【正文】 生產(chǎn)規(guī)模t/a105105投資100100100113129操作費(fèi)用1001001006471能耗10010010060注：投資、操作費(fèi)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%,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(diǎn)十分突出。（5）操作方面。（4）設(shè)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。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(shí)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(dá)到合格的質(zhì)量。在該溫度下，幾乎所有的低沸點(diǎn)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(shè)計(jì)的。隨著生產(chǎn)的強(qiáng)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(biāo)。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。%以上的符合國家指標(biāo)的精甲醇產(chǎn)品。經(jīng)粗甲醇預(yù)熱器加熱到45℃后進(jìn)入預(yù)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(yīng)用。粗甲醇生產(chǎn)中的副反應(yīng)減少和雜質(zhì)的降低，此工藝流程己經(jīng)很少采用。其在聯(lián)醇裝置中得到了迅速推廣。［15］甲醇精餾按工藝主要分為三種：雙塔精餾工藝技術(shù)、帶有高錳酸鉀反應(yīng)的精餾工藝技術(shù)和三塔精餾工藝技術(shù)。如此反復(fù)，低沸點(diǎn)組分不斷提高。因低沸點(diǎn)組分易于氣化，則所得氣相中低沸點(diǎn)組分含量高于液相中的含量，而液相中高沸點(diǎn)組分含量，較氣相中高。精餾是將沸點(diǎn)不同的組分所組成的混合液，在精餾塔中，同時(shí)多次部分氣化和多次部分冷凝，使其分離成純態(tài)組分的過程。甲醇的純度直接影響下游產(chǎn)品的質(zhì)量、消耗、安全生產(chǎn)及生產(chǎn)過程中所用的催化劑的壽命。所得產(chǎn)品除甲醇為，還有水、醚、醛、酮、酯、烷烴、有機(jī)酸等幾十種有機(jī)雜質(zhì)。XCN98的空速要求為6000～15000h1，本設(shè)計(jì)空速定為12000 h1。空速過低，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。（4）空速:空速不僅是一個和合成回路氣體循環(huán)量相關(guān)聯(lián)的工藝控制參數(shù)，也是一個影響綜合經(jīng)濟(jì)效益的變量。但是過高的二氧化碳含量會降低合成系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，粗甲醇含水增加，增加精餾系統(tǒng)的負(fù)荷和能耗。甲醇合成過程中，需要一定的二氧化碳存在以保持催化劑的高活性。由于新鮮氣中（H2CO2）/(CO+CO2)略大于2，而反應(yīng)過程中氫與一氧化碳、二氧化碳的化學(xué)計(jì)量比分別為2:1和3:1，因此循環(huán)氣中（H2CO2）/(CO+CO2)遠(yuǎn)大于2。設(shè)采用的是低壓法（）合成甲醇。至較高的壓力和溫度下，一氧化碳和氫生成甲烷、異丁醇等副產(chǎn)物，這些副反應(yīng)的反應(yīng)熱高于甲醇合成反應(yīng)，使床層溫度提高，副反應(yīng)加速，如果不及時(shí)控制，回造成溫度猛升而損壞催化劑。操作壓力的選用與催化劑的活性有關(guān)。（2）操作壓力壓力是甲醇合成反應(yīng)過程的重要工藝條件之一。設(shè)計(jì)采用的甲醇合成塔為列管式等溫反應(yīng)器，管間走的是沸騰水，可以副產(chǎn)蒸汽，床層內(nèi)溫差很小，接近最佳溫度操作曲線。一般而言，在催化劑的使用初期，反應(yīng)溫度維持較底的數(shù)值，隨著使用時(shí)間的增加，逐步提高反應(yīng)溫度?！?2」「13」（1）操作溫度甲醇合成催化床層的操作溫度主要是由催化劑的活性溫度區(qū)決定的。