【文章內容簡介】 反應器選擇德士古煤氣化爐，采用 水煤漿氣化激冷流程 。煤先在球磨機中加水磨成高濃度水煤漿，貯存于煤漿槽中。水煤漿濃度約為 70%，加入添加劑以控制水煤漿粘度，提高其穩(wěn)定性，加入堿液及助溶劑，以調節(jié)煤漿的 pH值和灰渣的流動度。 水煤漿通過煤漿泵加壓后與高壓氧氣一起通過燒嘴進入氣化爐，在壓力為 、溫度為 1300～ 1500℃ 下進行氣化反應。氧與煤漿的比例是氣化反應的重要因素，通過調節(jié)給料煤漿與氧氣的比例控制反應溫度高于煤的灰熔點。離開反應室的高溫氣體在激冷器中用水激冷，激 冷水由碳洗滌塔引入，氣體被水蒸氣飽和，同時將反應中產生的大部分煤灰和少量未反應的碳以灰渣形式除去。根據灰渣粒度大小分為粒渣和細渣兩種，粒渣在激冷器中沉積，通過灰渣鎖斗定期與水一同排入灰渣收集槽，細渣以灰水形式連續(xù)排出。 離開激冷器的粗煤氣通過文丘里洗滌器和洗滌塔除去灰塵和冷卻后去 CO變換工序，所得水煤氣的組成為： CO44%～ 51%， CO213%～ 18%， H235%～ 36%， %， %，硫化物%。 德士古煤氣化工藝流程示意圖如下圖。 第二章 工藝概述 8 凈化工段 由于水煤漿氣化工序 制得粗煤氣的水汽比高達 CO變換不需加入其他水蒸氣，故先進行部分耐硫變換，將 CO 轉化為 CO2，變換氣與未變換氣匯合進入低溫甲醇洗工序，脫除 H2S 和過量的 CO2，最終達到合適的碳氫比，得到合成甲醇的新鮮氣 [4]。 CO 反應式： 2 2 2C O +H O =C O +H 2. 合成工段 經過凈化的原料氣，經預熱加壓，于 5 Mpa、 220 ℃ 下，從上到下進入 Lurgi 反應器，在銅基催化劑的作用下發(fā)生反應，出口溫度為 250 ℃ 左右，甲醇 7%左右，因此，原料 氣必須循環(huán) 。 甲醇的合成是可逆放熱反應，為使反應達到較高的轉化率，應迅速移走反應熱，本設計采用 Lurgi 管殼式反應器，管程走反應氣，殼程走 4MPa 的沸騰水 。 甲醇合成的工藝流程 ： 第二章 工藝概述 9 這個流程是德國 Lurgi 公司開發(fā)的甲醇合成工藝，流程采用管殼式反應器，催化劑裝在管內，反應熱由管間沸騰水放走，并副產高壓蒸汽，甲醇合成原料在離心式透平壓縮機內加壓到 MPa (以 1： 5 的比例混合 ) 循環(huán)，混合氣體在進反應器前先與反應后氣體換熱，升溫到 220 ℃ 左右，然后進入管殼式反應器反應，反應熱傳給殼程中的水，產生的蒸 汽進入汽包，出塔氣溫度約為 250 ℃ ，含甲醇 7%左右，經過換熱冷卻到 40 ℃ ，冷凝的粗甲醇經分離器分離。分離粗甲醇后的氣體適當放空，控制系統(tǒng)中的惰性氣體含量。這部分空氣作為燃料，大部分氣體進入透平壓縮機加壓返回合成塔，合成塔副產的蒸汽及外部補充的高壓蒸汽一起進入過熱器加熱到 50 ℃ ，帶動透平壓縮機，透平后的低壓蒸汽作為甲醇精餾工段所需熱源。 合成主反應： OHCHHCO 322 ?? 主要副反應： OHOHCHHCO 2322 3 ??? 3. 精餾工段 精餾工段工藝流程圖如下圖所示。 第二章 工藝概述 10 本設計采用三塔精餾工藝流程。此流程采用了有效的精餾方法，從粗甲醇中分離出水、乙醇和其它有機雜質，得到的高純度精甲醇產品中甲醇含量達到 %。 如上圖所示，粗甲醇進入預精餾塔 1 前，先在粗甲醇換熱器中，用蒸汽冷凝液將其預熱至 65℃，粗甲醇在預精餾塔 1中除去其中殘余溶解氣體及低沸物。塔頂設置兩個冷凝器5。將塔內上升氣中的甲醇大部分冷凝下來進入預塔回流槽 4，精預塔回流泵 8 送入塔 1 頂作回流。不凝氣、輕組分及少量甲醇 蒸汽通過壓力調節(jié)后至加熱爐作燃料。 