【導讀】獻，論文使用的數(shù)據(jù)真實可靠。煤制甲醇生產(chǎn)工藝是一種以煤為原料進行甲醇生產(chǎn)的工藝流程。通過查閱資料及分析，采用德國Lurgi公司開發(fā)的低壓合成法，以煤作為原料，品的精制工藝設計。同時，參考相關的資料和標準對合成工段和精餾工段的設備和管

　　

【正文】 有煤氣激冷管線，出變換爐變換氣的 CO含量約 %（干），溫度為 393℃左右進入中溫換熱器（ E2020），溫度降為 332℃，與旁路調(diào)節(jié)的水解氣混合進入變換 氣第一廢熱鍋爐（ E2020），生產(chǎn) (A)飽和蒸汽，使變換氣溫度降至為 208℃進入變換氣第二廢熱鍋爐（ E2020），產(chǎn)生 (A)低壓蒸汽，出口變換氣溫度約為 197℃左右，進入第一水分離器（ V2020），分離出的冷凝液去冷凝液閃蒸槽（ V2020），變換氣去脫硫再沸器及氨吸收制冷再沸器。自氨吸收制冷系統(tǒng)返回的變換氣，溫度 145℃，進入鍋爐給水加熱器（ E2020）后溫度降至 142℃，再進入第二水分離器（ V2020），分離出的冷凝液去冷凝液汽提塔（ T2020），分離后的變換氣進入脫鹽水加熱器Ⅰ（ E2020），加熱來自脫鹽水站的脫鹽水，溫度降至 35℃，進入第三水分離器（ V2020），分離出的冷凝液去冷凝液汽提塔（ T2020），分離后的變換氣去脫硫系統(tǒng)。 另一部分水煤氣進入有機硫水解槽（ R2020）脫硫，出來的 240℃的水煤氣分成兩部分，一部分去調(diào)節(jié)變換爐出口變換氣中 CO 含量，使 CO 含量為 19%（干基）左右。另一部分去發(fā)電氣加熱器（ E2020），溫度降至 213℃，進入發(fā)電氣廢熱鍋爐（ E2020），北京理工大學珠海學院本科生畢業(yè)設計 18 產(chǎn)生 MPa(A)低壓蒸汽，出口水煤氣溫度降至 170℃，進入第四水分離器（ V2020），分離出冷凝液 后進入鍋爐給水加熱器Ⅱ（ E2020）加熱鍋爐給水，溫度降至 153℃，再進入第五水分離器（ V2020），分離出冷凝液后進入鍋爐給水加熱器Ⅲ（ E2020）加熱來自熱電站的鍋爐給水，溫度降至 123℃，進入第六水分離器（ V2020），分離出冷凝液后進入脫鹽水加熱器Ⅱ（ E2020），溫度降至 35℃，進入第七水分離器，分離出冷凝液后的煤氣（發(fā)電氣）去送至 NHD 脫硫脫碳工段。 來自脫硫系統(tǒng)的發(fā)電煤氣，溫度 80℃，壓力 ，進入發(fā)電氣加熱器（ E2020），溫度升至 230℃，然后去發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電用。 圖 變換工藝流程 脫硫脫碳工藝 采用聚乙二醇二甲醚法（ NHD 法）。聚乙二醇二甲醚溶劑是一種物理溶劑，稱為Selexol 溶劑，能選擇性地脫除原料其中的二氧化碳和硫化氫。該溶劑本身無毒，對碳鋼等金屬無腐蝕性，并且不起泡，吸收 CO H2S、 COS 等酸性氣體的吸收能力強，價格相對便宜。聚乙二醇二甲醚溶劑的分子式為 CH3O(C2H40)nCH3。該溶劑是 n=2~9 的混合物，分子量 250~280。凝固點 22~ 29℃，閃點 151℃，蒸汽壓（ 25℃） ,密度（ 25℃） ，黏度（ 25℃） 。 