【正文】 假設(shè)變換氣氣量為x，調(diào)節(jié)CO濃度的水解氣氣量為y，x+y=調(diào)節(jié)CO濃度后的變換氣氣量，即x+y= （1）再由CO的守衡可得式：6%x+%y= （2）聯(lián)合（1）（2）可算的 x=； y= m3/h m3/h， m3/h。出塔氣中CO=入塔氣中CO－反應(yīng)消耗的CO+反應(yīng)中生成的CO－－－－－－－%+= m3/h同理可得其它氣體量 甲醇分離器出口氣體組成的確定 分離器出口氣體組分=循環(huán)氣氣體組分+弛放氣氣體組分；則分離器出口氣體中CO氣量=循環(huán)氣中CO+弛放氣中CO=+=；同理可算的其他氣體的氣量。由反應(yīng)（3）、（4）、（5）、（6）得出反應(yīng)（2）、（7）生成的水分為； －－－3－8 = kmol/h 由于合成反應(yīng)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(yīng)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(jì)算中忽略反應(yīng)（2）。三塔精餾工藝中甲醇的收率達(dá)97%。整個(gè)裝置形成氣氨吸收，濃氨水精餾，冷凝液氨的循環(huán)系統(tǒng)，為用戶提供冷量。蒸出的氣氨經(jīng)塔頂回流冷凝器，進(jìn)入氨冷凝器（E2504A～D），冷凝為液氨，進(jìn)入液氨貯槽，然后液氨經(jīng)過冷器換熱，℃送到用戶。甲醇裝卸棧臺(tái)共設(shè)有12臺(tái)火車鶴管和6臺(tái)汽車鶴管，根據(jù)精甲醇泵（P9101A,B）的能力，至少有三臺(tái)槽車同時(shí)裝料。由常壓精餾塔（T8003）底部排出的精餾殘液經(jīng)廢水冷卻器（E8009）冷卻至40℃后，由廢水泵（P8007A，B）送到生化處理裝置。常壓精餾塔（T8003）頂部排出精甲醇?xì)猓ǎ?7℃），經(jīng)常壓塔冷凝冷卻器（E8008）冷凝冷卻后一部分回流到常壓精餾塔（T8003），另一部分打到精甲醇計(jì)量槽（V8007A，B）內(nèi)貯存。圖8 合成工藝流程來自甲醇合成裝置的粗甲醇（40℃，），通過預(yù)塔進(jìn)料泵（P8002A,B），經(jīng)粗甲醇預(yù)熱器加熱至65℃，進(jìn)入預(yù)精餾塔（T8001），預(yù)塔再沸器（E8004），低沸點(diǎn)的雜質(zhì)如二甲醚等從塔頂排出，冷卻分離出水后作為燃料；回收的甲醇液通過預(yù)塔回流泵（P8003A,B）作為該塔回流液。從甲醇分離器（V7002）出來的循環(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。副產(chǎn)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)蒸汽的壓力來調(diào)節(jié)。受熱解析出H2S和CO2的NHD貧液與吸收塔（T6002）出來的富液換熱、循環(huán)水冷卻、氨冷器冷卻降溫到0℃進(jìn)入吸收塔(T6002)再去進(jìn)行吸收。急冷塔（T6001）底的急冷水用急冷水循環(huán)泵（P6011A，B）加壓打入急冷水冷卻器（E6016）冷卻到36℃進(jìn)入急冷塔上部，自上而下冷卻從急冷塔下部而來的氣體。三級(jí)冷凝器（E6007）出口氣體進(jìn)入尾氣分液罐（V6005）進(jìn)一步分離出氣體中夾帶的液硫，從尾氣分液罐（V6005）頂部出來的就是Claus尾氣。爐膛內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下：H2S + 3/2 O2 → SO2 + H2O + Q1H2S + 1/2 SO2 → H2O + 3/4 S2 + Q2燃燒后從爐內(nèi)出來的混合氣分成三股，一股去一級(jí)高溫?fù)胶祥y（TV6001），一股去二級(jí)高溫?fù)胶祥y（TV6002）,另一股經(jīng)加氫預(yù)熱器（E6003）與加氫工藝氣體換熱冷卻到810℃，再經(jīng)過廢熱鍋爐（E6004）降溫到330℃，然后進(jìn)入一級(jí)冷凝器（E6005）冷卻到150℃分離出液硫，（G）的低壓蒸汽。從氣提塔底出來的貧液經(jīng)氨冷器（E4003）冷卻到5℃，由脫碳貧液泵（P4001A，B） Mpa(A)進(jìn)入脫碳塔下塔上部。富液進(jìn)入水力透平（HT4001A,B）回收靜壓能，(A)后進(jìn)入脫碳高壓閃蒸槽（V4003），脫碳高壓閃蒸槽設(shè)備為板式塔，部分溶解的CO2和大部分H2在此解吸出來，此氣體即謂脫碳高壓閃蒸氣。