預精餾塔 1 塔底由低壓蒸汽加熱的熱虹吸式再沸器向塔內提供熱量。 由預精餾塔 1 塔底出來的預后甲醇，經加壓塔進料泵升壓后，進入第一主精餾加壓塔2，塔頂甲醇蒸汽進入冷凝再沸器 7，即第一精餾加壓塔 2 的氣相甲醇又利用冷凝潛熱加熱第二精餾常壓塔 3 的塔釜，被冷凝的甲醇進入回流槽 4，在其中稍加冷卻，一部分由加壓塔回流泵 8升壓至約 送至加壓塔作回流液，其余部分經加壓塔精甲醇冷卻器 9冷卻至 40℃后作為成品送至精甲醇計量槽。 加壓塔 2 用低壓蒸汽加熱的熱虹吸式再沸器向塔內提供熱量，通過低 壓蒸汽的加入量來控制塔的操作溫度。加壓塔操作壓力約為 ，塔頂操作溫度約為 121℃，塔底操作溫度約為 127℃。 由加壓塔 2 塔底排出的甲醇溶液送至第二主精餾常壓塔 3 下部。從常壓塔塔頂出來的第二章 工藝概述 11 甲醇蒸汽經常壓塔冷凝器冷凝冷卻到 40℃后，進入常壓塔回流槽，再經常壓塔回流泵加壓，一部分送至常壓塔塔頂作回流，其余部分送至精甲醇計量槽。常壓塔塔頂操作壓力約為，塔頂操作溫度約為 ℃，塔底操作溫度約 ℃。 常壓塔的塔底殘夜另由汽提塔進料泵加壓后進入廢水汽提塔，塔頂蒸汽經汽提塔冷凝器冷凝后， 進入汽提塔回流槽，由汽提塔回流泵加壓，一部分送廢水汽提塔塔頂作回流，其余部分經汽提塔甲醇冷卻器冷卻器冷卻至 40℃，與常壓塔 3采出的精甲醇一起送至產品計量槽。如果采出的精甲醇不合格，可將其送至常壓塔進行回收，以提高甲醇蒸汽的回收率。 汽提塔塔底用低壓蒸汽加熱的熱虹吸式再沸器向塔內提供熱量，塔底下部設有測線，采出部分雜醇油，并與塔底排出的含醇廢水一起進入廢水冷卻器冷卻到 40℃，由廢水泵送至污水生化處理裝置。 第三章 工藝計算 12 第三章 工藝計算 1. 甲醇生產的物料平衡計算 合 成塔物料平衡計算 已知：年產 100000 噸精甲醇，每年以 320 個工作日計算。 精甲醇中甲醇含量（ wt):% 粗甲醇組成（ wt)[lurgi 低壓合成工藝 ] 甲醇： % 二甲醚： % 異丁醇： % 水： % 所以，時產精甲醇： hkg / 10001 0 0 0 0 0 ??? 時產粗甲醇： hkg / 3 8 4 7% % 3 0 2 0 ?? 根據 粗甲醇組分，算得各組分的生成量為： CH3OH(32) (CH3)2O(46) C4H9OH(74) H2O(18) 合成甲醇的 化學反應為： 主反應： OHCHHCO 322 ?? ① 副反應： OHOCHHCO 2232 )(42 ??? ② OHCHHCO 2423 ??? ③ OHOHHCHCO 2942 384 ??? ④ OHCOHCO 222 ??? ⑤ 生產中，測得每生產 1噸粗甲醇生成甲烷 ，即 ,故 CH4每小時生成量為： =，即 ,。 第三章 工藝計算 13 忽略原料氣帶入份，根據②，③， ④得反應⑤生成的水的量為： =，即在 CO 逆變換中生成的水為 ,即 。 ,40℃時各組分在甲醇中的溶解度見表 31。 表 31 ,40℃時各組分在甲醇中的溶解度 組分 H2 CO CO2 N2 Ar CH4 溶解度 m3/h 0 根據以上計算，則粗甲醇生產消耗量及生產量及組成見表 32。 表 32 甲醇生產消耗量及生產量及組成 消耗方式 單位 消耗物料量 生成物料量 合計 CO H2 CO2 N2 CH4 CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 消耗 生成 ① 式 kmol m3 ② 式 kmol m3 ③ 式 kmol m3 ④ 式 kmol m3 ⑤ 式 kmol m3 氣體溶解 m3 0 合計 m3 消耗組成 % （ v) 生成質量 kg 生成組成 % （ wt) 100 第三章 工藝計算 14 設新鮮氣量為 G 新鮮氣 ，馳放氣為新鮮氣的 9%。 