來自變換及燃氣熱回收系統(tǒng)的煤氣（ 36℃， (A)，含 H2S %）與燃氣脫硫塔（ T3004）頂部出口的燃氣脫硫氣換熱至 ℃進入燃氣脫硫塔（ T3004）下部，在塔內(nèi) NHD 吸收了煤氣中大部分的 H2S 氣體，同時也帶走部分 CO COS、 H2等氣體。除去 H2S 的煤氣稱之為燃氣脫硫氣，與進塔的煤氣在氣體換熱器 E3001A,B 換熱，溫度由 ℃升至 30℃，為滿足燃氣發(fā)電對硫含量的要求，燃氣脫硫氣首先進入預脫硫槽北京理工大學珠海學院本科生畢業(yè)設計 19 R3001 脫除 H2S 氣體，然后在精脫硫槽預熱器 E3008 中被變換氣加 熱到 80℃，進入精脫硫槽 R3002A,B，精脫硫槽上部裝水解催化劑，下部裝精脫硫劑，精脫硫后的氣體（ H2S+COS20ppm）返回到燃氣熱回收系統(tǒng)。 從變換工段過來的變換氣（ 36℃， (A)，含 %）與脫硫脫碳閃蒸氣及濃縮塔頂氣提氣混合，經(jīng) NHD 脫碳工段的氣體換熱器換熱冷卻到 ℃進入變換氣脫硫塔（ T3001）底部，與塔內(nèi)自上而下的 0℃ NHD 溶液逆流接觸吸收絕大部分 H2S 氣體及部分 CO COS、 H2等氣體，出脫硫塔的脫硫氣溫度為 ℃，含 H2S+COS80ppm，含 %，經(jīng)脫硫氣分離器（ V3002）分離掉夾帶的 NHD 溶液后，去 NHD 脫碳。 變換氣脫硫塔（ T3001）底排出的約 ℃的 NHD 富液和燃氣脫硫塔（ T3004）底出來的 ℃左右的 NHD 富液一起由富液泵（ P3003A,B）提壓到 (G)經(jīng)貧富液換熱器 I（ E3002）換熱至 50℃；貧富液換熱器 II（ E3003）加熱到 130℃，進入濃縮塔（ T3002）。采用甲醇馳放氣（ 40℃， (A)）作為氣提氣進入濃縮塔下部，塔頂出來的氣提氣中主要是 CO2 、 H2及少量 H2S、 COS等氣體， 該氣體與從脫碳閃壓機而來的約 (G)閃蒸氣合并經(jīng)閃蒸氣水冷器 I（ E3004）冷卻至 40℃返回進 NHD 脫硫入口以回收高壓閃蒸氣中的 H2。從濃縮塔底出來底 NHD富液由脫硫水力透平（ HT3001）回收能量后進入脫硫高壓閃蒸槽（ V3004），閃蒸壓力為 (A)，出口閃蒸氣去脫碳閃壓機。 從脫硫高壓閃蒸槽底出來的富含 H2S、 CO2的閃蒸液進入再生塔（ T3003），再生塔底部由變換氣煮沸器（ E3007）加熱，使 NHD 富液中的氣體全部解吸出來，得到約 147℃的 NHD貧液。貧液經(jīng)貧富液換熱器 II（ E3003）冷卻到 57℃，然后由貧液泵 II（ P3002A,B）加壓到 (G)送入貧富液換熱器 I（ E3002）；而在貧液進入貧富液換熱器 I 前面有一旁路，把部分貧液減壓到 (G)進入溶液過濾器（ M3001A,B），過濾后的貧液再返回貧液泵 II 的入口。出貧富液換熱器 I的 NHD 貧液已降溫到 ℃，再被脫碳工段的氨冷器 I 冷卻至 0℃，然后將出氨冷器 I 的貧液分為兩部分，一部分貧液直接進入燃氣脫硫塔（ T3004）；另一部分則進入 NHD 脫碳工段的脫碳塔上塔，在塔內(nèi)吸收脫碳塔下塔過來的凈化氣中微量的 H2S和 CO2，出塔后經(jīng)脫硫貧液泵 I增壓到 (G)進入變換氣脫硫塔（ T3001）。 出再生塔（ T3003）填料段的再生氣經(jīng)塔上部的旋流板，用塔頂回流的 40℃的冷凝液洗滌冷卻到 106℃左右進入酸性氣水冷器（ E3006）冷卻到 40℃，經(jīng)酸性氣分離器（ V3005）分離掉酸性氣中夾帶水分，使酸性氣中含 H2S25%，進入硫回收工段。 