【正文】 ...............................................................29 能量衡算結(jié)果總結(jié) .........................................................................................................29 主要設(shè)備計算與選型結(jié)果總結(jié) .......................................................................................29 參考文獻 ...................................................................................................................................30 致 謝 ...................................................................................................................................31 1 第一章 總 論 概述 甲醇性質(zhì) 甲醇俗稱木醇， 分子式 CH3OH。 synthesis gas。本論文進行了 20 萬 t/a 的煤制合成氣合成甲醇的設(shè)計。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 作者簽名： 日期： 導(dǎo)師簽名： 日期： 1 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。 作者簽名： 日期： 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 學(xué)位論文作者完全了解延安大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本科生在校攻讀學(xué)士學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬延安大學(xué)，學(xué)生公開發(fā)表需經(jīng)指導(dǎo)教師同意。 分類號： TQ54 單位代碼： 108 密 級： 一 般 學(xué) 號： 1080709014023 本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 題 目 : 20 萬噸 /年煤制甲醇工藝過程設(shè)計 延安大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。非保密論文注釋：本學(xué)位論文不屬于保密范圍，適用本授權(quán)書。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 1 20 萬噸 /年煤制甲醇工藝過程設(shè)計 摘 要： 甲醇是重要的有機化工產(chǎn)品與原料，替代燃料已成為一種必然趨勢，甲醇的需求大幅度上升。 關(guān)鍵詞： 煤炭氣化；合成氣；甲醇合成；工藝流程；物料衡算；熱量衡算 3 The Design of Process of 20xx00 Tons/Annum Methanol Abstract: Methanol was the anic chemical products and important raw materials. The demand of methanol was greatly increased due to alternative fuels has bee an inevitable trend. This paper is the design of process of 20xx00 t/a methanol synthesized by coal synthesis gas. Comparated to synthesis process of methanol, the gas flow bed was selected, the lowtemperature methanol wash process purification of synthesis gas, tubular averagetemperature reaction was utilized to synthesize methanol keeping in low pressure, the rectification craft of three towers was utilized to rectify methanol, and the process of the selection calculation of material balance, heat balance, technology demonstration and main equipment. In addition, the principle of the design in line with reducing the investment, fully utilize used heat, reducing energy consumption. Keywords: coal gasification。 material balance。化學(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溶劑，其溶解性能優(yōu)于乙醇 ，可用于調(diào)制油漆。 2 設(shè)計的目的和意義 我國是一個相對少氣、缺油、煤炭資源相對豐富的國家，充分利用資源優(yōu)勢，取得最大效益，是國家一直在努力 解決的問題。發(fā)展煤制甲醇，以煤代替石油，是國家能源安全的需要，也是化學(xué)工業(yè)高速發(fā)展的需求。 設(shè)計任務(wù) （ 1） 工藝方案的選擇及論證 （ 2） 工藝流程的設(shè)計 （ 3） 編制物料衡算、熱量衡算 （ 4） 主要設(shè)備計算與選型 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 。 