75%負(fù)荷時(shí)，使用XCN98型催化劑，當(dāng)入塔氣中CO2組分體積分?jǐn)?shù)高達(dá)5%時(shí)，生產(chǎn)運(yùn)行情況仍良好，收率和物耗都較低，催化劑仍能保持較高的活性，產(chǎn)品質(zhì)量符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。(5)可適用于含高濃度CO2的合成氣。(4)選擇性好。合成塔進(jìn)口溫度可調(diào)溫C型催化劑為14℃，而XCN98型則為30℃。75%負(fù)荷下的甲醇產(chǎn)量( t/h)接近裝置滿負(fù)荷設(shè)計(jì)甲醇量( t/h)。表4 XNC98型與C型催化劑的性能對比［11］催化劑型號合成塔進(jìn)口溫度加入量/（）甲烷單耗/()甲純收率/％甲純產(chǎn)率/()甲純產(chǎn)量/()初期末期C210224670210XCN98200230900229通過對比，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際可見,XCN98型催化劑具有以下性能優(yōu)點(diǎn)：(1)易還原。催化劑主要物化性質(zhì)：催化劑由銅、鋅和鋁等含氧化合物組成。用于低溫、低壓下由碳氧化物與氫合成甲醇，具有低溫活性高、熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。目前已在國內(nèi)20多套大、中、小型工業(yè)甲醇裝置上使用,運(yùn)行情況良好。制備工藝合理，使該催化劑的活性、選擇性、使用壽命和機(jī)械強(qiáng)度均達(dá)到國外同類催化劑的先進(jìn)水平，并且價(jià)格較低。隨著脫硫技術(shù)的發(fā)展，使用銅基催化劑己成為甲醇合成工業(yè)的主要方向，鋅基催化劑已于80年代中期淘汰。操作的適宜溫度為220～270℃，壓力為5～15MPa(一般壽命為2～3年)。對毒物敏感性小，操作的適宜溫度為350～400℃，壓力為25～32MPa(壽命為2～3年)；銅基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。這種塔內(nèi)甲醇合成反應(yīng)接近最佳溫度操作線，反應(yīng)熱利用率高，雖然設(shè)備復(fù)雜、投資高，但是由于這種塔在國內(nèi)外使用較多，具有豐富的管理和維修經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)也較容易得到；外加考慮到設(shè)計(jì)的是年產(chǎn)20萬噸的甲醇合成塔（日產(chǎn)量為650噸左右），塔的塔徑和管板的厚度不會很大，費(fèi)用也不會很高，所以本設(shè)計(jì)采用了固定管板列管合成塔。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。這種塔型結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，不需特種合金鋼，轉(zhuǎn)化率高，適合于大型或超大型裝置，但反應(yīng)熱不能全部直接副產(chǎn)中壓蒸汽。針對甲醇合成的特點(diǎn)采用四床（或五床)內(nèi)換熱式合成塔。（5）多床內(nèi)換熱式合成塔 這種合成塔由大型氨合成塔發(fā)展而來。管板下面還有一段逆?zhèn)鳠岫危簿褪沁M(jìn)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。隨著合成壓力增高，塔徑加大，管板的厚度也增加。在日產(chǎn)超過2000t時(shí)，往往需要并聯(lián)兩個。這樣就大大提高轉(zhuǎn)化率，降低循環(huán)量和能耗，然而使合成塔的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。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(jìn)塔的冷氣。這樣可較大地提高傳熱系數(shù)，更好地移走反應(yīng)熱，縮小傳熱面積，多裝催化劑，—，是大型化較理想的塔型。日前大型裝置很少使用。如1984年ICI公司提出的逆流式冷管型及1993年提出的并流冷管TCC型合成塔和國內(nèi)林達(dá)公司的U形冷管型。冷管的結(jié)構(gòu)有逆流式、并流式和U型管式。但碳的轉(zhuǎn)化率低，出塔的甲醇濃度低，循環(huán)量大，能耗高，又不能副產(chǎn)蒸汽，現(xiàn)已經(jīng)基本被淘汰。