年產(chǎn)20萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)(存儲(chǔ)版)

　　

【正文】 調(diào)整氫碳比和使有機(jī) 硫 轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫。 （ 2）壓力 設(shè)計(jì)中是將氣體壓縮到 。 物理性質(zhì) (25℃ )： 密度 蒸汽壓 表面張力 粘度 比熱 2100J/(kg/K) 導(dǎo)熱系數(shù) (m/K) 年產(chǎn) 20 萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì) 14 冰點(diǎn) 22℃ ～ 29℃ 閃點(diǎn) 151℃ 燃點(diǎn) 157℃ 應(yīng)用性能 ： 表 2 各種氣體在 NHD溶劑中的相對(duì)溶解度 ［ 7］ 組分 H2 CO CH3 CO2 COS H2S CH3SH CS2 H20 相對(duì)溶解度 100 233 893 2270 2400 73300 NHD 溶劑的優(yōu)點(diǎn)如下 : (1)溶劑對(duì) CO2, H2S等酸性氣體吸收能力強(qiáng) 。 NHD 溶劑系物理吸收溶劑。 綜上所述， NHD 法脫硫脫碳凈化工藝是一種高效節(jié)能的物理吸收方法。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。冷管的結(jié)構(gòu)有逆流式、并流式和 U 型管式。代表塔型有 Lurgi 公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。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。 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，年產(chǎn) 20 萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì) 17 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，裝置投資要底等。隨著脫硫技術(shù)的發(fā)展，使用銅基催化劑己成為甲醇合成工業(yè)的主要方向，鋅基催化劑已于 80 年代中期淘汰。 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。 年產(chǎn) 20 萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì) 19 (4)選擇性好。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 。 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，回造成溫度猛升而損壞催化劑。但是過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。所得產(chǎn)品除甲醇為，還有水、醚、醛、酮、酯、烷烴、有機(jī)酸等幾十種有機(jī)雜質(zhì)。如此反復(fù)，低沸點(diǎn)組分不斷提高。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。 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)。脫除低沸點(diǎn)組分后，采用加壓精餾的方法，提高甲醇?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。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淠裏嶙鳛榧訜嵩矗匀s既節(jié)約蒸汽，又節(jié)省冷卻水。由于雙塔精餾具有流程簡(jiǎn)單 ,運(yùn)行穩(wěn)定的特 點(diǎn) ,所以在操作上較三塔精餾要方便簡(jiǎn)單。 其各自結(jié)構(gòu)及 特點(diǎn) 如下 ［ 19］ ： （ 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 。塔總高一般為浮閥塔的一半。氣化原 料與氣化劑氧氣經(jīng) 燒嘴同時(shí)噴入氣化爐（ R1001）內(nèi)的反應(yīng)室，然后在高溫 (1 400 一 1 600℃ )、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。 另一部分水煤氣進(jìn)入有機(jī)硫水解槽（ R2021）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)蒸汽除一小部分本工段利用外絕大部分與 (A)蒸汽一起送出本工段。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）加壓到 (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，把部分貧液減壓到 (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。富液進(jìn)入水力透平（ HT4001A,B）回收靜壓能，壓力降至 (A)后進(jìn)入脫碳高壓閃蒸槽（ V4003），脫碳高壓閃蒸槽設(shè)備為板式塔，部分溶解的 CO2 和大部分 H2 在此解吸出來，此氣體即謂脫碳高壓閃蒸氣。爐膛內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下： H2S + 3/2 O2 → SO 2 + H2O + Q1 H2S + 1/2 SO2 → H 2O + 3/4 S2 + Q2 燃燒后從爐內(nèi)出來的混合氣分成三股 ，一股去一級(jí)高溫?fù)胶祥y（ TV6001），一股去二級(jí)高溫?fù)胶祥y（ TV6002） ,另一股經(jīng)加氫預(yù)熱器（ E6003）與加氫工藝氣體換熱冷卻到 810℃，再經(jīng)過廢熱鍋爐（ E6004）降溫到 330℃，然后進(jìn)入一級(jí)冷凝器（ E6005）冷卻到 150℃分離出液硫，同時(shí)冷凝器殼程產(chǎn)生 （ G）的低壓蒸汽。 急 冷塔（ T6001）底的急冷水用急冷水循環(huán)泵（ P6011A， B）加壓打入急冷水冷卻器（ E6016）冷卻到 36℃進(jìn)入急冷塔上部，自上而下冷卻從急冷塔下部而來的氣體。 配入一定量氫氣的 Claus 尾氣經(jīng)過加氫預(yù)熱器（ E6003）預(yù)熱至 300℃進(jìn)入加氫反應(yīng)器（ R6002）反應(yīng)，將除 H2S 以外的硫化物幾乎全部轉(zhuǎn)化為 H2S，反應(yīng)器出口氣體進(jìn)入蒸汽發(fā)生器（ E6008）冷卻至 160℃，再進(jìn)入急冷塔（ T6001）冷卻到 36℃。 年產(chǎn) 20 萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì) 31 甲醇合成硫回收燃?xì)鉄峄厥請(qǐng)D 6 NHD脫硫脫碳工藝流程 硫回收 來自脫硫工段的酸性氣經(jīng)酸性氣分水罐（ V6001）分離掉酸性水，進(jìn)入酸性氣燃燒爐（ F6001）與按一定比例配入的富氧空氣混合燃燒，使?fàn)t膛溫度保持在 950℃左右。 吸收了少量 CO H2S 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），閃蒸壓力為 (A)，出口閃蒸氣去脫碳閃壓機(jī)。 脫鹽水站來的脫鹽水分成兩部分，一部分進(jìn)入脫鹽水加熱器Ⅰ（ E2021）與變換氣換熱溫度升至 98℃后分兩股，一股脫鹽水去熱電站，另一股進(jìn)入除氧器除氧；另一部分進(jìn)入脫鹽水加熱器Ⅱ（ E2021）與水煤氣（發(fā)電氣）換熱溫度升至 98℃，進(jìn)入除氧器除氧。 