【正文】 0℃）的水蒸氣作為冷卻介質(zhì)，作用是及時(shí)帶走合成反應(yīng)放出的熱量，維持體系得到溫度，使反應(yīng)快速進(jìn)行，同時(shí)也起到保護(hù)催化劑的作用，（200℃）。 脫硫脫碳工藝流程 合成工藝流程來自凈化工段的合成原料氣，（40℃）后，與來至合成塔的循環(huán)氣進(jìn)行混合， MPa，混合氣在進(jìn)反應(yīng)器前先與合成塔出來的氣體進(jìn)行換熱，升溫到225 ℃，然后從上到下經(jīng)過管程進(jìn)入反應(yīng)器的銅基催化劑，在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)。精脫硫時(shí)，凈化氣先進(jìn)入水解槽預(yù)熱器（E4004）被變換氣冷凝液加熱到80℃，經(jīng)水解槽（R3001）水解后，在水解氣冷卻器（E4005）中冷卻至40℃，進(jìn)到精脫硫槽（R3002A，B）精脫硫，得到符合甲醇合成所需的凈化氣體（CO2：2～3%，COS和H2S），送入合成甲醇工段。來自脫硫工段的脫硫氣（℃、(A)、CO34%含COS＋H2S 80ppm）進(jìn)入脫碳塔（T4001）下塔，氣體自下而上與從下塔頂部而來的NHD溶劑逆流接觸，下塔塔內(nèi)有三層QH1型碳鋼扁環(huán)散堆填料，氣體中的CO2被溶劑吸收，部分H2S、COS被吸收?！妫俦幻撎脊ざ蔚陌崩淦鱅冷卻至0℃，然后將出氨冷器I的貧液分為兩部分，一部分貧液直接進(jìn)入燃?xì)饷摿蛩═3004）；另一部分則進(jìn)入NHD脫碳工段的脫碳塔上塔，在塔內(nèi)吸收脫碳塔下塔過來的凈化氣中微量的H2S和CO2，(G)進(jìn)入變換氣脫硫塔（T3001）。從脫硫高壓閃蒸槽底出來的富含H2S、CO2的閃蒸液進(jìn)入再生塔（T3003），再生塔底部由變換氣煮沸器（E3007）加熱，使NHD富液中的氣體全部解吸出來，得到約147℃的NHD貧液。采用甲醇馳放氣（40℃，(A)）作為氣提氣進(jìn)入濃縮塔下部，塔頂出來的氣提氣中主要是CO2 、H2及少量H2S、COS等氣體，(G)閃蒸氣合并經(jīng)閃蒸氣水冷器I（E3004）冷卻至40℃返回進(jìn)NHD脫硫入口以回收高壓閃蒸氣中的H2。從變換工段過來的變換氣（36℃，(A)，%）與脫硫脫碳閃蒸氣及濃縮塔頂氣提氣混合，℃進(jìn)入變換氣脫硫塔（T3001）底部，與塔內(nèi)自上而下的0℃ NHD溶液逆流接觸吸收絕大部分H2S氣體及部分COCOS、H2等氣體，℃，含H2S+COS80ppm，%，經(jīng)脫硫氣分離器（V3002）分離掉夾帶的NHD溶液后，去NHD脫碳。來自變換及燃?xì)鉄峄厥障到y(tǒng)的煤氣（36℃，(A)，含H2S %）與燃?xì)饷摿蛩═3004）℃進(jìn)入燃?xì)饷摿蛩═3004）下部，在塔內(nèi)NHD吸收了煤氣中大部分的H2S氣體，同時(shí)也帶走部分COCOS、H2等氣體。該溶劑是n=2~9的混合物，分子量250~280。該溶劑本身無毒，對(duì)碳鋼等金屬無腐蝕性，并且不起泡，吸收COH2S、COS等酸性氣體的吸收能力強(qiáng)，價(jià)格相對(duì)便宜。 變換工藝流程 脫硫脫碳工藝采用聚乙二醇二甲醚法（NHD法）。另一部分去發(fā)電氣加熱器（E2007），溫度降至213℃，進(jìn)入發(fā)電氣廢熱鍋爐（E2008）， MPa(A)低壓蒸汽，出口水煤氣溫度降至170℃，進(jìn)入第四水分離器（V2011），分離出冷凝液后進(jìn)入鍋爐給水加熱器Ⅱ（E2009）加熱鍋爐給水，溫度降至153℃，再進(jìn)入第五水分離器（V2012），分離出冷凝液后進(jìn)入鍋爐給水加熱器Ⅲ（E2010）加熱來自熱電站的鍋爐給水，溫度降至123℃，進(jìn)入第六水分離器（V2013），分離出冷凝液后進(jìn)入脫鹽水加熱器Ⅱ（E2011），溫度降至35℃，進(jìn)入第七水分離器，分離出冷凝液后的煤氣（發(fā)電氣）去送至NHD脫硫脫碳工段。