來自脫硫工段的脫硫氣（溫度 ℃、壓力 (A)、 CO 34%含 COS＋ H2S 80ppm）進入脫碳塔（ T4001）下塔，氣體自下而上與從下塔頂部而來的 NHD 溶劑 逆流接觸，下塔塔內(nèi)有三層 QH1型碳鋼扁環(huán)散堆填料，氣體中的 CO2被溶劑吸收，部分 H2S、COS 被吸收。從下塔頂出來的凈化氣（ CO24%(V)、溫度 ℃）直接進入脫碳塔上塔北京理工大學珠海學院本科生畢業(yè)設計 20 底部與從脫硫工段過來的被氨冷器 I（ E4002）冷卻至 0℃的 NHD 貧液逆相接觸，從上塔頂出來的凈化氣（ CO2約 2～ 3%(V)、 COS 和 H2S5ppm、溫度 ℃），經(jīng)凈化氣分離器（ V4002）除去少量霧沫夾帶的 NHD 后，進入氣 氣換熱器（ E4001A），溫度升至 30℃，壓力 (A)，然后將凈化氣送去精脫硫。精脫硫時 ，凈化氣先進入水解槽預熱器（ E4004）被變換氣冷凝液加熱到 80℃，經(jīng)水解槽（ R3001）水解后，在水解氣冷卻器（ E4005）中冷卻至 40℃，進到精脫硫槽（ R3002A， B）精脫硫，得到符合甲醇合成所需的凈化氣體（ CO2： 2～ 3%， COS 和 H2S），送入合成甲醇工段。 吸收了少量 CO H2S 和 COS 的 NHD 貧液從脫碳塔（ T4001）上塔底部出來后返回到 NHD 脫硫工段。 圖 脫硫脫碳工藝流程 合成工藝流程 來自凈化工段的合成原料氣，經(jīng)離心式壓縮機加壓至壓強 ，溫度 （ 40℃）后，與來至合成塔的循環(huán)氣進行混合，經(jīng)離心壓縮機內(nèi)再次加壓到 MPa，混合氣在進反應器前先與合成塔出來的氣體進行換熱，升溫到 225 ℃，然后從上到下經(jīng)過管程進入反應器的銅基催化劑，在催化劑的作用下發(fā)生反應。反應器為列管式反應器，管程走反應氣。合成塔出口氣體溫度 （ 255℃），殼程走 ， （ 100℃）的水蒸氣作為冷卻介質，作用是及時帶走合成反應放出的熱量，維持體系得到溫度，使反應快速進行，同時也起到保護催化劑的作用，出口溫度為 （ 200℃ ）。合成塔出塔氣溫度約為 255 ℃，含甲醇 %，經(jīng)過水冷卻器換熱冷卻到40 ℃，冷凝的粗甲醇經(jīng)分離器分離。由分離器分離粗甲醇后的氣體進行適當放空，大部分氣體進入壓縮機加壓返回合成塔，粗甲醇進入精餾工段進行精制。 北京理工大學珠海學院本科生畢業(yè)設計 21 圖 甲醇合成工藝流程簡圖 精餾方案選擇 對于合成塔出來的粗甲醇，在此次設計中采用三塔精餾的精餾工藝，主要設備為填料型預精餾塔、篩板式加壓精餾塔、篩板式常壓精餾塔，以及一些換熱器、進料泵等設備。工藝流程為：有粗甲醇貯罐出來的粗產(chǎn)品，經(jīng)預熱器進行加熱，至泡點溫度后進入預精餾塔。 塔頂分出甲醚及少量的甲醇，大部分甲醇有塔釜出來進入加壓精餾塔進行甲醇的分離，塔頂采出接近一半的精甲醇產(chǎn)品，其余甲醇和剩余的雜質產(chǎn)物有塔釜出來進入常壓精餾塔，塔頂分離出精甲醇，水、異丁醇這些雜質產(chǎn)物由塔釜排出進入廢水處理工段進行處理。順應此刻工藝大型化的趨勢， 三塔精餾工藝是一項企業(yè)進行增產(chǎn)降耗技術改造的非常適合的、較好的技術方案。 北京理工大學珠海學院本科生畢業(yè)設計 22 4 物料衡算 合成過程的反應方程 主反應： CO+2H2?CH3OH （式 ） CO2+3H2=CH3OH +H2O (式 ) 副反應： 2CO+4H2?