【正文】 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(lái)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，同時(shí)冷凝器殼程產(chǎn)生 （ G）的低壓蒸汽。 來(lái)自脫硫工段的脫硫氣（溫度 ℃、壓力 (A)、 CO 34%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(lái)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。 由第一水分離器（ V2021）、第四水分離器（ V2021）分離出的高溫冷凝液和來(lái)自氨吸收制冷、脫硫系統(tǒng)的冷凝液進(jìn)入冷凝液閃蒸槽（ V2021），閃蒸出的閃蒸氣進(jìn)入冷凝液汽提塔（ T2021），冷凝液由閃蒸槽底部排出直接送至氣化工段。 該塔傳質(zhì)效率高，傳質(zhì)空間利用率好 ，處理能力大，操作彈性大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，投資小，板液面梯度小，液面橫向混合好無(wú)流動(dòng)傳質(zhì)死區(qū)。而雙塔精餾技術(shù)僅在生產(chǎn)規(guī)模低于 5 萬(wàn) t/ a 時(shí)具有一定得優(yōu)勢(shì)。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。雙塔精餾工藝流程見(jiàn)下圖。所以粗甲醇必須提純。 （ 3） 氣體組成 : 對(duì)于甲醇合成原料氣， 即 合成工序的新鮮氣，應(yīng)維持 f=（ H2CO2） /(CO+CO2)=～,并保持一定的 CO2。 50%負(fù)荷下 ， C 型催化劑 CO2加入量最高不超過(guò) 670kg/h， 而 XCN98 型催化劑則最高可達(dá) 900kg/h。 XNC98 甲醇 合成 催化劑 簡(jiǎn)介 ： XNC98 型催化劑是四川天一科技股份有限公司研制和開(kāi)發(fā)的新 產(chǎn)品。日前各工程公司的氨合成塔均采用二床 (四床 )內(nèi)換熱式合成塔。這種塔型碳轉(zhuǎn)化率較高但僅能在出塔氣中副產(chǎn) 0. 4MPa 的低壓蒸汽。甲醇合成工藝中 最重要的工序是甲醇的合成，其 關(guān)鍵技術(shù)是合成甲醇催化劑的和反應(yīng)器，設(shè)計(jì)采用用的是低壓合成工藝。 (4)溶劑對(duì)碳鋼等金屬材料無(wú)腐蝕性 。該工藝的簡(jiǎn)單流程為：氣化工段來(lái)的水煤氣首先進(jìn)入預(yù)變換爐，出爐后分為兩部分：一部分進(jìn)入另一變換爐，變換后經(jīng)過(guò)多次換熱和氣液分離后去了脫硫系統(tǒng)；另一部分先進(jìn)入有機(jī)硫水解槽脫硫，出來(lái)后氣體又分為兩部分，部分去調(diào)節(jié)變換爐出口 CO含量，部分去發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電。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。 (6)但投 資 相對(duì)較高 ，尤其是 Shell 粉煤氣化 。 在大型煤制甲醇的裝置中，固定床的優(yōu)點(diǎn)是投資 低 ，可是它有很多不足： （ 1）對(duì)原料煤的黏結(jié)性有一定有一定要求：（ 2） 氣化強(qiáng)度低 ：（ 3）環(huán)境污染負(fù)荷大，治理較麻煩。 合成車間：包括壓縮、甲醇合成 。 設(shè)計(jì)的目的和意義 由于我國(guó)石油資源短缺 ，能源 安全已經(jīng)成為不可回避的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題 ，尋求替代能源已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵。 1971 年德國(guó)的 Lurgi 公司相繼開(kāi)發(fā)了適用于天然氣－渣油為原料的低壓法工藝。蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限 ％ ～ ﹪（體積比）。年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì) 1 X X 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書 題 目： 年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì) 學(xué) 號(hào)： XXXX 姓 名： XXXX 年 級(jí)： XXXX 學(xué) 院： 材料與化工學(xué)院 系 別： 材料系 專 業(yè)： XX 指導(dǎo)教師： XXXXXXX 完成日期： XXXXXXXXXX 年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì) 1 摘要 甲醇是一種極重要的有機(jī)化工原料，也是一種燃料，是碳一化學(xué)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位 。 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) 。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(guó)外新建裝置大多采用低壓法工藝。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。 