【正文】 古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗煤炭有限責(zé)任公司提供。內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)以無煙煤為主，煤種齊全，具有發(fā)熱量高、含硫量低、熱穩(wěn)定性較好等特點，是良好的化工用煤、氣化用煤，可供建設(shè)優(yōu)質(zhì)無煙煤基地。從長遠的戰(zhàn)略觀點來看，世界煤的貯藏量遠遠超過天然氣和石油，我國情況更是如此，將來以煤制取甲醇的原料路線終將占主導(dǎo)地位。從理論上講，凡同時含有該三種成份的氣體均可用于甲醇合成，通過轉(zhuǎn)化的方法能生成這三種組份的物質(zhì)均可用作甲醇生產(chǎn)的原料。[2]第二章 原料及廠址的選擇 早期甲醇由木材或木質(zhì)素干餾制得，今天在工業(yè)上已經(jīng)被淘汰?；瘜W(xué)處理主要用堿破壞在精餾過程中難以分離的雜質(zhì)，并調(diào)節(jié)PH。甲醇的合成是在高溫、高壓、催化劑存在下進行的，是典型的復(fù)合氣固相催化反應(yīng)過程。甲醇生產(chǎn)中所使用的多種催化劑，如天然氣與石腦油蒸氣轉(zhuǎn)化催化劑、甲醇合成催化劑都易受硫化物毒害而失去活性，必須將硫化物除凈。轉(zhuǎn)化爐設(shè)置有輻射室與對流室，在高溫，催化劑存在下進行烴類蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)。 目前工業(yè)上幾乎都是采用一氧化碳、二氧化碳加壓催化氫化法合成甲醇。而使原料和產(chǎn)品受到很大損失。隨著當(dāng)今世界石油資源的日益減少和甲醇生產(chǎn)成本的降低, 用甲醇作為新的石化原料來源已經(jīng)成為一種趨勢?！?，℃，℃，自燃點47℃，（20℃/4℃），爆炸極限下限6%，%，能與水、乙醇、乙醚、苯、丙酮和大多數(shù)有機溶劑相混溶。它是重要的化工原料和清潔燃料，用途廣泛，在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位。甲醇的工藝設(shè)計對于甲醇實際生產(chǎn)是必不可少的，為此我們進行了此次設(shè)計。 Synthesis。本設(shè)計過程進行了甲醇合成、精餾工段的工藝計算，工藝計算為物料平衡計算和熱量平衡計算，主要內(nèi)容是關(guān)于整個工藝過程中的物料質(zhì)量守恒和物料熱量守恒，包括主要設(shè)備的進出口的物料質(zhì)量守恒和物料熱量守恒以及一些換熱設(shè)備的計算，如冷凝器的計算。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書題 目：30kt/a粗甲醇聯(lián)醇法合成、精餾工藝設(shè)計學(xué)生姓名：學(xué) 院：化工學(xué)院系 別：化學(xué)工程系專 業(yè)：化學(xué)工程與工藝班 級：指導(dǎo)教師： 摘 要甲醇是一種重要的有機化工原料，應(yīng)用廣泛，可以用來生產(chǎn)甲醛、合成橡膠、甲胺、氯甲烷、醋酸等一系列有機化工產(chǎn)品。詳細的闡述了30kt/a粗甲醇從原料到最終產(chǎn)品的工藝路線。 Combined methanol production。盡管目前全球甲醇生產(chǎn)能力相對過剩，并且不排除由于某種原因而引起甲醇市場的波動，但是對于有著豐富的煤、石油、天然氣資源的地區(qū)，除了研究開發(fā)新技術(shù)降低成本，還要不斷開拓甲醇應(yīng)用領(lǐng)域，大力生產(chǎn)和發(fā)展甲醇下游產(chǎn)品，從而促進整個甲醇工業(yè)的發(fā)展。