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煤制甲醇合成工藝畢業(yè)設(shè)計-wenkub.com

2025-06-14 19:18 本頁面
   

【正文】 同時也要感謝大學(xué)四年教導(dǎo)過我的各位老師以及給予我?guī)椭耐瑢W(xué)。合成甲醇催化劑選用上,通過綜合比較國內(nèi)外各種常用催化劑,并本著技術(shù)先進投資節(jié)省的原則,選用目前相對先進的四川天一科技股份有限公司研制的XNC98型催化劑。50%負荷下,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900kg/h。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。(2)低溫活性好,日產(chǎn)量高。機組為獨立的氣路系統(tǒng),潤滑油系統(tǒng)采用強制供油,并配有先進的獨立的自控和保安裝置,確保機組的安全運行。該離心壓縮機是在引進技術(shù)的基礎(chǔ)上,采用自行開發(fā)的多項科研成果研制完成的。在現(xiàn)代化大型合成氨工業(yè)和石油化工企業(yè)中多采用離心壓縮機,其壓強可達幾十萬MPa,流量可達幾十萬m3/h。材料為Q235A鋼;拉桿選用Ф12,共四根,材料為Q235AF鋼。(7) 容器法蘭的選擇 材料選用16MnR鋼,跟據(jù)JB47032000標(biāo)準(zhǔn),DN1000mm的長頸對焊法蘭。 筒體內(nèi)徑(mm)4300列管數(shù)目8338壁厚(mm)73 管長9000封頭(半球型)半徑(mm)4500 尺寸(mm)Ф32壁厚(mm)76折流板 數(shù)目5拉桿尺寸(mm)Ф32高度(mm)3225數(shù)目12間距(mm)1500[22](1) 傳熱面積的確定 兩股流體的進出口溫度為:熱 →40℃ 冷 35 ← 20 ℃故傳熱推動力:△Tm = ((-35)-(40-20))/㏑((-35)/(40-20))=℃總傳熱系數(shù)為K=(m2.℃)由公式Q=AK △Tm 可得 A=Q/(K△Tm)=()=260 m2 (2)管子數(shù)n的確定 設(shè)計選用Ф25,材質(zhì)20號鋼,管長6m,由公式A=n=A/()=260/(6)=690根,其中安排拉桿需要減少4根,實際管數(shù)為686根。(8)折流板的確定折流板為弓形 h=3/4Di=3/44300=3225mm,折流板數(shù)量為5,間距取1500mm折流板最小厚度為22mm,材料為Q235A鋼。由公式A =dLn 得 n = A/(dL)=6362/(9)=8338其中因要安排拉桿需要減少12根,實際管數(shù)為8326根。汽包(V7001)排污,經(jīng)排污膨脹槽(V7006)膨脹減壓后就地排放。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)進行合成反應(yīng)。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)。合成塔的選用原則一般為:反應(yīng)能在接近最佳溫度曲線條件下進行,床層阻力小,需要消耗的動力低,合成反應(yīng)的反應(yīng)熱利用率高,操作控制方便,技術(shù)易得,裝置投資要底等。針對甲醇合成的特點采用四床(或五床)內(nèi)換熱式合成塔。管板下面還有一段逆?zhèn)鳠岫危簿褪沁M塔氣225℃,管外的沸騰水卻是248℃,不是將反應(yīng)熱移走而是水給反應(yīng)氣加熱。在日產(chǎn)超過2000t時,往往需要并聯(lián)兩個。代表塔型有Lurgi公司的合成塔和三菱公司套管超級合成塔,該塔是在列管內(nèi)再增加一小管,小管內(nèi)走進塔的冷氣。日前大型裝置很少使用。冷管的結(jié)構(gòu)有逆流式、并流式和U型管式。目前,國內(nèi)外的大型甲醇合成塔塔型較多,歸納起來可分為五種: (1)冷激式合成塔這是最早的低壓甲醇合成塔,是用進塔冷氣冷激來帶走反應(yīng)熱。根據(jù)內(nèi)件的催化劑筐和換熱器的結(jié)構(gòu)形式不同,甲醇內(nèi)件份為若干類型。甲醇合成反應(yīng)器實際是甲醇合成系統(tǒng)中最重要的設(shè)備。目前,甲醇的生產(chǎn)方法還主要有①甲烷直接氧化法:2CH4+O2→2CH3OH.②由一氧化碳和氫氣合成甲醇,③液化石油氣氧化法2.