年產(chǎn)20萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)可行性報(bào)告

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1、年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸甲醇項(xiàng)目可行性報(bào)告1年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸甲醇項(xiàng)目可行性報(bào)告年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸甲醇項(xiàng)目可行性報(bào)告2目錄第一章緒論 .2第一節(jié)、甲醇合成的基本概念 .2一、甲醇性質(zhì) .2二、甲醇用途 .2三、甲醇生產(chǎn)工藝的發(fā)展 .3四、甲醇生產(chǎn)原料 .3第二節(jié)、甲醇的合成方法 .4第三節(jié)、設(shè)計(jì)的目的和意義 .5第四節(jié)、 設(shè)計(jì)的依據(jù) .5一、邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院資源與環(huán)境工程系 2011 屆課程設(shè)計(jì)選題 .5二、 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料 .5三、設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想 .5第二章、甲醇合成工藝流程的設(shè)計(jì) .6第一節(jié)、甲醇合成塔的選擇 .6第二節(jié)、催化劑的選用 .7一、甲醇合成催化劑 .7第三節(jié)、合成工序工藝操作條件的確定與論

2、證 .10第四節(jié)、粗甲醇的精餾 .11第五節(jié)、精餾塔的選擇 .15第六節(jié)、生產(chǎn)工藝參數(shù) .15第七節(jié)、甲醇合成工藝流程的設(shè)計(jì) .16第三章、甲醇合成的工藝計(jì)算 .16第一節(jié)、物料衡算 .17一、精餾工段 .17二、合成工段 .19三、新鮮氣的計(jì)算 .20年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸甲醇項(xiàng)目可行性報(bào)告3四、循環(huán)氣氣量的確定 .20五、入塔氣和出塔氣組成 .20第二節(jié)、能量衡算 .20一、 Q 1 入塔熱的計(jì)算（Q 1 = Cm t ） .21二、出塔熱的計(jì)算 .22三、反應(yīng)熱的計(jì)算 .22四、損失熱的計(jì)算 .23第三節(jié)、 主要設(shè)備的計(jì)算和選型 .24一、 合成段工藝計(jì)算和設(shè)備選型 .24二、 精餾段工藝計(jì)算

3、和設(shè)備選型 .25（1） 、 傳熱設(shè)備的選型依據(jù) .26（2） 、 換熱器和冷凝器計(jì)算結(jié)果和選型 .27（3） 、 再沸器計(jì)算結(jié)果和選型 .29（4） 、 預(yù)塔計(jì)算結(jié)果和選型 .30（5） 、 預(yù)塔和加壓塔間離心泵的計(jì)算和選型 .32（6） 、加壓塔計(jì)算結(jié)果和選型 .34（7） 、常壓塔計(jì)算結(jié)果和選型 .37（8） 、甲醇儲(chǔ)罐的計(jì)算和選型 .38第四章、廠址的選擇及總平面圖設(shè)計(jì) .39第一節(jié)、廠址的選擇 .39一、原料來(lái)源 .39二、周圍環(huán)境及交通 .39三、地勢(shì)條件 .41四、氣候條件 .41五、 水文條件 .42第五章、車間規(guī)劃及布置說(shuō)明 .43第一節(jié)、 合成車間設(shè)備平面布置 .43第二節(jié)

4、、 精餾車間設(shè)備布置 .43第三節(jié)、 分廠總平面布置 .44年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸甲醇項(xiàng)目可行性報(bào)告4第六章、公用工程及環(huán)境保護(hù) .45第一節(jié)、公用工程 .45一、水電和汽的來(lái)源 .45二、精甲醇的運(yùn)輸裝卸和貯存 .45三、自控儀表 .45第二節(jié)、安全衛(wèi)生 .45一、車間有毒氣體最高允許濃度及保證不超標(biāo)的措施 .45二、一氧化碳中毒的癥狀、急救及預(yù)防措施 .46三、甲醇中毒癥狀和急救 .46四、中毒癥狀 .46五、急救處理 .46第三節(jié)、三廢處理 .46一、甲醇生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染 .47二、處理方法 .47第七章、設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)價(jià) .48參考文獻(xiàn) .49 年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸甲醇項(xiàng)目可行性報(bào)告5設(shè)計(jì)任務(wù)書一、

5、 設(shè)計(jì)目標(biāo)為某化工總廠設(shè)計(jì)一個(gè) 20 萬(wàn)噸/年合成甲醇分廠。二、 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)條件1、 原料規(guī)格：來(lái)自總廠造氣分廠的凈化合成氣，壓強(qiáng) 3.5Mpa，溫度 313.15K，組成為組份 CO CO2 H2 N2 CH4摩爾分率 28.2 3.2 67.8 0.5 0.32、 產(chǎn)品規(guī)格：達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB 388-85）一級(jí)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，分廠生產(chǎn)控制指標(biāo)為組份 CH3OH 醛、酮總量 水分摩爾分率 0.999 0.00005 0.00073、排污要求： 含醇?xì)怏w用管道送至總廠鍋爐房焚燒處理； 工藝廢水含有機(jī)物總量0.002，用專用管路送至總廠水處理分廠。4、公用工程：供電、供水、供惰性氣、供汽、機(jī)修等公用

6、工程由總廠統(tǒng)一安排、配套提供。5、廠址地形條件：一側(cè)靠河、另一側(cè)靠廠內(nèi)公路的狹長(zhǎng)平地，寬度 60m，長(zhǎng)度無(wú)限制。二、工作內(nèi)容及進(jìn)度安排1、 工藝流程設(shè)計(jì)及模擬計(jì)算1） 工藝方案選擇及論證（中壓法、Lurgi 式合成塔）2） 工藝流程模擬計(jì)算（用 ASPEN PLUS）3） 繪制帶控制點(diǎn)工藝流程圖4） 編制物料及熱量平衡計(jì)算書2.設(shè)備選型及典型設(shè)備設(shè)計(jì)1） 典型非標(biāo)設(shè)備精餾塔的工藝設(shè)計(jì)，編制計(jì)算說(shuō)明書。2） 典型標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備換熱器的選型設(shè)計(jì)，編制計(jì)算說(shuō)明書。3） 編制設(shè)備一覽表。2.車間設(shè)備布置設(shè)計(jì)選擇合成車間或精制車間，進(jìn)行車間布置設(shè)計(jì)1) 繪制車間平面布置圖（不少于 1 張）2) 繪制車間立面布

7、置圖（不少于 1 張）2、 分廠總平面布置設(shè)計(jì)1） 對(duì)合成車間、精制車間、壓縮車間、產(chǎn)品儲(chǔ)罐區(qū)、中心控制室、分析化驗(yàn)室、行政管理及生活等輔助用房、設(shè)備檢修區(qū)、分廠內(nèi)部道路等進(jìn)行合理的布置設(shè)計(jì)，并對(duì)方案進(jìn)行必要的說(shuō)明。2） 繪制分廠平面布置總圖（1 張）。年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸甲醇項(xiàng)目可行性報(bào)告63、 設(shè)計(jì)說(shuō)明書編制對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容匯總，按正規(guī)格式編寫初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書。作了具體設(shè)計(jì)的內(nèi)容可詳細(xì)一些，為作具體設(shè)計(jì)的內(nèi)容可簡(jiǎn)略，但要保持格式正確完整。6、提交設(shè)計(jì)文檔將仿真設(shè)計(jì)模型（*.bkp 文件）、設(shè)計(jì)說(shuō)明書、計(jì)算說(shuō)明書、表格、圖紙等設(shè)計(jì)文檔匯總編目，每組寫一份設(shè)計(jì)小結(jié)，目錄、小結(jié)與設(shè)計(jì)文檔一起上載到 FTP

