理學(xué)煤制甲醇指導(dǎo)書

20萬(wàn)t/a煤制甲醇系統(tǒng)工藝及裝置設(shè)計(jì)專業(yè)：應(yīng)用化技術(shù)姓名：指導(dǎo)老師：李秉昌摘要甲醇是重要的有機(jī)化工原料,其深加工產(chǎn)品涉及到烯烴(乙烯、丙烯)、有機(jī)酸(甲酸、醋酸)、甲醛、二甲醚等多種有機(jī)化合物,而且甲醇還是優(yōu)良的潔凈燃料。煤制甲醇是現(xiàn)代煤化工極具影響的技術(shù)領(lǐng)域,應(yīng)該充分利用我國(guó)相對(duì)比較豐富的煤炭資源,大力發(fā)展甲醇化工。本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括煤氣化制取合成氣，再由合成氣合成甲醇。主要工藝包括：流化床氣化和魯奇低壓合成甲醇。根據(jù)甲醇產(chǎn)量及設(shè)計(jì)要求，完成了相關(guān)的工藝流程確定、工藝計(jì)算并且繪制了工藝流程圖及氣化爐和合成塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖等內(nèi)容。關(guān)鍵詞：甲醇，煤氣化，CO變換，合成氣目錄1文獻(xiàn)綜述51.1我國(guó)甲醇行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展建議5甲醇發(fā)展?fàn)顩r5甲醇市場(chǎng)狀況6甲醇發(fā)展方向6甲醇行業(yè)的發(fā)展建議71.2甲醇生產(chǎn)方法簡(jiǎn)介7煤、焦炭制甲醇的生產(chǎn)方法簡(jiǎn)述7本設(shè)計(jì)工藝流程82煤制甲醇生產(chǎn)工藝流程92.1煤氣化制粗原料氣92.1.1煤氣化基本原理92.1.2灰熔聚流化床煤氣化技術(shù)概述92.1.3ICC灰熔聚流化床煤氣化工藝92.2粗原料氣栲膠法脫硫112.2.1栲膠法脫硫工藝原理112.2.2粗原料氣栲膠脫硫工藝流程112.3原料氣變換122.3.1一氧化碳變換的原理122.3.2加壓全低變工藝流程132.4變換氣栲膠法脫硫132.4.1變換氣脫硫原因132.4.2變換氣栲膠脫硫工藝流程132.5變換氣碳酸丙烯酯法脫碳132.5.1碳酸丙烯酯法脫碳原理132.5.2碳酸丙烯酯法脫碳工藝流程142.6合成氣（變換氣）壓縮142.7合成氣合成甲醇152.7.1合成甲醇反應(yīng)原理152.7.2魯奇（Lurgi）低中壓發(fā)合成甲醇工藝流程152.7.3魯奇（Lurgi）管殼型甲醇合成塔162.8粗甲醇精餾17精餾原理172.8.2加壓蒸餾的目的及雙效法定義172.8.3雙效法三塔粗甲醇精餾工藝流程172.8.4雙效法三塔粗甲醇精餾工藝流程特點(diǎn)182.9工藝流程總結(jié)193煤制甲醇生產(chǎn)工藝計(jì)算203.1ICC灰熔聚流化床煤氣化工藝計(jì)算203.1.1原料煤及煤氣發(fā)生爐數(shù)據(jù)203.1.2煤氣化工藝物料衡算203.1.3煤氣化工藝熱量衡算253.1.4原料煤氣化最終產(chǎn)物283.2粗原料氣脫硫工藝計(jì)算293.3原料氣變換工藝計(jì)算293.3.1變換反應(yīng)的熱效應(yīng)293.3.2變換反應(yīng)的平衡常數(shù)303.3.3變換率與平衡變換率303.4變換氣脫硫工藝計(jì)算313.5變換氣脫碳工藝計(jì)算313.6合成氣（變換氣）壓縮工藝計(jì)算323.7合成氣合成甲醇工藝計(jì)算323.7.1合成甲醇反應(yīng)熱效應(yīng)323.7.2合成氣合成甲醇計(jì)算333.8粗甲醇精餾工藝計(jì)算343.9工藝計(jì)算總結(jié)34參考文獻(xiàn)35致謝361文獻(xiàn)綜述1.1我國(guó)甲醇行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展建議甲醇發(fā)展?fàn)顩r=1\*GB2⑴甲醇的性質(zhì)純甲醇為無(wú)色透明略帶乙醇?xì)馕兜囊讚]發(fā)液體，沸點(diǎn)65℃，熔點(diǎn)-97.8℃，和水相對(duì)密度0.7915(20/4℃)，甲醇能和水以任意比相溶，但不形成共沸物，能和多數(shù)常用的有機(jī)溶劑(乙醇、乙醚、丙酮、苯等)混溶，并形成恒沸點(diǎn)混合物，甲醇能和一些鹽如CaCl2、MgCl2等形成結(jié)晶化合物，稱為結(jié)晶醇如CaCl2·CH3OH、MgCl2·6CH3OH，和鹽的結(jié)晶水合物類似，甲醇蒸氣能和空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限6.0～36.5％（體積）。