精餾車間：甲醇精餾和 甲醇貯罐區(qū) 。 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。 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 . 從流程分，可分為冷激式流程和廢熱鍋爐 流程 。對(duì)煤的灰熔點(diǎn)的適用范圍比其他氣化工藝更寬，即使是高水份、高灰分、高硫含量和高灰熔點(diǎn)的煤種也能使用。 工藝條件的確定 ： （ 1） 溫度 變換反應(yīng)是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，對(duì)應(yīng)于一定的組成和一個(gè)最佳溫度。 (6)溶劑本身不起泡 。 甲醇合成塔的選擇 「 8」「 9」 甲醇合成反應(yīng)器實(shí)際是甲醇合成系統(tǒng)中最重要的設(shè)備。日前大型裝置很少使用。針對(duì)甲醇合成的特點(diǎn)采用四床（或五床 )內(nèi)換熱式合成塔。 目前已在國(guó)內(nèi) 20 多套大、中、小型工業(yè)甲醇裝置上使用 ,運(yùn)行情況良好。 75%負(fù)荷時(shí) ， 使用 XCN98 型催化劑 ， 當(dāng)入塔氣中 CO2組分體積分?jǐn)?shù)高達(dá) 5%時(shí) ， 生產(chǎn)運(yùn)行情況仍良好 ， 收率和物耗都較低 ， 催化劑仍能保持較高的活性 ， 產(chǎn)品質(zhì)量符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要 求。 由于新鮮氣中 （ H2CO2） /(CO+CO2)略大于 2，而反應(yīng)過(guò)程中氫與一氧化碳、二氧化碳的化學(xué)計(jì)量比分別為 2:1和 3:1，因此循環(huán)氣中（ H2CO2） /(CO+CO2)遠(yuǎn)大于 2。 精餾 原理 精餾是將沸點(diǎn)不同的組分所組成的混合液，在精餾塔中，同時(shí)多次部分氣化和 多次 部分冷凝，使其分離成純態(tài)組分的過(guò)程。來(lái)自合成工段含醇 90%的粗甲醇，經(jīng)減壓進(jìn)入粗甲醇貯槽。粗甲醇預(yù)熱器的熱量由精甲醇提供 ， 也不需要外供熱量。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。 綜合比較上面四種塔，可以知道填料塔和新型垂直篩板性質(zhì)更加優(yōu)越，同時(shí)考慮到新型垂直篩板是一種新型塔，目前使用很少，技術(shù)難得，而填料塔使用較普遍，技術(shù)非常成熟，所以設(shè)計(jì)選用了填料塔。 由第三水分離器（ V2021）、第七水分離 器（ V2021）分離出的冷凝液進(jìn)入冷凝液汽提塔的上部，由第二水分離器（ V2021）、第五水分離器（ V2021）、第六水分離器（ V2021）分離出的冷凝液進(jìn)入冷凝液汽提塔的中部，汽提塔采用垂直篩板塔，冷凝液閃蒸槽閃蒸出的閃蒸氣（ 156℃， ）進(jìn)入冷凝液汽提塔的底部，低壓蒸汽進(jìn)入塔的底部進(jìn)行汽提冷凝液，塔的操作壓力為 ～ (A)。從下 塔頂出來(lái)的凈化氣（ CO24%(V)、溫度 ℃）直接進(jìn)入脫碳塔上塔底部與從脫硫工段過(guò)來(lái)的被氨冷器 I（ E4002）冷卻至 0℃的 NHD 貧液逆相接年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì) 30 觸，從上塔頂出來(lái)的凈化氣（ CO2約 2～ 3%(V)、 COS 和 H2S5ppm、溫度 ℃），經(jīng)凈化氣分離器（ V4002）除去少量霧沫夾帶的 NHD 后，進(jìn)入氣 氣換熱器（ E4001A），溫度升至 30℃，壓力 (A)，然后將凈化氣送去精脫硫。三級(jí)冷凝器（ E6007）出口氣體進(jìn)入尾氣分液罐（ V6005）進(jìn)一步分離出氣體中夾帶的 液硫，從尾氣分液罐（ V6005）頂部出來(lái)的就是Claus 尾氣。其中主要反應(yīng)： 2H2S + SO2 → 3/2 S 2 + 2H2O + Q 反應(yīng)后的氣體進(jìn)入二級(jí)冷凝器（ E6006），冷卻到 150℃分離出液硫，同時(shí)冷凝器殼程年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì) 32 產(chǎn)生 （ G）的低壓蒸汽。 出再生塔（ T3003） 填料段的再生氣經(jīng)塔上部的旋流板，用塔頂回流的 40℃的冷凝液洗滌冷卻到 106℃左右進(jìn)入酸性氣水冷器（ E3006）冷卻到 40℃，經(jīng)酸性氣分離器（ V3005）分離掉酸性氣中夾帶水分，使酸性氣中含 H2S25%，進(jìn)入硫回收工段。 來(lái)自脫硫系統(tǒng)的發(fā)電煤氣，溫度 80℃，壓力 ，進(jìn)入發(fā)電氣加熱器（ E2021），溫度升至 230℃，然后去發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電用。 （ 4）新型垂直篩板 新型垂直篩板的傳質(zhì)單元，是 由塔板開(kāi)有升氣孔及罩于其上的帽罩組成。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。如作為特殊需要，則再經(jīng)過(guò)常壓精餾塔的進(jìn)一步提純。 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)。甲醇的純度直接影響下游產(chǎn)品的質(zhì)量、 消耗 、安全生產(chǎn)及生產(chǎn)過(guò)程中所用的催化劑的壽命。