年產50萬噸煤制甲醇生產的工藝設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 3002）換熱至50℃；貧富液換熱器II（E3003）加熱到130℃，進入濃縮塔（T3002）。采用甲醇馳放氣（40℃，(A)）作為氣提氣進入濃縮塔下部，塔頂出來的氣提氣中主要是CO2 、H2及少量H2S、COS等氣體，(G)閃蒸氣合并經閃蒸氣水冷器I（E3004）冷卻至40℃返回進NHD脫硫入口以回收高壓閃蒸氣中的H2。從濃縮塔底出來底NHD富液由脫硫水力透平（HT3001）回收能量后進入脫硫高壓閃蒸槽（V3004），(A)，出口閃蒸氣去脫碳閃壓機。從脫硫高壓閃蒸槽底出來的富含H2S、CO2的閃蒸液進入再生塔（T3003），再生塔底部由變換氣煮沸器（E3007）加熱，使NHD富液中的氣體全部解吸出來，得到約147℃的NHD貧液。貧液經貧富液換熱器II（E3003）冷卻到57℃，然后由貧液泵II（P3002A,B）(G)送入貧富液換熱器I（E3002）；而在貧液進入貧富液換熱器I前面有一旁路，(G)進入溶液過濾器（M3001A,B），過濾后的貧液再返回貧液泵II的入口。℃，再被脫碳工段的氨冷器I冷卻至0℃，然后將出氨冷器I的貧液分為兩部分，一部分貧液直接進入燃氣脫硫塔（T3004）；另一部分則進入NHD脫碳工段的脫碳塔上塔，在塔內吸收脫碳塔下塔過來的凈化氣中微量的H2S和CO2，(G)進入變換氣脫硫塔（T3001）。出再生塔（T3003）填料段的再生氣經塔上部的旋流板，用塔頂回流的40℃的冷凝液洗滌冷卻到106℃左右進入酸性氣水冷器（E3006）冷卻到40℃，經酸性氣分離器（V3005）分離掉酸性氣中夾帶水分，使酸性氣中含H2S25%，進入硫回收工段。來自脫硫工段的脫硫氣（℃、(A)、CO34%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。從下塔頂出來的凈化氣（CO24%(V)、℃）直接進入脫碳塔上塔底部與從脫硫工段過來的被氨冷器I（E4002）冷卻至0℃的NHD貧液逆相接觸，從上塔頂出來的凈化氣（CO2約2～3%(V)、COS和H2S5ppm、℃），經凈化氣分離器（V4002）除去少量霧沫夾帶的NHD后，進入氣氣換熱器（E4001A），溫度升至30℃，(A)，然后將凈化氣送去精脫硫。精脫硫時，凈化氣先進入水解槽預熱器（E4004）被變換氣冷凝液加熱到80℃，經水解槽（R3001）水解后，在水解氣冷卻器（E4005）中冷卻至40℃，進到精脫硫槽（R3002A，B）精脫硫，得到符合甲醇合成所需的凈化氣體（CO2：2～3%，COS和H2S），送入合成甲醇工段。吸收了少量COH2S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。 脫硫脫碳工藝流程 合成工藝流程來自凈化工段的合成原料氣，（40℃）后，與來至合成塔的循環氣進行混合， MPa，混合氣在進反應器前先與合成塔出來的氣體進行換熱，升溫到225 ℃，然后從上到下經過管程進入反應器的銅基催化劑，在催化劑的作用下發生反應。反應器為列管式反應器，管程走反應氣。（255℃），（100℃）的水蒸氣作為冷卻介質，作用是及時帶走合成反應放出的熱量，維持體系得到溫度，使反應快速進行，同時也起到保護催化劑的作用，（200℃）。合成塔出塔氣溫度約為 255 ℃，%，經過水冷卻器換熱冷卻到40 ℃，冷凝的粗甲醇經分離器分離。由分離器分離粗甲醇后的氣體進行適當放空，大部分氣體進入壓縮機加壓返回合成塔，粗甲醇進入精餾工段進行精制。 甲醇合成工藝流程簡圖 精餾方案選擇對于合成塔出來的粗甲醇，在此次設計中采用三塔精餾的精餾工藝，主要設備為填料型預精餾塔、篩板式加壓精餾塔、篩板式常壓精餾塔，以及一些換熱器、進料泵等設備。工藝流程為：有粗甲醇貯罐出來的粗產品，經預熱器進行加熱，至泡點溫度后進入預精餾塔。塔頂分出甲醚及少量的甲醇，大部分甲醇有塔釜出來進入加壓精餾塔進行甲醇的分離，塔頂采出接近一半的精甲醇產品，其余甲醇和剩余的雜質產物有塔釜出來進入常壓精餾塔，塔頂分離出精甲醇，水、異丁醇這些雜質產物由塔釜排出進入廢水處理工段進行處理。順應此刻工藝大型化的趨勢，三塔精餾工藝是一項企業進行增產降耗技術改造的非常適合的、較好的技術方案。4 物料衡算 合成過程的反應方程主反應：CO+2H2CH3OH （） CO2+3H2=CH3OH +H2O ()副反應：2CO+4H2(CH3)2O+H2O （）CO+3H2CH4+H2O （）4CO+8H2C4H9OH+3H2O （）CO2+H2CO+ H2O （） 由于合成反應中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要發生逆變反應生成一氧化碳，且入塔氣中二氧化碳的含量一般不超過5%，所以計算中忽略反應（2）。 合成塔物料衡算已知年產精甲醇50萬噸，每年以330個工作日計算。考慮到粗甲醇精制過程中有一定的損耗，為保證設計的生產任務，合成工段的物料衡算以粗甲醇最終重量55萬噸計算。 粗甲醇組分質量百分數組成CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O含量/%每小時各組分產量： 工業生產中測得低壓時， m3 （標況）， kmol的甲烷。