8、站點(diǎn)Hand-in 目錄下自己小組的目錄（自建）中。注：設(shè)計(jì)文檔均要求用 MS-Word 編輯，圖紙用 AutoCAD 繪制。3)1、 經(jīng)濟(jì)分析與評(píng)價(jià)參考以下價(jià)格數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析與評(píng)價(jià)：1) 合成原料氣：0.5 元/Nm32) 304 不銹鋼設(shè)備：45000 元/t3) 中低壓（4MPa）碳鋼設(shè)備：18000 元/t4) 高壓碳鋼設(shè)備價(jià)格：20000 元/t5) 低壓蒸汽(0.8MPa) ：100 元/t6) 中壓蒸汽（4MPa）：300 元/t7) 電：0.6 元/kWhr8) 工業(yè)甲醇（一級(jí)品）：2300 元/t9) 工藝軟水：8 元/t10) 冷卻水：0.2 元/t11) 污水

9、處理費(fèi)：0.5 元/t2、 設(shè)計(jì)說(shuō)明書編制對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容匯總，按正規(guī)格式編寫初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書。做了具體設(shè)計(jì)的內(nèi)容可詳細(xì)一些，未做具體設(shè)計(jì)的內(nèi)容可簡(jiǎn)略，但要保持格式正確完整。注：設(shè)計(jì)文檔均要求用 MS-Word 編輯，圖紙用 AutoCAD 繪制。3、 報(bào)告及答辯準(zhǔn)備準(zhǔn)備 30 分鐘的口頭報(bào)告資料和相應(yīng)的 Powerpoint 文檔，在報(bào)告會(huì)上介紹本組的設(shè)計(jì)作品并進(jìn)行答辯。年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)1摘要甲醇是一種極重要的有機(jī)化工原料，也是一種燃料，是碳一化學(xué)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。近年來(lái)，隨著甲醇下屬產(chǎn)品的開發(fā)，特別是甲醇燃料的推廣應(yīng)用，甲醇的需求大幅度上升。為了滿

10、足經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)甲醇的需求，開展了此 20 萬(wàn) t/a 的甲醇項(xiàng)目。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是進(jìn)行工藝論證，物料衡算和熱量衡算等。本設(shè)計(jì)本著符合國(guó)情、技術(shù)先進(jìn)和易得、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的原則，采用合成氣（主要成分 CO、CO2 、H2 、N2 、CH4）為原料，低壓下利用列管均溫合成塔合成甲醇；三塔精餾工藝精制甲醇；此外嚴(yán)格控制三廢的排放，充分利用廢熱，降低能耗，保證人員安全與衛(wèi)生。關(guān)鍵詞：甲醇、合成、精餾。 年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)2第一章緒論第一節(jié)、甲醇合成的基本概念一、甲醇性質(zhì)甲醇俗稱木醇、木精，英文名為 methanol，分子式 CH3OH。是一種無(wú)色、透明、易燃、有毒、易揮發(fā)的液體，略帶酒

11、精味；分子量 32.04，相對(duì)密度 0.7914(d420)，蒸氣相對(duì)密度 1.11(空氣=1)，熔點(diǎn)-97.8，沸點(diǎn) 64.7，閃點(diǎn)（開杯）16，自燃點(diǎn) 473，折射率(20)1.3287，表面張力（25）45.05mN/m，蒸氣壓（20）12.265kPa，粘度（20）0.5945mPas。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮類和大多數(shù)其他有機(jī)溶劑混溶。蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限6.036.5（體積比） ?；瘜W(xué)性質(zhì)較活潑，能發(fā)生氧化、酯化、羰基化等化學(xué)反應(yīng)。二、甲醇用途1、甲醇是一種重要基本有機(jī)化工原料和溶劑，在世界上的消費(fèi)量?jī)H次于乙烯、丙稀和苯。甲醇可用于生產(chǎn)甲醛、甲酸甲酯、香精、染料、

12、醫(yī)藥、火藥、防凍劑、農(nóng)藥和合成樹脂等；也可以替代石油化工原料，用來(lái)制取烯烴（MTP、MTO）和制氫（MTH） ；還廣泛用于合成各種重要的高級(jí)含氧化學(xué)品如醋酸、酸酐、甲基叔丁基醚(MTBE)等。 它是較好的人工合成蛋白的原料，蛋白轉(zhuǎn)化率較高，發(fā)酵速度快，無(wú)毒性，價(jià)格便宜。另外,由于世界石油供給不穩(wěn)定因素的影響以及世界能源危機(jī)與交通運(yùn)輸業(yè)蓬勃發(fā)展形成了極度尖銳的矛盾。利用甲醇、二甲醚等清潔燃料部分替代汽油、柴油、液化石油氣，其燃燒熱值高、揮發(fā)性好且燃燒氣毒物排放量低，在工業(yè)上和民用上具有較大的應(yīng)用潛力。還是重要有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料，廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工，塑料，醫(yī)藥，林產(chǎn)品加工等領(lǐng)域。 2、甲醇主要

13、用于生產(chǎn)甲醛，消耗量要占到甲醇總產(chǎn)量的一半，甲醛則是生產(chǎn)各種合成樹脂不可少的原料。用甲醇作甲基化試劑可生產(chǎn)丙烯酸甲酯、對(duì)苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醇羰基化可生產(chǎn)醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有機(jī)合成中間體，它們是制造各種染料、藥品、農(nóng)藥、炸藥、香料、噴漆的原料，目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重視。甲醇也是一種重要的有機(jī)溶劑，其溶解性能優(yōu)于乙醇，可用于調(diào)制油漆。作為一種良好的萃取劑，甲醇在分析化學(xué)中可用于一些物質(zhì)的分離。甲醇還是一種很有前景的清潔能源，甲醇燃料以其安全、廉價(jià)、燃燒充分，利用率高、環(huán)保的眾多優(yōu)點(diǎn)，替代汽油已經(jīng)成為車用燃料的發(fā)展方向之一；年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸

14、煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)3另外燃料級(jí)甲醇用于供熱和發(fā)電，也可達(dá)到環(huán)保要求。甲醇還可經(jīng)生物發(fā)酵生成甲醇蛋白，富含維生素和蛋白質(zhì)，具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高而成本低的優(yōu)點(diǎn)，用作飼料添加劑，有著廣闊的應(yīng)用前景。三、甲醇生產(chǎn)工藝的發(fā)展甲醇是醇類中最簡(jiǎn)單的一元醇。1661 年英國(guó)化學(xué)家 R.波義耳首先在木材干餾后的液體產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)甲醇，故甲醇俗稱木精、木醇。在自然界只有某些樹葉或果實(shí)中含有少量的游離態(tài)甲醇，絕大多數(shù)以酯或醚的形式存在。1857 年法國(guó)的 M貝特洛在實(shí)驗(yàn)室用一氯甲烷在堿性溶液中水解也制得了甲醇。1923 年德國(guó) BASF 公司首先用合成氣在高壓下實(shí)現(xiàn)了甲醇的工業(yè)化生產(chǎn)，直到 1965 年，這種高壓法工藝

