【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 醇的生產(chǎn)方法和聯(lián)醇生產(chǎn)方法。其中天然氣制甲醇為本次設(shè)計(jì)所選用甲醇生產(chǎn)方法。下面簡(jiǎn)要介紹一下天然氣制甲醇的生產(chǎn)方法。 天然氣是制造甲醇的主要原料。天然氣的主要組分是甲烷，還含有少量的其他烷烴、烯烴與氮?dú)?。以天然氣生產(chǎn)甲醇原料氣有蒸汽轉(zhuǎn)化、催化部分氧化、非催化部分氧化等方法 ,其中蒸汽轉(zhuǎn)化法應(yīng)用得最廣泛，它是在管式爐中常壓或加壓下進(jìn)行的。由于反應(yīng)吸熱必須從外部供熱以保持所要求的轉(zhuǎn)化溫度， 一般是在管間燃燒某種燃料氣來(lái)實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)化用的蒸汽直接在裝置上靠煙道氣和轉(zhuǎn)化氣的熱量制取。由于天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法制的合成氣中，氫過(guò)量而一氧化碳與二氧化碳量不足，工業(yè)上解決這個(gè)問(wèn)題的方法一是采用添加二氧化碳的蒸汽轉(zhuǎn)化法，以達(dá)到合適的配比，二氧化碳可以外部供應(yīng)，也可以由轉(zhuǎn)化爐煙道氣中回收。另一種方法是以天然氣為原料的二段轉(zhuǎn)化法，即在第一段轉(zhuǎn)化中進(jìn)行天然氣的蒸汽轉(zhuǎn)化，只有約 1/4 的甲烷進(jìn)行反應(yīng) ,第二段進(jìn)行天然氣的部分氧化，不僅所得合成氣配比合適而且由于第二段反應(yīng)溫度提高到 800℃ 以上，的甲烷量可以減少，增加了合成甲醇的 有效氣體組分。天然氣進(jìn)入蒸汽轉(zhuǎn)化爐前需進(jìn)行凈化處理清除有害雜質(zhì)，要求凈化后氣體含硫量小于 。轉(zhuǎn)化后的氣體經(jīng)壓縮去合成工段合成甲醇。此方法耗能少，費(fèi)用低，能源利用率高，污染小，原料較為廉價(jià)且儲(chǔ)量高，所以為我本次設(shè)計(jì)首選方案。 天然氣制甲醇生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介 (1)合成工段 合成工段的主要設(shè)備有入塔氣預(yù)熱器、合成塔、甲醇水冷卻器、甲醇分離器、甲醇閃蒸罐。來(lái)自壓縮工段的合成氣，與循環(huán)氣混合升壓至 7MPa后，首先經(jīng)過(guò)合成塔進(jìn)出氣換熱器加熱，進(jìn)入合成塔，合成氣進(jìn)塔溫度為 225℃ 左右，在此，合成氣進(jìn)行甲醇 合成反應(yīng)，放出的熱量用于產(chǎn)生蒸汽。反應(yīng)后的氣體出塔溫度為 255℃ ，甲醇出口濃度為55％左右。出合成塔的高溫氣體熱量用于加熱入塔合成氣，然后經(jīng)水冷至 40℃ 左右，冷 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 凝分離出粗甲醇。不凝的氣體經(jīng)馳放少量惰性氣體后，大部分循環(huán)回合成氣壓縮機(jī)循環(huán)段，與新鮮氣混合再進(jìn)合成塔。弛放氣大部分返回至一段爐作燃料使用。 ICI反應(yīng)器屬等溫型列管反應(yīng)器，反應(yīng)熱靠管外沸騰的水很快移走，產(chǎn)生 3． 9MPa的飽和蒸汽。該蒸汽降壓后和轉(zhuǎn)化工段產(chǎn)生的 3． 9MPa的飽和蒸汽一起過(guò)熱到 360℃ ，作為合成壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)透平的動(dòng)力，以及汽提塔的汽提蒸汽。 (2)精餾工段 精餾工段采用的三塔精餾裝置，其精餾塔使用的類型是填料塔，其填料方式為規(guī)整填料。預(yù)塔操作壓力 0． 103MPa，粗甲醇送入預(yù)塔前須加熱到沸點(diǎn) 70℃ ，然后在塔內(nèi)分離成塔頂氣和塔底液，塔頂氣主要是含甲醇的輕餾分，塔底再沸器用合成氣加熱保持塔底液在沸騰狀態(tài)。由于預(yù)塔頂引出的輕餾分量甚少，可考慮將其直接送一段轉(zhuǎn)化爐作燃料。預(yù)塔后甲醇的蒸餾采用節(jié)能型蒸餾流程，即用兩個(gè)串聯(lián)的蒸餾塔實(shí)現(xiàn)甲醇的精餾，一塔在 0． 