年產1萬噸甲醇工藝設計

中南民族大學畢業(yè)設計學院化學與材料科學學院專業(yè)化學工程與工藝年級09級題目年產1萬噸甲醇工藝設計學生姓名周蓉學號09081239指導教師姓名洪景萍職稱副教授年月日中南民族大學本科畢業(yè)論文（設計）原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名年月日目錄一前言511甲醇的生產發(fā)展歷史512甲醇的性質513甲醇的用途514甲醇的生產方法615甲醇的應用616甲醇生產工藝條件的確定617甲醇市場前景918甲醇生產原料1019原料煤的規(guī)格10二甲醇生產的工藝流程設計1021煤氣化路線的選擇1122凈化工藝方案的選擇1323合成甲醇工藝選擇1424甲醇精餾16三工藝流程1831GSP氣化工藝流程1832凈化裝置工藝流程1933甲醇合成工藝流程2534甲醇精餾工藝流程2635氨吸收制冷流程27四工藝計算2941物料衡算2942能量衡算35五甲醇合成塔的工藝計算及選型41六三廢處理4561甲醇生產對環(huán)境的污染4662處理方法46參考文獻47年產一萬噸甲醇工藝設計摘要甲醇是一種極重要的有機化工原料，也是一種燃料，是碳化學的基礎產品，在國民經濟中占有十分重要的地位。近年來，隨著甲醇下屬產品的開發(fā)，特別是甲醇燃料的推廣應用，甲醇的需求大幅度上升。為了滿足經濟發(fā)展對甲醇的需求，開展了此1萬T/A的甲醇項目。設計的主要內容是進行工藝論證，物料衡算和熱量衡算等。本設計本著符合國情、技術先進和易得、經濟、環(huán)保的原則，采用煤炭為原料；利用GSP氣化工藝造氣；NHD凈化工藝凈化合成氣體；低壓下利用列管均溫合成塔合成甲醇；三塔精餾工藝精制甲醇；此外嚴格控制三廢的排放，充分利用廢熱，降低能耗，保證人員安全與衛(wèi)生。關鍵詞甲醇合成；氣體精餾；工藝流程ABSTRACTMETHANOLISAKINDOFVERYIMPORTANTORGANICCHEMICALRAWMATERIALS,ISALSOAKINDOFFUEL,ISACHEMICALCARBONBASEDPRODUCTS,INTHENATIONALECONOMYOCCUPIESVERYIMPORTANTPOSITIONINRECENTYEARS,WITHTHEDEVELOPMENTOFMETHANOLSUBORDINATEPRODUCTS,ESPECIALLYTHEPOPULARIZATIONANDAPPLICATIONOFTHEMETHANOLFUEL,METHANOLDEMANDINCREASESINORDERTOMEETTHENEEDSOFECONOMICDEVELOPMENT,METHANOL,CARRIEDOUTTHE10000T/AOFMETHANOLPROJECTTHEDESIGNOFTHEMAINCONTENTISPROCESSDEMONSTRATION,ANDTHEMATERIALBALANCECALCULATIONSANDHEATBALANCECALCULATIONS,ETCTHISDESIGNWITHTHESITUATIONOFCHINA,WITHADVANCEDTECHNOLOGYANDAREEASY,ECONOMY,ENVIRONMENTPROTECTIONPRINCIPLE,THECOALFORRAWMATERIALSUSEOFGSPGASIFICATIONPROCESSTHEGASIFICATIONNHDPURIFICATIONPROCESSSYNTHESISGASPURIFICATIONLOWVOLTAGEOFMEANTEMPERATURETUBESYNTHESISTOWERMETHANOLSYNTHESISTHREETOWERDISTILLATIONPROCESSREFINEDMETHANOLINADDITIONTOSTRICTLYCONTROLTHE“THREEWASTES“EMISSIONS,MAKEFULLUSEOFWASTEHEAT,REDUCETHEENERGYCONSUMPTIONANDENSURESAFETYANDHEALTHPERSONNELKEYWORDSMETHANOLSYNTHESIS；GASDISTILLATION；PROCESSFLOW一、前言11甲醇的生產發(fā)展歷史甲醇是醇類中最簡單的一元醇。1661年英國化學家R波義耳首先在木材干餾后的液體產物中發(fā)現(xiàn)甲醇，故甲醇俗稱木精、木醇。在自然界只有某些樹葉或果實中含有少量的游離態(tài)甲醇，絕大多數以酯或醚的形式存在。1857年法國的M貝特洛在實驗室用一氯甲烷在堿性溶液中水解也制得了甲醇。我國的甲醇生產始于1957年，50年代在吉林、蘭州和太原等地建成了以煤或焦炭為原料來生產甲醇的裝置。60年代建成了一批中小型裝置，并在合成氨工業(yè)的基礎上開發(fā)了聯(lián)產法生產甲醇的工藝。70年代四川維尼綸廠引進了一套以乙炔尾氣為原料的95KT/A低壓法裝置，采用英國ICI技術。1995年12月，由化工部第八設計院和上海化工設計院聯(lián)合設計的200KT/A甲醇生產裝置在上海太平洋化工公司順利投產，標志著我國甲醇生產技術向大型化和國產化邁出了新的一步。2000年，杭州林達公司開發(fā)了擁有完全自主知識產權的JW低壓均溫甲醇合成塔技術，打破長期來被ICI、LURGI等國外少數公司所壟斷擁的局面，并在2004年獲得國家技術發(fā)明二等獎。2005年，該技術成功應用于國內首家焦爐氣制甲醇裝置上。