15、是合成甲醇的唯一方法。1966 年英國(guó) ICI 公司開發(fā)了低壓法工藝，接著又開發(fā)了中壓法工藝。1971 年德國(guó)的 Lurgi 公司相繼開發(fā)了適用于天然氣渣油為原料的低壓法工藝。由于低壓法比高壓法在能耗、裝置建設(shè)和單系列反應(yīng)器生產(chǎn)能力方面具有明顯的優(yōu)越性，所以從 70 年代中期起，國(guó)外新建裝置大多采用低壓法工藝。世界上典型的甲醇合成工藝主要有 ICI 工藝、Lurgi 工藝和三菱瓦斯化學(xué)公司(MCC)工藝 1 。目前，國(guó)外的液相甲醇合成新工藝 2 具有投資省、熱效率高、生產(chǎn)成本低的顯著優(yōu)點(diǎn)，尤其是 LPMEOHTM 工藝，采用漿態(tài)反應(yīng)器，特別適用于用現(xiàn)代氣流床煤氣化爐生產(chǎn)的低 H2(COCO 2

16、)比的原料氣，在價(jià)格上能夠與天然氣原料競(jìng)爭(zhēng)。我國(guó)的甲醇生產(chǎn)始于 1957 年，50 年代在吉林、蘭州和太原等地建成了以煤或焦炭為原料來(lái)生產(chǎn)甲醇的裝置。60 年代建成了一批中小型裝置，并在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上開發(fā)了聯(lián)產(chǎn)法生產(chǎn)甲醇的工藝。70 年代四川維尼綸廠引進(jìn)了一套以乙炔尾氣為原料的 95 kt/a 低壓法裝置，采用英國(guó)ICI 技術(shù)。1995 年 12 月，由化工部第八設(shè)計(jì)院和上?；ぴO(shè)計(jì)院聯(lián)合設(shè)計(jì)的 200 kt/a 甲醇生產(chǎn)裝置在上海太平洋化工公司順利投產(chǎn)，標(biāo)志著我國(guó)甲醇生產(chǎn)技術(shù)向大型化和國(guó)產(chǎn)化邁出了新的一步。2000 年，杭州林達(dá)公司開發(fā)了擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 JW 低壓均溫甲醇合成塔技

17、術(shù) 3 ，打破長(zhǎng)期來(lái)被 ICI、Lurgi 等國(guó)外少數(shù)公司所壟斷擁的局面，并在 2004 年獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。2005 年，該技術(shù)成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)首家焦?fàn)t氣制甲醇裝置上。四、甲醇生產(chǎn)原料合成甲醇的工業(yè)生產(chǎn)是以固體（如煤、焦炭）、液體（如原油、重油、輕油）或氣體（如天然氣及其它可燃性氣體）為原料，經(jīng)造氣、凈化（脫硫）變換，除二氧化碳，配制成一定配比的合成氣。在不同的催化劑存在下，選用不同的工藝條件可單產(chǎn)甲醇（分高、中、低壓法），或與合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇（聯(lián)醇法）。將合成后的粗甲醇經(jīng)預(yù)精鎦脫除甲醚，再精鎦而得成品甲醇。自 1923 年開始工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，甲醇合成的原料路線經(jīng)歷了很大變化。20 世紀(jì)

18、50 年代以前多以煤和焦碳為原料；50 年代以后，以天然氣為原料的甲醇生產(chǎn)流程被廣泛應(yīng)用；進(jìn)入 60 年代以來(lái)，以重油為原料的甲醇裝置有所發(fā)展。對(duì)于我國(guó)，從資源背景看，煤炭?jī)?chǔ)量遠(yuǎn)大于石油、天年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)4然氣儲(chǔ)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(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)煤是我國(guó)甲醇生產(chǎn)最重要的原料。第二節(jié)、甲醇的合成方法早期用木材或木質(zhì)素干餾法制甲醇的方法，在工業(yè)上已經(jīng)被淘汰?，F(xiàn)在，凡含有碳素的固體、液體和氣體均可轉(zhuǎn)化為碳的化合物，再以人工合成法制取甲醇。目前，可以制取甲醇的方法有以下幾種。一、以一氧化碳與氫氣為原料合成甲醇的方法有高壓、

19、中壓和低壓三種方法。1. 高壓法 即用 CO 與 H2 在高溫（340420）高壓（30.050.0 Mpa）下用鋅- 鉻氧化物作催化劑合成甲醇。用此法生產(chǎn)甲醇已有 70 多年的歷史，這是 20 世紀(jì) 80 年代以前世界各國(guó)生產(chǎn)甲醇的主要方法。2. 低壓法 即 CO 和 H2 在溫度（275）壓力（5.0MPa）下用銅基催化劑合成甲醇。隨著甲醇合成催化劑和反應(yīng)器新技術(shù)的不斷發(fā)展，低壓法合成甲醇已日趨顯示出明顯的優(yōu)勢(shì)。低壓法生產(chǎn)甲醇的壓力一般在 5MPa 左右，為了實(shí)現(xiàn)等壓甲醇合成，節(jié)省甲醇合成氣壓縮機(jī)及壓縮功耗，降低投資費(fèi)用和生產(chǎn)成本，甲醇合成原料氣的生產(chǎn)及凈化一般在低壓下進(jìn)行。3. 中壓法：

20、 即以合成氣為原料，操作壓力為 1027MPa，溫度 235275，催化劑為銅基催化劑。此法的特點(diǎn)是處理量大、設(shè)備龐大、占地面積大、是綜合了高壓、低壓法的優(yōu)缺點(diǎn)而提出來(lái)的。此法目前發(fā)展較快，新建廠的規(guī)模也趨大型化。二、其他原料生產(chǎn)甲醇的方法1、甲烷氧化生成甲醇 反應(yīng)進(jìn)行如下： 2CH4+O22CH3OH 這是將便宜的原料甲烷變成甲醇的最簡(jiǎn)單的方法。在通常情況下，容易發(fā)生甲烷深度氧化生成二氧化碳和水。為了解這個(gè)問(wèn)題，反應(yīng)是在銅金屬催化劑存在下，于 20.030.0 Mpa 和350470的條件下進(jìn)行的。 2、 液化石油氣氧化法液化石油氣是一種主要由丙烷和丁烷等組成的輕質(zhì)的混合物，來(lái)源于濕性天然氣

21、或油田伴生氣，年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)5也可以從煉油廠的副產(chǎn)物中獲得。 液化石油氣可以用空氣或氧氣進(jìn)行氧化，氧化的主要產(chǎn)品有乙醛、甲醛、甲醇和一部分作為溶劑的混合化學(xué)品。 第三節(jié)、設(shè)計(jì)的目的和意義由于我國(guó)石油資源短缺，能源安全已經(jīng)成為不可回避的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，尋求替代能源已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵。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(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。煤在世界化石能源儲(chǔ)量中占有很大比重（我國(guó)情況更是如此），而且煤制甲醇的合成技術(shù)很成熟。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(shì)。本設(shè)計(jì)遵循“工藝先進(jìn)、技術(shù)可靠、配置科學(xué)、安全環(huán)保”的原則；結(jié)合甲醇的性質(zhì)特

