年產20萬噸煤制甲醇生產工藝初步設計(更新版)

　　

【正文】 應過程中氫與一氧化碳、二氧化碳的化學計量比分別為 2:1和 3:1，因此循環氣中（ H2CO2） /(CO+CO2)遠大于 2。 （ 2） 操作壓力 壓力是甲醇合成反應過程的重要工藝條件之一。 75%負荷時 ， 使用 XCN98 型催化劑 ， 當入塔氣中 CO2組分體積分數高達 5%時 ， 生產運行情況仍良好 ， 收率和物耗都較低 ， 催化劑仍能保持較高的活性 ， 產品質量符合質量標準的要 求。 75%負荷下的甲醇產量 ( t/h)接近裝置滿負荷設計甲醇量 ( t/h)。 目前已在國內 20 多套大、中、小型工業甲醇裝置上使用 ,運行情況良好。鋅基催化劑機械強度好 .耐熱性好，對毒物敏感性小，操作 的適宜溫度為 350～ 400℃， 壓力為25～ 32MPa(壽命為 2～ 3 年 )； 銅基催化劑 具有良好的低溫活性，較高的選擇性，通常用于低、中壓流程。針對甲醇合成的特點采用四床（或五床 )內換熱式合成塔。在日產超過 2021t 時，往往需要并聯兩個。日前大型裝置很少使用。 目前，國內外的大型甲醇合成塔塔型較多，歸納起來可分為五種： （ 1）冷激式合成塔 這是最早的低壓甲醇合成塔，是用進塔冷氣冷激來帶走反應熱。 甲醇合成塔的選擇 「 8」「 9」 甲醇合成反應器實際是甲醇合成系統中最重要的設備。因此，H2S和 CO2在 NHD 溶劑中的溶解度隨壓力升高、溫度降低而增大。 (6)溶劑本身不起泡 。當全氣量通過變換工序時，此時要求最終變換率不太高，必須保證足量的 CO 作為合成甲醇的原料；設計中采用的是部分氣量變換，其余氣量不經過變換而直接去合成，這部分氣體可以調節變換后甲醇合成原料氣中 CO 的含量，所以通過的氣體變換率達90%以上。 工藝條件的確定 ： （ 1） 溫度 變換反應是一個可逆放熱反應，對應于一定的組成和一個最佳溫度。 (7)對環境影響小，氣化過程無廢氣排放。對煤的灰熔點的適用范圍比其他氣化工藝更寬，即使是高水份、高灰分、高硫含量和高灰熔點的煤種也能使用。生成 CO2量大，碳的轉化率低，有效氣體成份 (CO+H2)低 ； 對煤有一定要求，如要求灰分 13%， 灰熔點 1300℃ ， 含水量8%等，雖然具有氣流床煤氣化的共同優點，仍是美中不足。 從技術先進性、能耗、環保等方面考慮，對于大型甲醇煤氣化應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 。 典型代表為GSP,Shell,Texaco 氣流床氣化工藝 。 流化 床 氣化 采用一定粒度分布的細粒煤（ ＜ 10mm）為原料，吹入爐內的氣化劑使煤粒呈連續隨機運動的流化狀態， 床 層中的混合和傳熱 都 很快。 產品質量標準 本產品（精甲醇）執行國家 《 GB338— 92》 標準，具體指標見 下表 表 1 甲醇《 GB338— 92》 項 目 指標 優等品 一等品 合格品 色度（鉑 — 鈷），號 ≤ 5 10 密度（ 200C）， g/cm3 ～ ～ 溫度 范圍 (0℃ ,101325Pa)， ℃ 沸程（包括 177。 精餾車間：甲醇精餾和 甲醇貯罐區 。 （ 2） 合成工段的工藝參數 參閱某化學工程公司的甲醇合成廠的工藝參數資料。甲醇作為石油的補充已成為現實，發展甲醇工業對我國經濟發展具有重要的戰略意義。 2021 年，該技術成功應用于國內首家焦爐氣制甲醇裝置上。由于低壓法比高壓法在能耗、裝置建設和單系列反應器生產能力方面具有明顯的優越性，所以從 70 年代中期起，國外新建裝置大多采用低壓法工藝。 甲醇生產工藝的發展 甲醇是醇類中最簡單的一元醇。 化學性質較活潑，能發生氧化、酯化、羰基化等化學反應 。 the craft of GSP gasification is utilized to make water gas。年產 20 萬噸煤制甲醇生產工藝初步設計 1 X X 大 學 畢 業 設 計 設計說明書 題 目： 年產 20 萬噸煤制甲醇生產工藝初步設計 學 號： XXXX 姓 名： XXXX 年 級： XXXX 學 院： 材料與化工學院 系 別： 材料系 專 業： XX 指導教師： XXXXXXX 完成日期： XXXXXXXXXX 年產 20 萬噸煤制甲醇生產工藝初步設計 1 摘要 甲醇是一種極重要的有機化工原料，也是一種燃料，是碳一化學的基礎產品，在國民經濟中占有十分重要的地位 。