從下塔頂出來的凈化氣（CO24%(V)、℃）直接進(jìn)入脫碳塔上塔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、℃），經(jīng)凈化氣分離器（V4002）除去少量霧沫夾帶的NHD后，進(jìn)入氣氣換熱器（E4001A），溫度升至30℃，(A)，然后將凈化氣送去精脫硫。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）(G)送入貧富液換熱器I（E3002）；而在貧液進(jìn)入貧富液換熱器I前面有一旁路，(G)進(jìn)入溶液過濾器（M3001A,B），過濾后的貧液再返回貧液泵II的入口。變換氣脫硫塔（T3001）℃的NHD富液和燃?xì)饷摿蛩═3004）℃左右的NHD富液一起由富液泵（P3003A,B）(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(jìn)入濃縮塔（T3002）。(A)(A)蒸汽一起送出本工段。由第三水分離器（V2006）、第七水分離器（V2014）分離出的冷凝液進(jìn)入冷凝液汽提塔的上部，由第二水分離器（V2005）、第五水分離器（V2012）、第六水分離器（V2013）分離出的冷凝液進(jìn)入冷凝液汽提塔的中部，汽提塔采用垂直篩板塔，冷凝液閃蒸槽閃蒸出的閃蒸氣（156℃，）進(jìn)入冷凝液汽提塔的底部，低壓蒸汽進(jìn)入塔的底部進(jìn)行汽提冷凝液，～(A)。另一部分水煤氣進(jìn)入有機(jī)硫水解槽（R2003）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。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經(jīng)燒嘴同時(shí)噴入氣化爐（R1001）內(nèi)的反應(yīng)室，然后在高溫(1 400一1 600℃)、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。綜合比較上面四種塔，可以知道填料塔和新型垂直篩板性質(zhì)更加優(yōu)越，同時(shí)考慮到新型垂直篩板是一種新型塔，目前使用很少，技術(shù)難得，而填料塔使用較普遍，技術(shù)非常成熟，所以設(shè)計(jì)選用了填料塔。塔總高一般為浮閥塔的一半。該類型塔板效率高，操作彈性大，操作適應(yīng)性強(qiáng)，單位面積生產(chǎn)能力大，造價(jià)較低。其各自結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)如下［19］：（1）泡罩塔 泡罩塔十多層板式塔，每層塔板上裝有一個(gè)活多個(gè)炮罩。本設(shè)計(jì)中甲醇產(chǎn)量為20萬t/a，遠(yuǎn)大于5萬t/a，綜合考慮各項(xiàng)因素，所以設(shè)計(jì)采用三塔精餾工藝。由于雙塔精餾具有流程簡單,運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn),所以在操作上較三塔精餾要方便簡單。三塔精餾與雙塔精餾在產(chǎn)品質(zhì)量上最大的不同是三塔精餾制取的精甲醇中乙醇含量低，一般小于50106,而雙塔精餾制取的精甲醇中乙醇含量為400106～500106，%，含有的有機(jī)雜質(zhì)相對(duì)較少。這樣，在同等的生產(chǎn)條件下，降低了主精餾塔的負(fù)荷，并目常壓塔利用加壓塔塔頂?shù)恼羝淠裏嶙鳛榧訜嵩?，所以三塔精餾既節(jié)約蒸汽，又節(jié)省冷卻水。粗甲醇預(yù)熱器的熱量由精甲醇提供，也不需要外供熱量。脫除低沸點(diǎn)組分后，采用加壓精餾的方法，提高甲醇?xì)怏w分壓與沸點(diǎn)，減少甲醇的氣相揮發(fā)，從而提高了甲醇的收率。對(duì)企業(yè)的達(dá)標(biāo)排放構(gòu)成了較大的威脅。該工藝具有流程簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，操作方便，一次投資少的特點(diǎn)。來自合成工段含醇90%的粗甲醇，經(jīng)減壓進(jìn)入粗甲醇貯槽。三塔精餾工藝技術(shù)是為減少甲醇在精餾中的損耗和提高熱利用率，而開發(fā)的一種先進(jìn)、高效和能耗較低的工藝流程。雙塔精餾工藝技術(shù)由于具有投資少、建設(shè)周期短、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，被我國眾多中、小甲醇生產(chǎn)企業(yè)所采用。若將氣相混合蒸汽再部分冷凝下來，將冷凝液再加熱到一定溫度，使其部分氣化，并將氣相與液相分離，則所得氣相冷凝液中的低沸點(diǎn)組分又高于原氣相冷凝液。