第一章 甲醇概況甲醇是簡單的飽和脂肪醇，分子式為CH3OH。甲醇又名木醇、木酒精，是一種透明、無色、易燃、有毒的液體，略帶酒精味。甲醇用途廣泛，是一種應(yīng)用廣泛的基礎(chǔ)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料 主要應(yīng)用于精細化工、塑料等領(lǐng)域, 用來制造甲醛、合成橡膠、甲胺、對苯二甲酸二甲酯、甲基丙烯酸甲酯、氯甲烷、醋酸、甲基叔丁基醚等多種有機產(chǎn)品, 也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的重要原料之一, 而且還可以加入汽油摻燒或代替汽油作為動力燃料以及用來合成甲醇蛋白。甲烷部分氧化法可以生產(chǎn)甲醇，這種制甲醇的方法工藝流程簡單，建設(shè)投資節(jié)省，但是，這種氧化過程不易控制，常因深度氧化生成碳的氧化物和水。所以是一個很有工業(yè)前途的制取甲醇的方法。天然氣與石腦油的蒸氣轉(zhuǎn)化需在結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價很高的轉(zhuǎn)化爐中進行。間歇氣化法以空氣、蒸汽為氣化劑，將吹風(fēng)、制氣階段分開進行，連續(xù)氣化以氧氣、蒸汽為氣化劑，過程連續(xù)進行。濕法脫硫可分為物理吸收法、化學(xué)吸收法與直接氧化法三類。精制過程包括精餾與化學(xué)處理。由于聯(lián)醇生產(chǎn)充分利用了現(xiàn)有合成氨生產(chǎn)裝置，只需增添甲醇合成與精餾兩套設(shè)備就可生產(chǎn)甲醇，因此投資省、上馬快，我國甲醇總產(chǎn)量的40%由聯(lián)醇生產(chǎn)。合成甲醇所需的有效化學(xué)成份為CO、CO2和H2。但是，隨著能源的緊張，如何有效地開發(fā)煤炭資源，這是個從未中斷過的研究課題，煤氣化技術(shù)發(fā)展迅速，除傳統(tǒng)的固定床UGI爐外，固定床魯奇氣化爐、流化床溫克勒氣化爐、氣流床KT爐、氣流床德士古氣化爐的開發(fā)均取得進展并都在工業(yè)上得到使用。截至2010年初，內(nèi)蒙古已查明煤炭資源儲量7323億t，居全國第一位。因此，本項目擬選擇無煙煤為原料。本廠的汽車運輸依靠社會運輸力量，不專門購置汽車車輛。用煤和焦炭制甲醇的工藝路線包括煤的氣化、氣體的脫硫、變換、脫碳、壓縮及甲醇合成與精制。兩塔精餾UGI高壓合成甲醇栲膠法脫硫CO部分變換煤Texco煤氣化 精甲醇低溫甲醇洗 栲膠法脫硫壓縮圖31 30kt/a粗甲醇總流程示意圖煤的氣化是以煤或煤焦為原料，與氣化劑（空氣、富氧空氣、工業(yè)純氧、水蒸氣、氫等）在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)將煤或煤焦中的有機物轉(zhuǎn)變?yōu)槊簹獾倪^程。煤炭氣化工藝及氣化爐設(shè)備可按壓力、氣化劑、供熱方式等分類，通常按爐內(nèi)煤料與氣化劑接觸方式區(qū)分，主要有固定床、流化床與氣流床3種主要形式。高溫?zé)捊乖现械牧?，在煉焦過程中約30～40%以氣態(tài)硫化物進入焦?fàn)t煤氣中。用固體原料、液體原料或氣體原料制造出的原料氣中，用煤和焦炭制得的合成甲醇原料氣中，氫與一氧化碳是合成甲醇的有效氣體，但氫與一氧化碳必須保持一定比例，～。