甲醇燃燒時(shí)無(wú)煙，火焰呈藍(lán)色。甲醇具有脂肪族伯醇的一般性質(zhì),連有羥基的碳原子上的三個(gè)氫原子均可被一一氧化,或脫氫生成甲醛,再氧化成甲酸,甲酸氧化的最終產(chǎn)物是二氧化碳和水。=2\*GB2⑵甲醇生產(chǎn)工藝的發(fā)展1923年德國(guó)BASF公司首先用合成氣在高壓下實(shí)現(xiàn)了甲醇的工業(yè)化生產(chǎn)，直到1965年，這種高壓法工藝是合成甲醇的唯一方法。1966年英國(guó)ICI公司開發(fā)了低壓法工藝，接著又開發(fā)了中壓法工藝。1971年德國(guó)的Lurgi公司相繼開發(fā)了適用于天然氣－渣油為原料的低壓法工藝。由于低壓法比高壓法在能耗、裝置建設(shè)和單系列反應(yīng)器生產(chǎn)能力方面具有明顯的優(yōu)越性，所以從70年代中期起，國(guó)外新建裝置大多采用低壓法工藝。世界上典型的甲醇合成工藝主要有ICI工藝、Lurgi工藝和三菱瓦斯化學(xué)公司(MCC)工藝。目前，國(guó)外的液相甲醇合成新工藝具有投資省、熱效率高、生產(chǎn)成本低的顯著優(yōu)點(diǎn)，尤其是LPMEOHTM工藝，采用漿態(tài)反應(yīng)器，特別適用于用現(xiàn)代氣流床煤氣化爐生產(chǎn)的低H2/(CO＋CO2)比的原料氣，在價(jià)格上能夠與天然氣原料競(jìng)爭(zhēng)。我國(guó)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(jìn)了一套以乙炔尾氣為原料的95kt/a低壓法裝置，采用英國(guó)ICI技術(shù)。1995年12月，由化工部第八設(shè)計(jì)院和上?；ぴO(shè)計(jì)院聯(lián)合設(shè)計(jì)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(guó)甲醇生產(chǎn)技術(shù)向大型化和國(guó)產(chǎn)化邁出了新的一步。2000年，杭州林達(dá)公司開發(fā)了擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的JW低壓均溫甲醇合成塔技術(shù)，打破長(zhǎng)期以來被ICI、Lurgi等國(guó)外少數(shù)公司所壟斷擁的局面，并在2004年獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。2005年，該技術(shù)成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)首家焦?fàn)t氣制甲醇裝置上。南京國(guó)昌化工科技有限公司研發(fā)的GC型軸徑向低壓甲醇合成塔技術(shù)，通過了中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)組織的鑒定。專家認(rèn)為該甲醇合成塔結(jié)構(gòu)新穎、設(shè)計(jì)合理，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，填補(bǔ)了我國(guó)軸徑向低壓甲醇合成塔的空白。該技術(shù)已于2003年底在山東久泰化工科技有限公司5萬(wàn)噸/年低壓甲醇裝置上首次運(yùn)用成功。1.1.2甲醇市場(chǎng)狀況

自2002年年初以來，我國(guó)甲醇市場(chǎng)受下游需求強(qiáng)力拉動(dòng)，以及生產(chǎn)成本的提高，甲醇價(jià)格一直呈現(xiàn)一種穩(wěn)步上揚(yáng)走勢(shì)。甲醇市場(chǎng)價(jià)格最高漲幅超過100%，甲醇生產(chǎn)的利潤(rùn)相當(dāng)豐厚，效益好的廠家每噸純利超過了1000元/噸，因而甲醇生產(chǎn)廠家紛紛擴(kuò)產(chǎn)和新建，使得我國(guó)甲醇的產(chǎn)能急劇增加。