年產(chǎn)20萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝畢業(yè)設(shè)計

1、平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2015 屆畢業(yè)設(shè)計說明書年產(chǎn)20萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝設(shè)計系、 部： 材料與化學(xué)工程系 學(xué)生姓名： 徐鈺瑩 指導(dǎo)教師： 職稱： 教授 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 班 級： 化專2012班 完成時間： 2015年 月 摘 要甲醇是一種極重要的有機化工原料，也是一種燃料，是碳化學(xué)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位。近年來，隨著甲醇下屬產(chǎn)品的開發(fā)，特別是甲醇燃料的推廣應(yīng)用，甲醇的需求大幅度上升。為了滿足經(jīng)濟發(fā)展對甲醇的需求，開展了此20萬t/a的甲醇項目。設(shè)計的主要內(nèi)容是進行工藝論證，物料衡算和熱量衡算等。本設(shè)計本著符合國情、技術(shù)先進和易得、經(jīng)濟、環(huán)保的原則，采用煤炭為原

2、料；利用GSP氣化工藝造氣；NHD凈化工藝凈化合成氣體；低壓下利用列管均溫合成塔合成甲醇；三塔精餾工藝精制甲醇；此外嚴格控制三廢的排放，充分利用廢熱，降低能耗，保證人員安全與衛(wèi)生。關(guān)鍵詞：甲醇合成；氣體精餾；工藝流程ABSTRACTMethanol is a kind of very important organic chemical raw materials, is also a kind of fuel, is a chemical carbon based products, in the national economy occupies very important positi

3、on. In recent years, with the development of methanol subordinate products, especially the popularization and application of the methanol fuel, methanol demand increases. In order to meet the needs of economic development, methanol, carried out the 200000 t/a of methanol project. The design of the m

4、ain content is process demonstration, and the material balance calculations and heat balance calculations, etc. This design with the situation of China, with advanced technology and are easy, economy, environment protection principle, the coal for raw materials; Use of GSP gasification process the g

5、asification; NHD purification process synthesis gas purification; Low voltage of mean temperature tube synthesis tower methanol synthesis; Three tower distillation process refined methanol; In addition to strictly control the three wastes emissions, make full use of waste heat, reduce the energy con

6、sumption and ensure safety and health personnel.Keywords：methanol synthesis；gas distillation；process flow目 錄1概論 6 1.1概述 6 1.2設(shè)計的目的和意義 7 1.3設(shè)計依據(jù) 7 1.4設(shè)計的指導(dǎo)思想 8 1.5原料煤的規(guī)格 82工藝論證 9 2.1 煤氣化路線的選擇 9 2.2凈化工藝方案的選擇 11 2.3合成甲醇工藝選擇 12 2.4甲醇精餾 143工藝流程 18 3.1 GSP氣化工藝流程 18 3.2凈化裝置工藝流程 19 3.3甲醇合成工藝流程 25 3.4甲醇精餾工藝流

7、程 26 3.5氨吸收制冷流程 274工藝計算 29 4.1物料衡算 29 4.2能量衡算 355主要設(shè)備的工藝計算及選型 41 5.1甲醇合成塔的設(shè)計 41 5.2水冷器的工藝設(shè)計 43 5.3循環(huán)壓縮機的選型 46 5.4甲醇合成廠的主要設(shè)備一覽表 466三廢處理 47 6.1甲醇生產(chǎn)對環(huán)境的污染 47 6.2 處理方法 47設(shè)計結(jié)果評價 48參考文獻 49致謝 501 總論1.1 概述1.1.1 甲醇性質(zhì)甲醇俗稱木醇、木精，英文名為methanol，分子式CH3OH。是一種無色、透明、易燃、有毒、易揮發(fā)的液體，略帶酒精味；分子量32.04，相對密度0.7914(d420)，蒸氣相對密度1

8、.11(空氣=1)，熔點-97.8，沸點64.7，閃點（開杯）16，自燃點473，折射率(20)1.3287，表面張力（25）45.05mN/m，蒸氣壓（20）12.265kPa，粘度（20）0.5945mPas。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮類和大多數(shù)其他有機溶劑混溶。蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限6.036.5（體積比）?；瘜W(xué)性質(zhì)較活潑，能發(fā)生氧化、酯化、羰基化等化學(xué)反應(yīng)。1.1.2 甲醇用途甲醇是重要有機化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料，廣泛應(yīng)用于精細化工，塑料，醫(yī)藥，林產(chǎn)品加工等領(lǐng)域。甲醇主要用于生產(chǎn)甲醛，消耗量要占到甲醇總產(chǎn)量的一半，甲醛則是生產(chǎn)各種合成樹脂不可少的原料。用甲醇作甲基化試劑可生產(chǎn)

9、丙烯酸甲酯、對苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醇羰基化可生產(chǎn)醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有機合成中間體，它們是制造各種染料、藥品、農(nóng)藥、炸藥、香料、噴漆的原料，目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重視。甲醇也是一種重要的有機溶劑，其溶解性能優(yōu)于乙醇，可用于調(diào)制油漆。作為一種良好的萃取劑，甲醇在分析化學(xué)中可用于一些物質(zhì)的分離。甲醇還是一種很有前景的清潔能源，甲醇燃料以其安全、廉價、燃燒充分，利用率高、環(huán)保的眾多優(yōu)點，替代汽油已經(jīng)成為車用燃料的發(fā)展方向之一；另外燃料級甲醇用于供熱和發(fā)電，也可達到環(huán)保要求。甲醇還可經(jīng)生物發(fā)酵生成甲醇蛋白，富含維生素和蛋白質(zhì)，具有營養(yǎng)價值高而成本低