流程：由氣化來的粗水煤氣經(jīng)氣液分離器分離掉氣體夾帶的水分后，進入氣體過濾器除去雜質(zhì)，然后分成兩股，一部分（約為53%）進入原料氣預(yù)熱器與變換氣換熱至305℃左右進入變換爐，與自身攜帶的水蒸汽在耐硫變換催化劑作用下進行變換反應(yīng)，出變換爐的高溫氣體經(jīng)蒸汽過熱器與甲醇合成及變換副產(chǎn)的中壓蒸汽換熱、過熱中壓蒸汽，自身溫度降低后在原料氣預(yù)熱器與進變換的粗水煤氣換熱，溫度約338℃進入中壓蒸汽發(fā)生器，溫度降至275℃之后，與另一部分未變換的粗水煤氣（約為47%）混合，一起進入低壓蒸汽發(fā)生器溫度降至182℃，然后進入脫鹽水加熱器、水冷卻器最終冷卻到42℃進入低溫甲醇洗吸收系統(tǒng)。低溫甲醇洗工藝是使用物理吸收法的酸性氣體凈化技術(shù)，使用冷甲醇作為酸性氣體吸收液，利用甲醇在60 ℃左右的低溫下對酸性氣體溶解度極大的特性，分段選擇性地吸收原料氣中的 H2S、CO2 及各種有機硫等雜質(zhì)，低溫甲醇洗工藝有林德和魯奇兩種，二者基本原理沒有根本區(qū)別，且技術(shù)都很成熟，只是在工藝流程設(shè)計、設(shè)備設(shè)計和工程實施上各有特點。NHD技術(shù)雖然對COH2S等均有較強的吸收能力，可將合成氣中CO2體積分數(shù)脫至 %以下，106，但對COS吸收能力差，需增加水解裝置，且脫硫和脫碳必須分開，使流程變得復(fù)雜，同時其溶劑昂貴，吸收能力比甲醇低，因此溶劑循環(huán)量大，操作費用較高，其優(yōu)點在于對設(shè)備無腐蝕，可采用碳鋼設(shè)備，整個工藝投資較少。壓縮機由一臺凝汽式蒸汽透平驅(qū)動。反應(yīng)過程中除生成甲醇外，還伴隨發(fā)生一系列副反應(yīng)，生成烴、醇、醚、醛、酸等眾多甲醇衍生物。在銅基催化劑上合成甲醇，～，對于合成氣中二氧化碳較高的情況，壓力的提高對提高反應(yīng)速度有比較明顯的效果。 理論合成新鮮氣成份應(yīng)滿足以下比值：氫碳比f=（H2CO2）/（CO+CO2）=，實際操作中氫碳比應(yīng)適當(dāng)增大，～，空速一般控制在8000～10000 h1左右。自從1923年第一次用這種方法合成甲醇成功后，差不多有50年的時間，世界上合成甲醇生產(chǎn)都沿用這種方法，僅在設(shè)計上有某些細節(jié)不同，例如甲醇合成塔內(nèi)移熱的方法有冷管型連續(xù)換熱式和冷激型多段換熱式兩大類，反應(yīng)氣體流動的方式有軸向和徑向或者二者兼有的混合型式，有副產(chǎn)蒸汽和不副產(chǎn)蒸汽的流程等。ICl法所用的合成塔為熱壁多段冷激式，每段催化劑層上部裝有菱形冷激氣分配器，使冷激氣均勻地進入催化劑層，用以調(diào)節(jié)塔內(nèi)溫度。由于低壓法操作壓力低，導(dǎo)致設(shè)備體積龐大，不利于甲醇生產(chǎn)的大型化。由于這種催化劑在較高壓力下也能維持較長壽命，從而使ICI公司有可能將原有的5MPa的合成壓力提高到l0MPa，所用合成塔與低壓法相同也是四段冷激式。將粗甲醇氣體送入精制塔精制，一般采用2～3個精餾塔，從后一個塔上部取出純甲醇，%。粗甲醇中雜質(zhì)種類較多，為了制備合格精甲醇產(chǎn)品，必須將雜質(zhì)除去。甲醇作為燃料使用時，也可采用原理更為簡單的一塔精餾。[9]粗甲醇入常壓的預(yù)精餾塔，塔頂采用兩級冷凝后的大部分甲醇、水及少量雜質(zhì)會留在液相作為回流返回塔，二甲醚等輕組分（初餾分）及少量的甲醇、水由塔頂逸出，塔底含水甲醇則由泵送至主精餾塔，主精餾塔操作壓力稍高于預(yù)精餾塔，塔頂?shù)玫骄状籍a(chǎn)品，塔底含微量甲醇的水送往水處理系統(tǒng)。③粗甲醇的雜質(zhì)。第五章 甲醇合成工序工藝計算甲醇合成工段流程簡圖如圖51所示。（2）計算實現(xiàn)合成氨產(chǎn)量計劃所需原料氣量①參加合成反應(yīng)的理論耗氣量根據(jù)反應(yīng)方程式：1189。