目前在建或擬建的大型甲醇項(xiàng)目主要有：中海石油化學(xué)有限公司在海南建設(shè)的年產(chǎn)180萬(wàn)噸甲醇項(xiàng)目，其中第一期工程為年產(chǎn)60萬(wàn)噸甲醇；山西焦化集團(tuán)有限公司年產(chǎn)12萬(wàn)噸的甲醇技術(shù)改造項(xiàng)目；我國(guó)陜西榆林天然氣化學(xué)工業(yè)公司在陜西榆林的30萬(wàn)噸/年甲醇裝置，建成后，甲醇生產(chǎn)能力將增加到73萬(wàn)噸/年；香港建滔化工集團(tuán)與重慶長(zhǎng)壽化工園合資建造的年產(chǎn)75萬(wàn)噸甲醇項(xiàng)目，重慶化醫(yī)控股（集團(tuán)）公司與日本三菱化工合資興建的年產(chǎn)85萬(wàn)噸甲醇項(xiàng)目，屆時(shí)重慶的甲醇總產(chǎn)量將達(dá)到200萬(wàn)噸，長(zhǎng)壽化工園也將成為全國(guó)最大的天然氣化工基地。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，這些新建甲醇裝置如果全部建成投產(chǎn)，新增加的年產(chǎn)能至少在500萬(wàn)噸以上，將對(duì)我國(guó)甲醇市場(chǎng)供求關(guān)系產(chǎn)生明顯的影響。1.1.3甲醇發(fā)展方向甲醇是極為重要的有機(jī)化工原料，在化工、醫(yī)藥、輕工、紡織及運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)都有廣泛的應(yīng)用，其衍生物產(chǎn)品發(fā)展前景廣闊。目前甲醇的深加工產(chǎn)品已達(dá)120多種，我國(guó)以甲醇為原料的一次加工產(chǎn)品已有近30種。在化工生產(chǎn)中，甲醇可用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺、甲基叔丁基醚（MTBE）、聚乙烯醇（PVA）、硫酸二甲酯、對(duì)苯二甲酸二甲酯（DMT）、二甲醚、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲醇等。以甲醇為中間體的煤基化學(xué)品深加工產(chǎn)業(yè)——從甲醇出發(fā)生產(chǎn)煤基化學(xué)品，是未來C1化工發(fā)展的重要方向。比如神華集團(tuán)發(fā)展以甲醇為中間體的煤基化學(xué)品深加工，利用先進(jìn)成熟技術(shù)，發(fā)展“甲醇－醋酸及其衍生物”；利用國(guó)外開發(fā)成功的MTO或MTP先進(jìn)技術(shù)，發(fā)展“甲醇－烯烴及衍生物”的2大系列。隨著C1化工的發(fā)展，由甲醇為原料合成乙二醇、乙醛和乙醇等工藝正日益受到重視。甲醇作為重要原料在敵百蟲、甲基對(duì)硫磷和多菌靈等農(nóng)藥生產(chǎn)中，在醫(yī)藥、染料、塑料和合成纖維等工業(yè)中都有著重要的地位。甲醇還可經(jīng)生物發(fā)酵生成甲醇蛋白，用作飼料添加劑，有著廣闊的應(yīng)用前景。1.1.4甲醇行業(yè)的發(fā)展建議

在世界基礎(chǔ)有機(jī)化工原料中，甲醇消費(fèi)量?jī)H次于乙烯、丙烯和苯，是一種很重要的大宗化工產(chǎn)品。作為有機(jī)化工原料，用來生產(chǎn)各種有機(jī)化工產(chǎn)品。雖然目前世界甲醇市場(chǎng)已供大于求，而且新建裝置還將繼續(xù)建成投產(chǎn)，但是根據(jù)專家對(duì)汽車代用能源的預(yù)測(cè)，甲醇是必不可少的替代品之一。另外，甲醇下游產(chǎn)品的開發(fā)也會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)甲醇工業(yè)的發(fā)展，因此，甲醇工業(yè)的發(fā)展前景還是比較樂觀的。=1\*GB2⑴生產(chǎn)裝置大型化我國(guó)甲醇工業(yè)目前還在一定程度上面臨著進(jìn)口產(chǎn)品的沖擊，原因是國(guó)內(nèi)大部分裝置規(guī)模小、技術(shù)落后、能耗高，造成生產(chǎn)成本高，無(wú)法與國(guó)外以天然氣為原料的大型或超大型甲醇裝置抗衡；另一方面，通過多年來技術(shù)引進(jìn)及國(guó)內(nèi)科研院所、高校的研究開發(fā)，目前我國(guó)甲醇工業(yè)已基本使用了國(guó)外各種類型的傳統(tǒng)低壓氣相法反應(yīng)裝置；催化劑研制也達(dá)到國(guó)際最高水平；新工藝的研究也有較大的進(jìn)展，主要問題在于裝置的大型化。=2\*GB2⑵重視新技術(shù)加大基礎(chǔ)研究工作

