年產(chǎn)30萬噸煤制甲醇合成工段工藝的設(shè)計(jì)

1、isone ofthe pra cticalform ofvalalsois to me etthe ne effectivenessofsocialpr4.people respondeTheso-call edvalues referstoteds of other s andthe community.Adhere to pe opl e-oriente d, to stronglya dvocateeverycommunity member,serveothers,be neficialto t he communityofpeople.Togress; change s in bot

2、h urbanand ruralchang e;both hard e nvironme nttostre ngthen andtake anotherlook atthesoft environme ntimproveme nt moments,ways ar edifferent.People-orie ntedfocuson human valomaketheeconomy moredevelopment,imprd tothestarting points,not theslaveofthequestiofanobject , nottocreate arecord ofachi ev

3、ements, howto evaluateperformance,a nd so on.What value s,whatkind ofOutl ook.Ae devel opme nt.Leav e peoplet otalk aboutvaluesareworthless andleave pe opl e to talkabout Outlook isnot wdher e to pe opl e-orientehatthe performance.nd continue enjoying theresultsoftheconstruction.Colorfulinthe tra ns

4、formation ofthepeopleofthe world,communityvitality inthehigher level.Alsowanttoeds,emotionalsee that persons valneedsaue is notonly meet yournd self-actuali zationneeds. Itshould年 產(chǎn) 30萬 噸 煤 制 甲 醇 合 成 工 段 工 藝 計(jì)學(xué)生學(xué)號(hào) : 學(xué) 王二強(qiáng)生姓名 : 應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè)班級(jí): 指導(dǎo)教師 :起止日期:ow,w e are inanewhi stori calstage ofall-round con

5、struction ofawell-offsociety.Inperformduties,and carrie doutworkofprocessi n the,w e to putpe oplea sa guidepri nci ples,a nd ateststandard,effortsfrom masses mosthopedo ofthings doup,from massesmostcareofhot pr oblem grabbed,from massesmostnotsatisfacti on of placem odified up, not makenominal offo

6、rmalism,notdograndsta ndi ng ofcosmetic,to seeking of style, helpmassesshare, i speople benefit.(C) theinvestee people i s not only a n idea,itis a job r equir ement.Philosophythrough to thepe ople -ori ntedthoug ht in thew orkoftheOffice,mustbe cl earwork obje ctives. PartyOffice inthe cityt his ye

7、ar remains:Advanced civilstrife,local brand.T he County(City) Party Committeeoffices andunits dire ctlyunderthe Office to holdhighthe banner of first to excellence,- L_ I_ I . . |_ 一 people-orie nted requireme nts,stre ngthen the constructionand managementofthe Officetowardsthe worka higher l evel.

8、Investee 1. politi cal parti cipati on based on. - I_ . II_ - I - rLconspiracy to a-I dhere to pe opl e-oriente d, willunere ceooge annero rs oexceence,peopeore nere qureme ns,sre nge ne consruconanmanagemenoece owarsew orager eve. nve see. po ca par cpa on ase on conspracy oa ereope op eoreneservic

9、e center,i nitiativeto claim leader shi pofthe decision,the curre ntfocus istofocus onprom oting compre hensive,coor dinate d andsustaina ble developmentwit h moresuggesti ons, do mor e resear ch, summarize dthe typi cal. One i sdraftedt o raisethelevelofyour presentatiaretoin-de pth thi nking;requi

10、rementsw e highlight pla cefeature s, putsuperiora ppr oach policya nd l ocala ctual combi ne d up, put prese ntation ofthemethrust andmasses of by thoughtbywa ntsto combi ned up; requirementsw e seek stostreamli nedclear, wit hsimple oti oflanguagbe around topomotecoordinationDevelopme ntevents,gre

11、at seare aroun topr omotecoor i nation evel opme n even s,great sear chi ngs.The16 se ssi on of theon.Your presentation ist he main Officeof product s,is thebasic carrierstaffservice,is importantt eexpression deep of thought,with short of le ngthh osted rich ofconnotation.Second,theo eparyssce ncuoo

12、oneve opmen ,se newe nracoe cveeaers poeeve opme noconnoaon,etanttomeasure serviceleve ls.The qualityofyourpresentation, mainly depe ndson howmuchwedrafte d adocumesurvey re sultsmor e.Inv estigation ofthe base,t heroa d to success i ssomething, i s ourfort heParty Committees policyof thepartys scie

13、d -I L -devel opment ,is the newCe ntralcolle ctiveleadershitothe devel opme nt ofconnotation,develo pmentessential s,furtherdee penthe essenceofdeve- . L. L Int recogni zed bythe lea dership, how ma ny areliste ningtothe pe deci sion agood ide a,animportant partofa goodstaff.Thisyearople i n favour

14、 ofthe report,how many paid dividends int,to focusar oundindustrialXINGty, and farmers increaselopme ntand innovation,is our part ysruling ideaa leap.Atpresent,estaIII_d I - -1.1-blishingand impl ementi- LJIhepra cticalwork.Impr ovepre ,and and manpower development, asentatingthescientific concept o

15、f developmenthas becomethe partys importantw- I . _ I IItyCommittee,won draftinglevel,re quireme nts we a ccurategrasp led i ntent,General l edcare of workaret oas under stand,Ge nd seeking, majorpr oblem a nd fostera dvantag eindustry,a nd a djustme ntagriculturalstr uct ure,and carrie dneralle dco

