1、畢業(yè)論文-年產(chǎn)3萬噸粗甲醇聯(lián)醇法合成、精餾工藝設(shè)計(jì) 摘 要甲醇是一種重要的有機(jī)化工原料應(yīng)用廣泛可以用來生產(chǎn)甲醛合成橡膠甲胺氯甲烷醋酸等一系列有機(jī)化工產(chǎn)品生產(chǎn)甲醇的方法很多聯(lián)醇生產(chǎn)充分利用了現(xiàn)有合成氨生產(chǎn)裝置只需增添甲醇合成與精餾兩套設(shè)備就可生產(chǎn)甲醇本設(shè)計(jì)對(duì)甲醇性質(zhì)用途國內(nèi)外甲醇工業(yè)現(xiàn)狀生產(chǎn)方法原料及廠址選擇以及環(huán)保做了簡(jiǎn)單介紹并且通過全廠工藝流程概述煤的氣化氣體的脫硫變換脫碳合成氣壓縮甲醇合成以及甲醇精餾八個(gè)方面詳細(xì)的闡述了30kt粗甲醇從原料到最終產(chǎn)品的工藝路線本設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了甲醇合成精餾工段的工藝計(jì)算工藝計(jì)算為物料平衡計(jì)算和熱量平衡計(jì)算主要內(nèi)容是關(guān)于整個(gè)工藝過程中的物料質(zhì)量守恒物料熱量守恒

2、包括主要設(shè)備的進(jìn)出口的物料質(zhì)量守恒物料熱量守恒以及一些換熱設(shè)備的計(jì)算除此之外還繪制了設(shè)備一覽表物料流程圖甲醇合成精餾工段工藝管道及儀表流程圖甲醇合成精餾工段設(shè)備布置圖關(guān)鍵詞甲醇聯(lián)醇合成精餾the design of methanol carbinol industry properties production methods materials and site selection and environmental protection to a simple and through the whole process of coal gasification and gas desulf

3、urization transform decarburization syngas compression methanol synthesis and methanol distillation eight aspects were introduced in the paper annual 30kt coarse methanol from raw materials to the final product were described in detailthe design process of methanol synthesis distillation process of

4、calculation process units calculation for the material balance calculation and heat equilibrium calculation the main content of the process of calculation is about in the whole process of mass including the main material of import and export of equipment material quality conservation and heat equili

5、brium calculation and heat transmission equipment of the calculation like the condenser of the calculation in addition to the selection of equipment do condensator the methanol synthesis and distillation units equipment checklists methanol synthesis distillation units process piping material flow ch

6、art equipment and instrument and piping layout plans were drawnkeywordsmethanolombined methanol production synthesis distillation目 錄引 言1第一章 甲醇概況211 甲醇性質(zhì)及用途212 甲醇生產(chǎn)方法簡(jiǎn)介2第二章 原料及廠址的選擇421 原料的選擇4com 生產(chǎn)甲醇的原料4com 原料路線確定依據(jù)4com 原料的來源及運(yùn)輸貯存422 廠址方案5第三章 工藝路線631 全廠工藝流程概述632 煤的氣化633 氣體的脫硫7com 概述7com 濕式栲膠法脫硫特點(diǎn)834

7、變換8com 概述8com 變換工藝流程835 脫碳9com 概述9com 脫碳方法936 合成氣壓縮937 甲醇合成10com 甲醇合成工藝原理10com 甲醇合成技術(shù)1138 甲醇精餾11com 概述11com 甲醇精餾原理12com 三塔精餾和雙塔精餾的比較12com 雙塔精餾工藝流程簡(jiǎn)述12第四章 環(huán)境保護(hù)1441 環(huán)保治理措施1442 預(yù)期效果14第五章 甲醇合成工序工藝計(jì)算1551 甲醇合成物料衡算15com 設(shè)計(jì)條件及數(shù)據(jù)處理1552 熱量衡算25com 甲醇合成塔熱量平衡計(jì)算25com 甲醇水冷凝器的熱量平衡計(jì)算27第六章 甲醇精餾工序工藝計(jì)算3061 預(yù)塔物料熱量衡算30co

8、m 預(yù)塔物料衡算30com 預(yù)塔熱量衡算甲醇是一種重要的有機(jī)化工原料應(yīng)用廣泛可以用來生產(chǎn)甲醛合成橡膠甲胺對(duì)苯二甲酸二甲脂甲基丙烯酸甲脂氯甲烷醋酸甲基叔丁基醚等一系列有機(jī)化工產(chǎn)品而且還可以加入汽油摻燒或代替汽油作為動(dòng)力燃料以及用來合成甲醇蛋白隨著當(dāng)今世界石油資源的日益減少和甲醇單位成本的降低用甲醇作為新的石化原料來源已經(jīng)成為一種趨勢(shì)盡管目前全球甲醇生產(chǎn)能力相對(duì)過剩并且不排除由于某種原因而引起甲醇市場(chǎng)的波動(dòng)但是對(duì)于有著豐富的煤石油天然氣資源的地區(qū)除了研究開發(fā)新技術(shù)降低成本還要不斷開拓甲醇應(yīng)用領(lǐng)域大力生產(chǎn)和發(fā)展甲醇下游產(chǎn)品從而促進(jìn)整個(gè)甲醇工業(yè)的發(fā)展甲醇的工藝設(shè)計(jì)對(duì)于甲醇實(shí)際生產(chǎn)是必不可少的為此我們進(jìn)

9、行了此次設(shè)計(jì)制造甲醇粗原料氣的主要固體燃料選的是煤與焦炭用煤和焦炭制甲醇的工藝路線包括燃料的氣化氣體的脫硫變換脫碳及甲醇合成與精制由于本人水平有限文中錯(cuò)誤疏漏之處在所難免還望讀者不吝賜教甲醇是簡(jiǎn)單的飽和脂肪醇分子式為ch3oh它是重要的化工原料和清潔燃料用途廣泛在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位近些年隨著甲醇下游產(chǎn)品的開發(fā)及甲醇作為燃料的推廣甲醇的需求量大幅增長我國是一個(gè)富煤少氣缺油的國家合成法制甲醇的原料是煤或者是石油或者是天然氣所以考慮到國家能源安全的問題我國大力發(fā)展以煤為原料合成甲醇甲醇又名木醇木酒精是一種透明無色易燃有毒的液體略帶酒精味熔點(diǎn)-978沸點(diǎn)648閃點(diǎn)1222自燃點(diǎn)47相對(duì)密度0

