年產10萬噸甲醇合成工藝流程設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 中含有氫、一氧化碳和二氧化碳，所以應滿足式。制造甲醇原料氣，一般以含碳氫或含碳的資源如天然氣、石油氣、石腦油、重質油、煤和乙炔尾氣等，用蒸汽轉化或部分氧化加以轉化，使其生成主要由氫、一氧化碳和二氧化碳組成的混合體，以及殘余未經轉化的甲烷或少量氮。顯然，甲烷和氮不參加甲醇合成反應，是惰性氣體，其含量越低越好，但這與制備原料氣的方法有關。另外，根據原料不同，原料氣中還可能含有少量有機硫和無機硫的化合物。為了滿足氫碳比，如果原料氣中氫碳不平衡，當氫多碳少時，則在制造原料氣時，還要補碳，一般采用二氧化碳，與原料同時進入轉化設備，反之，如果碳多，則在以后的工序要脫去多余的碳（以CO2形式）。 工藝概述 反應器選擇德士古煤氣化爐，采用水煤漿氣化激冷流程。煤先在球磨機中加水磨成高濃度水煤漿，貯存于煤漿槽中。水煤漿濃度約為70%，加入添加劑以控制水煤漿粘度，提高其穩定性，加入堿液及助溶劑，以調節煤漿的pH值和灰渣的流動度。水煤漿通過煤漿泵加壓后與高壓氧氣一起通過燒嘴進入氣化爐，、溫度為1300～1500℃下進行氣化反應。氧與煤漿的比例是氣化反應的重要因素，通過調節給料煤漿與氧氣的比例控制反應溫度高于煤的灰熔點。離開反應室的高溫氣體在激冷器中用水激冷，激冷水由碳洗滌塔引入，氣體被水蒸氣飽和，同時將反應中產生的大部分煤灰和少量未反應的碳以灰渣形式除去。根據灰渣粒度大小分為粒渣和細渣兩種，粒渣在激冷器中沉積，通過灰渣鎖斗定期與水一同排入灰渣收集槽，細渣以灰水形式連續排出。離開激冷器的粗煤氣通過文丘里洗滌器和洗滌塔除去灰塵和冷卻后去CO變換工序，所得水煤氣的組成為：CO44%～51%，CO213%～18%，H235%～36%，%，%，%。德士古煤氣化工藝流程示意圖如下圖。 凈化工段，故先進行部分耐硫變換，將CO轉化為CO2，變換氣與未變換氣匯合進入低溫甲醇洗工序，脫除H2S和過量的CO2，最終達到合適的碳氫比，得到合成甲醇的新鮮氣[4]。CO反應式： 2. 合成工段 經過凈化的原料氣，經預熱加壓，于5 Mpa、220 ℃下，從上到下進入Lurgi反應器，在銅基催化劑的作用下發生反應，出口溫度為250 ℃左右，甲醇7%左右，因此，原料氣必須循環。甲醇的合成是可逆放熱反應，為使反應達到較高的轉化率，應迅速移走反應熱，本設計采用Lurgi管殼式反應器，管程走反應氣，殼程走4MPa的沸騰水。甲醇合成的工藝流程：這個流程是德國Lurgi公司開發的甲醇合成工藝，流程采用管殼式反應器，催化劑裝在管內，反應熱由管間沸騰水放走，并副產高壓蒸汽， MPa (以1：5的比例混合) 循環，混合氣體在進反應器前先與反應后氣體換熱，升溫到220 ℃左右，然后進入管殼式反應器反應，反應熱傳給殼程中的水，產生的蒸汽進入汽包，出塔氣溫度約為 250 ℃，含甲醇7%左右，經過換熱冷卻到40 ℃，冷凝的粗甲醇經分離器分離。分離粗甲醇后的氣體適當放空，控制系統中的惰性氣體含量。這部分空氣作為燃料，大部分氣體進入透平壓縮機加壓返回合成塔，合成塔副產的蒸汽及外部補充的高壓蒸汽一起進入過熱器加熱到50 ℃，帶動透平壓縮機，透平后的低壓蒸汽作為甲醇精餾工段所需熱源。合成主反應：主要副反應：3. 精餾工段 精餾工段工藝流程圖如下圖所示。 本設計采用三塔精餾工藝流程。