10、的優(yōu)點，用作飼料添加劑，有著廣闊的應(yīng)用前景。1.1.3 甲醇生產(chǎn)工藝的發(fā)展甲醇是醇類中最簡單的一元醇。1661年英國化學(xué)家R.波義耳首先在木材干餾后的液體產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)甲醇，故甲醇俗稱木精、木醇。在自然界只有某些樹葉或果實中含有少量的游離態(tài)甲醇，絕大多數(shù)以酯或醚的形式存在。1857年法國的M貝特洛在實驗室用一氯甲烷在堿性溶液中水解也制得了甲醇。我國的甲醇生產(chǎn)始于1957年，50年代在吉林、蘭州和太原等地建成了以煤或焦炭為原料來生產(chǎn)甲醇的裝置。60年代建成了一批中小型裝置，并在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上開發(fā)了聯(lián)產(chǎn)法生產(chǎn)甲醇的工藝。70年代四川維尼綸廠引進了一套以乙炔尾氣為原料的95kt/a低壓法裝置，采用英

11、國ICI技術(shù)。1995年12月，由化工部第八設(shè)計院和上?；ぴO(shè)計院聯(lián)合設(shè)計的200kt/a甲醇生產(chǎn)裝置在上海太平洋化工公司順利投產(chǎn)，標(biāo)志著我國甲醇生產(chǎn)技術(shù)向大型化和國產(chǎn)化邁出了新的一步。2000年，杭州林達公司開發(fā)了擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的JW低壓均溫甲醇合成塔技術(shù)，打破長期來被ICI、Lurgi等國外少數(shù)公司所壟斷擁的局面，并在2004年獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎。2005年，該技術(shù)成功應(yīng)用于國內(nèi)首家焦?fàn)t氣制甲醇裝置上。1.1.4 甲醇生產(chǎn)原料合成甲醇的工業(yè)生產(chǎn)是以固體（如煤、焦炭）、液體（如原油、重油、輕油）或氣體（如天然氣及其它可燃性氣體）為原料，經(jīng)造氣、凈化（脫硫）變換，除二氧化碳，配制成一

12、定配比的合成氣。在不同的催化劑存在下，選用不同的工藝條件可單產(chǎn)甲醇（分高、中、低壓法），或與合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇（聯(lián)醇法），將合成后的粗甲醇經(jīng)預(yù)精餾脫除甲醚，再精餾而得成品甲醇。1.2 設(shè)計的目的和意義由于我國石油資源短缺，能源安全已經(jīng)成為不可回避的現(xiàn)實問題，尋求替代能源已成為我國經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵。甲醇作為石油的補充已成為現(xiàn)實，發(fā)展甲醇工業(yè)對我國經(jīng)濟發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。煤在世界化石能源儲量中占有很大比重（我國情況更是如此），而且煤制甲醇的合成技術(shù)很成熟。隨著石油和天然氣價格的迅速上漲，煤制甲醇更加具有優(yōu)勢。本設(shè)計遵循“工藝先進、技術(shù)可靠、配置科學(xué)、安全環(huán)?！钡脑瓌t；結(jié)合甲醇的性質(zhì)特征設(shè)計一座年產(chǎn)2

13、0萬噸煤制甲醇的生產(chǎn)車間。通過設(shè)計可以鞏固、深化和擴大所學(xué)基本知識，培養(yǎng)分析解決問題的能力；還可以培養(yǎng)創(chuàng)新精神，樹立良好的學(xué)術(shù)思想和工作作風(fēng)。通過完成設(shè)計，可以知道甲醇的用途；基本掌握煤制甲醇的生產(chǎn)工藝；了解國內(nèi)外甲醇工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀；以及甲醇工業(yè)的發(fā)展趨勢。1.3 設(shè)計的依據(jù)1.3.1 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料與化學(xué)工程系2015屆畢業(yè)設(shè)計選題年產(chǎn)20萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書1.3.2 設(shè)計的基礎(chǔ)資料（1） 工藝流程資料參閱某化學(xué)工程公司的甲醇合成廠的工藝流程資料和參考由房鼎業(yè)主編的甲醇工學(xué)。（2）合成工段的工藝參數(shù)參閱某化學(xué)工程公司的甲醇合成廠的工藝參數(shù)資料。具體數(shù)據(jù)為入塔壓力5

14、.14MPa，出塔壓力4.9 MPa，副產(chǎn)蒸汽壓力3.9 MPa，入塔溫度225，出塔溫度255。1.4 設(shè)計的指導(dǎo)思想以設(shè)計任務(wù)書為基礎(chǔ)，適應(yīng)我國甲醇工業(yè)發(fā)展的需要。加強理論聯(lián)系實際，擴大知識面；培養(yǎng)獨立思考、獨立工作的能力。整個設(shè)計應(yīng)貫徹節(jié)省基建投資，充分重視技術(shù)進步，降低工程造價，節(jié)能環(huán)保等思想，設(shè)計生產(chǎn)高質(zhì)量甲醇產(chǎn)品。1.5 原料煤規(guī)格原料煤的元素分析為：C 67.5%；H 4.0% ；O 10.2%；N 0.65% ；S（可燃）1.73%；S（不可燃）0.34%；Cl/（mg/kg）229；F/（mg/kg）104；Na/（mg/kg）2180；K/（mg/kg）292。2 工藝流程

15、設(shè)計首先是采用GSP氣化工藝將原料煤氣化為合成氣；然后通過變換和NHD脫硫脫碳工藝將合成氣轉(zhuǎn)化為滿足甲醇合成條件的原料氣；第三步就是甲醇的合成，將原料氣加壓到5.14Mpa，加溫到225后輸入列管式等溫反應(yīng)器，在XNC-98型催化劑的作用下合成甲醇，生成的粗甲醇送入精餾塔精餾，得到精甲醇。然后利用三塔精餾工藝將粗甲醇精制得到精甲醇。2.1 煤氣化技術(shù)路線的選擇 煤氣化技術(shù)按氣化反應(yīng)器的形式，氣化工藝可分為移動床（固定床）、流化床、氣流床三種。2.1.1 移動床氣化采用一定粒度范圍的碎煤（5mm50mm）為原料，與氣化劑逆流接觸，爐內(nèi)溫度分布曲線出現(xiàn)最高點，反應(yīng)殘渣從爐底排出，生成氣中含有可觀量