16、nsi derofprorkingparty should- oblem化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、化工課程設(shè)計(jì)題目：年產(chǎn) 30萬噸甲醇合成工段工藝的初步設(shè)計(jì)擬設(shè)計(jì)一年產(chǎn)量30萬噸 /年煤制甲醇合成工段設(shè)計(jì)，廠址為陜西省咸陽市，年工作日以330天計(jì)。二、化工課程設(shè)計(jì)要求及原始數(shù)據(jù)(資料) .?原始數(shù)據(jù)(資料)：年產(chǎn) 30 萬噸精甲醇，每年 330 個(gè)工作日，連續(xù)生產(chǎn)精甲醇中甲醇含量99.9 %，粗甲醇組成(wt):甲醇：93.86%二甲醚(CH3) 2O: 0.2%異丁醇C4H9OH: 0.03%水： 5.91%甲醇收率97%新鮮氣中各組分百分比組成：CH4 0.69% H 2 68.85% C

17、O 26.26% CO2 3.78% N 2 0.33% Ar 0.09%化工課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：一、緒論二、甲醇生產(chǎn)流程或方法的確定三、甲醇合成工段物料衡算和熱量衡算四、甲醇合成塔主要工藝設(shè)備的計(jì)算及選型（包括設(shè)備一覽表）五、原材料、動(dòng)力消耗定額及消耗量六、參考文獻(xiàn)七、致謝八、附圖（工藝流程圖和關(guān)鍵設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖）時(shí)間安排：共設(shè)計(jì)四周，前2 周收集資料，進(jìn)行工藝流程的設(shè)計(jì)、物料和熱量衡算，后兩周進(jìn)行設(shè)計(jì)說明書的撰寫、工藝流程圖和設(shè)備圖的繪制。學(xué)生應(yīng)交出的設(shè)計(jì)文件：課程設(shè)計(jì)說明書一本生產(chǎn)工藝流程圖一套主要設(shè)備結(jié)構(gòu)圖一套第一章緒論1. 1 甲醇工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)不斷穩(wěn)定的發(fā)展，不管是能源生

18、產(chǎn)總量還是需求總量都在不斷增長(zhǎng)。70 年代兩次石油危機(jī)和石油價(jià)格的不斷上漲，讓世界各國(guó)充分認(rèn)識(shí)到當(dāng)今社會(huì)將是能源結(jié)構(gòu)逐步向多元化結(jié)構(gòu)發(fā)展的時(shí)代。目前， 人類己經(jīng)面臨著石油及天然氣這一寶貴的化石能源在不斷的枯竭，根據(jù)我國(guó)提出的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，需要合理有效地利用資源?！?缺油、少氣、富煤 的客觀現(xiàn)實(shí)，意味著今后30 年內(nèi)， 我國(guó)一次能源消費(fèi)以煤為主的格局不會(huì)改變。但是我們?nèi)绻€是沿用落后技術(shù)，把煤直接燃燒用于發(fā)電和其它工業(yè)目的，不斷擴(kuò)大低效、 高污染應(yīng)用技術(shù)中煤的用量，則同樣是難以為繼的，同時(shí)對(duì)環(huán)境的污染將是難以估量的。因此，充分利用豐富的煤炭資源，大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)和新一代煤化工技術(shù)是非常

19、必要的，既對(duì)我國(guó)合理利用資源、有效利用能源和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)，又對(duì)保護(hù)國(guó)家能 源安全具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。近年來，我國(guó)甲醇市場(chǎng)非常紅火，甲醇價(jià)格持續(xù)上漲，甲醇生產(chǎn)裝置開工率不斷提高，各地甲醇新建項(xiàng)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(fèi)領(lǐng)域，如甲醛、醋酸等產(chǎn)品的產(chǎn)量穩(wěn)步提升，對(duì)甲醇的需求量逐步增加；二是新的消費(fèi)領(lǐng)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(guó)內(nèi)對(duì)甲醇裝置的投資熱。我國(guó)甲醇生產(chǎn)以煤為主要原料，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不盡合理，裝置規(guī)模偏小，企業(yè)數(shù)目過多，原料路線和工藝技術(shù)五花八門。由于對(duì)醇醚燃料需求的高度期待，我國(guó)甲醇發(fā)展過熱，幾乎 遍地開花 ” 。據(jù)報(bào)導(dǎo)，200

20、0? 2007 年我國(guó)甲醇產(chǎn)能年均增長(zhǎng)率為 24.8%, 2007 年我國(guó)共有甲醇生產(chǎn)企業(yè)177 家，總規(guī)模已突破每年1600 萬噸 , 2010 年總產(chǎn)能達(dá)到每年3000 萬噸。我國(guó)規(guī)劃中的甲醇產(chǎn)能已超過同期世界其他各國(guó)的總產(chǎn)能。煤基甲醇是資源消耗型產(chǎn)品，是低附加值產(chǎn)品，而依靠大量出口來消 化過剩的產(chǎn)能是不合理的。1. 2甲醇的發(fā)展前景甲醇作為最有希望代替汽油的并且將成為二十一世紀(jì)有競(jìng)爭(zhēng)力的可選清潔燃料，具有非常好的發(fā)展前景。所以專家認(rèn)為，必須開拓甲醇作為車用燃料的用途，即發(fā)展甲醇汽車才能使甲醇取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。甲醇汽油是符合我國(guó)國(guó)情的替代能源之一，不僅符合國(guó)家節(jié)能減排政策的要求， 而且因

