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1、 陕西能源职业技术学院 毕业设计说明书20万t/a煤制甲醇系统工艺及装置设计专 业： 应用化技术姓 名： 指导老师： 李秉昌摘 要甲醇是重要的有机化工原料,其深加工产品涉及到烯烃(乙烯、丙烯)、有机酸(甲酸、醋酸)、甲醛、二甲醚等多种有机化合物,而且甲醇还是优良的洁净燃料。煤制甲醇是现代煤化工极具影响的技术领域,应该充分利用我国相对比较丰富的煤炭资源,大力发展甲醇化工。本设计主要内容包括煤气化制取合成气，再由合成气合成甲醇。主要工艺包括：流化床气化和鲁奇低压合成甲醇。根据甲醇产量及设计要求，完成了相关的工艺流程确定、工艺计算并且绘制了工艺流程图及气化炉和合成塔结构简图等内容。关键词：甲醇，煤气
2、化，CO变换，合成气 目 录1 文献综述51.1 我国甲醇行业现状与发展建议5甲醇发展状况5甲醇市场状况6甲醇发展方向6甲醇行业的发展建议71.2 甲醇生产方法简介7煤、焦炭制甲醇的生产方法简述7本设计工艺流程82 煤制甲醇生产工艺流程92.1 煤气化制粗原料气92.1.1 煤气化基本原理92.1.2 灰熔聚流化床煤气化技术概述92.1.3 ICC灰熔聚流化床煤气化工艺92.2 粗原料气栲胶法脱硫112.2.1 栲胶法脱硫工艺原理112.2.2 粗原料气栲胶脱硫工艺流程112.3 原料气变换122.3.1 一氧化碳变换的原理122.3.2 加压全低变工艺流程132.4 变换气栲胶法脱硫132.
3、4.1 变换气脱硫原因132.4.2 变换气栲胶脱硫工艺流程132.5 变换气碳酸丙烯酯法脱碳132.5.1 碳酸丙烯酯法脱碳原理132.5.2 碳酸丙烯酯法脱碳工艺流程142.6 合成气（变换气）压缩142.7合成气合成甲醇152.7.1 合成甲醇反应原理152.7.2 鲁奇（Lurgi）低中压发合成甲醇工艺流程152.7.3 鲁奇（Lurgi）管壳型甲醇合成塔162.8 粗甲醇精馏17精馏原理172.8.2 加压蒸馏的目的及双效法定义172.8.3 双效法三塔粗甲醇精馏工艺流程172.8.4 双效法三塔粗甲醇精馏工艺流程特点182.9 工艺流程总结193 煤制甲醇生产工艺计算203.1 I
4、CC灰熔聚流化床煤气化工艺计算203.1.1 原料煤及煤气发生炉数据203.1.2 煤气化工艺物料衡算203.1.3 煤气化工艺热量衡算253.1.4 原料煤气化最终产物283.2 粗原料气脱硫工艺计算293.3 原料气变换工艺计算293.3.1 变换反应的热效应293.3.2 变换反应的平衡常数303.3.3 变换率与平衡变换率303.4 变换气脱硫工艺计算313.5 变换气脱碳工艺计算313.6 合成气（变换气）压缩工艺计算323.7 合成气合成甲醇工艺计算323.7.1 合成甲醇反应热效应323.7.2 合成气合成甲醇计算333.8 粗甲醇精馏工艺计算343.9 工艺计算总结34参考文献
5、35致 谢361文献综述1.1 我国甲醇行业现状与发展建议 甲醇发展状况 甲醇的性质纯甲醇为无色透明略带乙醇气味的易挥发液体，沸点65，熔点-97.8，和水相对密度0.7915(20/4)，甲醇能和水以任意比相溶，但不形成共沸物，能和多数常用的有机溶剂(乙醇、乙醚、丙酮、苯等)混溶，并形成恒沸点混合物，甲醇能和一些盐如CaCl2、MgCl2等形成结晶化合物，称为结晶醇如CaCl2CH3OH、MgCl26CH3OH，和盐的结晶水合物类似，甲醇蒸气能和空气形成爆炸性混合物，爆炸极限6.036.5（体积）。甲醇燃烧时无烟，火焰呈蓝色。甲醇具有脂肪族伯醇的一般性质,连有羟基的碳原子上的三个氢原子均可被
