年產50萬噸煤制甲醇生產的工藝設計_畢業設計-資料下載頁

【導讀】獻，論文使用的數據真實可靠。煤制甲醇生產工藝是一種以煤為原料進行甲醇生產的工藝流程。通過查閱資料及分析，采用德國Lurgi公司開發的低壓合成法，以煤作為原料，品的精制工藝設計。同時，參考相關的資料和標準對合成工段和精餾工段的設備和管

　　

【正文】 有煤氣激冷管線，出變換爐變換氣的 CO含量約 %（干），溫度為 393℃左右進入中溫換熱器（ E2020），溫度降為 332℃，與旁路調節的水解氣混合進入變換 氣第一廢熱鍋爐（ E2020），生產 (A)飽和蒸汽，使變換氣溫度降至為 208℃進入變換氣第二廢熱鍋爐（ E2020），產生 (A)低壓蒸汽，出口變換氣溫度約為 197℃左右，進入第一水分離器（ V2020），分離出的冷凝液去冷凝液閃蒸槽（ V2020），變換氣去脫硫再沸器及氨吸收制冷再沸器。自氨吸收制冷系統返回的變換氣，溫度 145℃，進入鍋爐給水加熱器（ E2020）后溫度降至 142℃，再進入第二水分離器（ V2020），分離出的冷凝液去冷凝液汽提塔（ T2020），分離后的變換氣進入脫鹽水加熱器Ⅰ（ E2020），加熱來自脫鹽水站的脫鹽水，溫度降至 35℃，進入第三水分離器（ V2020），分離出的冷凝液去冷凝液汽提塔（ T2020），分離后的變換氣去脫硫系統。 另一部分水煤氣進入有機硫水解槽（ R2020）脫硫，出來的 240℃的水煤氣分成兩部分，一部分去調節變換爐出口變換氣中 CO 含量，使 CO 含量為 19%（干基）左右。另一部分去發電氣加熱器（ E2020），溫度降至 213℃，進入發電氣廢熱鍋爐（ E2020），北京理工大學珠海學院本科生畢業設計 18 產生 MPa(A)低壓蒸汽，出口水煤氣溫度降至 170℃，進入第四水分離器（ V2020），分離出冷凝液 后進入鍋爐給水加熱器Ⅱ（ E2020）加熱鍋爐給水，溫度降至 153℃，再進入第五水分離器（ V2020），分離出冷凝液后進入鍋爐給水加熱器Ⅲ（ E2020）加熱來自熱電站的鍋爐給水，溫度降至 123℃，進入第六水分離器（ V2020），分離出冷凝液后進入脫鹽水加熱器Ⅱ（ E2020），溫度降至 35℃，進入第七水分離器，分離出冷凝液后的煤氣（發電氣）去送至 NHD 脫硫脫碳工段。 來自脫硫系統的發電煤氣，溫度 80℃，壓力 ，進入發電氣加熱器（ E2020），溫度升至 230℃，然后去發電系統發電用。 圖 變換工藝流程 脫硫脫碳工藝 采用聚乙二醇二甲醚法（ NHD 法）。聚乙二醇二甲醚溶劑是一種物理溶劑，稱為Selexol 溶劑，能選擇性地脫除原料其中的二氧化碳和硫化氫。該溶劑本身無毒，對碳鋼等金屬無腐蝕性，并且不起泡，吸收 CO H2S、 COS 等酸性氣體的吸收能力強，價格相對便宜。聚乙二醇二甲醚溶劑的分子式為 CH3O(C2H40)nCH3。該溶劑是 n=2~9 的混合物，分子量 250~280。凝固點 22~ 29℃，閃點 151℃，蒸汽壓（ 25℃） ,密度（ 25℃） ，黏度（ 25℃） 。 來自變換及燃氣熱回收系統的煤氣（ 36℃， (A)，含 H2S %）與燃氣脫硫塔（ T3004）頂部出口的燃氣脫硫氣換熱至 ℃進入燃氣脫硫塔（ T3004）下部，在塔內 NHD 吸收了煤氣中大部分的 H2S 氣體，同時也帶走部分 CO COS、 H2等氣體。除去 H2S 的煤氣稱之為燃氣脫硫氣，與進塔的煤氣在氣體換熱器 E3001A,B 換熱，溫度由 ℃升至 30℃，為滿足燃氣發電對硫含量的要求，燃氣脫硫氣首先進入預脫硫槽北京理工大學珠海學院本科生畢業設計 19 R3001 脫除 H2S 氣體，然后在精脫硫槽預熱器 E3008 中被變換氣加 熱到 80℃，進入精脫硫槽 R3002A,B，精脫硫槽上部裝水解催化劑，下部裝精脫硫劑，精脫硫后的氣體（ H2S+COS20ppm）返回到燃氣熱回收系統。 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 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。 變換氣脫硫塔（ T3001）底排出的約 ℃的 NHD 富液和燃氣脫硫塔（ T3004）底出來的 ℃左右的 NHD 富液一起由富液泵（ P3003A,B）提壓到 (G)經貧富液換熱器 I（ E3002）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， 該氣體與從脫碳閃壓機而來的約 (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），閃蒸壓力為 (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）加壓到 (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，把部分貧液減壓到 (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。