21、甲醇汽油可部分替代石油，在一定程度上相當(dāng)于擴(kuò)大了我國(guó)石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備。與此同時(shí)，推廣甲醇汽油，一方面可以釋放我國(guó)每年2000 多萬噸的甲醇產(chǎn)能，改變我國(guó)甲醇產(chǎn)能嚴(yán)重過剩的局面，提高甲醇生產(chǎn)企業(yè)的開工率。另一方面，甲醇汽油的生產(chǎn)成本低，甲醇汽油價(jià)格更為優(yōu)惠，更適用于老百姓的需求，更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。我國(guó)現(xiàn)在提出了四個(gè)石油替代路徑： 天然氣替代、電動(dòng)力替代、生物燃料替代和煤基燃料替代，煤基燃料替代包括煤制天然氣、甲醇、二甲醚、合成油等。煤基醇醚燃料更具有大規(guī)模、基地化推廣的現(xiàn)實(shí)性，是最實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的選擇。由于甲醇在我國(guó)己經(jīng)有一定規(guī)模的生產(chǎn)，另外甲醇的投資成本低，無論甲醇汽油生產(chǎn)技術(shù)還是甲醇車輛生產(chǎn)技術(shù)都己經(jīng)非常

22、成熟了。如果甲醇汽油作為車用燃料相比于其他能源具有一定的優(yōu)勢(shì)，甲醇汽油也是一種液體燃料，好多特性和汽油雷同，但比汽油更安全、更節(jié)能、更環(huán)保。此外，甲醇汽油可直接利用現(xiàn)在所有中石油和中石化的輸配系統(tǒng)進(jìn)行快速推廣，推廣渠道會(huì)相對(duì)便捷一些，推廣成本也非常小。1. 3設(shè)計(jì)的目的和意義由于我國(guó)石油資源短缺，能源安全已經(jīng)成為不可回避的現(xiàn)實(shí)問題，尋求替代能源己成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵。甲醇作為石油的補(bǔ)充已成為現(xiàn)實(shí)，發(fā)展甲醇工業(yè)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。煤在世界化石能源儲(chǔ)量中占有很大比重（我國(guó)情況更是如此），而且煤制甲醇的合成技術(shù)很成熟。隨著石油和天然氣價(jià)格的迅速上漲， 煤制甲醇更加具有優(yōu)勢(shì)。本設(shè)計(jì)遵循

23、“ 工藝先進(jìn)、技術(shù)可靠、配置科學(xué)、安全環(huán)保 ” 的原則；結(jié)合甲醇的性質(zhì)特征設(shè)計(jì)一座年產(chǎn)15 萬噸甲醇的生產(chǎn)車間。通過設(shè)計(jì)可以鞏固、深化和擴(kuò)大所學(xué)基本知識(shí)，培養(yǎng)分析解決問題的能力；還可以培養(yǎng)創(chuàng)新精神，樹立良好的學(xué)術(shù)思想和工作作風(fēng)。通過完成設(shè)計(jì)， 可以知道甲醇的用途；基本掌握煤制甲醇的生產(chǎn)工藝；了解國(guó)內(nèi)外甲醇工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀；以及甲醇工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。1.4 設(shè)計(jì)的依據(jù)1.4.1年產(chǎn) 30 萬噸甲醇合成工段工藝初步設(shè)計(jì)任務(wù)書。1.4.2 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料(1) 工藝流程資料參閱某化學(xué)工程公司的甲醇合成廠的工藝流程資料和參考由房鼎業(yè)主編的甲醇工學(xué)。(2) 合成工段的工藝參數(shù)參閱某化學(xué)工程公司的甲醇合成廠的

24、工藝參數(shù)資料。具體數(shù)據(jù)為入塔壓力5.14MPa, 出塔壓力4.9 MPa,副產(chǎn)蒸汽壓力3.9 MPa,入塔溫度225 C,出塔溫度 255。1.5 設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想以設(shè)計(jì)任務(wù)書為基礎(chǔ)，適應(yīng)我國(guó)甲醇工業(yè)發(fā)展的需要。加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際，擴(kuò)大知識(shí)面；培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立工作的能力。整個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹節(jié)省基建投資，充分重視技術(shù)進(jìn)步，降低工程造價(jià)，節(jié)能環(huán)保等思想，設(shè)計(jì)生產(chǎn)高質(zhì)量甲醇產(chǎn)品。1.6 設(shè)計(jì)的范圍、裝置組成及建設(shè)規(guī)模1.6.1 設(shè)計(jì)的范圍(1) 年產(chǎn) 30 萬噸甲醇生產(chǎn)工藝流程的設(shè)計(jì)(2) 物料衡算、熱量衡算(3) 主要生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算與選型(4) 編寫設(shè)計(jì)說明書(5) 繪制設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)重點(diǎn)：工藝流程的設(shè)

