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年產(chǎn)50萬噸煤制甲醇生產(chǎn)的工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-文庫吧資料

2025-07-04 14:10本頁面
  

【正文】 采用弓形折流板,材質(zhì)為16MnR,折流板高度為。試驗(yàn)條件為常溫,常溫下?lián)Q熱器許用應(yīng)力為由上面的計(jì)算,取試驗(yàn)壓力 壓力試驗(yàn)的的應(yīng)力校核應(yīng)滿足下面條件: 查表得:常溫下18MnMoNbR的屈服點(diǎn)為則換熱器殼體在試驗(yàn)壓力下的計(jì)算應(yīng)力: 而 由上面計(jì)算可知 ,所設(shè)計(jì)的換熱器殼體厚度符合要求。 合成塔的壁厚設(shè)計(jì)合成塔殼體材質(zhì)采用18MnMoNbR低合金鋼鋼材,壁厚的計(jì)算公式: 其中封頭與殼體采用雙面對(duì)接焊,100%無損檢測(cè),故焊接系數(shù)殼程通入的是飽和水蒸氣,查得240℃,取設(shè)計(jì)壓力,外徑,查得在255℃下的許用應(yīng)力為(插值法),由此計(jì)算得合成塔殼體的計(jì)算壁厚:,取附加厚度C =,則名義壁厚,圓整后去厚度為65mm。因需設(shè)置拉桿18根,故實(shí)際換熱管數(shù)為7317根。(1)甲醇分離器進(jìn)口的熱量由工藝流程得:甲醇分離器進(jìn)口的熱量與水冷器出口的熱量相等,即(2) 甲醇分離器出口氣相的熱量分離器出口的氣相即為水冷器出口的氣相,則分離器氣相的熱量為:(3) 甲醇分離器出口液相的熱量分離器出口的液相即為水冷器出口的液相,則分離器液相的熱量為:6 合成工段的設(shè)備選型和設(shè)計(jì) 催化劑的使用量由合成段物料衡算得:,合成塔的空速為13000m3/(m3催化劑k)含量kmol/h出塔熱量kJ/(h 水冷器的熱量衡算 入水冷器的熱量由工藝流程得:出換熱器的出合成塔氣體等于入水冷器的熱量即: 出水冷器的熱量出換熱器的出合成塔氣體經(jīng)水冷器進(jìn)一步冷卻后,溫度由85℃降至40℃。k)104105105104104104104則每小時(shí)的熱量: 合成氣帶進(jìn)換熱器的總熱量: 合成氣出換熱器的熱量由工藝流程可知,合成氣出換熱器的熱量與入合成塔的熱量相等,則合成氣出換熱器的熱量為: 換熱器的熱量衡算 入換熱器的出合成塔氣熱量由工藝流程可知,在忽略管路熱損失的條件下,入換熱器的出合成塔氣熱量與合成塔出塔氣的熱量相等,即入換熱器的出合成塔氣熱量為: 出換熱器的出合成塔氣熱量由換熱器的熱量衡算得:出合成塔氣進(jìn)入換熱器后能量降低,降低的這部分能量用于入換熱器的合成氣的加熱,即合成氣熱量的增值等于出合成塔氣熱量的減少值。K),則由 得:水蒸氣的用量: 合成塔的熱量平衡表氣體氣體顯熱反應(yīng)熱熱損失蒸汽吸收合計(jì)入塔氣kj/h108108108出塔氣kj/h108107108108 合成氣換熱器的熱量衡算 合成氣入換熱器的熱量入換熱器的合成氣溫度為60℃,查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)》得各組分的比熱容,由,計(jì)算得各組分帶進(jìn)換熱器的熱量如下表所示: 合成氣帶進(jìn)的熱量氣體CH3OHH 2COCO2N2ArCH4熱容kJ/(kmolk)含量kmol/h出塔熱量kJ/(hk)104105105104104104104則每小時(shí)入塔熱量: 所以總熱量 合成塔的反應(yīng)熱由得:各組分生成的熱量如下 甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)熱氣體CH3OH( CH3 )2OC4H9OHCH4CO生成熱kJ/mol-生成量kmol/h反應(yīng)熱kJ/h108105104106107則合成塔每小時(shí)生成的反應(yīng)熱: 合成塔出塔熱量計(jì)算查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)》、: 組分氣體定壓熱容氣體CH3OHH 2COCO2N2ArCH4熱容kJ/(kmolk) 由 得入塔氣中各組分的熱量: 各組分帶進(jìn)合成塔的熱量氣體CH3OHH 2COCO2N2ArCH4熱容kJ/(kmol 貯罐氣組成由粗甲醇中溶解氣體量可以計(jì)算貯罐氣組成。