煤制甲醇合成工艺毕业设计模板

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1、煤制甲醇合成工艺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： 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

2、；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 41.1 甲醇性质 41.2 甲醇用途 41.3 醇 生 产 原料 42 甲 醇 的 合成 52.1 甲 醇 合 成 的 基 本原理 52.1.1 甲 醇 合 成 反 应 步 骤 52.1.2 合 成甲 醇 的化 学反应 52.1.3 甲 醇合 成 反应 的化 学平衡 63 甲 醇合 成 的催 化剂 63.1 工 业用 甲 醇合 成催 化剂 74

3、甲 醇 合 成 的工 艺 条件 94.1 反 应 温度 9压10空104.2力 4.3速 4.4 气 体 组115 甲 醇 合 成 的工 艺 流程 125.1 甲 醇 合 成 的 方法 125.2甲醇合成塔的选择 155.3 甲 醇 合 成 的 工 艺流程 186 主 要设 备 的 工 艺计 算及 选型 196.1 甲醇合成塔的设计 196.2 水冷器的工艺设计 226.3 循 环 压 缩 机 的 选型 257 设 计 结 果 评价 268 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1.1 甲醇性质甲醇俗称木醇、木精，英文名为methanol,分

4、子式C%OH。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 32.04, 相对密度0.7914 （d42），蒸气相对密度1.11 （空气=1），熔点-97.8 C，沸点 647C，闪点（开杯）16C启燃点473C，折射率（20C ） 1.3287,表面张力（25 乜）45.05mN/m,蒸气压（20 乜）12.265kPa,粘度（20 C ） 0.5945mPa? s。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮类和大多数其它有机溶剂混 溶。蒸气与空气形成爆炸性混合物， 爆炸极限 6.0% 36.5% （体积比）。化学 性质 较活泼 , 能发生氧化、 酯化、 羰基化等化学反应

5、。1.2甲醇用途甲醇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。甲醇主要用于生产甲醛 , 消耗量要占到甲醇 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 ; 甲 醇羰基化可生产醋酸、 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 , 当前用甲醇合成乙 二醇、 乙醛、 乙醇也日益受到重视。甲醇 也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

6、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 还是一种很有前景的清洁能源 , 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 ; 另外燃料级甲醇用于供热和发电 , 也可达到环保 要求。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。1.3 甲醇生产原料合成甲醇的工业生产是以固体 （ 如煤、 焦炭） 、 液体（ 如原油、 重 油、 轻油 ） 或气体 （ 如天然气及其它可燃性气体 ） 为原料 , 经造气、 净 化 （

7、 脱硫 ） 变换 , 除二氧化碳 , 配制成一定配比的合成气。在不同的催化 剂 存在下 , 选用不同的工艺条件可单产甲醇 （ 分高、 中、 低压法 ） , 或 与合 成氨联产甲醇 （ 联醇法 ） 。将合成后的粗甲醇经预精镏脱除甲醚 , 再 精镏 而得成品甲醇。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。对于中国 , 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、

8、 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中国甲醇生产最重要的原料 4 。o2 甲醇的合成2.1 甲醇合成的基本原理2.1.1 甲醇合成反应步骤 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

9、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a、e （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CO、CO2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。2.1.2合成甲醇的化学反应 甲醇是甲醇合成反应是

10、多项铜基催化剂上进行的复杂的、可逆的化学( 1) 、 主要的化学反应CO 2 H2CH3OHH 2OCO 23H 2CH 3OH2)甲醇合成的副反应2COCH 3OCH 3H 2OCOCH4H2O4CO 8H 2C4H 9OH3H 2OCO2H222CO H 2O2.1.3 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 CH3OH, PH2, P 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

11、 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。可是低温反应速率太慢 , 因此甲醇生产选用高活性 的铜基 催化剂，使反应温度控制在 220 280C .表 1-1 不同温度下甲醇反应的平衡常数反应温度/ c平衡常数/ Kp0667.3010012.922U01.9U9 2-23002.42 X0-44001.079 X0-53 甲醇合成的催化剂甲醇合成是是典型的气 一固相催化反应过程。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

12、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。3.1 工业用甲醇合成催化剂甲醇合成是是典型的气 一固相催化反应过程。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。 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。随着脱硫技术的发展，使用铜基催

13、化剂己成为甲醇合成工业的主要方向，锌基催化剂已于 80年代中期淘汰。表 3 国内外常见铜基催化剂特性对比 10催化剂型号组分/%操作条件CuOZnOAI2O3压力/MPa温度/C英国 ICI 51-36030107.8-11.8190 270德国LG104513244.9210 240美国C79-21.5-11.7220 330丹麦LMK40109.8220 270中国C302系列513245.0-10.0210 280中国XCN-98522085.010.0200 290从表的对比能够看出，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

14、达到国 外同 类催化剂的先进水平，而且价格较低。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，1 966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；也能够用氧化铬 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；还能够干法生产，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。可是锌铬催化剂活性温 度高，操作温度在 320-400 C 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,当前逐步被淘汰。2. 铜基催化剂(CuO/ ZnO/ C r2O3 或 CuO/ ZnO/ AI2O3)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 , 一般见于低、 中压流程。(1)组成 铜基催化剂的主要化学成分是CuO/ ZnO/ AI2O3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