液相甲醇合成工藝具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)雙重優(yōu)勢(shì)。在不遠(yuǎn)的將來會(huì)與氣相合成工藝在工業(yè)上競(jìng)爭(zhēng)，并會(huì)趨于完善，循著類似低壓法代替高壓法的歷程逐漸取代氣相合成工藝。因此，應(yīng)加大對(duì)液相合成工藝研究開發(fā)力度，一定要開發(fā)出自主的先進(jìn)成套技術(shù)。CO2加氫合成甲醇、甲烷直接合成甲醇是甲醇工業(yè)的熱點(diǎn)開發(fā)技術(shù)，一方面要跟蹤國(guó)外先進(jìn)技術(shù)；另一方面應(yīng)加大基礎(chǔ)研究工作，尤其是催化劑的研究開發(fā)。1.2甲醇生產(chǎn)方法簡(jiǎn)介1.2.1煤、焦炭制甲醇的生產(chǎn)方法簡(jiǎn)述煤與焦炭是制造甲醇粗原料氣的主要固體燃料。用煤和焦炭制甲醇的工藝路線包括燃料的企劃、氣體的脫硫、變換、脫碳及甲醇的合成與精制。用蒸汽與氧氣（或空氣、富氧空氣）對(duì)煤、焦炭進(jìn)行熱加工稱為固體燃料氣化，氣化所的可燃?xì)怏w通稱煤氣是制造甲醇的初始原料氣。氣化的主要設(shè)備是煤氣發(fā)生爐，按煤在爐中的運(yùn)動(dòng)方式，氣化方法可分為固定床（移動(dòng)床）氣化法、硫化床氣化符合其留床企劃法。國(guó)內(nèi)用煤與焦炭制甲醇的煤氣化一般都沿用固定床間歇?dú)饣ǎ簹鉅t沿用UGI爐。在國(guó)外對(duì)于煤的氣化，目前以工業(yè)化的煤氣爐有柯柏斯-托切克（Koppers-Totzek）、魯奇（Lurgi）及溫克勒（Winkler）三種。還有第二、第三代煤氣化爐的爐型主要有德士古（Texaco）及謝爾-柯柏斯（Shell-Koppers）等。用煤和焦炭制得的粗原料氣組分中氫碳比太低，故在氣體脫硫后要經(jīng)過變換工序。使過量的一氧化碳變換為氫氣和二氧化碳，在經(jīng)脫碳工序?qū)⑦^量的二氧化碳除去。原料氣經(jīng)過壓縮、甲醇合成與精餾精制后制得甲醇。1.2.2本設(shè)計(jì)工藝流程煙煤↓灰熔聚硫化床粉煤氣化制粗原料氣工藝設(shè)備：ICC灰熔聚硫化床粉煤氣化爐↓原料氣栲膠法脫硫工藝↓Co-Mo全低溫變換工藝↓變換氣栲膠法脫硫工藝↓碳酸丙烯酯法脫除二氧化碳工藝↓變換氣體壓縮↓魯奇（Lurgi）低中壓發(fā)合成甲醇工藝設(shè)備：魯奇（Lurgi）管殼型甲醇合成反應(yīng)器↓雙效三塔粗甲醇精餾工藝↓甲醇產(chǎn)品2煤制甲醇生產(chǎn)工藝流程2.1煤氣化制粗原料氣煤氣化基本原理煤在氣化爐中受熱分解，先生成低分子量的碳?xì)浠衔?，燃料本身逐漸焦化，此時(shí)可將其視為碳，碳與氣化劑發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，生成氣體產(chǎn)物。以富氧（體積分?jǐn)?shù)為98.6%）為氣化劑，碳與氧氣之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的系統(tǒng)中含C、CO、CO2、O2四種主要物質(zhì)，C、O兩種元素，故系統(tǒng)獨(dú)立反應(yīng)個(gè)數(shù)為2，一般取以下兩式為獨(dú)立反應(yīng)：C+O2CO2C+CO22CO以水蒸汽為氣化劑，碳與水蒸汽之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的系統(tǒng)中含C、H2O、CO、CO2、H2、CH4六種組分，C、O、H三種元素，故系統(tǒng)中獨(dú)立反應(yīng)數(shù)為3，一般取以下三式為獨(dú)立反應(yīng)：C+H2OCO+H2CO+H2OCO2+H2C+2H2CH4灰熔聚流化床煤氣化技術(shù)概述一般流化床煤氣化爐要保持床層爐料高的碳灰比，而且使碳灰混合均勻以維持穩(wěn)定的不結(jié)渣操作。因此爐底排出的灰渣組成與爐內(nèi)混合物料組成基本相同，故排出的灰渣的含碳量就比較高（15%～20%）。針對(duì)上述問題提出了灰熔聚（或稱灰團(tuán)聚、灰黏聚）的排灰方式。