【正文】 入塔熱量 kJ/（ ） 入塔熱量合計為 （ ） 所以 ∑Q1==（ 3）塔內(nèi)反應(yīng)熱的計算 忽略甲醇合成塔中的反應(yīng) (2)生成的熱量，按反應(yīng) (1) (3) (4) (5) (6) (7)生成的熱量如下表 : 表 24 甲醇合 成塔內(nèi)反應(yīng)熱 氣體 CH3OH ( CH3 )2O C4H9OH C8H18 CH4 CO 生成熱 kJ/mol － 生成量 kmol /h 反應(yīng)熱 kJ/h － 反應(yīng)熱合計 = kJ/h （ 4）塔出口氣體總熱量計算 表 25 甲醇合成塔出塔氣體組分熱容和熱量 氣體 H 2 CO CO2 N2 Ar CH3OH 熱容 kJ/() 氣量 kmol/h 出塔熱量 kJ/() 氣體 CH4 （ CH3） 2O C4H9OH C18H18 H2O 合計 熱容 氣量 kmol/h 出塔熱量 kJ/() 出塔氣體溫度 255℃ 即 Q2==（ 5）全塔熱量損失的確定 全塔熱損失為 4%,即 Q3=(∑Q1 + ∑Qr)4%=(+) 26 4%=（ 6）沸騰水吸收熱量的確定 由公式 (1)可得 Q=∑Q1+∑Qr∑Q2∑Q3 =+=表 26 全塔熱平衡表 氣體 氣體顯熱 反應(yīng)熱 損失熱 蒸汽吸收熱 合計 入塔氣體 kJ/h 。由反應(yīng)（ 3）、（ 4）、（ 5）、（ 6）得出反應(yīng)（ 2）、（ 7）生成的水分為； － － － 3－ 8 = kmol/h 由 于合成反應(yīng)中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要發(fā)生逆變反應(yīng)生成一氧化碳，且入塔氣中二氧化碳的含量一般不超過 5%，所以計算中忽略反應(yīng)（ 2）。 H2S 富氣進入硫回收裝置。 圖 3 氣化工藝流程 經(jīng)研磨的干燥 粉煤由低壓氮氣送到煤的加壓進料系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括常壓儲倉、變壓鎖斗和密相氣流床加料斗。生產(chǎn)中加壓塔和常壓塔同時采出精甲醇，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下圖。空速的選擇需要根據(jù)每一種催化劑的特性，在一個相對較小的范圍內(nèi)變化。 綜上所述和借鑒大型甲醇合成企業(yè)的經(jīng)驗，（大型裝置不宜選用激冷式和冷管式），設(shè)計選用固定管板列管合成塔。 低溫甲醇洗與 NHD 工藝的比較 低溫甲醇洗工 藝技術(shù)成熟可靠、能耗較低、氣體凈化度高，可將合成氣中的 CO2體積分數(shù)脫至 105 以下， H2S 體積分數(shù)小于 1． 0107。本設(shè)計采用氣流床氣化。 固定床氣化，是目前世界上用于生產(chǎn)合成氣的主要方法之一。以甲醇為原料還可以合成人造蛋白，是很好的禽畜飼料。此外本論文以減少投資為原則，充分利用廢熱，降低能源消耗。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、 縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。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。首先將原料煤氣化為合成氣；然后通過變換和脫硫脫碳工藝將合成氣轉(zhuǎn)化為滿足甲醇合成條件的原料氣；第三步就是甲醇的合成，將原料氣加壓加溫到一定條件后輸入等溫反應(yīng)器，在催化劑的作用下合成甲醇，生成的粗甲醇送入精餾塔精餾，得到精甲醇。 (4)氣化壓力可達 ～ ， 可大大節(jié)省合成氣的壓縮功。 國內(nèi)已有多套大型酸性氣體凈 化裝置采用了低溫甲醇洗工藝，有的裝置已運行近20 年，在設(shè)計、施工、安裝、操作等方面都積累了豐富的經(jīng)驗。本設(shè)計采用低溫甲醇法。由于合成甲醇是強放熱反應(yīng)，需及時移出反應(yīng)熱。 8 精餾工藝的選擇 目前，國內(nèi)甲醇精餾工藝主要分為雙塔精餾工藝、帶有高錳酸鉀反應(yīng)的精餾工藝和三塔精餾工藝。預(yù)精餾塔后的冷凝器采用一級冷凝，用以脫除二甲醚等低沸點的雜質(zhì)，控制冷凝器氣體出口溫度在一定范圍內(nèi)。在實際的使用當中，傳熱效率高，而且維護和檢修都非常的方便，與傳統(tǒng)的板式塔相比，整體的高度降低了三分之一，但是設(shè)備的成本比較高。預(yù)洗后的粗煤氣進入 H2S 吸收塔，脫除粗煤氣中的 H2S 和 COS 等硫化物，進入 CO2 吸收塔底部洗滌，除去煤氣中大部分 CO2 和微量的 H2S 和 COS 等硫化物，使氣體中總硫 ≤107，送入變壓吸附裝置。 15 第四章 工藝計算 物料衡算 精餾工段 本設(shè)計為年產(chǎn)精甲醇 20 萬噸，扣除檢修時間后按 330 天，采用連續(xù)操作，則產(chǎn)量為 20xx00/（ 33024） =。 在預(yù)變換爐中 CO 的轉(zhuǎn)化率為 %，設(shè)水煤氣氣量為 y，由水煤氣和預(yù)變換氣的組成，可得式； y%（ %） = 解得 y=，即水煤氣氣量為 算的水煤氣組成如下表： 表 22 水煤氣組成 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 氣化工段 原料煤用量的確定 水煤氣中 C 元素的量 =（ +++） /= kmol/h 。 