自氨吸收制冷系統(tǒng)返回的變換氣，溫度145℃，進(jìn)入鍋爐給水加熱器（E2005）后溫度降至142℃，再進(jìn)入第二水分離器（V2005），分離出的冷凝液去冷凝液汽提塔（T2001），分離后的變換氣進(jìn)入脫鹽水加熱器Ⅰ（E2006），加熱來自脫鹽水站的脫鹽水，溫度降至35℃，進(jìn)入第三水分離器（V2006），分離出的冷凝液去冷凝液汽提塔（T2001），分離后的變換氣去脫硫系統(tǒng)。通過變換調(diào)整氫碳比和使有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫。污水的處理過程是先送入減壓閃蒸槽，閃蒸后的液體進(jìn)入沉淀池，沉淀后去濃縮，再去過濾。 冷卻后的粗煤氣進(jìn)入分離器（V1002），從分離器出來的氣體分為兩部分：一部分進(jìn)入變換爐（R1002），氣體出來后進(jìn)入換熱器（E1003），出來的氣體和另外一部分氣體混合后進(jìn)入水解器，氣體出來后入分離器（V1004），從V1004出來后去凈化工段；而從分離器（V1002）下分離出的液體進(jìn)入分離器（V1003），從V1003出來的氣體經(jīng)過冷卻器（E1002）后，主要為H2S去硫回收系統(tǒng)；從V1003下分離的液體去污水處理系統(tǒng)，處理后的水和從E1002，E1003，V1004出來的冷液一起返回氣化爐冷激室。氣化原料中的礦物部分形成熔渣。㎜的粒度后，經(jīng)過干燥，通過濃相氣流輸入系統(tǒng)送至燒嘴。與其他同類氣化技術(shù)相比，該技術(shù)因采用了氣化爐頂干粉加料與反應(yīng)室周圍水冷壁結(jié)構(gòu)，因而在氣化爐結(jié)構(gòu)以及工藝流程上有其先進(jìn)之處。 無煙煤的元素組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%成分水分揮發(fā)分灰分碳?xì)溲醯蚝?氣化工藝此次設(shè)計(jì)采用GSP氣化工藝。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)?，其主要成分是金屬與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、吸附水和化合水，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；若采用較高的空速，催化劑的生產(chǎn)強(qiáng)度可以提高，但增大了所需的傳熱面積，出塔氣體熱能利用價(jià)值降低，增加了分離反應(yīng)產(chǎn)物的費(fèi)用。此外原料氣之中含有一定量的CO2，可以減少反應(yīng)熱量的放出，利于床層溫度的控制，同時(shí)還抑制二甲醚的生成。生產(chǎn)中合理的氫碳比應(yīng)比化學(xué)計(jì)量比略高一些，按化學(xué)計(jì)量比，f值約為2，實(shí)際上控制得略高于2，即保持略高的氫含量。氫氣和一氧化碳合成甲醇的物質(zhì)的量之比為2，與二氧化碳反應(yīng)的物質(zhì)的量的比為3，當(dāng)CO與CO2都存在時(shí)，對(duì)原料氣，即合成工序的新鮮原料氣中氫碳比的要求為[]：=~。在較高的壓力下，一氧化碳和氫反應(yīng)會(huì)生成二甲醚、甲烷、異丁醇等副產(chǎn)物，由于副產(chǎn)物的反應(yīng)熱高于甲醇合成反應(yīng)，體系溫度升高，催化了副反應(yīng)的進(jìn)度，若無法進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，會(huì)造成溫度猛升而使催化劑失活。而且甲醇的平衡濃度也不是隨壓力而成線性增加，當(dāng)壓力增至某一定數(shù)值時(shí)，平衡常數(shù)將趨于穩(wěn)定。甲醇合成反應(yīng)是分子數(shù)減少的過程，因此提高反應(yīng)壓力有利于平衡，同時(shí)由于壓力高，組分的分壓也提高了，因而催化劑的生產(chǎn)強(qiáng)度也相應(yīng)提高[13]。