=260kmol/h=②原料氣中惰性氣含量為其中。所以每小時精煉氣為：17472+5824+++++=⑤%；%；%則每小時需要G醇后氣為其中：CO：；CO2：；CH3OH：。⑤查表，壓力為10106Pa，在30℃時，每1t粗甲醇中溶解的反應(yīng)氣組分如表53。⑦%甲醇隨氣體帶入銅洗，帶走甲醇為25825Nm3/h%=。 （58）把G醇循環(huán)=+（58），得G醇出塔=，G醇循環(huán)=。表中，%，⑨%，誤差較小。根據(jù)表5表511得氨合成塔生產(chǎn)最終平衡，見表512。Cm入G入Tm出—進出合成塔氣體溫度，℃； Qri —各組分生成量，kmol/h；ΔH—反應(yīng)熱，kJ/kmol∑Qr=Qr1＋Qr2＋Qr3＋Qr4＋Qr5 （512）（2）全塔入熱計算查手冊，壓力為10106Pa時，根據(jù)表57甲醇合成塔入塔氣各組分量，算得甲醇合成塔入塔熱量如表514。假設(shè)T出塔=℃，即450K。表517 甲醇合成塔全塔熱平衡表熱量氣體顯熱反應(yīng)熱熱損失合計入塔熱，kJ/h出塔熱，kJ/h（1）熱平衡方程式 Q入口氣＋Q冷凝=Q出口氣＋Q液＋Q冷卻水 （513）式中：Q入口氣、Q出口氣—冷凝器進出口氣體顯熱，kJ/h；Q冷凝—出口溫度下氣體冷凝放熱，kJ/h；Q液 —出冷凝器液體帶熱，kJ/h；Q冷卻水 —冷卻水帶走的熱量，kJ/h。ΔHr （514）式中：G—冷凝液體流量，kg/hlΔHr—氣化熱，kJ/kg。③冷凝器出口氣體顯熱冷凝器出口氣體顯熱Q′出冷凝器=∑（G′FCp） （517）式中：G′′F—冷凝器出口液體各組分的摩爾流量；kmol/h；Cp—各液體組分的比熱容，J/（mol?℃）；于是，根據(jù)表517和表518，計算冷凝液體帶走熱量為表521。將燒堿配制成含NaOH2%～5%溶液連續(xù)補入預(yù)塔中。[11]（2）預(yù)塔全塔熱平衡計算①帶入熱量：見表62Q入熱=Q粗甲醇+Q軟水+Q低沸點物+Q回流液+Q加熱蒸汽 （61）于是Q入熱=++++Q加熱蒸汽=+ Q加熱蒸汽表62 預(yù)塔帶入熱量入熱項目粗甲醇軟水回流液主塔來低沸點物加熱蒸汽組分二甲醚甲醇水外補水堿液甲醇甲醇水流量kg/h溫度℃686868686363比熱容kJ/（kg?℃）熱焓kJ/kg熱量kJ/hQ加熱蒸汽②帶出熱量：見表63。Q出熱= Q二甲醚+Q初餾物+Q回流液+Q熱損失 （64） Q回流液=回流量甲醇比熱容溫度=65=Q初餾分=初餾分量甲醇比熱容溫度 =65 =Q二甲醚=輕餾分量（二甲醚比熱容溫度+二甲醚氣冷凝熱） =（65+） =Q熱損===于是Q出熱=（2）冷卻水用量物料帶入熱與物料帶出熱之差，所余熱量由水冷卻。計算時以100%甲醇計，占預(yù)塔進料量3%。主塔操作條件：塔頂溫度：67℃；塔底溫度：112℃；回流液溫度：65℃；進料溫度：86℃；成品精甲醇溫度：69℃。（1）主塔冷凝器冷卻水的用量①帶入熱：表67中回流液和低沸點物的熱量之和。G總= G1+G2+G3 （67） =++=③每t精甲醇用水量（G精甲醇）G精甲醇= G′1+G′2+G′3 =++ =第七章 冷凝器的設(shè)計已知條件：主塔塔頂冷凝器中回流液（甲醇），105kg/h，回流液溫度65℃→40℃，冷卻水溫度25℃→35℃?！妫┱扯圈蘌a[13]表72 主要參數(shù)外殼直徑273mm公稱壓力公稱面積管子尺寸φ192管子數(shù)65管長2000mm管中心距25mm管程數(shù)Np1管子排列方式正三角形管程流通面積實際換熱面積：S0=nπd0（）=65（）=采用此換熱面積的換熱器，則要求過程的總傳熱系數(shù)為：=W/（m218