年产20万吨煤制甲醇合成工艺初步设计 煤化工毕业设计

年产20万吨煤制甲醇合成工艺初步设计煤化工毕业设

计

毕业设计题目年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计

学号

姓名

年级 09煤化工

学院

系别煤化工系

专业煤化工

指导教师

完成日期 2012年5月14日

摘要甲醇是一种极重要的有机化工原料也是一种燃料是碳一化学的基础产品在国民经济中占有十分重要的地位近年来随着甲醇下属产品的开发特别是甲醇燃料的推广应用甲醇的需求大幅度上升为了满足经济发展对甲醇的需求开展了此20万ta的甲醇项目设计的主要内容是进行工艺论证物料衡算和热量衡算等本设计本着符合国情技术先进和易得经济环保的原则采用煤炭为原料利用GSP气化工艺造气NHD净化工艺净化合成气体低压下利用列管均温合成塔合成甲醇三塔精馏工艺精制甲醇此外严格控制三废的排放充分利用废热降低能耗保证人员安全与卫生关键词甲醇合成目录

1总论 4

11甲醇性质 4

12甲醇用途 4

13醇生产原料 4

2甲醇的合成 5

21甲醇合成的基本原理 5

211甲醇合成反应步骤 5

212合成甲醇的化学反应 5

213甲醇合成反应的化学平衡 6

3甲醇合成的催化剂 6

31工业用甲醇合成催化剂 7

4甲醇合成的工艺条件 9

41反应温度 9

42压力 10

43 空速 10

44气体组成 11

5甲醇合成的工艺流程 12

51甲醇合成的方法 12

52甲醇合成塔的选择 15

53甲醇合成的工艺流程 18

6主要设备的工艺计算及选型 19

61甲醇合成塔的设计 19

62水冷器的工艺设计 22

63循环压缩机的选型 25

7设计结果评价 26

8参考文献 27

致谢 27

附工程图纸

1甲醇合成塔简图

2甲醇合成工艺流程图 1总论

11甲醇性质

甲醇俗称木醇木精英文名为methanol分子式CH3OH是一种无色透明易燃有毒易挥发的液体略带酒精味分子量3204化学性质较活泼能发生氧化酯化羰基化等化学反应是重要有机化工原料和优质燃料广泛应用于精细化工塑料医药林产品加工等领域主要用于生产甲醛消耗量要占到总产量的一半甲醛则是生产各种合成树脂不可少的原料用甲醇作甲基化试剂可生产丙烯酸甲酯对苯二甲酸二甲

酯甲胺甲基苯胺甲烷氯化物等羰基化可生产醋酸醋酐甲酸甲酯等重要有机合成中间体它们是制造各种染料药品农药炸药香料喷漆的原料目前用甲醇合成乙二醇乙醛乙醇也日益受到重视甲醇是一种重要的有机溶剂其溶解性能优于乙醇可用于调制油漆作为一种良好的萃取剂甲醇在分析化学中可用于一些物质的分离甲醇是一种能源甲醇燃料以其安全廉价燃烧充分利用率高环保的众多优点替代汽油已经成为车用燃料的发展方向之一甲醇还可经生物发酵生成甲醇蛋白富含维生素和蛋白质具有营养价值高而成本低的优点用作饲料添加剂有着广阔的应用前景醇原料自1923年开始工业化生产以来甲醇合成的原料路线经历了很大变化20世纪50年代以前多以煤和焦碳为原料50年代以后以天然气为原料的甲醇生产流程被广泛应用进入60年代以来以重油为原料的甲醇装置有所发展对于我国从资源背景看煤炭储量远大于石油天然气储量随着石油资源紧缺油价上涨因此在大力发展煤炭洁净利用技术的背景下在很长一段时间内煤是我国甲醇生产最重要的原料对甲醇合成而言无论是锌铬催化剂还是铜基催化剂其多相非匀相催化过程按下列过程进行a扩散气体自气相扩散到催化剂的界面

b吸附各种气体在催化剂的活性表面进行化学吸附其中CO在Cu2上吸附H2在Zn2上吸附并异裂

c表面反应化学吸附的反应物在活性表面上进行反应生成产物

d解析反应产物脱附

e扩散反应产物气体自催化剂界面扩散到气相中去甲醇合成反应的速率是上述五个过程中每一个过程进行速率的总和但全过程的速率取决于最慢步骤的完成速率研究证实以上五个过程中ae扩散进行得最快b吸附d解析进行的速度较快而过程c表面反应分子在催化剂活性界面的反应速度最慢因此整个反应过程取

决于表面反应的进行速率提高压力升高温度均可使甲醇合成反应速率加快但从热力学角度分析由于COCO2 和H2合成甲醇的反应是强放热的体积缩小反应提高压力降低温度有利于化学平衡向生成甲醇的方向移动同时也有利于抑制副反应的进行

是甲醇合成反应是多项铜基催化剂上进行的复杂的可逆的化学反应

1主要的化学反应

2甲醇合成的副反应

213甲醇合成反应的化学平衡

一氧化碳和氢气合成甲醇是一个气相可逆反应压力对反应起着重要作用用气体分压来表示的平衡常数可用下面公式表示

Kp 式中 Kp----甲醇的平衡常数

P CH3OHPH2P CO-----分别表示甲醇氢气一氧化碳的平衡分压

反应温度也是影响平衡常数的一个重要因素不同温度下的反应平衡常数见表1-1其平衡常数随着温度的上升而很快减小因此甲醇合成不能在高温下进行但是低温反应速率太慢所以甲醇生产选用高活性的铜基催化剂使反应温度控制在220～280℃

表1-1 不同温度下甲醇反应的平衡常数

反应温度℃平衡常数 Kp0 66730 100 1292 200 1909×10-2 300 242×10-4 400 1079×10-5

3甲醇合成的催化剂

甲醇合成是是典型的气固相催化反应过程没有催化剂的存在合成甲醇反应几乎不能进行合成甲醇工业的进展很大程度上取决于催化剂的研制成功以及质量的改进在合成甲醇的生产中很多工艺指标和操作条件都由所用催化剂的性质决定一氧化碳加氢合成甲醇工业化以来合成催化剂合成工艺不断研究改进虽然实验室研究出了多种甲醇合成催化剂但工业上使用的催化剂只有锌铬和铜基催化剂甲醇合成是是典型的气固相催化反应过程没有催化剂的存在合成甲醇应几乎不能进行合成甲醇工业的进展很大程度上取决于催化剂的研制成功以及质量的改进在合成甲醇的生产中很多工艺指标和操作条件都由所用催化剂的性质决定

自一氧化碳加氢合成甲醇工业化以来合成催化剂合成工艺不断研究改进虽然实验室研究出了多种甲醇合成催化剂但工业上使用的催化剂只有锌铬和铜基催化剂CuO ZnO Al2O3 压力MPa 温度℃英国ICI 51-3 60 30 10 78-118 190～270 德国LG104 51 32 4 49 210～240 美国C79-2 -- - 15-117 220～330 丹麦LMK 40 10 - 98 220～270

中国C302系列 51 32 4 50-100 210～280 中国XCN-98 52 20

8 50100 200～290 从表的对比可以看出国产催化剂的铜含量已提50以上制备工艺合理使该催化剂的活性选择性使用寿命和机械强度均达到国外同类催化剂的先进水平并且价格较低

1 锌铬催化剂ZnO C r2O3锌铬催化剂是最早用于工业合成甲醇的1966年以前的甲醇合成几乎都用锌铬催化剂锌铬催化剂一般采用共沉淀法制造将锌与铬

的硝酸盐溶液用碱沉淀经洗涤干燥后成型制的催化剂也可以用氧化铬溶液加到氧化锌悬浮液中充分混合然后分离水分烘干掺进石墨成型还可以干法生产将氧化锌与氧化铬的细分混合均匀添加到少量氧化铬溶液和石墨压片然后烘干压片制的成品

锌铬催化剂使用寿命长使用范围宽耐热性好抗毒能力好机械强度好但是锌铬催化剂活性温度高操作温度在320--400℃之间为了获得较高的转化率必须在高压下操作操作压力可达25--35Mpa目前逐步被淘汰2 铜基催化剂CuO ZnO C r2O3或CuO ZnO Al2O3铜基催化剂是20世纪60年代开发的产品它具有良好的低温活性较高的选择性通常用于低中压流程1组成铜基催化剂的主要化学成分是CuO ZnO Al2O3或CuO ZnO C r2O3其活性组分是Cu和ZnO同时还要添加一些助催化剂促进催化剂活性C r2O3的添加可以提高铜在催化剂的分散度同时又能阻止分散的铜晶粒在受热时被烧结长大延长催化剂的使用寿命添加Al2O3助催化剂使催化剂活性更高而且Al2O3价廉无毒用Al2O3代替C r2O3的铜基催化剂更好

2还原氧化铜对甲醇合成无催化活性投入使用之前需将氧化铜还原成单质铜工业上采用氢气一氧化碳作为还原剂对铜基催化剂进行还原其反应如下

CuO H2 →Cu H2OQ

CuO CO→Cu H2OQ

氧化铜的还原反应是强烈的放热反应而且铜基催化剂对热比较敏感因此要严格控制氢及一氧化碳浓度和温度还原升温要缓慢出水均匀以防温度猛升和出水过快影响催化剂的活性寿命还原后的催化剂与空气接触时产生下列反应