(CH3)2O+H2O （式 ） CO+3H2?CH4+H2O （式 ） 4CO+8H2?C4H9OH+3H2O （式 ） CO2+H2?CO+ H2O （式 ） 由于合成反應中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要發(fā)生逆變反應生成一氧化碳，且入塔氣中二氧化碳的含量一般不超過 5%，所以計算中忽略反應（ 2）。 合成塔物料衡算 已知年產(chǎn)精甲醇 50 萬噸，每年以 330 個工作日計算?？紤]到粗甲醇精制過程中有一定的損耗，為保證設計的生產(chǎn)任務，合成工段的物料衡算以粗甲醇最終重量 55 萬噸計算。 表 粗甲醇組分質量百分數(shù) 組成 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 含量 /% 每小時各組分產(chǎn) 量： 3C H O H5 5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 . 9 2 9 92 0 1 8 . 0 1 2 k m o l / hn 3 3 0 2 4 3 2?????? ? ?2C H O35 5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 . 0 0 1 9 82 . 9 8 9 k m o l / hn 3 3 0 2 4 4 6???? 94 OHC H5 5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 . 0 0 0 2 8 0 . 2 6 3 k m o l / hn 3 3 0 2 4 7 4?????? 2 OH5 5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 . 0 6 7 8 42 6 1 . 7 2 8 k m o l / hn 3 3 0 2 4 1 8?????? 工業(yè)生產(chǎn)中測得低壓時，每生產(chǎn)一噸粗甲醇就會產(chǎn)生 m3 （標況），即 kmol的甲烷。故 CH4每小時產(chǎn)量為： 4CH550000 0 . 3 4 2 3 . 6 1 1 k m o l / hn 3 3 0 2 4? ? ?? 查《甲醇生產(chǎn)技術及進展》，在 ， 40℃ 時各組分在甲醇中的溶解度如下 北京理工大學珠海學院本科生畢業(yè)設計 23 表 每噸粗甲醇中合成氣溶解情況 組分 H2 CO CO2 N2 Ar CH4 溶解量（ Nm3/t粗甲醇） 粗甲醇中溶解的氣體量： 2 3H550000 4 . 3 6 4 3 0 3 . 0 5 6 / h 1 3 . 5 2 9 k m o l / hnm3 3 0 2 4? ? ? ?? 3CO 550000 0 . 8 1 5 5 6 . 5 9 7 / h 2 . 5 2 7 k m o l / h3 3 0 2 4? ? ? ?? 2 3CO550000 7 . 7 8 0 5 4 0 . 2 7 8 / h 2 4 . 1 2 0 k m o l / hnm3 3 0 2 4? ? ? ?? 2 3N550000 0 . 3 6 5 2 5 . 3 4 7 / h 1 .