12甲醇的性質甲醇俗稱木醇、木精，英文名為METHANOL，分子式CH3OH。是一種無色、透明、易燃、有毒、易揮發(fā)的液體，略帶酒精味；分子量3204，相對密度07914D420，蒸氣相對密度111空氣1，熔點978，沸點647，閃點（開杯）16，自燃點473，折射率2013287，表面張力（25）4505MN/M，蒸氣壓（20）12265KPA，粘度（20）05945MPAS。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮類和大多數其他有機溶劑混溶。蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限60365（體積比）。化學性質較活潑，能發(fā)生氧化、酯化、羰基化等化學反應。13甲醇的用途甲醇是重要有機化工原料和優(yōu)質燃料，廣泛應用于精細化工，塑料，醫(yī)藥，林產品加工等領域。甲醇主要用于生產甲醛，消耗量要占到甲醇總產量的一半，甲醛則是生產各種合成樹脂不可少的原料。用甲醇作甲基化試劑可生產丙烯酸甲酯、對苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醇羰基化可生產醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有機合成中間體，它們是制造各種染料、藥品、農藥、炸藥、香料、噴漆的原料，目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重視。甲醇也是一種重要的有機溶劑，其溶解性能優(yōu)于乙醇，可用于調制油漆。作為一種良好的萃取劑，甲醇在分析化學中可用于一些物質的分離。甲醇還是一種很有前景的清潔能源，甲醇燃料以其安全、廉價、燃燒充分，利用率高、環(huán)保的眾多優(yōu)點，替代汽油已經成為車用燃料的發(fā)展方向之一；另外燃料級甲醇用于供熱和發(fā)電，也可達到環(huán)保要求。甲醇還可經生物發(fā)酵生成甲醇蛋白，富含維生素和蛋白質，具有營養(yǎng)價值高而成本低的優(yōu)點，用作飼料添加劑，有著廣闊的應用前景。14甲醇的生產方法當今甲醇生產技術主要采用中壓法和低壓法兩種工藝，并且以低壓法為主，這兩種方法生產的甲醇約占世界甲醇產量的80以上。高壓法196294MPA是最初生產甲醇的方法，采用鋅鉻催化劑，反應溫度360400，壓力196294MPA。高壓法由于原料和動力消耗大，反應溫度高，生成粗甲醇中有機雜質含量高，而且投資大，其發(fā)展長期以來處于停頓狀態(tài)。低壓法5080MPA是20世紀60年代后期發(fā)展起來的甲醇合成技術，低壓法基于高活性的銅基催化劑，其活性明顯高于鋅鉻催化劑，反應溫度低240270。在較低壓力下可獲得較高的甲醇收率，且選擇性好，減少了副反應，改善了甲醇質量，降低了原料消耗。此外，由于壓力低，動力消耗降低很多，工藝設備制造容易。15甲醇的應用甲醇是最簡單的飽和醇，也是重要的化學工業(yè)基礎原料和清潔液體燃料，它廣泛用于有機合成、醫(yī)藥、農藥、涂料、染料、汽車和國防等工業(yè)中。用于制造甲醛和農藥（殺蟲劑、殺蟲螨）、醫(yī)藥（磺胺類、合霉素類）等的原料、合成對苯二甲酸二甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯的原料之一、醋酸、氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等多種有機產品等，并用作有機物的萃取劑和究竟的變性劑等。基本作用是，用作有機原料、溶劑及防凍劑。主要用于制甲醛、香精、染料、醫(yī)藥、火藥、防凍劑等。是基礎的有機化工原料和優(yōu)質燃料。主要應用于精細化工，塑料等領域，用來制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多種有機產品，也是農藥、醫(yī)藥的重要原料之一，經常作為氣相色譜和液相色譜分析的溶劑。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。16甲醇生產工藝條件的確定甲醇合成反應為放熱、體積縮小的可逆反應，溫度、壓力及氣體組成對反應進行的程度及速度有一定的影響。下面圍繞溫度、壓力、氣體的組成及空間速度對甲醇合成反應的影響來討論工藝條件的選擇。161反應溫度在甲醇合成反應過程中，溫度對于反應混合物的平衡和速率都有很大影響。對于化學反應來說，溫度升高會使分子的運動加快，分子間的有效碰撞增多，并使分子克服化合時的阻力的能力增大，從而增加了分子有效結合的機會，使甲醇合成反應的速度加快；但是，由一氧化碳加氫生成甲醇的反應和由二氧化碳加氫生成甲醇的反應均為可逆的放熱反應，對于可逆的放熱反應來講，溫度升高固然使反應速率常數增大，但平衡常數的數值將會降低。因此，選擇合適的操作溫度對甲醇合成至關重要。所以必須兼顧上述兩個方面，溫度過低達不到催化劑的活性溫度，則反應不能進行。溫度太高不僅增加了副反應，消耗了原料氣，而且反應過快，溫度難以控制，容易使催化劑衰老失活。一般工業(yè)生產中反應溫度取決于催化劑的活性溫度，不同催化劑其反應溫度不同。另外為了延長催化劑壽命，反應初期宜采用較低溫度，使用一段時間后再升溫至適宜溫度。162壓力甲醇合成反應為分子數減少的反應，因此增加壓力有利于反應向甲醇生成方向移動，使反應速度提高，增加裝置生產能力，對甲醇合成反應有利。