【正文】 考慮到粗甲醇精制過程中有一定的損耗，為保證設(shè)計的生產(chǎn)任務(wù)，合成工段的物料衡算以粗甲醇最終重量 55 萬噸計算。 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(zhì)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(zhì)產(chǎn)物由塔釜排出進入廢水處理工段進行處理。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。 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。 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。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。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(yù)脫硫槽北京理工大學(xué)珠海學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 19 R3001 脫除 H2S 氣體，然后在精脫硫槽預(yù)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)。聚乙二醇二甲醚溶劑的分子式為 CH3O(C2H40)nCH3。 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。 由氣化工段送來的 (A)， 216℃左右，汽氣比為 的水煤氣經(jīng)煤氣水分離器（ V2020）和中溫換熱器（ E2020）溫度升高至 240℃進入預(yù)變換爐（ R2020）后分成兩部分：一部分進入變換爐（ R2020），變換爐內(nèi)裝兩段耐硫變換觸媒，二段間配有煤氣激冷管線，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。氣化爐冷激室里的渣粒固化成玻璃狀，通過鎖斗系統(tǒng)排出。氣化原料與氣化劑（氧氣和蒸汽）經(jīng)燒嘴同時噴入氣化爐（ R1001）內(nèi)的反應(yīng)室，然后在高溫 (1 4001 600℃ )、高壓（ 4. 0 MPa)下發(fā)生快速氣化反應(yīng)，產(chǎn)生以 CO 和 H2為主要成分的熱粗煤氣。 (8)氣化成本低，投資少。水冷壁使用壽命長，正常使用時維護量很少，運行周期長。對煤的灰熔點的適用范圍北京理工大學(xué)珠海學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 16 比其他氣化工藝更寬，即使是高水份、高灰分、高硫含量和高灰熔點的煤種也能使用。 GSP工藝技術(shù)是 20世紀 70年代末由 GDR(原民主德國 )開發(fā)并投入商業(yè)化運行的大中型煤氣化技術(shù)。故原料其中硫含量越低越好。揮發(fā)分與煤的變質(zhì)過程有關(guān)，揮發(fā)分高，制得的煤氣的甲烷等碳氫化合物的含量高。煤中的水分是指煤所含有的游離水（開采、運輸、堆放過程所沾上的水）、吸附水（凝膠水、表面吸附水、毛細孔吸附水和礦物質(zhì)結(jié)晶水）和化合水，它關(guān)系到煤的熱值和實用價值。 因此，在甲醇合成生產(chǎn)中，空速控制在 10000~30000h之間。此外原料氣之中含有一定量的 CO2，可以減少反應(yīng)熱量的放出，利于床層溫度的控制，同時還抑制二甲醚的生成。氫氣和一氧化碳合成甲醇的物質(zhì)的量之比為 2，與二氧化碳反應(yīng)的物質(zhì)的量的比為 3，當(dāng) CO 與 CO2都存在時，對原料氣，即合成工序的新鮮原料氣中氫碳比的要求為 []： =~。而且甲醇的平衡濃度也不是隨壓力而成線性增加，當(dāng)壓力增至某一定數(shù)值時，平衡常數(shù)將趨于穩(wěn)定。本次設(shè)計采用銅基催化劑，活性溫度為 240270℃，所以整個催化劑層的溫度北京理工大學(xué)珠海學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 應(yīng)控制在這個溫度范圍內(nèi)，若溫度過高，副反應(yīng)產(chǎn)物的含量會增多。對于化學(xué)反應(yīng)來說，溫度升高有利于甲醇合成反應(yīng)速率的加快。從 50 年代開始，很多國家著手進行低溫甲醇催化劑的研究工作。冷凝后的精甲醇進入回流罐，一部分作為加壓塔回流，一部分作為精甲醇產(chǎn)品出裝置；加壓塔塔底的甲醇、高沸組分、水等進入常壓塔，常壓塔頂餾出精甲醇產(chǎn)品，在進料板下方設(shè)置側(cè)線抽出，抽出物主要為甲醇、水和高 沸點組分，進入甲回收塔再回收甲醇，塔底廢水進入生化系統(tǒng)處理；回收塔設(shè)有側(cè)線抽出，主要抽出物為高沸點醇類，以保證回收塔塔頂精甲醇質(zhì)量和塔底廢水中總醇含量要求，塔底廢水送生化處理。