22、征設(shè)計(jì)一座年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸甲醇的生產(chǎn)車間。通過(guò)設(shè)計(jì)可以鞏固、深化和擴(kuò)大所學(xué)基本知識(shí)，培養(yǎng)分析解決問(wèn)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)。通過(guò)完成設(shè)計(jì)，可以知道甲醇的用途；基本掌握煤制甲醇的生產(chǎn)工藝；了解國(guó)內(nèi)外甲醇工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀；以及甲醇工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。第四節(jié)、 設(shè)計(jì)的依據(jù)一、邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院資源與環(huán)境工程系 2011 屆課程設(shè)計(jì)選題年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)任務(wù)書，見附件。二、 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料（1）工藝流程資料參閱某化學(xué)工程公司的甲醇合成廠的工藝流程資料和參考由房鼎業(yè)主編的甲醇工學(xué)。（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。具體數(shù)據(jù)為

23、入塔壓力 5.14MPa，出塔壓力4.9 MPa，副產(chǎn)蒸汽壓力 3.9 MPa，入塔溫度 225，出塔溫度 255。三、設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想以設(shè)計(jì)任務(wù)書為基礎(chǔ)，適應(yīng)我國(guó)甲醇工業(yè)發(fā)展的需要。加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際，擴(kuò)大知識(shí)面；培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立工作的能力。整個(gè)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。年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)6第二章、甲醇合成工藝流程的設(shè)計(jì)第一節(jié)、甲醇合成塔的選擇 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。從操作結(jié)構(gòu)，材料及維修等方面考慮，甲醇合成反應(yīng)器應(yīng)具有以下要求：（1）催化劑床層溫度易于控制，調(diào)節(jié)靈活，能有效移

24、走反應(yīng)熱，并能以較高位能回收反應(yīng)熱；（2）反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)合理，能保證氣體均勻通過(guò)催化劑床層，阻力小，氣體處理量大，合成轉(zhuǎn)化率高，催化劑生產(chǎn)強(qiáng)度大；（3）結(jié)構(gòu)緊湊，盡可能多填裝催化劑，提高高壓空間利用率；高壓容器及內(nèi)件間無(wú)滲漏；催化劑裝御方便；制造安裝及維修容易。甲醇合成塔主要由外筒、內(nèi)件和電加熱器三部分組成。內(nèi)件事由催化劑筐和換熱器兩部分組成。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。按氣體在催化劑床的流向可分為：軸向式、徑向式和軸徑復(fù)合型。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。按換熱器的形式分為列管式、螺旋板式、波紋板式等多種形式。

25、目前，國(guó)內(nèi)外的大型甲醇合成塔塔型較多，歸納起來(lái)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(lái)帶走反應(yīng)熱。該塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也適于大型化。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。（2）冷管式合成塔這種合成塔源于氨合成塔，在催化劑內(nèi)設(shè)置足夠換熱面積的冷氣管，用進(jìn)塔冷管來(lái)移走反應(yīng)熱。冷管的結(jié)構(gòu)有逆流式、并流式和 U 型管式。由于逆流式與合成反應(yīng)的放熱不相適應(yīng)，即床層出口處溫差最大，但這時(shí)反應(yīng)放熱最小，而在床層上部反應(yīng)最快、放熱最多，但溫差卻又最小，為克服這種不足，冷管改為并流或 U 形冷管。如 1984 年 ICI 公司提出的逆

26、流式冷管型及 1993 年提出的并流冷管 TCC 型合成塔和國(guó)內(nèi)林達(dá)公司的 U 形冷管型。這種塔型碳轉(zhuǎn)化率較高但僅能在出塔氣中副產(chǎn) 0. 4MPa 的低壓蒸汽。日前大型裝置很少使用。（3）水管式合成塔 將床層內(nèi)的傳熱管由管內(nèi)走冷氣改為走沸騰水。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，同時(shí)可副產(chǎn) 2.5Mpa4.0MPa 的中壓蒸汽，是大型化較理想的年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)7塔型。（4）固定管板列管合成塔 這種合成塔就是一臺(tái)列管換熱器，催化劑在管內(nèi)，管間（殼程)是沸騰水，將反應(yīng)熱用于副產(chǎn)3.0MPa4.0MPa 的中壓蒸汽。代表塔型有 Lurgi 公

27、司的合成塔和三菱公司套管超級(jí)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。進(jìn)一步強(qiáng)化傳熱，即反應(yīng)熱通過(guò)列管傳給殼程沸騰水，而同時(shí)又通過(guò)列管中心的冷氣管傳給進(jìn)塔的冷氣。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。固定管板列管合成塔雖然可用于大型化，但受管長(zhǎng)、設(shè)備直徑、管板制造所限。在日產(chǎn)超過(guò) 2000t 時(shí)，往往需要并聯(lián)兩個(gè)。這種塔型是造價(jià)最高的一種，也是裝卸催化劑較難的一種。隨著合成壓力增高，塔徑加大，管板的厚度也增加。管板處的催化劑屬于絕熱段;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。這種合成

28、塔由于列管需用特種不銹鋼，因而是造價(jià)非常高的一種。（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(lái)。日前各工程公司的氨合成塔均采用二床(四床)內(nèi)換熱式合成塔。針對(duì)甲醇合成的特點(diǎn)采用四床（或五床)內(nèi)換熱式合成塔。各床層是絕熱反應(yīng)，在各床出口將熱量移走。這種塔型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。典型塔型有 Casale 的四床臥式內(nèi)換熱合成塔和中國(guó)成達(dá)公司的四床內(nèi)換熱式合成塔。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(dòng)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

29、資要底等。綜上所述和借鑒大型甲醇合成企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)， （大型裝置不宜選用激冷式和冷管式） ，設(shè)計(jì)選用固定管板列管合成塔。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(guó)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(wàn)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(huì)很大，費(fèi)用也不會(huì)很高，所以本設(shè)計(jì)采用了固定管板列管合成塔。第二節(jié)、催化劑的選用一、甲醇合成催化劑甲醇合成是典型的氣固相催化反應(yīng)過(guò)程。沒(méi)有催化劑的存在，合成甲醇反應(yīng)幾乎不能進(jìn)行。合成甲醇工業(yè)的進(jìn)展，很大程度上取決于催化劑的研制成功

30、以及質(zhì)量的改進(jìn)。在合成甲醇的生產(chǎn)中，很多工藝指標(biāo)和操作條件都由所用催化劑的性質(zhì)決定。自一氧化碳加氫合成甲醇工業(yè)化以來(lái)，合成催化劑合成工藝不斷研究改進(jìn)。雖然實(shí)驗(yàn)室研究出了年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)8多種甲醇合成催化劑，但工業(yè)上使用的催化劑只有鋅鉻和銅基催化劑。1. 鋅鉻催化劑（ZnO/ C r2O3）鋅鉻催化劑是最早用于工業(yè)合成甲醇的，1966 年以前的甲醇合成幾乎都用鋅鉻催化劑。鋅鉻催化劑一般采用共沉淀法制造。將鋅與鉻的硝酸鹽溶液用堿沉淀，經(jīng)洗滌干燥后成型制的催化劑；也可以用氧化鉻溶液加到氧化鋅懸浮液中，充分混合，然后分離水分、烘干，摻進(jìn)石墨成型；還可以干法生產(chǎn)，將氧化鋅與氧化鉻