6、一一氧化,或脱氢生成甲醛,再氧化成甲酸,甲酸氧化的最终产物是二氧化碳和水。试剂甲醇常密封保存在棕色瓶中置于较冷处。 甲醇生产工艺的发展1923年德国BASF公司首先用合成气在高压下实现了甲醇的工业化生产，直到1965年，这种高压法工艺是合成甲醇的唯一方法。1966年英国ICI公司开发了低压法工艺，接着又开发了中压法工艺。1971年德国的Lurgi公司相继开发了适用于天然气渣油为原料的低压法工艺。由于低压法比高压法在能耗、装置建设和单系列反应器生产能力方面具有明显的优越性，所以从70年代中期起，国外新建装置大多采用低压法工艺。世界上典型的甲醇合成工艺主要有ICI工艺、Lurgi工艺和三菱瓦斯化学
7、公司(MCC)工艺。目前，国外的液相甲醇合成新工艺具有投资省、热效率高、生产成本低的 显著优点，尤其是LPMEOHTM工艺，采用浆态反应器，特别适用于用现代气流床煤气化炉生产的低H2/(COCO2)比的原料气，在价格上能够与天然气原料竞争。我国的甲醇生产始于1957年，50年代在吉林、兰州和太原等地建成了以煤或焦炭为原料来生产甲醇的装置。60年代建成了一批中小型装置，并在合成氨工业的基础上开发了联产法生产甲醇的工艺。70年代四川维尼纶厂引进了一套以乙炔尾气为原料的95 kt/a低压法装置，采用英国ICI技术。1995年12月，由化工部第八设计院和上海化工设计院联合设计的200 kt/a甲醇生产
8、装置在上海太平洋化工公司顺利投产，标志着我国甲醇生产技术向大型化和国产化迈出了新的一步。2000年，杭州林达公司开发了拥有完全自主知识产权的JW低压均温甲醇合成塔技术，打破长期以来被ICI、Lurgi等国外少数公司所垄断拥的局面，并在2004年获得国家技术发明二等奖。2005年，该技术成功应用于国内首家焦炉气制甲醇装置上。南京国昌化工科技有限公司研发的GC型轴径向低压甲醇合成塔技术，通过了中国石油和化学工业协会组织的鉴定。专家认为该甲醇合成塔结构新颖、设计合理，属国内首创，填补了我国轴径向低压甲醇合成塔的空白。该技术已于2003年底在山东久泰化工科技有限公司5万吨/年低压甲醇装置上首次运用成功
9、。1.1.2甲醇市场状况自2002年年初以来，我国甲醇市场受下游需求强力拉动，以及生产成本的提高，甲醇价格一直呈现一种稳步上扬走势。甲醇市场价格最高涨幅超过100%，甲醇生产的利润相当丰厚，效益好的厂家每吨纯利超过了1000元/吨，因而甲醇生产厂家纷纷扩产和新建，使得我国甲醇的产能急剧增加。目前在建或拟建的大型甲醇项目主要有：中海石油化学有限公司在海南建设的年产180万吨甲醇项目，其中第一期工程为年产60万吨甲醇；山西焦化集团有限公司年产12万吨的甲醇技术改造项目；我国陕西榆林天然气化学工业公司在陕西榆林的30万吨/年甲醇装置，建成后，甲醇生产能力将增加到73万吨/年；香港建滔化工集团与重庆长
10、寿化工园合资建造的年产75万吨甲醇项目，重庆化医控股（集团）公司与日本三菱化工合资兴建的年产85万吨甲醇项目，届时重庆的甲醇总产量将达到200万吨，长寿化工园也将成为全国最大的天然气化工基地。据粗略统计，这些新建甲醇装置如果全部建成投产，新增加的年产能至少在500万吨以上，将对我国甲醇市场供求关系产生明显的影响。1.1.3甲醇发展方向甲醇是极为重要的有机化工原料，在化工、医药、轻工、纺织及运输等行业都有广泛的应用，其衍生物产品发展前景广阔。目前甲醇的深加工产品已达120多种，我国以甲醇为原料的一次加工产品已有近30种。在化工生产中，甲醇可用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺、甲基叔丁基醚（MTBE