本次設(shè)計(jì)采用銅基催化劑，活性溫度為240270℃，所以整個(gè)催化劑層的溫度應(yīng)控制在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，若溫度過高，副反應(yīng)產(chǎn)物的含量會(huì)增多。因此，甲醇合成反應(yīng)存在一個(gè)最適合的反應(yīng)溫度。對(duì)于化學(xué)反應(yīng)來說，溫度升高有利于甲醇合成反應(yīng)速率的加快。 甲醇三塔精餾工藝流程2 甲醇合成催化劑及合成工藝選擇 催化劑選擇 銅基催化劑和鋅鉻催化劑的比較種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用的生產(chǎn)工藝銅基催化劑活性溫度低選擇性高耐熱性差耐毒性差中低壓法鋅鉻催化劑耐熱性高耐毒性好活性溫度高高壓法 國內(nèi)外常用銅基催化劑的特性對(duì)比催化劑型號(hào)組分/％操作條件CuOZnOAl2O3壓力/MPa溫度/℃英國ICI 513603010190～270德國LG10451324210～240美國C792220～330丹麥LMK4010220～270中國C302系列51324210～280中國XCN9852208~200～290本次設(shè)計(jì)采用由西南化工研究設(shè)計(jì)院開發(fā)的XNC98，該催化劑是納米級(jí)特殊載體制成的負(fù)載型催化劑，具有密度小、孔容大、孔分布合理、機(jī)械強(qiáng)度好、抗燒結(jié)性強(qiáng)、活性高、穩(wěn)定性和選擇性好的特點(diǎn)。從50年代開始，很多國家著手進(jìn)行低溫甲醇催化劑的研究工作。在我國，l954年開始建立甲醇工業(yè)，也使用鋅鉻催化劑。三塔流程的主要特點(diǎn)是，加壓塔塔頂冷凝潛熱用作常壓塔塔釜再沸器的熱源，這樣既節(jié)省加熱蒸汽，還節(jié)省冷卻水，達(dá)到節(jié)能的目的[12]。加壓塔操作壓力為57bar(G)，塔頂甲醇蒸氣全凝后，部分作為回流經(jīng)回流泵返回塔頂，其余作為精甲醇產(chǎn)品送產(chǎn)品儲(chǔ)槽，塔底含水甲醇則進(jìn)常壓塔。），℃ ≤高錳酸鉀試驗(yàn)，min ≥503020水溶性試驗(yàn)澄清水分含量，% ≤酸度（以HCOOH計(jì)），% ≤或堿度（以NH3計(jì)），% ≤羰基化合物含量（以CH2O計(jì)），% ≤蒸發(fā)殘?jiān)浚? ≤ 其他主要工業(yè)國家甲醇質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)美國ASTM美國Federal日本三菱 特級(jí)前蘇聯(lián)AA級(jí)高級(jí)品相對(duì)密度餾程（)/℃蒸餾量/%純度/%酸度/%醛酮/%高錳酸鉀試驗(yàn)/min503010060水分/%不揮發(fā)物/%乙醇/%甲醇精餾的工藝流程有多種，分為單塔精餾、雙塔精餾、三塔精餾和四塔精餾[11]。 精甲醇的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)精甲醇的質(zhì)量是根據(jù)用途不同而定的，各國的甲醇質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有所差異。(5).無機(jī)雜質(zhì)：粗甲醇中除了含有合成反應(yīng)中生成的雜質(zhì)以外，含有從生產(chǎn)系統(tǒng)中夾帶的機(jī)械雜質(zhì)以及微量的其他雜質(zhì)。將其分為輕組分和重組分。粗甲醇的組成是很復(fù)雜，用色譜或色譜—質(zhì)譜聯(lián)合分析的方法將粗甲醇進(jìn)行定量和定性分析，可以看到除甲醇和和水以外，還含有醇、醛、酮、酸、酯、烷烴等有機(jī)雜質(zhì)。 粗甲醇的組成甲醇合成的生成物與合成反應(yīng)條件有密切關(guān)系，雖然參加甲醇合成反應(yīng)的元虛只有C、H、O三種，但是由于甲醇合成反應(yīng)收合成條件，如溫度、壓力、空間速度、催化劑反應(yīng)氣組成及催化劑中微量雜質(zhì)的影響，在產(chǎn)生甲醇反應(yīng)的同時(shí)，還伴隨著一系列副反應(yīng)。 