做法是在流化床層形成局部高溫區(qū)，使煤灰在軟的（ST）而未熔融（FT）的狀態(tài)下，相互碰撞黏結(jié)成含碳量較低的灰球，結(jié)球長(zhǎng)大到一定程度時(shí)靠其重量與煤粒分離下落到爐底灰渣斗中排出爐外，降低了灰渣的含碳量（5%～10%），與液態(tài)排渣爐相比減少了灰渣帶出的熱損失，提高氣化過程的碳利用率，這是煤氣化爐排渣技術(shù)的重大發(fā)展。ICC灰熔聚流化床煤氣化工藝=1\*GB2⑴ICC氣化爐ICC灰熔聚流化床粉煤氣化爐以空氣或氧氣和水蒸汽為氣化劑，在適當(dāng)?shù)拿毫６群蜌馑傧拢勾矊又蟹勖悍序v，氣固兩相充分混合接觸，在部分燃燒產(chǎn)生的高溫下進(jìn)行煤的氣化。ICC灰熔聚流化床煤氣爐見圖2.1圖2.1ICC灰熔聚流化床煤氣爐=2\*GB2⑵ICC煤氣化工藝流程=1\*GB3①備煤系統(tǒng)粒徑為0～30mm的原料煤（焦），經(jīng)過皮帶輸送機(jī)、除鐵器，進(jìn)入破碎機(jī)，破碎到0～8mm，而后由輸送機(jī)送入回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)，烘干所需的熱源由室式加熱爐演導(dǎo)氣供給，被烘干的原料，其含水量控制在5%以下，由斗提機(jī)送入煤倉(cāng)儲(chǔ)存待用。=2\*GB3②進(jìn)料系統(tǒng)儲(chǔ)存在煤倉(cāng)的原料煤經(jīng)電磁振動(dòng)給料器、斗式提升機(jī)依次進(jìn)入進(jìn)煤系統(tǒng)，由螺旋給料器控制，氣力輸送原料煤進(jìn)入氣化爐下部。=3\*GB3③供氣系統(tǒng)氣化劑（空氣/蒸汽或氧氣/蒸汽）分三路經(jīng)計(jì)量后由分布板、環(huán)形射流管、中心射流管進(jìn)入氣化爐。=4\*GB3④氣化系統(tǒng)干碎煤在氣化爐中與氣化劑氧氣-蒸汽進(jìn)行反應(yīng)，生成CO、H2、CH4、CO2、H2S等氣體。氣化爐為一不等徑的反應(yīng)器，下部為反應(yīng)區(qū)，上部為分離區(qū)。在反應(yīng)區(qū)中，由分布板進(jìn)入蒸汽和氧氣，使煤粒流化。另一部分氧氣和蒸汽經(jīng)計(jì)量后從環(huán)形射流管、中心射流管進(jìn)入氣化爐，在氣化爐中心形成局部高溫區(qū)使灰團(tuán)聚形成團(tuán)粒。生成的灰渣經(jīng)過環(huán)形射流管、上、下灰斗定時(shí)排出系統(tǒng)，由機(jī)動(dòng)車運(yùn)往渣場(chǎng)。=5\*GB3⑤除塵系統(tǒng)從氣化爐上部導(dǎo)出的高溫煤氣進(jìn)入兩級(jí)旋風(fēng)分離器。從第一級(jí)分離器分離出的熱飛灰，由料閥控制，經(jīng)料腿用水蒸氣吹入氣化爐下部進(jìn)一步燃燒、氣化、以提高碳轉(zhuǎn)化率。從第二級(jí)分離器分出的少量飛灰排出氣化系統(tǒng)，這部分細(xì)灰含碳量較高（60%～70%），可作為鍋爐燃料在利用。=6\*GB3⑥廢熱回收系統(tǒng)及煤氣凈化系統(tǒng)通過旋風(fēng)除塵的熱煤氣依次進(jìn)入廢熱鍋爐、蒸汽過熱器和脫氧水預(yù)熱器，最后進(jìn)入洗滌冷卻系統(tǒng)，所得煤氣送至下一工段。=7\*GB3⑦操作控制系統(tǒng)氣化系統(tǒng)設(shè)有流量、壓力和溫度檢測(cè)及調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，由小型集散系統(tǒng)集中到控制室進(jìn)行操作。圖2.1灰熔聚流化床煤氣化工藝流程圖2.2粗原料氣栲膠法脫硫栲膠法脫硫工藝原理在硫酸鈉（Na2CO3）稀堿液中添加偏礬酸鈉（NaVO3），氧化栲膠等組成脫硫液，與需凈化粗原料氣在填料塔內(nèi)逆流接觸脫去硫化氫（H2S）。吸收了硫化氫的稀堿液經(jīng)氧化槽被空氣氧化使溶液再生并浮選出單質(zhì)硫。溶液循環(huán)使用。主要反應(yīng)：Na2CO3+H2SNaHS+NaHCO32NaHS+4NaVO3+H2ONa2V4O9+4NaOH+2SNa2V4O9+Q（氧化態(tài)）+2NaOH+H2O4NaVO3+Q（還原態(tài)）NaHCO3+NaOHNa2CO3+H2O粗原料氣栲膠脫硫工藝流程來自除塵工段的粗原料氣從脫硫塔底部進(jìn)入與塔頂上噴淋下來的栲膠脫硫溶液逆流接觸，脫除硫化氫的原料氣由塔頂出來，去壓縮。