25、計(jì)，工藝計(jì)算，合成塔設(shè)計(jì)計(jì)算與選型1.6.2 建設(shè)規(guī)模生產(chǎn)能力：年產(chǎn) 30 萬噸甲醇，年開工日為330 天。第二章工藝選擇2.1合成甲醇工藝的選擇目前甲醇生產(chǎn)技術(shù)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(chǎn)的甲醇約占世界甲醇產(chǎn)量的80%Z上。高壓法：(19.6-29.4Mpa)是最初生產(chǎn)甲醇的方法，采用鋅銘催化劑，反應(yīng)溫度 360-400七, 壓力19.6?29.4Mpa。高壓法由于原料和動(dòng)力消耗大，反應(yīng)溫度高，生成 粗甲醇中有機(jī)雜質(zhì)含量 高，而且投資大，其發(fā)展長(zhǎng)期以來處于停頓狀態(tài)。低壓法：(5.0-8.0 Mpa)是20世紀(jì)60年代后期發(fā)展起來的甲醇合成技術(shù)，低壓法 基于

26、高 活性的銅基催化劑，其活性明顯高于鋅格催化劑，反應(yīng)溫度低(240- 270。C)。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(yīng)，改善了甲醇質(zhì) 量，降低了原料消耗。此外， 由于壓力低，動(dòng)力消耗降低很多，工藝設(shè)備制造容易。中壓法：(9.8-12.0 Mpa)隨著甲醇工業(yè)的大型化，如采用低壓法勢(shì)必導(dǎo)致工藝管 道和設(shè)備 較大，因此在低壓法的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高合成壓力，即發(fā)展成為中壓法。中 壓法仍采用高活性的 銅基催化劑，反應(yīng)溫度與低壓法相同，但由于提高了壓力，相 應(yīng)的動(dòng)力消耗略有增加。甲醇的生產(chǎn)方法還主要有：甲烷直接氧化法、由一氧化碳和氫氣合成甲醇、液化石油氣氧 化法。比較以上三者的優(yōu)缺

27、點(diǎn)，以投資成本，生產(chǎn)成本，產(chǎn)品收率為依據(jù)，選擇低壓法為生產(chǎn)甲醇的工藝，用C5口 H2在加熱壓力下，在催化劑作用下合成甲醇，其主 要反應(yīng)式為：CO+H-C4H9OH 2.2甲醇合成塔的選擇甲醇合成反應(yīng)器實(shí)際是甲醇合成系統(tǒng)中最重要的設(shè)備。從操作結(jié)構(gòu)，材料及維修等方面考慮，甲醇合成反應(yīng)器應(yīng)具有以下要求：(1) 催化劑床層溫度易于控制，調(diào)節(jié)靈活，能有效移走反應(yīng)熱，并能以較高位能回收反應(yīng)熱；(2) 反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)合理，能保證氣體均勻通過催化劑床層，阻力小，氣體處理量大，合成轉(zhuǎn)化率高，催化劑生產(chǎn)強(qiáng)度大；(3) 結(jié)構(gòu)緊湊，盡可能多填裝催化劑，提高高壓空間利用率；高壓容器及內(nèi)件間無滲漏；催化劑裝御方便；制造安

28、裝及維修容易。甲醇合成塔主要由外筒、內(nèi)件和電加熱器三部分組成。內(nèi)件事由催化劑筐和換熱器兩部分組成。根據(jù)內(nèi)件的催化劑筐和換熱器的結(jié)構(gòu)形式不同，甲醇內(nèi)件份為若干類型。按氣體在催化劑床的流向可分為：軸向式、徑向式和軸徑復(fù)合型。按催化劑筐內(nèi)反應(yīng)惹得移出方式可分為冷管型連續(xù)換熱式和冷激型多段換熱式兩大類。按換熱器的形式分為列管式、螺旋板式、波紋板式等多種形式。目前，國(guó)內(nèi)外的大型甲醇合成塔塔型較多，歸納起來可分為五種：(1) 冷激式合成塔這是最早的低壓甲醇合成塔，是用進(jìn)塔冷氣冷激來帶走反應(yīng)熱。該塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 也適于大型化。但碳的轉(zhuǎn)化率低，出塔的甲醇濃度低，循環(huán)量大，能耗高， 又不能 副產(chǎn)蒸汽，現(xiàn)己經(jīng)基本被

29、淘汰。(2) 冷管式合成塔這種合成塔源于氨合成塔，在催化劑內(nèi)設(shè)置足夠換熱面積的冷氣管，用進(jìn)塔冷管來移走反應(yīng)熱。冷管的結(jié)構(gòu)有逆流式、并流式和U 型管式。由于逆流式與合成反應(yīng)的放熱不相適應(yīng)，即床層出口處溫差最大，但這時(shí)反應(yīng)放熱最小，而在床層上部反應(yīng)最快、放熱最多，但溫差卻又最小，為克服這種不足，冷管改為并流或U形冷管。如1984年ICI公司提出的逆流式冷管型及1993年 提出的并流冷管TCC合成塔和國(guó)內(nèi)林達(dá)公司的U形冷管型。這種塔型碳轉(zhuǎn)化率較高但僅能在出 塔氣中副產(chǎn)0.4MPa的低壓蒸汽。日前大型裝置很少使用。(3) 水管式合成塔將床層內(nèi)的傳熱管由管內(nèi)走冷氣改為走沸騰水。這樣可較大地提高傳熱系數(shù)，