德國Lurgi低壓法甲醇合成流程圖 粗甲醇的精制原理粗甲醇精制工序的目的脫除粗甲醇中的雜質(zhì)，制備符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的甲醇。此外，由于壓力低，不僅動(dòng)力消耗比高壓法降低很多，而且工藝設(shè)備的制造也比高壓法容易，投資得以降低。銅系催化劑的活性明顯高于鋅鉻催化劑，反應(yīng)溫度低(240～270℃)，因此，在較低的壓力下可獲得較高的甲醇收率。低壓法（—)是20世紀(jì)60年代后期發(fā)展起來的甲醇合成技術(shù)，由英國ICI公司研究得出。甲醇合成的主反應(yīng)是：CO+2H2CH3OH 在合成反應(yīng)中，合成氣制甲醇工藝按壓力分為高壓、中壓和低壓法[10]。 通過設(shè)計(jì)可以鞏固，深化和擴(kuò)大所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)分析和解決問題的能力；還可以培養(yǎng)創(chuàng)新精神，樹立良好的學(xué)術(shù)思想和作風(fēng)。煤在世界化工能源儲(chǔ)量中占有很大比重（中國亦是如此），而且煤制甲醇合成的合成技術(shù)很成熟。 設(shè)計(jì)的意義由于我國石油資源短缺已經(jīng)成為不可回避的現(xiàn)實(shí)問題，尋求替代能源已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵。當(dāng)前，《車用燃料甲醇》、《車用甲醇汽油（M85）》、《城鎮(zhèn)燃?xì)庥枚酌选返纫幌盗袊覙?biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施，使得甲醇作為替代能源原料具有政策依據(jù)，發(fā)展前景廣闊。甲醇在新興替代能源領(lǐng)域，大有作為?！癙ruteen”產(chǎn)品中含有72％的粗蛋白，蛋氨酸和賴氨酸含量與魚粉非常相近，作為富含熱量、維生素、礦物質(zhì)及高蛋白的飼料在市場上銷售[4，5，6]。(2).甲醇大量用于生產(chǎn)甲醛和對(duì)苯二甲酸二甲酯；以甲醇為原料經(jīng)羰化反應(yīng)直接合成醋酸也已經(jīng)工業(yè)化。關(guān)鍵詞：甲醇精制；三塔精餾；工藝設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目錄1 前言 1 1 1 設(shè)計(jì)的意義 2 2 粗甲醇的精制原理 3 粗甲醇的組成 3 粗甲醇中雜質(zhì)的分類 4 精甲醇的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 4 62 甲醇合成催化劑及合成工藝選擇 7 催化劑選擇 7 反應(yīng)溫度 7 反應(yīng)壓力 8 氣體組成 8 空速 93 生產(chǎn)工藝的確定 10 煤的選用 10 氣化工藝 10 原料氣的變換 11 脫硫脫碳工藝 13 合成工藝流程 15 精餾方案選擇 164 物料衡算 17 合成過程的反應(yīng)方程 17 合成塔物料衡算 17 合成反應(yīng)中各氣體消耗和生產(chǎn)量 19 新鮮氣和馳放氣量的確定 20 循環(huán)氣氣量的確定 21 入塔氣和出塔氣組成 22 甲醇分離器出口氣體組成 24 貯罐氣組成 255 熱量衡算 26 合成塔熱量衡算相關(guān)計(jì)算式 26 合成塔入塔熱量計(jì)算 26 合成塔的反應(yīng)熱 27 合成塔出塔熱量計(jì)算 28 合成塔熱量損失 28 蒸汽吸收的熱量 29 合成氣換熱器的熱量衡算 29 合成氣入換熱器的熱量 29 合成氣出換熱器的熱量 30 換熱器的熱量衡算 30 入換熱器的出合成塔氣熱量 30 出換熱器的出合成塔氣熱量 30 水冷器的熱量衡算 30 入水冷器的熱量 30 出水