本設(shè)計的合成工藝以投資成本,生產(chǎn)成本,產(chǎn)品收率為依據(jù),選擇中壓法為生產(chǎn)甲醇的工藝,用CO和H2在加熱壓力下,在催化劑作用下合成甲醇,其主要反應(yīng)式為: CO+ H2→CH3OH經(jīng)過凈化的原料氣,經(jīng)預(yù)熱加壓,于5 Mpa、220 ℃下,從上到下進入Lurgi反應(yīng)器,在銅基催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng),出口溫度為250 ℃左右,甲醇7%左右,因此,原料氣必須循環(huán),則合成工序配置原則為圖22。 ③補碳及合成氣壓縮。在較低壓力下可獲得較高的甲醇收率,且選擇性好,減少了副反應(yīng),改善了甲醇質(zhì)量,降低了原料消耗。5甲醇合成的工藝流程 當(dāng)今甲醇生產(chǎn)技術(shù)主要采用中壓法和低壓法兩種工藝,并且以低壓法為主,這兩種方法生產(chǎn)的甲醇約占世界甲醇產(chǎn)量的80%以上。完全沒有CO2的合成氣,催化劑活性處于不穩(wěn)定區(qū),催化劑運轉(zhuǎn)幾十小時后很快失活。同時又因氫的導(dǎo)熱性好,可有利于防止局部過熱和降低整個催化層的溫度。 (2)CO和H2比例的影響 從化學(xué)反應(yīng)方程式來看,合成甲醇時CO與H2的分子比為1:2,CO2和H2的分子比是1:3,這時可以得到甲醇最大的平衡濃度。排放量過少則影響合成反應(yīng)進行。 (1)惰性氣體(CHNAr)的影響 合成系統(tǒng)中惰性氣體含量的高低,影響到合成氣中有效氣體成分的高低。 (2)甲醇合成是放熱反應(yīng),依靠反應(yīng)熱來維持床層溫度。由于反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率高,單位甲醇合成所需要的循環(huán)量較少,所以氣體循環(huán)的動力消耗小。一般來說,催化劑活性愈高,對同樣的生產(chǎn)負荷所需的接觸時間就愈短,空速愈大。近年來普遍使用的銅基甲醇合成催化劑,其活性溫度范圍在200~300℃,有較高的活性,對于規(guī)模小于30萬噸/a的工廠,操作壓力一般可降為5Mpa左右;對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10Mpa左右。但壓力的提高對設(shè)備的材質(zhì)、加工制造的要求也會提高,原料氣壓縮功耗也要增加以及由于副產(chǎn)物的增加還會引起產(chǎn)品質(zhì)量的變差。溫度太高不僅增加了副反應(yīng),消耗了原料氣,而且反應(yīng)過快,溫度難以控制,容易使催化劑衰老失活。 在甲醇合成反應(yīng)過程中,溫度對于反應(yīng)混合物的平衡和速率都有很大影響。移動床氣化,是目前世界上用于生產(chǎn)合成氣的主要方法之一。 銅鋅鋁、銅鋅鉻催化劑是當(dāng)前甲醇合成工業(yè)的主要催化劑,但近年來,新型催化劑的研制一刻也沒停歇過,新型催化劑 研制方向在于進一步提高催化劑的活性,改善催化劑的熱穩(wěn)定性以及延長催化劑的使用壽命,如鈀系催化劑、鉬系催化劑和低溫液相催化劑。 銅基催化劑最大的特點是活性高,反應(yīng)溫度低,操作壓力低。因此,停車卸出之前,應(yīng)先通入少量氧氣逐步進行氧化,在催化劑的表面形成一層氧化銅保護膜,這一過程稱為催化劑的鈍化。 (2)還原(1)組成將鋅與鉻的硝酸鹽溶液用堿沉淀,經(jīng)洗滌干燥后成型制的催化劑;也可以用氧化鉻溶液加到氧化鋅懸浮液中,充分混合,然后分離水分、烘干,摻進石墨成型;還可以干法生產(chǎn),將氧化鋅與氧化鉻的細分混合均勻,添加到少量氧化鉻溶液,和石墨壓片,然后烘干壓片制的成品。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。在合成甲醇的生產(chǎn)中,很多工藝指標(biāo)和操作條件都由所用催化劑的性質(zhì)決定。雖然實驗室研究出了多種甲醇合成催化劑,但工業(yè)上使用的催化劑只有鋅鉻和銅基催化劑。沒有催化劑的存在,合成甲醇反應(yīng)幾乎不能進行。 反應(yīng)溫度也是影響平衡常數(shù)的一個重要因素,不同溫度下的反應(yīng)平衡常數(shù)見表11。 Kp甲醇的平衡常數(shù);P CH3OH,PH2,P CO分別表示甲醇、氫氣、一氧化碳的平衡分壓。式中(1)、主要的化學(xué)反應(yīng)是上述五個過程中每一個過程進行速率的總和,但全過程的速率取決于最慢步驟的完成速率。自1923年開始工業(yè)化生產(chǎn)以來,甲醇合成的原料路線經(jīng)歷了很大變化。甲醇還可經(jīng)生物發(fā)酵生成甲醇蛋白,富含維生素和蛋白質(zhì),具有營養(yǎng)價值高而成本低的優(yōu)點,用作飼料添加劑,有著廣闊的應(yīng)用前景。用甲醇作甲基化試劑可生產(chǎn)丙烯酸甲酯、對苯二甲酸
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