【正文】 能量衡算 煤發(fā)電量 每噸煤發(fā)電 1200 1200=（ ） /h 合成塔的熱平衡計算 （ 1）計算公式 全塔熱平衡方程式為： ∑Q1 + ∑Qr = ∑Q2 + ∑Q3+ Q （ 1） 式中： Q1——入塔氣各氣體組分焓， kJ/h； Qr ——合成反應(yīng)和副反應(yīng)的反應(yīng)熱， kJ/h； Q2 —— 出塔氣各氣體組分焓， kJ/h； Q3 ——合成塔熱損失， kJ/h； Q——沸騰水吸 收熱量， kJ/h。 在預(yù)變換爐中 CO 的轉(zhuǎn)化率為 %，設(shè)水煤氣氣量為 y，由水煤氣和預(yù)變換氣的組成，可得式； y%（ %） = 解得 y=，即水煤氣氣量為 算的水煤氣組成如下表： 表 22 水煤氣組成 氣體 H 2 CO CO2 N2 Ar 組成 % % % % % 氣量 m3/h 氣體 NH3 CH4 H2S COS 組成 % % % % 氣量 m3/h 氣化工段 原料煤用量的確定 水煤氣中 C 元素的量 =（ +++） /= kmol/h 。 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 得： x=； y=所以變換 氣氣量為 ，調(diào)節(jié) CO 濃度的水解氣氣量為 。 67 量 kmol/h 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： 分離器出口總量 =循環(huán)氣體量 +弛放氣體量 =+=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。由粗甲醇的組成可計算得下表： 表 5 粗甲醇組成 組分 百分比 產(chǎn)量 甲醇 % 二甲醚 % kmol/h 即 m3/h 高級醇（以異丁醇計） % 高級烷烴（以辛烷計） % 水 % 粗甲醇 100% 注：設(shè)計中的體積都為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 計算 方法： 粗甲醇 =二甲醚 =% = kg/h 即 ， 高級醇（以異丁醇計） = % = ， =高級烷烴（以辛烷計） =% = ， =水 =% = kg/h 即 1560/18=， = 合成工段 合成塔中發(fā)生的反應(yīng) : 主反應(yīng) CO+2H2=CH3OH （ 1） 16 CO2+3H2=CH3OH +H2O （ 2） 副反應(yīng) 2CO+4H2=（ CH3） 2O+H2O （ 3） CO+3H2=CH4+H2O （ 4） 4CO+8H2=C4H9OH+3H2O （ 5） 8CO+17H2=C8H18+8H2O （ 6） CO2+H2=CO+H2O （ 7） 粗甲醇的合成 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(biāo)態(tài)）的甲烷，即設(shè)計中每小時甲烷產(chǎn)量為 =，即 由于甲醇入塔氣中水含量很少，忽略入塔氣帶入的水。 15 第四章 工藝計算 物料衡算 精餾工段 本設(shè)計為年產(chǎn)精甲醇 20 萬噸，扣除檢修時間后按 330 天，采用連續(xù)操作，則產(chǎn)量為 20xx00/（ 33024） =。加壓精餾塔塔頂為 ％ (體積分?jǐn)?shù) )以上的甲醇蒸氣，冷凝后的甲醇進(jìn)入回流槽 ，一部分作為精甲醇產(chǎn)品送到精甲醇混合罐，另一部分返回加壓精餾塔塔頂作為回流。由甲醇合成塔出來的反應(yīng)氣體中含有 4%~7%的甲醇，經(jīng)過熱交換器換熱后進(jìn)入水冷卻器，是產(chǎn)物甲醇冷凝，然后將液態(tài) 13 甲醇在甲醇分離器中分離出來，得到液態(tài)粗甲醇。 CO2 尾氣送往 CO2 尾氣洗滌塔，洗滌后的氣體 回收利用或高點排放。預(yù)洗后的粗煤氣進(jìn)入 H2S 吸收塔，脫除粗煤氣中的 H2S 和 COS 等硫化物，進(jìn)入 CO2 吸收塔底部洗滌，除去煤氣中大部分 CO2 和微量的 H2S 和 COS 等硫化物，使氣體中總硫 ≤107，送入變壓吸附裝置。 系統(tǒng)產(chǎn)生的灰水經(jīng)減壓后送人閃蒸罐去除灰水中的氣體成分，閃蒸罐內(nèi)的灰水則送入沉降槽，加入少量絮凝劑以加速灰水中細(xì)渣的絮凝沉降。