脫硫后的富液由塔底出來去脫硫塔液封槽，進(jìn)入富液槽，然后由再生泵加壓送到噴射再生槽的噴射器，在管內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，然后液氣一起進(jìn)入再生槽，再生后的貧液流入貧液槽再由脫硫泵分別送往脫硫塔，循環(huán)使用。噴射再生槽頂浮選出來的硫泡沫自動(dòng)溢流入中間泡沫槽，再由泡沫泵抽其硫泡沫到上泡沫槽，經(jīng)加溫，攪拌、靜止分層后，排去上清液，該上清液流入富液槽內(nèi)，硫泡沫經(jīng)真空過濾機(jī)過濾，濾液流入地下槽，硫膏進(jìn)入熔融釜進(jìn)行熔硫，熔融硫流入鑄膜，待冷卻成型后即成為副產(chǎn)品硫磺。圖2.2脫硫工藝流程2.3原料氣變換一氧化碳變換的原理原料氣中一氧化碳與水蒸氣作用，按下式進(jìn)行：CO+H2O(g)CO2+H2這是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)。從化學(xué)平衡來看，降低溫度、增加蒸汽量和除去二氧化碳，可使平衡向右移動(dòng)，從而提高一氧化碳變換率；從反應(yīng)速度看，提高溫度有利于反應(yīng)速度的增加。因此，目前采用兩端或三段變換，以獲得較高的變換率。一氧化碳在某種條件下，能發(fā)生下列副反應(yīng)：CO+H2C+H2OCO+3H2CH4+H2OCO2+4H2OCH4+2H2O這幾個(gè)副反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，副反應(yīng)的發(fā)生對(duì)變換操作的正常進(jìn)行是不利的。由于這些副反應(yīng)都是放熱和體積縮小的反應(yīng)，所以低溫、高壓有利于反應(yīng)的進(jìn)行。在變換的正常操作中，提高反應(yīng)溫度，或是選用對(duì)變換反應(yīng)具有良好選擇性的催化劑就可以防止或減少副反應(yīng)的發(fā)生。加壓全低變工藝流程除塵和脫硫后的原料氣，經(jīng)高壓機(jī)壓縮至2.0MPa，送入甲碳過濾器，在此油污及水被過濾掉后，從飽和塔底部進(jìn)入，與塔頂噴淋下來的溫度為135～140℃的熱水逆流接觸，氣體溫度升至130℃左右從飽和塔頂部出來，由于原料氣被加熱增濕，因而帶出大量蒸汽，混合氣體經(jīng)原料氣分離器分離掉所夾帶的水，然后就進(jìn)入原料氣換熱器與變換爐第二段出來的變換氣換熱。溫度升至210～250℃后，進(jìn)入變換爐反應(yīng)。變換爐分三段，一般添加蒸汽從二段加入，段間用脫碳的蒸汽冷凝液或脫鹽水冷激增濕降溫，三段出口2402.4變換氣栲膠法脫硫變換氣脫硫原因一般來說栲膠脫硫只能脫除粗原料氣中無(wú)機(jī)硫——硫化氫（H2S），對(duì)其有機(jī)硫脫除率很低，但在變換爐中，有機(jī)硫能與氫氣反應(yīng)，可轉(zhuǎn)化成硫化氫（H2S）。這樣有機(jī)硫被轉(zhuǎn)化成無(wú)機(jī)硫后，使變換氣中硫化氫含量增加，若不除去，會(huì)嚴(yán)重威脅后工序正常生產(chǎn)，所以要增設(shè)變換氣脫硫裝置（簡(jiǎn)稱變脫或者可以稱之為二次脫硫）。以利后工藝正常運(yùn)行。變換氣栲膠脫硫工藝流程變換氣脫硫工藝流程與粗原料氣脫硫工藝流程、裝置基本相同，由于篇幅限制，相關(guān)工藝參看“粗原料氣栲膠脫硫工藝流程”。此處不再贅述。2.5變換氣碳酸丙烯酯法脫碳2.5.1碳酸丙烯酯法脫碳原理碳酸丙烯酯法脫碳是利用變換氣中CO2、H2S等酸性氣體在加壓條件下溶于碳酸丙烯酯溶液中，達(dá)到脫除CO2、H2S的目的，溶解有CO2、H2S氣體的碳酸丙烯酯溶劑在減壓（或真空）、汽提條件下，將所溶解的大部分CO2、H2S等氣體解吸出來達(dá)到再生循環(huán)使用。在變換氣中，CO2分壓在小于2.0MPa以下時(shí)，其在碳酸丙烯酯溶液中的溶解度規(guī)律服從亨利定律。碳酸丙烯酯法脫碳的基本環(huán)節(jié),由吸收——閃蒸——汽提——洗滌回收這四個(gè)部分組成了2.5.2碳酸丙烯酯法脫碳工藝流程變換氣從吸收塔底部進(jìn)入塔內(nèi)，在填料塔中與碳酸丙烯酯溶劑逆流接觸，CO2被吸收，含CO21%左右的凈化氣從吸收塔頂離開吸收塔，去后工序。吸收了CO2的碳酸丙烯酯富液從塔底引出，減壓，進(jìn)入閃蒸氣返回氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)予以回收，重新進(jìn)入吸收塔。