但壓力的提高對設備的材質、加工制造的要求也會提高，原料氣壓縮功耗也要增加以及由于副產物的增加還會引起產品質量的變差。操作壓力的選用與催化劑的活性有關。早期的高壓法合成甲醇工藝采用的是鋅基催化劑，由于活性差，需要在高溫高壓下操作，其操作壓力為2535MPA，操作溫度350420。至較高的壓力和溫度下，一氧化碳和氫生成甲烷、異丁醇等副產物，這些副反應的反應熱高于甲醇合成反應，使床層溫度提高，副反應加速，如果不及時控制，回造成溫度猛升而損壞催化劑。近年來普遍使用的銅基甲醇合成催化劑，其活性溫度范圍在200300，有較高的活性，對于規(guī)模小于30萬噸/A的工廠，操作壓力一般可降為5MPA左右；對于超大型的甲醇裝置，為了減少設備尺寸，合成系統(tǒng)的操作壓力可以升至10MPA左右。設采用的是低壓法（入塔壓強為514MPA）合成甲醇。所以工廠對壓力的選擇要在技術、經濟等方面綜合考慮。163空速空速的大小意味著氣體與催化劑接觸時間的長短，在數值上，空速與接觸時間互為倒數。一般來說，催化劑活性愈高，對同樣的生產負荷所需的接觸時間就愈短，空速愈大。甲醇合成所選用的空速的大小，既涉及合成反應的醇凈值、合成塔的生產強度、循環(huán)氣量的大小和系統(tǒng)壓力降的大小，又涉及到反應熱的綜合利用。當甲醇合成反應采用較低的空速時，氣體接觸催化劑的時間長，反應接近平衡，反應物的單程轉化率高。由于單位時間通過的氣量小，總的產量仍然是低的。由于反應物的轉化率高，單位甲醇合成所需要的循環(huán)量較少，所以氣體循環(huán)的動力消耗小。當空速增大時，將使出口氣體中醇含量降低，即醇凈值降低，催化劑床層中既定部位的醇含量與平衡醇濃度增大，反應速度也相應增大。由于醇凈值降低的程度比空速增大的倍數要小，從而合成塔的生產強度在增加空速的情況下有所提高，因此可以增大空速以增加產量。但實際生產中也不能太大，否則會帶來一系列的問題（1）提高空速，意味著循環(huán)氣量的增加，整個系統(tǒng)阻力增加，使得壓縮機循環(huán)功耗增加。（2）甲醇合成是放熱反應，依靠反應熱來維持床層溫度。那么若空速增大，單位體積氣體產生的反應熱隨醇凈值的下降而減少。空速過大，催化劑溫度就難以維持，合成塔不能維持自熱則可能在不啟用加熱爐的情況下使床層溫度跨掉。164氣體組成原料氣組成對催化劑活性的影響是比較復雜的問題，現(xiàn)就以下幾種原料氣成分對催化劑活性的影響作一下討論。（1）惰性氣體（CH4、N2、AR）的影響合成系統(tǒng)中惰性氣體含量的高低，影響到合成氣中有效氣體成分的高低。惰性氣體的存在引起CO、CO2、H2分壓的下降。合成系統(tǒng)中惰性氣體含量，取決于進入合成系統(tǒng)中新鮮氣中惰性氣體的多少和從合成系統(tǒng)排放的氣量的多少。排放量過多，增加新鮮氣的消耗量，損失原料氣的有效成分。排放量過少則影響合成反應進行。調節(jié)惰性氣體的含量，可以改變觸媒床層的溫度分布和系統(tǒng)總體壓力。當轉化率過高而使合成塔出口溫度過高時，提高惰氣含量可以解決溫度過高的問題。此外，在給定系統(tǒng)壓力操作下，為了維持一定的產量，必須確定適當的惰氣含量，從而選擇（馳放氣）合適的排放量。（2）CO和H2比例的影響從化學反應方程式來看，合成甲醇時CO與H2的分子比為12，CO2和H2的分子比是13，這時可以得到甲醇最大的平衡濃度。而且在其他條件一定的情況下，可使甲醇合成的瞬間速度最大。但由生產實踐證明，當CO含量高時，溫度不易控制，且會導致羰基鐵聚集在催化劑上，引起催化劑失活，同時由于CO在催化劑的活性中心的吸附速率比H2要快得多，所以要求反應氣體中的氫含量要大于理論量，以提高反應速度。氫氣過量同時還能抑制高級醇、高級烴和還原物質的生成，減少H2S中毒，提高粗甲醇的濃度和純度。同時又因氫的導熱性好，可有利于防止局部過熱和降低整個催化層的溫度。但氫氣過量會降低生產能力，工業(yè)生產中用銅系催化劑進行生產時，一般認為在合成塔入口的V（H2）V（CO）45較為合適。實際生產中我們的氫碳比按照以下關系確定。（H2CO2）/（COCO2）205215（3）CO2的影響CO2對催化劑活性、時空產率的影響比較復雜而且存在極值。完全沒有CO2的合成氣，催化劑活性處于不穩(wěn)定區(qū)，催化劑運轉幾十小時后很快失活。所以CO2是活性中心的保護劑，不能缺少。在CO2濃度4以前，CO2對時空產率的影響成正效應，促進CO合成甲醇，自身也會合成甲醇；但如果CO2含量過高，就會因其強吸附性而占據催化劑的活性中心，因此阻礙反應的進行，會使時空產率下降，同時也降低了CO和H2的濃度，從而降低反應速度，影響反應平衡，而且由于存在大量的CO2，使粗甲醇中的水含量增加，在精餾過程中增加能耗。一般認為CO2在35左右為宜。17甲醇市場前景目前中國甲醇市場非?；鸨状純r格持續(xù)高位，甲醇生產裝置開工率不斷提高，各地甲醇新建項目陸續(xù)開工。出現(xiàn)這種局面的原因，一是甲醇傳統(tǒng)消費領域，如甲醛、醋酸等產品的產量穩(wěn)步提升，對甲醇的需求量逐步增加；二是新的消費領域，如醇醚燃料、甲醇制烯烴等由于發(fā)展前景廣闊，也引發(fā)了國內對甲醇裝置的投資熱。2005年，我國消費甲醇666萬T，進口甲醇136萬T，出口54萬T，凈進口130萬T。同年，國內甲醇產能720萬T，產量536萬T，開工率744。2000年，我國甲醇產能只有348萬T，表觀消費量為3294萬T。從2000年至2005年的5年間，我國甲醇產能年均增長率為156，表觀消費量年均增長率為151。目前，我國甲醇消費主要集中在甲醛、醋酸、醇醚等領域。