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1、北京理工大学珠海学院2013届本科生毕业设计 年产50万吨煤制甲醇生产的工艺设计学 院：专 业：姓 名：指导老师：化工与材料学院化学工程与工艺 学 号：职 称：090502011017 讲师中国珠海二0一三年五月年产50万吨煤制甲醇生产的工艺设计摘 要煤制甲醇生产工艺是一种以煤为原料进行甲醇生产的工艺流程。在国际原油价格不断攀升的环境下，甲醇作为多种有机产品的基本原料和重要溶剂，受到众多投资者的关注。通过查阅资料及分析，采用德国Lurgi公司开发的低压合成法，以煤作为原料，进行年产50万吨的甲醇生产的工艺设计，包括原料气的制备、合成工艺设计以及粗产品的精制工艺设计。同时，参考相关的资料和标准对
2、合成工段和精馏工段的设备和管道进行了合理布局，并编制了设备一览表，物料流程图，工艺管道及仪表流程图，设备平面布置图。关键词：甲醇；低压法；合成工艺；精制工艺An annual output of 500,000 tons of coal to methanol Production process designAbstractMethanol production process is a coal as feedstock for methanol production process.Methanol as the basic raw material of a variety of or
3、ganic products and an important solvent in the environment of rising international crude oil price, subject to the attention of many investors. Through access to information and analysis, using German Lurgi company has developed a low-pressure synthesis, using coal as raw material, and an annual out
4、put of 500,000 tons of methanol production process design, inducing the preparation of the feed gas,the synthesis process design, and the crude product was purified process design. The same time, reference information and standard rational distribution of the synthesis section and distillation equip
5、ment and piping section, and to prepare a list of equipment, material flow chart, process piping and instrumentation diagrams, equipment layout plan.Keywords: Methanol ; Low-pressure method ; Synthesis process ; Refining process目 录1 前言11.1 合成甲醇的发展历程11.2 合成甲醇的重要性11.3 国内外甲醇的生产和供需概况21.3.1 国外甲醇的生产和供需概况2
6、1.3.2 国内甲醇的生产和供需概况31.4 甲醇的生产方法41.5 甲醇的生产规模61.6 粗甲醇的精制原理61.6.1 粗甲醇的组成61.6.2 粗甲醇中杂质的分类71.6.3 精甲醇的质量标准81.7 几种典型的甲醇精制工艺流程92 甲醇合成催化剂及合成工艺选择122.1 催化剂选择122.2 反应温度122.3 反应压力132.4 气体组成132.5 空速133 原料气的制取工艺153.1 煤的选用153.2 气化工艺153.3 原料气的变换173.4 脱硫脱碳工艺183.5 合成工艺流程203.6 精馏方案选择214 物料衡算224.1 合成过程的反应方程224.2 合成塔物料衡算2
7、24.3 合成反应中各气体消耗和生产量234.4 新鲜气和驰放气量的确定244.5 循环气气量的确定254.6 入塔气和出塔气组成264.7 甲醇分离器出口气体组成284.8 贮罐气组成295 热量衡算315.1 合成塔热量衡算相关计算式315.1.1 合成塔入塔热量计算315.1.2 合成塔的反应热325.1.3 合成塔出塔热量计算325.2 合成塔热量损失335.3 蒸汽吸收的热量335.4 合成气换热器的热量衡算345.4.1 合成气入换热器的热量345.4.2 合成气出换热器的热量345.5 换热器的热量衡算345.5.1 入换热器的出合成塔气热量345.5.2 出换热器的出合成塔气热