10、7915204爆炸極限下限6上限365能與水乙醇乙醚苯丙酮和大多數(shù)有機(jī)溶劑相混溶甲醇是假酒的主要成分過多食用會(huì)導(dǎo)致失明甚至死亡甲醇具有毒性內(nèi)服有失明的危險(xiǎn)通常規(guī)定空氣中允許最高甲醇蒸汽濃005mgl甲醇用途廣泛是一種應(yīng)用廣泛的基礎(chǔ)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料 主要應(yīng)用于精細(xì)化工塑料等領(lǐng)域 用來制造甲醛合成橡膠甲胺對(duì)苯二甲酸二甲酯甲基丙烯酸甲酯氯甲烷醋酸甲基叔丁基醚等多種有機(jī)產(chǎn)品 也是農(nóng)藥醫(yī)藥的重要原料之一 而且還可以加入汽油摻燒或代替汽油作為動(dòng)力燃料以及用來合成甲醇蛋白隨著當(dāng)今世界石油資源的日益減少和甲醇生產(chǎn)成本的降低 用甲醇作為新的石化原料來源已經(jīng)成為一種趨勢(shì)1生產(chǎn)甲醇的方法有多種早期用木材或木質(zhì)素干

11、餾法制甲醇的方法今天在工業(yè)上已經(jīng)被淘汰了氯甲烷水解法也可以生產(chǎn)甲醇但因水解法價(jià)格昂貴沒有得到工業(yè)上的應(yīng)用甲烷部分氧化法可以生產(chǎn)甲醇這種制甲醇的方法工藝流程簡(jiǎn)單建設(shè)投資節(jié)省但是這種氧化過程不易控制常因深度氧化生成碳的氧化物和水而使原料和產(chǎn)品受到很大損失因此甲烷部分氧化法制甲醇的方法仍未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化但它具有上述優(yōu)點(diǎn)國外在這方面的研究直沒有中斷所以是一個(gè)很有工業(yè)前途的制取甲醇的方法 目前工業(yè)上幾乎都是采用一氧化碳二氧化碳加壓催化氫化法合成甲醇典型的流程包括原料氣制造原料氣凈化甲醇合成粗甲醇精餾等工序天然氣石腦油重油煤及其加工產(chǎn)品焦炭焦?fàn)t煤氣乙炔尾氣等均可作為生產(chǎn)甲醇合成氣的原料天然氣與石腦油的蒸氣轉(zhuǎn)化

12、需在結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價(jià)很高的轉(zhuǎn)化爐中進(jìn)行轉(zhuǎn)化爐設(shè)置有輻射室與對(duì)流室在高溫催化劑存在下進(jìn)行烴類蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)重油部分氧化需在高溫氣化爐中進(jìn)行以固體燃料為原料時(shí)可用間歇?dú)饣蜻B續(xù)氣化制水煤氣間歇?dú)饣ㄒ钥諝庹羝麨闅饣瘎⒋碉L(fēng)制氣階段分開進(jìn)行連續(xù)氣化以氧氣蒸汽為氣化劑過程連續(xù)進(jìn)行甲醇生產(chǎn)中所使用的多種催化劑如天然氣與石腦油蒸氣轉(zhuǎn)化催化劑甲醇合成催化劑都易受硫化物毒害而失去活性必須將硫化物除凈氣體脫硫方法可分為兩類一類是干法脫硫一類是濕法脫硫干法脫硫設(shè)備簡(jiǎn)單但由于反應(yīng)速率較慢設(shè)備比較龐大濕法脫硫可分為物理吸收法化學(xué)吸收法與直接氧化法三類甲醇的合成是在高溫高壓催化劑存在下進(jìn)行的是典型的復(fù)合氣-固相催化反應(yīng)過程隨

13、著甲醇合成催化劑技術(shù)的不斷發(fā)展目前總的趨勢(shì)是由高壓向低中壓發(fā)展粗甲醇中存在水分高級(jí)醇醚酮等雜質(zhì)需要精制精制過程包括精餾與化學(xué)處理化學(xué)處理主要用堿破壞在精餾過程中難以分離的雜質(zhì)并調(diào)節(jié)ph精餾主要是除去易揮發(fā)組分如二甲醚以及難以揮發(fā)的組分如乙醇高級(jí)醇水等與合成氨聯(lián)合生產(chǎn)甲醇簡(jiǎn)稱聯(lián)醇是一種以替代我國不少合成氨生產(chǎn)用銅氨液脫除微量碳氧化物而開發(fā)的新工藝由于聯(lián)醇生產(chǎn)充分利用了現(xiàn)有合成氨生產(chǎn)裝置只需增添甲醇合成與精餾兩套設(shè)備就可生產(chǎn)甲醇因此投資省上馬快我國甲醇總產(chǎn)量的40由聯(lián)醇生產(chǎn)第二章 原料及廠址的選擇21原料的選擇com醇的原料 早期甲醇由木材或木質(zhì)素干餾制得今天在工業(yè)上已經(jīng)被淘汰自從1923年德國b

14、asf公司首次用一氧化碳和氫在高溫高壓下用鋅鉻催化劑實(shí)現(xiàn)了甲醇合成工業(yè)化之后甲醇的工業(yè)化合成便得以迅速發(fā)展當(dāng)前合成法甲醇生產(chǎn)幾乎成為目前世界上生產(chǎn)甲醇的唯一方法合成甲醇所需的有效化學(xué)成份為coco2和h2從理論上講凡同時(shí)含有該三種成份的氣體均可用于甲醇合成通過轉(zhuǎn)化的方法能生成這三種組份的物質(zhì)均可用作甲醇生產(chǎn)的原料甲醇生產(chǎn)的原料大致有煤石油天然氣和含h2co或co2的工業(yè)廢氣等從50年代開始天然氣逐步成為制造甲醇的主要原料因?yàn)樗?jiǎn)化了流程便于輸送降低了成本目前世界甲醇總產(chǎn)量中約有70左右是以天然氣為原料的但是隨著能源的緊張如何有效地開發(fā)煤炭資源這是個(gè)從未中斷過的研究課題煤氣化技術(shù)發(fā)展迅速除傳統(tǒng)的

