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1、西安交通大学毕 业 论 文 题 目： 利用二氧化碳生产甲醇的工艺流程设计指导教师； 学生姓名： 李岩 院校学号： 专 业： 化学工程与工艺 毕业论文开题报告书院校西安交通大学专 业化学工程与工艺姓 名李岩院校学号： 论文（设计）题目利用二氧化碳生产甲醇的工艺流程设计一、选题的背景、意义 二氧化碳是工业的主要排放物,是引起全球温室效应的气体之一,更是一种重要的碳资源。二氧化碳的活化及利用引起了人们越来越强烈的关注。1除了提高资源使用效率(低碳经济)外,二氧化碳的捕集、封存及再利用(CCS)技术受到广泛关注。该技术不仅可以减少大气中二氧化碳的浓度,降低温室气体的排放和减少环境污染,而且可以得到高纯
2、度二氧化碳并成为制造化学品的含碳原料,变废为宝,增加经济效益。该技术是控制温室气体排放,实现含碳资源循环利用的应用途径之一。 针对世界石油储备量的减少,这越来越涉及到碳氢化合物和碳原料等这些源头,例如,天然气在工业加工2-4,有效地取代石油,必须开发高度评价的生产技术,在此基础上5-6生产的主要产品是化学产品、石油化工合成产品和清洁汽车燃料。 各种以二氧化碳作为原料或中间体的新产品和新技术正不断被研发出,也进一步拉动了二氧化碳的捕集技术的发展。可以预见,二氧化碳的捕集将配合二氧化碳的再利用成为降低成本的普遍方法。 甲醇是重要的有机化工原料,是Cl化学的基础物质,甲醇产量仅次子合成氨、乙烯、丙烯
3、和苯,居第5位,在我国其即将跃为第1位。7随着能源结构的改变,甲醇有未来燃料的候补燃料之称,甲醇易传输,可以单独或与汽油混合作为汽车燃料,用它作为汽油添加剂可起节约芳烃、提高辛烷值的作用,甲醇将成为21世纪有竞争力的可选清洁燃料8-10。 从甲醇出发生产的化工产品达数百种。随着节约能源和保护环境上升为基本国策,以及节能减排工作的进一步深入,可持续发展日益重要,甲醇将再次被研究人员重视,以致于有关甲醇的下游产品及技术发展的更加透彻,从而甲醇的市场会变的更大。 化工流程模拟软件出现于上世纪50年代末,现已成为进行化工过程设计的强大工具。这类软件包含强大的热力学和单元操作模块,并配有庞大的物性数据库
4、,既可进行单个的设备计算,也可计算整个化工生产流程。现在化工过程模拟软件已经广泛地被应用于化工过程的设计、测试、优化和过程的整合。其主要代表作是由美国ASPEN TECH公司于上世纪80年代推向市场的大型通用流程模拟系统?Aspen Plus。该软件具有完备的物性数据库,备有全面、广泛的化工单元操作模型,能方便地构成各种化工生产流程,提供一套功能强大的模型分析工具,它用严格和最新的计算方法,进行化工单元和全流程的模拟运算。 化工过程模拟或流程模拟是根据化工过程的数据,诸如物料的压力、温度、流量、组成和有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格以及一定的设备参数,如蒸馏板的板数、进料位置等,采用适当
5、的模拟软件,将一个由许多个单元过程组成的化工流程用数学模型描述,用计算机模拟实际的生产过程,并在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果。其中包括原材料消耗、公用工程消耗和产品、副产品的产量和质量等重要数据。二、国内外研究二氧化碳生产甲醇的工艺研究CO?本身呈现极大的化学惰性,要在较温和的条件下实现CO?加氢的高效转化,关键在于开发高活性的催化剂。国外已经开发出了成熟的CO?加氢合成甲醇的催化剂,国内还处于研究阶段。CO?加氢合成甲醇过程中H?的来源是一个大问题,如果通过化石资源生产氢气必定副产大量的CO?达不到本质利用CO?目的。如果工厂有多余的氢气和CO?可以采用该合成方法合成甲醇。由