所以粗甲醇必須提純。［14］在甲醇合成時(shí)，因合成條件如壓力、溫度、合成氣組成及催化劑性能等因素的影響，在產(chǎn)生甲醇反應(yīng)的同時(shí)，還伴隨著一系列的副反應(yīng)。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，國產(chǎn)銅基催化劑，一般要求氣體空速在8000～20000h1之間。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。（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）/(CO+CO2)=～,并保持一定的CO2。早期的高壓法合成甲醇工藝采用的是鋅基催化劑，由于活性差，需要在高溫高壓下操作，其操作壓力為25～35Mpa，操作溫度350～420℃。設(shè)計(jì)中采用的甲醇合成催化劑為國產(chǎn)的銅系XCN98，由它的性質(zhì)可知：適合使用的溫度范圍為200～290℃。操作溫度的控制同樣是一個(gè)操作費(fèi)用的控制問題，在設(shè)計(jì)中，需要延長催化劑的使用壽命，防止催化劑的迅速老化和活性衰減速度加快。50%負(fù)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(dá)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。常用操作溫度200～290℃,～ MPa。 XNC98甲醇合成催化劑簡介：XNC98型催化劑是四川天一科技股份有限公司研制和開發(fā)的新產(chǎn)品。通過操作條件的對(duì)比分析，可知使用銅基催化劑可大幅度節(jié)省投資費(fèi)用和操作費(fèi)用，降低成本。經(jīng)過長時(shí)間的研究開發(fā)和工業(yè)實(shí)踐，廣泛使用的合成甲醇催化劑主要有兩大系列：一種是以氧化銅為主體的銅基催化劑，一種是以氧化鋅為主體的鋅基催化劑。典型塔型有Casale的四床臥式內(nèi)換熱合成塔和中國成達(dá)公司的四床內(nèi)換熱式合成塔。日前各工程公司的氨合成塔均采用二床(四床)內(nèi)換熱式合成塔。管板處的催化劑屬于絕熱段。固定管板列管合成塔雖然可用于大型化，但受管長、設(shè)備直徑、管板制造所限。（4）固定管板列管合成塔 這種合成塔就是一臺(tái)列管換熱器，催化劑在管內(nèi)，管間（殼程)是沸騰水，～。這種塔型碳轉(zhuǎn)化率較高但僅能在出塔氣中副產(chǎn)0. 4MPa的低壓蒸汽。（2）冷管式合成塔這種合成塔源于氨合成塔，在催化劑內(nèi)設(shè)置足夠換熱面積的冷氣管，用進(jìn)塔冷管來移走反應(yīng)熱。按換熱器的形式分為列管式、螺旋板式、波紋板式等多種形式。內(nèi)件事由催化劑筐和換熱器兩部分組成。甲醇合成工藝中最重要的工序是甲醇的合成，其關(guān)鍵技術(shù)是合成甲醇催化劑的和反應(yīng)器，設(shè)計(jì)采用用的是低壓合成工藝。NHD脫硫脫碳的甲醇裝置的生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，經(jīng)NHD法凈化后，再設(shè)置精脫硫裝置，106，滿足甲醇生產(chǎn)的要求。當(dāng)CO2分壓小于1MPa時(shí)，氣相壓力與液相濃度的關(guān)系基本符合亨利定律。(8)能耗低。 (4)溶劑對(duì)碳鋼等金屬材料無腐蝕性。 NHD脫硫脫碳NHD溶劑主要組分是聚乙二醇二甲醚的同系物，分子式為CH3O(C2H4O)nCH3,式中n=2～8，平均分子量為250～280。（3）最終變換率最終變換率由合成甲醇的原料氣中氫碳比及一氧化碳和二氧化碳的比例決定的。預(yù)變換爐溫度控制在240℃左右。該工藝的簡單流程為：氣化工段來的水煤氣首先進(jìn)入預(yù)變換爐，出爐后分為兩部分：一部分進(jìn)入另一變換爐，變換后經(jīng)過多次換熱和氣液分離后去了脫硫系統(tǒng)；另一部分先進(jìn)入有機(jī)硫水解槽脫硫，出來后氣體又分為兩部分，部分去調(diào)節(jié)變換爐出口CO含量，部分去發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電。 變換工序以煤為原料制得的粗甲醇原料氣必須經(jīng)過一氧化碳變換工序。(6)碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%以上，冷煤氣效率高達(dá)80%以上。(4)氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，無耐火材料襯里。