【文章內(nèi)容簡介】 與氧氣的比例控制反應(yīng)溫度高于煤的灰熔點(diǎn)。離開反應(yīng)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(yīng)中產(chǎn)生的大部分煤灰和少量未反應(yīng)的碳以灰渣形式除去。根據(jù)灰渣粒度大小分為粒渣和細(xì)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(xì)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 11 凈化工段 由于水煤漿氣化工序制得粗煤氣的水汽比高達(dá) CO變換不需加入其他水蒸氣，故先進(jìn)行部分耐硫變換，將 CO 轉(zhuǎn)化為 CO2，變換氣與未變換氣匯合進(jìn)入低溫甲醇洗工序，脫除 H2S 和過量的 CO2，最終達(dá)到合適的碳?xì)浔?，得到合成甲醇的新鮮氣 [4]。 CO 反應(yīng)式： 2 2 2C O +H O =C O +H 2. 合成工段 經(jīng)過凈化的原料氣，經(jīng)預(yù)熱加壓，于 5 Mpa、 220 ℃ 下，從上到下進(jìn)入 Lurgi 反應(yīng)器，在銅基催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，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(yīng)， 為使反應(yīng)達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)迅速移走反應(yīng)熱，本設(shè)計采用 Lurgi 管殼式反應(yīng)器，管程走反應(yīng)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 12 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(yīng)器，催化劑裝在管內(nèi)，反應(yīng)熱由管間沸騰水放走，并副產(chǎn)高壓蒸汽，甲醇合成原料在離心式透平壓縮機(jī)內(nèi)加壓到 MPa (以 1： 5 的比例混合 ) 循環(huán)，混合氣體在進(jìn)反應(yīng)器前先與反應(yīng)后氣體換熱，升溫到 220 ℃ 左右，然后進(jìn)入管殼式反應(yīng)器反應(yīng)，反應(yīng)熱傳給殼程中的水，產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽包，出塔氣溫度約為 250 ℃ ， 含甲醇 7%左右，經(jīng)過換熱冷卻到 40 ℃ ，冷凝的粗甲醇經(jīng)分離器分離。分離粗甲醇后的氣體適當(dāng)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(jìn)入透平壓縮機(jī)加壓返回合成塔，合成塔副產(chǎn)的蒸汽及外部補(bǔ)充的高壓蒸汽一起進(jìn)入過熱器加熱到 50 ℃ ，帶動透平壓縮機(jī)，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(yīng)： OHCHHCO 322 ?? 主要副反應(yīng)： 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 13 本設(shè)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(jī)雜質(zhì)，得到的高純度精甲醇產(chǎn)品中甲醇含量達(dá)到 %。 如上圖所示，粗甲醇進(jìn)入預(yù)精餾塔 1 前，先在粗甲醇換熱器中，用蒸汽冷凝液將其預(yù)熱至 65℃，粗甲醇在預(yù)精餾塔 1 中除去其中殘余溶解氣體及低沸物。塔頂設(shè)置兩個冷凝器5。將塔內(nèi)上升氣中的甲醇大部分冷凝下來進(jìn)入預(yù)塔回流槽 4，精預(yù)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(diào)節(jié)后至加熱爐作燃料。 預(yù)精 餾塔 1塔底由低壓蒸汽加熱的熱虹吸式再沸器向塔內(nèi)提供熱量。 由預(yù)精餾塔 1 塔底出來的預(yù)后甲醇，經(jīng)加壓塔進(jìn)料泵升壓后，進(jìn)入第一主精餾加壓塔2，塔頂甲醇蒸汽進(jìn)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(jìn)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(jīng)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(nèi)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 14 甲醇蒸汽經(jīng)常壓塔冷凝器冷凝冷卻到 40℃后，進(jìn)入常壓塔回流槽，再經(jīng)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(jìn)料泵加壓后進(jìn)入廢水汽提塔，塔頂蒸汽經(jīng)汽提塔冷凝器冷凝后，進(jìn)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(jīng)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(chǎn)品計量槽。如果采出的精甲醇不合格，可將其送至常壓塔進(jìn)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(nèi)提供熱量，塔底下部設(shè)有測線，采出部分雜醇油，并與塔底排出的含醇廢水一起進(jìn)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 15 第三章 工藝計算 1. 甲醇生產(chǎn)的物料平衡計算 合成塔物料平衡計算 已知：年產(chǎn) 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(chǎn)精甲醇： hkg / 1000100000 ??? 時產(chǎn)粗甲醇： hkg /% % ?? 根據(jù)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(xué)反應(yīng)為： 主反應(yīng)： OHCHHCO 322 ?? ① 副反應(yīng)： OHOCHHCO 2232 )(42 ??? ② OHCHHCO 2423 ??? ③ OHOHHCHCO 2942 384 ??? ④ OHCOHCO 222 ??? ⑤ 生產(chǎn)中，測得每生產(chǎn) 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 16 忽略原料氣帶入份，根據(jù)②，③， ④得反應(yīng)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(jù)以上計算，則粗甲醇生產(chǎn)消耗量及生產(chǎn)量及組成見表 32。 表 32 甲醇生產(chǎn)消耗量及生產(chǎn)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(zhì)量 kg 生成組成 % （ wt) 100 第三章 工藝計算 17 設(shè)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(shè)出塔氣量為 G 出塔 。又知醇后氣中含醇 %。 所以： %% 10 ??出塔醇后G G hmGGGG CH / 1 2 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(chǎn)循環(huán)氣量及組成見表 34。 表 34 甲醇生產(chǎn)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(chǎn)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 18 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(chǎn)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(chǎn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為 % hkg / 1000100000 ??? 表 38 粗甲醇組成表 成分 CH3OH (CH3)O C4H9OH H2O 合計 組成 % 100 預(yù)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 19 (1) 進(jìn)料 A 粗甲醇： hkg /% % ?? B 堿液：為了防止工藝管路和設(shè)備的腐蝕，先以 8%的氫氧化鈉溶液和粗甲醇中的酸性物質(zhì)反應(yīng)，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 /3 8 4 7 9 ?? 換成堿液： hkg /%83 8 ?? C 軟水： 軟水的加入量按精甲醇的 20%計，則需補(bǔ)加軟水 : hkg / 5 8 8%% 3 0 2 0 ???? 將以上計算結(jié)果列表 39。 表 39 預(yù)塔進(jìn)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 20 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(jìn)料 A 加壓塔：預(yù)后粗甲醇 B 常壓塔： hkg / 1 2 4 59 9 9 ???? (2) 出料 A 加壓塔：塔頂 hkg / 2 0 89 9 9 ??? 塔釜 hkg / 1 2 4 2 0 6 4 5 3 ?? B 常壓塔：塔頂 hkg / 7 3 49 9 9 ???? 塔釜 甲醇 水 NaOH 高沸物 根據(jù)以上計算得到表 311。 表 311 甲醇精餾塔物料平衡匯總（單位： kg/h) 成分 物料 加壓塔頂出料 常壓塔頂出料 常壓塔釜出料