30、更好地移走反應(yīng)熱，縮小傳熱面積，多裝催化劑，同時(shí)可副產(chǎn)2.5Mpa4.0MPa的中壓蒸汽，是大型化較理想的 塔型。(4) 固定管板列管合成塔這種合成塔就是一臺(tái)列管換熱器，催化劑在管內(nèi)，管間（殼程） 是沸騰水，將反應(yīng)熱用于副產(chǎn)3.0MPa? 4.0MPa的中壓蒸汽。代表塔型有Lurgi公司的合成塔和三菱 公司套管超級(jí)合成塔， 該塔是在列管內(nèi)再增加一小管，小管內(nèi)走進(jìn)塔的冷氣。進(jìn)一步強(qiáng)化傳熱，即反應(yīng)熱通過列管傳給殼程沸騰水，而同時(shí)又通過列管中心的冷氣管傳給進(jìn)塔的冷氣。這樣就大大提高轉(zhuǎn)化率，降低循環(huán)量和能耗，然而使合成塔的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。固定管板列管合成塔雖然可用于大型化，但受管長(zhǎng)、設(shè)備直徑、管板制造所限

31、。在日產(chǎn)超過2000t 時(shí)，往往需要并聯(lián)兩個(gè)。這種塔型是造價(jià)最高的一種，也是裝卸催化劑較難的一種。隨著合成壓力增高，土苔徑加大，管板的厚度也增加。管板處的催化劑屬于絕熱段; 管板下面還有一段逆?zhèn)鳠岫危簿褪沁M(jìn)塔氣225C ，管 外的沸騰水卻是248 C, 不是將反應(yīng)熱移走而是水給反應(yīng)氣加熱。這種合成塔由于列管需用特種不銹鋼，因而是造價(jià)非常高的一種。(5) 多床內(nèi)換熱式合成塔這種合成塔由大型氨合成塔發(fā)展而來。日前各工程公司的氨合成塔均采用二床（ 四床） 內(nèi)換熱式合成塔。針對(duì)甲醇合成的特點(diǎn)采用四床（或五床）內(nèi)換熱式合成塔。 各床層是絕熱反應(yīng)，在各 床出口將熱量移走。這種塔型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，不需特

32、種合金鋼，轉(zhuǎn)化率高，適合于大型或超大型裝置，但反應(yīng)熱不能全部直接副產(chǎn)中壓蒸汽。典型塔型有Casale 的四床臥式內(nèi)換熱合成塔和中國(guó)成達(dá)公司的四床內(nèi)換熱式合成塔。合成塔的選用原則一般為：反應(yīng)能在接近最佳溫度曲線條件下進(jìn)行，床層阻力小，需要消耗的動(dòng)力低，合成反應(yīng)的反應(yīng)熱利用率高，操作控制方便，技術(shù)易得，裝置投資要底等。綜上所述和借鑒大型甲醇合成企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，（大型裝置不宜選用激冷式和冷管式） ， 設(shè)計(jì)選用固定管板列管合成塔。這種塔內(nèi)甲醇合成反應(yīng)接近最佳溫度操作線, 反應(yīng)熱利用率高，雖然設(shè)備復(fù)雜、投資高，但是由于這種塔在國(guó)內(nèi)外使用較多，具有豐富的管理和維修經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)也較容易得到；外加考慮到設(shè)計(jì)的是年產(chǎn)

33、30 萬噸的 甲醇合成塔（日產(chǎn)量為1300 噸左右） ，塔的塔徑和管板的厚度不會(huì)很大，費(fèi)用也不會(huì)很高，所以本設(shè)計(jì)采用了固定管板列管合成塔。2.3催化劑的選用2.3.1 甲醇合成催化劑經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的研究開發(fā)和工業(yè)實(shí)踐，廣泛使用的合成甲醇催化劑主要有兩大系 列：一種 是以氧化銅為主體的銅基催化劑，一種是以氧化鋅為主體的鋅基催化劑。鋅基催化劑機(jī)械強(qiáng)度好.耐熱性好，對(duì)毒物敏感性小，操作的適宜溫度為350? 400 C,壓力為25? 32MPa（壽命 為2? 3年）；銅基催化劑具有良好的低溫活性，較高的選擇 性，通常用于低、中壓流程。耐 熱性較差，對(duì)硫、氯及其化合物敏感，易中毒。操 作的適宜溫度為220?

34、 270。C,壓力為5? 15MPa（一般壽命為2? 3年）。通過操作條 件的對(duì)比分析，可知使用銅基催化劑可大幅度節(jié)省 投資費(fèi)用和操作費(fèi)用，降低成本。 隨著脫硫技術(shù)的發(fā)展，使用銅基催化劑己成為甲醇合成工業(yè)的主要方向，鋅基催化 劑己于80年代中期淘汰。表2-1國(guó)內(nèi)外常用銅基催化劑特性對(duì)比催化劑型號(hào)CuO組分/% ZnOAkCb操作條件壓力/MPa溫度TC英國(guó) ICI51-36030107.8 ? 11.81907 270德國(guó)LG104513244.92107 240LMK4010-9.82207 270中國(guó)C302系列513245.0 -10.02107 280中國(guó)XCN-98522085.0

