【正文】 選型： BES1800— — 1770— 9/19— 4Ⅰ型換熱器 表 BES1800— — 1770— 9/19— 4Ⅰ浮頭式列管換熱器主要參數(shù) 。 表 BES1600— — 1320— 9/19— 6Ⅰ浮頭式列管換熱器主要參數(shù) 年產(chǎn) 20 萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設計 25 外殼直徑 D/mm 1600 管子尺寸 /mm Φ19 2 公稱壓強 p/Mpa 管長 l/m 9 公稱面積 /m2 1320 管數(shù) NT 2520 管程數(shù) Np 6 管中心距 t/mm 25 管子排列方式 正方形 設備凈重 /㎏ 38902 B. 脫鹽水冷凝器（ E202） 表 熱交換器（ E202）的 基礎數(shù)據(jù) 冷物料（脫鹽水） 熱物料 進口 出口 進口 出口 溫度 /℃ 30 (t1) 80(t2) 148 (T1) 70 (T2) 壓力 /Mpa 5 5 摩爾流量 /Kmol/h 平均分子量 M 質(zhì)量流率 /㎏ /s 平均比熱容 /KJ/(㎏ .℃ ) 熱負荷 /W 23879907 mt?逆 /℃ 溫 差修正系數(shù) ? 估計傳熱系數(shù) K 300/W（㎡ 1411 攝氏度查《化工工藝手冊》得 4moa 下水的氣化潛熱 ， ，密度 ，水蒸氣密度（ 250 攝氏度） 一、 Q1 入塔熱的計算（ Q1 = Cm △ t ） 組分 CO CO2 H 2 N2 CH4 CH3OH 比熱 按生成熱計算 QCO=Cm△ t = 220= QCO2=Cm△ t = 220= QH2=Cm△ t = 220=69817050 kJ QN2=Cm△ t = 220= kJ 年產(chǎn) 20 萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設計 23 QCH4=Cm△ t = 220= kJ 查表得 220攝氏度時 CH3OH 焓值為 KJ/kmol QCH3OH=m△ H= = kJ 所以 Q1=QCO+ QCO2+ QH2 + QN2 + QCH4+ QCH3OH= 107 kJ 二、出塔熱的計算 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 C4H9OH （ CH3O） 2 QH2O=Cm△ t= 250= kJ QCO=Cm△ t= 250= kJ QCO2=Cm△ t= 250= kJ QH2=Cm△ t= 250= kJ QN2=Cm△ t= 250=4748252 kJ QCH4=Cm△ t= 250= kJ QC4H9OH=Cm△ t = 250= kJ Q（ CH3O） 2=Cm△ t = 250= kJ Q CH3OH= = kJ Q4= QH2O+ QCO + QCO2 + QH2+ QN2+ QCH4+ QC4H9OH + Q（ CH3O） 2+ QH2O+ QCH3OH=136321900kJ 三、反應熱的計算 （ 1）式中反應熱為 kJ/mol Q1=m CH3OH = = kJ （ 2）式中反應熱為 （ CH3O） 2 = = kJ （ 3）式中反應熱為 = = kJ （ 4）式中反應熱為 = = kJ （ 5）式中反應熱為 ()= ()= kJ 所以 Q3反應熱為 kJ 年產(chǎn) 20 萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設計 24 四、損失熱的計算 Q6=( Q1+ Q3） 5%=（ 107+） 5%= Q1+ Q2+ Q3= Q4+ Q5 + Q6 ( 其中 Q5忽略不計） Q2= Q4 + Q6 Q1 Q3= 107+ = V= Q2\ = 107\=第三節(jié)、 主要設備的計算和選型 一、 合成段工藝計算和設備選型 （ 1）、 換熱器的設計計算和選型 A. 熱交換器（ E201） 表 熱交換器（ E201）的基礎數(shù)據(jù) 冷物料 熱物料 進口 出口 進口 出口 溫度 /℃ (t1) 212 (t2) 241 (T1) 148 (T2) 壓力 /Mpa 5 5 摩爾流量 /Kmol/h 平均分子量 M 質(zhì)量流率 /㎏ /s 平均比熱容 /KJ/(㎏ .℃ ) 熱負荷 /W 29570665 mt? 逆 /℃ 溫差修正系數(shù) ? 估計傳熱系數(shù) K 600/W（㎡ .℃） 估計傳熱面積 A/㎡ 2208 選擇管殼式熱交換器，熱物料走管層，冷 物料走殼層，為三殼程六管程結(jié)構(gòu)。三塔精餾工藝中甲醇的收率達 %。 甲醇裝卸棧臺共設有 12臺火車鶴管和 6臺汽車鶴管，根據(jù)精甲醇泵（ P9101A,B）的能力，至少有三臺槽車同時裝料。