15、固定床ugi爐外固定床魯奇氣化爐流化床溫克勒氣化爐氣流床k-t爐氣流床德士古氣化爐的開發(fā)均取得進(jìn)展并都在工業(yè)上得到使用從長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略觀點(diǎn)來看世界煤的貯藏量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過天然氣和石油我國情況更是如此將來以煤制取甲醇的原料路線終將占主導(dǎo)地位com線確定依據(jù)內(nèi)蒙古具有豐富的區(qū)域優(yōu)勢(shì)與資源優(yōu)勢(shì)內(nèi)蒙古自治區(qū)地域遼闊煤炭資源豐富煤種齊全煤質(zhì)優(yōu)良截至2010年初內(nèi)蒙古已查明煤炭資源儲(chǔ)量7323億居全國第一位內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)以無煙煤為主煤種齊全具有發(fā)熱量高含硫量低熱穩(wěn)定性較好等特點(diǎn)是良好的化工用煤氣化用煤可供建設(shè)優(yōu)質(zhì)無煙煤基地同時(shí)該投資廠也擁有成熟的煤化工技術(shù)因此該項(xiàng)目有充分的原料資源和技術(shù)保證因此本項(xiàng)目擬選擇無煙

16、煤為原料1原料的來源生產(chǎn)30kta粗甲醇所需的原料煤由內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗煤炭有限責(zé)任公司提供2原料貯存原料煤存放在本廠自建的選煤廠內(nèi)3原料的運(yùn)輸原料煤其余原材料產(chǎn)品全部通過汽車運(yùn)輸本廠的汽車運(yùn)輸依靠社會(huì)運(yùn)輸力量不專門購置汽車車輛本廠擬建在選煤廠西南方向的空地內(nèi)該廠址方案的優(yōu)點(diǎn)在于1原料與廠址距離較近能節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用2距公路和公司鐵路專用線較近交通運(yùn)輸條件良好煤與焦炭是制造甲醇粗原料氣的主要固體燃料用煤和焦炭制甲醇的工藝路線包括煤的氣化氣體的脫硫變換脫碳?jí)嚎s及甲醇合成與精制總流程簡(jiǎn)述原料煤首先制成煤漿經(jīng)由煤漿給料泵送入texaco氣化爐在氣化爐內(nèi)粉煤在高溫下與純氧進(jìn)行燃燒和部份氧化反應(yīng)生產(chǎn)出

17、粗煤氣經(jīng)洗滌后送到脫硫工段利用濕式栲膠法將硫化物脫除半水煤氣經(jīng)脫硫后進(jìn)入變換工段進(jìn)行耐硫變換將co氣體部分轉(zhuǎn)化為co2和h2以調(diào)節(jié)合適的氫碳比變換后的變換氣經(jīng)低溫甲醇洗進(jìn)行凈化原料氣中的 h2sco2 及各種有機(jī)硫等雜質(zhì)被脫除得到的凈化氣送入壓縮工段進(jìn)行加壓壓縮氣隨后被送往甲醇合成工段合成甲醇生成的粗甲醇經(jīng)冷卻分離后送往精餾工段進(jìn)行甲醇精制粗甲醇首先被送往預(yù)塔脫出輕組分經(jīng)脫醚后的預(yù)后甲醇被送往主塔進(jìn)行粗甲醇精餾主塔上部側(cè)線采出精甲醇該項(xiàng)目總工藝流程框圖如下圖3-1所示圖3-1 30kta粗甲醇總流程示意圖煤的氣化是以煤或煤焦為原料與氣化劑空氣富氧空氣工業(yè)純氧水蒸氣氫等在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)將煤或

18、煤焦中的有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)槊簹獾倪^程氣化煤氣可作為工業(yè)燃料城市煤氣和化工合成氣等氣化過程的只要化學(xué)反應(yīng)如下co2co2 h -3941kjmol 3-1ch2ocoh2 h 1350kjmol 3-2co2co h -1104kjmol 3-3c2h2oco22h2 h 966kjmol 3-4cco22co h 1733kjmol 3-5c2h2ch4 h -843kjmol 3-6煤炭氣化技術(shù)雖有很多種不同的分類方法但一般常用按生產(chǎn)裝置化學(xué)工程特征分類方法進(jìn)行分類或稱為按照反應(yīng)器形式分類氣化工藝在很大程度上影響煤化工產(chǎn)品的成本和效率采用高效低耗無污染的煤氣化工藝技術(shù)是發(fā)展煤化工的重要前提其中反應(yīng)

19、器便是工藝的核心可以說氣化工藝的發(fā)展是隨著反應(yīng)器的發(fā)展而發(fā)展的為了提高煤氣化的氣化率和氣化爐氣化強(qiáng)度改善環(huán)境新一代煤氣化技術(shù)的開發(fā)總的方向氣化壓力由常壓向中高壓85 mpa發(fā)展氣化溫度向高溫15001600發(fā)展氣化原料向多樣化發(fā)展固態(tài)排渣向液態(tài)排渣發(fā)展煤炭氣化工藝及氣化爐設(shè)備可按壓力氣化劑供熱方式等分類通常按爐內(nèi)煤料與氣化劑接觸方式區(qū)分主要有固定床流化床與氣流床3種主要形式固定床氣化是氣化過程中氣化劑與煤逆流接觸氣化過程比較完全灰渣殘?zhí)忌俪隹诿簹馔瑫r(shí)對(duì)上部原料煤進(jìn)行干燥和干餾煤氣出口溫度低現(xiàn)有加壓固定床氣化最成熟的爐型是lurgi流化床氣化是將氣化劑自爐底部鼓入爐內(nèi)氣化劑吹起爐內(nèi)煤的細(xì)小顆粒使

