【正文】 .......12 甲醇合成工藝流程 .........................................................................................................12 甲醇精餾工藝流程 .........................................................................................................13 第四章 工藝計(jì)算 .......................................................................................................................15 物料衡算 .......................................................................................................................15 精餾工段 .............................................................................................................15 合 成工段 .............................................................................................................15 變換凈化工段 ......................................................................................................21 氣化工段 .............................................................................................................23 能量衡算 .......................................................................................................................24 煤發(fā)電量 .............................................................................................................24 合成塔的熱平衡計(jì)算 ............................................................................................24 第五章 主要設(shè)備的計(jì)算和選型 ..................................................................................................27 甲醇合成塔的設(shè)計(jì) .........................................................................................................27 氣化爐的選型 ................................................................................................................28 第六章 總 結(jié) ............................................................................................................................29 5 物料衡算結(jié)果總結(jié) .........................................................................................................29 能量衡算結(jié)果總結(jié) .........................................................................................................29 主要設(shè)備計(jì)算與選型結(jié)果總結(jié) .......................................................................................29 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................................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。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。 通過(guò)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(wèn)題的能力；還可以培 養(yǎng)創(chuàng)新精神，樹(shù)立良好的學(xué)術(shù)思想和工作作風(fēng)。爐內(nèi)溫度分布曲線在氧化層出現(xiàn)最高點(diǎn)，生成氣中含有可觀量的揮發(fā)氣。 氣流床氣化 將粉煤用氣化劑輸入爐中，以并流方式在高溫火焰中進(jìn)行反應(yīng)，其中部分灰分以熔渣方式分離出來(lái)，反應(yīng)可在所提供的空間連續(xù)地進(jìn)行，爐內(nèi)溫度很高。 (7)但投資相對(duì)較高，尤其是 Shell粉煤氣化。 通過(guò)比較可知道 20 萬(wàn)噸 /年煤制甲醇的煤氣化的應(yīng)該優(yōu)先考慮干粉煤氣化。 NHD 凈化可將 CO2 體積分?jǐn)?shù)脫至 ％以下， H2S 體積分?jǐn)?shù)小于 106。另外， 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(fèi)用較高。 冷激式合成塔碳轉(zhuǎn)化率和出塔甲醇濃度低，循環(huán)量大，能耗高，不能副產(chǎn)蒸汽 ，已基本淘汰：冷管式合成塔碳轉(zhuǎn)化率較高但僅能在出塔氣中副產(chǎn) 的低壓蒸汽，大型裝置中很少采用；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，較大地提高傳熱系數(shù)，更好地移走反應(yīng)熱，縮小傳熱面積，能多裝催化劑，同時(shí)可副產(chǎn) ~ 的中壓蒸汽，是大型化較理想的塔型，在國(guó)外 60 萬(wàn) t 以上大型裝置廣為采用；固定管板列管合成塔是一臺(tái)列管換熱器，催化劑在管內(nèi)，殼程是沸騰水，將反應(yīng)熱用于副產(chǎn) ~ 的中壓蒸汽，由于列管需用特種不銹鋼，因而造價(jià)最高；多床內(nèi)換熱式合成塔由大型氨合 成塔發(fā)展而來(lái)，目前氨合成塔均采用三床 (四床 ) 內(nèi)換熱式合成塔。