同樣，常壓塔塔頂出的精甲醇一部分作為回流，一部分與加壓塔產(chǎn)品混合進入甲醇產(chǎn)品儲槽。塔頂經(jīng)部分冷凝后的大部分甲醇、水及少量雜質(zhì)留在液相作為回流返回塔，二甲醚等輕組分 (初餾分 )及少量的甲醇、水由塔頂逸出，塔底含水甲醇則由泵送至主精餾塔。 （ 1）單塔流程描述 單塔流程為粗甲 醇產(chǎn)品經(jīng)過一個塔就可以采出產(chǎn)品。如微量鐵在反應(yīng)中生成的羰基鐵 [Fe(CO)5]混在粗 甲醇中與甲醇共沸，很難處理掉，影響精甲醇的質(zhì)量。但水與其中的許多有機雜質(zhì)混溶，或形成水 甲醇 有機物的多元恒沸物，是徹底分離水分變得困難，同時難免與有機雜質(zhì)甚至甲醇一起排除，甚至造成精制過程中甲 醇的流失。用不同的方法生產(chǎn)的粗甲醇組成見表 ： 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 7 表 不同生產(chǎn)方法粗甲醇組成 粗甲醇中雜質(zhì)的分類 粗甲醇中所含有的雜質(zhì)種類很多，根據(jù)其性質(zhì)可以歸納為一下幾類： 有機雜質(zhì)包含了醇、酮、醛、醚、酸、烷烴等有機物，根據(jù)其沸點的不同。粗甲醇精制為精甲醇，主要采用精餾的方法，并根據(jù)粗甲醇的組成，在精制過程中，還可以采用化學(xué)凈化與吸附等方法，其整個精制過程工業(yè)上習(xí)慣稱為粗甲醇的精餾。由于高壓設(shè)備尺寸的限制， 20 世紀50 年代以前，甲醇合成塔的單塔生產(chǎn)能力一般不超過 100200t/d， 20 世紀 60 年代不超過 200300t/d，但近幾十年來單系列大型甲醇合成塔不斷被開發(fā)，并在工業(yè)生產(chǎn)中使用。壓縮機五段出口氣體先進入甲醇合成塔，使大部分原先要在銅洗工段除去的一氧化碳和二氧化碳在甲醇合成塔中與氫氣反應(yīng)生成甲醇，聯(lián)產(chǎn)甲醇后進入北京理工大學(xué)珠海學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 銅洗工段的一氧化碳含量明顯降低，減輕了銅洗工段的負荷；同時變化工序的一氧化碳的指標課相對放寬。總之，低壓法比高壓法有顯著的優(yōu)越性。低壓法基于高活性的銅系催化劑。 圖 西德某產(chǎn)高壓合成甲醇工藝流程 （ 2）中壓法 (～ )隨著甲醇工業(yè)規(guī)模的大型化， (目前已有日產(chǎn) 2020t的裝置甚至更大單系列裝置 )，如采用低壓法，勢必導(dǎo)致工藝管道和設(shè)備較大，因此，在低壓法的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高合成壓力，即發(fā)展成為中壓法。隨著甲醇合成催化劑技術(shù)的不斷發(fā)展，目前總的趨勢是由高壓向低、中壓發(fā)展。進入 2020 年在國內(nèi)經(jīng)濟形勢大好、甲醇需求增長以及國內(nèi)外甲醇市場價格暴漲的影響， 2020 年 110月國內(nèi)甲醇的表觀消費量達到了 萬噸，同比 2020 年 110 月增長了 %。 2020 年中國超美國首次成為全球最大的甲醇消費國，同一年中國超過特立尼達和多巴哥成為全球最大的醇生產(chǎn)國。 2020 年，我國甲醇進口總量中，江蘇省進口比例占%，廣東省所占比例為 %，福建省比例為 %，浙江省比例為 %。 我國甲醇消費結(jié)構(gòu)與國外類似，最大消費領(lǐng)域是甲醛生產(chǎn)，消費比例約為 40%；其次是 MTBE 和醋酸，所占比例分別為 6%和 7%。 M5 甲醇汽油不需改變發(fā)動機的結(jié)構(gòu)，可直接使用。 國內(nèi)甲醇的生產(chǎn)和供需概況 甲醇既是重要的化工原料，也是價廉物美的清潔燃料。 國外基本上是由天然氣制備甲醇。如今已大量推廣使用甲醇汽油的有德國，其加甲醇 3%~5%；瑞典，其加甲醇 15%，而大多數(shù)國家計劃加甲醇 15%，并正在進一步的推廣或成批使用中?？梢哉f，德國是至今世界上發(fā)展甲醇汽車最有成效的國家。 1996 年，日本本田技研工業(yè)株式會社，試用汽油、甲醇自由混合雙燃料車，已完成確保與汽油大致相同耐久、可靠的靈活燃料車，得出的結(jié)論是，成本降低，有利于批量生產(chǎn)。以甲醇為中間體的煤基化學(xué)品深加工產(chǎn)業(yè)；從甲醇出發(fā)生產(chǎn)煤基化學(xué)品是未來碳一化工發(fā)展的重要方向?！?Pruteen”產(chǎn)品中含有 72％的粗蛋白，蛋氨酸和賴氨酸含量與魚粉非常相近，作為富含熱量、維北京理工大學(xué)珠海學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 生素、礦物質(zhì)及高蛋白的飼料在市場上銷售 [4， 5， 6]。