近年來，煤化工國產化技術裝備相繼取得突破，醇醚燃料、甲醇制烯烴等新興煤化工產業(yè)方興未艾，再加上甲醛、醋酸等傳統(tǒng)下游產業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，我國甲醇需求量不斷提高。由于甲醇羰基法制醋酸生產工藝先進，且技術國產化程度較高，“十一五”期間新建醋酸項目均采用羰基合成法生產工藝。據統(tǒng)計，我國羰基法醋酸擬建項目共有20個，其中于“十一五”期間可以建成投產的有12個，產能累計305萬T/年。其它8個項目由于剛剛開展工作或工作進度緩慢，“十一五”期間能不能形成實際產能還是未知數，這8個項目設計能力260萬T/年。若只考慮12個項目可建成投產，則2010年我國羰基法醋酸生產能力可達到445萬T；若20個項目可以全部建成投產，2010年我國羰基法醋酸產能可達到705萬T。若開工率按85計，屆時羰基法醋酸產量將達到378萬600萬T噸。按生產1噸醋酸需要06T甲醇計算，則需要消耗甲醇227萬360萬T。18甲醇生產原料合成甲醇的工業(yè)生產是以固體（如煤、焦炭）、液體（如原油、重油、輕油）或氣體（如天然氣及其它可燃性氣體）為原料，經造氣、凈化（脫硫）變換，除二氧化碳，配制成一定配比的合成氣。在不同的催化劑存在下，選用不同的工藝條件可單產甲醇（分高、中、低壓法），或與合成氨聯(lián)產甲醇（聯(lián)醇法），將合成后的粗甲醇經預精餾脫除甲醚，再精餾而得成品甲醇。19原料煤規(guī)格（選用銅川煤）原料煤的元素分析為C675；H40；O102；N065；S（可燃）173；S（不可燃）034；CL/（MG/KG）229；F/（MG/KG）104；NA/（MG/KG）2180；K/（MG/KG）292。二、甲醇生產的工藝流程設計圖1煤制甲醇的簡單工藝流程首先是采用GSP氣化工藝將原料煤氣化為合成氣；然后通過變換和NHD脫硫脫碳工藝將合成氣轉化為滿足甲醇合成條件的原料氣；第三步就是甲醇的合成，將原料氣加壓到514MPA，加溫到225后輸入列管式等溫反應器，在XNC98型催化劑的作用下合成甲醇，生成的粗甲醇送入精餾塔精餾，得到精甲醇。然后利用三塔精餾工藝將粗甲醇精制得到精甲醇。21煤氣化技術路線的選擇煤氣化技術按氣化反應器的形式，氣化工藝可分為移動床（固定床）、流化床、氣流床三種211移動床氣化采用一定粒度范圍的碎煤（5MM50MM）為原料，與氣化劑逆流接觸，爐內溫度分布曲線出現(xiàn)最高點，反應殘渣從爐底排出，生成氣中含有可觀量的揮發(fā)氣。典型的氣化爐為魯奇（LURGI）爐。移動床氣化，是目前世界上用于生產合成氣的主要方法之一。在大型煤制甲醇的裝置中，固定床的優(yōu)點是投資低，可是它有很多不足（1）對原料煤的黏結性有一定要求（2）氣化強度低（3）環(huán)境污染負荷大，治較麻理煩。212流化床氣化采用一定粒度分布的細粒煤（10MM）為原料，吹入爐內的氣化劑使煤粒呈連續(xù)隨機運動的流化狀態(tài)，床層中的混合和傳熱都很快。所以氣體組成和溫度均勻，解決了固定床氣化需用煤的限制。生成的煤氣基本不含焦油，但飛灰量很大。發(fā)展較早且比較成熟的是常壓溫克（WINKLER）爐。它的缺點是（1）在常壓或接近于常壓下生產，生產強度低、能耗高、碳轉化率只有8890。（2）對煤的氣化活性要求高，僅適合于氣化褐煤和高煤制合成氣合成氣凈化甲醇合成甲醇精餾活性的煙煤。（3）缺少大型使用經驗；要在大型甲醇裝置中推廣，受一定限制。213氣流床氣化氣流床采用粉煤為原料，反應溫度高，灰分是熔融狀態(tài)。典型代表為GSP,SHELL,TEXACO氣流床氣化工藝。氣流床氣化優(yōu)點很多，它是針對流化床的不足開發(fā)的。氣流床氣化具有以下特點（1）采用25，進入硫回收工段。來自脫硫工段的脫硫氣（溫度1645、壓力355MPAA、CO2、34含COSH2S80PPM）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(huán)散堆填料，氣體中的CO2被溶劑吸收，部分H2S、COS被吸收。從下塔頂出來的凈化氣（CO24V、溫度25）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23V、COS和H2S5PPM、溫度112），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347MPAA，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（CO223，COS和H2S01PPM），送入合成甲醇工段。吸收了少量CO2、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。進脫碳塔下塔上部的NHD貧液溫度為5，在塔內吸收CO2的過程中，由于CO2的溶解熱使溶液溫度升高，出塔底的NHD富液溫度達到141、壓力352MPAA。富液進入水力透平（HT4001A，B）回收靜壓能，壓力降至13MPAA后進入脫碳高壓閃蒸槽（V4003），脫碳高壓閃蒸槽設備為板式塔，部分溶解的CO2和大部分H2在此解吸出來，此氣體即謂脫碳高壓閃蒸氣。高壓閃蒸氣和來自脫硫工段的脫硫高壓閃蒸氣混合后進入閃蒸氣壓縮機（C4001A，B），閃蒸氣升壓至37MPAA、經閃蒸氣水冷器冷卻到40與變換氣混合，經氣體換熱器（E6401A，B）降溫后再去脫硫工段循環(huán)吸收。