H2O 12O2→Cu O Q

如果与大量的空气接触放出的反应的热将使催化剂超温结烧因此停车卸出

之前应先通入少量氧气逐步进行氧化在催化剂的表面形成一层氧化铜保护膜这一过程称为催化剂的钝化铜基催化剂最大的特点是活性高反应温度低操作压力低其缺点是对合成原料气杂质要求严格特别是原料气中的SAs必须精脱除3其他类型的催化剂铜锌铝铜锌铬催化剂是当前甲醇合成工业的主要催化剂但近年来新型催化剂的研制一刻也没停歇过新型催化剂研制方向在于进一步提高催化剂的活性改善催化剂的热稳定性以及延长催化剂的使用寿命如钯系催化剂钼系催化剂和低温液相催化剂这些催化剂虽然在某些方面弥补了铜锌铝铜锌铬催化剂的不足但因其活性不理想或对甲醇的选择性差等自身缺点还只停留在研究阶段而没有实现工业化的应用 3 铜基催化剂的中毒和寿命铜基催化剂对硫的中毒十分敏感一般认为其原因是H2S和Cu形成CuS也可能生成Cu2S反应如下

CuH2S→CuS H2

2CuH2S→Cu2S H2

因此原料气中硫含量应小于01ppm与此类似的是氢卤酸对催化剂的毒性

催化剂使用的寿命与合成甲醇的操作条件有关铜基催化剂比锌铬催化剂的耐热性差得多因此防止超温是延长寿命的重要措施甲醇合成反应为放热体积缩小的可逆反应温度压力及气体组成对反应进行的程度及速度有一定的影响下面围绕温度压力气体的组成及空间速度对甲醇合成反应的影响来讨论工艺条件的选择在甲醇合成反应过程中温度对于反应混合物的平衡和速率都有很大影响对于化学反应来说温度升高会使分子的运动加快分子间的有效碰撞增多并使分子克服化合时的阻力的能力增大从而增加了分子有效结合的机会使甲醇合成反应的速度加快但是由一氧化碳加氢生成甲醇的反应和由二氧化碳加氢生成甲醇的反应均为可逆的放热反应对于可逆的放热反应来讲温度升高固然使反应速率常数增

大但平衡常数的数值将会降低因此选择合适的操作温度对甲醇合成至关重要

所以必须兼顾上述两个方面温度过低达不到催化剂的活性温度则反应不能进行温度太高不仅增加了副反应消耗了原料气而且反应过快温度难以控制容易使催化剂衰老失活一般工业生产中反应温度取决于催化剂的活性温度不同催化剂其反应温度不同另外为了延长催化剂寿命反应初期宜采用较低温度使用一段时间后再升温至适宜温度

压力甲醇合成反应为分子数减少的反应因此增加压力有利于反应向甲醇生成方向移动使反应速度提高增加装置生产能力对甲醇合成反应有利但压力的提高对设备的材质加工制造的要求也会提高原料气压缩功耗也要增加以及由于副产物的增加还会引起产品质量的变差pa操作温度350～420℃至较高的压力和温度下一氧化碳和氢生成甲烷异丁醇等副产物这些副反应的反应热高于甲醇合成反应使床层温度提高副反应加速如果不及时控制回造成温度猛升而损坏催化剂近年来普遍使用的铜基甲醇合成催化剂其活性温度范围在200～300℃有较高的活性对于规模小于30万吨a的工厂操作压力一般可降为5Mpa左右对于超大型的甲醇装置为了减少设备尺寸合成系统的操作压力可以升至10Mpa左右设采用的是低压法入塔压强为514MPa合成甲醇所以工厂对压力的选择要在技术经济等方面综合考虑空速空速的大小意味着气体与催化剂接触时间的长短在数值上空速与接触时间互为倒数一般来说催化剂活性愈高对同样的生产负荷所需的接触时间就愈短空速愈大

甲醇合成所选用的空速的大小既涉及合成反应的醇净值合成塔的生产强度循环气量的大小和系统压力降的大小又涉及到反应热的综合利用

当甲醇合成反应采用较低的空速时气体接触催化剂的时间长反应接近平衡反应

物的单程转化率高由于单位时间通过的气量小总的产量仍然是低的由于反应物的转化率高单位甲醇合成所需要的循环量较少所以气体循环的动力消耗小

当空速增大时将使出口气体中醇含量降低即醇净值降低催化剂床层中既定部位的醇含量与平衡醇浓度增大反应速度也相应增大由于醇净值降低的程度比空速增大的倍数要小从而合成塔的生产强度在增加空速的情况下有所提高因此可以增大空速以增加产量但实际生产中也不能太大否则会带来一系列的问题

1提高空速意味着循环气量的增加整个系统阻力增加使得压缩机循环功耗增加2甲醇合成是放热反应依靠反应热来维持床层温度那么若空速增大单位体积气体产生的反应热随醇净值的下降而减少空速过大催化剂温度就难以维持合成塔不能维持自热则可能在不启用加热炉的情况下使床层温度跨掉

气体组成

原料气组成对催化剂活性的影响是比较复杂的问题现就以下几种原料气成分对催化剂活性的影响作一下讨论

1惰性气体CH4N2Ar的影响

合成系统中惰性气体含量的高低影响到合成气中有效气体成分的高低惰性气体的存在引起COCO2H2分压的下降

合成系统中惰性气体含量取决于进入合成系统中新鲜气中惰性气体的多少和从合成系统排放的气量的多少排放量过多增加新鲜气的消耗量损失原料气的有效成分排放量过少则影响合成反应进行

调节惰性气体的含量可以改变触媒床层的温度分布和系统总体压力当转化率过高而使合成塔出口温度过高时提高惰气含量可以解决温度过高的问题此外在给定系统压力操作下为了维持一定的产量必须确定适当的惰气含量从而选择驰放

气合适的排放量

2CO和H2比例的影响

从化学反应方程式来看合成甲醇时CO与H2的分子比为12CO2和H2的分子比是13这时可以得到甲醇最大的平衡浓度而且在其他条件一定的情况下可使甲醇合成的瞬间速度最大但由生产实践证明当CO含量高时温度不易控制且会导致羰基铁聚集在催化剂上引起催化剂失活同时由于CO在催化剂的活性中心的吸附速率比H2要快得多所以要求反应气体中的氢含量要大于理论量以提高反应速度氢气过量同时还能抑制高级醇高级烃和还原物质的生成减少H2S中毒提高粗甲醇的浓度和纯度同时又因氢的导热性好可有利于防止局部过热和降低整个催化层的温度但氢气过量会降低生产能力工业生产中用铜系催化剂进行生产时一般认为在合成塔入口的VH2VCO 45较为合适实际生产中我们的氢碳比按照以下关系确定H2-CO2COCO2 205215

3CO2的影响

CO2对催化剂活性时空产率的影响比较复杂而且存在极值完全没有CO2的合成气催化剂活性处于不稳定区催化剂运转几十小时后很快失活所以CO2是活性中心的保护剂不能缺少在CO2浓度4以前CO2对时空产率的影响成正效应促进CO合成甲醇自身也会合成甲醇但如果CO2含量过高就会因其强吸附性而占据催化剂的活性中心因此阻碍反应的进行会使时空产率下降同时也降低了CO和H2的浓度从而降低反应速度影响反应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馏过程中增加能耗一般认为CO2在35左右为宜pa 是最初生产甲醇的方法采用锌铬催化剂反应温度360-400℃压力196-294Mpa高压法由于原料和动力消耗大反应温度高生成粗甲醇中有机杂质含量高而且投资大其发展长期以来

处于停顿状态

低压法 50-80 Mpa 是20世纪60年代后期发展起来的甲醇合成技术低压法基于高活性的铜基催化剂其活性明显高于锌铬催化剂反应温度低 240-270℃在较低压力下可获得较高的甲醇收率且选择性好减少了副反应改善了甲醇质量降低了原料消耗此外由于压力低动力消耗降低很多工艺设备制造容易低压法甲醇合成工艺流程 158热交换器29分离器34压缩机器6甲醇合成塔7加热炉10中间储罐11闪蒸塔12轻馏分塔13精馏塔

ICI低压合成基本工艺过程

①天然气脱硫

②蒸汽转化

③补碳及合成气压缩

④甲醇合成

⑤甲醇精制中压法 98-120 Mpa 随着甲醇工业的大型化如采用低压法势必导致工艺管道和设备较大因此在低压法的基础上适当提高合成压力即发展成为中压法中压法仍采用高活性的铜基催化剂反应温度与低压法相同但由于提高了压力相应的动力消耗略有增加

目前甲醇的生产方法还主要有①甲烷直接氧化法2CH4O2→2CH3OH②由一氧化碳和氢气合成甲醇③液化石油气氧化法

2．本设计的合成工艺

以投资成本生产成本产品收率为依据选择中压法为生产甲醇的工艺用CO和H2在加热压力下在催化剂作用下合成甲醇其主要反应式为

CO H2→CH3OH

经过净化的原料气经预热加压于5 Mpa220 ℃下从上到下进入Lurgi反应器在铜基催化剂的作用下发生反应出口温度为250 ℃左右甲醇7左右因此原料气必须循环则合成工序配置原则为图2-2

