年产60万吨煤制甲醇定稿稿

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1、毕 业 设 计题 目：年产 60 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计学号：名：系另IJ: 地质测量系专业：应用化工技术指导教师：2012.6.8题 目：年产 60 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计摘要甲醇是一种极重要的有机化工原料，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 60 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；利用GSP气化工艺造气；NHD净化 工艺净化

2、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；此 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、精馏目录1总论 41.1概述 42工艺流程设计 52.1煤气化技术路线的选择 52.2净化工艺方案的选择 72.3合成甲醇工艺的选择 82.4粗甲醇的精馏 113工艺流程 143.1 GSP气化工艺流程143.2 净化装置工艺流程 153.3甲醇合成工艺流程 193.4甲醇精馏工艺流程 203.5氨吸收制冷流程224工艺计算234. 1物料衡算 234.1.1精馏工段234.1.2合成工段244.1.3变换净化工段304.1.4气化工段33

3、4. 2能量衡算 335主要设备的计算和选型385. 1甲醇合成塔的设计 385.2水冷器的工艺设计 405. 3循环压缩机的选型 435. 4气化炉的选型 436合成车间设计456. 1厂房的整体布置设计 456. 2合成车间设备布置的设计 457三废处理467. 1甲醇生产对环境的污染和处理方法 46致谢48参考文献481总论1.1 概述1.1.1 甲醇性质甲醇俗称木醇、木精，英文名为methanol，分子式CH OH。是一种无色、透明、易3 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（d 20），蒸气4相对密度1.11（空气=1）,熔点-97.8C，沸

4、点64.7C，闪点（开杯）16C,自燃点473C, 折射率（20C） 1.3287，表面张力（25C） 45.05mN/m，蒸气压（20C） 12.265kPa，粘度 （20C） 0.5945mPas。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮类和大多数其他有机溶剂混溶。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。1.1.2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

5、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，目前 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

6、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。1.1.4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（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。2工艺流程设计图 1 煤制甲醇的简单工艺流程首先是采用GSP气化工艺将原料煤气化为合成气；然后通过变换和NHD脱硫脱碳工 艺将合成气转化为满足甲醇合成条件的原料气；第三步就是甲醇的合成

7、，将原料气加压 到5.14Mpa,加温到225C后输入列管式等温反应器，在XNC-98型催化剂的作用下合成 甲醇，生成的粗甲醇送入精馏塔精馏，得到精甲醇。然后利用三塔精馏工艺将粗甲醇精 制得到精甲醇。2.1 煤气化技术路线的选择煤气化技术按气化反应器的形式，气化工艺可分为移动床（固定床）、流化床、气 流床三种。2.1.1 移动床气化采用一定粒度范围的碎煤（5mm50mm）为原料，与气化剂逆流接触，炉内温度分 布曲线出现最高点，反应残渣从炉底排出，生成气中含有可观量的挥发气。典型的气化 炉为鲁奇（Lurgi）炉。移动床气化，是目前世界上用于生产合成气的主要方法之一。在大型煤制甲醇的装 置中，固定

8、床的优点是投资低，可是它有很多不足：（1）对原料煤的黏结性有一定有 一定要求：（2）气化强度低：（3）环境污染负荷大，治理较麻烦。2.1.1 流化床气化采用一定粒度分布的细粒煤（V10mm）为原料，吹入炉内的气化剂使煤粒呈连续随 机运动的流化状态，床层中的混合和传热都很快。所以气体组成和温度均匀，解决了固 定床气化需用煤的限制。生成的煤气基本不含焦油，但飞灰量很大。发展较早且比较成 熟的是常压温克（Winkler）炉。它的缺点是：（1）在常压或接近于常压下生产，生产强度低、能耗高、碳转化率 只有88%90%。（2）对煤的气化活性要求高，仅适合于气化褐煤和高活性的烟煤。（3） 缺少大型使用经验；

9、要在大型甲醇装置中推广，受一定限制。2.1.3气流床气化气流床采用粉煤为原料，反应温度高，灰分是熔融状态。典型代表为 GSP,Shell,Texaco 气流床气化工艺。气流床气化优点很多，它是针对流化床的不足开 发的。气流床气化具有以下特点：(1) 米用0.2mm的粉煤。(2) 气化温度达1 4001 600C，对环保很有利，没有酚、焦油，有机硫很少， 且硫形态单一。(3) 气化压力可达3.56.5MPa，可大大节省合成气的压缩功。(4) 碳转化率高，均大于90%，能耗低。(5) 气化强度大。(6) 但投资相对较高，尤其是Shell粉煤气化。从技术先进性、能耗、环保等方面考虑，对于大型甲醇煤气

10、化应选用气流床气化为 宜. 从流程分，可分为冷激式流程和废热锅炉流程。前者在煤气离开气化炉后用激冷水 直接冷却，它适合于制造氨气或氢气。因为这种流程易于和变换反应器配套，激冷中产 生的蒸汽可满足变换反应的需要。后者热煤气是经辐射锅炉，再送往对流锅炉，产生高 压蒸汽可用于发电或作热源。2.1.4 GSP工艺技术简介GSP工艺技术是20世纪70年代末由GDR(原民主德国)开发并投入商业化运行的大 中型煤气化技术。与其他同类气化技术相比，该技术因米用了气化炉顶干粉加料与反应 室周围水冷壁结构，因而在气化炉结构以及工艺流程上有其先进之处。GSP气化技术的 主要特点如下：(1) 米用干粉煤(水份含量2%