從脫碳高壓閃蒸槽底部出來的溶液，減壓進入低壓閃蒸槽（V4004），在此塔內NHD實液中溶解的大部分CO2氣體解吸出來，溫度為055，此氣體即謂CO2氣，CO2氣進入脫碳氣體換熱器（E4001B）回收冷量后放空。低壓閃蒸槽（V4005）底部出來的富液自流進入氣提塔（T4002）塔內有五層QH1型扁環(huán)散堆填料，溶液與氣提氮氣在填料層內逆流接觸，此時溶液中溶解的CO2被氣提出來，排至大氣。從氣提塔底出來的貧液經氨冷器（E4003）冷卻到5，由脫碳貧液泵（P4001A，B）提壓至39MPAA進入脫碳塔下塔上部。系統(tǒng)中各排液、導淋回收的NHD溶液，經排液總管送入溶劑系統(tǒng)貯槽內。甲醇合成硫回收燃氣熱回收圖6NHD脫硫脫碳工藝流程T3001脫硫塔T3002濃縮塔T3003再生塔T3004脫硫塔T4001脫碳塔T4002氣提塔V3002分離器V3004閃蒸槽V3005分離器V4002分離器V4003閃蒸槽V4004閃蒸槽E3002換熱器E3003換熱器E3004水冷器E3006水冷器E3007煮沸器E4001A換熱器E4001B換熱器E4002氨冷器E4003氨冷器V4004閃蒸槽R3001水解槽R3002精餾槽33甲醇合成工藝流程來自脫碳裝置的新鮮氣（40，34MPA）與循環(huán)氣一起經甲醇合成氣壓縮機（C7001）壓縮至514MPA后，經過入塔氣預熱器（E7001）加熱到225，進入甲醇合成塔（R7001）內，甲醇合成氣在催化劑作用下發(fā)生如下反應CO2H2CH3OHQCO23H2CH3OHH2OQ甲醇合成塔（R7001）為列管式等溫反應器，管內裝有XNC98型甲醇合成催化劑，管外為沸騰鍋爐水。反應放出大量的熱，通過列管管壁傳給鍋爐水，產生大量中壓蒸汽（39MPA飽和蒸汽），減壓后送至蒸汽管網。副產蒸汽確保了甲醇合成塔內反應趨于恒定，且反應溫度也可通過副產蒸汽的壓力來調節(jié)。甲醇合成塔（R7001）出來的合成氣（255，49MPA），經入塔氣預熱器（E7001），甲醇水冷器（E7002A，B），進入甲醇分離器（V7002），粗甲醇在此被分離。分離出的粗甲醇進入甲醇膨脹槽（V7003），被減壓至04MPA后送至精餾裝置。甲醇分離器（V7002）分離出的混合氣與新鮮氣按一定比例混合后升壓送至甲醇合成塔（R7001）繼續(xù)進行合成反應。從甲醇分離器（V7002）出來的循環(huán)氣在加壓前排放一部分弛放氣，以保持整個循環(huán)回路惰性氣體恒定。弛放氣減壓后去燃氣發(fā)電系統(tǒng)；甲醇膨脹槽（V7003）頂部排出的膨脹氣去燃料氣系統(tǒng)。合格的鍋爐給水來自變換裝置；循環(huán)冷卻水來自界區(qū)外部。汽包（V7001）排污，經排污膨脹槽（V7006）膨脹減壓后就地排放。蒸汽弛放氣新鮮氣圖8合成工藝流程C7001壓縮機R7001合成塔E7001預熱器E7002A,B水冷器V7002分離器V7003膨脹槽34甲醇精餾工藝流程來自甲醇合成裝置的粗甲醇（40，04MPA），通過預塔進料泵（P8002A,B），經粗甲醇預熱器加熱至65，進入預精餾塔（T8001），預塔再沸器（E8004）用04MPA的低壓蒸汽加熱，低沸點的雜質如二甲醚等從塔頂排出，冷卻分離出水后作為燃料；回收的甲醇液通過預塔回流泵（P8003A，B）作為該塔回流液。預精餾塔（T8001）底部粗甲醇液經加壓塔進料泵（P8004A，B）進入加壓精餾塔（T8002），加壓塔再沸器（E8005）以13MPA低壓蒸汽作為熱源，加壓塔塔頂餾出甲醇氣體（06MPA，122）經常壓塔再沸器（E8007A，B）后，甲醇氣被冷凝，精甲醇回到加壓塔回流槽（V8004），一部分精甲醇經加壓塔回流泵（P8005A，B），回到加壓精餾塔（T8002）作為回流液，另一部分經加壓塔甲醇冷卻器（E8006）冷卻后進入精甲醇計量槽（V8007A，B）中。加壓精餾塔（T8002）塔底釜液（06MPA，125）進入常壓精餾塔（T8003），進一步精餾。常壓塔再沸器（E8007A，B）以加壓精餾塔（T8002）塔頂出來的甲醇氣作為熱源。常壓精餾塔（T8003）頂部排出精甲醇氣（013MPA，67），經常壓塔冷凝冷卻器（E8008）冷凝冷卻后一部分回流到常壓精餾塔（T8003），另一部分打到精甲醇計量槽（V8007A，B）內貯存。產品精甲醇由精甲醇泵（P8008A，B）從精甲醇計量槽（V8007A，B）送至甲醇罐區(qū)裝置。為防止粗甲醇中含有的甲酸、二氧化碳腐蝕設備，在預塔進料泵（P8002A，B）后的粗甲醇溶液中配入適量的燒堿溶液，用來調節(jié)粗甲醇溶液的PH值。甲醇精餾系統(tǒng)各塔排出的不凝氣去燃料氣系統(tǒng)。由常壓精餾塔（T8003）底部排出的精餾殘液經廢水冷卻器（E8009）冷卻至40后，由廢水泵（P8007A，B）送到生化處理裝置。由甲醇精餾來的精甲醇貯存到精甲醇貯槽（V9101A，B）中。精甲醇貯槽為兩臺10000M3的固定頂貯罐，貯存量按15天產量計。當甲醇外運時，啟動精甲醇泵（P9101A,B），將甲醇輸送到甲醇裝卸棧臺，通過火車鶴管進入火車槽車，通過汽車鶴管進入汽車槽車。甲醇裝卸棧臺共設有12臺火車鶴管和6臺汽車鶴管，根據精甲醇泵（P9101A,B）的能力，至少有三臺槽車同時裝料。