yīng)沿著最佳溫度曲線進(jìn)行，必須移走反應(yīng)熱以降低反應(yīng)溫度。壓力對反應(yīng)的化學(xué)平衡沒有影響，但對反應(yīng)速率影響顯著，～，故加壓操作可提高設(shè)備生產(chǎn)能力。（4）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(yīng)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。 (2)溶劑的蒸汽壓極低，揮發(fā)性小。 (6)具有選擇性吸收H2S的特性，并且可以吸收COS等有機(jī)硫。再生時(shí)，只需空氣氣提可節(jié)約大量再生能耗。降低壓力、升高溫度可實(shí)現(xiàn)溶劑的再生。且在國內(nèi)某些裝置上己成功應(yīng)用，有一定的生產(chǎn)和管理經(jīng)驗(yàn)，本著節(jié)約投資、采用國內(nèi)先進(jìn)成熟的凈化技術(shù)這一原則，設(shè)計(jì)采用了NHD脫硫脫碳凈化工藝。從操作結(jié)構(gòu)，材料及維修等方面考慮，甲醇合成反應(yīng)器應(yīng)具有以下要求：（1）催化劑床層溫度易于控制，調(diào)節(jié)靈活，能有效移走反應(yīng)熱，并能以較高位能回收反應(yīng)熱；（2）反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)合理，能保證氣體均勻通過催化劑床層，阻力小，氣體處理量大，合成轉(zhuǎn)化率高，催化劑生產(chǎn)強(qiáng)度大；（3）結(jié)構(gòu)緊湊，盡可能多填裝催化劑，提高高壓空間利用率；高壓容器及內(nèi)件間無滲漏；催化劑裝御方便；制造安裝及維修容易。按氣體在催化劑床的流向可分為：軸向式、徑向式和軸徑復(fù)合型。該塔結(jié)構(gòu)簡單，也適于大型化。由于逆流式與合成反應(yīng)的放熱不相適應(yīng)，即床層出口處溫差最大，但這時(shí)反應(yīng)放熱最小，而在床層上部反應(yīng)最快、放熱最多，但溫差卻又最小，為克服這種不足，冷管改為并流或U形冷管。（3）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。進(jìn)一步強(qiáng)化傳熱，即反應(yīng)熱通過列管傳給殼程沸騰水，而同時(shí)又通過列管中心的冷氣管傳給進(jìn)塔的冷氣。這種塔型是造價(jià)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(jià)非常高的一種。各床層是絕熱反應(yīng)，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(yàn)，（大型裝置不宜選用激冷式和冷管式），設(shè)計(jì)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。表3 國內(nèi)外常用銅基催化劑特性對比［10］催化劑型號組分/％操作條件CuOZnOAl2O3壓力/MPa溫度/℃英國ICI 513603010190～270德國LG10451324210～240美國C792220～330丹麥LMK4010220～270中國C302系列51324 210～280中國XCN985220 8~ 200～290從表的對比可以看出，國產(chǎn)催化劑的銅含量已提50%以上。它是一種高活性、高選擇性的新催化劑。外　　觀：　　有色金屬光澤的圓柱體堆積密度：　　～外型尺寸：　　5(～5)mm徑向抗壓強(qiáng)度：≥200N/cm催化劑活性和壽命：在該催化劑質(zhì)量檢驗(yàn)規(guī)定的活性檢測條件下，其活性為：230℃時(shí)：催化劑的時(shí)空收率≥ kg/()250℃時(shí)：催化劑的時(shí)空收率≥ kg/()在正常情況下，使用壽命為2年以上。(3)適用溫區(qū)寬,使用壽命長。75%負(fù)荷下合成系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)結(jié)蠟,粗甲醇質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。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(jì)指標(biāo)均優(yōu)于進(jìn)口催化劑及國產(chǎn)C型催化劑，所以本設(shè)計(jì)選用四川天一科技股份有限公司研制的XNC98型催化劑。例如副產(chǎn)蒸汽型等溫甲醇合成塔采用國產(chǎn)銅系催化劑，使用前期，可控制床層零點(diǎn)溫度230～240℃，熱點(diǎn)溫度260℃左右；后期，可控制床層零點(diǎn)溫度260～270℃，熱點(diǎn)溫度290℃。甲醇合成反應(yīng)時(shí)分子數(shù)變少，因此增加壓力對反應(yīng)有利，由于壓力高，組分的分壓提高，因而催化劑的 生產(chǎn)強(qiáng)度也提高。近年來普遍使用的銅基甲醇合成催化劑，其活性溫度范圍在200～300℃，有較高的活性，對于規(guī)模小于30萬噸/a的工廠，操作壓力一般可降為5Mpa左右；對于超大型的甲醇裝置，為了減少設(shè)備尺寸，合成系統(tǒng)的操作壓力可以升至10Mpa左右。合成塔中氫氣過量，對減少副反應(yīng)是有利的。所以二氧化碳的含量應(yīng)該盡可能低一些，一般不超過5%?？账俚倪x擇需要根據(jù)每一種催化劑的特性，在一個(gè)相對較小的范圍內(nèi)變化。由于甲醇作為有機(jī)化工的基礎(chǔ)原料，用它加工的鏟平種類很多，因此對甲醇的純度均有一定的要求。其分離的原理如下：對于由沸點(diǎn)不同的組分組成的混合液，加熱到一定溫度，使其部分氣化，并將氣相與液相分離。道最后制得接近純態(tài)的低沸點(diǎn)組分。帶有高錳酸鉀反應(yīng)的精餾工藝技術(shù)僅在單醇生產(chǎn)中用鋅鉻為催化劑的產(chǎn)品中有應(yīng)用。國內(nèi)中、小甲醇廠大部分都選用雙塔精餾工藝傳統(tǒng)的主、預(yù)精餾塔幾乎都選用板式結(jié)構(gòu)。甲醇的精餾分2個(gè)階段：；后進(jìn)入主精餾塔，進(jìn)一步把高沸點(diǎn)的重餾分雜質(zhì)脫除，主要是水、異丁基油等。1預(yù)精餾塔； 2主精餾塔圖2 甲醇雙塔工藝流程［16］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(yù)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(diǎn)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(jìn)一步提純。圖3 三塔工藝流