11、)作为气化原料，根据后续化工产品的要求，煤粉可 用氮气或一氧化碳输送，故操作十分安全。由于气化温度高，故对煤种的适应性更为广 泛，从较差的褐煤、次烟煤、烟煤到石油焦均可使用，也可以两种煤掺混使用。对煤的 灰熔点的适用范围比其他气化工艺更宽，即使是高水份、高灰分、高硫含量和高灰熔点 的煤种也能使用。(2) 气化温度高，一般在14501600C，煤气中甲烷体积分数小于0.1%, (CO+HJ 体积分数高达90%以上。(3) 氧耗较低，与水煤浆加压气化工艺相比，氧耗低约15%20%，可降低配套空分 装置投资和运行费用。(4) 气化炉米用水冷壁结构，无耐火材料衬里。水冷壁设计寿命按25年考虑。正常 使

12、用时维护量很少，运行周期长。(5) 只有一个联合喷嘴(开工喷嘴与生产喷嘴合二为一)，喷嘴使用寿命长，为气化 装置长周期运行提供了可靠保障。(6) 碳转化率高达99%以上，冷煤气效率高达80%以上。(7) 对环境影响小，气化过程无废气排放。(8) 投资省，粗煤气成本较低。2.2 净化工艺方案的选择净化工艺包括；变换、脱硫脱碳、硫回收三个部分。2.2.1 变换工序以煤为原料制得的粗甲醇原料气必须经过一氧化碳变换工序。变换工序主要有两个 方面的作用：通过变换调整氢碳比和使有机硫转化为无机硫。变换工艺主要有：鲁奇低压甲醇生产中的变换工艺，Tops C e法甲醇生产中的变换 工艺，以及国内的以重油为原料

13、的全气量部分变换工艺。设计中的变换工艺是一种全新 的设计，该工艺采用的是部分气变换。该工艺的简单流程为：气化工段来的水煤气首先 进入预变换炉，出炉后分为两部分：一部分进入另一变换炉，变换后经过多次换热和气 液分离后去了脱硫系统；另一部分先进入有机硫水解槽脱硫，出来后气体又分为两部分， 部分去调节变换炉出口 CO含量，部分去发电系统发电。2.2.2 NHD脱硫脱碳NHD溶剂的物理性质和应用性能NHD溶剂主要组分是聚乙二醇二甲醚的同系物，分子式为CHO(CH O)nCH ,3 2 4 3式中n=28,平均分子量为250280。物理性质(25C)：密度1.027kg/m3蒸汽压0.093Pa表面张力

14、0.034N/m粘度4.3mPa.s比热2100J/(kg/K)导热系数0.18W/(m/K)冰点-22C-29C闪点151C燃点157C综上所述， NHD 法脱硫脱碳净化工艺是一种高效节能的物理吸收方法。且在国内 某些装置上己成功应用，有一定的生产和管理经验，本着节约投资、采用国内先进成熟 的净化技术这一原则，设计采用了 NHD脱硫脱碳净化工艺。2.3 合成甲醇工艺的选择甲醇合成的典型工艺主要是：低压工艺（ICI低压工艺、Lurgi低压工艺）、中压 工艺、高压工艺。甲醇合成工艺中最重要的工序是甲醇的合成，其关键技术是合成甲醇 催化剂的和反应器，设计采用的是低压合成工艺。2.3.1 甲醇合成塔

15、的选择甲醇合成反应器实际是甲醇合成系统中最重要的设备。从操作结构，材料及维修等 方面考虑，甲醇合成反应器应具有以下要求：（1）催化剂床层温度易于控制，调节灵活，能有效移走反应热，并能以较高位能 回收反应热；（2）反应器内部结构合理，能保证气体均匀通过催化剂床层，阻力小，气体处理 量大，合成转化率高，催化剂生产强度大；（3）结构紧凑，尽可能多填装催化剂，提高高压空间利用率；高压容器及内件间 无渗漏；催化剂装御方便；制造安装及维修容易。甲醇合成塔主要由外筒、内件和电加热器三部分组成。内件事由催化剂筐和换热器 两部分组成。根据内件的催化剂筐和换热器的结构形式不同，甲醇内件份为若干类型。按气体在催化剂床的流向可分为：轴向式、径向式和轴径复合型。 按催化剂筐内反应惹得移出方式可分为冷管型连续换热式和冷激型多段换热式两 大类。按换热器的形式分为列管式、螺旋板式、波纹板式等多种形式。 本设计采用了固定管板列管合成塔。这种合成塔就是一台列管换热器，催化剂在管内，管间（壳程）是沸腾水，将反应 热用于副产3.0MPa4.0MPa的中压蒸汽。代表塔型有Lu