閃蒸液依靠自身壓力，進(jìn)入氣提塔上部的常壓解吸塔段，釋放出所溶的大部分CO2氣體。常解后的碳酸丙烯酯溶液進(jìn)入氣提塔氣提段，與送入塔內(nèi)的空氣逆流接觸，進(jìn)一步氣提出殘留于溶液中的CO2。氣提氣放空，出氣提塔的碳酸丙烯酯貧液經(jīng)泵加壓，經(jīng)水冷器冷卻，送入吸收塔循環(huán)使用。2.5碳酸丙烯酯法脫碳工藝流程圖2.6合成氣（變換氣）壓縮變換氣體壓縮到一定壓力才能在合成工序中催化劑的存在下發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而合成甲醇，由于壓縮工序涉及基本都是物理變化，工藝相對(duì)比較簡(jiǎn)單，此處不再贅述。2.7合成氣合成甲醇合成甲醇反應(yīng)原理=1\*GB2⑴甲醇合成反應(yīng)步驟甲醇合成是一個(gè)多相催化反應(yīng)過程，這個(gè)復(fù)雜過程，共分五個(gè)步驟進(jìn)行：=1\*GB3①合成氣自氣相擴(kuò)散到氣體-催化劑界面；=2\*GB3②合成氣在催化劑活性表面上被化學(xué)吸附=3\*GB3③被吸附的合成氣在催化劑表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)形成產(chǎn)物=4\*GB3④反應(yīng)產(chǎn)物在催化劑表面脫附=5\*GB3⑤反應(yīng)物自催化劑界面擴(kuò)散到氣相中。全過程反應(yīng)速度決定于較慢步驟的完成速度。其中第三步進(jìn)行得較慢，因此，整個(gè)反應(yīng)決定于該反應(yīng)的進(jìn)行速度。=2\*GB2⑵合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)由CO催化加H2合成甲醇，是工業(yè)化生產(chǎn)甲醇的主要方法。=1\*GB3①主要化學(xué)反應(yīng)CO+2H2CH3OH(g)當(dāng)有二氧化碳存在時(shí)，二氧化碳按下列反應(yīng)生成甲醇：CO2+H2CO+H2O(g)CO+2H2CH3OH(g)兩步反應(yīng)的總反應(yīng)式為CO2+3H2CH3OH(g)+H2O=2\*GB3②典型的副反應(yīng)CO+3H2CH4+H2O(g)2CO+4H2CH3OCH3(g)+H2O(g)4CO+8H2C4H9OH+3H2O2.7.2魯奇（Lurgi）低中壓發(fā)合成甲醇工藝流程合成氣經(jīng)冷卻后，送入離心式透平壓縮機(jī)，壓縮至5～10MPa壓力后，與循環(huán)氣體以1∶5的比例混合?；旌蠚饨?jīng)廢熱鍋爐預(yù)熱，升溫至220℃左右，進(jìn)入管殼式合成反應(yīng)器，在銅基催化劑存在下，反應(yīng)生成甲醇。催化劑裝在管內(nèi)，反應(yīng)熱傳熱給管程的水，產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入汽包。除反應(yīng)器的氣體溫度約250℃含甲醇7%左右，經(jīng)換熱冷卻至2.7.22.7.3魯奇（Lurgi）管殼型甲醇合成塔魯奇（Lurgi）管殼型甲醇合成塔是一種管束型副產(chǎn)蒸汽合成塔。操作壓力為5MPa，溫度為250℃合成塔內(nèi)部類似于一般的列管式換熱器，列管內(nèi)裝催化劑，管外為沸騰水。甲醇合成反應(yīng)放出的熱很快被沸騰水移走。合成塔殼程的鍋爐給水是自然循環(huán)的，這樣通過控制沸騰水上的蒸汽壓力，可以保持恒定的反應(yīng)溫度，變化0.1MPa相當(dāng)于1.5℃。4.93MPa、225℃的出塔氣體與進(jìn)塔氣換熱后冷卻到40℃魯奇（Lurgi）低中壓發(fā)合成甲醇工藝的主要特點(diǎn)是采用管束式合成塔。這種合成塔溫度幾乎是恒定的，溫度恒定的好處一是有效的抑制了副反應(yīng)；二是催化劑壽命長(zhǎng)，由于溫度比較恒定，因此當(dāng)操作條件發(fā)生變化時(shí)（如循環(huán)機(jī)故障等），催化劑也沒有超溫危險(xiǎn)，仍可安全運(yùn)轉(zhuǎn)。利用反應(yīng)熱產(chǎn)生的中壓蒸汽（4.5～5MPa），經(jīng)過熱后可帶動(dòng)透平壓縮機(jī)（即甲醇合成氣壓縮機(jī)及循環(huán)氣壓縮機(jī)），壓縮機(jī)用過的低壓蒸汽又送至甲醇精餾部分使用，因此整個(gè)系統(tǒng)熱的利用很好。