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1、本科毕业设计开题报告题 目：30 万 t/a 煤制甲醇项目 CO 变换工段初步设计院 （系）： 资源与环境工程学院 班 级： 化工 07-1 姓 名： 张 媛 学 号： 19 指导教师： 熊楚安 教师职称： 教 授 黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告题 目 30 万 t/a 煤制甲醇项目 CO 变换工段初步设计 来源 工程实践1、研究目的和意义目的:一氧化碳变换生成氢和二氧化碳的反应是合成甲醇的重要过程，为满足合成工序的指标要求，需进行一氧化碳变换。意义:通过变换工段得到合格的原料气，为合成符合要求的甲醇产品奠定了基础。变换副产的中压蒸汽、低压蒸汽均回收利用。2、国内外发展情况(文献综述)目前
2、国内外合成氨厂、单醇和联醇生产的变换工艺一般采用中串低、中低低、全低变三种形式。随着低温变换技术的发展，特别是全低变工艺的应用，变换气中过量蒸汽已经很少，利用饱和热水塔回收潜热已经没有现实意义。饱和热水塔型全低变工艺流程如图 l 所示 1。联醇工艺完全可取消饱和热水塔，目前该流程已在南京化工厂、河北冀州化肥厂、山西原平化肥厂和霍邱奔盛化工有限公司等得到应用，效果良好，取得预期效果。国内主要有饱和热水塔流程和无饱和热水塔流程。喷水增湿取代填料的饱和热水塔工艺目前正在河南临颖 60kt 合成氨厂和湖北金凯化工股份有限公司(公安化肥厂)已应用，效果良好 2。无饱和热水塔型全低变工艺流程如图 2 所示
3、 1。“全低变”工艺目前在全国 100 多家中、小氮肥厂运行，最长达 8 年之久，被列入“九五”化工国家科技成果重点推广计划项目 3。全低变工艺如图 3 所示 2。 国外像丹麦 T0PSE 公司采用经典型铁铬型变换催化剂。产生费-托反应副产物产量随 H2O/C和反应温度的变化而变化,H 2O 越低,反应温度越高，产生烃类副产物的量越大 4。托普索公司1982年在美国田纳西流域管理局(TVA)建设了煤基德士古炉合成氨装置，将耐硫变换催化剂与水解催化剂置于一套系统 5。此工艺如图4所示。变换兼COS、CS 2、噻吩加氢工艺目前已在湖北荆门中天、河南新郑、山西原平、湖南湘潭的单醇或联醇系统2.0 M
4、Pa变换系统中得到应用 5。全部使用宽温区钴钼系变换催化剂取代传统的铁铬系中变催化剂工业应用报道最早的是1979年丹麦DNK公司下属日产100 t的一个合成氨厂。挪威接着也使用了这种工艺 6。为了改善钴钼耐硫低变催化剂的某些特性，以满足特定的使用条件。如为了提高钴钼耐硫变换催化剂的耐低硫性能， 为了改善钴钼耐硫变换催化剂的HDS(加氢脱硫)、HDO(加氢脱氧)及HDA(加氢脱芳)性能等，可添加铬、镉、锌、钛、钨、镍、锰、钒等一种或几种金属氧化物促进剂。主要型号有：SB一7、QCS-04、B303Q等。钴钼耐硫变换催化剂的特点；催化剂耐毒性能较好。耐硫无上限，但对最低硫含量有一定的要求；对少量的
5、氮、氯、氰等不敏感； 催化剂的催化活性较高，使用温度较宽，即使在比较低的温度下仍具有较高的反应速度(钴钼耐硫变换催化剂起活温度略高)； 催化剂的机械强度好，使用寿命长； 催化剂对有机硫的加氢转化率较高；钴钼耐硫低变催化剂的载体-Al2O3 对高温、高压和高水汽比条件的适应性尚需提高；钴钼耐硫低变催化剂对氧较为敏感，高级润滑油等有机大分子物质也会引起催化剂的活性下降 7。3、设计的目标：本工段将来自气化工序的合成气，通过加入蒸汽调整水气比后，在触媒的作用下进行变换反应，使 CO 与 H2比例满足甲醇合成需要后送入净化工序，同时利用余热副产低压蒸汽。4、设计方案：（1）工艺的确定 一氧化碳变换反应
6、是放热反应，反应温度愈低愈利于反应进行，也就愈利于节汽、节能、提高设备能力，因此采用全低变工艺 6、8 。全低变工艺的应用，变换气中过量蒸汽已经很少利用饱和塔热水塔回收潜热的意义也就不大了，取消饱和塔用喷水增湿来代替水加热器回收变换气的显热 5。工艺流程图如图 5 所示。（2）催化剂的选择 钴钼系变换催化剂是当今耐硫变换催化剂的主体，其组分为15CoO，815MoO 3A1 2O3。钴钼系变换催化剂具有以下特点：具有较宽的活性温区、有良好的耐硫性能 、强度高 、寿命长 910 。 （3）耐硫变换工艺流程的确定 采用耐硫变换工艺，使用宽温（耐硫）钴钼系催化剂，则流程组合的顺序为变换+脱硫+脱碳，