31、的細(xì)分混合均勻，添加到少量氧化鉻溶液，和石墨壓片，然后烘干壓片制的成品。 鋅鉻催化劑使用壽命長(zhǎng)，使用范圍寬，耐熱性好，抗毒能力好，機(jī)械強(qiáng)度好。但是鋅鉻催化劑活性溫度高，操作溫度在 320-400之間，為了獲得較高的轉(zhuǎn)化率，必須在高壓下操作，操作壓力可達(dá) 25-35Mpa，目前逐步被淘汰。2. 銅基催化劑（CuO/ ZnO/ C r2O3 或 CuO/ ZnO/ Al2O3） 銅基催化劑是 20 世紀(jì) 60 年代開發(fā)的產(chǎn)品，它具有良好的低溫活性，較高的選擇性，通常用于低、中壓流程。（1）組成 銅基催化劑的主要化學(xué)成分是 CuO/ ZnO/ Al2O3 或 CuO/ ZnO/ C r2O3，其活性

32、組分是 Cu 和 ZnO，同時(shí)還要添加一些助催化劑，促進(jìn)催化劑活性。C r2O3 的添加可以提高銅在催化劑的分散度，同時(shí)又能阻止分散的銅晶粒在受熱時(shí)被燒結(jié)、長(zhǎng)大，延長(zhǎng)催化劑的使用壽命。添加Al2O3 助催化劑使催化劑活性更高，而且 Al2O3 價(jià)廉、無(wú)毒，用 Al2O3 代替 C r2O3 的銅基催化劑更好。（2）還原 氧化銅對(duì)甲醇合成無(wú)催化活性，投入使用之前需將氧化銅還原成單質(zhì)銅，工業(yè)上采用氫氣、一氧化碳作為還原劑，對(duì)銅基催化劑進(jìn)行還原。其反應(yīng)如下： CuO+ H2 Cu+ H2O+Q CuO+ COCu+ H2O+Q氧化銅的還原反應(yīng)是強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，而且銅基催化劑對(duì)熱比較敏感，因此要嚴(yán)格控

33、制氫及一氧化碳濃度和溫度，還原升溫要緩慢，出水均勻，以防溫度猛升和出水過(guò)快，影響催化劑的活性壽命。還原后的催化劑與空氣接觸時(shí)，產(chǎn)生下列反應(yīng)： H2O + 1/2O2Cu O +Q如果與大量的空氣接觸，放出的反應(yīng)的熱將使催化劑超溫結(jié)燒。因此，停車卸出之前，應(yīng)先通入少量氧氣逐步進(jìn)行氧化，在催化劑的表面形成一層氧化銅保護(hù)膜，這一過(guò)程稱為催化劑的鈍化。年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)9 銅基催化劑最大的特點(diǎn)是活性高，反應(yīng)溫度低，操作壓力低。其缺點(diǎn)是對(duì)合成原料氣雜質(zhì)要求嚴(yán)格，特別是原料氣中的 S、As 必須精脫除。（3）其他類型的催化劑 銅鋅鋁、銅鋅鉻催化劑是當(dāng)前甲醇合成工業(yè)的主要催化劑，但近年

34、來(lái)，新型催化劑的研制一刻也沒(méi)停歇過(guò)，新型催化劑 研制方向在于進(jìn)一步提高催化劑的活性，改善催化劑的熱穩(wěn)定性以及延長(zhǎng)催化劑的使用壽命，如鈀系催化劑、鉬系催化劑和低溫液相催化劑。這些催化劑雖然在某些方面彌補(bǔ)了銅鋅鋁、銅鋅鉻催化劑的不足，但因其活性不理想或?qū)状嫉倪x擇性差等自身缺點(diǎn)，還只停留在研究階段而沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的應(yīng)用。（1）、甲醇合成催化劑簡(jiǎn)介：XNC-98 型催化劑是四川天一科技股份有限公司研制和開發(fā)的新產(chǎn)品。目前已在國(guó)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。它是一種高活性、高選擇性的新催化劑。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)。常用操

35、作溫度200290,操作壓力 5.010.0 MPa。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。外觀：有色金屬光澤的圓柱體堆積密度：1.31.5kg/L外型尺寸：5(4.55)mm徑向抗壓強(qiáng)度：200N/cm催化劑活性和壽命：在該催化劑質(zhì)量檢驗(yàn)規(guī)定的活性檢測(cè)條件下，其活性為：230時(shí)：催化劑的時(shí)空收率1.20 kg/(L.h)250時(shí)：催化劑的時(shí)空收率1.55 kg/(L.h)在正常情況下，使用壽命為 2 年以上。表 4 XNC-98 型與 C 型催化劑的性能對(duì)比 11合成塔進(jìn)口溫度催化劑型號(hào)初期 末期 加入量/（kg.h -1）甲烷單耗/(t.t-1)甲純收率/甲純產(chǎn)率/(t.

36、m-3.h-1)甲純產(chǎn)量/(t.h-1)C 210 224 670 0.48 210 0.45 90.72年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)10XCN-98 200 230 900 0.43 229 0.49 98.93通過(guò)對(duì)比，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際可見,XCN-98 型催化劑具有以下性能優(yōu)點(diǎn)：(1)易還原。(2)低溫活性好，日產(chǎn)量高。75%負(fù)荷下的甲醇產(chǎn)量(4.1 t/h)接近裝置滿負(fù)荷設(shè)計(jì)甲醇量(4.17 t/h)。(3)適用溫區(qū)寬,使用壽命長(zhǎng)。合成塔進(jìn)口溫度可調(diào)溫 C 型催化劑為 14，而 XCN-98 型則為30。隨著可調(diào)溫區(qū)的增加，催化劑的使用壽命也相應(yīng)延長(zhǎng)。(4)選擇性好。75%負(fù)

37、荷下合成系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)結(jié)蠟,粗甲醇質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。(5)可適用于含高濃度 CO2 的合成氣。50%負(fù)荷下，C 型催化劑 CO2 加入量最高不超過(guò)670kg/h，而 XCN-98 型催化劑則最高可達(dá) 900kg/h。75%負(fù)荷時(shí)，使用 XCN-98 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。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(jì)指標(biāo)均優(yōu)于進(jìn)口催化劑及國(guó)產(chǎn)C 型催化劑，所以本設(shè)計(jì)選用四川天一科技股份有限公司研制的 XNC-98 型催化劑。第三節(jié)、合成工序工藝操作條件的確定與論證（

38、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。操作溫度的控制同樣是一個(gè)操作費(fèi)用的控制問(wèn)題，在設(shè)計(jì)中，需要延長(zhǎng)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。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。例如副產(chǎn)蒸汽型等溫甲醇合成塔采用國(guó)產(chǎn)銅系催化劑，使用前期，可控制床層零點(diǎn)溫度 230240，熱點(diǎn)溫度 260左右；后期，可控制床層零點(diǎn)溫度 260270，熱點(diǎn)溫度 290。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。設(shè)計(jì)中采用的甲醇合成催化劑為國(guó)產(chǎn)的

39、銅系 XCN-98，由它的性質(zhì)可知：適合使用的溫度范圍為 200290。（2）操作壓力壓力是甲醇合成反應(yīng)過(guò)程的重要工藝條件之一。甲醇合成反應(yīng)時(shí)分子數(shù)變少，因此增加壓力對(duì)反應(yīng)有利，由于壓力高，組分的分壓提高，因而催化劑的 生產(chǎn)強(qiáng)度也提高。操作壓力的選用與催年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)11化劑的活性有關(guān)。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 2535Mpa，操作溫度 350420。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