水冷卻水硫回收系統(tǒng)去凈化原煤蒸汽氧蒸汽污水處理圖 4 GSP 氣化工藝流程 凈化裝置工藝流程 變換 由氣化工段送來的 (A)， 216℃左右，汽氣比為 的水煤氣經(jīng)煤氣水分離器（ V2021）和中溫?fù)Q熱器（ E2021）溫度升高至 240℃進(jìn)入 預(yù)變換爐（ R2021）后分成兩部分：一部分進(jìn)入變換爐（ R2021），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，出變換爐變換氣的 CO 含量約 %（干），溫度為 393℃左右進(jìn)入中溫?fù)Q熱器（ E2021），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（ E2021），生產(chǎn) (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（ E2021），產(chǎn)生 (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（ V2021），分離出的冷凝液去冷凝液閃蒸槽（ V2021），變換氣去脫硫再沸器及氨吸收制冷再沸器。 3 工藝流程 GSP 氣化工藝流程 GSP 氣化工藝過程也主要是由給料系統(tǒng)、氣化爐、粗煤氣洗滌系統(tǒng)組成 .即備煤、氣化、除渣三部分組成。目前該塔仍 被廣泛使用，但有使用逐漸減少的趨勢(shì)。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。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)模三塔精的設(shè)備投資要比雙塔精餾高出 20%～ 30%。 年產(chǎn) 20 萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì) 23 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 雙塔與三塔精餾技術(shù)比較 ［ 17］ （ 1） 工藝流程。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)。 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。近年來 .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。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。 XCN98 的空速要求為 6000～ 15000h1， 本 設(shè)計(jì)空速定為 12021 h1。 甲醇合成過程中，需要一定的二氧化碳存在以保持催化劑的高活性。操作壓力的選用與催化劑的活性有關(guān)。 合成工序工藝操作條件的確定與論證 「 12」「 13」 （ 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。 合成塔進(jìn)口溫度可調(diào)溫 C 型催化劑為 14℃ ， 而 XCN98型則為 30℃。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)。 操作的適宜溫度為 220～ 270℃， 壓力為 5～ 15MPa(一般壽命為 2～ 3 年 )。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。隨著合成壓力增高，塔徑加大，管板的厚度也增加。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) — 的中壓蒸汽，是大型化較 理想的塔型。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。 甲醇合成塔主要由外筒、內(nèi)件和電加熱器三部分組成。 甲醇生產(chǎn)要求凈化氣含硫量低， NHD 溶劑脫硫 (包括無機(jī)硫和有機(jī)硫 )溶解度大，對(duì)二氧化碳選擇性好，而且， NHD 脫硫后串聯(lián) NHD 脫碳，仍是脫硫過程的延續(xù)。 (7)溶劑無臭、無味、無毒。設(shè)計(jì)中采用催化劑粒度為 ￠ 9 9mm。設(shè)計(jì)中的變換爐（ R2021）內(nèi)裝兩段耐硫變換觸媒，兩段間配有煤氣激冷管線，采用連續(xù)換熱式來降低溫度，控制溫度在 393℃左右。 凈化工藝方案的選擇 凈化工藝包括；變換、脫硫脫碳、 硫回收三個(gè)部分。 (3)氧耗較低，與水煤漿加壓氣化工藝相比，氧耗低約 15%～ 20%，可降低配套空分裝置投資和運(yùn)行費(fèi)用。設(shè)計(jì)采用的是GSP 冷 激 氣化工藝 ， 其 兼有 shell 和 Texaco 的 技術(shù) 優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)檫@種流程易于和變換反應(yīng)器配套，激冷中產(chǎn)生的蒸汽可滿足變換反應(yīng)的需要。氣流床 氣化具有以下特點(diǎn) ［ 5］ ： (1)采用 。生成的煤氣基本不含焦油，但飛灰量很大。然后利用三塔精餾工藝將粗甲醇精制得到精甲醇。 (2)設(shè)輔助車間 3 個(gè) 機(jī)修車間：包括機(jī)修、電儀修理。 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。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)。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）。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／ (CO＋ CO2)比的原料氣，在價(jià)格上能夠與天然氣原料競(jìng)爭(zhēng)。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。 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。 tubular average temperature reaction is utilized to synthesize methanol keeping in low pressure。為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)甲醇的需求，開展了此20 萬 t/a 的甲醇項(xiàng)目。 關(guān)鍵詞： 甲醇、合成、精餾。 是一種無色、透明、易燃、有毒、易揮發(fā)的液體，略帶酒精味 ； 分子 量 ，相對(duì)密度 (d420)，蒸氣相對(duì)密度 (空氣 =1)，熔點(diǎn) ℃，沸點(diǎn) ℃，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。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 。 年產(chǎn) 20 萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì) 6 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，這種高壓法工藝是合成甲醇的唯一方法。 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)。 20世紀(jì)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，以重油為原料的甲醇裝置有所發(fā)展。通過完成設(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)。 年產(chǎn) 20 萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì) 8 設(shè)計(jì)的范圍﹑裝置組成及