【文章內(nèi)容簡介】 作控制方便，技術(shù)易得，裝置投資要底等。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。這種塔內(nèi)甲醇合成反應(yīng)接近最佳溫度操作線，反應(yīng)熱利用率高，雖然設(shè)備復(fù)雜、投資高，但是由于這種塔在國內(nèi)外使用較多，具有豐富的管理和維修經(jīng)驗，技術(shù)也較容易得到；外加考慮到設(shè)計的是年產(chǎn)20萬噸的甲醇合成塔（日產(chǎn)量為650噸左右），塔的塔徑和管板的厚度不會很大，費(fèi)用也不會很高，所以本設(shè)計采用了固定管板列管合成塔。①甲醇合成催化劑經(jīng)過長時間的研究開發(fā)和工業(yè)實(shí)踐，廣泛使用的合成甲醇催化劑主要有兩大系列：一種是以氧化銅為主體的銅基催化劑，一種是以氧化鋅為主體的鋅基催化劑。，對毒物敏感性小，操作的適宜溫度為350～400℃，壓力為25～32MPa(壽命為2～3年)；銅基催化劑具有良好的低溫活性，較高的選擇性，通常用于低、中壓流程。耐熱性較差，對硫、氯及其化合物敏感，易中毒。操作的適宜溫度為220～270℃，壓力為5～15MPa(一般壽命為2～3年)。通過操作條件的對比分析，可知使用銅基催化劑可大幅度節(jié)省投資費(fèi)用和操作費(fèi)用，降低成本。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。表3 國內(nèi)外常用銅基催化劑特性對比［10］催化劑型號組分/％操作條件CuOZnOAl2O3壓力/MPa溫度/℃英國ICI 513603010190～270德國LG10451324210～240美國C792220～330丹麥LMK4010220～270中國C302系列51324 210～280中國XCN985220 8~ 200～290從表的對比可以看出，國產(chǎn)催化劑的銅含量已提50%以上。制備工藝合理，使該催化劑的活性、選擇性、使用壽命和機(jī)械強(qiáng)度均達(dá)到國外同類催化劑的先進(jìn)水平，并且價格較低。②XNC98甲醇合成催化劑簡介XNC98型催化劑是四川天一科技股份有限公司研制和開發(fā)的新產(chǎn)品。目前已在國內(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。它是一種高活性、高選擇性的新催化劑。用于低溫、低壓下由碳氧化物與氫合成甲醇，具有低溫活性高、熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。常用操作溫度200～290℃,～ MPa。催化劑主要物化性質(zhì)：催化劑由銅、鋅和鋁等含氧化合物組成。外　　觀：　　有色金屬光澤的圓柱體堆積密度：　　～外型尺寸：　　5(～5)mm徑向抗壓強(qiáng)度：≥200N/cm催化劑活性和壽命：在該催化劑質(zhì)量檢驗規(guī)定的活性檢測條件下，其活性為：230℃時：催化劑的時空收率≥ kg/()250℃時：催化劑的時空收率≥ kg/()在正常情況下，使用壽命為2年以上。表4 XNC98型與C型催化劑的性能對比［11］催化劑型號合成塔進(jìn)口溫度加入量/（）甲烷單耗/()甲純收率/％甲純產(chǎn)率/()甲純產(chǎn)量/()初期末期C210224670210XCN98200230900229通過對比，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際可見,XCN98型催化劑具有以下性能優(yōu)點(diǎn)：a易還原。b低溫活性好，日產(chǎn)量高。75%負(fù)荷下的甲醇產(chǎn)量( t/h)接近裝置滿負(fù)荷設(shè)計甲醇量( t/h)。c適用溫區(qū)寬,使用壽命長。合成塔進(jìn)口溫度可調(diào)溫C型催化劑為14℃，而XCN98型則為30℃。隨著可調(diào)溫區(qū)的增加，催化劑的使用壽命也相應(yīng)延長。d選擇性好。75%負(fù)荷下合成系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)結(jié)蠟,粗甲醇質(zhì)量符合設(shè)計要求。e可適用于含高濃度CO2的合成氣。