出貧富液換熱器 I的 NHD 貧液已降溫到 ℃，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，出塔后經脫硫貧液泵 I增壓到 (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（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。從下塔頂出來的凈化氣（ CO24%(V)、溫度 ℃）直接進入脫碳塔上塔北京理工大學珠海學院本科生畢業設計 20 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、溫度 ℃），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℃，壓力 (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 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。 圖 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，經離心式壓縮機加壓至壓強 ，溫度 （ 40℃）后，與來至合成塔的循環氣進行混合，經離心壓縮機內再次加壓到 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。合成塔出口氣體溫度 （ 255℃），殼程走 ， （ 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，出口溫度為 （ 200℃ ）。合成塔出塔氣溫度約為 255 ℃，含甲醇 %，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。 北京理工大學珠海學院本科生畢業設計 21 圖 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。 北京理工大學珠海學院本科生畢業設計 22 4 物料衡算 合成過程的反應方程 主反應： CO+2H2?CH3OH （式 ） CO2+3H2=CH3OH +H2O (式 ) 副反應： 2CO+4H2?(CH3)2O+H2O （式 ） CO+3H2?CH4+H2O （式 ） 4CO+8H2?C4H9OH+3H2O （式 ） CO2+H2?CO+ H2O （式 ） 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。 表 粗甲醇組分質量百分數 組成 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 含量 /% 每小時各組分產 量： 3C H O H5 5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 . 9 2 9 92 0 1 8 . 0 1 2 k m o l / hn 3 3 0 2 4 3 2?????? ? ?2C H O35 5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 . 0 0 1 9 82 . 9 8 9 k m o l / hn 3 3 0 2 4 4 6???? 94 OHC H5 5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 . 0 0 0 2 8 0 . 2 6 3 k m o l / hn 3 3 0 2 4 7 4?????? 2 OH5 5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 . 0 6 7 8 42 6 1 . 7 2 8 k m o l / hn 3 3 0 2 4 1 8?????? 工業生產中測得低壓時，每生產一噸粗甲醇就會產生 m3 （標況），即 kmol的甲烷。故 CH4每小時產量為： 4CH550000 0 . 3 4 2 3 . 6 1 1 k m o l / hn 3 3 0 2 4? ? ?? 查《甲醇生產技術及進展》，在 ， 40℃ 時各組分在甲醇中的溶解度如下 北京理工大學珠海學院本科生畢業設計 23 表 每噸粗甲醇中合成氣溶解情況 組分 H2 CO CO2 N2 Ar CH4 溶解量（ Nm3/t粗甲醇） 粗甲醇中溶解的氣體量： 2 3H550000 4 . 3 6 4 3 0 3 . 0 5 6 / h 1 3 . 5 2 9 k m o l / hnm3 3 0 2 4? ? ? ?? 3CO 550000 0 . 8 1 5 5 6 . 5 9 7 / h 2 . 5 2 7 k m o l / h3 3 0 2 4? ? ? ?? 2 3CO550000 7 . 7 8 0 5 4 0 . 2 7 8 / h 2 4 . 1 2 0 k m o l / hnm3 3 0 2 4? ? ? ?? 2 3N550000 0 . 3 6 5 2 5 . 3 4 7 / h 1 .