精甲醇貯槽為兩臺 10000m3的固定頂貯罐，貯存量按 15天產(chǎn)量計。 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，由廢水年產(chǎn) 20 萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設計 18 泵（ P8007A， B）送到生化處理裝置。 為防止粗甲醇中含有的甲酸、二氧化碳腐蝕設備，在預塔進料泵（ P8002A， B）后的粗甲醇溶液中配入適量的燒堿溶液，用來調(diào)節(jié)粗甲醇溶液的 PH值。常壓精餾塔（ T8003）頂部排出精甲醇氣（ ， 67℃），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量槽（ V8007A， B）內(nèi)貯存。加壓精餾塔（ T8002）塔底釜液（ ， 125℃）進入常壓精餾塔（ T8003），進一步精餾。 年產(chǎn) 20 萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設計 17 蒸汽弛放氣新鮮氣圖 8 合成工藝流程 （ 1）、 甲醇精餾工藝流程 來自甲醇合成裝置的粗甲醇（ 40℃， ），通過預塔進料泵（ P8002A,B），經(jīng)粗甲醇預熱器加熱至 65℃，進入預精餾塔（ T8001），預塔再沸器（ E8004）用 的低壓蒸汽加熱，低沸點的雜 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塔回流泵（ P8003A,B）作為該塔回流液。 合格的鍋爐給水來自變換裝置；循環(huán)冷卻水來自界區(qū)外部。 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，以保持整個循環(huán)回路惰性氣體恒定。分離出的粗甲醇進入甲醇膨脹槽（ V7003），被減壓至 。副產(chǎn)蒸汽確保了甲醇合成塔內(nèi)反應趨于恒定，且反應溫度也 可通過副產(chǎn)蒸汽的壓力來調(diào)節(jié)。 年產(chǎn) 20 萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設計 16 第七節(jié)、甲醇合成工藝流程的設計 來自新鮮氣（ 40℃， ）與循環(huán)氣一起經(jīng)甲醇合成氣壓縮機 （ C7001）壓縮至 ，經(jīng)過入塔氣預熱器（ E7001）加熱到 225℃，進入甲醇合成塔（ R7001）內(nèi)，甲醇合成氣在催化劑作用下發(fā)生如下反應： CO + 2H2 = CH3OH + Q CO2 + 3H2 = CH3OH + H2O + Q 甲醇合成塔（ R7001）為列管式等溫反應器，管內(nèi)裝有 XNC98型甲醇合成催化劑，管外為沸騰鍋爐水。 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，所以設計選用了填料塔。 （ 4）新型垂直篩板 新型垂直篩板的傳質(zhì)單元，是由塔板開有升氣孔及罩于其上的帽罩組成。塔總高一般為浮閥塔的一半。目前 該塔仍被廣泛使用，但有使用逐漸減少的趨勢。該類型塔板效率高，操作彈性大，操作適應性強，單位面積生產(chǎn)能力大，造價較低。該塔已經(jīng)逐漸被其他塔代替。其各自結(jié)構(gòu)及特點如下： （ 1）泡罩塔 泡罩塔十多層板式塔，每層塔板上裝有一個活多個炮罩。所以要根據(jù)企業(yè)的 實際條件選擇合適的高效精餾塔。 表 5 雙塔精餾與三塔精餾的投資與操作費用比較表 ［ 18］ 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 年產(chǎn) 20 萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設計 15 注：投資、操作費用、能耗為相對數(shù) 通過上述比較可知，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%,本設計中甲醇產(chǎn)量為 20萬 t/a綜合考慮各項因素，所以設計采用三塔精餾工藝。 （ 5）操作方面。 （ 4）設備投資。 （ 3）產(chǎn)品質(zhì)量。 （ 2）蒸汽消耗。三塔精餾與雙塔精餾在流程上的區(qū)別在于三塔精餾采用了 2臺主精餾塔 (其中1 臺是加壓塔 )和 1 臺常壓塔，較雙塔流程多 1 臺加壓塔。因此 .該工藝技術(shù)生產(chǎn)能力大，節(jié)能效果顯著，特別適合較大規(guī)模的精甲醇生產(chǎn)。生產(chǎn)中加壓塔和常壓塔同時采出精甲醇，常壓塔的再沸器熱量由加壓塔的塔頂氣提供，不需要外加熱源。