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(jìn)塔冷氣冷激來帶走反應(yīng)熱。按催化劑筐內(nèi)反應(yīng)惹得移出方式可分為冷管型連續(xù)換熱式和冷激型多段換熱式兩大類。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。甲醇合成塔主要由外筒、內(nèi)件和電加熱器三部分組成。「8」「9」甲醇合成反應(yīng)器實(shí)際是甲醇合成系統(tǒng)中最重要的設(shè)備。 合成甲醇工藝的選擇甲醇合成的典型工藝主要是：低壓工藝（ICI低壓工藝、Lurgi低壓工藝）、中壓工藝、高壓工藝。綜上所述，NHD法脫硫脫碳凈化工藝是一種高效節(jié)能的物理吸收方法。甲醇生產(chǎn)要求凈化氣含硫量低，NHD溶劑脫硫(包括無機(jī)硫和有機(jī)硫)溶解度大，對二氧化碳選擇性好，而且，NHD脫硫后串聯(lián)NHD脫碳，仍是脫硫過程的延續(xù)。因此，H2S和CO2在NHD溶劑中的溶解度隨壓力升高、溫度降低而增大。 NHD溶劑吸收機(jī)理NHD凈化技術(shù)屬物理吸收過程，H2S在NHD溶劑中的溶解度能較好地符合亨利定律。NHD溶劑系物理吸收溶劑。 (7)溶劑無臭、無味、無毒。 (6)溶劑本身不起泡。 (3)溶劑不氧化、不降解，有良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性。物理性質(zhì)(25℃)： 密度 蒸汽壓 表面張力 粘度 比熱 2100J/(kg/K) 導(dǎo)熱系數(shù) (m/K) 冰點(diǎn) 22℃～29℃ 閃點(diǎn) 151℃ 燃點(diǎn) 157℃應(yīng)用性能：表2 各種氣體在NHD溶劑中的相對溶解度［7］ 組分H2COCH3CO2COSH2SCH3SHCS2H20相對溶解度1002338932270240073300 NHD溶劑的優(yōu)點(diǎn)如下:(1)溶劑對CO2, H2S等酸性氣體吸收能力強(qiáng)。設(shè)計(jì)中采用催化劑粒度為￠99mm。當(dāng)全氣量通過變換工序時(shí)，此時(shí)要求最終變換率不太高，必須保證足量的CO作為合成甲醇的原料；設(shè)計(jì)中采用的是部分氣量變換，其余氣量不經(jīng)過變換而直接去合成，這部分氣體可以調(diào)節(jié)變換后甲醇合成原料氣中CO的含量，所以通過的氣體變換率達(dá)90%以上?，F(xiàn)代甲醇裝置采用加壓變換可以節(jié)約壓縮合成氣的能量，并可充分利用變換氣中過剩蒸汽的能量。（2）壓力。設(shè)計(jì)中的變換爐（R2002）內(nèi)裝兩段耐硫變換觸媒，兩段間配有煤氣激冷管線，采用連續(xù)換熱式來降低溫度，控制溫度在393℃左右。工藝條件的確定：（1）溫度變換反應(yīng)是一個可逆放熱反應(yīng)，對應(yīng)于一定的組成和一個最佳溫度。設(shè)計(jì)中的變換工藝是一種全新的設(shè)計(jì)，該工藝采用的是部分氣變換。變換工序主要有兩個方面的作用：通過變換調(diào)整氫碳比和使有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫。 凈化工藝方案的選擇凈化工藝包括；變換、脫硫脫碳、硫回收三個部分。(7)對環(huán)境影響小，氣化過程無廢氣排放。(5)只有一個聯(lián)合噴嘴(開工噴嘴與生產(chǎn)噴嘴合二為一)，噴嘴使用壽命長，為氣化裝置長周期運(yùn)行提供了可靠保障。水冷壁設(shè)計(jì)壽命按25年考慮。(3)氧耗較低，與水煤漿加壓氣化工藝相比，氧耗低約15%～20%，可降低配套空分裝置投資和運(yùn)行費(fèi)用。對煤的灰熔點(diǎn)的適用范圍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(diǎn)的煤種也能使用。GSP氣化技術(shù)的主要特點(diǎn)如下［6］： (1)采用干粉煤(水份含量2%)作為氣化原料，根據(jù)后續(xù)化工產(chǎn)品的要求，煤粉可用氮?dú)饣蛞谎趸驾斔?，故操作十分安全?GSP工藝技術(shù)簡介GSP工藝技術(shù)是20世紀(jì)70年代末由GDR(原民主德國)開發(fā)并投入商業(yè)化運(yùn)行的大中型煤氣化技術(shù)。設(shè)計(jì)采用的是GSP冷激氣化工藝，其兼有shell和Texaco的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。