甲醇的合成是可逆放热反应为使反应达到较高的转化率应迅速移走反应热本设计采用Lurgi管壳式反应器管程走反应气壳程走4MPa的沸腾水粗甲醇驰放气

图1-1 合成合序配置原则甲醇合成的工艺流程图①这个流程是德国Lurgi公司开发的甲醇合成工艺流程采用管壳式反应器催化剂装在管内反应热由管间沸腾水放走并副产高压蒸汽甲醇合成原料在离心式透平压缩机内加压到52 MPa 以15的比例混合循环混合气体在进反应器前先与反应后气体换热升温到220 ℃左右然后进入管壳式反应器反应反应热传给壳程中的水产生的蒸汽进入汽包出塔气温度约为 250 ℃含甲醇7左右经过换热冷却到40 ℃冷凝的粗甲醇经分离器分离分离粗甲醇后的气体适当放空控制系统中的惰性气体含量这部分空气作为燃料大部分气体进入透平压缩机加压返回合成塔合成塔副产的蒸汽及外部补充的高压蒸汽一起进入过热器加热到50 ℃带动透平压缩机透平后的低压蒸汽作为甲醇精馏工段所需热源

52甲醇合成塔的选择

甲醇合成反应器实际是甲醇合成系统中最重要的设备从操作结构材料及维修等方面考虑甲醇合成反应器应具有以下要求

1催化剂床层温度易于控制调节灵活能有效移走反应热并能以较高位能回收反应热

2反应器内部结构合理能保证气体均匀通过催化剂床层阻力小气体处理量

大合成转化率高催化剂生产强度大

3结构紧凑尽可能多填装催化剂提高高压空间利用率高压容器及内件间无渗漏催化剂装御方便制造安装及维修容易

甲醇合成塔主要由外筒内件和电加热器三部分组成内件事由催化剂筐和换热器两部分组成根据内件的催化剂筐和换热器的结构形式不同甲醇内件份为若干类型

按气体在催化剂床的流向可分为轴向式径向式和轴径复合型

按催化剂筐内反应惹得移出方式可分为冷管型连续换热式和冷激型多段换热式两大类

按换热器的形式分为列管式螺旋板式波纹板式等多种形式

目前国内外的大型甲醇合成塔塔型较多归纳起来可分为五种

1冷激式合成塔

这是最早的低压甲醇合成塔是用进塔冷气冷激来带走反应热该塔结构简单也适于大型化但碳的转化率低出塔的甲醇浓度低循环量大能耗高又不能副产蒸汽现已经基本被淘汰 2冷管式合成塔

这种合成塔源于氨合成塔在催化剂内设置足够换热面积的冷气管用进塔冷管来移走反应热冷管的结构有逆流式并流式和U型管式由于逆流式与合成反应的放热不相适应即床层出口处温差最大但这时反应放热最小而在床层上部反应最快放热最多但温差却又最小为克服这种不足冷管改为并流或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型合成塔和国内林达公司的U形冷管型这种塔型碳转化率较高但仅能在出塔气中副产0 4MPa的低压蒸汽日前大型装置很少使用

3水管式合成塔

将床层内的传热管由管内走冷气改为走沸腾水这样可较大地提高传热系数更好地移走反应热缩小传热面积多装催化剂同时可副产25Mpa40MPa的中压蒸汽是大型化较理想的塔型

4固定管板列管合成塔

这种合成塔就是一台列管换热器催化剂在管内管间壳程是沸腾水将反应热用于副产30MPa～40MPa的中压蒸汽代表塔型有Lurgi公司的合成塔和三菱公司套管超级合成塔该塔是在列管内再增加一小管小管内走进塔的冷气进一步强化传热即反应热通过列管传给壳程沸腾水而同时又通过列管中心的冷气管传给进塔的冷气这样就大大提高转化率降低循环量和能耗然而使合成塔的结构更复杂固定管板列管合成塔虽然可用于大型化但受管长设备直径管板制造所限在日产超过2000t时往往需要并联两个这种塔型是造价最高的一种也是装卸催化剂较难的一种随着合成压力增高塔径加大管板的厚度也增加管板处的催化剂属于绝热段管板下面还有一段逆传热段也就是进塔气225℃管外的沸腾水却是248℃不是将反应热移走而是水给反应气加热这种合成塔由于列管需用特种不锈钢因而是造价非常高的一种

5多床内换热式合成塔

这种合成塔由大型氨合成塔发展而来日前各工程公司的氨合成塔均采用二床四床内换热式合成塔针对甲醇合成的特点采用四床或五床内换热式合成塔各床层是绝热反应在各床出口将热量移走这种塔型结构简单造价低不需特种合金钢转化率高适合于大型或超大型装置但反应热不能全部直接副产中压蒸汽典型塔型有Casale的四床卧式内换热合成塔和中国成达公司的四床内换热式合成

塔

合成塔的选用原则一般为反应能在接近最佳温度曲线条件下进行床层阻力小需要消耗的动力低合成反应的反应热利用率高操作控制方便技术易得装置投资要底等

综上所述和借鉴大型甲醇合成企业的经验大型装置不宜选用激冷式和冷管式设计选用固定管板列管合成塔这种塔内甲醇合成反应接近最佳温度操作线反应热利用率高虽然设备复杂投资高但是由于这种塔在国内外使用较多具有丰富的管理和维修经验技术也较容易得到外加考虑到设计的是年产20万吨的甲醇合成塔日产量为650吨左右塔的塔径和管板的厚度不会很大费用也不会很高所以本设计采用了固定管板列管合成塔 53甲醇合成工艺流程

来自脱碳装置的新鲜气40℃34MPa与循环气一起经甲醇合成气压缩机C7001压缩至514MPa后经过入塔气预热器E7001加热到225℃进入甲醇合成塔R7001内甲醇合成气在催化剂作用下发生如下反应

CO 2H2 CH3OH Q

CO2 3H2 CH3OH H2O Q

甲醇合成塔R7001为列管式等温反应器管内装有XNC-98型甲醇合成催化剂管外为沸腾锅炉水

反应放出大量的热通过列管管壁传给锅炉水产生大量中压蒸汽39MPa饱和蒸汽减压后送至蒸汽管网副产蒸汽确保了甲醇合成塔内反应趋于恒定且反应温度也可通过副产蒸汽的压力来调节

甲醇合成塔R7001出来的合成气255℃49MPa经入塔气预热器E7001甲醇水冷器E7002AB进入甲醇分离器V7002粗甲醇在此被分离分离出的粗甲醇进入甲醇

膨胀槽V7003被减压至04MPa后送至精馏装置甲醇分离器V7002分离出的混合气与新鲜气按一定比例混合后升压送至甲醇合成塔R7001继续进行合成反应从甲醇分离器V7002出来的循环气在加压前排放一部分弛放气以保持整个循环回路惰性气体恒定弛放气减压后去燃气发电系统甲醇膨胀槽V7003顶部排出的膨胀气去燃料气系统

合格的锅炉给水来自变换装置循环冷却水来自界区外部

汽包V7001排污经排污膨胀槽V7006膨胀减压后就地排放

图8 合成工艺流程

6甲醇合成主要设备

61甲醇合成塔的设计

1传热面积的确定

传热温差为10℃传热量为6843517494kJh合成塔内的总传热系数取为28978Wm2℃

由公式Q kA△Tm

得 A QK△Tm 684351749436×28978×10 6362㎡

2催化剂用量的确定

入塔气空速12000h-1入塔气量348658582m3h所以

催化剂体积为34865858212000 29055m3

3传热管数的确定

传热管选用Ф32×25 长度9000mm的钢管材质为00Cr18Ni5Mo3Si2钢由公式A 314×d×L×n

得 n A314×d×L 6362314×9×0027 8338

其中因要安排拉杆需要减少12根实际管数为8326根

4合成塔壳体直径的确定

合成塔内管子分布采用正三角形排列管间距a 40mm壳体直径 Di ab-12L

式中a 40

b 11×n05 11×833805 10044

L 125mm

所以 Di 40×10044-12×125 422780 圆整后取为4300 mm 5合成塔壳体厚度的确定

壳体材料选用13MNiMoNbR钢计算壁后的公式为

S PcDi2[σ] tФ-Pc

式中Pc514Mpa

Di 4300mm

Ф 085

[σ]t 190Mpa取壳体温度为50℃

S 4300×5142×190×085-514 6953mm

取C2 1mm C1 1mm原整后取S 73mm

6合成塔封头的确定

上下封头均采用半球形封头材质选用和筒体相同

封头内径为43002×73 4446原整后取4500

由封头厚度计算公式 S PcDi2[σ] tФ-05Pc

式中Pc514Mpa

Di 4500mm

Ф 085

[σ] t 190Mpa取壳体温度为50℃

S 4500×5142×190×085-05×514 7218mm

取C2 1mm C1 1mm原整后取S 76mm所以封头为DN4500×76 7管子拉脱力的计算

a 在操作压力下每平方米胀接周边所产生的力

qp pf314×do×L

式中f 0866a2-3144×do2 0866×402-3144×322 58135

P 514MPa

L 100mmδ

表33

项目管子壳体材质

ａ1℃

EMPa

尺寸

管子数

管间距mm

管壳壁温差℃

管子与管壁连接方式

胀接长度00Cr18Ni5Mo3Si2

1742×10-6

0180×106

Ф32×25×9000

8338

40

10

开槽胀接

L 100 13MNiMoNbR

1225×10-6

0186×106

Ф254300×73 qp 514×58135314×32×100 030MPa

b 温差应力导致的每平方米胀接周边上的拉脱力qt

qt σtd02-di24×d0×L

式中σt a Ett-ts1AtAs

At 3144×do2-di2n 3144×322-272×8338 193087235mm2

As 314×D×Sn 314×4300×73 98564600 mm2

σt 1742×10-6×0180×106×10119308723598564600 1060

qt 1060×322-2724×32×100 024

已知 Tt＞Tspt＞ps

TtTs分别为管壁温度和壳壁温度pt为管程压力49 Mpaps为壳程压力 074 Mpa所以可知qt与qp的作用力同向则合拉力q 054＜[q]因此拉脱力在许用范围内