16、的揮發(fā)氣。典型的氣化爐為魯奇（Lurgi）爐。移動床氣化，是目前世界上用于生產(chǎn)合成氣的主要方法之一。在大型煤制甲醇的裝置中，固定床的優(yōu)點是投資低，可是它有很多不足：（1）對原料煤的黏結(jié)性有一定要求：（2）氣化強度低：（3）環(huán)境污染負荷大，治較麻理煩。2.1.1 流化床氣化采用一定粒度分布的細粒煤（10mm）為原料，吹入爐內(nèi)的氣化劑使煤粒呈連續(xù)隨機運動的流化狀態(tài)，床層中的混合和傳熱都很快。所以氣體組成和溫度均勻，解決了固定床氣化需用煤的限制。生成的煤氣基本不含焦油，但飛灰量很大。發(fā)展較早且比較成熟的是常壓溫克（Winkler）爐。它的缺點是：（1）在常壓或接近于常壓下生產(chǎn)，生產(chǎn)強度低、能耗高、碳

17、轉(zhuǎn)化率只有88%90%。（2）對煤的氣化活性要求高，僅適合于氣化褐煤和高活性的煙煤。（3）缺少大型使用經(jīng)驗；要在大型甲醇裝置中推廣，受一定限制。2.1.3 氣流床氣化氣流床采用粉煤為原料，反應(yīng)溫度高，灰分是熔融狀態(tài)。典型代表為GSP,Shell,Texaco氣流床氣化工藝。氣流床氣化優(yōu)點很多，它是針對流化床的不足開發(fā)的。氣流床氣化具有以下特點：（1）采用0.2mm的粉煤。（2）氣化溫度達14001600，對環(huán)保很有利，沒有酚、焦油，有機硫很少，且硫形態(tài)單一。（3）氣化壓力可達3.56.5MPa，可大大節(jié)省合成氣的壓縮功。（4）碳轉(zhuǎn)化率高，均大于90%，能耗低。（5）氣化強度大。（6）但投資相對

18、較高，尤其是Shell粉煤氣化。從技術(shù)先進性、能耗、環(huán)保等方面考慮，對于大型甲醇煤氣化應(yīng)選用氣流床氣化為宜。從流程分，可分為冷激式流程和廢熱鍋爐流程。前者在煤氣離開氣化爐后用激冷水直接冷卻，它適合于制造氨氣或氫氣。因為這種流程易于和變換反應(yīng)器配套，激冷中產(chǎn)生的蒸汽可滿足變換反應(yīng)的需要。后者熱煤氣是經(jīng)輻射鍋爐，再送往對流鍋爐，產(chǎn)生高壓蒸汽可用于發(fā)電或作熱源。目前，常用的、技術(shù)較成熟的氣流床主要有干粉和水煤漿兩種。干粉氣流床：該技術(shù)的特點是碳的轉(zhuǎn)化率高，氣化反應(yīng)中，所產(chǎn)煤氣中CO含量高，H2含量較低，這種煤氣的熱值較高。另外，這種氣化爐均采用水冷壁而不是耐火磚，爐襯的使用壽命長。水煤漿氣流床：水煤

19、漿氣化技術(shù)的特點是煤漿帶35%40%水入爐，因此氧耗比干粉煤氣化約高20%；爐襯是耐火磚，沖刷嚴重，每年要更換一次;生成CO2量大，碳的轉(zhuǎn)化率低，有效氣體成份(CO+H2)低；對煤有一定要求，如要求灰分13%，灰熔點1300，含水量8%等，雖然具有氣流床煤氣化的共同優(yōu)點，仍是美中不足。通過比較可知道大型甲醇的煤氣化的應(yīng)該優(yōu)先考慮干粉煤氣化。設(shè)計采用的是GSP冷激氣化工藝，其兼有shell和Texaco的技術(shù)優(yōu)點。代表著未來氣流床加壓氣化技術(shù)的發(fā)展方向。2.1.4 GSP工藝技術(shù)簡介GSP工藝技術(shù)是20世紀70年代末由GDR(原民主德國)開發(fā)并投入商業(yè)化運行的大中型煤氣化技術(shù)。與其他同類氣化技術(shù)

20、相比，該技術(shù)因采用了氣化爐頂干粉加料與反應(yīng)室周圍水冷壁結(jié)構(gòu)，因而在氣化爐結(jié)構(gòu)以及工藝流程上有其先進之處。GSP氣化技術(shù)的主要特點如下：（1）采用干粉煤(水份含量2%)作為氣化原料，根據(jù)后續(xù)化工產(chǎn)品的要求，煤粉可用氮氣或一氧化碳輸送，故操作十分安全。由于氣化溫度高，故對煤種的適應(yīng)性更為廣泛，從較差的褐煤、次煙煤、煙煤到石油焦均可使用，也可以兩種煤摻混使用。對煤的灰熔點的適用范圍比其他氣化工藝更寬，即使是高水份、高灰分、高硫含量和高灰熔點的煤種也能使用。（2）氣化溫度高，一般在14501600，煤氣中甲烷體積分數(shù)小于0.1%，(CO+H2)體積分數(shù)高達90%以上。（3）氧耗較低，與水煤漿加壓氣化工

21、藝相比，氧耗低約15%20%，可降低配套空分裝置投資和運行費用。（4）氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，無耐火材料襯里。水冷壁設(shè)計壽命按25年考慮。正常使用時維護量很少，運行周期長。（5）只有一個聯(lián)合噴嘴(開工噴嘴與生產(chǎn)噴嘴合二為一)，噴嘴使用壽命長，為氣化裝置長周期運行提供了可靠保障。（6）碳轉(zhuǎn)化率高達99%以上，冷煤氣效率高達80%以上。（7）對環(huán)境影響小，氣化過程無廢氣排放。（8）投資省，粗煤氣成本較低。2.2 凈化工藝方案的選擇凈化工藝包括；變換、脫硫脫碳、硫回收三個部分。2.2.1 變換工序變換工藝主要有：魯奇低壓甲醇生產(chǎn)中的變換工藝，Topse法甲醇生產(chǎn)中的變換工藝，以及國內(nèi)的以重油為原料的全