甲醇工業(yè)的迅速發(fā)展，在有機合成工業(yè)中，是僅次于烯烴和芳烴的重要基礎(chǔ)有機原料。隨著技術(shù)的不斷完善以及新工藝 的不斷革新，合成甲醇的原料也逐漸拓寬。 1966 年英國帝國化學(xué)工業(yè)公司（ ）研制成功銅基催化劑，并開發(fā)了低壓合成工藝，及 工藝。在不同的催化劑存在下，選用不同的工藝條件，生產(chǎn)甲醇可以采用單產(chǎn)甲醇（分高壓法、低壓和中壓）或與合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇（聯(lián)醇法 [2]）。 Synthesis process 。 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，進行年產(chǎn) 50 萬噸的甲醇生產(chǎn)的工藝設(shè)計，包括原料氣的制備、合成工藝設(shè)計以及粗產(chǎn)品的精制工藝設(shè)計。 年產(chǎn) 50 萬噸煤制甲醇生產(chǎn)的工藝設(shè)計 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 誠信承諾書 本人鄭重承諾： 我所呈交的課程設(shè)計《年產(chǎn) 50 萬噸煤制甲醇生產(chǎn)的工藝設(shè)計》是在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立開展研究取得的成果，文中引用他人的觀點和材料，均在文后按順序列出其參考文獻，論文使用的數(shù)據(jù)真實可靠。同時，參考相關(guān)的資料和標準對合成工段和精餾工段的設(shè)備和管道進行了合理布局，并編制了設(shè)備一覽表，物料流程圖，工藝管道及儀表流程圖，設(shè)備平面布置圖。 Refining process 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 III 目 錄 1 前言 ............................................................................ 1 合成甲醇的發(fā)展歷程 ........................................................ 1 合成甲醇的重要性 .......................................................... 1 國內(nèi)外甲醇的生產(chǎn)和供需概況 ................................................ 2 國外甲醇的生產(chǎn)和供需概況 ............................................ 2 國內(nèi)甲醇的生產(chǎn)和供需概況 ............................................ 3 甲醇的生產(chǎn)方法 ............................................................ 4 甲醇的生產(chǎn)規(guī)模 ............................................................ 6 粗甲醇的精制原理 .......................................................... 6 粗甲醇的組成 ........................................................ 6 粗甲醇中雜質(zhì)的分類 .................................................. 7 精甲醇的質(zhì)量標準 .................................................... 8 幾種典型的甲醇精制工藝流程 ................................................ 9 2 甲醇合成催化劑及合成工藝選擇 .................................................... 12 催化劑選擇 ............................................................... 12 反應(yīng)溫度 ................................................................. 12 反應(yīng)壓力 ................................................................. 13 氣體組成 .......