8折流板的确定

煤制甲醇工艺设计

煤制甲醇工艺流程化设计 主反应为：C + O 2 → C O + C O 2 + H 2 → C H 3O 副反应为： 1 造气工段 （1）原料：由于甲醇生产工艺成熟,市场竞争激烈,选用合适的原料就成为项目的关键,以天然气和重油为原料合成工艺简单，投资相对较少，得到大多数国家的青睐，但从我国资源背景看，煤炭储量远大于石油、天然气储量，随着石油资源紧缺、油价上涨，在大力发展煤炭洁净利用技术的形势下，应该优先考虑以煤为原料,所以本设计选用煤作原料。 图1-1 甲醇生产工艺示意图 （2）工艺概述：反应器选择流化床，采用水煤浆气化激冷流程。原料煤通过粉碎制成65%的水煤浆与99.6%的高压氧通过烧嘴进入气化炉进行气化反应，产生的粗煤气主要成分为CO ，CO 2，H ２等。 2423CO H CH H O +?+2492483CO H C H OH H O +?+222CO H CO H O +?+

2 净化工段 由于水煤浆气化工序制得粗煤气的水汽比高达1.4可以直接进行CO变换不需加入其他水蒸气，故先进行部分耐硫变换，将CO转化为CO2，变换气与未变换气汇合进入低温甲醇洗工序，脱除H2S和过量的CO2，最终达到合适的碳氢比，得到合成甲醇的新鲜气。 CO反应式： CO+H O=CO+H 222 3 合成工段 合成工段工艺流程图如图1。 合成反应要点在于合成塔反应温度的控制，另外，一般甲醇合成反应10～15Mpa的高压需要高标准的设备，这一项增加了很大的设备投资，在设计时，选择目前先进的林达均温合成塔，操作压力仅5.2MPa，由于这种管壳式塔的催化剂床层温度平稳均匀，反应的转化率很高。在合成工段充分利用自动化控制方法，实行连锁机制，通过控制壳程的中压蒸汽的压力，能及时有效的掌控反应条件，从而确保合成产品的质量。 合成主反应： CO+2H=CH OH 23 主要副反应： CO+3H=CH OH+H O 2232 4 精馏工段 精馏工段工艺流程图见图2。 合成反应的副产主要为醚、酮和多元醇类，本设计要求产品达质量到国家一级标准，因此对精馏工艺的合理设计关系重大，是该设计的重点工作。设计中选用双塔流程，对各物料的进出量和回流比进行了优化，另外，为了进一步提高精甲醇质量，从主塔回流量中采出低沸点物继续进预塔精馏，这一循环流程能有效的提高甲醇的质量。

年产20万吨甲醇制二甲醚生产工艺初步设计

太原理工大学化学化工学院 《化工设计》课程设计讲明书 年产20万吨甲醇制二甲醚生产工艺初步设计

学生学号：2009002273 学生姓名：武晓佩 专业班级：化工工艺0904 指导教师：郑家军 起止日期： 2012.11.26～2012.12.21

化工设计课程设计任务书

摘要 作为LPG和石油类的替代燃料，目前二甲醚(DME)倍受注目。DME 是具有与LPG的物理性质相类似的化学品，在燃烧时可不能产生破坏环境的气体，能廉价而大量地生产。与甲烷一样，被期望成为21世纪的能源之一。目前生产的二甲醚差不多上由甲醇脱水制得，即先合成甲醇，然后经甲醇脱水制成二甲醚。甲醇脱水制二甲醚分为液相法和气相法两种工艺，本设计采纳气相法制备二甲醚工艺。将甲醇加热蒸发，甲醇蒸气通过γ-AL2O3催化剂床层,气相甲醇脱水制得二甲醚。气相法的工艺过程要紧由甲醇加热、蒸发、甲醇脱水、二甲醚冷凝及精馏等组成。要紧完成以下工作： 1）精馏用到的二甲醚分离塔和甲醇回收塔的塔高、塔径、塔板布置等的设计； 2）所需换热器、泵的计算及选型； 关键词：二甲醚，甲醇，工艺设计。

Abstract: As LPG and oil alternative fuel, DME has drawn attentions at present. Physical properties of DME is similar for LPG, and don’t produce combustion gas to damage the environment, so, It can be produced largely. Like methane, DME is expected to become 21st century energy resources., DME is prepared by methanol dehydration, namely, synthetic methanol first and then methanol dehydration to dimethyl etherby methanol dehydration. Methanol dehydration to DME is divided into two kinds of liquid phase and gas-phase process. This design uses a process gas of dimethyl ether prepared by dimethyl. Heating methanol to evaporation, methanol vapor through the γ-AL2O3catalyst bed, vapor methanol dehydration to dimethyl etherby. This process is made of methanol process heating, evaporation, dehydration of methanol, dimethyl ether condensation and distillation etc. Completed for the following work: 1) Distillation tower used in separation of dimethyl ether and methanol recovery , column height of tower ,diameter, arrangement of column plate etc; 2) The calculation and selection of heat exchanger, pump;

煤制甲醇项目(最终版)

雄伟煤化有限公司 60万t/a煤制甲醇项目建议书 项目人员：曾雄伟毛龙龙方建李永朋 时间：2015年10月

第一部分项目背景 甲醇是结构最为简单的饱和一元醇，又称“木醇”或“木精”，是仅次于烯烃和芳烃的重要基础有机化工原料，用途极为广泛。主要用于制造甲醛、二甲醚、醋酸、甲基叔丁基醚( MTBE) 、甲醇汽油、甲醇烯烃等方面。近年来，国内外在甲醇芳烃方面进行了应用。 我国甲醇工业始于20 世纪50 年代，随着国内经济发展的不断增长，甲醇下游产品需求的拉动，甲醇行业发展迅猛。从2004 年到2012 年甲醇产能和产量大幅增长，2012 年产能首次超过5 000 万t，产量也达到2 640 万t。2013 年我国甲醇产能已达5650 万t，产量约2 878 万t，已经成为世界第一大甲醇生产国，见图1。 从甲醇产能的区域分布来看，甲醇的产能主要集中在西北、山东、华北等地区。从2013 年各省市产量分布情况来看，排名前五的有内蒙、山东、陕西、河南及山西，内蒙古精甲醇的产量达563 万t［2］，约占全国总产量20%，其次是山东、陕西、河南和山西，这五省合计约占总产量的63%。内蒙古、山西、陕西等地凭借其资源优势，成为甲醇生

产企业最为青睐的地区，向资源地集中成为我国甲醇产能布局的主导趋势。受资源因素限制，我国的甲醇生产多以煤为原料，并有焦炉煤气和天然气工艺。2013 年我国甲醇产能中，煤制甲醇产能3 610 万t，占比64%，天然气制甲醇产能1 080 万t，占比19%，焦炉煤气制甲醇产能960 万t，占比17%［3］。受国家治理大气污染、加快淘汰钢铁等“两高”行业落后产能以及经济增速放缓等因素的影响，对焦炭的需求将会减少，从而使焦炉煤气制甲醇装置面临原料短缺的局面，因此焦炉煤制甲醇产能会降低。天然气制甲醇装置，则受到天然气供应不足和气价攀升双重制约，也将大幅限产。据金银岛统计数据显示，截至2013 年12月中旬，国内气头装置开工负荷在三成左右，低于国内平均开工水平，甘肃及新疆气头企业普遍停车。2013 年全国甲醇生产企业有300 余家，其中产能在100 万t 以上的企业占总产能的58．9%，形成了神华、中海油、兖矿、远兴能源、华谊、久泰、河南能化、大唐、晋煤、新奥、新疆广汇等18 家百万吨级超大型甲醇生产企业，见表1。这些百万吨甲醇企业大致可以分为三类，第一类是以神华集团、久泰化工为代表的大型化、规模化、基地化的煤制甲醇企业，靠近煤炭资源富集区域，其综合竞争力在当前竞争环境下最强，也符合国家产业政策方向; 第二类是以晋煤集团、河南能源化工集团为代表的，在国内多地分布，有多个较小规模的煤制甲醇装置构成的甲醇企业，在煤价下降的情况下，其竞争力有所提升; 第三类是以“三桶油”为代表的天然气路线企业，在天然气价格高企的情况下，这类企业的产量将受到抑制。