40、而損壞催化劑。近年來(lái)普遍使用的銅基甲醇合成催化劑，其活性溫度范圍在 200300，有較高的活性，對(duì)于規(guī)模小于 30 萬(wàn)噸/a 的工廠，操作壓力一般可降為 5Mpa 左右；對(duì)于超大型的甲醇裝置，為了減少設(shè)備尺寸，合成系統(tǒng)的操作壓力可以升至 10Mpa 左右。設(shè)采用的是低壓法（入塔壓強(qiáng)為 5.14MPa）合成甲醇。（3）氣體組成:對(duì)于甲醇合成原料氣，即合成工序的新鮮氣，應(yīng)維持 f=（H2-CO2）/(CO+CO2)=2.102.15,并保持一定的 CO2。由于新鮮氣中（H2-CO2）/(CO+CO2)略大于 2，而反應(yīng)過(guò)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

41、（H2-CO2）/(CO+CO2)遠(yuǎn)大于 2。合成塔中氫氣過(guò)量，對(duì)減少副反應(yīng)是有利的。甲醇合成過(guò)程中，需要一定的二氧化碳存在以保持催化劑的高活性。二氧化碳的存在可以降低反應(yīng)系統(tǒng)的熱效應(yīng)，這對(duì)維持床層溫度也是有利的。但是過(guò)高的二氧化碳含量會(huì)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。所以二氧化碳的含量應(yīng)該盡可能低一些，一般不超過(guò) 5%。（4）空速:空速不僅是一個(gè)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(gè)影響綜合經(jīng)濟(jì)效益的變量。甲醇合成過(guò)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(guó)產(chǎn)銅基催化劑，一般要求氣體空速在 800020000h-1 之間?？账龠^(guò)

42、低，結(jié)炭等副反應(yīng)加劇，空速過(guò)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?？账俚倪x擇需要根據(jù)每一種催化劑的特性，在一個(gè)相對(duì)較小的范圍內(nèi)變化。XCN-98 的空速要求為 600015000h-1，本設(shè)計(jì)空速定為 12000 h-1。第四節(jié)、粗甲醇的精餾在甲醇合成時(shí)，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(yīng)的同時(shí)，還伴隨著一系列的副反應(yīng)。所得產(chǎn)品除甲醇為，還有水、醚、醛、酮、酯、烷烴、年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)12有機(jī)酸等幾十種有機(jī)雜質(zhì)。由于甲醇作為有機(jī)化工的基礎(chǔ)原料，用它加工的鏟平種類很多，因此對(duì)甲醇的純度均有一定的要求。甲醇

43、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(guò)程中所用的催化劑的壽命。所以粗甲醇必須提純。（1） 、精餾原理精餾是將沸點(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(guò)程。其分離的原理如下：對(duì)于由沸點(diǎn)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。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。若將氣相混合蒸汽再部分冷凝下來(lái)，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(diǎn)組分又高于原氣相冷凝液。如此反復(fù)，低沸點(diǎn)組分不斷提高。道

44、最后制得接近純態(tài)的低沸點(diǎn)組分。（2） 、精餾工藝和精餾塔的選擇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)。雙塔精餾工藝技術(shù)由于具有投資少、建設(shè)周期短、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，被我國(guó)眾多中、小甲醇生產(chǎn)企業(yè)所采用。其在聯(lián)醇裝置中得到了迅速推廣。帶有高錳酸鉀反應(yīng)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(yīng)用。近年來(lái).隨著甲醇合成銅基催化劑的廣泛應(yīng)用和氣體凈化水平的提高。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。三塔精餾工藝技術(shù)是為減少甲醇在精餾中的損耗和提高熱利用率，而開發(fā)的一種先進(jìn)、高效和能耗較低的工藝流程。近年來(lái)在大、中型

45、企業(yè)中得到了推廣和應(yīng)用。（3） 、雙塔精餾工藝國(guó)內(nèi)中、小甲醇廠大部分都選用雙塔精餾工藝傳統(tǒng)的主、預(yù)精餾塔幾乎都選用板式結(jié)構(gòu)。雙塔精餾工藝流程見下圖。來(lái)自合成工段含醇 90%的粗甲醇，經(jīng)減壓進(jìn)入粗甲醇貯槽。經(jīng)粗甲醇預(yù)熱器加熱到 45后進(jìn)入預(yù)精餾塔。甲醇的精餾分 2 個(gè)階段：先在預(yù)塔中脫除輕餾分.主要是二甲醚；后進(jìn)入主精餾塔，進(jìn)一步把高沸點(diǎn)的重餾分雜質(zhì)脫除，主要是水、異丁基油等。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 99.9%以上的符合國(guó)家指標(biāo)的精甲醇產(chǎn)品。該工藝具有流程簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，操作方便，一次投資少的特點(diǎn)。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

46、粗甲醇加工。年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)13水 甲 醇1 預(yù)精餾塔； 2 主精餾塔圖 2 甲醇雙塔工藝流程（4） 、三塔精餾工藝近年來(lái)，許多企業(yè)原有甲醇雙塔精餾裝置己不能滿足企業(yè)的需要。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(guò)了工藝指標(biāo)。對(duì)企業(yè)的達(dá)標(biāo)排放構(gòu)成了較大的威脅。 甲醇三塔精餾工藝技術(shù)是為了減少甲醇在精餾過(guò)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。預(yù)精餾塔后的冷凝器采用一級(jí)冷凝，用以脫除二甲醚等低沸點(diǎn)的雜質(zhì)，控制冷凝器氣體出口溫度在一定范圍內(nèi)。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。脫除低沸點(diǎn)組分后，采用加壓精餾的方法，提高甲

47、醇?xì)怏w分壓與沸點(diǎn)，減少甲醇的氣相揮發(fā)，從而提高了甲醇的收率。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。如作為特殊需要，則再經(jīng)過(guò)常壓精餾塔的進(jìn)一步提純。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。粗甲醇預(yù)熱器的熱量由精甲醇提供，也不需要外供熱量。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)。年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)14粗 甲 醇 甲 醇甲 醇 釜 液圖 3 三塔工藝流程1 預(yù)精餾塔 2 加壓精餾塔 3 常壓精餾塔（5） 、雙塔與三塔精餾技術(shù)比較（1）工藝流程。三塔精餾與雙塔精餾在流程上的區(qū)別在

48、于三塔精餾采用了 2 臺(tái)主精餾塔(其中 1 臺(tái)是加壓塔)和 1 臺(tái)常壓塔，較雙塔流程多 1 臺(tái)加壓塔。這樣，在同等的生產(chǎn)條件下，降低了主精餾塔的負(fù)荷，并目常壓塔利用加壓塔塔頂?shù)恼羝淠裏嶙鳛榧訜嵩础＃?）蒸汽消耗。在消耗方面,由于常壓塔加壓塔的蒸汽冷凝熱作為加熱源。（3）產(chǎn)品質(zhì)量。三塔精餾與雙塔精餾在產(chǎn)品質(zhì)量上最大的不同是三塔精餾制取的精甲醇中乙醇含量低，一般小于 5010-6,而雙塔精餾制取的精甲醇中乙醇含量為 40010-650010-6，三塔精餾制取的精甲醇純度可達(dá) 99.99%，含有的有機(jī)雜質(zhì)相對(duì)較少。（4）設(shè)備投資。三塔精餾的流程較雙塔精餾流程要復(fù)雜，所以在投資方面，同等規(guī)模三塔精的