22、氣量部分變換工藝。設(shè)計中的變換工藝是一種全新的設(shè)計，該工藝采用的是部分氣變換。該工藝的簡單流程為：氣化工段來的水煤氣首先進入預(yù)變換爐，出爐后分為兩部分：一部分進入另一變換爐，變換后經(jīng)過多次換熱和氣液分離后去了脫硫系統(tǒng)；另一部分先進入有機硫水解槽脫硫，出來后氣體又分為兩部分，部分去調(diào)節(jié)變換爐出口CO含量，部分去發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電。(1)工藝條件的確定：溫度 設(shè)計中的變換爐（R2002）內(nèi)裝兩段耐硫變換觸媒，兩段間配有煤氣激冷管線，采用連續(xù)換熱式來降低溫度，控制溫度在393左右。預(yù)變換爐溫度控制在240左右。壓力 設(shè)計中是將氣體壓縮到3.8Mpa后送入變換爐的。壓力對反應(yīng)的化學(xué)平衡沒有影響，但對反應(yīng)速率

23、影響顯著，在0.10.3Mpa范圍內(nèi)反應(yīng)速率大約與壓力的0.5次方而成正比，故加壓操作可提高設(shè)備生產(chǎn)能力?，F(xiàn)代甲醇裝置采用加壓變換可以節(jié)約壓縮合成氣的能量，并可充分利用變換氣中過剩蒸汽的能量。最終變換率 最終變換率由合成甲醇的原料氣中氫碳比及一氧化碳和二氧化碳的比例決定的。當(dāng)全氣量通過變換工序時，此時要求最終變換率不太高，必須保證足量的CO作為合成甲醇的原料；設(shè)計中采用的是部分氣量變換，其余氣量不經(jīng)過變換而直接去合成，這部分氣體可以調(diào)節(jié)變換后甲醇合成原料氣中CO的含量，所以通過的氣體變換率達90%以上。催化劑粒度 為了提高催化劑的粒內(nèi)有效因子，可以減少催化劑粒度，但相應(yīng)地氣體通過催化劑床的阻力

24、就將增加，變換催化劑的適宜直徑為610mm，工業(yè)上一般壓制成圓柱狀，粒度55或99mm。設(shè)計中采用催化劑粒度為99mm。2.2.2 NHD脫硫脫碳(1) NHD溶劑的物理性質(zhì)和應(yīng)用性能NHD溶劑主要組分是聚乙二醇二甲醚的同系物，分子式為CH3O(C2H4O)nCH3,式中n=28，平均分子量為250280。物理性質(zhì)(25)： 密度 1.027kg/m3 蒸汽壓 0.093Pa 表面張力 0.034N/m 粘度 4.3mPa.s 比熱 2100J/(kg/K) 導(dǎo)熱系數(shù) 0.18W/(m/K) 冰點 -22-29 閃點 151 燃點 157應(yīng)用性能：表1 各種氣體在NHD溶劑中的相對溶解度組分

25、H2 CO CH3 CO2 COS H2S CH3SH4 CS2 H2O相對溶解度 1.3 2.8 6.7 100 233 892 2270 2400 73300(2) NHD溶劑吸收機理甲醇生產(chǎn)要求凈化氣含硫量低，NHD溶劑脫硫(包括無機硫和有機硫)溶解度大，對二氧化碳選擇性好，而且，NHD脫硫后串聯(lián)NHD脫碳，仍是脫硫過程的延續(xù)。NHD脫硫脫碳的甲醇裝置的生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，經(jīng)NHD法凈化后，凈化氣總硫體積分數(shù)小于0.1x10-6，再設(shè)置精脫硫裝置，總硫體積分數(shù)可小于0.0510-6，滿足甲醇生產(chǎn)的要求。綜上所述，NHD法脫硫脫碳凈化工藝是一種高效節(jié)能的物理吸收方法。且在國內(nèi)某些裝置上己成功應(yīng)用

26、，有一定的生產(chǎn)和管理經(jīng)驗，本著節(jié)約投資、采用國內(nèi)先進成熟的凈化技術(shù)這一原則，設(shè)計采用了NHD脫硫脫碳凈化工藝。2.3 合成甲醇工藝的選擇甲醇合成的典型工藝主要是：低壓工藝（ICI低壓工藝、Lurgi低壓工藝）、中壓工藝、高壓工藝。甲醇合成工藝中最重要的工序是甲醇的合成，其關(guān)鍵技術(shù)是合成甲醇催化劑的和反應(yīng)器，設(shè)計采用用的是低壓合成工藝。2.3.1 甲醇合成塔的選擇目前，國內(nèi)外的大型甲醇合成塔塔型較多，歸納起來可分為五種：冷激式合成塔：這是最早的低壓甲醇合成塔，是用進塔冷氣冷激來帶走反應(yīng)熱。該塔結(jié)構(gòu)簡單，也適于大型化。但碳的轉(zhuǎn)化率低，出塔的甲醇濃度低，循環(huán)量大，能耗高，又不能副產(chǎn)蒸汽，現(xiàn)已經(jīng)基本被

27、淘汰。冷管式合成塔：這種合成塔源于氨合成塔，在催化劑內(nèi)設(shè)置足夠換熱面積的冷氣管，用進塔冷管來移走反應(yīng)熱。冷管的結(jié)構(gòu)有逆流式、并流式和U型管式。由于逆流式與合成反應(yīng)的放熱不相適應(yīng)，即床層出口處溫差最大，但這時反應(yīng)放熱最小，而在床層上部反應(yīng)最快、放熱最多，但溫差卻又最小，為克服這種不足，冷管改為并流或U形冷管。這種塔型碳轉(zhuǎn)化率較高但僅能在出塔氣中副產(chǎn)0.4MPa的低壓蒸汽。日前大型裝置很少使用。水管式合成塔：將床層內(nèi)的傳熱管由管內(nèi)走冷氣改為走沸騰水。這樣可較大地提高傳熱系數(shù)，更好地移走反應(yīng)熱，縮小傳熱面積，多裝催化劑，同時可副產(chǎn)2.5Mpa4.0MPa的中壓蒸汽，是大型化較理想的塔型。固定管板列管