年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计_毕业设计书

年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 摘要 甲醇是一种极重要的有机化工原料，也是一种燃料，是碳一化学的基础产品，在国民经济中占有十分重要的地位。近年来，随着甲醇下属产品的开发，特别是甲醇燃料的推广应用，甲醇的需求大幅度上升。为了满足经济发展对甲醇的需求，开展了此20万t/a的甲醇项目。设计的主要内容是进行工艺论证，物料衡算和热量衡算等。本设计本着符合国情、技术先进和易得、经济、环保的原则，采用煤炭为原料；利用GSP气化工艺造气；NHD净化工艺净化合成气体；低压下利用列管均温合成塔合成甲醇；三塔精馏工艺精制甲醇；此外严格控制三废的排放，充分利用废热，降低能耗，保证人员安全与卫生。 关键词：甲醇、合成、精馏。

abstract Methanol is a kind of extremely important organic industrial chemicals, and a kind of fuel too, it is the basic products of the chemistry of carbon one. It is very important in national economy. In recent years, with the development of the products that are made from methanol, especially the popularization and application of the fuel of methanol, the demand for the methanol rises by a large margin. In order to satisfy economic development's demands for methanol , have launched the methanol project of this 200,000t/a. Main content that design to carry on craft prove, supplies weighing apparatus regard as with heat weighing apparatus charging etc The principle of the design in line with according with the national conditions, technologically advanced and apt, economy, protecting environment,. Coals is adopted as raw materials; the craft of GSP gasification is utilized to make water gas; the craft of NHD purification is utilized to purify the syngas; tubular average -temperature reaction is utilized to synthesize methanol keeping in low pressure; the rectification craft of three towers is utilized to rectify methanol; In addition control the discharge of the three wastes strictly, fully utilize used heat, reduce energy consumption, guarantee the personal security and hygiene. Keyword: Methanol, synthesis, rectification. 目录

化学工程与工艺专业毕业设计-年产30万吨甲醇生产工艺初步设计

化学工程与工艺专业毕业设计-年产30万吨甲醇生产工艺初步设计

海南大学 毕业设计 题目：年产30万吨甲醇生产工艺初步设计学号：20060124059 姓名：胡文涛 年级：2006级 学院：材料与化工学院 系别：化工系 专业：化学工程与工艺 指导教师：张德拉徐树英 完成日期：2010年5月20日

摘要 甲醇是简单的饱和脂肪醇，分子式为CH3OH。它是重要的化工原料和清洁燃料，用途广泛，在国民经济中占有十分重要的地位。近些年，随着甲醇下游产品的开发及甲醇作为燃料的推广，甲醇的需求量大幅增长。因此，经过分析比较各种生产原料、合成工艺后，本设计采用焦炉煤气为原料年产30万吨甲醇，以满足国内需求。 设计遵循“技术先进、工艺成熟、经济合理、安全环保”等原则，在充分论证国内外各种先进生产方法、工艺流程和设备配置基础上，选用以原料气经“栲胶脱硫、干法脱硫、甲烷转化、催化合成、三塔精馏”工艺路线生产甲醇。设计的重点工艺流程设计论证，甲醇合成工段及三塔精馏工段的工艺计算及设备设计选型。主要设备合成塔选用Lurgi塔，常压精馏塔选用浮阀塔。此外，在设计中充分考虑环境保护和劳动安全的同时，以减少“三废”排放，加强“三废”治理，确保安全生产，消除并尽可能减少工厂生产对职工的伤害。 关键词：煤气脱硫转化合成精馏工艺设计

一．总论 1．概述 1.1甲醇的性质 甲醇是饱和醇系列中的代表，在常温常压下，纯甲醇是无色、不流动、易挥发、可燃的有毒液体，有类似于乙醇的性质。甲醇可与水、丙酮、醇类、酯类及卤代烷类等很多有机溶剂互溶，但不能与脂肪烃类化合物互溶。甲醇是最简单的饱和脂肪醇，具有脂肪醇的化学性能，其化学性很活泼，如氧化反应、氨化反应、酯化反应、羟基化反应、卤化反应、脱水反应、裂解反应等。其主要物理性质如下表： 表1-1 甲醇的主要物理性质[1]项目数值项目数值液体密度／ kg·m－3 793.1 临界常数 蒸汽密度／kg·m－31.43 临界温度 ﹙T c﹚／℃ 240 沸点／℃64.65 临界压力 ﹙p c﹚／MPa 7.97 熔点／℃－ 97.8 生成热／kJ·mol －1 闪点／℃气体﹙25℃﹚－ 201.22 开杯法16.0 液体﹙25℃﹚－ 238.73 闭杯法12.0 燃烧热／kJ·mol

煤气化制甲醇工艺流程

煤气化制甲醇工艺流程 1 煤制甲醇工艺 气化 a）煤浆制备 由煤运系统送来的原料煤干基（<25mm）或焦送至煤贮斗，经称重给料机控制输送量送入棒磨机，加入一定量的水，物料在棒磨机中进行湿法磨煤。为了控制煤浆粘度及保持煤浆的稳定性加入添加剂，为了调整煤浆的PH值，加入碱液。出棒磨机的煤浆浓度约65%，排入磨煤机出口槽，经出口槽泵加压后送至气化工段煤浆槽。煤浆制备首先要将煤焦磨细，再制备成约65%的煤浆。磨煤采用湿法，可防止粉尘飞扬，环境好。用于煤浆气化的磨机现在有两种，棒磨机与球磨机；棒磨机与球磨机相比，棒磨机磨出的煤浆粒度均匀，筛下物少。煤浆制备能力需和气化炉相匹配，本项目拟选用三台棒磨机，单台磨机处理干煤量43～ 53t/h，可满足60万t/a甲醇的需要。 为了降低煤浆粘度，使煤浆具有良好的流动性，需加入添加剂，初步选择木质磺酸类添加剂。 煤浆气化需调整浆的PH值在6～8，可用稀氨水或碱液，稀氨水易挥发出氨，氨气对人体有害，污染空气，故本项目拟采用碱液调整煤浆的PH值，碱液初步采用42％的浓度。 为了节约水源，净化排出的含少量甲醇的废水及甲醇精馏废水均可作为磨浆水。 b）气化 在本工段，煤浆与氧进行部分氧化反应制得粗合成气。 煤浆由煤浆槽经煤浆加压泵加压后连同空分送来的高压氧通过烧咀进入气化炉，在气化炉中煤浆与氧发生如下主要反应： CmHnSr+m/2O2—→mCO+（n/2-r）H2+rH2S CO+H2O—→H2+CO2 反应在6.5MPa（G）、1350～1400℃下进行。 气化反应在气化炉反应段瞬间完成，生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等气体。 离开气化炉反应段的热气体和熔渣进入激冷室水浴，被水淬冷后温度降低并被水蒸汽饱和后出气化炉；气体经文丘里洗涤器、碳洗塔洗涤除尘冷却后送至变换工段。 气化炉反应中生成的熔渣进入激冷室水浴后被分离出来，排入锁斗，定时排入渣池，由扒渣机捞出后装车外运。 气化炉及碳洗塔等排出的洗涤水（称为黑水）送往灰水处理。 c）灰水处理 本工段将气化来的黑水进行渣水分离，处理后的水循环使用。 从气化炉和碳洗塔排出的高温黑水分别进入各自的高压闪蒸器，经高压闪蒸浓缩后的黑水混合，经低压、两级真空闪蒸被浓缩后进入澄清槽，水中加入絮凝剂使其加速沉淀。澄清槽底部的细渣浆经泵抽出送往过滤机给料槽，经由过滤机给料泵加压后送至真空过滤机脱水，渣饼由汽车拉出厂外。 闪蒸出的高压气体经过灰水加热器回收热量之后，通过气液分离器分离掉冷凝液，然后进入变换工段汽提塔。 闪蒸出的低压气体直接送至洗涤塔给料槽，澄清槽上部清水溢流至灰水槽，由灰水泵分别送至洗涤塔给料槽、气化锁斗、磨煤水槽，少量灰水作为废水排往废水处理。 洗涤塔给料槽的水经给料泵加压后与高压闪蒸器排出的高温气体换热后送碳洗塔循环

年产50万吨甲醇合成工艺初步设计

年产50万吨甲醇合成工艺初步设计 摘要 本设计重点讨论了合成方案的选择，首先介绍了国内外甲醇工业的现状、甲醇原料的来源和甲醇本身的性质及用途。其次介绍了合成甲醇的基本原理以、影响合成甲醇的因素、甲醇合成反应速率的影响。在合成方案里面主要介绍了原料路线、不同原料制甲醇的方法、合成甲醇的三种方法、生产规模的选择、改善生产技术来进行节能降耗、引进国外先进的控制技术，进一步提高控制水平，来发展我国甲醇工业及简易的流程图。在工艺条件中，主要介绍了温度、压力、氢与一氧化碳的比例和空间速度。主要设备冷激式绝热反应器和列管式等温反应器介绍。最后进行了简单的物料衡算。 关键词:甲醇，合成塔