49、設(shè)備投資要比雙塔精餾高出 20%30%。（5）操作方面。由于雙塔精餾具有流程簡(jiǎn)單,運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。表 5 雙塔精餾與三塔精餾的投資與操作費(fèi)用比較表 18項(xiàng)目 雙塔精餾 三塔精餾生產(chǎn)規(guī)模 t/a 10 5 2.5 10 5 2.5投資 100 100 100 113122.3 129操作費(fèi)用 100 100 100 64 66.7 71年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)15能耗 100 100 100 60 60.4 61.2注：投資、操作費(fèi)用、能耗為相對(duì)數(shù) 通過(guò)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(shè)計(jì)中甲醇產(chǎn)量為 20 萬(wàn) t/a 綜合考慮各項(xiàng)因素

50、，所以設(shè)計(jì)采用三塔精餾工藝。第五節(jié)、精餾塔的選擇精餾塔市粗甲醇精餾工序的關(guān)鍵設(shè)備，它直接制約著生產(chǎn)裝置的產(chǎn)品質(zhì)量、消耗、生產(chǎn)能力及對(duì)環(huán)境的影響。所以要根據(jù)企業(yè)的實(shí)際條件選擇合適的高效精餾塔。目前常用的精餾塔主要有四種塔型：泡罩塔，浮閥塔，填料塔和新型垂直篩板塔。其各自結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)如下：（1）泡罩塔 泡罩塔十多層板式塔，每層塔板上裝有一個(gè)活多個(gè)炮罩。該類型塔塔板效率高，操作彈性大，塔阻力小，但單位面積的生產(chǎn)能力低，設(shè)備體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資較大。該塔已經(jīng)逐漸被其他塔代替。（2）浮閥塔 浮閥塔的塔板結(jié)構(gòu)與泡罩相似，致使浮閥代替了泡罩及其伸氣管。該類型塔板效率高，操作彈性大，操作適應(yīng)性強(qiáng)，單位面積生產(chǎn)

51、能力大，造價(jià)較低。但浮閥易損壞，維修費(fèi)用高，安裝要求高。目前該塔仍被廣泛使用，但有使用逐漸減少的趨勢(shì)。（3）填料塔 填料塔是在塔內(nèi)裝填新型高效填料，如不銹鋼網(wǎng)波紋填料，每米填料相當(dāng) 5 塊以上的理論板。塔總高一般為浮閥塔的一半。該塔生產(chǎn)能力大，壓降小，分離效果好，結(jié)果簡(jiǎn)單，維修量極小，相對(duì)投資較小，是目前使用較多的塔型之一。（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。該塔傳質(zhì)效率高，傳質(zhì)空間利用率好，處理能力大，操作彈性大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，投資小，板液面梯度小，液面橫向混合好無(wú)流動(dòng)傳質(zhì)死區(qū)。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(shí)

52、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(shè)計(jì)選用了填料塔。第六節(jié)、生產(chǎn)工藝參數(shù)預(yù)塔：入塔溫度 65，塔頂放空溫度 40，預(yù)精餾后甲醇比重維持在 0.87，預(yù)精餾后甲醇 pH值宜控制在 8 ；加壓塔：塔底釜液壓強(qiáng) 0.6Mpa，溫度 125，塔頂氣體壓強(qiáng) 0.6Mpa ，溫度122，常壓塔：塔頂氣體壓強(qiáng) 0.13Mpa，溫度 67。年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)16第七節(jié)、甲醇合成工藝流程的設(shè)計(jì)來(lái)自新鮮氣（40，3.4MPa）與循環(huán)氣一起經(jīng)甲醇合成氣壓縮機(jī)（C7001）壓縮至 5.14MPa后，經(jīng)過(guò)入塔氣預(yù)熱器（E7001）加熱到

53、225，進(jìn)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(yīng)：CO + 2H2 = CH3OH + QCO2 + 3H2 = CH3OH + H2O + Q甲醇合成塔（R7001）為列管式等溫反應(yīng)器，管內(nèi)裝有 XNC-98 型甲醇合成催化劑，管外為沸騰鍋爐水。反應(yīng)放出大量的熱，通過(guò)列管管壁傳給鍋爐水，產(chǎn)生大量中壓蒸汽（3.9MPa 飽和蒸汽） ，減壓后送至蒸汽管網(wǎng)。副產(chǎn)蒸汽確保了甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)趨于恒定，且反應(yīng)溫度也可通過(guò)副產(chǎn)蒸汽的壓力來(lái)調(diào)節(jié)。甲醇合成塔（R7001）出來(lái)的合成氣（255，4.9MPa） ，經(jīng)入塔氣預(yù)熱器（E7001） ，甲醇水冷器（E7002A，B） ，進(jìn)入甲

54、醇分離器（V7002） ，粗甲醇在此被分離。分離出的粗甲醇進(jìn)入甲醇膨脹槽（V7003） ，被減壓至 0.4MPa 后送至精餾裝置。甲醇分離器（V7002）分離出的混合氣與新鮮氣按一定比例混合后升壓送至甲醇合成塔（R7001）繼續(xù)進(jìn)行合成反應(yīng)。從甲醇分離器（V7002）出來(lái)的循環(huán)氣在加壓前排放一部分弛放氣，以保持整個(gè)循環(huán)回路惰性氣體恒定。弛放氣減壓后去燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)；甲醇膨脹槽（V7003）頂部排出的膨脹氣去燃料氣系統(tǒng)。合格的鍋爐給水來(lái)自變換裝置；循環(huán)冷卻水來(lái)自界區(qū)外部。汽包（V7001）排污，經(jīng)排污膨脹槽（V7006）膨脹減壓后就地排放。年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)17蒸 汽 弛 放

55、 氣新 鮮 氣圖 8 合成工藝流程（1） 、甲醇精餾工藝流程來(lái)自甲醇合成裝置的粗甲醇（40，0.4MPa） ，通過(guò)預(yù)塔進(jìn)料泵（P8002A,B） ，經(jīng)粗甲醇預(yù)熱器加熱至 65，進(jìn)入預(yù)精餾塔（T8001） ，預(yù)塔再沸器（E8004）用 0.4MPa 的低壓蒸汽加熱，低沸點(diǎn)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(guò)預(yù)塔回流泵（P8003A,B）作為該塔回流液。預(yù)精餾塔（T8001）底部粗甲醇液經(jīng)加壓塔進(jìn)料泵（P8004A,B）進(jìn)入加壓精餾塔（T8002） ，加壓塔再沸器（E8005）以 1.3MPa 低壓蒸汽作為熱源，加壓塔塔頂餾出甲醇?xì)怏w（0.6MPa，122）經(jīng)常壓塔

56、再沸器（E8007A，B）后，甲醇?xì)獗焕淠?，精甲醇回到加壓塔回流槽（V8004） ，一部分精甲醇經(jīng)加壓塔回流泵（P8005A，B） ，回到加壓精餾塔（T8002）作為回流液，另一部分經(jīng)加壓塔甲醇冷卻器（E8006）冷卻后進(jìn)入精甲醇計(jì)量槽（V8007A，B）中。加壓精餾塔（T8002）塔底釜液（0.6MPa，125）進(jìn)入常壓精餾塔（T8003） ，進(jìn)一步精餾。常壓塔再沸器（E8007A，B）以加壓精餾塔（T8002）塔頂出來(lái)的甲醇?xì)庾鳛闊嵩?。常壓精餾塔（T8003）頂部排出精甲醇?xì)猓?.13MPa，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