28、合成塔：這種合成塔就是一臺列管換熱器，催化劑在管內(nèi)，管間（殼程)是沸騰水，將反應(yīng)熱用于副產(chǎn)3.0MPa4.0MPa的中壓蒸汽。固定管板列管合成塔雖然可用于大型化，但受管長、設(shè)備直徑、管板制造所限。在日產(chǎn)超過2000t時，往往需要并聯(lián)兩個。這種塔型是造價最高的一種，也是裝卸催化劑較難的一種。隨著合成壓力增高，塔徑加大，管板的厚度也增加。管板處的催化劑屬于絕熱段;管板下面還有一段逆?zhèn)鳠岫?，也就是進塔氣225，管外的沸騰水卻是248，不是將反應(yīng)熱移走而是水給反應(yīng)氣加熱。這種合成塔由于列管需用特種不銹鋼，因而是造價非常高的一種。多床內(nèi)換熱式合成塔：這種合成塔由大型氨合成塔發(fā)展而來。日前各工程公司的氨合

29、成塔均采用二床(四床)內(nèi)換熱式合成塔。針對甲醇合成的特點采用四床（或五床)內(nèi)換熱式合成塔。各床層是絕熱反應(yīng)，在各床出口將熱量移走。這種塔型結(jié)構(gòu)簡單，造價低，不需特種合金鋼，轉(zhuǎn)化率高，適合于大型或超大型裝置，但反應(yīng)熱不能全部直接副產(chǎn)中壓蒸汽。典型塔型有Casale的四床臥式內(nèi)換熱合成塔和中國成達公司的四床內(nèi)換熱式合成塔。合成塔的選用原則一般為：反應(yīng)能在接近最佳溫度曲線條件下進行，床層阻力小，需要消耗的動力低，合成反應(yīng)的反應(yīng)熱利用率高，操作控制方便，技術(shù)易得，裝置投資要底等。綜上所述和借鑒大型甲醇合成企業(yè)的經(jīng)驗，（大型裝置不宜選用激冷式和冷管式），設(shè)計選用固定管板列管合成塔。這種塔內(nèi)甲醇合成反應(yīng)接

30、近最佳溫度操作線，反應(yīng)熱利用率高，雖然設(shè)備復(fù)雜、投資高，但是由于這種塔在國內(nèi)外使用較多，具有豐富的管理和維修經(jīng)驗，技術(shù)也較容易得到；外加考慮到設(shè)計的是年產(chǎn)20萬噸的甲醇合成塔，塔的塔徑和管板的厚度不會很大，費用也不會很高，所以本設(shè)計采用了固定管板列管合成塔。2.3.2 催化劑的選用（1） 甲醇合成催化劑經(jīng)過長時間的研究開發(fā)和工業(yè)實踐，廣泛使用的合成甲醇催化劑主要有兩大系列：一種是以氧化銅為主體的銅基催化劑，一種是以氧化鋅為主體的鋅基催化劑。鋅基催化劑機械強度好.耐熱性好，對毒物敏感性小，操作的適宜溫度為350400，壓力為2532MPa(壽命為23年)；銅基催化劑具有良好的低溫活性，較高的選擇

31、性，通常用于低、中壓流程。耐熱性較差，對硫、氯及其化合物敏感，易中毒。操作的適宜溫度為220270，壓力為515MPa(一般壽命為23年)。通過操作條件的對比分析，可知使用銅基催化劑可大幅度節(jié)省投資費用和操作費用，降低成本。（2） XNC-98甲醇合成催化劑簡介：XNC-98型催化劑是四川天一科技股份有限公司研制和開發(fā)的新產(chǎn)品。目前已在國內(nèi)20多套大、中、小型工業(yè)甲醇裝置上使用,運行情況良好。用于低溫、低壓下由碳氧化物與氫合成甲醇，具有低溫活性高、熱穩(wěn)定性好的特點。常用操作溫度200290,操作壓力5.010.0MPa。催化劑活性和壽命：在該催化劑質(zhì)量檢驗規(guī)定的活性檢測條件下，其活性為：230

32、時：催化劑的時空收率1.20 kg/(L.h)250時：催化劑的時空收率1.55 kg/(L.h)在正常情況下，使用壽命為2年以上。綜上所述，催化劑的活性、選擇性和使用壽命等主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)均適合，所以本設(shè)計選用四川天一科技股份有限公司研制的XNC-98型催化劑。2.4 粗甲醇的精餾在甲醇合成時，因合成條件如壓力、溫度、合成氣組成及催化劑性能等因素的影響，在產(chǎn)生甲醇反應(yīng)的同時，還伴隨著一系列的副反應(yīng)。所得產(chǎn)品除甲醇為，還有水、醚、醛、酮、酯、烷烴、有機酸等幾十種有機雜質(zhì)。由于甲醇作為有機化工的基礎(chǔ)原料，用它加工的產(chǎn)品種類很多，因此對甲醇的純度均有一定的要求。甲醇的純度直接影響下游產(chǎn)品的質(zhì)量、消

33、耗、安全生產(chǎn)及生產(chǎn)過程中所用的催化劑的壽命。所以粗甲醇必須提純。2.4.1 精餾原理精餾是將沸點不同的組分所組成的混合液，在精餾塔中，同時多次部分氣化和多次部分冷凝，使其分離成純態(tài)組分的過程。其分離的原理如下：對于由沸點不同的組分組成的混合液，加熱到一定溫度，使其部分氣化，并將氣相與液相分離。因低沸點組分易于氣化，則所得氣相中低沸點組分含量高于液相中的含量，而液相中高沸點組分含量，較氣相中高。若將氣相混合蒸汽再部分冷凝下來，將冷凝液再加熱到一定溫度，使其部分氣化，并將氣相與液相分離，則所得氣相冷凝液中的低沸點組分又高于原氣相冷凝液。如此反復(fù)，低沸點組分不斷提高。到最后制得接近純態(tài)的低沸點組分。