G 新鮮氣 =G 消耗氣 +G 馳放氣 =G 消耗氣 + 新鮮氣 =+ 新鮮氣 G 新鮮氣 =表 33 新鮮氣組成 組分 H2 CO CO2 N2 總計 m3 組成 % 100 測得，甲醇合成塔出塔氣中含甲醇 %。設出塔氣量為 G 出塔 。又知醇后氣中含醇 %。 所以： %% ??出塔醇后G G hmGGGG CH /5 1 1 2 06 9 0 51 4 0 4 8 3 4 9 7 34 ?????? 消耗氣新鮮氣醇后 hmG / 2 8 2 1 7 3?出塔 hm GGGGGG CH/ 4? ????? 溶解生成醇后出塔循環(huán)氣 甲醇生產循環(huán)氣量及組成見表 34。 表 34 甲醇生產循環(huán)氣量及組成 hmGGG / 4 8 4 6 3 4 9 1 4 9 6 4 3????? 新鮮氣循環(huán)氣入塔 表 35 甲醇生產入塔氣流量及組成 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH H2O 合計 流量 m3/h 組成 % 100 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH H2O 合計 流量 m3/h 組成 % 100 第三章 工藝計算 15 又由 生成消耗入塔出塔 GGGG ?? ，得表 36。 表 36 單位： hm/3 甲醇分離器出口氣體和液體產品的流量及組成見表 37。 表 37 甲醇分離器出口氣體和液體產品的流量及組成 甲醇精餾的物料平衡計算 已知：精甲醇的甲醇質量分數(shù)為 % hkg / 10001 0 0 0 0 0 ??? 表 38 粗甲醇組成表 成分 CH3OH (CH3)O C4H9OH H2O 合計 組成 % 100 預塔的物料衡算 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH H2O C4H9OH （ CH3） 2O 合計 入塔 消耗 生成 出塔 組成 % 微 100 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 合計 損失 0 出氣 組成 % 100 出液 kg 組成 % 100 第三章 工藝計算 16 (1) 進料 A 粗甲醇： hkg / 3 8 4 7% % 3 0 2 0 ?? B 堿液：為了防止工藝管路和設備的腐蝕，先以 8%的氫氧化鈉溶液和粗甲醇中的酸性物質反應，使其呈弱堿性。每噸粗甲醇的耗堿量按 計算。 則消耗氫氧化鈉： hkg / ?? 換成堿液： hkg /% ?? C 軟水：軟水的加入量按精甲醇的 20%計，則需補加軟水 : hkg / 88%% 02 0 ???? 將以上計算結果列表 39。 表 39 預塔進料組成表 物料量： kg/h CH3OH H2O NaOH (CH3)2O C4H9OH 合計 粗甲醇 堿液 軟水 (2)出料 A 塔底： 甲醇 B 塔底水：粗甲醇含水 堿液帶水： 軟水： 合計： C 塔底異丁醇及高沸物： D 塔頂二甲醚及低沸物： 表 310 物料量： kg/h CH3OH H2O NaOH (CH3)2O C4H9OH 合計 塔頂 塔底 合計 第三章 工藝計算 17 主塔的物料平衡 按照加壓塔和常壓塔的采出量之比 2:3 計算，常壓塔釜液含甲醇 1%。 (1) 進料 A 加壓塔：預后粗甲醇 B 常壓塔： hkg / 2 4599 9 ???? (2) 出料 A 加壓塔：塔頂 hkg / 0 899 9 ??? 塔