8、量355.6 水冷器的热量衡算355.6.1 入水冷器的热量355.6.2 出水冷器的热量355.6.3 冷却水的用量365.7 甲醇分离器的热量衡算366 合成工段的设备选型376.1 催化剂的使用量376.2 合成塔的设计376.2.1 换热面积的确定376.2.2 换热管数的确定376.2.3 合成塔直径386.2.4 合成塔的壁厚设计386.2.5 壳体设计液压强度校核386.2.6 合成塔封头设计396.2.7 折流板和管板的选择及设计396.2.8 支座396.3 合成气进塔换热器的选型396.4 水冷器的选型436.5 汽包的选型446.6 加热器的选型446.7 分离器的设计4
9、56.8 合成气压缩机选型456.9 出塔气离心泵456.10 冷却水离心泵466.11 粗产品泵467 甲醇精馏工段的设计477.1 预精馏塔的设计477.1.1 进料组成477.1.2 加碱量的计算477.1.3 清晰分割法取出二甲醚487.1.4 预精馏塔塔釜温度计算497.1.5 理论板数的计算497.2 加压精馏塔设计507.2.1 清晰分割法分离物系507.2.2 塔顶、进料、塔釜温度计算517.2.3 回流比及理论板数计算527.3 加压精馏塔工艺尺寸设计537.3.1 平均摩尔质量、密度、表面张力计算537.3.2 精馏段塔径设计557.3.3 提馏段塔径设计557.3.4 塔
10、板工艺尺寸计算567.3.5 热量衡算597.4 常压精馏塔设计617.4.1 清晰分割法分离物系617.4.2 塔顶、进料、塔釜温度计算627.4.3 回流比及理论板数计算637.5 常压精馏塔工艺尺寸设计647.5.1 平均摩尔质量、密度、表面张力计算647.5.2 精馏段塔径设计657.5.3 提馏段塔径设计667.5.4 精馏段塔板工艺尺寸计算677.5.5 精馏段塔板负荷性能图697.5.6 提馏段塔板工艺尺寸计算717.5.7 提馏段塔板负荷性能图747.6 热量衡算768 安全技术与环境保护798.1 有毒物质的预防798.1.1 甲醇中毒的应急处理798.1.2 二甲醚中毒的应
11、急处理798.1.3 一氧化碳中毒的应急处理798.1.4 硫化氢中毒的应急处理798.2 甲醇的贮藏809 总结81参考文献82符号说明83谢辞86附 录87VII1 前言甲醇，是一种有酒精气味的易挥发的无色液体，有毒，燃烧时无烟，有蓝色火焰，能与水、乙醇、乙醚等有机溶剂互溶，能与多种化合物形成共沸混合物，能与多种化合物形成溶剂混溶。因为它最早是由木材和木质素干馏制得，所以又称“木醇”或“木精”,分子式CH3OH,是饱和醇中最简单的一元醇1。自然界中游离态甲醇很少见，但在许多植物油脂，天然染料，生物碱中却有它的衍生物。在不同的催化剂存在下，选用不同的工艺条件，生产甲醇可以采用单产甲醇（分高压
12、法、低压和中压）或与合成氨联产甲醇（联醇法2）。1.1 合成甲醇的发展历程甲醇作为多种有机产品的基本原料和重要溶剂，广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业,生产规模日益增大，消费范围也不断扩大。20世纪30年代，甲醇几乎全部由木材蒸馏制得，世界甲醇产量约4.5万吨。1923年，德国巴登苯胺-纯碱公司试验用CO和H2，在300-400和30-50MPa的条件下，通过锌铬催化剂的作用下合成甲醇，并于当年首先实现甲醇合成的工业化，简称年产300t甲醇的高压合成法装置，至20世纪60年代，此法一直被引用。1966年英国帝国化学工业公司（I.C.I）研制成功铜基催化剂，并开发了低压合成工艺，及I
13、.C.I工艺。1971年，德国鲁奇公司开发另一种低压合成甲醇的工艺，简称Lurgi工艺。20世纪70年代中期以后，世界上新建和扩建的甲醇装置几乎都采用低压合成工艺。50多年来，低压法合成甲醇的工艺几乎成为工业生产甲醇的唯一方法，生产工艺也不断改善。随着技术的不断完善以及新工艺的不断革新，合成甲醇的原料也逐渐拓宽。根据原料的不同，合成甲醇的方法有多种，早期的木材或木质素干馏法制甲醇的方法，今天在工业上已经被淘汰。工业合成甲醇常用的方法有甲烷部分氧化法制甲醇和一氧化碳、二氧化碳加压催化氢化制取甲醇的方法。后者在现今的工业上应用较广泛，国外对前者的研究一直没有间断3，是一个很有工业前途的制取甲醇的方
14、法。甲醇工业的迅速发展，在有机合成工业中，是仅次于烯烃和芳烃的重要基础有机原料。1.2 合成甲醇的重要性甲醇是一种重要的化工产品，有很多用途，它是生产塑料、合成橡胶、农药、医药和染料的原料。甲醇大量用于生产甲醛和对苯二甲酸二甲酯；以甲醇为原料经羰化反应直接合成醋酸也已经工业化，。ICI公司生产的甲醇蛋白商品名为“Pruteen”。“Pruteen”产品中含有72的粗蛋白，蛋氨酸和赖氨酸含量与鱼粉非常相近，作为富含热量、维生素、矿物质及高蛋白的饲料在市场上销售4，5，6。为了解决石油资源不足的问题，许多国家正研究充分利用煤和天然气资源，发展合成甲醇工业，以甲醇代替燃料或进一步合成汽油，也可以从甲醇出发合成乙醇，然后进行乙醇脱水生产乙烯，以替代石油生产乙烯的原料路线，或从甲醇直接制取乙烯、丙烯等低级烯烃7，8，9。近年来，我国甲醇需求增长平稳，一部分来自于传统应用领域，如甲醛生产等，而新应用领域如醋酸及MTBE等则支撑着甲醇需求的增长。广义地说，甲醇应用可分为两大应用领域，即MTBE和化工应用。以甲醇为中间体的煤基化学品深加工产业