50%負(fù)荷下，C型催化劑CO2加入量最高不超過670kg/h，而XCN98型催化劑則最高可達(dá)900kg/h。75%負(fù)荷時，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，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。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)口催化劑及國產(chǎn)C型催化劑，所以本設(shè)計選用四川天一科技股份有限公司研制的XNC98型催化劑。來自脫碳裝置的新鮮氣（40℃，）與循環(huán)氣一起經(jīng)甲醇合成氣壓縮機(jī)（C7001），經(jīng)過入塔氣預(yù)熱器（E7001）加熱到225℃，進(jìn)入甲醇合成塔（R7001）內(nèi)，甲醇合成氣在催化劑作用下發(fā)生如下反應(yīng)：CO + 2H2 = CH3OH + QCO2 + 3H2 = CH3OH + H2O + Q甲醇合成塔（R7001）為列管式等溫反應(yīng)器，管內(nèi)裝有XNC98型甲醇合成催化劑，管外為沸騰鍋爐水。反應(yīng)放出大量的熱，通過列管管壁傳給鍋爐水，產(chǎn)生大量中壓蒸汽（），減壓后送至蒸汽管網(wǎng)。副產(chǎn)蒸汽確保了甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)趨于恒定，且反應(yīng)溫度也可通過副產(chǎn)蒸汽的壓力來調(diào)節(jié)。甲醇合成塔（R7001）出來的合成氣（255℃，），經(jīng)入塔氣預(yù)熱器（E7001），甲醇水冷器（E7002A，B），進(jìn)入甲醇分離器（V7002），粗甲醇在此被分離。分離出的粗甲醇進(jìn)入甲醇膨脹槽（V7003）。甲醇分離器（V7002）分離出的混合氣與新鮮氣按一定比例混合后升壓送至甲醇合成塔（R7001）繼續(xù)進(jìn)行合成反應(yīng)。從甲醇分離器（V7002）出來的循環(huán)氣在加壓前排放一部分弛放氣，以保持整個循環(huán)回路惰性氣體恒定。弛放氣減壓后去燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)；甲醇膨脹槽（V7003）頂部排出的膨脹氣去燃料氣系統(tǒng)。合格的鍋爐給水來自變換裝置；循環(huán)冷卻水來自界區(qū)外部。汽包（V7001）排污，經(jīng)排污膨脹槽（V7006）膨脹減壓后就地排放。甲醇合成工藝流程圖（詳圖見附圖一）圖8 合成工藝流程帶控制點(diǎn)工藝流程圖（詳圖見附圖二）6.. 甲醇精餾工藝流程來自甲醇合成裝置的粗甲醇（40℃，），通過預(yù)塔進(jìn)料泵（P8002A,B），經(jīng)粗甲醇預(yù)熱器加熱至65℃，進(jìn)入預(yù)精餾塔（T8001），預(yù)塔再沸器（E8004），低沸點(diǎn)的雜質(zhì)如二甲醚等從塔頂排出，冷卻分離出水后作為燃料；回收的甲醇液通過預(yù)塔回流泵（P8003A,B）作為該塔回流液。預(yù)精餾塔（T8001）底部粗甲醇液經(jīng)加壓塔進(jìn)料泵（P8004A,B）進(jìn)入加壓精餾塔（T8002），加壓塔再沸器（E8005），加壓塔塔頂餾出甲醇?xì)怏w（，122℃）經(jīng)常壓塔再沸器（E8007A，B）后，甲醇?xì)獗焕淠状蓟氐郊訅核亓鞑郏╒8004），一部分精甲醇經(jīng)加壓塔回流泵（P8005A，B），回到加壓精餾塔（T8002）作為回流液，另一部分經(jīng)加壓塔甲醇冷卻器（E8006）冷卻后進(jìn)入精甲醇計量槽（V8007A，B）中。加壓精餾塔（T8002）塔底釜液（，125℃）進(jìn)入常壓精餾塔（T8003），進(jìn)一步精餾。常壓塔再沸器（E8007A，B）以加壓精餾塔（T8002）塔頂出來的甲醇?xì)庾鳛闊嵩?。常壓精餾塔（T8003）頂部排出精甲醇?xì)猓ǎ?7℃），經(jīng)常壓塔冷凝冷卻器（E8008）冷凝冷卻后一部分回流到常壓精餾塔（T8003），另一部分打到精甲醇計量槽（V8007A，B）內(nèi)貯存。產(chǎn)品精甲醇由精甲醇泵（P8008A，B）從精甲醇計量槽（V8007A，B）送至甲醇罐區(qū)裝置。