年產(chǎn)50萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)的工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 換熱器I（E3002）換熱至50℃；貧富液換熱器II（E3003）加熱到130℃，進(jìn)入濃縮塔（T3002）。采用甲醇馳放氣（40℃，(A)）作為氣提氣進(jìn)入濃縮塔下部，塔頂出來(lái)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(jīng)閃蒸氣水冷器I（E3004）冷卻至40℃返回進(jìn)NHD脫硫入口以回收高壓閃蒸氣中的H2。從濃縮塔底出來(lái)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），(A)，出口閃蒸氣去脫碳閃壓機(jī)。從脫硫高壓閃蒸槽底出來(lái)的富含H2S、CO2的閃蒸液進(jìn)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(lái)，得到約147℃的NHD貧液。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）(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，(G)進(jìn)入溶液過(guò)濾器（M3001A,B），過(guò)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(jìn)入燃?xì)饷摿蛩═3004）；另一部分則進(jìn)入NHD脫碳工段的脫碳塔上塔，在塔內(nèi)吸收脫碳塔下塔過(guò)來(lái)的凈化氣中微量的H2S和CO2，(G)進(jìn)入變換氣脫硫塔（T3001）。出再生塔（T3003）填料段的再生氣經(jīng)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(jìn)入酸性氣水冷器（E3006）冷卻到40℃，經(jīng)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(jìn)入硫回收工段。來(lái)自脫硫工段的脫硫氣（℃、(A)、CO34%含COS＋H2S 80ppm）進(jìn)入脫碳塔（T4001）下塔，氣體自下而上與從下塔頂部而來(lái)的NHD溶劑逆流接觸，下塔塔內(nèi)有三層QH1型碳鋼扁環(huán)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(lái)的凈化氣（CO24%(V)、℃）直接進(jìn)入脫碳塔上塔底部與從脫硫工段過(guò)來(lái)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(lái)的凈化氣（CO2約2～3%(V)、COS和H2S5ppm、℃），經(jīng)凈化氣分離器（V4002）除去少量霧沫夾帶的NHD后，進(jìn)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(shí)，凈化氣先進(jìn)入水解槽預(yù)熱器（E4004）被變換氣冷凝液加熱到80℃，經(jīng)水解槽（R3001）水解后，在水解氣冷卻器（E4005）中冷卻至40℃，進(jìn)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(lái)后返回到NHD脫硫工段。 脫硫脫碳工藝流程 合成工藝流程來(lái)自?xún)艋ざ蔚暮铣稍蠚猓?0℃）后，與來(lái)至合成塔的循環(huán)氣進(jìn)行混合， MPa，混合氣在進(jìn)反應(yīng)器前先與合成塔出來(lái)的氣體進(jìn)行換熱，升溫到225 ℃，然后從上到下經(jīng)過(guò)管程進(jìn)入反應(yīng)器的銅基催化劑，在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)器為列管式反應(yīng)器，管程走反應(yīng)氣。（255℃），（100℃）的水蒸氣作為冷卻介質(zhì)，作用是及時(shí)帶走合成反應(yīng)放出的熱量，維持體系得到溫度，使反應(yīng)快速進(jìn)行，同時(shí)也起到保護(hù)催化劑的作用，（200℃）。合成塔出塔氣溫度約為 255 ℃，%，經(jīng)過(guò)水冷卻器換熱冷卻到40 ℃，冷凝的粗甲醇經(jīng)分離器分離。由分離器分離粗甲醇后的氣體進(jìn)行適當(dāng)放空，大部分氣體進(jìn)入壓縮機(jī)加壓返回合成塔，粗甲醇進(jìn)入精餾工段進(jìn)行精制。 甲醇合成工藝流程簡(jiǎn)圖 精餾方案選擇對(duì)于合成塔出來(lái)的粗甲醇，在此次設(shè)計(jì)中采用三塔精餾的精餾工藝，主要設(shè)備為填料型預(yù)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(jìn)料泵等設(shè)備。工藝流程為：有粗甲醇貯罐出來(lái)的粗產(chǎn)品，經(jīng)預(yù)熱器進(jìn)行加熱，至泡點(diǎn)溫度后進(jìn)入預(yù)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(lái)進(jìn)入加壓精餾塔進(jìn)行甲醇的分離，塔頂采出接近一半的精甲醇產(chǎn)品，其余甲醇和剩余的雜質(zhì)產(chǎn)物有塔釜出來(lái)進(jìn)入常壓精餾塔，塔頂分離出精甲醇，水、異丁醇這些雜質(zhì)產(chǎn)物由塔釜排出進(jìn)入廢水處理工段進(jìn)行處理。