二甲醚圖9精餾工藝流程T8001預精餾塔T8002精餾塔T8003精餾塔E8004再沸器E8005再沸器E8007A，B再沸器E8008冷卻器V8004回流槽V8007A，B計量槽P8003A，B回流泵P8004A，B進料泵P8005A，B回流泵35氨吸收制冷流程由凈化裝置（NHD脫硫脫碳工段）及醋酸裝置來的氣氨（15，022MPAA），進入本裝置，經過冷器（E2503）與出工段的液氨換熱，升到238進入吸收器（R2501AB、R2502AB），被由溶液熱交換器（E2502A，B）來的稀氨水（47）吸收為濃氨水（37）。其吸收反應熱由冷卻水帶出。濃氨水由氨水泵（P2501A、B）加壓，經溶液熱換熱器，與來自精餾塔塔釜稀氨水（140）換熱，升到114，進入精餾塔（T2501A、B）中部進行精餾。蒸出的氣氨經塔頂回流冷凝器，進入氨冷凝器（E2504AD），冷凝為液氨，進入液氨貯槽，然后液氨經過冷器換熱，過冷到169送到用戶。來自NHD脫硫工段的變換氣（182），進入本工段再沸器（E2501A，B）后，再經冷凝液分離器（V2504A，B）后返回到變換甲烷工段，為精餾氨水提供熱源。由精餾塔出來的氨水，經（立式）膜式再沸器，蒸出氣氨及稀氨水混合液，返回到精餾塔。稀氨水由塔底出來進入溶液熱交換器。整個裝置形成氣氨吸收，濃氨水精餾，冷凝液氨的循環(huán)系統(tǒng)，為用戶提供冷量。來自合成、凈化的循環(huán)水裝置的循環(huán)冷卻水，分別進入吸收器，冷凝器，塔頂回流冷卻器，分別移出氨的反應熱和冷凝熱。四、工藝計算41物料衡算411精餾工段工廠設計為年產精甲醇1萬噸，開工時間為每年330天，采用連續(xù)操作，則每小時精甲醇的產量為126噸，即126T/H。精餾工段通過三塔高效精餾工藝，精甲醇的純度可達到999，三塔精餾工藝中甲醇的收率達97。則入預精餾塔的粗甲醇中甲醇量126/097130T/H。由粗甲醇的組成通過計算可得下表表2粗甲醇組成組分百分比產量甲醇93404057KMOL/H即90877M3/H二甲醚042013KMOL/H即291M3/H高級醇（以異丁醇計）026005KMOL/H即112M3/H高級烷烴（以辛烷計）032004KMOL/H即090M3/H水56432KMOL/H即9677M3/H粗甲醇100139T/H注；設計中的體積都為標準狀態(tài)下計算方法粗甲醇130/09340139T/H二甲醚139042584KG/H即013KMOL/H，291M3/H高級醇（以異丁醇計）139026361KG/H即005KMOL/H，112M3/H高級烷烴（以辛烷計）139032445KG/H即004KMOL/H，090M3/H水139567784KG/H即432KMOL/H，9677M3/H412合成工段（1）合成塔中發(fā)生的反應主反應CO2H2CH3OH（1）CO23H2CH3OHH2O（2）副反應2CO4H2（CH3O）2H2O（3）CO3H2CH4H2O（4）4CO8H2C4H9OH3H2O（5）8CO17H2C18H188H2O（6）CO2H2COH2O（7）（2）粗甲醇的合成工業(yè)生產中測得低壓時，每生產一噸粗甲醇就會產生152M3（標態(tài)）的甲烷，即設計中每小時甲烷產量為010KMOL/H，211M3/H。由于甲醇入塔氣中水含量很少，忽略入塔氣帶入的水。由反應（3）、（4）、（5）、（6）得出反應（2）、（7）生成的水分為；43201001300530048362KMOL/H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(fā)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）。則反應（7）中二氧化碳生成了362KMOL/H，即8109M3/H的水和一氧化碳。（3）粗甲醇中的溶解氣體量粗甲醇中氣體溶解量查表5MPA、40時，每一噸粗甲醇中溶解其他組成如下表表3噸粗甲醇中合成氣溶解情況氣體H2COCO2N2ARCH4溶解量（M3/T粗甲醇）436408157780036502431680則粗甲醇中的溶解氣體量為H21394364607M3/H即2710MOL/HCO1390815113M3/H即5045MOL/HCO213977801081M3/H即48259MOL/HN21390365051M3/H即2277MOL/HAR1390243034M3/H即1518MOL/HCH41391680234M3/H即10446MOL/H（4）粗甲醇中甲醇擴散損失40時,液體甲醇中釋放的溶解氣中,每立方米含有3714G的甲醇,假設減壓后液相中除二甲醚外,其他氣體全部釋放出，則甲醇擴散損失G（6071131081051034234）003714079KG/H即2469MOL/H，055M3/H（5）合成反應中各氣體的消耗和生成情況表4弛放氣組成氣體CH3OHH2COCO2N2ARCH4組成0618182916311321082189表5合成反應中消耗原料情況消耗原料氣組分消耗項單位反應（1）M3/HCO82930CO2H2165859N2AR反應（3）M3/H57114反應（4）M3/H212636反應（5）M3/H439878反應（6）M3/H7011488反應（7）M3/H（8183）81838183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表6合成反應中生成物情況生成物組分生成項單位CH4CH3OH（CH3O）2C4H9OHC18H18H2O反應（1）M3/H82930反應（3）M3/H285285反應（4）M3/H212212反應（5）M3/H110329反應（6）M3/H088701反應（7）M3/H8183表7其他情況原料氣消耗消耗原料氣組分消耗項單位COCO2H2N2ARCH4粗甲醇中溶解M3/H1141084608051034234擴散的甲醇M3/H055111弛放氣M3/H916G311G8120G321G082G189G馳放氣中甲醇M3/H061G122G注G為馳放氣的量，M3/H。