氣化爐包括耐熱低合金鋼制成的水冷壁氣化室和激冷室。該流程包括干粉煤的加壓計量輸送系統(tǒng)、氣化與激冷、氣體洗滌、灰水處理等單元（見圖 3）。在實際的使用當(dāng)中，傳熱效率高，而且維護(hù)和檢修都非常的方便，與傳統(tǒng)的板式塔相比，整體的高度降低了三分之一，但是設(shè)備的成本比較高。 精餾塔的選擇 甲醇精餾的工序關(guān)乎到產(chǎn)品的質(zhì)量、能源消耗等問題，而精餾塔是精餾中的重要設(shè)備。 粗甲醇甲醇甲醇釜液 圖 2 三塔工藝流程 1 預(yù)精餾塔 2 加壓精餾塔 3 常壓精餾塔 雙塔與三塔精餾技術(shù)比較 表 4 雙塔精餾與三塔精餾的投資 與操作費用比較表 項目 雙塔精餾 三塔精餾 生產(chǎn)規(guī)模 t/a 10 5 10 5 投資 100 100 100 113 129 操作費用 100 100 100 64 71 能耗 100 100 100 60 注：投資、操作費用、能耗為相對數(shù) 通過上表比較可知，雖然三塔精餾技術(shù)的一次性投入要比雙塔精餾高出 20%~30%,但是從能源消耗、精甲醇質(zhì)量上都要優(yōu)于雙塔精餾，特別是能耗低的優(yōu)點十分突出。如作為特殊需要，則再經(jīng)過常壓精餾塔的進(jìn)一步提純。預(yù)精餾塔后的冷凝器采用一級冷凝，用以脫除二甲醚等低沸點的雜質(zhì)，控制冷凝器氣體出口溫度在一定范圍內(nèi)。 水甲醇 1 預(yù)精餾塔； 2 主精餾塔 圖 1 甲醇雙塔工藝流程 三塔精餾工藝 近年來，許多企業(yè)原有甲醇雙 塔精餾裝置己不能滿足企業(yè)的需要。甲醇的精餾分 2 個階段： 先在預(yù)塔中脫除輕餾分，主要是二甲醚；后進(jìn)入主精餾塔，進(jìn)一步把高沸點的重餾分雜質(zhì)脫除，主要是水、異丁基油等。 雙塔精餾工藝 國內(nèi)中、小甲醇廠大部分都選用雙塔精餾工藝傳統(tǒng)的主、預(yù)精餾塔幾乎都選用板式結(jié)構(gòu)。 8 精餾工藝的選擇 目前，國內(nèi)甲醇精餾工藝主要分為雙塔精餾工藝、帶有高錳酸鉀反應(yīng)的精餾工藝和三塔精餾工藝。 精餾原理 甲醇精餾是多個簡 單蒸餾的組合。氫氣過量，可改 善甲醇質(zhì)量，提高反應(yīng)速度，有利于導(dǎo)出反應(yīng)熱?？账龠^低，結(jié)炭等副反應(yīng)加劇，空速過高，系統(tǒng)阻力加大或合成系統(tǒng)投資加大，能耗增加，催化劑的更換周期縮短。由于合成甲醇是強(qiáng)放熱反應(yīng)，需及時移出反應(yīng)熱。因此本設(shè)計采用銅系催化劑。鋅系催化劑機(jī)械強(qiáng)度好 .耐熱性好，對毒物敏感性小，操作的適宜溫度為 320～ 400℃ ，壓力為 25～ 32MPa(壽命為 2～ 3 年 )；銅系催化劑具有良好的低溫活性，較高的選擇性，通常用于低、中壓流程 ；耐熱性較差，對硫、氯及其化合物敏感，易中毒。 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(jìn)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。本設(shè)計采用低溫甲醇法。該法的優(yōu)點在于對設(shè)備無腐蝕，可采用碳鋼設(shè)備，整個工藝投資較少。該法缺點是在低溫下操作，設(shè)備對低溫材料要求較高，整個工藝投資較高。一般在 NHD 凈化后增加精脫硫裝置，這樣才能保證合成氣中含硫體積分?jǐn)?shù)小于 107。 國內(nèi)已有多套大型酸性氣體凈 化裝置采用了低溫甲醇洗工藝，有的裝置已運行近20 年，在設(shè)計、施工、安裝、操作等方面都積累了豐富的經(jīng)驗。設(shè)計采用的是干粉氣流床。另外，這種氣化爐均采用水冷壁而不是耐火磚，爐襯的使用壽命長。 從技術(shù)先進(jìn)性、能耗、環(huán)保等方面考慮，對于大型甲醇煤氣化應(yīng)選用氣流床氣化為宜。 (4)氣化壓力可達(dá) ～ ， 可大大節(jié)省合成氣的壓縮功。所產(chǎn)生的煤氣和熔渣在接近爐溫的條件下排除，煤氣中不含焦油等物質(zhì)，部分灰分結(jié)合未反應(yīng)的燃料可能被產(chǎn)生的煤氣所攜帶出來。 