11、）、聚乙烯醇（PVA）、硫酸二甲酯、对苯二甲酸二甲酯（DMT）、二甲醚、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲醇等。以甲醇为中间体的煤基化学品深加工产业从甲醇出发生产煤基化学品，是未来C1化工发展的重要方向。比如神华集团发展以甲醇为中间体的煤基化学品深加工，利用先进成熟技术，发展“甲醇醋酸及其衍生物”；利用国外开发成功的MTO或MTP先进技术，发展“甲醇烯烃及衍生物”的2大系列。随着C1化工的发展，由甲醇为原料合成乙二醇、乙醛和乙醇等工艺正日益受到重视。甲醇作为重要原料在敌百虫、甲基对硫磷和多菌灵等农药生产中，在医药、染料、塑料和合成纤维等工业中都有着重要的地位。甲醇还可经生物发酵生成甲醇蛋白，用作饲料添加
12、剂，有着广阔的应用前景。1.1.4 甲醇行业的发展建议在世界基础有机化工原料中，甲醇消费量仅次于乙烯、丙烯和苯，是一种很重要的大宗化工产品。作为有机化工原料，用来生产各种有机化工产品。虽然目前世界甲醇市场已供大于求，而且新建装置还将继续建成投产，但是根据专家对汽车代用能源的预测，甲醇是必不可少的替代品之一。另外，甲醇下游产品的开发也会进一步促进甲醇工业的发展，因此，甲醇工业的发展前景还是比较乐观的。 生产装置大型化我国甲醇工业目前还在一定程度上面临着进口产品的冲击，原因是国内大部分装置规模小、技术落后、能耗高，造成生产成本高，无法与国外以天然气为原料的大型或超大型甲醇装置抗衡；另一方面，通过多
13、年来技术引进及国内科研院所、高校的研究开发，目前我国甲醇工业已基本使用了国外各种类型的传统低压气相法反应装置；催化剂研制也达到国际最高水平；新工艺的研究也有较大的进展，主要问题在于装置的大型化。 重视新技术 加大基础研究工作液相甲醇合成工艺具有技术和经济双重优势。在不远的将来会与气相合成工艺在工业上竞争，并会趋于完善，循着类似低压法代替高压法的历程逐渐取代气相合成工艺。因此，应加大对液相合成工艺研究开发力度，一定要开发出自主的先进成套技术。CO2加氢合成甲醇、甲烷直接合成甲醇是甲醇工业的热点开发技术，一方面要跟踪国外先进技术；另一方面应加大基础研究工作，尤其是催化剂的研究开发。1.2 甲醇生产
14、方法简介1.2.1煤、焦炭制甲醇的生产方法简述 煤与焦炭是制造甲醇粗原料气的主要固体燃料。用煤和焦炭制甲醇的工艺路线包括燃料的企划、气体的脱硫、变换、脱碳及甲醇的合成与精制。用蒸汽与氧气（或空气、富氧空气）对煤、焦炭进行热加工称为固体燃料气化，气化所的可燃气体通称煤气是制造甲醇的初始原料气。气化的主要设备是煤气发生炉，按煤在炉中的运动方式，气化方法可分为固定床（移动床）气化法、硫化床气化符合其留床企划法。国内用煤与焦炭制甲醇的煤气化一般都沿用固定床间歇气化法，煤气炉沿用UGI炉。在国外对于煤的气化，目前以工业化的煤气炉有柯柏斯-托切克（Koppers-Totzek）、鲁奇（Lurgi）及温克勒
15、（Winkler）三种。还有第二、第三代煤气化炉的炉型主要有德士古（Texaco）及谢尔-柯柏斯（Shell-Koppers）等。用煤和焦炭制得的粗原料气组分中氢碳比太低，故在气体脱硫后要经过变换工序。使过量的一氧化碳变换为氢气和二氧化碳，在经脱碳工序将过量的二氧化碳除去。原料气经过压缩、甲醇合成与精馏精制后制得甲醇。1.2.2本设计工艺流程烟煤 灰熔聚硫化床粉煤气化制粗原料气工艺设备：ICC灰熔聚硫化床粉煤气化炉原料气栲胶法脱硫工艺Co-Mo全低温变换工艺变换气栲胶法脱硫工艺碳酸丙烯酯法脱除二氧化碳工艺变换气体压缩鲁奇（Lurgi）低中压发合成甲醇工艺设备：鲁奇（Lurgi）管壳型甲醇合成反应器双效三塔粗甲醇精馏工艺甲醇产品2煤制甲醇生产工艺流程2.1 煤气化制粗原料气 煤气