假設(shè)變換氣氣量為 x，調(diào)節(jié) CO 濃度的水解氣氣量為 y， x+y=調(diào)節(jié) CO 濃度后的變換氣氣量， 即 x+y= （ 1） 再由 CO 的守衡可得式： 6%x+%y= （ 2） 聯(lián)合（ 1）（ 2）可算 得： x=； y=所以變換 氣氣量為 ，調(diào)節(jié) CO 濃度的水解氣氣量為 。加壓精餾塔塔頂為 ％ (體積分數(shù) )以上的甲醇蒸氣，冷凝后的甲醇進入回流槽 ，一部分作為精甲醇產(chǎn)品送到精甲醇混合罐，另一部分返回加壓精餾塔塔頂作為回流。 系統(tǒng)產(chǎn)生的灰水經(jīng)減壓后送人閃蒸罐去除灰水中的氣體成分，閃蒸罐內(nèi)的灰水則送入沉降槽，加入少量絮凝劑以加速灰水中細渣的絮凝沉降。 精餾塔的選擇 甲醇精餾的工序關(guān)乎到產(chǎn)品的質(zhì)量、能源消耗等問題，而精餾塔是精餾中的重要設(shè)備。 水甲醇 1 預(yù)精餾塔； 2 主精餾塔 圖 1 甲醇雙塔工藝流程 三塔精餾工藝 近年來，許多企業(yè)原有甲醇雙 塔精餾裝置己不能滿足企業(yè)的需要。 精餾原理 甲醇精餾是多個簡 單蒸餾的組合。因此本設(shè)計采用銅系催化劑。該法的優(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。設(shè)計采用的是干粉氣流床。所產(chǎn)生的煤氣和熔渣在接近爐溫的條件下排除，煤氣中不含焦油等物質(zhì)，部分灰分結(jié)合未反應(yīng)的燃料可能被產(chǎn)生的煤氣所攜帶出來。通過完成設(shè)計，基本掌握煤制甲醇的生產(chǎn)工藝，以及甲醇工業(yè)的發(fā)展趨勢。是一種無色、透明、易燃、有毒、易揮發(fā)的液體，略帶酒精味。除了文中 特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 保密論文注釋：本學(xué)位論文屬于保密范圍，在 2 年解密后適用本授權(quán)書。 process flow。大力發(fā)展煤化工，合理開發(fā)利用煤炭資源已成共識。（ 2）對煤的氣化活性要求高，僅適合于氣化褐煤和高活性的煙煤。 水煤漿氣流床： 水煤漿氣化技術(shù)的特點是煤漿帶 35%~40%水入爐，因此氧耗比干粉煤氣化約高20%；爐襯是耐火磚，沖刷嚴重，每年要更換一次 。 NHD 技術(shù)雖然對 CO H2S 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， H2S 體積分數(shù)小于 106。操作的適宜溫度為 230～ 280℃ ，壓力為 5～ 15MPa(一般壽命為 2～ 3 年 )。 粗甲醇的精餾 在甲醇合成時，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，還伴隨著一系列的副反應(yīng)。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 %以上的符合國家指標的精甲醇產(chǎn)品。隨著三塔精餾生產(chǎn)規(guī)模的擴大，能耗還有進一步下降 的空間。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）。粗甲醇進入輕餾分閃蒸塔，壓力降至 左右，塔頂脫出輕餾分氣體，塔底粗甲醇送去精制。 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 燃氣發(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 %。 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。則入預(yù)精餾塔的粗甲醇中甲醇量 / =。廢水經(jīng)熱回收后排往生化處理裝置。 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)。作為一般要求的精甲 醇經(jīng)加壓精餾塔后就可以達到合格的質(zhì)量。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行剖析和比較。 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， 國產(chǎn)銅基催化劑，一般要求氣體空速在 8000～ 20xx0h1 之間。 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，同時可副產(chǎn) ~ 的中壓蒸汽，是大型化較理想的塔型，在國外 60 萬 t 以上大型裝置廣為采用；固定管板列管合成塔是一臺列管換熱器，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，因而造價最高；多床內(nèi)換熱式合成塔由大型氨合 成塔發(fā)展而來，目前氨合成塔均采用三床 (四床 ) 內(nèi)換熱式合成塔。 NHD 凈化可將 CO2 體積分數(shù)脫至 ％以下， H2S 體積分數(shù)小于 106。 (7)但投資相對較高，尤其是 Shell粉煤氣化。爐內(nèi)溫度分布曲線在氧化層出現(xiàn)最高點，生成氣中含有可觀量的揮發(fā)氣。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。本論文進行了 20 萬 t/a 的煤制合成氣合成甲醇的設(shè)計。 分類號： TQ54