作為一般要求的精甲醇經(jīng)加壓精餾塔后就可以達到合格的質(zhì)量。在該溫度下，幾乎所有的低沸點餾分都為氣相，不造成冷凝回流。 甲醇三塔精餾工藝技術(shù)是為了減少甲醇在精餾過程中的損耗，提高甲醇的收率和產(chǎn)品質(zhì)量而設計的。隨著生產(chǎn)的強化，不僅消耗大幅度上升，而且殘液中的甲醇含量也大大超過了工藝指標。該工藝適合于原料粗甲醇中二甲醚等輕組分、還原性雜質(zhì) 量較低的粗甲醇加工。從塔頂或側(cè)線采出 .經(jīng)精餾甲醇冷卻器冷卻至常溫后，就可得到純度在 %以上的符合國家指標的精甲醇產(chǎn)品。經(jīng)粗甲醇預熱器加熱到 45℃后進入預精餾塔。雙塔精餾工藝流程見下圖。近年來在大、中型企業(yè)中得到了推廣和應用。粗甲醇生產(chǎn)中的副反應減少和雜質(zhì)的降低，此工藝流程己經(jīng)很少采用。帶有高錳酸鉀反應的精餾工藝技術(shù)僅在單醇生產(chǎn)中用鋅鉻為催化劑的產(chǎn)品中有應用。雙塔 精餾工藝技術(shù)由于具有投資少、建設周期短、操作簡單等優(yōu)點，被我國眾多中、小甲醇生產(chǎn)企業(yè)所采用。道最后制得接近純態(tài)的低沸點組分。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組分又高于原氣相冷凝液。其分離的原理如下： 對于由沸點不 同的組分組成的混合液，加熱到一定溫度，使其部分氣化，并將氣相與液相分離。所以粗甲醇必須提純。由于甲醇作為有機化工的基礎原料，用它加工的鏟平種類很多，因此對甲醇的純度均有一定的要求。 第四節(jié)、粗甲醇的精餾 在甲醇合成時，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)生甲醇反應的同時，還伴隨著一系列的副反應?？账俚倪x擇需要根據(jù)每一種催化劑的特性，在一個相對較小的范圍內(nèi)變化。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～ 20200h1 之間。所以二氧化碳的含量應該盡可能低一些，一般不超過 5%。二氧化碳的存在可以降低反應系統(tǒng)的熱效應，這對維持床層溫度也是有利的。合成塔中氫氣過量，對減少副反應是有利的。 （ 3）氣體組成 : 對于甲醇合成原料氣，即合成工序的新鮮氣，應維持 f=（ H2CO2） /(CO+CO2)=～ ,并保持一定的 CO2。近年來普遍使用的銅基甲醇合成催化劑，其年產(chǎn) 20 萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設計 11 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，為了減少設備尺寸，合成系統(tǒng)的操作壓力可以升至 10Mpa左右。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℃。甲醇合成反應時分子數(shù)變少，因此增加壓力對反應有利，由于壓力高，組分的分壓提高，因而催化劑的 生產(chǎn)強度也提高。設計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℃。例如副產(chǎn)蒸汽型等溫甲醇合成塔采用國產(chǎn)銅系催化劑，使用前期，可控制床層零點溫度 230～ 240℃，熱點溫度 260℃左右；后期，可控制床層零點溫度 260～ 270℃，熱點溫度290℃。操作溫度的控制 同樣是一個操作費用的控制問題，在設計中，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。 綜上所述，催化劑的活性、選擇性和使用壽命等主要技術(shù)經(jīng)濟指標均優(yōu)于進口催化劑及國產(chǎn) C型催化劑，所以本設計選用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。 75%負荷下合成系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)結(jié)蠟 ,粗甲醇質(zhì)量符合設計要求。隨著可調(diào)溫區(qū)的增加，催化劑的使用壽命也相應延長。 (3)適用溫區(qū)寬 ,使用壽命長。 (2)低溫活性好，日產(chǎn)量高。 外 觀： 有色金屬光澤的圓柱體 堆積密度： ～ 外型尺寸： 5 (～ 5)mm 徑向抗壓強度：≥ 200N/cm 催化劑活性和壽命： 在該催化劑質(zhì)量檢驗規(guī)定的活性檢測條件下，其活性為： 230℃時：催化劑的時空收率≥ kg/() 250℃時：催化