此流程采用了有效的精餾方法，從粗甲醇中分離出水、乙醇和其它有機雜質，%。 如上圖所示，粗甲醇進入預精餾塔1前，先在粗甲醇換熱器中，用蒸汽冷凝液將其預熱至65℃，粗甲醇在預精餾塔1中除去其中殘余溶解氣體及低沸物。塔頂設置兩個冷凝器5。將塔內上升氣中的甲醇大部分冷凝下來進入預塔回流槽4，精預塔回流泵8送入塔1頂作回流。不凝氣、輕組分及少量甲醇蒸汽通過壓力調節后至加熱爐作燃料。預精餾塔1塔底由低壓蒸汽加熱的熱虹吸式再沸器向塔內提供熱量。由預精餾塔1塔底出來的預后甲醇，經加壓塔進料泵升壓后，進入第一主精餾加壓塔2，塔頂甲醇蒸汽進入冷凝再沸器7，即第一精餾加壓塔2的氣相甲醇又利用冷凝潛熱加熱第二精餾常壓塔3的塔釜，被冷凝的甲醇進入回流槽4，在其中稍加冷卻，其余部分經加壓塔精甲醇冷卻器9冷卻至40℃后作為成品送至精甲醇計量槽。加壓塔2用低壓蒸汽加熱的熱虹吸式再沸器向塔內提供熱量，通過低壓蒸汽的加入量來控制塔的操作溫度。，塔頂操作溫度約為121℃，塔底操作溫度約為127℃。由加壓塔2塔底排出的甲醇溶液送至第二主精餾常壓塔3下部。從常壓塔塔頂出來的甲醇蒸汽經常壓塔冷凝器冷凝冷卻到40℃后，進入常壓塔回流槽，再經常壓塔回流泵加壓，一部分送至常壓塔塔頂作回流，其余部分送至精甲醇計量槽。，℃，℃。常壓塔的塔底殘夜另由汽提塔進料泵加壓后進入廢水汽提塔，塔頂蒸汽經汽提塔冷凝器冷凝后，進入汽提塔回流槽，由汽提塔回流泵加壓，一部分送廢水汽提塔塔頂作回流，其余部分經汽提塔甲醇冷卻器冷卻器冷卻至40℃，與常壓塔3采出的精甲醇一起送至產品計量槽。如果采出的精甲醇不合格，可將其送至常壓塔進行回收，以提高甲醇蒸汽的回收率。汽提塔塔底用低壓蒸汽加熱的熱虹吸式再沸器向塔內提供熱量，塔底下部設有測線，采出部分雜醇油，并與塔底排出的含醇廢水一起進入廢水冷卻器冷卻到40℃，由廢水泵送至污水生化處理裝置。第三章 工藝計算第三章 工藝計算1. 甲醇生產的物料平衡計算 合成塔物料平衡計算已知：年產100000噸精甲醇，每年以320個工作日計算。精甲醇中甲醇含量（wt):%粗甲醇組成（wt)[lurgi低壓合成工藝] 甲醇：% 二甲醚：% 異丁醇：% 水：%所以，時產精甲醇： 時產粗甲醇：根據粗甲醇組分，算得各組分的生成量為：CH3OH(32) (CH3)2O(46) C4H9OH(74) H2O(18) 合成甲醇的化學反應為： 主反應： ① 副反應： ② ③ ④ ⑤生產中，,故CH4每小時生成量為：=，,。忽略原料氣帶入份，根據②，③， ④得反應⑤生成的水的量為：=，,。,40℃時各組分在甲醇中的溶解度見表31。表31 ,40℃時各組分在甲醇中的溶解度組分H2COCO2N2ArCH4溶解度m3/h0根據以上計算，則粗甲醇生產消耗量及生產量及組成見表32。表32 甲醇生產消耗量及生產量及組成消耗方式單位消耗物料量生成物料量合計COH2CO2N2CH4CH3OHC4H9OH(CH3)2OH2O消耗生成①式kmolm3②式kmolm3③式kmolm3④式kmolm3⑤式kmolm3氣體溶解m30合計m3消耗組成%（v)生成質量kg生成組成%（wt)100 設新鮮氣量為G新鮮氣，馳放氣為新鮮氣的9%。 G新鮮氣=G消耗氣+G馳放氣=G消耗氣+=+ G新鮮氣=表33 新鮮氣組成組分H2COCO2N2總計m3組成%100測得，%。設出塔氣量為G出塔。%。所以： 甲醇生產循環氣量及組成見表34。 表34 甲