故CH4每小時(shí)產(chǎn)量為: 查《甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展》,40℃時(shí)各組分在甲醇中的溶解度如下 每噸粗甲醇中合成氣溶解情況組分H2COCO2N2ArCH4溶解量(Nm3/t粗甲醇) 粗甲醇中溶解的氣體量: 根據(jù)測(cè)定,40℃時(shí)液態(tài)甲醇中釋放CO、COH2等混合氣中每立方米含37. 14 g甲醇,假定溶解氣全部釋放,則甲醇擴(kuò)散損失為: 合成反應(yīng)中各氣體消耗和生產(chǎn)量查《甲醇工藝學(xué)》,馳放氣組成如下: 馳放氣組成氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4Mol% 合成反應(yīng)中消耗原料情況消耗項(xiàng)消耗原料氣組分/kmol/hCOCO2H2反應(yīng)(1)反應(yīng)(3)反應(yīng)(4)反應(yīng)(5)反應(yīng)(6)()注:括號(hào)內(nèi)的為生成量;反應(yīng)(1)項(xiàng)不包括擴(kuò)散甲醇和弛放氣中甲醇消耗的原料氣量 合成反應(yīng)中生成物情況生成項(xiàng)生成物組分/kmol/hCH4CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O反應(yīng)(1)反應(yīng)(3)反應(yīng)(4)反應(yīng)(5)反應(yīng)(6) 其他原料氣消耗消耗項(xiàng)消耗原料氣組分/kmol/hCOCO2H2N2ArCH4粗甲醇中溶解擴(kuò)散的甲醇馳放氣馳放氣中甲醇注:G為馳放氣的量 新鮮氣和馳放氣量的確定由工藝流程可知,各組分的消耗總量與新鮮氣的進(jìn)料量相等。考慮到粗甲醇精制過程中有一定的損耗,為保證設(shè)計(jì)的生產(chǎn)任務(wù),合成工段的物料衡算以粗甲醇最終重量55萬噸計(jì)算。4 物料衡算 合成過程的反應(yīng)方程主反應(yīng):CO+2H2CH3OH () CO2+3H2=CH3OH +H2O ()副反應(yīng):2CO+4H2(CH3)2O+H2O ()CO+3H2CH4+H2O ()4CO+8H2C4H9OH+3H2O ()CO2+H2CO+ H2O () 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)。塔頂分出甲醚及少量的甲醇,大部分甲醇有塔釜出來進(jìn)入加壓精餾塔進(jìn)行甲醇的分離,塔頂采出接近一半的精甲醇產(chǎn)品,其余甲醇和剩余的雜質(zhì)產(chǎn)物有塔釜出來進(jìn)入常壓精餾塔,塔頂分離出精甲醇,水、異丁醇這些雜質(zhì)產(chǎn)物由塔釜排出進(jìn)入廢水處理工段進(jìn)行處理。 甲醇合成工藝流程簡(jiǎn)圖 精餾方案選擇對(duì)于合成塔出來的粗甲醇,在此次設(shè)計(jì)中采用三塔精餾的精餾工藝,主要設(shè)備為填料型預(yù)精餾塔、篩板式加壓精餾塔、篩板式常壓精餾塔,以及一些換熱器、進(jìn)料泵等設(shè)備。合成塔出塔氣溫度約為 255 ℃,%,經(jīng)過水冷卻器換熱冷卻到40 ℃,冷凝的粗甲醇經(jīng)分離器分離。反應(yīng)器為列管式反應(yīng)器,管程走反應(yīng)氣。吸收了少量COH2S和COS的NHD貧液從脫碳塔(T4001)上塔底部出來后返回到NHD脫硫工段。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。出再生塔(T3003)填料段的再生氣經(jīng)塔上部的旋流板,用塔頂回流的40℃的冷凝液洗滌冷卻到106℃左右進(jìn)入酸性氣水冷器(E3006)冷卻到40℃,經(jīng)酸性氣分離器(V3005)分離掉酸性氣中夾帶水分,使酸性氣中含H2S25%,進(jìn)入硫回收工段。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。從濃縮塔底出來底NHD富液由脫硫水力透平(HT3001)回收能量后進(jìn)入脫硫高壓閃蒸槽(V3004),(A),出口閃蒸氣去脫碳閃壓機(jī)。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)。除去H2S的煤氣稱之為燃?xì)饷摿驓?,與進(jìn)塔的煤氣在氣體換熱器E3001A,B換熱,℃升至30℃,為滿足燃?xì)獍l(fā)電對(duì)硫含量的要求,燃?xì)饷摿驓馐紫冗M(jìn)入預(yù)脫硫槽R3001脫除H2S氣體,然后在精脫硫槽預(yù)熱器E3008中被變換氣加熱到80℃,進(jìn)入精脫硫槽R3002A,B,精脫硫槽上部裝水解催化劑,下部裝精脫硫劑,精脫硫后的氣體(H2S+COS20ppm)返回到燃?xì)鉄峄厥障到y(tǒng)。