一、综述 (一)国内外甲醇工业现状 甲醇是重要的化工原料，应用广泛，主要用于生产甲醛，其消耗量约占甲醇总量的30%～40%;其次作为甲基化剂，生产甲胺、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基叔丁基醚、对苯二甲酸二甲酯;甲醇羰基化可生产醋酸、酸酐、甲酸甲酯、碳酸二甲酯等。其次，甲醇低压羰基化生产醋酸，近年来发展很快。随着碳化工的发展，由甲醇出发合成乙二醇、乙醛、乙醇等工艺正在日益受到重视。国内甲醇装置规模普遍较小，且多采用煤头路线，以煤为原料的约占到78%;单位产能投资高，约为国外大型甲醇装置投资的2倍，导致财务费用和折旧费用高，这些都会影响成本。据了解，我国有近200家甲醇生产企业，但其中10万吨/年以上的装置却只占20%，最大的甲醇生产装置产能也就是60万吨/年，其余80%都是10万吨/年以下的装置。根据这样的装置格局，业内普遍估计，目前我国甲醇生产成本大约在1400,1800元/吨(约200美元/吨)，一旦出现市场供过于求的局面，国内甲醇价格有可能要下跌到约2000元/吨，甚至更低。这对产能规模小，单位产能投资较高的国内大部分甲醇生产企业来讲会加剧增。 而以中东和中南美洲为代表的国外甲醇装置普遍规模较大。目前国际上最大规模的甲醇装置产能以达到170万吨/年。2008年4月底，沙特甲醇公司170万吨/年的巨型甲醇装置在阿尔朱拜勒投产，使得

煤制甲醇工艺设计

煤制甲醇工艺流程化设计 主反应为：C + O 2 → C O + C O 2 + H 2 → C H 3O 副反应为： 1 造气工段 （1）原料：由于甲醇生产工艺成熟,市场竞争激烈,选用合适的原料就成为项目的关键,以天然气和重油为原料合成工艺简单，投资相对较少，得到大多数国家的青睐，但从我国资源背景看，煤炭储量远大于石油、天然气储量，随着石油资源紧缺、油价上涨，在大力发展煤炭洁净利用技术的形势下，应该优先考虑以煤为原料,所以本设计选用煤作原料。 图1-1 甲醇生产工艺示意图 （2）工艺概述：反应器选择流化床，采用水煤浆气化激冷流程。原料煤通过粉碎制成65%的水煤浆与99.6%的高压氧通过烧嘴进入气化炉进行气化反应，产生的粗煤气主要成分为CO ，CO 2，H ２等。 2 净化工段 由于水煤浆气化工序制得粗煤气的水汽比高达1.4可以直接进行CO 变换不需加入其他水蒸气，故先进行部分耐硫变换，将CO 转化为CO 2，变换气与未变换气汇合进入低温甲醇洗工序，脱除H 2S 和过量的CO 2，最终达到合适的碳氢比，得到合成甲醇的新鲜气。 CO 反应式： 222CO+H O=CO +H 2423CO H CH H O +?+2492483CO H C H OH H O +?+222CO H CO H O +?+

3 合成工段 合成工段工艺流程图如图1。 合成反应要点在于合成塔反应温度的控制，另外，一般甲醇合成反应10～15Mpa 的高压需要高标准的设备，这一项增加了很大的设备投资，在设计时，选择目前先进的林达均温合成塔，操作压力仅 5.2MPa ，由于这种管壳式塔的催化剂床层温度平稳均匀，反应的转化率很高。在合成工段充分利用自动化控制方法，实行连锁机制，通过控制壳程的中压蒸汽的压力，能及时有效的掌控反应条件，从而确保合成产品的质量。 合成主反应： 23CO+2H =CH OH 主要副反应： 2232CO +3H =CH OH+H O 4 精馏工段 精馏工段工艺流程图见图2。 合成反应的副产主要为醚、酮和多元醇类，本设计要求产品达质量到国家一级标准，因此对精馏工艺的合理设计关系重大，是该设计的重点工作。设计中选用双塔流程，对各物料的进出量和回流比进行了优化，另外，为了进一步提高精甲醇质量，从主塔回流量中采出低沸点物继续进预塔精馏，这一循环流程能有效的提高甲醇的质量。 合 成 塔 驰放气 中压蒸汽 锅炉给水 新鲜气 过热蒸汽去锅炉 甲醇合成工段工艺流 程图 粗甲醇去精馏 氢循环 分 离器 合成操作条件1. 反应压力：5.0MPa 2. 反应温度：250~270℃ 3. 流量： 出口 699.8 kmol/h 入口 783.6 kmol/h 2.24 MPa 5.0 MPa 215 ℃ 5.0 MPa 285℃ 图1 甲醇合成工艺流程图

煤制甲醇合成工艺毕业设计模板

煤制甲醇合成工艺 毕业设计

资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。 毕业设计 题目：年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计学号： 姓名： 年级：09煤化工 学院： 系别:煤化工系 专业：煤化工指导教师： 完成日期：5月14日

摘要 甲醇是一种极重要的有机化工原料, 也是一种燃料, 是碳一化学的基础产品, 在国民经济中占有十分重要的地位。近年来, 随着甲醇下属产品的开发, 特别是甲醇燃料的推广应用, 甲醇的需求大幅度上升。为了满足经济发展对甲醇的需求, 开展了此20 万t/a 的甲醇项目。设计的主要内容是进行工艺论证, 物料衡算和热量衡算等。本设计本着符合国情、技术先进和易得、经济、环保的原则, 采用煤炭为原料; 利用GSP 气化工艺造气; NHD 净化工艺净化合成气体; 低压下利用列管均温合成塔合成甲醇; 三塔精馏工艺精制甲醇; 另外严格控制三废的排放, 充分利用废热, 降低能耗, 保证人员安全与卫生。 关键词: 甲醇、合成。

目录 1总 论 ............................................................... ? (4) 1.1 甲醇性质 (4) 1.2 甲醇用途 (4) 1.3 醇生产原 料 (4) 2 甲醇的合 成 (5) 2.1 甲醇合成的基本原 理 (5) 2.1.1 甲醇合成反应步骤 (5) 2.1.2 合成甲醇的化学反 应 (5)

2.1.3 甲醇合成反应的化学平 衡 (6) 3 甲醇合成的催化 剂 (6) 3.1 工业用甲醇合成催化 剂 (7) 4 甲醇合成的工艺条 件 (9) 4.1 反应温度 (9) 4.2 压力 (10) 4.3 空速 (10) 4.4 气体组 成 (11) 5 甲醇合成的工艺流 程 (12) 5.1 甲醇合成的方法 (12) 5.2 甲醇合成塔的选

煤制甲醇工艺标准

煤制甲醇工艺 1)气化 a）煤浆制备 由煤运系统送来的原料煤干基（<25mm）或焦送至煤贮斗，经称重给料机控制输送量送入棒磨机，加入一定量的水，物料在棒磨机中进行湿法磨煤。为了控制煤浆粘度及保持煤浆的稳定性加入添加剂，为了调整煤浆的PH值，加入碱液。出棒磨机的煤浆浓度约65%，排入磨煤机出口槽，经出口槽泵加压后送至气化工段煤浆槽。煤浆制备首先要将煤焦磨细，再制备成约65%的煤浆。磨煤采用湿法，可防止粉尘飞扬，环境好。用于煤浆气化的磨机现在有两种，棒磨机与球磨机；棒磨机与球磨机相比，棒磨机磨出的煤浆粒度均匀，筛下物少。煤浆制备能力需和气化炉相匹配，本项目拟选用三台棒磨机，单台磨机处理干煤量43～53t/h，可满足60万t/a甲醇的需要。 为了降低煤浆粘度，使煤浆具有良好的流动性，需加入添加剂，初步选择木质磺酸类添加剂。 煤浆气化需调整浆的PH值在6～8，可用稀氨水或碱液，稀氨水易挥发出氨，氨气对人体有害，污染空气，故本项目拟采用碱液调整煤浆的PH值，碱液初步采用42％的浓度。 为了节约水源，净化排出的含少量甲醇的废水及甲醇精馏废水均可作为磨浆水。 b）气化 在本工段，煤浆与氧进行部分氧化反应制得粗合成气。 煤浆由煤浆槽经煤浆加压泵加压后连同空分送来的高压氧通过烧咀进入气化炉，在气化炉中煤浆与氧发生如下主要反应：CmHnSr+m/2O2—→mCO+（n/2-r）H2+rH2S CO+H2O—→H2+CO2 反应在6.5MPa（G）、1350～1400℃下进行。

气化反应在气化炉反应段瞬间完成，生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等气体。 离开气化炉反应段的热气体和熔渣进入激冷室水浴，被水淬冷后温度降低并被水蒸汽饱和后出气化炉；气体经文丘里洗涤器、碳洗塔洗涤除尘冷却后送至变换工段。 气化炉反应中生成的熔渣进入激冷室水浴后被分离出来，排入锁斗，定时排入渣池，由扒渣机捞出后装车外运。 气化炉及碳洗塔等排出的洗涤水（称为黑水）送往灰水处理。c）灰水处理 本工段将气化来的黑水进行渣水分离，处理后的水循环使用。 从气化炉和碳洗塔排出的高温黑水分别进入各自的高压闪蒸器，经高压闪蒸浓缩后的黑水混合，经低压、两级真空闪蒸被浓缩后进入澄清槽，水中加入絮凝剂使其加速沉淀。澄清槽底部的细渣浆经泵抽出送往过滤机给料槽，经由过滤机给料泵加压后送至真空过滤机脱水，渣饼由汽车拉出厂外。 闪蒸出的高压气体经过灰水加热器回收热量之后，通过气液分离器分离掉冷凝液，然后进入变换工段汽提塔。 闪蒸出的低压气体直接送至洗涤塔给料槽，澄清槽上部清水溢流至灰水槽，由灰水泵分别送至洗涤塔给料槽、气化锁斗、磨煤水槽，少量灰水作为废水排往废水处理。 洗涤塔给料槽的水经给料泵加压后与高压闪蒸器排出的高温气体换热后送碳洗塔循环使用。 2）变换 在本工段将气体中的CO部分变换成H2。 本工段的化学反应为变换反应，以下列方程式表示： CO+H2O—→H2+CO2

