【正文】 zation and application of the methanol fuel, methanol demand increases. In order to meet the needs of economic development, methanol, carried out the 200000 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。 Three tower distillation process refined methanol。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮類和大多數(shù)其他有機(jī)溶劑混溶。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)各種合成樹脂不可少的原料。甲醇還是一種很有前景的清潔能源，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。在自然界只有某些樹葉或果實(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。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。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。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)。 MPa， MPa，入塔溫度225℃，出塔溫度255℃。 原料煤規(guī)格原料煤的元素分析為：C %；H % ；O %；N % ；S（可燃）%；S（不可燃）%；Cl/（mg/kg）229；F/（mg/kg）104；Na/（mg/kg）2180；K/（mg/kg）292。 移動(dòng)床氣化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。 流化床氣化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。后者熱煤氣是經(jīng)輻射鍋爐，再送往對(duì)流鍋爐，產(chǎn)生高壓蒸汽可用于發(fā)電或作熱源。水煤漿氣流床：水煤漿氣化技術(shù)的特點(diǎn)是煤漿帶35%~40%水入爐，因此氧耗比干粉煤氣化約高20%；爐襯是耐火磚，沖刷嚴(yán)重，每年要更換一次。代表著未來氣流床加壓氣化技術(shù)的發(fā)展方向。由于氣化溫度高，故對(duì)煤種的適應(yīng)性更為廣泛，從較差的褐煤、次煙煤、煙煤到石油焦均可使用，也可以兩種煤摻混使用。（4）氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，無耐火材料襯里。（6）碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%以上，冷煤氣效率高達(dá)80%以上。 變換工序變換工藝主要有：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(guó)內(nèi)的以重油為原料的全氣量部分變換工藝。預(yù)變換爐溫度控制在240℃左右。最終變換率 最終變換率由合成甲醇的原料氣中氫碳比及一氧化碳和二氧化碳的比例決定的。 NHD脫硫脫碳(1) NHD溶劑的物理性質(zhì)和應(yīng)用性能NHD溶劑主要組分是聚乙二醇二甲醚的同系物，分子式為CH3O(C2H4O)nCH3,式中n=2～8，平均分子量為250～280。且在國(guó)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(guó)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。該塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。固定管板列管合成塔：這種合成塔就是一臺(tái)列管換熱器，催化劑在管內(nèi)，管間（殼程)是沸騰水，～。隨著合成壓力增高，塔徑加大，管板的厚度也增加。多床內(nèi)換熱式合成塔：這種合成塔由大型氨合成塔發(fā)展而來。這種塔型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，不需特種合金鋼，轉(zhuǎn)化率高，適合于大型或超大型裝置，但反應(yīng)熱不能全部直接副產(chǎn)中壓蒸汽。這種塔內(nèi)甲醇合成反應(yīng)接近最佳溫度操作線，反應(yīng)熱利用率高，雖然設(shè)備復(fù)雜、投資高，但是由于這種塔在國(guó)內(nèi)外使用較多，具有豐富的管理和維修經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)也較容易得到；外加考慮到設(shè)計(jì)的是年產(chǎn)20萬噸的甲醇合成塔，塔的塔徑和管板的厚度不會(huì)很大，費(fèi)用也不會(huì)很高，所以本設(shè)計(jì)采用了固定管板列管合成塔。