故CH4每小時產量為： 查《甲醇生產技術及進展》，40℃時各組分在甲醇中的溶解度如下 每噸粗甲醇中合成氣溶解情況組分H2COCO2N2ArCH4溶解量（Nm3/t粗甲醇） 粗甲醇中溶解的氣體量： 根據測定，40℃時液態甲醇中釋放CO、COH2等混合氣中每立方米含37. 14 g甲醇，假定溶解氣全部釋放，則甲醇擴散損失為： 合成反應中各氣體消耗和生產量查《甲醇工藝學》，馳放氣組成如下： 馳放氣組成氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4Mol% 合成反應中消耗原料情況消耗項消耗原料氣組分/kmol/hCOCO2H2反應（1）反應（3）反應（4）反應（5）反應（6）()注：括號內的為生成量；反應（1）項不包括擴散甲醇和弛放氣中甲醇消耗的原料氣量 合成反應中生成物情況生成項生成物組分/kmol/hCH4CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O反應（1）反應（3）反應（4）反應（5）反應（6） 其他原料氣消耗消耗項消耗原料氣組分/kmol/hCOCO2H2N2ArCH4粗甲醇中溶解擴散的甲醇馳放氣馳放氣中甲醇注：G為馳放氣的量 新鮮氣和馳放氣量的確定由工藝流程可知，各組分的消耗總量與新鮮氣的進料量相等。各組分等量關系如下：CO的消耗總量： H2的消耗總量： CO2的消耗總量：N2的消耗總量：Ar的消耗總量：CH4的消耗總量： 由此可得新鮮氣體中各氣體流量，如下表： 新鮮氣組成組分單位COCO2H2N2ArCH4含量kmol/h++++++總計+新鮮氣（合成氣）中惰性氣體（N2 + Ar+CH4）%，反應過程中惰性氣體的量保持不變，（N2 + Ar+CH4）=+， 則解得， ，由此可得到新鮮氣的量為G新鮮=所以馳放氣的組成如下 馳放氣組成氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4組成%含量kmol/h新鮮氣（合成氣）組成如下 新鮮氣 (合成氣) 組成氣體CH4H2COCO2N2Ar組成%含量kmol/h 循環氣氣量的確定即：整理的：%，由甲醇的物料守恒得：解得： 循環氣組成氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4組成%含量kmol/h 循環比 入塔氣和出塔氣組成 由：入塔氣量=新鮮氣量+循環氣量 得：入塔氣各組分組成：H2的含量：CO的含量：CO2的含量：N2的含量：Ar的含量：CH4的含量：CH3OH的含量：，組成如下： 入塔氣組成氣體CH3OHH 2COCO2N2ArCH4組成%含量kmol/h由：出塔氣量=入塔氣量—反應中消耗量+反應中生成量出塔氣各組分含量：CH3OH的含量：H2的含量： CO的含量：CO2的含量：N2的含量：Ar的含量：CH4的含量：H2O的含量：（CH3)2O的含量：C4H9OH的含量： 出塔氣組成氣體CH3OHH 2COCO2N2ArCH4(CH3)2OC4H9OHH2O組成%含量kmol/h 甲醇分離器出口氣體組成分離器出口組分=馳放氣氣體組分+循環氣氣體組分分離器出口氣體各組分組成：H2的含量：CO的含量：CO2的含量：N2的含量：Ar的含量：CH4的含量：CH3OH的含量：，各組分含量如下： 分離器出口氣體組成氣體CH3OHH 2COCO2N2ArCH4組成%含量kmol/h分離器出口液體組分=出塔氣組分分離器出口氣體組分，則各液體組分含量：，各組分含量如下： 分離器出口液體組成氣體CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2Omol組成%含量kmol/h實際甲醇的年產量：，滿足設計要求的50萬噸年產量。 貯罐氣組成由粗甲醇中溶解氣體量可以計算貯罐氣組成。 粗甲醇中溶解氣體量為： 所以貯罐氣組成如下: 貯罐氣組成氣體H 2COCO2N2ArCH4組成%含量kmol/h5 熱量衡算 合成塔熱量衡算相關計算式全塔熱平衡方程式為：∑Q1 +∑Qr = ∑ Q2 + ∑Q3 +Q4 （）式中： Q1——入塔氣各氣體組分熱量，kJ/h Qr ——合成反應和副反應的反應熱，kJ/h Q2 —— 出塔氣各氣體組分熱量，kJ/h Q3 ——合成塔熱損失，kJ/h Q4——蒸汽吸收的熱量，kJ/h∑Q1=∑（G1Cp1T1） （）式中： G1——入塔氣各組分流量，kmol/h；Cp1 ——入塔各組分的比熱容，kJ/（）；T1——入塔氣體溫度，k；∑Q2=∑（G2Cp2T2） （）式中： G2——出塔氣各組分流量kmol/h；Cp2 ——出塔各組分的熱容，kJ/（）；T2—— 出塔氣體溫度，k；∑Qr= Qr1 +Qr2 +Qr3+ Qr4+ Qr5 +Qr6 （）式中： QrQr2 、Qr Qr Qr5 、Qr——分別為甲醇、甲烷、二甲醚、異丁醇、水的生成熱，kJ/h；式中： Gr——各組分生成量，kmol/h；△H——生成反應的熱量變化，kJ/mol 合成塔入塔熱量計算查《化學化工物性數據手冊》[17]、： 組分氣體定壓熱容氣體CH3OHH 2COCO2N2ArCH4熱容kJ/（km