34、2.4.2 精餾工藝和精餾塔的選擇甲醇精餾按工藝主要分為三種：雙塔精餾工藝技術(shù)、帶有高錳酸鉀反應(yīng)的精餾工藝技術(shù)和三塔精餾工藝技術(shù)。（1） 雙塔精餾工藝國內(nèi)中、小甲醇廠大部分都選用雙塔精餾工藝傳統(tǒng)的主、預(yù)精餾塔幾乎都選用板式結(jié)構(gòu)。雙塔精餾工藝流程見下圖。來自合成工段含醇90%的粗甲醇，經(jīng)減壓進入粗甲醇貯槽。經(jīng)粗甲醇預(yù)熱器加熱到45后進入預(yù)精餾塔。甲醇的精餾分2個階段：先在預(yù)塔中脫除輕餾分，主要是二甲醚；后進入主精餾塔，進一步把高沸點的重餾分雜質(zhì)脫除，主要是水、異丁基油等。從塔頂或側(cè)線采出。經(jīng)精餾甲醇冷卻器冷卻至常溫后，就可得到純度在99.9%以上的符合國家指標(biāo)的精甲醇產(chǎn)品。1預(yù)精餾塔 2主精餾塔

35、圖1 甲醇雙塔工藝流程（2） 三塔精餾工藝近年來，許多企業(yè)原有甲醇雙塔精餾裝置己不能滿足企業(yè)的需要。隨著生產(chǎn)的強化，不僅消耗大幅度上升，而且殘液中的甲醇含量也大大超過了工藝指標(biāo)。對企業(yè)的達標(biāo)排放構(gòu)成了較大的威脅。甲醇三塔精餾工藝技術(shù)是為了減少甲醇在精餾過程中的損耗，提高甲醇的收率和產(chǎn)品質(zhì)量而設(shè)計的。預(yù)精餾塔后的冷凝器采用一級冷凝，用以脫除二甲醚等低沸點的雜質(zhì)，控制冷凝器氣體出口溫度在一定范圍內(nèi)。在該溫度下，幾乎所有的低沸點餾分都為氣相，不造成冷凝回流。脫除低沸點組分后，采用加壓精餾的方法，提高甲醇氣體分壓與沸點，減少甲醇的氣相揮發(fā)，從而提高了甲醇的收率。作為一般要求的精甲醇經(jīng)加壓精餾塔后就可以

36、達到合格的質(zhì)量。如作為特殊需要，則再經(jīng)過常壓精餾塔的進一步提純。生產(chǎn)中加壓塔和常壓塔同時采出精甲醇，常壓塔的再沸器熱量由加壓塔的塔頂氣提供，不需要外加熱源。粗甲醇預(yù)熱器的熱量由精甲醇提供，也不需要外供熱量。因此.該工藝技術(shù)生產(chǎn)能力大，節(jié)能效果顯著，特別適合較大規(guī)模的精甲醇生產(chǎn)。1 預(yù)精餾塔 2加壓精餾塔 3常壓精餾塔圖2 三塔工藝流程（3） 雙塔與三塔精餾技術(shù)比較工藝流程 三塔精餾與雙塔精餾在流程上的區(qū)別在于三塔精餾采用了2臺主精餾塔(其中1臺是加壓塔)和1臺常壓塔，較雙塔流程多1臺加壓塔。這樣，在同等的生產(chǎn)條件下，降低了主精餾塔的負荷，并沒常壓塔利用加壓塔塔頂?shù)恼羝淠裏嶙鳛榧訜嵩?，所以三?/p>

37、精餾既節(jié)約蒸汽，又節(jié)省冷卻水。蒸汽消耗 在消耗方面,由于常壓塔加壓塔的蒸汽冷凝熱作為加熱源，所以三塔精餾的蒸汽消耗相比雙塔精餾要低。產(chǎn)品質(zhì)量 三塔精餾與雙塔精餾在產(chǎn)品質(zhì)量上最大的不同是三塔精餾制取的精甲醇中乙醇含量低，一般小于5010-6,而雙塔精餾制取的精甲醇中乙醇含量為40010-650010-6，三塔精餾制取的精甲醇純度可達99.99%，含有的有機雜質(zhì)相對較少。設(shè)備投資 三塔精餾的流程較雙塔精餾流程要復(fù)雜，所以在投資方面，同等規(guī)模三塔精的設(shè)備投資要比雙塔精餾高出20%30%。操作方面 由于雙塔精餾具有流程簡單,運行穩(wěn)定的特點,所以在操作上較三塔精餾要方便簡單。通過上述比較可知，雖然三塔精

38、餾技術(shù)的一次性投入要比雙塔精餾高但是從能源消耗、精甲醇質(zhì)量上都要優(yōu)于雙塔精餾，所以設(shè)計采用三塔精餾工藝。（4） 精餾塔的選擇精餾塔是粗甲醇精餾工序的關(guān)鍵設(shè)備，它直接制約著生產(chǎn)裝置的產(chǎn)品質(zhì)量、消耗、生產(chǎn)能力及對環(huán)境的影響。目前常用的精餾塔主要有四種塔型：泡罩塔，浮閥塔，填料塔和新型垂直篩板塔。其各自結(jié)構(gòu)及特點如下：泡罩塔 泡罩塔十多層板式塔，每層塔板上裝有一個活多個炮罩。該類型塔塔板效率高，操作彈性大，塔阻力小，但單位面積的生產(chǎn)能力低，設(shè)備體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資較大。該塔已經(jīng)逐漸被其他塔代替。浮閥塔 浮閥塔的塔板結(jié)構(gòu)與泡罩相似，致使浮閥代替了泡罩及其伸氣管。該類型塔板效率高，操作彈性大，操作適應(yīng)

39、性強，單位面積生產(chǎn)能力大，造價較低。但浮閥易損壞，維修費用高，安裝要求高。目前該塔仍被廣泛使用，但有使用逐漸減少的趨勢。填料塔 填料塔是在塔內(nèi)裝填新型高效填料，如不銹鋼網(wǎng)波紋填料，每米填料相當(dāng)5塊以上的理論板。塔總高一般為浮閥塔的一半。該塔生產(chǎn)能力大，壓降小，分離效果好，結(jié)果簡單，維修量極小，相對投資較小，是目前使用較多的塔型之一。新型垂直篩板 新型垂直篩板的傳質(zhì)單元，是由塔板開有升氣孔及罩于其上的帽罩組成。該塔傳質(zhì)效率高，傳質(zhì)空間利用率好，處理能力大，操作彈性大，結(jié)構(gòu)簡單可靠，投資小，板液面梯度小，液面橫向混合好無流動傳質(zhì)死區(qū)。綜上所述，填料塔使用較普遍，技術(shù)非常成熟，所以設(shè)計選用了填料塔。