生成CO2量大，碳的轉(zhuǎn)化率低，有效氣體成份(CO+H2)低；對煤有一定要求，如要求灰分13%，灰熔點(diǎn)1300℃，含水量8%等，雖然具有氣流床煤氣化的共同優(yōu)點(diǎn)，仍是美中不足。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。目前，常用的、技術(shù)較成熟的氣流床主要有干粉和水煤漿兩種。因?yàn)檫@種流程易于和變換反應(yīng)器配套，激冷中產(chǎn)生的蒸汽可滿足變換反應(yīng)的需要。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. 從流程分，可分為冷激式流程和廢熱鍋爐流程。 (5)氣化強(qiáng)度大。 (3)～， 可大大節(jié)省合成氣的壓縮功。氣流床氣化具有以下特點(diǎn)［5］： (1)采用。典型代表為GSP,Shell,Texaco氣流床氣化工藝。（3）缺少大型使用經(jīng)驗(yàn)；要在大型甲醇裝置中推廣，受一定限制。它的缺點(diǎn)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%。生成的煤氣基本不含焦油，但飛灰量很大。采用一定粒度分布的細(xì)粒煤（＜10mm）為原料，吹入爐內(nèi)的氣化劑使煤粒呈連續(xù)隨機(jī)運(yùn)動的流化狀態(tài)，床層中的混合和傳熱都很快。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。采用一定粒度范圍的碎煤（5mm～50mm）為原料，與氣化劑逆流接觸，爐內(nèi)溫度分布曲線出現(xiàn)最高點(diǎn)，反應(yīng)殘?jiān)鼜臓t底排出，生成氣中含有可觀量的揮發(fā)氣。然后利用三塔精餾工藝將粗甲醇精制得到精甲醇。本產(chǎn)品（精甲醇）執(zhí)行國家《GB338—92》標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)見下表表1 甲醇《GB338—92》項(xiàng) 目指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品色度（鉑—鈷），號 ≤510密度（200C），g/cm3～～溫度范圍(0℃,101325Pa)，℃沸程（177。廠址選擇該廠建設(shè)在某煤礦附近，計(jì)劃占地約140畝；廠房基建部分由某工程設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)。綜合倉庫 建設(shè)規(guī)模生產(chǎn)能力：年產(chǎn)20萬噸甲醇，年開工日為330天，建設(shè)期2年。(2)設(shè)輔助車間3個機(jī)修車間：包括機(jī)修、電儀修理。精餾車間：甲醇精餾和甲醇貯罐區(qū)。凈化車間：包括脫硫（常壓粗煤氣脫硫、變換氣脫硫）、一氧化碳變換、脫二氧化碳及精脫硫。整個設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹節(jié)省基建投資，充分重視技術(shù)進(jìn)步，降低工程造價(jià)，節(jié)能環(huán)保等思想，設(shè)計(jì)生產(chǎn)高質(zhì)量甲醇產(chǎn)品。以設(shè)計(jì)任務(wù)書為基礎(chǔ)，適應(yīng)我國甲醇工業(yè)發(fā)展的需要。（2）合成工段的工藝參數(shù)參閱某化學(xué)工程公司的甲醇合成廠的工藝參數(shù)資料。 設(shè)計(jì)的依據(jù)《年產(chǎn)20萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)》任務(wù)書，見附件。通過設(shè)計(jì)可以鞏固、深化和擴(kuò)大所學(xué)基本知識，培養(yǎng)分析解決問題的能力；還可以培養(yǎng)創(chuàng)新精神，樹立良好的學(xué)術(shù)思想和工作作風(fēng)。隨著石油和天然氣價(jià)格的迅速上漲，煤制甲醇更加具有優(yōu)勢。甲醇作為石油的補(bǔ)充已成為現(xiàn)實(shí)，發(fā)展甲醇工業(yè)對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。對于我國，從資源背景看，煤炭儲量遠(yuǎn)大于石油、天然氣儲量，隨著石油資源緊缺、油價(jià)上漲，因此在大力發(fā)展煤炭潔凈利用技術(shù)的背景下，在很長一段時(shí)間內(nèi)煤是我國甲醇生產(chǎn)最重要的原料［4］。自19