固定床氣化 固定床氣化一般使用塊煤或煤焦為原料，篩分范圍為 6mm～ 50mm，煤或煤焦與氣化劑在爐內(nèi)進行逆向流動，固相原料由爐上部加入，氣化劑自氣化爐底部鼓入，含有殘?zhí)康幕以誀t底排出。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，治理較麻煩。（ 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。氣流床氣化具有 以下特點： （ 1）生產(chǎn)能力大 (2)采用 。 (6)氣化強度大。 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；對煤有一定要求，如要求灰分 13%，灰熔點 1300℃ ，含水量8%等，雖然具有氣流床煤氣化的共同優(yōu)點，仍是美中不足。 低溫甲醇洗技術(shù) 低溫甲醇洗工藝是采用物理吸收法的一種酸性氣體凈化工藝。其對 CO H2S 等均有較強的吸收能力，但對 COS 的吸收能力較弱。而且溶劑吸收能力大、循環(huán)量小、能耗省、價格便宜。但該工藝對 COS 吸收能力差，需增加水解裝置，而且脫硫和脫碳必須分開，從而使流程變得復(fù)雜。低溫甲醇洗在國內(nèi)具有 豐富的生產(chǎn)操作經(jīng)驗，除部分低溫材料需引進外，設(shè)備設(shè)計和制造等均可在國內(nèi)解決。 6 反應(yīng)器的選擇 目前國內(nèi)外使用的甲醇合成塔主要有冷激式合成塔、冷管式合成塔、水管式合成塔、固定管板列管式合成塔和多床內(nèi)換熱式合成塔。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內(nèi)外使用較多，具有豐富的管理和維修經(jīng)驗，技術(shù)也較容易得到；外加考慮到設(shè)計的是年產(chǎn) 20 萬噸的甲 醇合成塔塔的塔徑和管板的厚度不會很大，費用也不會很高，所以本設(shè)計采用了固定管板列管合成塔。通過操作條件的對比分析，可知使用銅基催化劑可大幅度節(jié)省投資費用和操作費用，降低成本。 采用 銅系 催化劑時，適宜的反應(yīng)溫度為 230~280℃ ；適宜的反應(yīng)壓力為~。本設(shè)計入塔壓力為，入塔溫度為 225℃ 。本設(shè)計空速定為 120xx h1. 合成甲醇原料氣 n（ H2） /n（ CO）的化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)的量之比為 2:1。所得產(chǎn)品除甲醇外，主要含有兩類雜質(zhì)：一類是溶于其中的氣體和易揮發(fā)的輕組分，如 H CO、 CO2 氣體，二甲醚、乙醛、丙酮和甲酸甲酯等；另一類是難揮發(fā)的重組分，如乙醇、高級醇和水分等。當對部分氣化所得的蒸汽進行部分冷凝時，因高沸點物易于冷凝，使冷凝液中高沸點物濃度較高，未冷凝氣中低沸點物的濃度較高。由于雙塔精餾和三塔精餾工藝完全能夠保證工業(yè)上對精甲醇質(zhì)量的要求，因此一般不必采用帶高錳酸鉀反應(yīng)的精餾工藝。來自合成工段含醇 90%的粗甲醇，經(jīng)減壓進入粗甲醇貯槽。該工藝具有流程簡單，運行穩(wěn)定，操作方便，一次投資少的特點。對企業(yè)的達標排放構(gòu)成了較大的威脅。脫除低沸點組分后，采用加壓精餾的方法，提高甲醇氣體分壓與沸點，減少甲醇的氣相揮發(fā)，從而提高了甲醇的收率。粗甲醇預(yù)熱器的熱量由精甲醇提供，也不需要外供熱量。而雙塔精餾技術(shù)僅在生 10 產(chǎn)規(guī)模低于 5 萬 t/ a 時具有一定得優(yōu)勢。隨著對甲醇精餾要求的不斷增加，新開發(fā)出的填料塔在精餾裝置中的使用，可以降低能耗，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。 生產(chǎn)工藝參數(shù) 預(yù)塔：入塔溫度 65℃ ，塔頂放空溫度 40℃ ，預(yù)精餾后甲醇比重維持在 ，預(yù)精餾后甲醇 pH 值宜控制在 8 ；加壓塔：塔底釜液壓強 ，溫度 125℃ ，塔頂氣體壓強 ，溫度 122℃ ，常壓塔：塔頂氣體壓強 ，溫度 67℃ 。煤粉通過濃相氣流 ( N2 或 CO2) 輸送到氣化爐頂部的燒嘴系統(tǒng)，粉煤流量通過入爐煤粉管線上流量計測量。反應(yīng)后的氣體與液態(tài)渣一起進入反應(yīng)室下部的激冷室，由噴射的高壓激冷水冷卻，液態(tài)渣在激冷室底部水浴中凝固成顆粒狀，定 期從排渣鎖斗中排入渣池，并通過撈渣機裝車運出，從激冷室出來的、達到飽和的粗合成氣輸送到下游的合成氣凈化單元。沉降槽上部的灰水與濾液一起送回激冷室作激冷水磨煤干燥 原料煤 干煤粉 儲倉 氮氣 泄壓 加壓 加料斗 輸送氣 N2 或 CO 爐渣 激冷室 氣化室 干煤粉 純氧 汽包 低壓蒸汽 氣體洗滌 粗合成氣 灰水處理 排渣系統(tǒng) 輸煤系統(tǒng) 氣化與激冷 12 使用。來自 H2S 吸收塔的甲醇液中含有 COH2S、石腦油等化合物，經(jīng)換熱后送至預(yù)洗閃蒸塔再生，含硫甲醇富液進入 H2S 閃蒸塔再生。工藝流程圖見下圖 。在分離器分出的氣體中含有大量未反應(yīng)的 CO 和 H2，為保持系統(tǒng)惰性氣體在一定范圍內(nèi)，部分氣體排出系統(tǒng)可做燃料用，其余氣體與新合成氣相混合，用循環(huán)壓縮機增壓后再進入甲醇合成塔。常壓精餾塔下部設(shè)雜醇油采出口，抽出含甲醇、水的異丁基油， 以保證低于水沸點的雜質(zhì) (主要是醇類 )分離出塔。三塔精餾工藝中甲醇的收率達 97%。則反應(yīng)（ 7）中二氧化碳生成了 kmol/h，即 。 通過計算可得調(diào)節(jié) CO 濃度后的變換氣組成： 表 18 調(diào)節(jié) CO 濃度后的變換氣組成 氣體 H 2 CO CO2 N2 Ar 組成 % % % % % 氣量 m3/h 氣體 NH3 CH4 H2S COS 組成 % % % % 氣量 m3/h 變換氣和調(diào)節(jié) CO 濃度的水解氣的確定 水解氣體積百分含量為： H2 %； CO %； CO2 %； N2 %； Ar %；NH3 %； CH4 %； H2S %； %。 脫硫過程中 Ar 也不變， 30%預(yù)變換氣中 Ar=%=，水解氣中 Ar 的百分率為 %，所以，水解氣氣量 =。 24 原料煤中 C