年產(chǎn)20萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝畢業(yè)設(shè)計5(已修改)

　

【正文】 2012 屆畢業(yè)設(shè)計說明書年產(chǎn)20萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝設(shè)計系、 部： 材料與化學(xué)工程系 學(xué)生姓名： 劉 芳 指導(dǎo)教師： 王金銀 職稱： 教授 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 班 級： 化本0801班 完成時間： 2012年5月 摘 要甲醇是一種極重要的有機(jī)化工原料，也是一種燃料，是碳化學(xué)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。近年來，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。為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展對甲醇的需求，開展了此20萬t/a的甲醇項(xiàng)目。設(shè)計的主要內(nèi)容是進(jìn)行工藝論證，物料衡算和熱量衡算等。本設(shè)計本著符合國情、技術(shù)先進(jìn)和易得、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的原則，采用煤炭為原料；利用GSP氣化工藝造氣；NHD凈化工藝凈化合成氣體；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；氣體精餾；工藝流程ABSTRACTMethanol is a kind of very important organic chemical raw materials, is also a kind of fuel, is a chemical carbon based products, in the national economy occupies very important position. In recent years, with the development of methanol subordinate products, especially the popularization and application of the methanol fuel, methanol demand increases. In order to meet the needs of economic development, methanol, carried out the 200000 t/a of methanol project. The design of the main content is process demonstration, and the material balance calculations and heat balance calculations, etc. This design with the situation of China, with advanced technology and are easy, economy, environment protection principle, the coal for raw materials。 Use of GSP gasification process the gasification。 NHD purification process synthesis gas purification。 Low voltage of mean temperature tube synthesis tower methanol synthesis。 Three tower distillation process refined methanol。 In addition to strictly control the three wastes emissions, make full use of waste heat, reduce the energy consumption and ensure safety and health personnel.Keywords：methanol synthesis；gas distillation；process flow目 錄1概論 ……………………………………………………………………………6 ………………………………………………………………………6 ………………………………………………………7 …………………………………………………………………7 …………………………………………………………8 ……………………………………………………………82工藝論證 ………………………………………………………………………9 煤氣化路線的選擇 ………………………………………………………9 ………………………………………………… 11 ………………………………………………………12 …………………………………………………………………143工藝流程 ………………………………………………………………………18 GSP氣化工藝流程 ………………………………………………………18 ………………………………………………………19 ………………………………………………………25 ………………………………………………………26 …………………………………………………………274工藝計算 ……………………………………………………………… ……29 …………………………………………………………………29 …………………………………………………………………355主要設(shè)備的工藝計算及選型 …………………………………………………41 ………………………………………………………41 ………………………………………………………43 ………………………………………………………46 …………………………………………466三廢處理 ………………………………………………………………………47 …………………………………………………47 處理方法 …………………………………………………………………47設(shè)計結(jié)果評價 ……………………………………………………………………48參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………49致謝 ………………………………………………………………………………501 總論 概述 甲醇性質(zhì)甲醇俗稱木醇、木精，英文名為methanol，分子式CH3OH。是一種無色、透明、易燃、有毒、易揮發(fā)的液體，略帶酒精味；，(d420)，(空氣=1)，℃，℃，閃點(diǎn)（開杯）16℃，自燃點(diǎn)473℃，折射率(20℃)，表面張力（25℃），蒸氣壓（20℃），粘度（20℃）s。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，％～﹪（體積比）。化學(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)。 甲醇用途甲醇是重要有機(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。