35、-10.02007 290從表的對(duì)比可以看出，國(guó)產(chǎn)催化劑的銅含量己提50%Z上。制備工藝合理，使該催化劑的活性、選擇性、使用壽命和機(jī)械強(qiáng)度均達(dá)到國(guó)外同類催化劑的先進(jìn)水平,并且價(jià)格較低。2.3.2 XNC-98R醇合成催化劑簡(jiǎn)介XNC-98型催化劑是四川天一科技股份有限公司研制和開發(fā)的新產(chǎn)品。目前己在國(guó) 內(nèi)20多套大、中、小型工業(yè)甲醇裝置上使用，運(yùn)行情況良好。它是一種高活性、高選擇性的新催化劑。用于低溫、低壓下由碳氧化物與氫合成甲醇，具有低溫活性高、熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。常用操作溫度200? 290 C ,操作壓力5.0? 10.0 MPa。催化劑 主要物化性質(zhì)：催化劑由銅、鋅和鋁等含氧化合物組成。

36、外 觀：有色金屬光澤的圓柱體 堆積密度：1.3 ? 1.5kg/L外型尺寸：5x（4.5A5）mm徑向抗壓強(qiáng)度：200N/cm催化劑活性和壽命:在該催化劑質(zhì)量檢驗(yàn)規(guī)定的活性檢測(cè)條件下，其活性為:230 C時(shí)：催化劑的時(shí)空收率人1.20 kg/(L.h)通過對(duì)比，并結(jié)合悻2-2XNC-98瞿反CN-嵋18靳瞬觸咻以下性能優(yōu)點(diǎn)：(1)易還原。(2)低溫活性好，日產(chǎn)量高。75須荷下的甲醇產(chǎn)量(4.17t/h )接近裝置滿負(fù)荷設(shè)計(jì)催化劑型 號(hào)合成塔進(jìn) 末期口溫 度初加入量 /(kg.li-1)甲烷單耗 /(tf 1)甲純收 率%甲純產(chǎn)率/甲純產(chǎn)量1(Uf)C210 2246700.482100.459

37、0.72XCN-98200 2309000.432290.4998.93250 C時(shí)：催化劑的時(shí)空收率21.55 kg/(L.h)在正常情況下，使用壽命為2年以上。(3)適用溫區(qū)寬，使用壽命長(zhǎng)。合成塔進(jìn)口溫度可調(diào)溫 C型催化劑為14。C,而XCN-98型則為 3(TCO隨著可調(diào)溫區(qū)的增加，催化劑的使用壽命也相應(yīng)延長(zhǎng)。(4)選擇性好。75須荷下合成系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)結(jié)蠟，粗甲醇質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。(5)可適用于含高濃度CO的合成氣。50須荷下，C型催化劑CO加入量最高 不超過670kg/h , 而XCN_98催化劑則最高可達(dá)900kg/ho75 荷時(shí),使用XCN-98型催化劑，當(dāng)入塔氣中CO組分 體積分?jǐn)?shù)

38、高達(dá)5%寸，生產(chǎn)運(yùn)行情況仍良好，收率 和物耗都較低，催化劑仍能保持較高的活性，產(chǎn) 品質(zhì)量符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。綜上所述，催化劑的活性、選擇性和使用壽命等主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均優(yōu)于進(jìn)口催化劑及國(guó)產(chǎn)C型催化劑，所以本設(shè)計(jì)選用四川天一科技股份有限公司研制的XNC-98型催化劑。2.3.3 合成工序工藝操作條件的確定與論證操作溫度甲醇合成催化床層的操作溫度主要是由催化劑的活性溫度區(qū)決定的。操作溫度的控制同樣是一個(gè)操作費(fèi)用的控制問題，在設(shè)計(jì)中，需要延長(zhǎng)催化劑的使用壽命，防止催化劑的迅速老化和活性衰減速度加快。一般而言，在催化劑的使用初期，反應(yīng)溫度維持較底的數(shù)值，隨著使用時(shí)間的增加，逐步提高反應(yīng)溫度。例如副產(chǎn)蒸

39、汽 型等溫甲醇合成塔采用國(guó)產(chǎn)銅系催化劑，使用前期，可控制床層零點(diǎn)溫度230? 240 C, 熱點(diǎn)溫度260C 左右； 后期， 可控制床層零點(diǎn)溫度260? 270C ,熱點(diǎn)溫度290C 。 設(shè)計(jì)采用的甲醇合成塔為列管式等溫反應(yīng)器，管間走的是沸騰水，可以副產(chǎn)蒸汽，床層內(nèi)溫差很小，接近最佳溫度操作曲線。設(shè)計(jì)中采用的甲醇合成催化劑為國(guó)產(chǎn)的銅系XCN-98,由它的性質(zhì)可知：適合使用的溫度范圍為200? 290 C。(2) 操作壓力壓力是甲醇合成反應(yīng)過程的重要工藝條件之一。甲醇合成反應(yīng)時(shí)分子數(shù)變少，因此增加壓力對(duì)反應(yīng)有利，由于壓力高，組分的分壓提高，因而催化劑的生產(chǎn)強(qiáng)度也提高。操作壓力的選用與催化劑的活性

