年產(chǎn)30萬(wàn)噸煤制甲醇合成工段工藝的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-22 06:54 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 合成 催化劑，其活性溫度范圍在200?300176。C,有較高的活性，對(duì)于規(guī)模小于30萬(wàn)噸/a 的工廠，操作壓力一般可降為5Mpa左右；對(duì)于超大型的甲醇裝置，為了減少設(shè)備 尺寸，合成系統(tǒng)的操作壓力可以升至IOMpa左右。設(shè)采用的是低壓法（入塔壓強(qiáng)為 )合成甲醇。(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) /(C0+C02)=?，并保持一定的 C02。由于新鮮氣中（H2CO2) /(COCO2)略 大于2,而反應(yīng)過程中氫與一氧化碳、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)/(C(HCO2)遠(yuǎn)大于2。合成塔中氫氣過量，對(duì)減少副反應(yīng)是有 利的。甲醇合成過程中，需要一定的二氧化碳存在以保持催化劑的高活性。二氧化碳 的存在可以降低反應(yīng)系統(tǒng)的熱效應(yīng)，這對(duì)維持床層溫度也是有利的。但是過高的二 氧化碳含量會(huì)降低合成系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，粗甲醇含水增加，增加精餾系統(tǒng)的負(fù)荷和 能耗。所以二氧化碳的含量應(yīng)該盡可能低一些，一般不超過5%。(4) 空速：空速不僅是一個(gè)和合成回路氣體循環(huán)量相關(guān)聯(lián)的工藝控制參數(shù)，也是一個(gè)影響 綜合經(jīng)濟(jì)效益的變量。甲醇合成過程中，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(guó)產(chǎn)銅基催化劑，一般要求氣體空速在8000?ZOOOOh1之間?？?速過低，結(jié)炭等副反應(yīng)加劇，空速過高，系統(tǒng)阻力加大或合成系統(tǒng)投資加大，能耗 增加，催化劑的更換周期縮短?？账俚倪x擇需要根據(jù)每一種催化劑的特性，在一個(gè) 相對(duì)較小的范圍內(nèi)變化。XCN98的空速要求為6000?15000111，本設(shè)計(jì)空速定為12000 h_1 。第三章工藝流程來(lái)自脫碳裝置的新鮮氣（40176。C, )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225176。C,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+ Q CO2 + 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（ 飽和蒸汽），減壓后送至蒸汽管網(wǎng)。畐浐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(lái)調(diào)節(jié)。R7001 P8002 V7003圖31甲醇工藝流程 甲醇合成塔(R7001)出來(lái)的合成氣(255176。C, )，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(lái)的循環(huán)氣在加壓前排放一部分弛放氣，以保持整 個(gè)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(lái)自變換裝置；循環(huán)冷卻水來(lái)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。第四章工藝計(jì)算 設(shè)計(jì)條件及參數(shù)已知：年產(chǎn)30萬(wàn)噸精甲醇，每年以（330)個(gè)工作日計(jì)。表41各物質(zhì)的摩爾質(zhì)量組分 COCO2 H2 CH4 N2 CH3OH(CH3)2O C4H9OHH2O摩爾質(zhì)量 2844 2 16 28 3246 7418精甲醇中甲醇含量：%表42粗甲醇組成組分甲醇 二甲醚重組分水百分含S% %%%時(shí)產(chǎn)精甲醇: 時(shí)產(chǎn)粗甲醇:30x104————=330x24% ————————= %合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)為:主反應(yīng) CO+2H2=CH3OH式（I)副反應(yīng) 2CO+4H2= (CH3)2CHH2O式（2) CO+3H2 =CH4^H2O式（3 )4CO+8H2= C4H90H+3H20式（4) CO2+H2 = CO+H2O式（5 ) 合成工段物料衡算(I )根據(jù)粗甲醇組分，算得各組分的生成量為：甲醇=二甲醚==異丁醇== kg/h 即 水= =工業(yè)生產(chǎn)中，,故每小時(shí)生成 量為：= m3,即 , 。表43 1噸粗甲醇中合成氣溶解情況表氣體H2COCO2N2ArCH4m3/t溶解量m3/h(粗甲醇）kmol/h忽略原料氣帶入份，根據(jù)反應(yīng)（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 H2O ,。粗甲醇中氣體溶解量5Mpa、40176。C時(shí)，每一噸粗甲醇中溶解其他組成如下表：據(jù)測(cè)定：40176。C時(shí)，液體甲醇中釋放的CO、C0H2等混合氣中，每立方米含有 ，假設(shè)減壓后液相中除二甲醚外，其他氣體全部釋放出，則甲醇擴(kuò)散損失 為：(+++++)x（）= kg/, (2)合成反應(yīng)中氣體的消耗和生成情況表44合成反應(yīng)中消耗原料情況表消耗方式單位CO消耗物料量 H2 CO2N2等合計(jì)消耗反應(yīng)①kmol/hm3/h反應(yīng)②kmol/hm3/h反應(yīng)③kmol/hm3/h反應(yīng)④kmol/hm3/h反應(yīng)⑤kmol/hm3/h()()氣體溶解m3/h合計(jì)m3/h消耗組成% (V)100注：括號(hào)內(nèi)的為生成量；反應(yīng)⑤項(xiàng)不包括擴(kuò)散甲醇和弛放氣中甲醇消耗的原料氣量表46馳放氣組成表氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4組成%%%%%%%表45合成反應(yīng)中生成物料情況表生成方式單位 生成物料量CH4 CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2OCH3OH生成物料量 C4H9OH(CH3)2OH2O生成合計(jì)反應(yīng)①kmol/hm3/h反應(yīng)②kmol/hm3/h反應(yīng)③kmol/hm3/h反應(yīng)④kmol/hm3/h反應(yīng)⑤kmol/hm3/h擴(kuò)散損失m3/h()合計(jì)m3/hKg/h生成組成% (kg)出塔100(3 )新鮮氣和弛放氣氣量的確定CO的各項(xiàng)消耗總和=新鮮氣中CO的量，即: +%G+%G=+%G同理原料氣中其他各氣體的量=該氣體的各項(xiàng)消耗總和，由此可得新鮮氣體中 各氣體流量，如下表：表47新鮮氣組成表組分氣量（m3/h)新鮮氣(m3/h)CO+%GCO2+%GH2+%G+N2+%GAr+%GCH4+%G新鮮氣中惰性氣體（N2+Ar)%,反應(yīng)過程中惰性氣體的量 保持不變，(N2+Ar) =+%G,則+= (+%G) /%解得G=,由G可得到新鮮氣的量 m3/h。由弛放氣的組成可得出下表：表48馳放氣組成氣體CH3OHH2CO CO2N2ArCH4組成%%% %%%%氣量m3/h 表49新鮮氣組成表氣體H2COCO2N2ArCH4組成 氣 m3/h%%%
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