7、脱硫、脱碳可以安排在一个工序内进行 10 。 （4）一氧化碳变换反应段数的确定 合成气中 CO 含量高，在一段变换反应中将 CO 含量降至 8%以下时，温升将达到 200左右。近年来开发的新型钴钼宽温耐硫催化剂，具有起活温度低（245） 、活性温度范围宽（ 200500)、耐高水气比（0.31.8） 、耐硫含量高（10010 -6 ） 、高空速（4000h -1）等特点，因此将变换反应分为三段 1112 。（5）一氧化碳变换进口水气比的选择 CO变换进口水气比的选择问题实际上就是改变工艺气中的水蒸气比例对变换率影响程度的问题，它是工业变换反应中调节CO变换率的主要手段之一,选择合适的水蒸气比例
8、是非常重要的。根据催化剂的特性和各段反应出口CO浓度安排及最终CO浓度的要求，CO变换进口水/干气初步选定为1.4 1112 。（6）一氧化碳变换反应工艺余热回收方案确定 根据变换工序中不同位置的高位能和低位能余热，设置废锅和预热器回收工艺余热 11。（7）防毒剂 由于气化工艺以粉煤为原料，其粉尘、杂质和毒物是无法避免的，所以在一段变换炉上端装填1层防毒剂，以防止催化剂中毒。5、方案的可行性分析：该设计采用全低变工艺是因为一氧化碳变换反应是放热反应，低温有利于一氧化碳的变换。低温变换工艺简单、实用。CoMo 系催化剂在变换过程中使用温度低，其热点温度与中变工艺比较下降了 100以上，几乎无副反
9、应，能耗大幅度下降。取消饱和热水塔用增湿器喷水来代替水加热器回收变换气的显热。省去饱和热水塔、补水泵、循环水泵等设备，使整个流程缩短工艺投资少，容易操作，而且也经济。6、该设计的创新之处取消饱和塔后，半水煤气的氧与硫化物处于无水情况，而热水塔的循环水不与煤气接触，不含有氧，杜绝了由于饱和塔引起的各种问题。整个变换温度控制都用喷水增湿量来调节，彻底解决了用水加热器换热工艺中的设备腐蚀快、材质要求高、进出口管线、阀门多的问题。同时由于喷水增湿的热损小于水加热器，加上没有了饱和热水塔的热水排放，其热量(蒸汽)回收率高13。7、设计产品的主要用途和应用领域：甲醇是基本的化工原料，是精细化工与高分子化工
10、的主要原料；甲醇是碳一化学的母体，是煤化工发展的龙头产品和重要基础；近年来又作为新一代的燃料，而且市场空间很广阔。同时在农业、畜牧业以及医疗卫生行业中也有广泛的应用。8、时间进程1 3 周 开题报告第 4 周 工艺论证5 8 周 工艺计算9 12 周 画图1314 周 非工艺部分论证1516 周 编写设计说明书第 17 周 毕业答辩9、参考文献：1亢田礼.两种全低变工艺的比较J.科技情报开发与经济，2002(1):1411422陈劲松，曾建桥，李小定，吴大天.三种低温变换新工艺C.全国气体净化技术协作网2002 年技术交流会论文集,2002(9):83903陈劲松,曾建桥.CO 低温变换工艺J
11、.全国化工合成氨设计技术中心站 2000 年技术交流会，2000:931024陈劲松，李小定.论甲醇生产变换工艺的配置J.全国氮肥厂节能技改和产品结构调整经验交流年会，2003:1381495陈劲松.变换工艺新发展J.工业催化，2004(12):2222256陈劲松.一氧化碳低温变换工艺及应用C.全国中氮情报协作组第 18 次技术年会论文集，2001:1841927张建宇.一氧化碳变换催化剂的特性与选用J.化工催化剂及甲醇技术，2001(5):148施俊鹏.中低低和全低变变换工艺的设计与选择J.山西化工，2008(28):52549李选志,韦孙昌.铜基一氧化碳低温变换催化剂的研究进展J.大氮肥
12、，2006(29):697210王明华，李政，倪维斗.煤制甲醇 CO 变换工艺组合方式的研究J.化学工程,2008(36):667011徐邦浩.Shell 粉煤气化一氧化碳变换工艺的选择J.化肥工业,2006(33):71212王建辉，李栋.Shell 粉煤气化低水气比耐硫变换工艺运行总结J.河南化工，2010(9):424513李一峥.非饱和塔型一氧化碳全低温变换工艺的改造J.化工进展，1998(1):525414ROMITI DOMENICO.Process for Urea Production from Ammonia and Carbon Dioxide(P).US20050572387,2005-07-22.15MERRIAM JAY S, HOGG CECIL B. Process for the catalytic conversion of carbon monoxide and sulfactive CO conversion catalyst. P. 国外专利:EP0062912,1982-10-20.指导教师意见:教师签字：年 月 日毕业设计领导小组意见: 组长签字：年 月 日