20、其呈流態(tài)化狀態(tài)發(fā)生燃燒和氣化反應(yīng)生成煤氣加壓流化床氣化爐主要有winklerhtwkrw等氣流床氣化是氣化過程中氣化劑將煤粉帶入氣化爐兩者均勻混合再通過噴嘴進(jìn)入反應(yīng)室瞬間著火發(fā)生火焰反應(yīng)溫度達(dá) 1600以上煤中碳在高溫下幾乎全部轉(zhuǎn)化所有干餾產(chǎn)物迅速分解轉(zhuǎn)變?yōu)樗簹獾慕M分加壓氣流床氣化爐主要有texaco德士古gsp等目前國內(nèi)感興趣的氣化爐工藝是shelltexaco和lurgishell工藝在碳轉(zhuǎn)化率有效氣體成分單爐產(chǎn)能運(yùn)行周期和變負(fù)荷能力等方面具有明顯優(yōu)點(diǎn)有環(huán)保和資源綜合利用方面優(yōu)勢(shì)具有技術(shù)發(fā)展前景但設(shè)備投資較大目前國內(nèi)還沒有比較成熟的技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)texacolurgi工藝技術(shù)成熟運(yùn)行可靠國

21、產(chǎn)化率高但lurgi工藝存在一些缺陷其合成工藝流程復(fù)雜廢水處理困難環(huán)境污染嚴(yán)重相比之下texaco工藝具有明顯的優(yōu)勢(shì)其水冷激流程特別適用于合成氨甲醇生產(chǎn)是目前合成氨甲醇生產(chǎn)優(yōu)選工藝33氣體的脫硫com高溫?zé)捊乖现械牧蛟跓捊惯^程中約3040以氣態(tài)硫化物進(jìn)入焦?fàn)t煤氣中煤氣中的硫化物按其化合狀態(tài)可分為兩類一類是硫的無機(jī)化合物主要是硫化氫h2s根據(jù)原料煤含硫量不同h2s一般為110gm3另一類是硫的有機(jī)化合物如二硫化碳cs2硫氧化碳cos噻吩c4h4s等有機(jī)硫化物含量較少在03gm3這些有機(jī)硫化合物在較高溫度下進(jìn)行變換反應(yīng)時(shí)幾乎全部轉(zhuǎn)化成硫化氫故煤氣中硫化氫所含硫約占煤氣中硫總量的90以上com膠法

22、脫硫特點(diǎn)本次設(shè)計(jì)氣體脫硫選用的是栲膠濕式氧化法其主要特點(diǎn)如下橡椀栲膠其貨源比較豐富而且價(jià)格低廉溶液無毒栲膠中因羥基能與四價(jià)釩離子生成可溶性絡(luò)合物能防止釩氧硫的沉淀從而可以降低釩耗因此溶液中無需加入螯合劑脫硫過程中單寧類物質(zhì)將逐漸水解為分子量較低的物質(zhì)這些酚類降解物同樣具有脫除硫化氫的能力因而即使堿性氧化栲膠脫硫液中單寧含量下降很低時(shí)仍能保持較高的脫硫效率栲膠法脫硫所得的硫膏粒大而疏松黏著性低容易浮選回收故不會(huì)產(chǎn)生堵塔現(xiàn)象缺點(diǎn)是經(jīng)過栲膠脫硫后焦?fàn)t氣中仍含有005gm3的硫化氫且有機(jī)硫的脫除效果不佳用固體原料液體原料或氣體原料制造出的原料氣中用煤和焦炭制得的合成甲醇原料氣中氫與一氧化碳是合成甲醇的

23、有效氣體但氫與一氧化碳必須保持一定比例在205215之間因此合成甲醇用的原料氣中的一氧化碳必須部分變換成氫氣與二氧化碳以調(diào)節(jié)到甲醇合成所需的適當(dāng)氫碳比這一過程稱作一氧化碳變換化學(xué)反應(yīng)是如下coh2oh2co2 h -384kjmol 3-7在本工段將氣體中的co部分變換成h2和co2流程由氣化來的粗水煤氣經(jīng)氣液分離器分離掉氣體夾帶的水分后進(jìn)入氣體過濾器除去雜質(zhì)然后分成兩股一部分約為53進(jìn)入原料氣預(yù)熱器與變換氣換熱至305左右進(jìn)入變換爐與自身攜帶的水蒸汽在耐硫變換催化劑作用下進(jìn)行變換反應(yīng)出變換爐的高溫氣體經(jīng)蒸汽過熱器與甲醇合成及變換副產(chǎn)的中壓蒸汽換熱過熱中壓蒸汽自身溫度降低后在原料氣預(yù)熱器與進(jìn)變

24、換的粗水煤氣換熱溫度約338進(jìn)入中壓蒸汽發(fā)生器副產(chǎn)42mpa蒸汽溫度降至275之后與另一部分未變換的粗水煤氣約為47混合一起進(jìn)入低壓蒸汽發(fā)生器溫度降至182然后進(jìn)入脫鹽水加熱器水冷卻器最終冷卻到42進(jìn)入低溫甲醇洗吸收系統(tǒng)35脫碳com以重油煤與交友為原料值得的粗原料氣經(jīng)脫硫變換后尚含有相當(dāng)量的二氧化碳co2co太高氣體組成不符合 205215甲醇合成的要求而且經(jīng)變換后coscs2等有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為h2s也需在送往合成工序前予以清除因此在甲醇生產(chǎn)總流程中必須設(shè)置脫除二氧化碳同時(shí)也可脫除殘余硫化氫的工序簡(jiǎn)稱脫碳工序根據(jù)目前國內(nèi)外常采用的脫碳技術(shù)可供煤氣脫碳工藝選擇的脫碳工藝有主要有低溫甲醇洗技術(shù)rec

