煤制甲醇氣化工藝設計及計算畢業設計論文-資料下載頁

【導讀】畢業設計說明書。專業：。班級：。姓名：。年月日。第1頁。目錄

　　

【正文】 第 21 頁 合成甲 醇對合成氣的要求 合成氣中的碳氫比 氫與一氧化碳合成甲醇的化學當量比為 2，氫與二氧化碳合成甲醇的化學當量比為3，當 合成氣中一氧化碳和二氧化碳同時存在時，合成氣中氫碳比應滿足以下表達式： n=(H2CO)/(CO +CO2)的值介于 ～ 以煤為原料制備的粗原料氣中氫碳比太低，需要變換工序使過量的一氧化碳變換為氫氣和二氧化碳，再將二氧化碳除去。 生產中合成氣一般 n 值控制在 ～ 范圍內。甲醇合成循環氣體的氫氣含量就高得多。例如 Lurgi 流程甲醇合成塔入口氣體含 %。過量的氫氣能抑制羰基鐵及高碳醇的生產，并能延長催化劑使用壽命。 合成氣中惰性氣體含量 合成甲醇的合成氣中除了主要成分 CO、 CO H2 之外，還含對甲醇合成反應起減緩作用的惰性組分（ CH N Ar）。惰性組分不參與合成反應，而且會使循環壓縮機功率消耗增加。在生產操作中必須排出部分惰性氣體。在生產操作初期，催化劑活性較高，循環氣中惰性氣體含量可控制在 20%～ 30%左右；在生產操作后期，催化劑活性降低，循環氣中惰性氣體含量一般控制在 15%～ 25%左右。 甲醇合成氣的凈化 目前甲醇合 成普遍使用銅基催化劑，該催化劑對硫化物（硫化氫和有機硫）、氯化物、羰基化合物、重金屬、堿金屬及砷、磷等毒物非常敏感。 甲醇生產用工藝蒸汽的鍋爐給水應嚴格處理，脫出氯化物。濕法原料氣凈化所用的溶液應嚴格控制不得進入甲醇合成塔，以避免砷、磷、堿金屬等毒物，應避免鐵銹等。原料合成氣要求硫含量 106以下。 合成甲醇催化劑 合成甲醇催化劑的作用 催化劑的作用是使一氧化碳加氫反應向生成甲醇方向進行，并盡可能地減少和抑制副反應物的生成，而催化劑本身不發生化學變化。 第 22 頁 選用的催化劑有兩種類型：一 種以氧化鋅為主體的鋅基催化劑；一種以氧化銅為主體的銅基催化劑。鋅基催化劑機械強度高，耐熱性能好，適宜操作的溫度為 330～ 400℃ ，操作壓力為 25～ 32 MPa，使用壽命長，一般為 2～ 3 年，適用于高壓法合成甲醇。銅基催化劑活性高，低溫性能良好，適宜的操作溫度為 230～ 310℃ ，操作壓力為 5～ 15 MPa，對硫和氯的化合物敏感，易中毒，壽命一般為 1～ 2 年，適用于低壓法合成甲醇。 銅基催化劑 本設計采用的是魯奇（ Lurgi）低中壓發合成甲醇工藝，因此催化劑選用銅基催化劑。 銅基催化劑主要的特點是活性溫 度低，對生成甲醇的平衡有利，選擇性也好，可以在較低的壓力下操作。銅基催化劑和鋅基催化劑相比，在得到同樣的出口甲醇濃度時，銅基催化劑所需的壓力低得多，而在同樣的壓力下，使用銅基催化劑所得的出口甲醇濃度要高得多。 魯奇（ Lurgi）低中壓發合成甲醇工藝流程 合成氣經冷卻后，送入離心式透平壓縮機，壓縮至 5～ 10MPa 壓力后，與循環氣體以 1﹕ 5 的比例混合。混合氣經廢熱鍋爐預熱，升溫至 220℃ 左右，進入管殼式合成反應器，在銅基催化劑存在下，反應生成甲醇。催化劑裝在管內，反應熱傳熱給管程的水，產生蒸汽進入汽包。 除反應器的氣體溫度約 250℃ 含甲醇 7%左右，經換熱冷卻至 85℃ ，再用空氣和水分別冷卻，分離出粗甲醇，未凝氣體經壓縮返回合成反應器。冷凝的粗甲醇送入閃蒸罐，閃蒸后送至精餾塔精制。 魯奇（ Lurgi）管殼型甲醇合成塔 魯奇（ Lurgi）管殼型甲醇合成塔是一種管束型副產蒸汽合成塔。操作壓力為 5MPa，溫度為 250℃ 。魯奇（ Lurgi）管殼型甲醇合成塔既是反應器又是廢熱鍋爐。 合成塔內部類似于一般的列管式換熱器，列管內裝催化劑，管外為沸騰水。甲醇合成反應放出的熱很快被沸騰水移走。合成塔殼程的鍋爐給水是自然循 環的，這樣通過控制沸騰水上的蒸汽壓力，可以保持恒定的反應溫度，變化 相當于 ℃ 。 、225℃ 的出塔氣體與進塔氣換熱后冷卻到 40℃ ，在 MPa 壓力下進入甲醇分離器，分離出來的氣體大部分回到循環機入口，少部分排放送輔助鍋爐作燃料，液體粗甲醇則送精餾工段。 魯奇（ Lurgi）低中壓發合成甲醇工藝的主要特點是采用管束式合成塔。這種合成塔溫度幾乎是恒定的，溫度恒定的好處一是有效的抑制了副反應；二是催化劑壽命長，由 第 23 頁 于溫度比較恒定，因此當操作條件發生變化時（如循環機故障等），催化劑也沒有 超溫危險，仍可安全運轉。 利用反應熱產生的中壓蒸汽（ ～ 5MPa），經過熱后可帶動透平壓縮機（即甲醇合成氣壓縮機及循環氣壓縮機），壓縮機用過的低壓蒸汽又送至甲醇精餾部分使用，因此整個系統熱的利用很好。但是魯奇（ Lurgi）管殼型甲醇合成塔的結構較為復雜，裝卸催化劑不太方便。這是它的不足之處。 表 51 合成氣主要組分表（ kmol/1000kg 水煤漿） 物質 CO H2 CO2 CH4 N2 物質的量 甲醇合成熱力學 工業上合成甲醇有 高壓合成流程與低壓合成流程，根據本設計需要采用低中壓合成，操作壓力控制在 5~15MPa，操作溫度 235~285℃ ，使用銅系催化劑。