40、有關(guān)。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25? 35Mpa, 操作溫度350? 420C 。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(chǎn)物，這些副反應(yīng)的反應(yīng)熱高于甲醇合成反應(yīng)，使床層溫度提高，副反應(yīng)加速，如果不及時(shí)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200? 300 C, 有較高的活性，對(duì)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(duì)于超大型的甲醇裝置，為了減少設(shè)備 尺寸，合成系統(tǒng)的操作壓力 可以升至IOMpa左右。設(shè)采用的是低壓法(入塔壓強(qiáng)為

41、5.14MPa)合成甲醇。(3) 氣體組成：對(duì)于甲醇合成原料氣，即合成工序的新鮮氣，應(yīng)維持 f (H2-CO2) /(C0+C02)=2.10 ? 2.15 ，并保持一定的C&由于新鮮氣中(H2-CQ) /(COCQ)略大于2,而反應(yīng)過程中氫與一氧化碳、二氧 化碳的化學(xué)計(jì)量比分別為2:1和3:1,因此循環(huán)氣中(H2-CQ)/(C(HCO 2)遠(yuǎn)大于2。合成塔中氫氣過 量，對(duì)減少副反應(yīng)是有利的。甲醇合成過程中，需要一定的二氧化碳存在以保持催化劑的高活性。二氧化碳的存在可以降低反應(yīng)系統(tǒng)的熱效應(yīng)，這對(duì)維持床層溫度也是有利的。但是過高的二氧化碳含量會(huì)降低合成系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，粗甲醇含水增加，增加精餾系統(tǒng)

42、的負(fù)荷和能耗。所以二氧化碳的含量應(yīng)該盡可能低一些，一般不超過5%。(4) 空速：空速不僅是一個(gè)和合成回路氣體循環(huán)量相關(guān)聯(lián)的工藝控制參數(shù)，也是一個(gè)影響綜合經(jīng)濟(jì)效益的變量。甲醇合成過程中，首先甲醇合成塔內(nèi)的氣體空速必須滿足催化劑的使用要求，國(guó)產(chǎn)銅基催化劑，一般要求氣體空速在8000? ZOOOOh之間?？账龠^低，結(jié)炭等副反應(yīng)加劇，空速過高， 系統(tǒng)阻力加大或合成系統(tǒng)投資加大，能耗 增加，催化劑的更換周期縮短?？账俚倪x擇需要根據(jù)每 一種催化劑的特性，在一個(gè)相對(duì)較小的范圍內(nèi)變化。XCN-98的空速要求為6000? -1,本設(shè)計(jì)空速 定為112000 h-第三章工藝流程來自脫碳裝置的新鮮氣(40 C, 3

43、.4MPa)與循環(huán)氣一起經(jīng)甲醇合成氣壓縮機(jī)(C7001)壓縮至 5.14MPa后，經(jīng)過入塔氣預(yù)熱器(E7001)加熱到225 C,進(jìn)入甲 醇合成塔(R7001)內(nèi)，甲醇合成 氣在催化劑作用下發(fā)生如下反應(yīng)：CO+ 2H =CH3OH+ Q CO + 3H 2 = CH3OH + H2O + Q 甲醇合成塔(R7001)為列管式等溫 反應(yīng)器，管內(nèi)裝有XNC-98型甲醇合成催化劑，管外為沸騰鍋爐水。反應(yīng)放出大量的熱，通過列管管壁傳給鍋爐水，產(chǎn)生大量中壓蒸汽(3.9MPa飽和蒸汽)，減 壓后送至蒸汽管網(wǎng)。昌滬蒸汽確保了甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)趨于恒定， 且反應(yīng)溫度也可通過副產(chǎn)蒸汽 的壓力來調(diào)節(jié)。R7001 E

44、7002A.B P8002 V7003圖3-1甲醇工藝流程甲醇合成塔(R7001)出來的合成氣(255 C, 4.9MPa),經(jīng)入塔氣預(yù)熱器(E7001),甲醇水冷器(E7002A, B),進(jìn)入甲醇分離器(V7002),粗甲醇在此被分離。分 離出的粗甲醇進(jìn)入甲醇膨脹槽（V7003）,被減壓至0.4MPa后送至精福裝置。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(jìn)行合成反應(yīng)。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(gè)循環(huán)回路惰性 氣體恒定。弛放氣減壓后去燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)；甲醇膨脹槽（V7003）頂部排出的膨脹

45、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(jīng)排污膨脹 槽（V7006）膨脹減壓后就地排放。第四章工藝計(jì)算4.1 合成工段物料衡算4.1.1 設(shè)計(jì)條件及參數(shù)已知：年產(chǎn)30萬噸精甲醇，每年以（330）個(gè)工作日計(jì)。表4-1各物質(zhì)的摩爾質(zhì)量組分COCG代CH4N 2 CH 30H(CH) 2OC 4HOHHO摩爾質(zhì)量28442162832467418精甲醇中甲醇含量：99.9%表4-2粗甲醇組成組分甲醇二甲醛重組分水百分含S93.86%0.20%0.03%5.91%430x10時(shí)產(chǎn)精甲醇：時(shí)產(chǎn)小二37.88vh330X2437.88x99.9%粗甲醇：