25、tisol和聚乙二醇二甲醚法 nhdselexol低溫甲醇洗工藝是使用物理吸收法的酸性氣體凈化技術(shù)使用冷甲醇作為酸性氣體吸收液利用甲醇在-60 左右的低溫下對(duì)酸性氣體溶解度極大的特性分段選擇性地吸收原料氣中的 h2sco2 及各種有機(jī)硫等雜質(zhì)低溫甲醇洗工藝有林德和魯奇兩種二者基本原理沒有根本區(qū)別且技術(shù)都很成熟只是在工藝流程設(shè)計(jì)設(shè)備設(shè)計(jì)和工程實(shí)施上各有特點(diǎn)nhd法是南化集團(tuán)研究院和天辰化學(xué)工程公司等單位聯(lián)合開發(fā)成功的新技術(shù)屬于物理吸收凈化技術(shù)其對(duì)co2h2s等均有較強(qiáng)的吸收能力低溫甲醇洗工藝技術(shù)成熟可靠氣體凈化度高能耗較低可將合成氣中的co2體積分?jǐn)?shù)脫至1010-5以下h2s體積分?jǐn)?shù)小于1010

26、-7且溶劑吸收能力大循環(huán)量小能耗省價(jià)格便宜操作費(fèi)用低也是此法的優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)是要在低溫下操作設(shè)備對(duì)低溫材料要求較高整個(gè)工藝投資較高nhd技術(shù)雖然對(duì)co2h2s等均有較強(qiáng)的吸收能力可將合成氣中co2體積分?jǐn)?shù)脫至 01以下h2s體積分?jǐn)?shù)小于1010-6但對(duì)cos吸收能力差需增加水解裝置且脫硫和脫碳必須分開使流程變得復(fù)雜同時(shí)其溶劑昂貴吸收能力比甲醇低因此溶劑循環(huán)量大操作費(fèi)用較高其優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)設(shè)備無腐蝕可采用碳鋼設(shè)備整個(gè)工藝投資較少轉(zhuǎn)化氣即新鮮合成氣和甲醇合成循環(huán)氣的氣量均較大而且氣體很干凈很適合采用離心式壓縮機(jī)因此轉(zhuǎn)化氣和循環(huán)氣的壓縮均采用離心式壓縮機(jī)由于工藝上要求壓縮后的轉(zhuǎn)化氣和循環(huán)氣壓力一致且需混合后送

27、到甲醇合成系統(tǒng)所以合成氣壓縮機(jī)按聯(lián)合式設(shè)計(jì)循環(huán)氣從壓縮機(jī)中部進(jìn)入壓縮機(jī)與壓縮到循環(huán)氣進(jìn)氣壓力的轉(zhuǎn)化氣在壓縮機(jī)機(jī)殼內(nèi)混合再經(jīng)后續(xù)壓縮段增壓至甲醇合成需要的壓力送甲醇合成系統(tǒng)壓縮機(jī)由一臺(tái)凝汽式蒸汽透平驅(qū)動(dòng)37甲醇合成com成工藝原理一氧化碳加氫合成甲醇的反應(yīng)式如下 co2h2ch3ohg 3-8這是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)熱效應(yīng)h298 -908kjmol當(dāng)合成氣中有co2時(shí)也可合成甲醇 co23h2ch3ohgh2o 3-9上式是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)熱效應(yīng)h298 -586kjmol反應(yīng)過程中除生成甲醇外還伴隨發(fā)生一系列副反應(yīng)生成烴醇醚醛酸等眾多甲醇衍生物co3h2 ch4h2o 3-10醇類2co5h2

28、c2h62h2o 3-11coh2 hcho 3-12醚類2co4h2 ch3och3h2o 3-132ch3oh hcooch32h23-14以銅為主體的銅基催化劑對(duì)于甲醇合成具有極高的選擇性而且在不太高的壓力及溫度下要求合成氣的凈化要徹底否則其活性將很快喪失它的耐熱性也較差要求維持催化劑在最佳的穩(wěn)定的溫度下操作銅基催化劑一般可在210280 下操作視催化劑的型號(hào)及反應(yīng)器型式不同其最佳操作溫度范圍與略有不同管殼式反應(yīng)器的最佳操作溫度在230260之間在銅基催化劑上合成甲醇合適的操作壓力是00mpa對(duì)于合成氣中二氧化碳較高的情況壓力的提高對(duì)提高反應(yīng)速度有比較明顯的效果 合成氣的成份對(duì)甲醇合成反

29、應(yīng)的影響較大由前述反應(yīng)式可見要降低能耗應(yīng)采用適量的二氧化碳濃度的合成氣若合成氣中二氧化碳含量過高會(huì)加重精餾工序的負(fù)擔(dān)并增加了能耗但二氧化碳含量太低會(huì)導(dǎo)致催化劑活性和轉(zhuǎn)化率過低理論合成新鮮氣成份應(yīng)滿足以下比值氫碳比f h2-co2coco2 205實(shí)際操作中氫碳比應(yīng)適當(dāng)增大在205215之間空速一般控制在800010000 h-1左右 甲醇合成是強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)必須在反應(yīng)過程中不斷的將熱量移走反應(yīng)才能正常進(jìn)行管殼式反應(yīng)器利用管子與殼體間副產(chǎn)中壓蒸汽來移走熱量這樣合成反應(yīng)適宜的溫度條件維持就幾乎全依賴于副產(chǎn)品中壓蒸汽壓力操作的正常與穩(wěn)定甲醇生產(chǎn)的總流程長工藝復(fù)雜根據(jù)不同原料與不同的凈化方法可以演變?yōu)?/p>

30、多種生產(chǎn)流程高壓工藝流程一般指的是使用鋅鉻催化劑在30040030mpa下合成甲醇的過程自從1923年第一次用這種方法合成甲醇成功后差不多有50年的時(shí)間世界上合成甲醇生產(chǎn)都沿用這種方法僅在設(shè)計(jì)上有某些細(xì)節(jié)不同例如甲醇合成塔內(nèi)移熱的方法有冷管型連續(xù)換熱式和冷激型多段換熱式兩大類反應(yīng)氣體流動(dòng)的方式有軸向和徑向或者二者兼有的混合型式有副產(chǎn)蒸汽和不副產(chǎn)蒸汽的流程等近幾年來我國開發(fā)了2527mpa壓力下在銅基催化劑上合成甲醇的技術(shù)出口氣體中甲醇含量4左右反應(yīng)溫度230290icl低壓甲醇法為英國icl公司在1966年研究成功的甲醇生產(chǎn)方法從而打破了甲醇合成的高壓法的壟斷這是甲醇生產(chǎn)工藝上的一次重大變革它