操作的適宜溫度為220～270℃，壓力為5～15MPa(一般壽命為2～3年)。用于低溫、低壓下由碳氧化物與氫合成甲醇，具有低溫活性高、熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。 粗甲醇的精餾在甲醇合成時(shí)，因合成條件如壓力、溫度、合成氣組成及催化劑性能等因素的影響，在產(chǎn)生甲醇反應(yīng)的同時(shí)，還伴隨著一系列的副反應(yīng)。所以粗甲醇必須提純。若將氣相混合蒸汽再部分冷凝下來，將冷凝液再加熱到一定溫度，使其部分氣化，并將氣相與液相分離，則所得氣相冷凝液中的低沸點(diǎn)組分又高于原氣相冷凝液。（1） 雙塔精餾工藝國(guó)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：先在預(yù)塔中脫除輕餾分，主要是二甲醚；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。隨著生產(chǎn)的強(qiáng)化，不僅消耗大幅度上升，而且殘液中的甲醇含量也大大超過了工藝指標(biāo)。在該溫度下，幾乎所有的低沸點(diǎn)餾分都為氣相，不造成冷凝回流。生產(chǎn)中加壓塔和常壓塔同時(shí)采出精甲醇，常壓塔的再沸器熱量由加壓塔的塔頂氣提供，不需要外加熱源。這樣，在同等的生產(chǎn)條件下，降低了主精餾塔的負(fù)荷，并沒常壓塔利用加壓塔塔頂?shù)恼羝淠裏嶙鳛榧訜嵩?，所以三塔精餾既節(jié)約蒸汽，又節(jié)省冷卻水。操作方面 由于雙塔精餾具有流程簡(jiǎn)單,運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn),所以在操作上較三塔精餾要方便簡(jiǎn)單。其各自結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)如下：泡罩塔 泡罩塔十多層板式塔，每層塔板上裝有一個(gè)活多個(gè)炮罩。該類型塔板效率高，操作彈性大，操作適應(yīng)性強(qiáng)，單位面積生產(chǎn)能力大，造價(jià)較低。塔總高一般為浮閥塔的一半。綜上所述，填料塔使用較普遍，技術(shù)非常成熟，所以設(shè)計(jì)選用了填料塔。㎜的粒度后，經(jīng)過干燥，通過濃相氣流輸入系統(tǒng)送至燒嘴。冷卻的粗煤氣進(jìn)入分離器（V1002），從分離器出來的氣體分為兩部分：一部分進(jìn)入變換爐（R1002），氣體出來后進(jìn)入換熱器（E1003），出來的氣體和另外一部分氣體混合后進(jìn)入水解器，氣體出來后入分離器（V1004），從V1004出來后去凈化工段；而從分離器（V1002）下分離出的液體進(jìn)入分離器（V1003），從V1003出來的氣體經(jīng)過冷卻器（E1002）后，主要為H2S去硫回收系統(tǒng)；從V1003下分離的液體去污水處理系統(tǒng)，處理后的水和從E1002，E1003，V1004出來的冷液一起返回氣化爐冷激室。自氨吸收制冷系統(tǒng)返回的變換氣，溫度145℃，進(jìn)入鍋爐給水加熱器（E2005）后溫度降至142℃，再進(jìn)入第二水分離器（V2005），分離出的冷凝液去冷凝液汽提塔（T2001），分離后的變換氣進(jìn)入脫鹽水加熱器Ⅰ（E2006），加熱來自脫鹽水站的脫鹽水，溫度降至35℃，進(jìn)入第三水分離器（V2006），分離出的冷凝液去冷凝液汽提塔（T2001），分離后的變換氣去脫硫系統(tǒng)。由第一水分離器（V2004）、第四水分離器（V2011）分離出的高溫冷凝液和來自氨吸收制冷、脫硫系統(tǒng)的冷凝液進(jìn)入冷凝液閃蒸槽（V2007），閃蒸出的閃蒸氣進(jìn)入冷凝液汽提塔（T2001），冷凝液由閃蒸槽底部排出直接送至氣化工段。除氧器用本工段產(chǎn)生的低壓蒸汽吹入除氧，除氧后的鍋爐給水由鍋爐給水泵和高、低壓給水泵提壓，(A)去鍋爐給水加熱器Ⅱ（E2009），升溫至153℃后，一部分去變換氣第二廢熱鍋爐（E2004）(A)低壓蒸汽，另一部分去發(fā)電氣廢熱鍋爐（E2008）(A)低壓蒸汽；(A)去甲醇合成系統(tǒng)；(A)進(jìn)鍋爐給水加熱器（E2005），溫度升至135℃，分成兩部分，一部分去硫回收系統(tǒng)，另一部分去變換氣第一廢熱鍋爐（E2003）(A)蒸汽。從變換工段過來的變換氣（36℃，(A)，%）與脫硫脫碳閃蒸氣及濃縮塔頂氣提氣混合，℃進(jìn)入變換氣脫硫塔（T3001）底部，與塔內(nèi)自上而下的0℃ NHD溶液逆流接觸吸收絕大部分H2S氣體及部分COCOS、H2等氣體，℃，含H2S+COS80ppm，%，經(jīng)脫硫氣分離器（V3002）分離掉夾帶的NHD溶液后，去NHD脫碳。