57、分打到精甲醇計(jì)量槽（V8007A，B）內(nèi)貯存。產(chǎn)品精甲醇由精甲醇泵（P8008A，B）從精甲醇計(jì)量槽（V8007A，B）送至甲醇罐區(qū)裝置。為防止粗甲醇中含有的甲酸、二氧化碳腐蝕設(shè)備，在預(yù)塔進(jìn)料泵（P8002A，B）后的粗甲醇溶液中配入適量的燒堿溶液，用來(lái)調(diào)節(jié)粗甲醇溶液的 PH 值。甲醇精餾系統(tǒng)各塔排出的不凝氣去燃料氣系統(tǒng)。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(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)18泵（P8007A，B）送到生化處理裝置。由甲醇精餾來(lái)的精甲醇貯存到精甲醇貯槽（V9101A，B）中。精甲醇貯槽為兩臺(tái) 10000m3 的固定

58、頂貯罐，貯存量按 15 天產(chǎn)量計(jì)。當(dāng)甲醇外運(yùn)時(shí)，啟動(dòng)精甲醇泵（P9101A,B） ，將甲醇輸送到甲醇裝卸棧臺(tái)，通過(guò)火車鶴管進(jìn)入火車槽車，通過(guò)汽車鶴管進(jìn)入汽車槽車。甲醇裝卸棧臺(tái)共設(shè)有 12 臺(tái)火車鶴管和 6 臺(tái)汽車鶴管，根據(jù)精甲醇泵（P9101A,B）的能力，至少有三臺(tái)槽車同時(shí)裝料。 二 甲 醚圖 9 精餾工藝流程年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)19第三章、甲醇合成的工藝計(jì)算第一節(jié)、物料衡算一、精餾工段工廠設(shè)計(jì)為年產(chǎn)精甲醇 20 萬(wàn)噸，開工時(shí)間為每年 300 天，采用連續(xù)操作精餾工段通過(guò)雙塔高效精餾工藝，精甲醇的純度可達(dá)到 99.9%，符合精甲醇國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。三塔精餾工藝中甲醇的收率達(dá)

59、93.89%。輕組分：二甲醚：0.188%；重組分：異丁醇：0.026%:；水：5.896%時(shí)產(chǎn)精甲醇=2000001000/30024=27777.78 kg/h時(shí)產(chǎn)粗甲醇 =27777.7899.9%/93.89%=29555.87kg/h精甲醇=27777.78 kg/h=868.06 kmol/h=19444.55N m3/h二甲醚 =29555.780.188% / 46=55.57kg/h =1.21 kmol/h=27.10 N m3/h高級(jí)醇（以異丁醇計(jì)）=29555.78.660.026% /74= 7.69kg/h =0.10kmol/h =2.24Nm3/h水 =2955

60、5.875.896%/18 = 1742.61kg/h=96.86kmol/h=2169.66m3/h圖 10 合成物料流程圖二、合成工段（1） 、 合成塔中發(fā)生的反應(yīng):主反應(yīng) CO+2H2=CH3OH； +102.7kJ/mol (1)副反應(yīng) 2CO+4H2=（CH3O）2+2H2O；+202.39 kJ/mol (2) CO+3H2=CH4+H2O； +115.69kJ/mol (3)出 塔 氣入 塔 氣粗 甲 醇出 分 離 器 氣 體 循 環(huán) 氣弛 放 氣新 鮮 氣年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)204CO+8H2=C4H9OH+3H2O +49.69kJ/mol (4)CO2+

61、H2=CO+H2O -42.92 kJ/mol (5)設(shè)生產(chǎn)一噸的粗甲醇生產(chǎn)甲烷 7.56 Nm3/h=0.34 kmol/h故甲烷每小時(shí)的生成量為：（3）式生成的甲烷 295555.89/10000.34=10.05 kmol/h=225.12 Nm3/h=160.80 kg/h由（3）式可得 消耗 CO：10.05 kmol/h=225.12 Nm3/h=281.40 kg/h 消耗 H2： 30.15 kmol/h=675.36 Nm3/h=60.30 kg/h 生成 H2O：10.05 kmol/h=225.12 Nm3/h=180.90 kg/h（1）式生成的 CH3OH：:923.

62、62.kmol/h=20689.088Nm3/h=29555.84kg/h消耗 CO：923.62kmol/h =20689.088Nm3/h=25861.36kg/h 消耗 H2：1847.24kmol/h=41378.116Nm3/h=3694.48 kg/h（2）式生成的（CH3O）2：0.896 kmol/h=20.0704 Nm3/h=60.928 kg/h消耗 CO：1.792 kmol/h =40.1408Nm3/h=53.76kg/h 消耗 H2：3.584 kmol/h=80.2816Nm3/h=7.168kg/h生成 H2O：1.792 kmol/h=40.1408Nm3/

63、h=21.78 kg/h（3）式生成的 C4H9OH：0.1 kmol/h=2.24 Nm3/h=7.69 kg/h消耗 CO：0.4 kmol/h =8.961Nm3/h=11.20kg/h 消耗 H2：0.8 kmol/h=17.92Nm3/h=1.60kg/h生成 H2O：0.3 kmol/h=6.72 Nm3/h=5.40 kg/h（5）式中的水=96.81-10.05-1.792-0.3=84.67kmol/h（5）式生成的 H2O：84.67kmol/h=1910.72 Nm3/h=1535.40 kg/h生成 CO：84.67 kmol/h=1910.72 Nm3/h=2388.

64、40 kg/h消耗 CO2：84.67 kmol/h=1910.72 Nm3/h=3753.20 kg/h消耗 H2 ：84.67 kmol/h=1910.72 Nm3/h=170.60kg/h三、新鮮氣的計(jì)算設(shè)新鮮氣為 G 新 馳放氣為新鮮氣的 9%所以 G 新=G 消+G 弛= G 消+0.09 G 新查表可得 G 消=32133.66 kg/h =2987.00kmol/h =66908.8N m3/h由 G 可得到新鮮氣的量=35311.71 kg/h =3282.41 kmol/h =73525.98N m3/h年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)21 新鮮氣組成氣體 CH4 H

65、2 CO CO2 N2 合計(jì)組成 0.03% 069% 0.14% 0.13% 0.01% 100%Nm3/hkg/h kmol/h2205.781575.5698.4750732.864529.72 2264.86 10293.7012867.12159.549558.3018775.24426.71735.26919.0732.8273525.938666.712982.4四、循環(huán)氣氣量的確定設(shè)甲醇合成塔氣體中含甲醇 7.12%（醇后氣不計(jì)）即 甲醇出塔氣=7.12%（查表得 G 甲醇=27777.78 kg/h=868.06 kmol/h=19444.55N m3/h所以 G 出塔氣=3

66、90137.36G1 kg/h=12191.85 kmol/h=273097.61N m3/hG1 出塔氣 =G 3+G4G5+G6式中：G1 為出塔氣氣量 ； G 3 新鮮氣氣量 ； G4 循環(huán)氣氣量 ；G5 主反應(yīng)消耗氣量；G6 主反應(yīng)生成氣量；G6=923.62+1.79+0.896+10.05+10.05+0.104+0.312+84.66+84.66=1116.14 kmol/hG4= 390137.36-35311.71+32133.66-32133.74=354825.57 kg/h =12191.85-3182.41+2823.44-1116.136=10782.29 kmol/h =273097.61-73525.78+66908.8-25001.45=241523.30 N m3/h 循環(huán)氣組成氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 H2O CH4組成 0.61% 79.31% 6.29% 3.50% 5.49% 0.01% 4.79%kg/h 2104.64 17102.88 18989.88 16604.72 1657.46 19.44 8263.52km