31、采用51-1型銅基催化劑合成壓力5mpaicl法所用的合成塔為熱壁多段冷激式每段催化劑層上部裝有菱形冷激氣分配器使冷激氣均勻地進(jìn)入催化劑層用以調(diào)節(jié)塔內(nèi)溫度低壓法合成塔的型式還有聯(lián)邦德國lurgi公司的管束型副產(chǎn)蒸汽合成塔及美國電動(dòng)研究所的三相甲醇合成系統(tǒng)70年代我國輕工部四川維尼綸廠從法國speichim公司引進(jìn)了一套以乙炔尾氣為原料日產(chǎn)300t低壓甲醇裝置英國ici專利技術(shù)80年代齊魯石化公司第二化肥廠引進(jìn)了聯(lián)邦德國lurge公司的低壓甲醇合成裝置由于低壓法操作壓力低導(dǎo)致設(shè)備體積龐大不利于甲醇生產(chǎn)的大型化因此發(fā)展了壓力為10mpa左右的甲醇合成中壓法它能更有效地降低建廠費(fèi)用和甲醇生產(chǎn)成本例如

32、ici公司研究成功了51-2型銅基催化劑其化學(xué)組成和活性與低壓合成催化劑51-1型差不多只是催化劑的晶體結(jié)構(gòu)不相同制造成本比51-1型高貴由于這種催化劑在較高壓力下也能維持較長壽命從而使ici公司有可能將原有的5mpa的合成壓力提高到l0mpa所用合成塔與低壓法相同也是四段冷激式38甲醇精餾com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帶有高錳酸鉀反應(yīng)的精餾工藝需要對(duì)粗甲醇中的還原性物質(zhì)進(jìn)行處理后再精餾工藝復(fù)雜該工藝主要用于對(duì)甲醇質(zhì)量要求相當(dāng)嚴(yán)格的場(chǎng)合由于雙塔精餾和三塔精餾工藝完全能夠保證工業(yè)上對(duì)精甲醇質(zhì)量的要求因此一般不必采用帶高錳酸鉀反應(yīng)的精餾工藝將

33、粗甲醇?xì)怏w送入精制塔精制一般采用23個(gè)精餾塔從后一個(gè)塔上部取出純甲醇含量為9985甲醇精餾工藝有兩塔流程和三塔流程之分兩者主要區(qū)別在于三塔流程多設(shè)置有一個(gè)加壓操作壓力0607mpa的主精餾塔加壓塔塔頂甲醇蒸汽冷凝熱用作常壓精餾塔塔底再沸器熱源減少蒸汽和冷卻水消耗目前在三塔精餾的基礎(chǔ)上又增加了回收塔進(jìn)一步回收常壓精餾塔塔底排出的含少量甲醇的廢水提高產(chǎn)品收率并減少廢水污染物產(chǎn)生量雙塔工藝流程簡(jiǎn)單裝置投資省但能耗高三塔流程相對(duì)較長但操作能耗較雙塔工藝低從能耗和投資綜合考慮大中型規(guī)模生產(chǎn)三塔流程工藝具有優(yōu)越性同時(shí)三塔精餾工藝環(huán)保效益優(yōu)于雙塔粗甲醇中雜質(zhì)種類較多為了制備合格精甲醇產(chǎn)品必須將雜質(zhì)除去在工業(yè)

34、生產(chǎn)中主要是利用各組份的沸點(diǎn)不同用精餾的方法將甲醇與其它組份分開也就是同時(shí)并且多次地運(yùn)用部分汽化和部分冷凝的方法以達(dá)到完全分離混合液中各組分的連續(xù)操作過程一般生產(chǎn)能力在100kta以下的采用雙塔精餾如果生產(chǎn)能力在100kta以上則采用三塔精餾甲醇作為燃料使用時(shí)也可采用原理更為簡(jiǎn)單的一塔精餾三塔精餾與兩塔精餾的原理完全一致區(qū)別在于將兩塔精餾的甲醇精餾塔分成加壓塔05606mpa和常壓塔兩個(gè)塔而且各自承擔(dān)甲醇精餾負(fù)荷的4060常壓塔塔底再沸器所用熱量來自加壓塔塔頂氣相甲醇冷凝時(shí)放出的熱量三塔精餾比兩塔精餾可節(jié)約熱量40左右三塔流程投資高但能耗和操作費(fèi)用顯著降低同一流程裝置投資的回收期隨著生產(chǎn)規(guī)模的

35、增加而縮短三塔流程較雙塔流程復(fù)雜設(shè)計(jì)中需要考慮因素多對(duì)于小規(guī)模甲醇精餾裝置簡(jiǎn)單成熟的雙塔流程是較合理的選擇com餾工藝流程簡(jiǎn)述粗甲醇入常壓的預(yù)精餾塔塔頂采用兩級(jí)冷凝后的大部分甲醇水及少量雜質(zhì)留在液相作為回流返回塔二甲醚等輕組分初餾分及少量的甲醇水由塔頂逸出塔底含水甲醇則由泵送至主精餾塔主精餾塔操作壓力稍高于預(yù)精餾塔塔頂?shù)玫骄状籍a(chǎn)品塔底含微量甲醇的水送往水處理系統(tǒng)雙塔精餾流程圖如圖3-所示圖3- 雙塔精餾流程圖甲醇生產(chǎn)中的三廢循環(huán)氣中甲烷的累積要經(jīng)常排放粗甲醇中間貯槽的閃蒸氣中含有較多毒物一氧化碳和少量有機(jī)物可回收作原料或燃料粗甲醇的雜質(zhì)回收廢甲醇催化劑因?yàn)閺U甲醇催化劑中含有價(jià)值較高的銅鋅金屬