6、于受到热力学的限制,CO?加氢合成甲醇反应的转化率很低,生产工艺中必须考虑原料气循环利用的问题。采用CO?和H?合成甲醇的流程包括原料精制、甲醇合成、甲醇精馏这3个主要的步骤。由于CO?和H?合成甲醇反应生产的水量较大,所以甲醇的精馏过程能耗会偏高。 目前研究CO?加氢合成甲醇工艺的单位较多,均处于对催化荆和反应条件的研究。该工艺CO?的转化率较低.甲醇的产率低,限制了其工业化生产装置的建设。今后应加强提高CO?的括性、增大甲醇的选择性、新型催化剂及装置工业化等关键技术的研究。超细负载型催化剂园具有比表面积大、分散度高和热稳定性好的特点,将成为一种发展苊势,是今后研究的方向。 CO?加氢制甲醇
7、的工艺流程和设备与传统甲醇合成工艺相比差别不大,投资、成本较低。国内仅有一家以CO?为原料生产甲醇的厂家,但不是直接加氧,国外已有多家二氧化碳催化加氢直接转化为甲醇工业化的实倒。CO?制甲醇既可缓解温室效应,又可节约能源,无论从经济、环境还是社会角度,都具有十分美好的前景,因此,国内更应该加强这方面的研究工作。成甲醇反应生产的水量较大,所以甲醇的精馏过程能耗会偏高。 目前研究CO?加氢合成甲醇工艺的单位较多,均处于对催化荆和反应条件的研究。该工艺CO?的转化率较低.甲醇的产率低,限制了其工业化生产装置的建设。今后应加强提高CO?的括性、增大甲醇的选择性、新型催化剂及装置工业化等关键技术的研究。
8、超细负载型催化剂园具有比表面积大、分散度高和热稳定性好的特点,将成为一种发展苊势,是今后研究的方向。 CO?加氢制甲醇的工艺流程和设备与传统甲醇合成工艺相比差别不大,投资、成本较低。国内仅有一家以CO?为原料生产甲醇的厂家,但不是直接加氧,国外已有多家二氧化碳催化加氢直接转化为甲醇工业化的实倒。CO?制甲醇既可缓解温室效应,又可节约能源,无论从经济、环境还是社会角度,都具有十分美好的前景,因此,国内更应该加强这方面的研究工作。 三、课题设计方案 主要说明：研究（设计）的基本内容、观点及拟采取的研究途径和方法设计内容 本设计主要设计内容为,通过Aspen-plus软件模拟出二氧化碳加氢合成甲醇的
9、工艺流程图,以及计算出本工艺相关的物料衡算、热量横衡算以及主要设备的选型。2. 主要设计过程2.1 初值估算2.2 采用RadFrac进行严格精馏验证3. 设计结果3.1 主要工艺流程图的设计结果3.2 物料衡算3.3 热量衡算四、计划进度安排 主要说明：起止时间及分阶段的进度要求。1.起止时间：2016年5月20日2016年9月26日 2.分阶段要求（1）2016年5月20日2016年6月23日，确定指导教师名单，对学生进行系统性的毕业论文写作方法的指导，安排选题以及文献搜集工作。 （2）2016年6月23日2016年7月11日，根据毕业论文的写作方向撰写开题报告，提出问题、总结前人的研究成
10、果以及确定研究的思路与方法。（3）2016年7月15日2016年8月1日，形成毕业论文的初稿，提交指导老师审阅，并根据论文存在的问题安排下一步的指导工作。（4）2016年8月1日2016年8月15日，指导教师对学生撰写毕业论文的完整性、逻辑严密性、存在的问题等进行审核并提出修改意见，学生修改后定稿并提交指导教师。（5）2016年8月15日2016年8月25日，组成预答辩小组审查毕业论文的规范性和学术性，并提出改进的措施与意见。（6）2016年8月25日2016年9月25日，根据毕业论文写作的质量进行成绩的评定。五、主要参考文献1 周媛,任军,李忠.焦炉煤气合成燃料甲醇发展前景分析.西工第27卷
11、第2期.2 煤基合成燃料工艺学 曾蒲君、王承宪编 /中国矿业大学出版社.3 王莉.合成甲醇催化剂的研究进展.西南化工研究设计院.2005,06. 4 王平尧.甲醇合成反应器的分析与选择.中国石化集团四川维尼纶厂.5 曹湘洪.重视甲醇制乙烯丙烯的技术开发, 大力开拓天然气新用途, 2004.6 马爱山, 等译. 世界能源展望. 北京: 地质出版社, 2001: 13-20, 69- 83.7 谢克昌, 李忠编著.甲醇及其衍生物.北京: 化学工业出版社,2002: 339- 345.8 刘国平. 浅论燃料甲醇的前景J.应用化工, 2003, 32( 2) : 1- 3.9 房鼎业. 甲醇生产技术及进展. 上海: 华东化工学院出版社,1990.指导教师意见及建议 签名： 年 月 日教学单位领导小组审批意见：组长签名： 年 月 日