甲醇主要用于生產(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、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；另外燃料級甲醇用于供熱和發(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)，具有營養(yǎng)價值高而成本低的優(yōu)點(diǎn)，用作飼料添加劑，有著廣闊的應(yīng)用前景。 甲醇生產(chǎn)工藝的發(fā)展甲醇是醇類中最簡單的一元醇。，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。我國的甲醇生產(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95kt/a低壓法裝置，采用英國ICI技術(shù)。1995年12月，由化工部第八設(shè)計院和上海化工設(shè)計院聯(lián)合設(shè)計的200kt/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)志著我國甲醇生產(chǎn)技術(shù)向大型化和國產(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產(chǎn)權(quán)的JW低壓均溫甲醇合成塔技術(shù)，打破長期來被ICI、Lurgi等國外少數(shù)公司所壟斷擁的局面，并在2004年獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎。2005年，該技術(shù)成功應(yīng)用于國內(nèi)首家焦?fàn)t氣制甲醇裝置上。 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)精餾脫除甲醚，再精餾而得成品甲醇。 設(shè)計的目的和意義由于我國石油資源短缺，能源安全已經(jīng)成為不可回避的現(xiàn)實(shí)問題，尋求替代能源已成為我國經(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)對我國經(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量中占有很大比重（我國情況更是如此），而且煤制甲醇的合成技術(shù)很成熟。隨著石油和天然氣價格的迅速上漲，煤制甲醇更加具有優(yōu)勢。本設(shè)計遵循“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)特征設(shè)計一座年產(chǎn)20萬噸煤制甲醇的生產(chǎn)車間。通過設(shè)計可以鞏固、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)。通過完成設(shè)計，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。 設(shè)計的依據(jù) 湖南工學(xué)院材料與化學(xué)工程系2012屆畢業(yè)設(shè)計選題《年產(chǎn)20萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝畢業(yè)設(shè)計》任務(wù)書 設(shè)計的基礎(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。， MPa， MPa，入塔溫度225℃，出塔溫度255℃。 設(shè)計的指導(dǎo)思想以設(shè)計任務(wù)書為基礎(chǔ)，適應(yīng)我國甲醇工業(yè)發(fā)展的需要。加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際，擴(kuò)大知識面；培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立工作的能力。整個設(shè)計應(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，節(jié)能環(huán)保等思想，設(shè)計生產(chǎn)高質(zhì)量甲醇產(chǎn)品。 原料煤規(guī)格原料煤的元素分析為：C %；H % ；O %；N % ；S（可燃）%；S（不可燃）%；Cl/（mg/kg）229；F/（mg/kg）104；Na/（mg/kg）2180；K/（mg/kg）292。2 工藝流程設(shè)計首先是采用GSP氣化工藝將原料煤氣化為合成氣；然后通過變換和NHD脫硫脫碳工藝將合成氣轉(zhuǎn)化為滿足甲醇合成條件的原料氣；第三步就是甲醇的合成，加溫到225℃后輸入列管式等溫反應(yīng)器，在XNC98型催化劑的作用下合成甲醇，生成的粗甲醇送入精餾塔精餾，得到精甲醇。然后利用三塔精餾工藝將粗甲醇精制得到精甲醇。 煤氣化技術(shù)路線的選擇 煤氣化技術(shù)按氣化反應(yīng)器的形式，氣化工藝可分為移動床（固定床）、流化床、氣流床三種。 移動床氣化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。典型的氣化爐為魯奇（Lurgi）爐。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。在大型煤制甲醇的裝置中，固定床的優(yōu)點(diǎn)是投資低，可是它有很多不足：（1）對原料煤的黏結(jié)性有一定要求：（2）氣化強(qiáng)度低：（3）環(huán)境污染負(fù)荷大，治較麻理煩。 流化床氣化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。所以氣體組成和溫度均勻，解決了固定床氣化需用煤的限制。生成的煤氣基本不含焦油，但飛灰量很大。發(fā)展較早且比較成熟的是常壓溫克（Winkler）爐。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%。（2）對煤的氣化活性要求高，僅適合于氣化褐煤和高活性的煙煤。（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。 氣流床氣化氣流床采用粉煤為原料，反應(yīng)溫度高，灰分是熔融狀態(tài)。典型代表為GSP,Shell,Texaco氣流床氣化工藝。氣流床氣化優(yōu)點(diǎn)很多，它是針對流化床的不足開發(fā)的。氣流床氣化具有以下特點(diǎn)：（1）采用。（2）氣化溫度達(dá)1400～1600℃，對環(huán)保很有利，沒有酚、焦油，有機(jī)硫很少，且硫形態(tài)單一。（3）～，可大大節(jié)省合成氣的壓縮功。（4）碳轉(zhuǎn)化率高，均大于90%，能耗低。（5）氣化強(qiáng)度大。（6）但投資相對較高，尤其是Shell粉煤氣化。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。前者在煤氣離開氣化爐后用激冷水直接冷卻，它適合于制造氨氣或氫氣。因?yàn)檫@種流程易于和變換反應(yīng)器配套，激冷中產(chǎn)