由于合成氣混合物為非理想溶液，采用 SHBWR 狀態方程計算加壓下甲醇合成的反應熱和平衡常數。 SHBWR 狀態方程 SHBWR 狀態方程將壓力 P 表示成絕對溫度 T 和密度 ? 函數即（ 51） 220 0 00 2 3 433 6 2 ( )2()( ) ( ) ( 1 )C D Ep R T B R T AT T Td d c eb R T a A eT T T????? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? 求算 p ， ? ， T 之間的關系時，先需確定狀態方程中的 11 個參數值， —— 00, , , , , , , , , , .n n nA B C D E a b c d ?? 純組分參數計算，將純組分 i 的 11 個參數表示成該組分偏心因子 i? 臨界溫度 ciT 和臨界密度 ci? 11ci oi iB A B???? (52) 第 24 頁 22ci ni iniA ABRT? ??? (52) 01 333ci iciC ABRT? ??? (53) 2 44i i iC A B? ? ??? (74) 2 55i i iC b A B???? (55) 266ii iciC ABRT?? ??? (56) 2883ci i iciC ABRT? ??? (57) 994ci ci iciD ABRT? ??? (58) 21 0 1 02ci i icid ABRT? ??? (59) ( 3 .8 )0 1 1 1 15 ici i iciE A B eRT ?? ? ??? (510) 11ci oi iB A B???? (511) 22ci ni iniA ABRT? ??? (512) 01 333ci iciC ABRT? ??? (513) 2 44i i iC A B? ? ??? (514) 2 55i i iC b A B???? (515) 第 25 頁 266ii iciC ABRT?? ??? (516) 2883ci i iciC ABRT? ??? (517) 994ci ci iciD ABRT? ??? (518) 21 0 1 02ci i icid ABRT? ??? (519) ( 3 .8 )0 1 1 1 15 ici i iciE A B eRT ?? ? ??? (520) 式中 Aj、 Bj——通用常數 。 i = 3…… 11 Aj、 Bj是由正烷烴（從甲烷到正辛烷）的 P –VT 試驗值 ,焓和蒸汽壓數據關聯其數表如下： 表 52 關聯數表 j Aj Bj j Aj Bj 1 7 2 8 3 9 4 10 5 11 6 由 Aj、 Bj值，以及純組分的臨界溫度臨界密度，和偏心因子，就可以求得任何組分的 11 個參數，代入（ 71）式能求算任何純組分的 PT??? 關系 混合物的參數計算 對于混合物式（ 51）中 各參數按以下混合規則 ,由純組分的相應參數混合物的組成 iy及各 對組分的交互作用系數 ijK 計算。 第 26 頁 11nn i oiB yB??? (521) 112211 (1 )nnn i j o i o j ijijA y y A A K?????? (522) 1 2 1 3211 (1 )nno i j o i o j ijijC y y C C K?????? (523) 2121niji yy? ???? ????? (524) 3121niiib yb????????? (525) 3131niija y a???? ????? (526) 3121niii y?????? ????? (527) 3121niiic yC???? ????? (528) 11 42211 (1 )nni j o i o j ijijD y y D D K?????? (529) 2121niiid y d????????? (530) （ 721）式至（ 732）式中： n——組分總數 i=1,2,3……n。j=1,2,3……n。 A1。 A11 。 B1。 B11——混合物的 11 個狀態方程參數 Ao1。 Ao11 。 Bo1。 Bo11——純組分的 11 個狀態方程參數 yi ——i 組分的摩爾分率 第 27 頁 Kij——交互作用系數。 按（ 72）式至（ 720）計算獲得 Ao,Bo 等混合物的 11 個參數。帶入 (72)即可求得混合物 PT??? 關系： 表 53 臨界參數表 組分 分子量 Tci iK ci? Kmol/m3 i? CH3OH H2 0 CO N2 CH4 CO2 H2O 547 表 54 組分 H2 臨界參數表 表 51~54 用 SHBWR 方程的計算值與實驗值比較，見上表 H2, CO ,N2, CO2, 各純組分的