s demands for methanol , have launched the methanol project of this 200,000t/a. Main content that design to carry on craft prove, supplies weighing apparatus regard as with heat weighing apparatus charging etc The principle of the design in line with according with the national conditions, technologically advanced and apt, economy, protecting environment,. Coals is adopted as raw materials。蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限 ％ ～ ﹪（體積比）。 甲醇還可經生物發酵生成甲醇蛋白， 富含 維 生素 和蛋白質，具有營養價值高而成本低的優點， 用作飼料添加劑，有著廣闊的應用前景。 1971 年德國的 Lurgi 公司相繼開發了適用于天然氣－渣油為原料的低壓法工藝。 2021 年，杭州林達公司開發了擁有完全自主 知識產權 的 JW 低壓均溫甲醇合成塔技術 ［ 3］ ，打破長期來被 ICI、 Lurgi等國外少數公司所 壟斷 擁的局面，并在 2021 年獲得國家技術發明二等獎。 設計的目的和意義 由于我國石油資源短缺 ，能源 安全已經成為不可回避的現實問題 ，尋求替代能源已成為我國經濟發展的關鍵。 設計的基礎資料 （ 1） 工藝流程 資料 參閱某化學工程公司的甲醇合成廠的工藝流程資料和參考由 房鼎業 主編的 《甲醇工學》。 合成車間：包括壓縮、甲醇合成 。 原料煤規格 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 。 在大型煤制甲醇的裝置中，固定床的優點是投資 低 ，可是它有很多不足： （ 1）對原料煤的黏結性有一定有一定要求：（ 2） 氣化強度低 ：（ 3）環境污染負荷大，治理較麻煩。 氣流床氣化 氣流床采用粉煤為原料，反應溫度高，灰分是熔融狀態。 (6)但投 資 相對較高 ，尤其是 Shell 粉煤氣化 。 水煤漿氣流床 ： 水煤漿氣化技術的特點是煤漿帶 35%~40%水入爐，因此氧耗比干粉煤氣化約高20%； 爐襯是耐火磚，沖刷嚴重，每年要更換一次 。由于氣化溫度高，故對煤種的適應性更為廣泛 ，從較差的褐煤、次煙煤、煙煤到石油焦均可使用，也可以兩種煤摻混使用。 (6)碳轉化率高達 99%以上，冷煤氣效率高達 80%以上。該工藝的簡單流程為：氣化工段來的水煤氣首先進入預變換爐，出爐后分為兩部分：一部分進入另一變換爐，變換后經過多次換熱和氣液分離后去了脫硫系統；另一部分先進入有機硫水解槽脫硫，出來后氣體又分為兩部分，部分去調節變換爐出口 CO含量，部分去發電系統發電。 （ 3）最終變換率 最終變換率由合成甲醇的原料 氣中氫碳比及一氧化碳和二氧化碳的比例決定的。 (4)溶劑對碳鋼等金屬材料無腐蝕性 。當 CO2分壓小于 1MPa 時，氣相壓力與液相濃度的關系基本符合亨利定律。甲醇合成工藝中 最重要的工序是甲醇的合成，其 關鍵技術是合成甲醇催化劑的和反應器，設計采用用的是低壓合成工藝。 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 。這種塔型碳轉化率較高但僅能在出塔氣中副產 0. 4MPa 的低壓蒸汽。固定管板列管合成塔雖然可用于大型化，但受管長、設備直徑、管板制造所限。日前各工程公司的氨合成塔均采用二床 (四床 )內換熱式合成塔。 催化劑的選用 甲醇合成催化劑 經過長時間的研究開發和工業實踐，廣泛使用的合成甲醇催化劑主要 有兩大系列：一種是以氧化銅為主體的銅基催化劑 ，一種是以氧化鋅為主體的鋅基催化劑 。 