為防止粗甲醇中含有的甲酸、二氧化碳腐蝕設(shè)備，在預(yù)塔進(jìn)料泵（P8002A，B）后的粗甲醇溶液中配入適量的燒堿溶液，用來調(diào)節(jié)粗甲醇溶液的PH值。甲醇精餾系統(tǒng)各塔排出的不凝氣去燃料氣系統(tǒng)。由常壓精餾塔（T8003）底部排出的精餾殘液經(jīng)廢水冷卻器（E8009）冷卻至40℃后，由廢水泵（P8007A，B）送到生化處理裝置。由甲醇精餾來的精甲醇貯存到精甲醇貯槽（V9101A，B）中。精甲醇貯槽為兩臺10000m3的固定頂貯罐，貯存量按15天產(chǎn)量計。當(dāng)甲醇外運(yùn)時，啟動精甲醇泵（P9101A,B），將甲醇輸送到甲醇裝卸棧臺，通過火車鶴管進(jìn)入火車槽車，通過汽車鶴管進(jìn)入汽車槽車。甲醇裝卸棧臺共設(shè)有12臺火車鶴管和6臺汽車鶴管，根據(jù)精甲醇泵（P9101A,B）的能力，至少有三臺槽車同時裝料。 精餾工藝流程4. 氨吸收制冷流程由凈化裝置（NHD脫硫脫碳工段）及醋酸裝置來的氣氨（15℃，），進(jìn)入本裝置，經(jīng)過冷器（E2503）與出工段的液氨換熱，℃進(jìn)入吸收器（R2501AB、R2502AB），被由溶液熱交換器（E2502A，B）來的稀氨水（47℃）吸收為濃氨水（37℃）。其吸收反應(yīng)熱由冷卻水帶出。濃氨水由氨水泵（P2501A、B）加壓，經(jīng)溶液熱換熱器，與來自精餾塔塔釜稀氨水（140℃）換熱，升到114℃，進(jìn)入精餾塔（T2501A、B）中部進(jìn)行精餾。蒸出的氣氨經(jīng)塔頂回流冷凝器，進(jìn)入氨冷凝器（E2504A～D），冷凝為液氨，進(jìn)入液氨貯槽，然后液氨經(jīng)過冷器換熱，℃送到用戶。來自NHD脫硫工段的變換氣（182℃），進(jìn)入本工段再沸器（E2501A，B）后，再經(jīng)冷凝液分離器（V2504A，B）后返回到變換甲烷工段，為精餾氨水提供熱源。由精餾塔出來的氨水，經(jīng)（立式）膜式再沸器，蒸出氣氨及稀氨水混合液，返回到精餾塔。稀氨水由塔底出來進(jìn)入溶液熱交換器。整個裝置形成氣氨吸收，濃氨水精餾，冷凝液氨的循環(huán)系統(tǒng)，為用戶提供冷量。來自合成、凈化的循環(huán)水裝置的循環(huán)冷卻水，分別進(jìn)入吸收器，冷凝器，塔頂回流冷卻器，分別移出氨的反應(yīng)熱和冷凝熱。第二節(jié):工藝計算 一．物料衡算工廠設(shè)計為年產(chǎn)精甲醇20萬噸，每年300個工作日，%，粗甲醇組成：甲醇：%；輕組分以二甲醚計：%，重組分以異丁醇計：%，水：%。時產(chǎn)精甲醇：200000*1000/300*24=㎏/h時產(chǎn)粗甲醇：*%/%=㎏/h粗甲醇（32）:㎏/h *=二甲醚（46）：*%=㎏/h *%/46= *=異丁醇（74）：*%=㎏/h*%/74= *=水（18）：*%=㎏/h *%/18= *=合成甲醇反應(yīng)式主反應(yīng) CO+2H2=CH3OH 副反應(yīng) 2CO+4H2=（CH3O）2+H2O CO+3H2=CH4+H2O 4CO+8H2=C4H9OH+3H2O CO2+H2=CO+H2O 設(shè)生產(chǎn)中，，故甲烷每小時生產(chǎn)量：㎏/h* *= Nm3/h消耗方式單位消耗物料量生成物料量合計COH 2CO2N2CH4CH3OHC4H9OH( CH3 )2O消耗生成①式kmol/h /////㎏/h/////Nm3/h/////②式kmol/h/////㎏/h/////Nm3/h/////③式kmol/h/////㎏/h/////Nm3/h/////④式kmol/h/////㎏/h/////Nm3/h/////⑤式kmol/h////////㎏/h////////Nm3/h////////合計kmol/h/㎏/h/Nm3/h/ 分離器 甲醇合成塔儲罐粗甲醇（不計）冷凝設(shè)：新鮮氣量為G新鮮氣，馳放氣為新鮮氣的9%，即G馳放氣= G新鮮氣=G消耗氣+G馳放氣 G新鮮氣= G消耗氣+ G新鮮氣 （查表：G消耗氣= Nm3/h） G消耗氣= G新鮮氣G新鮮氣= Nm3/h組分H 2COCO2N2CH4總計mol/%kmol/hNm3/h㎏/h設(shè)：% G甲醇/G出塔氣=%（查表： Nm3/h） G出塔氣= Nm3/h G