6）新鮮氣和弛放氣氣量的確定CO的各項消耗總和新鮮氣中CO的量，即82930572124397018183114055061G916G76838977G同理，原料氣中其他各氣體的量該氣體的各項消耗總和，由此可得新鮮氣體中各氣體流量，如下表表8新鮮氣組成組分單位COCO2H2N2ARCH4氣量M3/H76838977G9267311G1789038242G051321G034082G022189G新鮮氣M3/H26511410183G新鮮氣中惰性氣體（N2AR）百分比保持在042，反應過程中惰性氣體的量保持不變，（N2AR）085403G，則26511410183G（085403G）/042解得G28556M3/H，即弛放氣的量為28556M3/H，由G可得到新鮮氣的量294192M3/H由弛放氣的組成可得出下表表9弛放氣組成氣體CH3OHH2COCO2N2ARCH4組成0618182916311321082189氣量M3/H174231872616888917234540表10新鮮氣組成氣體CH4H2COCO2N2AR組成01968812707345033009氣量M3/H5622024397962710155968268（7）循環(huán)氣氣量的確定G1G3G4G5G6G7G8式中G1為出塔氣氣量；G3新鮮氣氣量；G4循環(huán)氣氣量；G5主反應生成氣量；G6副反應生成氣量；G7主反應消耗氣量；G8副反應消耗氣量；G5829300550612855683159M3/HG62852852122121103290887018183818318587M3/HG78293016589055110061285563249476M3/HG85711421263643987770114908183818322430M3/H已知出塔氣中甲醇含量為584，則（G40612855606182930055）/G100584解得G41449737M3/H表11循環(huán)氣組成氣體CH3OHH2COCO2N2ARCH4組成0618182916311321082189氣量M3/H8843117718613279645087451871188827400（8）循環(huán)比，CO及CO2單程轉化率的確定循環(huán)比RG4/G31449737/294192493CO單程轉化率76723348/7962713279603620即362CO2單程轉化率8183/101554508701481即1481（9）入塔氣和出塔氣組成G1G3G4G5G6G7G81574230M3/H70278KMOL/HG2G3G41743930M3/H77854KMOL/HG2為入塔氣氣量表12入塔氣組成氣體CH3OHH2COCO2N2ARCH4組成00679111218317272070160氣M3/H8843137962321242355242475041215627962量KMOL/H395615909483246621215431288表13出塔氣組成氣體組成氣M3/H量KMOL/HH27629120098253615CO8611355256050CO2293461712061N2302475042121CH3OH584920024107CH4179281741258AR07712156543H2O0629708433計算過程入塔氣CO循環(huán)氣中CO新鮮氣中CO即79627132796212423M3/H同理可得其他氣體氣量出塔氣中CO入塔氣中CO反應消耗的CO反應中生成的CO即2124238293057212439701055285560618183135525M3/H同理可得其它氣體量（10）甲醇分離器出口氣體組成的確定分離器出口氣體組分循環(huán)氣氣體組分弛放氣氣體組分則分離器出口氣體中CO氣量循環(huán)氣中CO弛放氣中CO1327962616135412M3/H即6045KMOL/H；同理可算的其他氣體的氣量。表14分離器出口氣體組成氣體CH3OHH2COCO2N2ARCH4組成0618182916311321082189氣M3/H9018120037413541345976474521212327940量KMOL/H403535886045205321185411247413變換凈化工段脫硫脫碳脫硫脫碳水解脫硫變換預變換1水煤氣；2預變換氣；3變換氣；4調節(jié)CO濃度后的變換氣；5水解氣；6發(fā)電水解氣；7調節(jié)變換氣CO濃度的水解氣；8新鮮氣；9燃氣發(fā)電氣圖11變換凈化物料流程4131調節(jié)CO濃度后的變換氣的確定調節(jié)CO濃度后的變換氣在脫硫脫碳過程中，N2AR量基本保持不變，變換氣中N2AR的百分比為039，已知新鮮氣中N2AR的氣量為968268，則可以算得調節(jié)CO濃度后的變換氣為（968268）/041314131M3/H調節(jié)CO濃度后的變換氣的百分比為H24684；CO1974；CO23242N2028；AR013；CH4004；NH3006；H2S048；COS001。