40、（5） 生產(chǎn)工藝參數(shù)預(yù)塔：入塔溫度65，塔頂放空溫度40，預(yù)精餾后甲醇比重維持在0.87，預(yù)精餾后甲醇pH值宜控制在8；加壓塔：塔底釜液壓強0.6Mpa，溫度125，塔頂氣體壓強0.6Mpa，溫度122，常壓塔：塔頂氣體壓強0.13Mpa，溫度67。3 工藝流程3.1 GSP氣化工藝流程GSP氣化工藝過程也主要是由給料系統(tǒng)、氣化爐、粗煤氣洗滌系統(tǒng)組成。即備煤、氣化、除渣三部分組成。固體氣化原料被碾磨為不大于0.5的粒度后，經(jīng)過干燥，通過濃相氣流輸入系統(tǒng)送至燒嘴。氣化原料與氣化劑氧氣經(jīng)燒嘴同時噴入氣化爐（R1001）內(nèi)的反應(yīng)室，然后在高溫(1400一1600)、高壓（4.0MPa)下發(fā)生快速氣化

41、反應(yīng)，產(chǎn)生以CO和H2為主要成分的熱粗煤氣。氣化原料中的礦物形成熔渣。熱粗煤氣和熔渣通過反應(yīng)室底部的排渣口進入下部激冷室。冷卻的粗煤氣進入分離器（V1002），從分離器出來的氣體分為兩部分：一部分進入變換爐（R1002），氣體出來后進入換熱器（E1003），出來的氣體和另外一部分氣體混合后進入水解器，氣體出來后入分離器（V1004），從V1004出來后去凈化工段；而從分離器（V1002）下分離出的液體進入分離器（V1003），從V1003出來的氣體經(jīng)過冷卻器（E1002）后，主要為H2S去硫回收系統(tǒng)；從V1003下分離的液體去污水處理系統(tǒng)，處理后的水和從E1002，E1003，V1004出來的

42、冷液一起返回氣化爐冷激室。氣化爐冷激室里的渣粒固化成玻璃狀，通過鎖斗系統(tǒng)排出。污水的處理過程是先送入減壓閃蒸槽，閃蒸后的液體進入沉淀池，沉淀后去濃縮，再去過濾。圖3 GSP氣化工藝流程3.2 凈化裝置工藝流程3.2.1 變換由氣化工段送來的3.8MPa(A)，216左右，汽氣比為1.43的水煤氣經(jīng)煤氣水分離器（V2003）和中溫換熱器（E2002）溫度升高至240進入預(yù)變換爐（R2001）后分成兩部分：一部分進入變換爐（R2002），變換爐內(nèi)裝兩段耐硫變換觸媒，二段間配有煤氣激冷管線，出變換爐變換氣的CO含量約6.0%（干），溫度為393左右進入中溫換熱器（E2002），溫度降為332，與旁路

43、調(diào)節(jié)的水解氣混合進入變換氣第一廢熱鍋爐（E2003），生產(chǎn)1.4MPa(A)飽和蒸汽，使變換氣溫度降至為208進入變換氣第二廢熱鍋爐（E2004），產(chǎn)生0.5MPa(A)低壓蒸汽，出口變換氣溫度約為197左右，進入第一水分離器（V2004），分離出的冷凝液去冷凝液閃蒸槽（V2007），變換氣去脫硫再沸器及氨吸收制冷再沸器。自氨吸收制冷系統(tǒng)返回的變換氣，溫度145，進入鍋爐給水加熱器（E2005）后溫度降至142，再進入第二水分離器（V2005），分離出的冷凝液去冷凝液汽提塔（T2001），分離后的變換氣進入脫鹽水加熱器（E2006），加熱來自脫鹽水站的脫鹽水，溫度降至35，進入第三水分離器（V

44、2006），分離出的冷凝液去冷凝液汽提塔（T2001），分離后的變換氣去脫硫系統(tǒng)。另一部分水煤氣進入有機硫水解槽（R2003）脫硫，出來的240的水煤氣分成兩部分，一部分去調(diào)節(jié)變換爐出口變換氣中CO含量，使CO含量為19%（干基）左右。另一部分去發(fā)電氣加熱器（E2007），溫度降至213，進入發(fā)電氣廢熱鍋爐（E2008），產(chǎn)生0.5 MPa(A)低壓蒸汽，出口水煤氣溫度降至170，進入第四水分離器（V2011），分離出冷凝液后進入鍋爐給水加熱器（E2009）加熱鍋爐給水，溫度降至153，再進入第五水分離器（V2012），分離出冷凝液后進入鍋爐給水加熱器（E2010）加熱來自熱電站的鍋爐給水，溫

45、度降至123，進入第六水分離器（V2013），分離出冷凝液后進入脫鹽水加熱器（E2011），溫度降至35，進入第七水分離器，分離出冷凝液后的煤氣（發(fā)電氣）去送至NHD脫硫脫碳工段。來自脫硫系統(tǒng)的發(fā)電煤氣，溫度80，壓力3.57MPa（A），進入發(fā)電氣加熱器（E2007），溫度升至230，然后去發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電用。由第一水分離器（V2004）、第四水分離器（V2011）分離出的高溫冷凝液和來自氨吸收制冷、脫硫系統(tǒng)的冷凝液進入冷凝液閃蒸槽（V2007），閃蒸出的閃蒸氣進入冷凝液汽提塔（T2001），冷凝液由閃蒸槽底部排出直接送至氣化工段。由第三水分離器（V2006）、第七水分離器（V2014）分離出的