46、=40.32t/h93.86%合成甲醇的化學(xué)反何反:應(yīng)CO+2H=CHOH4.1.2合成工段物料衡（I ）根據(jù)粗甲 的生成量為：副反應(yīng) 2CO+4H= (CH3) 2CHHOCO+3H 2 =CH4aH2O 4CO+8H= C4H90H+3H0CO 2+H = CO+K2O式（I）式（2）式（3 ）式（4）式（5 ）醇組分，算得各組分甲醇=37919.44kg/h 即 1184.98kmol/h26543.55m 3/h二甲 H=40.32x0.0020x1000=80.8kg/h即 1.76kmol/h 39.424m3/h異丁醇=40.23x0.0003x1000=12.12 kg/h 即

47、 0.164kmol/h 3.67m3/h水=40.23x 0.0591x1000=2387.64kg/h 即 66.192kmol/h 12971.36m3/h工業(yè)生產(chǎn)中，測(cè)得低壓時(shí)每生產(chǎn)一噸粗甲醇生成甲烷1.52Nm3,故每小時(shí)生成 量為：40.23x1.52=61.29 m 3,即 2.74kmol/h, 43.78kg/h。忽略原料氣帶入份，根據(jù)反應(yīng) （2 ）、（ 3 ） 、（4）得反應(yīng)（5 ）生成的水 的量為：132.65-0.164x3-1.76-2.74=127.67kmol/h，即在 CO 逆變換中生成的H2O 為 127.06kmol/h ,即2859.8m3/h 。氣體Hb

48、COCONbArCHnm/t4.3640.8157.7800.3650.2431.680溶解量nm/h58.7010.96104.604.913.2722.60(粗甲醇)kmol/h2.620.494.670.220.151.01表4-3 1噸粗甲醇中合成氣溶解情況表5Mpa 40 C時(shí)，每一噸粗甲醇中溶解其他組成如下表:粗甲醇中氣體溶解量據(jù)測(cè)定：40。C時(shí)，液體甲醇中釋放的CO CO、H2等混合氣中，每立方米含有37.14g的甲醇, 假設(shè)減壓后液相中除二甲醛外，其他氣體全部釋放出，則甲醇擴(kuò)散損失為：(58.70+10.96+104.64+4.91+3.27+22.60) X (37.14/1

49、000 ) =7.62 kg/h 即 0.238kmol/h,5.33m3/h(2 )合成反應(yīng)中氣體的消耗和生成情況表4-4合成反應(yīng)中消耗原料情況表消耗單消耗物料量合計(jì)消耗方式位COH2CC2NL等反應(yīng)kmol/h1184.982369.96m/h26543.6553081.179630.65反應(yīng)kmol/h3.527.04rm/h78.848157.696236.544反應(yīng)kmol/h2.748.22rm/h61.376184.128245.504反應(yīng)kmol/h0.6561.312rm/h14.6929.3944.08反應(yīng)kmol/h(127.67)127.67127.67rm/h(285

50、9.8)2859.82859.88579.4氣體溶解rm/h10.9658.70104.6430.78205.08合計(jì)rm/h29659.2256376.812964.4430.7888941.25消耗組成% (V)33.2563.393.330.03100注：括號(hào)內(nèi)的為生成量；反應(yīng)項(xiàng)不包括擴(kuò)散甲醇和弛放氣中甲醇消耗的原料氣體CHCH代CO表4-6馳放氣組成表CON2ArCH組成0.61%81.20%9.16%3.11%3.21%0.82%1.89%表4-5合成反應(yīng)中生成物料情況表生成方式舉CHOH生成物料量CHOH(CH 3)2OH 2O生成令計(jì)位CH反應(yīng)kmol/h1184.98ri3/h

51、26543.5526543.55反應(yīng)kmol/h1.761.76rm/h39.42439.42478.848反應(yīng)kmol/h2.742.74rm/h61.2961.29122.58反應(yīng)kmol/h0.1640.492rm/h3.673611.020814.69反應(yīng)kmol/h127.67rm/h2859.82859.8擴(kuò)散損失rm/h(5.33)合計(jì)rm/h26543.553.673639.4242971.5329619.47Kg/h37919.3612.13680.962387.8440444.056生成組成% (kg)出塔93.860.030.205.91100(3 )新鮮氣和弛放氣氣量的

52、確定CO的各項(xiàng)消耗總和二新鮮氣中CO的量，即：29569.22+0.16%G+9.16%G=29569.22+9.77%G同理原料氣中其他各氣體的量二該氣體的各項(xiàng)消耗總和，由此可得新鮮氣體中 各氣體流量，如下表:表4-7新鮮氣組成表組分氣量（m/h）新鮮氣（m/h）CO29569.239.%GCO2964.44+3.11%GH256376.81+82.42%G88941.25+1.0183GN24.91+3.21%GAr3.27+0.82%GCH22.6+1.89%G新鮮氣中惰性氣體（N+Ar）百分比保持在0.42 %反應(yīng)過程中惰性氣體的量 保持不變,(N2+Ar) = 8.18+4.03%G 則88941.25+1.0183G=(8.18+4.03%G) /0.42%解得G=10137.1im/h,即弛放氣的量為10137.11m3/h,由G可得到新魚單氣的量99263.873m/h。由弛放氣的組成可得出下表:氣體CHOHH2 4-8馳CO也計(jì)成N2ArCH4組成0.61%81.20%9.