天然气制甲醇与煤制甲醇的区别

浅谈天然气制甲醇与煤制甲醇的区别 摘要：天然气制甲醇和煤制甲醇是我国目前主要产甲醇工艺，但是随着经济的发展，各种资源的短缺，煤和天然气的产量存在了差异，这就直接导致甲醇的产量和主要生产工艺的选择。本文将从天然气和煤产甲醇各自的利弊进行分析，探究甲醇未来生产道路。关键词：天然气煤甲醇利弊分析 一、天然气制甲醇与煤制甲醇各自的利弊 经济飞速发展的当下，甲醇以及其下游、上游产品的需求量在不断的增加，制甲醇的方法工艺也日渐增多，然而煤制甲醇和天然气制甲醇这两种工艺依旧是最主要的制造生产甲醇的重要工艺手段。这两种生产工艺可以说是各有千秋。本文就从生产工艺、建设成本、生产成本、产品质量以及发展前景对这两个主要制甲醇工艺予以比较。 在生产工艺方面，煤制甲醇总体是一个气化、变换、低温甲醇洗、甲醇合成及精馏、空分装置地过程。煤制甲醇，是以煤和水蒸气为原料生产甲醇，在这个过程中得先把煤制成煤浆，通过加入碱液调整煤浆的酸碱度，使用棒磨机或者球磨机对原煤进行煤浆气化，相比之下球磨机磨出的煤浆粒度均匀，筛下物少，在这个过程中排出的废水中含有一定量的甲醇和甲醇精馏废水，这些废水可以充分利用在磨浆水；气化就是煤浆与氧气部分氧化制的粗合成气，在这个过程中会产生co、co2等有害气体；接下来是灰水处理；变换的

过程就是把co转化成h2；在这个过程会产生大量的杂质；低温甲醇洗，这一过程是把制的甲醇的硫化物和杂质等脱除；甲醇合成及精馏的过程其实就是把制的甲醇进行再次净化和优化。煤制甲醇工艺整个过程相对于复杂，在生产过程中产生的杂质比较多，操作难度比较大，杂质多就导致甲醇纯度相对比较低，合成的粗甲醇中杂质种类和量都比天然气甲醇多，因此精馏难度也较大。天然气制甲醇的主要原料是天然气，甲烷是天然气的主要部分，此外还存在少量的烷烃、氮气与烯烃。以非催化部分氧化、蒸汽氧化等方法进行生产甲醇，蒸汽转化法作为应用最广的生产方法，它的生产环境是管式炉中在常压或者加压下进行的，在催化剂的催化下，甲烷与水蒸气进行反应，生成甲醇以及二氧化碳等混合气体。目前我国主要采取的是一段炉采用蒸汽转化、两段炉串联工艺，可以更高效直接的生产出甲醇。这些工艺手段简单高效，生产过程中不会产生大量的有害物质，清洁燃料莫过于这种生产工艺。 煤制甲醇工艺的建设成本，从以上的制造工艺中不难看出，该种制造工艺复杂，每一道工序需要的设备比较多，成本自然而然会比较高；天然气制甲醇工艺流程相对比较简单，所需设备一般都是高效的质量保证的设备，经过工序少，建设成本不高。 在生产成本上，煤碳的消耗是固定的，它的消耗量也受设备装置和生产工艺的影响，此外煤制甲醇还需要电力的支持。煤炭、电力费用在经济日益发展的当前费用也在日益增加，根据相关部门的数

万吨甲醇生产工艺设计方案

100万吨/年甲醇的市场分析与 生产工艺设计 学生：何鹏邱宝成张建豪 一、市场分析 与其他人的合成工序不同，我首先将市场分析放在首位。这也是突出了市场分析对于生产规模的确定的重要作用，及时捕捉市场的准确动态与否决定了现代企业的生死存亡。能够从以往的公司兴衰历史中总结出经验与教训，在这个竞争如此激烈的时代显得更是十分必要。首先不得不承认一个严峻的事实：国内甲醇产能严重过剩！比较下表<表1-1）的产能与表观消费量的差距就会看出：表1-1 2006～2009年国内供需平衡情况及2018年预测 单位：万t

这对于建甲醇厂可能是个很大的打击，但是时代在向前发展，工业化日益发达，所需的这些基础化工原料的需求量也是在增长的。准确掌握市场动向，生产出符合需求的产品，积极拓展下游产业链，如醇醚燃料和煤基烯烃都是未来的主要发展方向，而且符合国家能源安全战略，这是企业得到良好发展必须具备的战略性意识。 当然肯定不止这些，目前全球主要的甲醇的生产地包括亚洲、中东地区、中南美洲<比较表1-2和1-3），而就消费量来说排在前三的是亚洲、北美和西欧，而中国作为亚洲经济发展的中心，已逐渐成为甲醇的最大消费国，每年的净进口量都在增加，这对于国内的企业来说无疑有了外在投资环境的先天优势。 资料显示，目前国内的甲醇年消耗量仅为2200万吨，国内甲醇企业目前开工率为64%，部分企业迫于出货压力，纷纷调低装置负荷。我国甲醇产能过剩严重且短期难以有所改变的现象亟待引起关注。与此同时，进口甲醇优势明显冲击国内行业，中东地区天然气资源丰富，所以他们主要用天然气为原料生产甲醇，成本低而且质量较好；国内的甲醇企业大多采用煤炭作为原料，与进口甲醇相比存在价格上的先天不足，从而当甲醇价格下跌时容易导致亏损。2018年，除少数企业盈利外，80%以上甲醇企业亏损或持平，甚至连综合成本最低的焦炉煤气制甲醇企业也因焦炭装置负荷率太低、原料供应不足而难以实现盈利。自2005年起国家发改委公布《天然气利用政策》指出，新建或扩建以天然气为原料生产甲醇及甲醇

煤制甲醇工艺原理

第一章:甲醇生产工艺原理 第一节:甲醇得物理化学性质、用途 甲醇就是一种有机化学产品。16６1年英国化学家波义耳最早从干馏木材中发现了甲醇。所以也叫木醇。19２２年,德国BＡSF公司用化学方法合成了甲醇、１９23年建成年产3０0吨得甲醇生产装置。采用锌铬催化剂,在高压条件下生产甲醇,所以也叫高压法甲醇。到１966年,英国帝国化学工业(I。C.Ｉ)研究出了铜基催化剂,开发出了低压合成工艺,１971年,德国鲁奇公司(Ｌurgi)也开发出了低压合成甲醇工艺,以后,世界上甲醇生产工艺基本上采用低压合成工艺。 从1975年以后,世界上甲醇生产规模越来越大,甲醇装置单套生产能力达到20万吨／年,到90年代,单套生产能力达到60-80万吨/年,目前已达到10０万吨／年得水平、 1.甲醇得物理化学性质 在常态下,甲醇就是无色透明得液体,有轻微得酒香;有良好得溶解性,与水、乙醇互溶,在汽油中有较大得溶解度;易燃易爆;有毒性,人摄入20－３0ml,会导致失明;摄入50—60ml,会致死。 甲醇分子式:CH3OH,分子量:32 结构式: H H —C—OH H 沸点:64、4－64．８℃; 冰点:—97。68℃;比重0.７91; 爆炸极限:6、０%—36、5%;闪点:１6℃;

2。甲醇得主要用途、 甲醇得化学性质很活泼。可进行氧化、脂化、羰基化、胺化、脱水反应、甲醇就是一种重要得基本有机化工原料。就是碳一化学得基础、用甲醇可以生产上百种化工产品。典型得有:甲醛、聚甲醛、醋酸、甲胺、甲基叔丁基醚(MTBE)、甲基丙烯酸甲脂(MＭA)、聚乙烯醇、碳酸二甲脂、硫酸二甲脂、对苯二甲酸二甲脂(DMＴ)、二甲脂甲酰胺(ＤMF)、二甲醚、乙烯、丙烯及苯,等等。还就是一种重要得能源,可直接做燃料、做甲醇燃料电池、甲醇汽油、还可以分解制氢与一氧化碳。2０08年,全球甲醇产量达到4500万吨。我国甲醇产量1０00多万吨。 第二节:甲醇生产工艺原理 1、合成气得制造与生产甲醇得主要原料 合成气(含有ＣO、ＣO2、H2得气体)在一定压力(5—10MＰa)、温度２３0－2８0℃)与催化剂得条件下反应生成甲醇,合成反应如下: CO+2H2=ＣH3OＨ+Ｑ CO2+3H2=CH3OH+H2Ｏ＋Q 1.1生产甲醇得主要原料 含有CＯ、ＣO2、H2得气体叫合成气、能生产合成气得原料就就是生产甲醇得原料、主要有: Ａ.气体原料:天然气、油田伴生气、煤层气、炼厂气、焦炉气、高炉煤气; B.液体原料:石脑油、轻油、重油、渣油;