順應(yīng)此刻工藝大型化的趨勢(shì)，三塔精餾工藝是一項(xiàng)企業(yè)進(jìn)行增產(chǎn)降耗技術(shù)改造的非常適合的、較好的技術(shù)方案。4 物料衡算 合成過(guò)程的反應(yīng)方程主反應(yīng)：CO+2H2CH3OH （） CO2+3H2=CH3OH +H2O ()副反應(yīng)：2CO+4H2(CH3)2O+H2O （）CO+3H2CH4+H2O （）4CO+8H2C4H9OH+3H2O （）CO2+H2CO+ H2O （） 由于合成反應(yīng)中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要發(fā)生逆變反應(yīng)生成一氧化碳，且入塔氣中二氧化碳的含量一般不超過(guò)5%，所以計(jì)算中忽略反應(yīng)（2）。 合成塔物料衡算已知年產(chǎn)精甲醇50萬(wàn)噸，每年以330個(gè)工作日計(jì)算。考慮到粗甲醇精制過(guò)程中有一定的損耗，為保證設(shè)計(jì)的生產(chǎn)任務(wù)，合成工段的物料衡算以粗甲醇最終重量55萬(wàn)噸計(jì)算。 粗甲醇組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O含量/%每小時(shí)各組分產(chǎn)量： 工業(yè)生產(chǎn)中測(cè)得低壓時(shí)， m3 （標(biāo)況）， kmol的甲烷。故CH4每小時(shí)產(chǎn)量為： 查《甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展》，40℃時(shí)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(jù)測(cè)定，40℃時(shí)液態(tài)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(kuò)散損失為： 合成反應(yīng)中各氣體消耗和生產(chǎn)量查《甲醇工藝學(xué)》，馳放氣組成如下： 馳放氣組成氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4Mol% 合成反應(yīng)中消耗原料情況消耗項(xiàng)消耗原料氣組分/kmol/hCOCO2H2反應(yīng)（1）反應(yīng)（3）反應(yīng)（4）反應(yīng)（5）反應(yīng)（6）()注：括號(hào)內(nèi)的為生成量；反應(yīng)（1）項(xiàng)不包括擴(kuò)散甲醇和弛放氣中甲醇消耗的原料氣量 合成反應(yīng)中生成物情況生成項(xiàng)生成物組分/kmol/hCH4CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O反應(yīng)（1）反應(yīng)（3）反應(yīng)（4）反應(yīng)（5）反應(yīng)（6） 其他原料氣消耗消耗項(xiàng)消耗原料氣組分/kmol/hCOCO2H2N2ArCH4粗甲醇中溶解擴(kuò)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(jìn)料量相等。各組分等量關(guān)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(jì)+新鮮氣（合成氣）中惰性氣體（N2 + Ar+CH4）%，反應(yīng)過(guò)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(huán)氣氣量的確定即：整理的：%，由甲醇的物料守恒得：解得： 循環(huán)氣組成氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4組成%含量kmol/h 循環(huán)比 入塔氣和出塔氣組成 由：入塔氣量=新鮮氣量+循環(huán)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(yīng)中消耗量+反應(yīng)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(huán)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(shí)際甲醇的年產(chǎn)量：，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的50萬(wàn)噸年產(chǎn)量。 貯罐氣組成由粗甲醇中溶解氣體量可以計(jì)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(guān)計(jì)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(yīng)和副反應(yīng)的反應(yīng)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(yīng)的熱量變化，kJ/mol 合成塔入塔熱量計(jì)算查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)》[17]、： 組分氣體定壓熱容氣體CH3OHH 2COCO2N2ArCH4熱容