46、冷凝液進入冷凝液汽提塔的上部，由第二水分離器（V2005）、第五水分離器（V2012）、第六水分離器（V2013）分離出的冷凝液進入冷凝液汽提塔的中部，汽提塔采用垂直篩板塔，冷凝液閃蒸槽閃蒸出的閃蒸氣（156，3.0MPa）進入冷凝液汽提塔的底部，低壓蒸汽進入塔的底部進行汽提冷凝液，塔的操作壓力為0.40.5MPa(A)。從塔底排出的冷凝液送至氣化工段，塔頂排出的解析氣，送至氣化系統(tǒng)的火炬。脫鹽水站來的脫鹽水分成兩部分，一部分進入脫鹽水加熱器（E2006）與變換氣換熱溫度升至98后分兩股，一股脫鹽水去熱電站，另一股進入除氧器除氧；另一部分進入脫鹽水加熱器（E2011）與水煤氣（發(fā)電氣）換熱溫度

47、升至98，進入除氧器除氧。除氧器用本工段產(chǎn)生的低壓蒸汽吹入除氧，除氧后的鍋爐給水由鍋爐給水泵和高、低壓給水泵提壓，經(jīng)低壓鍋爐給水泵升壓至0.65MPa(A)去鍋爐給水加熱器（E2009），升溫至153后，一部分去變換氣第二廢熱鍋爐（E2004）產(chǎn)生0.5MPa(A)低壓蒸汽，另一部分去發(fā)電氣廢熱鍋爐（E2008）產(chǎn)生0.5MPa(A)低壓蒸汽；經(jīng)高壓鍋爐給水泵升壓到5.60MPa(A)去甲醇合成系統(tǒng)；經(jīng)低壓鍋爐給水泵升壓到1.6MPa(A)進鍋爐給水加熱器（E2005），溫度升至135，分成兩部分，一部分去硫回收系統(tǒng)，另一部分去變換氣第一廢熱鍋爐（E2003）產(chǎn)生的1.4MPa(A)蒸汽。0.

48、5MPa(A)蒸汽除一小部分本工段利用外絕大部分與1.4MPa(A)蒸汽一起送出本工段。圖4 變換工藝流程3.2.2 NHD脫硫脫碳來自變換及燃氣熱回收系統(tǒng)的煤氣（36，3.7MPa(A)，含H2S1.18%）與燃氣脫硫塔（T3004）頂部出口的燃氣脫硫氣換熱至14.9進入燃氣脫硫塔（T3004）下部，在塔內(nèi)NHD吸收了煤氣中大部分的H2S氣體，同時也帶走部分CO2、COS、H2等氣體。除去H2S的煤氣稱之為燃氣脫硫氣，與進塔的煤氣在氣體換熱器E3001A，B換熱，溫度由8.5升至30，為滿足燃氣發(fā)電對硫含量的要求，燃氣脫硫氣首先進入預(yù)脫硫槽R3001脫除H2S氣體，然后在精脫硫槽預(yù)熱器E30

49、08中被變換氣加熱到80，進入精脫硫槽R3002A，B，精脫硫槽上部裝水解催化劑，下部裝精脫硫劑，精脫硫后的氣體（H2S+COS20ppm）返回到燃氣熱回收系統(tǒng)。從變換工段過來的變換氣（36，3.7MPa(A)，含H2S0.98%）與脫硫脫碳閃蒸氣及濃縮塔頂氣提氣混合，經(jīng)NHD脫碳工段的氣體換熱器換熱冷卻到18.9進入變換氣脫硫塔（T3001）底部，與塔內(nèi)自上而下的0 NHD溶液逆流接觸吸收絕大部分H2S氣體及部分CO2、COS、H2等氣體，出脫硫塔的脫硫氣溫度為16.45，含H2S+COS25%，進入硫回收工段。來自脫硫工段的脫硫氣（溫度16.45、壓力3.55Mpa(A)、CO2、34%含

50、COSH2S 80ppm）進入脫碳塔（T4001）下塔，氣體自下而上與從下塔頂部而來的NHD溶劑逆流接觸，下塔塔內(nèi)有三層QH-1型碳鋼扁環(huán)散堆填料，氣體中的CO2被溶劑吸收，部分H2S、COS被吸收。從下塔頂出來的凈化氣（CO24%(V)、溫度-2.5）直接進入脫碳塔上塔底部與從脫硫工段過來的被氨冷器I（E4002）冷卻至0的NHD貧液逆相接觸，從上塔頂出來的凈化氣（CO2約23%(V)、COS和H2S5ppm、溫度1.12），經(jīng)凈化氣分離器（V4002）除去少量霧沫夾帶的NHD后，進入氣-氣換熱器（E4001A），溫度升至30，壓力3.47MPa(A)，然后將凈化氣送去精脫硫。精脫硫時，凈化

51、氣先進入水解槽預(yù)熱器（E4004）被變換氣冷凝液加熱到80，經(jīng)水解槽（R3001）水解后，在水解氣冷卻器（E4005）中冷卻至40，進到精脫硫槽（R3002A，B）精脫硫，得到符合甲醇合成所需的凈化氣體（CO2：23%，COS和H2S0.1ppm），送入合成甲醇工段。吸收了少量CO2、H2S和COS的NHD貧液從脫碳塔（T4001）上塔底部出來后返回到NHD脫硫工段。進脫碳塔下塔上部的NHD貧液溫度為-5，在塔內(nèi)吸收CO2的過程中，由于CO2的溶解熱使溶液溫度升高，出塔底的NHD富液溫度達到14.1、壓力3.52Mpa(A)。富液進入水力透平（HT4001A，B）回收靜壓能，壓力降至1.3MPa(A)后進入脫碳高壓閃蒸槽（V4003），脫碳高壓閃蒸槽設(shè)備為板式塔，部分溶解的CO2和大部分H2在此解吸出來，此氣體即謂脫碳高壓閃蒸氣。高壓閃蒸氣和來自脫硫工段的脫硫高壓閃蒸氣混合后進入閃蒸氣壓縮機（C4001A，B），閃蒸氣升壓至3.7Mpa(A)、經(jīng)閃蒸氣水冷器冷卻到40與變換氣混合，經(jīng)氣體換熱器（E6401A，B）降溫后再去脫硫工段循環(huán)吸收。從脫碳高壓閃蒸槽底部出來的溶液，減壓進入低壓閃蒸槽（V4004），在此塔內(nèi)NHD實液中溶解的大部分CO2氣體解吸出來，溫度為0.55，此氣體即謂CO2氣，CO2氣進入脫碳氣體換熱器（E4