XNC98 甲醇 合成 催化劑 簡介 ： XNC98 型催化劑是四川天一科技股份有限公司研制和開發的新 產品。 (2)低溫活性好 ， 日產量高。 50%負荷下 ， C 型催化劑 CO2加入量最高不超過 670kg/h， 而 XCN98 型催化劑則最高可達 900kg/h。設計中采用的甲醇合成催化劑為國產的銅系 XCN98，由它的性質可知：適合使用的溫度范圍為 200～ 290℃。 （ 3） 氣體組成 : 對于甲醇合成原料氣， 即 合成工序的新鮮氣，應維持 f=（ H2CO2） /(CO+CO2)=～,并保持一定的 CO2。甲醇合成過程中，首先甲醇合成塔內的氣體空速必須滿足催化劑的使用要求，國產銅基催化劑，一般要求氣體空速在 8000～ 20210h1之間。所以粗甲醇必須提純。雙塔精餾工藝技術由于具有投資少、建設周期短、操作簡單等優點，被我國眾多中、小甲醇生產企業所采用。雙塔精餾工藝流程見下圖。隨著生產的強化，不僅消耗大幅度上升，而且殘液中的甲醇含量也大大超過了工藝指標。生產中加壓塔和常壓塔同時采出精甲醇，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。 （ 3） 產品質量。而雙塔精餾技術僅在生產規模低于 5 萬 t/ a 時具有一定得優勢。 （ 2）浮閥塔 浮閥塔的塔板結構與泡罩相似，致使浮閥代替了泡罩及其伸氣管。 該塔傳質效率高，傳質空間利用率好 ，處理能力大，操作彈性大，結構簡單可靠，投資小，板液面梯度小，液面橫向混合好無流動傳質死區。 冷卻后的粗煤氣進入分離器（ V1002），從分離器出來的氣體分為兩部分：一部分進入變換爐（ R1002），氣體出來后進入換熱器（ E1003），出來的氣體和另外一部分氣體混合后進入水解器，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）下分離出的液體進入分離器（ V1003），從 V1003 出來的氣體經過冷卻器（ E1002）后，主要為 H2S 去硫回收系統；從 V1003 下分離的液體去污水處 理系統，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。 由第一水分離器（ V2021）、第四水分離器（ V2021）分離出的高溫冷凝液和來自氨吸收制冷、脫硫系統的冷凝液進入冷凝液閃蒸槽（ V2021），閃蒸出的閃蒸氣進入冷凝液汽提塔（ T2021），冷凝液由閃蒸槽底部排出直接送至氣化工段。 從變換工段過來的變換氣（ 36℃， (A)，含 %）與脫硫脫碳閃蒸氣及濃縮塔頂氣提氣混合，經 NHD 脫碳工段的氣體換熱器換熱冷卻到 ℃進入變換氣脫硫塔（ T3001）底部，與塔內自上而下的 0℃ NHD 溶液逆流接觸吸收絕大部分 H2S氣體及部分 CO COS、 H2 等氣體，出脫硫塔的脫硫氣溫度為 ℃，含年產 20 萬噸煤制甲醇生產工藝初步設計 29 H2S+COS80ppm，含 %，經脫硫氣分離器（ V3002）分離掉夾帶的 NHD 溶液后，去 NHD 脫碳。 來自脫硫工段的脫硫氣（溫度 ℃、壓力 (A)、 CO 34%含 COS＋ H2S 80ppm）進入脫碳塔（ 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，下塔塔內有三層 QH1 型碳鋼扁環散堆填料，氣體中的 CO2 被溶劑吸收，部分 H2S、 COS 被吸收。 低壓閃蒸槽（ V4005）底部出來的富液自流進入氣提塔（ T4002）塔內有五層 QH1型扁環散堆填料，溶液與氣提氮氣在填料層內逆流接觸，此時溶液中溶解的 CO2 被氣提出來，排至大氣。轉化氣同樣與酸性氣燃燒爐出口的二級高溫摻合閥（ TV6002）熱口進來的高溫氣體摻合提溫到 220℃進入二級 Claus 轉化器（ R6001）發生催化轉化反應，然后進入三級冷凝器（ E6007）冷卻到 150℃分離出液硫，同時冷凝器殼程產生 （ G）的低壓蒸汽。從再生塔頂出來的溫度約為 107℃的再生氣經再生氣水冷器（ E6014）冷卻至 40℃，再經再生氣分離器（ V6014）除去水，然后返回酸性氣燃燒爐再次進行 Claus 轉化；分離