61MPa運(yùn)行，塔頂可獲得 120℃ 的甲醇餾出物，且作為二塔再沸器熱源。塔頂氣冷凝后即成為高質(zhì)量的甲醇 產(chǎn)品，其產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的 55％。塔底液在 142℃ 左右通過(guò)上述料釜液換熱器降溫到約 91℃ 入二塔，二塔操作壓力為 0． 103MPa。常壓精餾塔塔底污水含甲醇 ≤0． 1％。本流程將上述廢水大部分作萃取水循環(huán)用于預(yù)塔，余量則送往轉(zhuǎn)化工段中的汽提塔經(jīng)汽提處理后，作除鹽水回收，從而實(shí)現(xiàn)了甲醇蒸餾過(guò)程中廢水的零排放。 其三塔精餾的運(yùn)行特點(diǎn)有： 蒸汽消耗低、操作彈性大、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量。 不足之處有： (1)在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，常壓精餾塔取出的殘液未經(jīng)冷卻，直接排入殘液槽，殘液溫度高 ,達(dá)到 110 ℃ 左右，殘液蒸發(fā)影響工作環(huán)境 。只要增設(shè) 1臺(tái)殘液冷卻器就能解決這一不足。 (2)精醇系統(tǒng)的蒸汽飽和器進(jìn)口蒸汽自調(diào)閥調(diào)節(jié)不靈敏，調(diào)節(jié)幅度大，引起系統(tǒng)蒸汽壓力波動(dòng)大，破壞系統(tǒng)熱量平衡。通過(guò)修理或更換自調(diào)閥，保持系統(tǒng)蒸汽壓力的穩(wěn)定。 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 3 甲醇生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述 合成工藝流程簡(jiǎn)述 合成氣經(jīng)合成氣壓縮機(jī)壓縮與循環(huán)氣混合， 經(jīng)循環(huán)段壓縮到 7MPa 送合成環(huán)路。合成氣 首先經(jīng)過(guò)入塔氣預(yù)熱器加熱，熱源來(lái)自管程的出塔反應(yīng)氣，在進(jìn)入合成塔 (R0301)，合成氣進(jìn)塔溫度為 225℃ 左右，在此，合成氣在催化劑的作用下進(jìn)行甲醇合成反應(yīng)生成甲醇， 放出的大量反應(yīng) 熱被催化劑層中的冷卻水管移走， 反應(yīng)后的氣體出塔溫度為255℃ ，出合成塔的高溫氣體熱量進(jìn)入 入塔氣預(yù)熱器 (E0301)管程 加熱入塔合成氣。 在預(yù)熱入塔氣后再進(jìn)入甲醇水冷卻器 (E0302)管程，被殼程的循環(huán)冷卻水冷卻至 40℃ 以下。由于溫度的降低，反應(yīng)氣中的甲醇、水及付產(chǎn)物被冷凝下來(lái)形成粗甲醇液滴，被分離出來(lái)。分離粗甲醇后的反應(yīng)氣稱循環(huán)氣 循環(huán)回合成氣壓縮機(jī)循環(huán)段 ，為防環(huán)路中隋性氣體累積，排放部分循環(huán)氣以降低環(huán)路中的隋性氣 ， 排放的循環(huán)氣稱馳放氣，去回收氫裝置。經(jīng)壓縮后的循環(huán)氣再和新鮮氣混合進(jìn)入合成塔反應(yīng)。 該混合氣隨后進(jìn) 入甲醇分離器(V0301)中，粗甲醇被分離并集聚在二段高效分離器底部，通過(guò)液位控制閥送入甲醇閃蒸罐 (V0302)中，壓力降至 。閃蒸后的粗甲醇靠自身壓力壓往粗甲醇中間貯槽或送精餾預(yù)精餾塔 (T0401)。 弛放氣大部分返回至一段爐作燃料使用 或放空。 從合成塔 (R0301)出來(lái)的過(guò)熱冷卻水進(jìn)入合成汽包 (V0303)以產(chǎn)生中壓蒸汽，脫除過(guò)熱的冷卻水再由熱水循環(huán)泵 (P0302A/B)打入合成塔冷卻水管去移走催化劑層的反應(yīng)熱。 精餾工藝流程簡(jiǎn)述 本工序是將由合成工序產(chǎn)生的粗甲醇精餾制成純度達(dá) %以上精甲醇的裝置。從合成工序得到的粗甲醇中含有多種不純物，其中主要為水，其它為高醇、高烴、醚等。本工序設(shè) 3 臺(tái)精餾塔，通過(guò)精餾操作除去不純物而得到符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB33892 的精甲醇。 