煤制甲醇的工艺流程

煤制甲醇的工艺流程 煤制甲醇工艺 气化 a）煤浆制备 由煤运系统送来的原料煤干基（<25mm）或焦送至煤贮斗，经称重给料机控制输送量送入棒磨机，加入一定量的水，物料在棒磨机中进行湿法磨煤。为了控制煤浆粘度及保持煤浆的稳定性加入添加剂，为了调整煤浆的PH值，加入碱液。出棒磨机的煤浆浓度约65%，排入磨煤机出口槽，经出口槽泵加压后送至气化工段煤浆槽。煤浆制备首先要将煤焦磨细，再制备成约65%的煤浆。磨煤采用湿法，可防止粉尘飞扬，环境好。用于煤浆气化的磨机现在有两种，棒磨机与球磨机；棒磨机与球磨机相比，棒磨机磨出的煤浆粒度均匀，筛下物少。煤浆制备能力需和气化炉相匹配，本项目拟选用三台棒磨机，单台磨机处理干煤量43～53t/h，可满足60万t/a甲醇的需要。 为了降低煤浆粘度，使煤浆具有良好的流动性，需加入添加剂，初步选择木质磺酸类添加剂。 煤浆气化需调整浆的PH值在6～8，可用稀氨水或碱液，稀氨水易挥发出氨，氨气对人体有害，污染空气，故本项目拟采用碱液调整煤浆的PH值，碱液初步采用42％的浓度。 为了节约水源，净化排出的含少量甲醇的废水及甲醇精馏废水均可作为磨浆水。 b）气化 在本工段，煤浆与氧进行部分氧化反应制得粗合成气。 煤浆由煤浆槽经煤浆加压泵加压后连同空分送来的高压氧通过烧咀进入气化炉，在气化炉中煤浆与氧发生如下主要反应： CmHnSr+m/2O2—→mCO+（n/2-r）H2+rH2S CO+H2O—→H2+CO2 反应在6.5MPa（G）、1350～1400℃下进行。 气化反应在气化炉反应段瞬间完成，生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等气体。 离开气化炉反应段的热气体和熔渣进入激冷室水浴，被水淬冷后温度降低并被水蒸汽饱和后出气化炉；气体经文丘里洗涤器、碳洗塔洗涤除尘冷却后送至变换工段。 气化炉反应中生成的熔渣进入激冷室水浴后被分离出来，排入锁斗，定时排入渣池，由扒渣机捞出后装车外运。 气化炉及碳洗塔等排出的洗涤水（称为黑水）送往灰水处理。 c）灰水处理 本工段将气化来的黑水进行渣水分离，处理后的水循环使用。 从气化炉和碳洗塔排出的高温黑水分别进入各自的高压闪蒸器，经高压闪蒸浓缩后的黑水混合，经低压、两级真空闪蒸被浓缩后进入澄清槽，水中加入絮凝剂使其加速沉淀。澄清槽底部的细渣浆经泵抽出送往过滤机给料槽，经由过滤机给料泵加压后送至真空过滤机脱水，渣饼由汽车拉出厂外。 闪蒸出的高压气体经过灰水加热器回收热量之后，通过气液分离器分离掉冷凝液，然后进入变换工段汽提塔。 闪蒸出的低压气体直接送至洗涤塔给料槽，澄清槽上部清水溢流至灰水槽，由灰水泵分别送至洗涤塔给料槽、气化锁斗、磨煤水槽，少量灰水作为废水排往废水处理。 洗涤塔给料槽的水经给料泵加压后与高压闪蒸器排出的高温气体换热后送碳洗塔循环使用。 2）变换 在本工段将气体中的CO部分变换成H2。 本工段的化学反应为变换反应，以下列方程式表示： CO+H2O—→H2+CO2 由气化碳洗塔来的粗水煤气经气液分离器分离掉气体夹带的水分后，进入气体过滤器除去杂质，然后分成两股，一部分（约为54%）进入原料气预热器与变换气换热至305℃左右进入变换炉，与自身携带的水蒸汽在耐硫变换催化剂作用下进行变换反应，出变换炉的高温气体经蒸汽过热器与甲醇合成及变换副产的中压蒸汽换热、过热中压蒸汽，自身温度降低后在原料气预热器与进变换的粗水煤气换热，温度约335℃进入中压蒸汽发生器，副产4.0MPa蒸汽，温度降至270℃之后，进入低压蒸汽发生器温度降至180℃，然后进入脱盐水加热器、水冷却器最终冷却到40℃进入低温甲醇洗

年产20万吨煤制甲醇合成工艺初步设计 煤化工毕业设计

年产20万吨煤制甲醇合成工艺初步设计煤化工毕业设 计 毕业设计题目年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 学号 姓名 年级 09煤化工 学院 系别煤化工系 专业煤化工 指导教师 完成日期 2012年5月14日

摘要甲醇是一种极重要的有机化工原料也是一种燃料是碳一化学的基础产品在国民经济中占有十分重要的地位近年来随着甲醇下属产品的开发特别是甲醇燃料的推广应用甲醇的需求大幅度上升为了满足经济发展对甲醇的需求开展了此20万ta的甲醇项目设计的主要内容是进行工艺论证物料衡算和热量衡算等本设计本着符合国情技术先进和易得经济环保的原则采用煤炭为原料利用GSP气化工艺造气NHD净化工艺净化合成气体低压下利用列管均温合成塔合成甲醇三塔精馏工艺精制甲醇此外严格控制三废的排放充分利用废热降低能耗保证人员安全与卫生关键词甲醇合成目录 1总论 4 11甲醇性质 4 12甲醇用途 4 13醇生产原料 4 2甲醇的合成 5 21甲醇合成的基本原理 5 211甲醇合成反应步骤 5 212合成甲醇的化学反应 5 213甲醇合成反应的化学平衡 6 3甲醇合成的催化剂 6 31工业用甲醇合成催化剂 7 4甲醇合成的工艺条件 9 41反应温度 9 42压力 10

43 空速 10 44气体组成 11 5甲醇合成的工艺流程 12 51甲醇合成的方法 12 52甲醇合成塔的选择 15 53甲醇合成的工艺流程 18 6主要设备的工艺计算及选型 19 61甲醇合成塔的设计 19 62水冷器的工艺设计 22 63循环压缩机的选型 25 7设计结果评价 26 8参考文献 27 致谢 27 附工程图纸 1甲醇合成塔简图 2甲醇合成工艺流程图 1总论 11甲醇性质 甲醇俗称木醇木精英文名为methanol分子式CH3OH是一种无色透明易燃有毒易挥发的液体略带酒精味分子量3204化学性质较活泼能发生氧化酯化羰基化等化学反应是重要有机化工原料和优质燃料广泛应用于精细化工塑料医药林产品加工等领域主要用于生产甲醛消耗量要占到总产量的一半甲醛则是生产各种合成树脂不可少的原料用甲醇作甲基化试剂可生产丙烯酸甲酯对苯二甲酸二甲

煤制乙二醇工艺设计流程详细工艺设计

环氧乙烷水合制乙二醇 乙二醇是合成聚酯树脂的主要原料,大家熟知的涤纶纤维就是由乙二醇与对苯二甲酸合成的。乙二醇还可用作防冻液,w(乙二醇)=55%的水溶液的冰点为-36℃,可用作中国北方冬天汽车必需的冷却液。此外,乙二醇还可用作溶剂和用于化妆品、毛皮加工、烟叶润湿和纺织工业染整等。据预测,2000年乙二醇的世界产量将达到10Mt/a。中国1995年的产量为53×１０４ t/a,到2000年将达72×１０４ t/a。 1.乙二醇生产方法综述 现在,乙二醇有多种工业生产方法,但环氧乙烷水合制乙二醇法仍占主导地位。 (1)环氧乙烷法 可用酸作催化剂,但用得较多的是加压水合: 反应中生成约10%的二乙二醇醚(二甘醇)和三乙二醇醚(三甘醇),它们是有用的化工产品,故反应所得的有用产品总产率按环氧乙烷计接近100%,生成的二乙二醇醚用作纤维素、树胶、涂料、喷漆的溶剂或稀释剂。三乙二醇醚主要用来生产刹车液。它们的售价比乙二醇还高,因此可改善生产装置的经济效益。 环氧乙烷法因环氧乙烷售价高,生产总成本也比较高。 (2)乙烯乙酰氧基化法 乙烯乙酰氧基化法又称奥克西兰(Oxirane)法,它可由乙烯为原料生产乙二醇。工艺分二步进行,第一步乙烯与醋酸反应生成乙二醇-醋酸酯和乙二醇二醋酸酯: 反应条件:反应温度160℃,反应压力2.8MPa,催化剂TeO２/HBr[w(HBr)=48%的水溶液]，还可用醋酸锰加碘化钾作催化剂,乙烯转化率60%,选择性95%～97%,产品分布:乙二醇二醋酸酯70%,乙二醇一醋酸酯25%,乙二醇5%。 第二步是醋酸酯水解生成乙二醇和醋酸: 反应条件为:反应温度107～130℃,压力0.117MPa,选择性95%。 该法的总反应式为: ２ＣＨ２=ＣＨ２＋２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２→２ＨＯＣＨ２-ＣＨ２ＯＨ 以乙烯计的摩尔产率为94%,高于以环氧乙烷法生产乙二醇的产率。 该法虽然以廉价的乙烯作原料,但投资和能耗比环氧乙烷法高,经济上是否比环氧乙烷法好