從脫硫高壓閃蒸槽底出來的富含H2S、CO2的閃蒸液進(jìn)入再生塔（T3003），再生塔底部由變換氣煮沸器（E3007）加熱，使NHD富液中的氣體全部解吸出來，得到約147℃的NHD貧液。來自脫硫工段的脫硫氣（℃、(A)、CO34%含COS＋H2S 80ppm）進(jìn)入脫碳塔（T4001）下塔，氣體自下而上與從下塔頂部而來的NHD溶劑逆流接觸，下塔塔內(nèi)有三層QH1型碳鋼扁環(huán)散堆填料，氣體中的CO2被溶劑吸收，部分H2S、COS被吸收。進(jìn)脫碳塔下塔上部的NHD貧液溫度為5℃，在塔內(nèi)吸收CO2的過程中，由于CO2的溶解熱使溶液溫度升高，℃、(A)。低壓閃蒸槽（V4005）底部出來的富液自流進(jìn)入氣提塔（T4002）塔內(nèi)有五層QH1型扁環(huán)散堆填料，溶液與氣提氮?dú)庠谔盍蠈觾?nèi)逆流接觸，此時(shí)溶液中溶解的CO2被氣提出來，排至大氣。爐內(nèi)發(fā)生H2S部分氧化反應(yīng)，三分之一的H2S燃燒轉(zhuǎn)化成SO2，生成的SO2再與剩下的H2S發(fā)生克勞斯發(fā)應(yīng)生成單質(zhì)硫。轉(zhuǎn)化氣同樣與酸性氣燃燒爐出口的二級(jí)高溫?fù)胶祥y（TV6002）熱口進(jìn)來的高溫氣體摻合提溫到220℃進(jìn)入二級(jí)Claus轉(zhuǎn)化器（R6001）發(fā)生催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)，然后進(jìn)入三級(jí)冷凝器（E6007）冷卻到150℃分離出液硫，（G）的低壓蒸汽。經(jīng)急冷塔（T6001）急冷后的氣體去吸收塔（T6002）與從塔頂下來的NHD貧液逆向接觸，氣體中所含的大部分H2S和部分CO2被貧液吸收下來，從吸收塔（T6002）頂出來的尾氣進(jìn)入尾氣焚燒爐（F6002），與配入的稍過量的空氣和燃料氣進(jìn)行高溫焚燒，使H2S全部轉(zhuǎn)化為SO2，焚燒氣經(jīng)尾氣廢鍋（E6009）冷卻至300℃，通過煙囪（X6001）高空排放。從再生塔頂出來的溫度約為107℃的再生氣經(jīng)再生氣水冷器（E6014）冷卻至40℃，再經(jīng)再生氣分離器（V6014）除去水，然后返回酸性氣燃燒爐再次進(jìn)行Claus轉(zhuǎn)化；分離出來的水則經(jīng)回流水泵（P6014A，B）打回再生塔。反應(yīng)放出大量的熱，通過列管管壁傳給鍋爐水，產(chǎn)生大量中壓蒸汽（），減壓后送至蒸汽管網(wǎng)。甲醇分離器（V7002）分離出的混合氣與新鮮氣按一定比例混合后升壓送至甲醇合成塔（R7001）繼續(xù)進(jìn)行合成反應(yīng)。汽包（V7001）排污，經(jīng)排污膨脹槽（V7006）膨脹減壓后就地排放。常壓塔再沸器（E8007A，B）以加壓精餾塔（T8002）塔頂出來的甲醇?xì)庾鳛闊嵩础＜状季s系統(tǒng)各塔排出的不凝氣去燃料氣系統(tǒng)。當(dāng)甲醇外運(yùn)時(shí)，啟動(dòng)精甲醇泵（P9101A,B），將甲醇輸送到甲醇裝卸棧臺(tái)，通過火車鶴管進(jìn)入火車槽車，通過汽車鶴管進(jìn)入汽車槽車。濃氨水由氨水泵（P2501A、B）加壓，經(jīng)溶液熱換熱器，與來自精餾塔塔釜稀氨水（140℃）換熱，升到114℃，進(jìn)入精餾塔（T2501A、B）中部進(jìn)行精餾。稀氨水由塔底出來進(jìn)入溶液熱交換器。精餾工段通過三塔高效精餾工藝，%，三塔精餾工藝中甲醇的收率達(dá)97%。則反應(yīng)（7）。表14 分離器出口氣體組成氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4組成 % % % % % % %氣m3/h 量 kmol/h 能量衡算 煤發(fā)電量每噸煤發(fā)電1200 1200=（）/h 合成工段（1） 合成塔的熱平衡計(jì)算計(jì)算公式全塔熱平衡方程式為：∑Q1+∑Qr=∑Q2 +∑Q3+Q（1）式中： Q1——入塔氣各氣體組分焓，kJ/h； Qr——合成反應(yīng)和副反應(yīng)的反應(yīng)熱，kJ/h； Q2——出塔氣各氣體組分焓，kJ/h； Q3——合成塔熱損失，kJ/h； Q——沸騰水吸收熱量，kJ/h。由公式Q=kA△Tm 得A=Q/（K△Tm）=（10）=6362㎡催化劑用量的確定 入塔氣空速12000h1，所以。封頭內(nèi)徑為4300+273=4446，原整后取4500由封頭厚度計(jì)算公式： S=PcDi/（2[σ] ）式中：Pc—— Di=4500mm Ф= [σ] t =190Mpa（取殼體溫度為50℃） S=4500（2190）=取C2=1mm ；C1=1mm，原整后取S=76mm，所以封頭為DN450076。管板的確定管板直徑4300，厚度100mm，管板通過焊接在筒體和封頭之間。（4） 殼體直徑的確定 殼體直徑；Di=a（b1）+2L式中：Di——換熱器內(nèi)徑，mm； b——正六角形對(duì)角線上的管子數(shù)查有關(guān)表取為29； L——最外層管子的中心到殼