36、所以回收廢甲醇催化劑不僅可以廢物利用增加經(jīng)濟(jì)收入還可降低生產(chǎn)成本回收廢甲醇催化劑的利用方法可制取金屬銅制取氧化銅制取硫酸銅制取微量元素肥料和重制甲醇催化劑本裝置建成投產(chǎn)后正常生產(chǎn)時(shí)三廢應(yīng)按上述措施嚴(yán)格出理并進(jìn)行檢測(cè)使其都能達(dá)到國家的有關(guān)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)本裝置的建設(shè)對(duì)周圍環(huán)境影響不會(huì)太大甲醇合成工段流程簡(jiǎn)圖如圖5-1所示圖5-1 甲醇合成工段原則流程圖1設(shè)計(jì)條件本設(shè)計(jì)總氨100kta醇氨比30粗甲醇產(chǎn)量是年產(chǎn)3萬t惰性氣組成ch406ar04年工作日330天粗甲醇組成如表5-1所示表5-1 粗甲醇組成w物料名稱ch3ohch32oc4h9ohc8h18h2o組成w9406035028031500解據(jù)

37、題意產(chǎn)量分配為合成氨70000ta884th粗甲醇30000ta即379th計(jì)算實(shí)現(xiàn)合成氨產(chǎn)量計(jì)劃所需原料氣量參加合成反應(yīng)的理論耗氣量根據(jù)反應(yīng)方程1h2n2nh3 5-1則耗氫氣為1 780kmolh 17472nm3h 耗氮?dú)鉃?260kmolh 5824nm3h 原料氣中惰性氣含量為其中ch4為14119nm3har為9412nm3h在壓力為30106pa溫度在30時(shí)液氨中氫氮?dú)馊芙鈸p失查表在上述狀況下液氨中氫氮?dú)馊芙饬糠謩e為h23430nm3tn23200nm3t則每小時(shí)在液氨中氫氮?dú)馊芙鈸p失分別為343884 30321nm3h和32884 28288nm3h液氨在貯罐氣中的擴(kuò)散損失查

38、表在16106pa245時(shí)氫氨混合氣中氨的平衡濃度為4183則貯罐氣中氨損失g氨損為g氨損 42146nm3h折合成氫氮?dú)鈸p失為h263219nm3hn221073nm3h所以每小時(shí)精1747258242353130321282886321921073 2496000nm3h醇后氣中尚有co15co218ch3oh005則每小時(shí)需要g醇后氣為其中co38738nm3hco246485nm3hch3oh1291nm3h于是生產(chǎn)合成氨所需醇后氣量如表5-所示表5- 合成氨生產(chǎn)耗用醇后氣量及其組成耗用量氣體組成nm3hh2n2co2coch4arch3oh小計(jì)合成氨反應(yīng)174725824002329

39、600精煉損耗46485387381291386514液氨中溶解損耗303212828858609氨擴(kuò)散損耗632192107384292惰性氣14119941223531續(xù)表5-2 合成氨生產(chǎn)耗用醇后氣量及其組成氣體組成nm3hh2n2co2coch4arch3oh小計(jì)合計(jì)18407631760464853873814119941212912582500醇后氣組成71282446com055036005100003生產(chǎn)甲醇所需原料氣量合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)主反應(yīng)co2h2ch3oh10237kjmol 5-2副反應(yīng)2co3h2ch32oh2o20039kjmol 5-3 co3h2ch4h2o1

40、1569kjmol 5-4 4co8h2c4h9oh3h2o4962kjmol 5-5 co2h2coh2o-4292kjmol 5-6 8co17h2c8h188h2o95798kjmol 5-7根據(jù)粗甲醇組分算得各組分的生成量為甲醇ch3oh3790kgh9406 35649kgh24922nm3h二甲醚ch32o3790kgh035 132kgh636nm3h雜醇c4h9oh3790kgh028 1061kgh32nm3h烴類c8h183790kgh031 117kgh230nm3h水h2o3790kgh500 1895kgh23582nm3h生產(chǎn)中測(cè)得按反應(yīng)式5-4每生產(chǎn)t粗甲醇ch4

41、生成量756nm3即034kmolch4t粗甲所以ch4每小時(shí)生成量為034379 12kmolh忽略由原料氣帶入的水分根據(jù)5-35-45-55-7求得反應(yīng)式5-6生成的反應(yīng)水為10528-0284-12886-01433-01038 770kmolh即在逆變換反應(yīng)中生成770kmolh的co和h2o查表壓力為10106pa在30時(shí)每t粗甲醇中溶解的反應(yīng)氣組分如表5-表5- 混合氣在粗甲醇中的溶解量組分coco2h2n2ch4ch32o小計(jì)溶解量nm3t98165825923260761924825nm3h3718com123628872818287組成20331364537267615839

42、8100粗甲醇馳放氣中甲醇的擴(kuò)散損失根據(jù)測(cè)定在35時(shí)液態(tài)甲醇中釋放的coco2h2等混合氣中每m3含3714g甲醇假設(shè)經(jīng)減壓后液相中溶解的氣體除二甲醚外全釋放則甲醇擴(kuò)散損失g3718249389823712355288040003714 652kgh即456nm3h上式中ch32o溶解量72nm3h 大于5-3生成的ch32o量636nm3h即二甲醚全溶所以二甲醚在減壓后的釋放量為0醇后氣中有005甲醇隨氣體帶入銅洗合成氨產(chǎn)量為884th時(shí)帶走甲醇為25825nm3h005 1291nm3h于是粗甲醇合成每小時(shí)消耗原料氣量及組成如表5-綜合表5-1和表5-即得進(jìn)入甲醇合成塔之新鮮氣量g新鮮氣與