它的缺點是：（ 1）在常壓或接近于常壓下 生產(chǎn)，生產(chǎn)強(qiáng)度低、能耗高、碳轉(zhuǎn)化率只有 88%～ 90%。典型的氣化爐為魯奇（ Lurgi）爐。首先將原料煤氣化為合成氣；然后通過變換和脫硫脫碳工藝將合成氣轉(zhuǎn)化為滿足甲醇合成條件的原料氣；第三步就是甲醇的合成，將原料氣加壓加溫到一定條件后輸入等溫反應(yīng)器，在催化劑的作用下合成甲醇，生成的粗甲醇送入精餾塔精餾，得到精甲醇。通過完成設(shè)計，基本掌握煤制甲醇的生產(chǎn)工藝，以及甲醇工業(yè)的發(fā)展趨勢。從我國能源需求及能源環(huán)境的現(xiàn)實看，生產(chǎn)甲醇為新的替代燃料，減少對石油的依賴，也是大勢所趨。甲醇還是一種很有前景的清潔能源，甲醇燃料以其安全、廉價、燃燒充分，利用率高、環(huán)保的眾多優(yōu)點，替代汽油已經(jīng)成為車用燃料的發(fā)展方向之一；另外燃料級甲醇用于供熱和發(fā)電，也可達(dá)到環(huán)保要求；也可以從甲醇出發(fā)合成乙醇，然后進(jìn)行乙醇脫水生產(chǎn)乙烯，代替石油生產(chǎn)乙烯的原料路線。甲醇主要用于生產(chǎn)甲醛，消耗量要占到甲醇總產(chǎn)量的一半，甲醛則是生產(chǎn)各種合成樹脂不可少的原料。是一種無色、透明、易燃、有毒、易揮發(fā)的液體，略帶酒精味。 methanol synthesis。通過對各工藝流程各方法進(jìn)行對比分析，采用了干粉煤氣流床氣化工藝造氣，低溫甲醇洗工藝凈化合成氣體，低壓下利用列管均溫合成塔合成甲醇，三塔精 餾工藝精制甲醇工藝過程，并對各工藝過程進(jìn)行了物料衡算、熱量衡算、工藝論證以及主要設(shè)備的選型計算。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、 縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除了文中 特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件，允許學(xué)位論文被查閱和 借閱；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任 何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 保密論文注釋：本學(xué)位論文屬于保密范圍，在 2 年解密后適用本授權(quán)書。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。此外本論文以減少投資為原則，充分利用廢熱，降低能源消耗。 process flow。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮類和大多數(shù)其他有機(jī)溶劑混溶；蒸氣與空氣形成的混合物易爆炸。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。以甲醇為原料還可以合成人造蛋白，是很好的禽畜飼料。大力發(fā)展煤化工，合理開發(fā)利用煤炭資源已成共識。 設(shè)計的依據(jù) 設(shè)計題目 20 萬噸 /年煤制甲醇的化工工藝過程設(shè)計 設(shè)計的基礎(chǔ)資料 入塔壓力 ，出塔壓力 MPa，副產(chǎn)蒸汽壓力 MPa，入塔溫度 225℃ ，出塔溫度 255℃ 。 煤 氣化技術(shù)路線的選擇 煤氣化按氣化反應(yīng)器的形式，氣化工藝可分為固定床、流化床、氣流床三種。 固定床氣化，是目前世界上用于生產(chǎn)合成氣的主要方法之一。（ 2）對煤的氣化活性要求高，僅適合于氣化褐煤和高活性的煙煤。 4 氣流床氣化優(yōu)點很多，它是針對流化床的不足開發(fā)的。 (5)碳轉(zhuǎn)化率高，均大于 90%，能耗低。本設(shè)計采用氣流床氣化。 水煤漿氣流床： 水煤漿氣化技術(shù)的特點是煤漿帶 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 。 凈化工藝方案的選擇 從國內(nèi)外煤氣化裝置中所采用的變換和脫除酸性氣體的工藝來看，煤氣凈化工藝主要有低溫甲醇洗技術(shù)（ Rectisol）和聚乙二醇二甲醚法 (NHD)。