凝固點(diǎn)22~ 29℃,閃點(diǎn)151℃,蒸汽壓(25℃),密度(25℃),黏度(25℃)。聚乙二醇二甲醚溶劑的分子式為CH3O(C2H40)nCH3。聚乙二醇二甲醚溶劑是一種物理溶劑,稱為Selexol溶劑,能選擇性地脫除原料其中的二氧化碳和硫化氫。來自脫硫系統(tǒng)的發(fā)電煤氣,溫度80℃,進(jìn)入發(fā)電氣加熱器(E2007),溫度升至230℃,然后去發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電用。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。(A),216℃左右,(V2003)和中溫?fù)Q熱器(E2002)溫度升高至240℃進(jìn)入預(yù)變換爐(R2001)后分成兩部分:一部分進(jìn)入變換爐(R2002),變換爐內(nèi)裝兩段耐硫變換觸媒,二段間配有煤氣激冷管線,%(干),溫度為393℃左右進(jìn)入中溫?fù)Q熱器(E2002),溫度降為332℃,與旁路調(diào)節(jié)的水解氣混合進(jìn)入變換氣第一廢熱鍋爐(E2003),(A)飽和蒸汽,使變換氣溫度降至為208℃進(jìn)入變換氣第二廢熱鍋爐(E2004),(A)低壓蒸汽,出口變換氣溫度約為197℃左右,進(jìn)入第一水分離器(V2004),分離出的冷凝液去冷凝液閃蒸槽(V2007),變換氣去脫硫再沸器及氨吸收制冷再沸器。 GSP氣化工藝 原料氣的變換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。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。熱粗煤氣和熔渣一起通過反應(yīng)室底部的排渣口進(jìn)入下部的激冷室。氣化原料與氣化劑(氧氣和蒸汽)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 4001 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。即備煤、氣化、除渣三部分組成。(8)氣化成本低,投資少。(6)碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%以上,冷煤氣效率高達(dá)80%以上。水冷壁使用壽命長(zhǎng),正常使用時(shí)維護(hù)量很少,運(yùn)行周期長(zhǎng)。(3)氧耗較低,相比于水煤漿加壓氣化工藝,減少將近15%~20%的氧氣,可降低投資及成本。對(duì)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: (1)采用干粉煤作為氣化原料,根據(jù)后續(xù)化工產(chǎn)品的要求,煤粉可用氮?dú)?,操作十分安全。GSP工藝技術(shù)是20世紀(jì)70年代末由GDR(原民主德國(guó))開發(fā)并投入商業(yè)化運(yùn)行的大中型煤氣化技術(shù)。煤的灰分是指煤中所有可以燃燒以及礦物質(zhì)在高溫下產(chǎn)生分解、化合等復(fù)雜反應(yīng)后剩下來的殘?jiān)渲饕煞质墙饘倥c非金屬的氧化物和鹽類。故原料其中硫含量越低越好。硫在煤中主要以有機(jī)硫、單質(zhì)硫、硫化物和硫酸鹽四種形式存在。揮發(fā)分與煤的變質(zhì)過程有關(guān),揮發(fā)分高,制得的煤氣的甲烷等碳?xì)浠衔锏暮扛摺饣^程中水蒸氣帶出的熱量增加,煤消耗定額增加。煤中的水分是指煤所含有的游離水(開采、運(yùn)輸、堆放過程所沾上的水)、吸附水(凝膠水、表面吸附水、毛細(xì)孔吸附水和礦物質(zhì)結(jié)晶水)和化合水,它關(guān)系到煤的熱值和實(shí)用價(jià)值。煤中除了含有碳、氫、氧、氮、硫五種元素之外,還含有水分、灰分及焦油的等揮發(fā)性物質(zhì)。因此,在甲醇合成生產(chǎn)中,空速控制在10000~30000h之間。生產(chǎn)過程中,如果采用較低的空速,反應(yīng)過程中氣體混合物的組成與平衡組成較接近,催化劑的生產(chǎn)強(qiáng)度較低,但是單位甲醇產(chǎn)品所需的循環(huán)氣體量較小,氣體循環(huán)的動(dòng)力消耗較少,預(yù)熱未反應(yīng)的氣體到催化劑進(jìn)口溫度所需換熱面積較小,并且離開反應(yīng)器氣體的溫度較高,其熱能利用價(jià)值較高;若采
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