43、組成表5-表5-進(jìn)甲醇合成塔新鮮氣g新鮮氣組成組分coco2h2n2ch4ar小計(jì)合成甲醇消耗nm3hcom5460601236-259981177合成氨消耗nm3h3873846485184076317601411994122582500新鮮氣消耗量nm3hcom23868006330001152094123390400新鮮氣組成83619570401867034028100表5- 粗甲醇生產(chǎn)消耗和生成物量及其組成序號(hào)消耗方式單位消耗原料氣組分合成反應(yīng)生成物組分小計(jì)nm3coco2h2n2ch4ch3ohch32oc4h9ohc8h18h2o消耗量生成量15-2生成甲醇kmolm311126

44、2225211126com24922049844024922025-5生成高級(jí)醇kmolm3057114014043384512831283256232196235-3生成二甲醚kmolm305085028028318112731273190963663645-4生成甲烷kmolm312387129129115465774288786592887288755-6co2逆變換kmolm3770com7701725317253續(xù)表5-4粗甲醇生產(chǎn)消耗和生成物量及其組成序號(hào)消耗方式單位消耗原料氣組分合成反應(yīng)生成物組分小計(jì)nm3coco2h2n2ch4ch3ohch32oc4h9ohc8h18h2o消

45、耗量生成量1725317253172531725365-7生成高級(jí)烷kmolm308175010082576820續(xù)表5-4粗甲醇生產(chǎn)消耗和生成物量及其組成序號(hào)消耗方式單位消耗原料氣組分合成反應(yīng)生成物組分小計(jì)nm3coco2h2n2ch4ch3ohch32oc4h9ohc8h18h2o消耗量生成量1846392223018437粗甲醇中氣體溶解nm33718com123628872172718醇后氣中甲醇擴(kuò)散nm3129125831291com9馳放氣中甲醇擴(kuò)散nm34569124561368456合計(jì)nm3com5460601236259925097063632123023582811770

46、278620消耗氣組成v30152436727015生成物質(zhì)量kgcom1060117318950380820生成物質(zhì)量組成9409034028031498甲醇合成塔循環(huán)氣量的計(jì)算測(cè)得甲醇合成塔出塔氣中含甲醇45根據(jù)表5-設(shè)甲醇塔出塔氣量為g醇出塔 5-8把g醇循環(huán) g醇出塔-25825-278622887-17271代入5-8得g醇出塔 55681nm3h g醇循環(huán) 26926nm3h故得循環(huán)氣各組分的量如表5-所示表5- 甲醇塔循環(huán)氣量及其組成組分coco2h2n2ch4arch3oh合計(jì)流量nm3h40389484671919365861014809969313462692600組成co

47、m7128244605503600510000甲醇合成塔入塔氣量的計(jì)算根據(jù)g入醇塔 g新鮮氣g循環(huán)氣由表5-與表5-得表5-表5- 甲醇合成塔入塔氣量及其組成組分coco2h2n2ch4arch3oh小計(jì)流量nm3hcom43061001291600263291910613466083000組成53218970792123043031002100甲醇合成塔出塔氣流量及組成計(jì)算因?yàn)間醇出塔 g醇入塔-g醇反應(yīng)g醇-g醇副反應(yīng)g醇副產(chǎn)物根據(jù)表5-表5-得表5-為甲醇合成塔出塔氣流量及組成表中ch3oh組成為453出塔氣流量為55672nm3h中所設(shè)ch3oh組出塔氣流量為55681nm3h誤差較小

48、醇分離器出口氣體和液體產(chǎn)品流量與組成如表5-表5- 甲醇合成塔出塔氣流量及組成組分coco2h2n2ch4arch3ohc4h9ohc8h18h2o合計(jì)入塔氣流量nm3hcom43061001291600263291910613466083000合成反應(yīng)消耗nm3h241017253536240794490反應(yīng)生成物nm3h2887com63623023582278630出塔氣流量nm3hcom376990012916002921619106252320321636230235825567200組成14917567722320052034453com00004210000表5- 甲醇分離器出口

49、氣體和液體產(chǎn)品流量與組成組分coco2 h2n2ch4arch3ohc4h9ohch32oc8h18h2o合計(jì)分離器損失氣量nm3h3718com123628845618015出分離器氣體流量nm3h7913294953376011290400289281910626380全溶52753組成1501807128244605503600510000粗甲醇在中間貯槽減壓放出的馳放氣流量與組成如表5-醇后氣經(jīng)精煉得精煉氣流量與組成如表5-1根據(jù)表5-1表5-1得氨合成塔生產(chǎn)最終平衡見表5-15-9 甲醇分離器出口氣體和液體產(chǎn)品流量與組成組分coco2 h2n2ch4arch3ohc4h9ohch32

50、oc8h18h2o合計(jì)出分離器液體量nm3h氣態(tài)com63623023582273990組成9096012023008861100重量kghcom1306117418950378520組成9406028035031501100表5- 甲醇馳放氣流量與組成組分coco2h2n2ch4ch3oh合計(jì)馳放氣流量nm3h3718com123628845618015組成206413845453686160253100表5-1 精煉氣流量與組成組分h2n2ch4ar合計(jì)精煉氣流量nm3h184076317601411994122496000組成73752531057038100表5-1 氨合成塔物料平衡表

51、消耗分類反應(yīng)消耗或損耗反應(yīng)生成nh3合計(jì)h2n2ch4ar精煉氣nm3h184076317601411994122496000溶解損耗nm3h303212828858609小計(jì)1810379com94122437400合成反應(yīng)消耗nm3h1810379603461206920吹出氣nm3h0114119941223541氨擴(kuò)散損耗nm3h4214642146合成氨產(chǎn)量nm3h116481164800 kgh884000884000匯總物料平衡各過程得平衡匯總表5-1表5-1 聯(lián)醇生產(chǎn)物料平衡匯總表組分新鮮氣流量nm3h甲醇入塔氣流量nm3h甲醇循環(huán)氣流量nm3h甲醇出塔氣流量nm3h醇后氣流量nm3h甲醇馳放氣流量nm3h精煉氣流量nm3h吹出氣流量nm3h氨馳放氣流量nm3hcocom32385053240389150828501493873815037182064co26623219511470018948467180974471754648518024941384h223868007040430610070791919300712837699006772184070071289824545318407007375