隨著脫硫技術(shù)的發(fā)展，使用銅基催化劑己成為甲醇合成工業(yè)的主要方向，鋅基催化劑已于 80 年代中期淘汰。 合成甲醇反應(yīng)器中空速的大小將影響選擇性和轉(zhuǎn)化率，直接關(guān)系到生產(chǎn)能力和單位時(shí)間放熱量，首先甲醇合成塔內(nèi)的氣體空速必須滿足催化劑的使用要求， 國(guó)產(chǎn)銅基催化劑，一般要求氣體空速在 8000～ 20xx0h1 之間。由于甲醇作為有機(jī)化工的基礎(chǔ)原料，用它加工的產(chǎn)品種類很多，因此對(duì)甲醇的純度均有一定的要求，所以粗甲醇必須提純。下面就甲醇生產(chǎn)的最終工序粗甲醇的雙塔精餾和三塔精餾進(jìn)行剖析和比較。該工藝適合于原料粗甲醇中二甲醚等輕組分、還原性雜質(zhì)量較低的粗甲醇加工。作為一般要求的精甲 醇經(jīng)加壓精餾塔后就可以達(dá)到合格的質(zhì)量。本設(shè)計(jì)中甲醇產(chǎn)量為 20 萬(wàn) t/a，遠(yuǎn)大于 5 萬(wàn) t/a，綜合考慮各項(xiàng)因素，所以設(shè)計(jì)采用三塔精餾工藝。 11 第三章 工藝流程 干煤粉氣流床氣化工藝流程 干煤粉氣流床氣化技術(shù)是采用干粉進(jìn)料、純氧氣化、液態(tài)排渣、粗合成氣激冷工藝流程 的氣化技術(shù)。 氣體洗滌系統(tǒng)包括文丘里洗滌器、一級(jí)部分冷凝器和汽水分離器；凈化后的合成氣輸送到下游。廢水經(jīng)熱回收后排往生化處理裝置。 1—透平循環(huán)壓縮機(jī) 2—熱交換器 3—鍋爐水預(yù)熱器 4—水冷卻器 5—甲醇合成塔 6—汽包 7—甲醇分離器 8—粗甲醇儲(chǔ)槽 圖 5 甲醇合成工藝流程圖 甲醇精餾工藝 流程 圖 6 三塔精餾工藝流程 14 由合成單元送來(lái)的粗甲醇經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入預(yù)精餾塔，溶解在粗甲醇中的低沸點(diǎn)雜質(zhì)在預(yù)精餾塔塔頂精餾出并送入燃料管網(wǎng)；從預(yù)精餾塔塔底來(lái)的物料經(jīng)泵加壓后，送人加壓精餾塔。則入預(yù)精餾塔的粗甲醇中甲醇量 / =。 變換氣體積百分含量為： H2 %； CO %； CO2 %； N2 %； Ar %； 22 NH3 %； CH4 %； H2S %； COS %。 原料煤用量 =（ 12） /=每噸精甲醇用煤量 =（原煤） /t（精甲醇） 其中 = 煤用于合成甲醇； 煤用于發(fā)電。 原料煤選用的是銅川煤，煤的元素分析為 /%： C ； H ； S（可燃） ； S（不燃） ； O ； N ； Cl/（ mg/kg） 229； F/（ mg/kg） 104； Na/（ mgkg） 2180；K/（ mg/kg） 292。 表 17 分離器出口氣體組成 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 % % % % % % % 氣 m3/h 10128 量 kmol/h 21 變換凈化工段 脫硫脫碳脫硫脫碳水解脫硫變換預(yù)變換 1 水煤氣 ； 2 預(yù)變換氣； 3 變換氣； 4 調(diào)節(jié) CO 濃度后的變換氣； 5 水解氣； 6 發(fā)電水解氣； 7 調(diào)節(jié)變換氣 CO 濃度的水解氣； 8 新鮮氣； 9 燃?xì)獍l(fā)電氣 圖 7 變換凈化物料流程 調(diào)節(jié) CO 濃度后的變換氣的確定 調(diào)節(jié) CO 濃度后的變換氣在脫硫脫碳過(guò)程中， N2 + Ar 量基本保持不變，變換氣中N2 + Ar 的百分比為 %，已知新鮮氣中 N2 + Ar 的氣量為 +，則可以算得調(diào)節(jié) CO 濃度后的變換氣為：（ +） /%=調(diào)節(jié) CO 濃度后的變換氣的百分比為： H2 %； CO %； CO2 %； N2 %； Ar %； CH4 %； NH3 %； H2S %； COS %。 通過(guò)三塔高效精餾工藝，精甲醇的純度可達(dá)到 %，符合精甲醇國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。粗甲醇進(jìn)入輕餾分閃蒸塔，壓力降至 左右，塔頂脫出輕餾分氣體，塔底粗甲醇送去精制。甲醇富液到 CO2 閃蒸塔閃蒸再生。然后在高溫（ 1 400~1 600℃ ） 、高壓（ 4. 0 MPa） 下瞬間完成氣化反應(yīng)（約 10s）。 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。隨著三塔精餾生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，能耗還有進(jìn)一步下降 的空間。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。從塔頂或側(cè)線采出 ,經(jīng)精餾甲醇冷卻器冷卻至常溫后，就可得到純度在 %以上的符合國(guó)家指標(biāo)的精甲醇產(chǎn)品。帶有高錳酸鉀反應(yīng)的精餾工藝需要對(duì)粗 甲醇中的還原性物質(zhì)進(jìn)行處理后再精餾，工藝復(fù)雜，該工藝主要用于對(duì)甲醇質(zhì)量要求相當(dāng)嚴(yán)格的場(chǎng)合。 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)。否則易使催化劑溫升過(guò)高，不僅影響反應(yīng)速率，且會(huì)增大副反應(yīng)，甚至導(dǎo)致催化劑因過(guò)熱溶結(jié)而活性下降。操作的適宜溫度為 230～ 280℃ ，壓力為 5～ 15MPa(一般壽命為 2～ 3 年 )。 合成甲醇工藝的選擇 合成甲醇工藝中最重要的工序是甲醇的合成，其關(guān)鍵技術(shù)是合成甲醇催化劑和反應(yīng)器。 NHD 技術(shù)雖然對(duì) CO H2S 等均有較強(qiáng)的吸收能力，可將合成氣中 CO2 體積分?jǐn)?shù)脫至 ％以下， H2S 體積分?jǐn)?shù)小于 106。 5 NHD 技術(shù) NHD 法是南化集團(tuán)研究院和天辰化學(xué)工程公司等單位聯(lián)合開(kāi)發(fā)成功的新技術(shù)，屬于物理吸收凈化技術(shù)。 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 。 (5)碳轉(zhuǎn)化率高，均大于 90%，能耗低。（ 2）對(duì)煤的氣化活性要求高，僅適合于氣化褐煤和高活性的煙煤。 煤 氣化技術(shù)路線的選擇 煤氣化按氣化反應(yīng)器的形式，氣化工藝可分為固定床、流化床、氣流床三種。大力發(fā)展煤化工，合理開(kāi)發(fā)利用煤炭資源已成