精餾是將合成工序通過(guò)合成閃蒸罐 32m3/h含 80％ CH3OH以上粗甲醇，經(jīng)過(guò)粗甲醇一、二級(jí)粗甲醇預(yù)熱器 (E0401﹑ E0402)預(yù)熱至 75℃ 進(jìn)入預(yù)精餾塔(T0401），通過(guò)預(yù)精餾除去輕組分雜質(zhì)， T0401塔釜溫度由蒸汽再沸器 (E0403B)和轉(zhuǎn)化工序送來(lái)的轉(zhuǎn)化氣 RG再沸器 (E0403A)預(yù)熱至 78℃ 時(shí)，塔頂氣進(jìn)入預(yù)塔回流冷凝器 (E0404) 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 冷凝回流，未冷凝的氣體進(jìn)入預(yù)塔排氣冷凝器 (E0412)冷卻至 40℃ 進(jìn)入預(yù)塔回流槽(V0405)，再經(jīng)預(yù)精餾塔回流泵 (P0401A/B)送入預(yù)塔回流。塔釜液由加壓塔進(jìn)料泵(P0402A/B)送入加壓塔 (T0402)進(jìn)行加壓精餾，用轉(zhuǎn)化來(lái)的中壓蒸汽減壓至低壓蒸汽再沸器 (E0403B)和轉(zhuǎn)化氣再沸器 (E0403A)進(jìn)行升溫至塔釜溫度 130℃ ，塔釜液通過(guò)自身壓力送入常壓塔，塔頂通過(guò)冷凝 /再沸器 (E0406)冷卻進(jìn)入加壓塔回流槽 (V0402)，從回流槽出口經(jīng)過(guò)加壓塔甲醇 冷卻器 (E0408)冷卻分析合格后采出部分精甲醇去成品儲(chǔ)罐，其余經(jīng)加壓塔回流冷卻器 (E0407)冷卻后去加壓塔回流。常壓塔利用加壓塔塔頂熱源作為常壓塔(T0403)塔釜冷凝 /再沸器 (E0406)熱源給常壓塔塔釜加熱至 110℃ 進(jìn)行常壓精餾，塔頂氣通過(guò)常壓塔回流冷凝器 (E0409)冷卻至 62℃ 進(jìn)入常壓塔回流槽 (V0403)，經(jīng)過(guò)常壓塔回流泵(P0404A/B)出口，采取部分回流去常壓塔和部分作為精甲醇產(chǎn)品通過(guò)常壓塔甲醇冷卻器(E0410)冷卻至 40℃ 采出至成品儲(chǔ)罐。在常壓塔第五層填料采出口進(jìn)行雜醇油部分采出，經(jīng) 過(guò)雜醇油冷卻器 (E0411)冷卻采出去雜醇油槽 (V0406)，經(jīng)過(guò)雜醇油泵 (P0406A/B)送入雜醇油儲(chǔ)罐。常壓塔塔釜液經(jīng)過(guò)粗甲醇一級(jí)預(yù)熱器 (E0401)冷卻后去廢液槽 (V0409)。 為了中和粗甲醇中的有機(jī)酸等酸性組分，防止設(shè)備腐蝕。在預(yù)精餾塔進(jìn)料口設(shè)置加堿管線，將堿液槽 (V0407)中的先配制好的 8%的 NaOH通過(guò)配堿泵 (P0405A/B)加入預(yù)塔，加堿量為粗甲醇總量的 20%。 由轉(zhuǎn)化工段來(lái)的轉(zhuǎn)化氣經(jīng)給加壓塔再沸器 (E0405A)預(yù)熱后，去轉(zhuǎn)化氣一級(jí)分離器(V0404A)進(jìn)行氣液分離氣體再去給預(yù)精 餾塔再沸器 (E0403A)加熱。轉(zhuǎn)化氣經(jīng)給預(yù)精餾塔再沸器 (E0403A)加熱后去轉(zhuǎn)化氣二級(jí)分離器 (V0404B)進(jìn)行氣液分離氣體返回轉(zhuǎn)化工序，一二級(jí)轉(zhuǎn)化氣分離器冷凝液去粗甲醇二級(jí)預(yù)熱器 (E0402)， 再經(jīng)工藝凝液冷卻器 (E0413)冷卻后去循環(huán)水站。 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 4 工藝計(jì)算 化工生產(chǎn)的工藝計(jì)算主要有物料衡算和熱量衡算?；すに囉?jì)算為化工工藝過(guò)程的設(shè)計(jì)、工藝管路、設(shè)備的選擇及生產(chǎn)管理、工藝條件選擇的主要依據(jù)；對(duì)于平衡原料、產(chǎn)品質(zhì)量選擇最佳工藝條件，確定操作控制指標(biāo)，合理利用生產(chǎn)中的廢料、廢氣、廢熱都有重要作用 。 物料衡算和熱量衡算是以質(zhì)量守恒、能量守恒和化學(xué)計(jì)量理論量為基礎(chǔ)的，通常分為理論的和實(shí)際的計(jì)算方法。