通過計算可得調節(jié)CO濃度后的變換氣組成表19調節(jié)CO濃度后的變換氣組成氣體H2COCO2N2AR組成468419743245028013氣量M3/H14713962009101945880408氣體NH3CH4H2SCOS組成006004045001氣量M3/H18912614140314132變換氣和調節(jié)CO濃度的水解氣的確定水解氣體積百分含量為H23539；CO4591；CO21787N2015；AR006；NH3005；CH4006；H2S05；COS001。變換氣體積百分含量為H25258；CO600；CO24006N2035；AR017；NH3007；CH4003；H2S047；COS001。假設變換氣氣量為X，調節(jié)CO濃度的水解氣氣量為Y，XY調節(jié)CO濃度后的變換氣氣量，即XY314131（1）再由CO的守衡可得式6X4591Y62009（2）聯(lián)合（1）（2）可算的X205983M3/H；Y108147M3/H所以變換氣氣量為05983M3/H，調節(jié)CO濃度的水解氣氣量為108147M3/H。表20變換氣組成氣體H2COCO2N2AR組成52856004006035017氣量M3/H1088671235982505717344氣體NH3CH4H2SCOS組成007003047001氣量M3/H1340619670214133水解氣和預變換氣組成的確定在變換爐中CO的轉化率為8588，已知預變換氣中CO的百分率和變換氣中CO的含量，設預變換氣為X，則可得式X072802（18588）12359解得X446254M3/H，即預變換氣氣量為446254M3/H。脫硫過程中AR也不變，30預變換氣中AR44610403011147M3/H，水解氣中AR的百分率為006，所以，水解氣氣量147/006245357M3/H。用來發(fā)電的水解氣氣量水解氣用來調節(jié)CO濃度的水解氣氣量，即發(fā)電水解氣氣量245357108147137210M3/H，已知了水解氣和預變換氣的氣量和兩者的個組分含量，通過計算可得水解氣和預變換氣組成如下兩個表表21水解氣的組成氣體H2COCO2N2AR組成353945911787015006氣量M3/H8683211264343845368147氣體NH3CH4H2SCOS組成00500605001氣量M3/H1231471227025表22預變換氣組成氣體H2COCO2N2AR組成438728022832024011氣量M3/H195971250021263611085491氣體NH3CH4H2SCOS組成006005049001氣量M3/H25720821940454134水煤氣的確定由GSP氣化工藝（原料煤為銅川煤）的氣化指標可以知道水煤氣組成為H23430；CO4543；CO21898；N2018；AR009；NH3024；CH4005；H2S070；COS003。在預變換爐中CO的轉化率為4956，設水煤氣氣量為Y，由水煤氣和預變換氣的組成，可得式；Y4543（14956）125002解得Y545222M3/H，即水煤氣氣量為545222M3/H算的水煤氣組成如下表表23水煤氣組成氣體H2COCO2N2AR組成343045431898018009氣量M3/H187011247804103483981491氣體NH3CH4H2SCOS組成02400507003氣量M3/H13092733817164414氣化工段4141原料煤用量的確定水煤氣中C元素的量（247804103483164273）/22415702KMOL/H。原料煤選用的是銅川煤，煤的元素分析為/C675；H40；S（可燃）173；S（不燃）034；O102；N065；CL/（MG/KG）229；F/（MG/KG）104；NA/（MGKG）2180；K/（MG/KG）292。原料煤中C15702/099515781KMOL/H。原料煤用量（1578112）/0675281T/H每噸精甲醇用煤量281/130216T（原煤）/T（精甲醇）其中21507151T煤用于合成甲醇；065T煤用于發(fā)電。4142氧氣用量的確定GSP氣化工藝碳轉化率為995；原料1000M3（COH2）；原煤（熱值Q24870KJ/KG）6453KG；O2（996）2916M3；O2（996）用量187011247804）/1000）2916126792M342能量衡算421煤發(fā)電量每噸煤發(fā)電1200KWH0651200130101556（KWH）/H422合成工段（1）合成塔的熱平衡計算計算公式全塔熱平衡方程式為Q1QRQ2Q3Q（1）式中Q1入塔氣各氣體組分焓，KJ/H；QR合成反應和副反應的反應熱，KJ/H；Q2出塔氣各氣體組分焓，KJ/H；Q3合成塔熱損失，KJ/H；Q沸騰水吸收熱量，KJ/H。Q1（G1CM1TM1）（2）式中G1入塔氣各組分流量，M3/H；CM1入塔各組分的比熱容，KJ/（M3K）；TM1入塔氣體溫度，K；Q2（G2CM2TM2）（3）式中G2出塔氣各組分流量M3/H；CM2出塔各組分的熱容，KJ/（M3K）；TM2出塔氣體溫度，K；QRQR1QR2QR3QR4QR5QR6QR7（4）式中QR1、QR2、QR3、QR4、QR5、QR6、分別為甲醇、二甲醚、異丁醇、甲烷、辛烷的生成熱，KJ/H；QR7二氧化碳逆變反應的反應熱，KJ/HQRGRH（5）式中GR各組分生成量，KMOL/H；H生成反應的熱量變化，KJ/MOL入塔熱量計算通過計算可以得到514MPA，225時各入塔氣氣體的熱容，根據入塔氣各氣體組分量，算的甲醇合成塔入塔熱量如下表表16甲醇合成塔入塔熱量氣體CH3OHH2COCO2N2ARCH4熱容KJ/（K