設(shè)采用的是 低 壓法（入塔壓強(qiáng)為 ）合成甲醇。 (5)可適用于含高濃度 CO2的合成氣。制備工藝合理，使該年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì) 18 催化劑的活性、選擇性、使用壽命和機(jī)械強(qiáng)度均達(dá)到國(guó)外同類催化劑的先進(jìn)水平 ， 并且價(jià)格較低。 （ 5）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(lái)。如 1984年 ICI公司提出的逆流式冷管型及 1993年提出的并流冷管 TCC型合成塔和國(guó)內(nèi)林達(dá)公司的 U形冷管型。 年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì) 15 合成甲醇工藝 的選擇 甲醇合成的典型工藝主要是： 低壓工藝（ ICI 低壓 工藝、 Lurgi 低壓 工藝 ） 、中壓工藝、高壓工藝。 (3)溶劑不氧化、不降解，有良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性 。設(shè)計(jì)中的變換工藝是一種全新的設(shè)計(jì)，該工藝采用的是部分氣變換。 GSP 氣化技術(shù)的主要特點(diǎn)如下 ［ 6］ ： (1)采用干粉煤 (水份含量 2%)作為氣化原料，根據(jù)后續(xù)化工產(chǎn)品的要求，煤粉可用年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì) 12 氮?dú)饣蛞谎趸驾斔?，故操作十分安全? (5)氣化強(qiáng)度大 。 移動(dòng)床氣化，是目前世界上用于生產(chǎn)合成氣的主要方法之一。 凈化車間：包括脫硫（常壓粗煤氣脫硫、變換氣脫硫）、一氧化碳變換、脫二氧化碳及精脫硫。對(duì)于我國(guó)，從資源背景看，煤炭?jī)?chǔ)量遠(yuǎn)大于石油、天然氣儲(chǔ)量，隨著石油資源緊缺、油價(jià)上漲，因此在大年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì) 7 力發(fā)展煤炭潔凈利用技術(shù)的背景下，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)煤是我國(guó)甲醇生產(chǎn)最重要的原料 ［ 4］ 。 1966 年英國(guó) ICI 公司開(kāi)發(fā)了低壓法工藝，接著又開(kāi)發(fā)了中壓法工藝。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮類和大多數(shù)其他有機(jī)溶劑混溶。近年來(lái)，隨著甲醇下屬產(chǎn)品的開(kāi)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。 甲醇用途 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 。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］ 。煤在世界化石能源儲(chǔ)量中占有很大比重（我國(guó)情況更是如此），而且煤制甲醇的合成技術(shù)很成熟。 動(dòng)力車間：包括全廠供排水、鍋爐供熱、軟水脫鹽水、供電。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。 前者在煤氣離開(kāi)氣化爐后用激冷水直接冷卻，它適合于制造氨氣或氫氣。 (2)氣化溫度高，一般在 1450～ 1600℃ ，煤氣中甲烷體積分?jǐn)?shù)小于 %， (CO+H2)體積分?jǐn)?shù)高達(dá) 90%以上。為了讓反應(yīng)年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì) 13 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。 (6)具有選擇性吸收 H2S 的特性，并且可以吸收 COS 等有機(jī)硫 。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(guò)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(wú)滲漏；催化劑裝御方便；制造安裝及維修容易。 （ 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。各床層是絕熱反應(yīng)，在 各床出口將熱量移走。它是一種高活性、高選擇性的新催化劑。 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(guó)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 。合成塔中氫氣過(guò)量，對(duì)減少副反 應(yīng)是有利的。其分離的原理如下： 對(duì)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，并將氣年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì) 21 相與液相分離。經(jīng)粗甲醇預(yù)熱器加熱到 45℃后進(jìn)入預(yù)精餾塔。因此 .該工藝技術(shù)生產(chǎn)能力大 ，節(jié)能效果顯著，特別適合較大規(guī)模的精甲醇生產(chǎn)。 精餾塔的選擇 精餾塔市粗甲醇精餾工序