理論的計(jì)算是遵循反應(yīng)方程式和各組分的分子量，以求得投入原料量可能生產(chǎn)的產(chǎn)品理量；而實(shí)際的平衡計(jì)算，除涉及理論計(jì)算量外，還必須考慮生產(chǎn)的實(shí)際情況，如反應(yīng)的效率、組分的過(guò)剩量、催化劑的轉(zhuǎn)化率、收率及中間過(guò)程的損耗等等，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)比較接近。 工藝計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通常有如下幾個(gè)來(lái)源： 1）工藝設(shè)計(jì)或生產(chǎn)提供的計(jì)算依據(jù)。如生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)條件、產(chǎn)品要求 等； 2）工業(yè)化試驗(yàn)提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。如主、 副反應(yīng)方程式，催化過(guò)程的轉(zhuǎn)化 率、原料的配比、化學(xué)反應(yīng)條件及熱量變化等。 3）標(biāo)準(zhǔn)狀況和工作狀況的物化數(shù)據(jù)。如各組分的密度、粘度、熱容、沸 點(diǎn)、溶解度、蒸汽壓及焓等； 4） 計(jì)算中心必需的其他生產(chǎn)數(shù)據(jù)。如流、溫度、壓力等。 甲醇合成工段物料平衡計(jì)算 甲醇合成工段原則流程圖，如圖 所示 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 圖 甲醇合成工段原則流程圖 合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)方程式 主反應(yīng) CO+2H2 CH3OH +() 副反應(yīng) 2CO+4H2 (CH3)O+H2O + () CO+3H2 CH4+H2O + () 4CO+H2 C4H9OH+3H2O + () CO2+H2 CO+H2O () 初始條件 (1)新鮮氣中 H N CH CO、 CO2的百分組成，如表 所示。 表 新鮮氣的組成 氣體組成 H2 N2 CH4 CO CO2 合計(jì) V% (2)水冷器中氣體的平均組成，如表 所示。 表 水冷器中氣體的平均組成 氣體組成 H2 N2 CH4 CO CO2 合計(jì) V% (3)甲醇分離器后粗甲醇的組成，如表 所示。 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 表 甲醇分離器后粗甲醇的組成 氣體組成 甲醇 二甲醚 異丁醇 水 合計(jì) Wt% (4)由《化工工藝設(shè)計(jì)思考題習(xí)題集》第 10 頁(yè)查出各種氣體在液體甲醇中的溶解數(shù)據(jù)，如表 所示。 表 各種氣體在甲醇中的溶解度 氣體 H2 N2 CH4 CO CO2 合成 Nm3/t 粗甲醇 (5)計(jì)算中所需各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 以 1 噸粗甲醇為計(jì)算基準(zhǔn)，計(jì)算粗甲醇中各組分的含量。以計(jì)算甲醇為例，具體計(jì)算步驟如下： 每小時(shí)粗甲醇的產(chǎn)量： 1000110000 ??? kg/h 甲醇的質(zhì)量流量： M= % ???? kg/h 甲醇的摩爾流量： N= ? kmol/h 甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)： C=%% ?? 每頓粗甲醇中甲醇的質(zhì)量： m=1000%= kg/t 每噸粗甲醇中甲醇的體 積： V= ?? Nm3/t 按上述步驟分別計(jì)算粗甲醇中各組分的組成，如表 所示。 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 表 粗甲醇中各組分的組成 組成 甲醇 二甲醚 異丁醇 水 合計(jì) kg/h Wt% kmol/h mol% kg/t Nm3/t 以 1 噸粗甲醇為計(jì)算基準(zhǔn)，計(jì)算粗甲醇中溶解氣體的含量。以計(jì)算氮?dú)鉃槔?，具體計(jì)算步驟如下： 氮?dú)獾哪柫髁浚? N= ?? kmol