由于氣化溫度高，故對(duì)煤種的適應(yīng)性更為廣泛，從較差的褐煤、次煙煤、煙煤到石油焦均可使用，也可以兩種煤摻混使用。代表著未來氣流床加壓氣化技術(shù)的發(fā)展方向。水煤漿氣流床：水煤漿氣化技術(shù)的特點(diǎn)是煤漿帶35%~40%水入爐，因此氧耗比干粉煤氣化約高20%；爐襯是耐火磚，沖刷嚴(yán)重，每年要更換一次。后者熱煤氣是經(jīng)輻射鍋爐，再送往對(duì)流鍋爐，產(chǎn)生高壓蒸汽可用于發(fā)電或作熱源。 (6)但投資相對(duì)較高，尤其是Shell粉煤氣化。 (2)氣化溫度達(dá)1 400～1 600℃，對(duì)環(huán)保很有利，沒有酚、焦油，有機(jī)硫很少，且硫形態(tài)單一。氣流床采用粉煤為原料，反應(yīng)溫度高，灰分是熔融狀態(tài)。發(fā)展較早且比較成熟的是常壓溫克（Winkler）爐。在大型煤制甲醇的裝置中，固定床的優(yōu)點(diǎn)是投資低，可是它有很多不足：（1）對(duì)原料煤的黏結(jié)性有一定有一定要求：（2）氣化強(qiáng)度低：（3）環(huán)境污染負(fù)荷大，治理較麻煩。 煤氣化技術(shù)按氣化反應(yīng)器的形式，氣化工藝可分為移動(dòng)床（固定床）、流化床、氣流床三種。 原料煤規(guī)格原料煤的元素分析為：C %；H % ；O %；N % ；S（可燃）%；S（不可燃）%； Cl/（mg/kg）229；F/（mg/kg）104；Na/（mg/kg）2180；K/（mg/kg）292 。綜合樓：包括中心化驗(yàn)室、質(zhì)量檢驗(yàn)、安全環(huán)保。合成車間：包括壓縮、甲醇合成。加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際，擴(kuò)大知識(shí)面；培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立工作的能力。 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料（1）工藝流程資料參閱某化學(xué)工程公司的甲醇合成廠的工藝流程資料和參考由房鼎業(yè)主編的《甲醇工學(xué)》。本設(shè)計(jì)遵循“工藝先進(jìn)、技術(shù)可靠、配置科學(xué)、安全環(huán)保”的原則；結(jié)合甲醇的性質(zhì)特征設(shè)計(jì)一座年產(chǎn)20萬噸煤制甲醇的生產(chǎn)車間。由于我國石油資源短缺，能源安全已經(jīng)成為不可回避的現(xiàn)實(shí)問題，尋求替代能源已成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵。將合成后的粗甲醇經(jīng)預(yù)精鎦脫除甲醚，再精鎦而得成品甲醇。2000年，杭州林達(dá)公司開發(fā)了擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的JW低壓均溫甲醇合成塔技術(shù)［3］，打破長期來被ICI、Lurgi等國外少數(shù)公司所壟斷擁的局面，并在2004年獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。我國的甲醇生產(chǎn)始于1957年，50年代在吉林、蘭州和太原等地建成了以煤或焦炭為原料來生產(chǎn)甲醇的裝置。1971年德國的Lurgi公司相繼開發(fā)了適用于天然氣－渣油為原料的低壓法工藝。1857年法國的M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(jià)值高而成本低的優(yōu)點(diǎn)，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(duì)苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醇羰基化可生產(chǎn)醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有機(jī)合成中間體，它們是制造各種染料、藥品、農(nóng)藥、炸藥、香料、噴漆的原料，目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重視。蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，％～﹪（體積比）。內(nèi)蒙古科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)