但是魯奇（Lurgi）管殼型甲醇合成塔的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，裝卸催化劑不太方便。這是它的不足之處。2.8粗甲醇精餾精餾原理精餾是多次簡(jiǎn)單蒸餾的組合。蒸餾操作系基于混合液中各組分在相同的溫度條件下具有不同的揮發(fā)度，當(dāng)加熱至沸騰以后，將生成的蒸汽引出進(jìn)行冷凝，其冷凝液組成與原來的混合液不同，其中易揮發(fā)組分的含量較前增加。如此不斷氣化、冷凝操作，最后使混合液中的組分幾乎以純組分被分離出來。加壓蒸餾的目的及雙效法定義精餾過程的能耗很大，且熱能利用率很低，在能源極其寶貴的今天，粗甲醇的精餾也向著節(jié)能的方向發(fā)展。三塔加壓蒸餾的目的是更合理的利用了熱量，它采用了兩個(gè)主精餾塔，第一主精餾塔加壓蒸餾，操作壓力為0.56～0.60MPa，第二主精餾塔為常壓操作，第一塔由于加壓，亦使沸點(diǎn)升高，頂部氣相甲醇液化溫度約為121℃，遠(yuǎn)高于第二常壓塔塔釜液體（主要為水）的沸點(diǎn)溫度，將其冷凝潛熱作為第二主精餾塔再沸器的熱源。這一過程稱為雙效法，叫雙塔流程節(jié)約熱能30%～兩個(gè)主精餾塔塔板數(shù)增加了一倍，自然分離效率大大提高，然而其能量的消耗反而降低。加壓塔對(duì)于向塔內(nèi)提供熱源的蒸汽要求較高，對(duì)受壓容器的材質(zhì)、壁厚，制造也有相當(dāng)?shù)囊螅瑢?duì)于精餾規(guī)模較大的裝置，從長(zhǎng)計(jì)意，效益是明顯的。雙效法三塔粗甲醇精餾工藝流程粗甲醇進(jìn)入預(yù)蒸餾塔前，先在粗甲醇產(chǎn)熱器中，用蒸汽冷凝液將其預(yù)熱至65℃預(yù)蒸餾塔塔低由低壓蒸汽加熱的熱虹式再沸器向塔內(nèi)提供熱量。為防止粗甲醇對(duì)設(shè)備的腐蝕，在預(yù)蒸餾塔下部高溫區(qū)加入一定量的稀堿液，使預(yù)后甲醇的pH值保持在8左右。由預(yù)蒸餾塔塔底出來的預(yù)后甲醇，經(jīng)加壓塔進(jìn)料泵升壓后，進(jìn)入第一主精餾加壓塔，加壓塔為85塊浮閥塔，塔頂甲醇蒸氣進(jìn)入冷凝器/再沸起既第一精餾加壓塔的氣相甲醇又利用冷凝潛熱加熱第二精餾常壓塔的塔釜，被冷凝的甲醇進(jìn)入回流槽，在其中稍加冷卻，一部分由加壓塔回流泵升壓至約0.8MPa送至加壓塔作回流液，其余部分經(jīng)加壓塔精甲醇冷卻器冷卻到40℃加壓塔用低壓蒸汽加熱的熱虹吸式再沸器向塔內(nèi)提供熱量，通過低壓蒸汽的加入量來控制塔的操作溫度。加壓塔操作壓力約0.57MPa，塔頂操作溫度約121℃，塔底操作溫度約127由加壓塔塔底排出的甲醇溶液送至第二主精餾常壓塔下部，常壓塔也采用85塊浮閥塔板。從常壓塔塔頂出來的甲醇蒸氣經(jīng)常壓塔冷凝器冷凝冷卻到40℃后，進(jìn)入常壓塔回流槽，再經(jīng)常壓塔回流泵加壓，一部分送至常壓塔塔頂作回流，其余部分送至精甲醇計(jì)量槽。常壓塔頂操作壓力為0.006MPa，塔頂操作溫度約69.5℃，塔底操作溫度約常壓塔的塔底殘液另由汽提塔進(jìn)料泵加壓后進(jìn)入廢水汽提塔，塔頂蒸汽經(jīng)汽提塔冷凝器冷凝后，進(jìn)入汽提塔回流槽，由汽提塔回流泵加壓，一部分送廢水汽提塔塔頂作回流，其余部分經(jīng)汽提塔甲醇冷卻器冷卻至40℃汽提塔塔底用低壓蒸汽加熱的熱虹吸式再沸器向塔內(nèi)提供熱量，塔底下部設(shè)有側(cè)線，采出部分雜醇油，并與塔底排出的含醇廢水一起進(jìn)入廢水冷卻器冷卻到40℃上述方法，精甲醇純度可達(dá)99.95%以上，甲醇回收率至少為90%，高達(dá)95%～99%，經(jīng)甲醇中含乙醇小于10ppm.雙效法三塔粗甲醇精餾工藝流程特點(diǎn)=1\*GB2⑴廢熱回收。利用再沸器冷凝水及塔釜液等顯熱來預(yù)熱進(jìn)料溫度，以提高蒸餾過程的熱能利用效率。=2\*GB2⑵減少蒸餾過程的熱能消耗。粗甲醇精制過程中采用多效蒸餾方法，即利用熱源蒸汽潛熱的多重效用（雙效法）。=3\*GB2⑶甲醇產(chǎn)品中分出有機(jī)雜質(zhì)，特別是乙醇，而不增加甲醇的損失量。=4\*GB2⑷熱能的合理利用，提高精餾他的壓力，可將塔頂汽相組分的冷凝潛熱用于常壓塔塔釜的熱源。2.9工藝流程總結(jié)通過本章對(duì)總體工藝流程的介紹可以看到初步確定的工藝流程是有科學(xué)依據(jù)并有一定創(chuàng)新性和較強(qiáng)實(shí)踐性的集科學(xué)、創(chuàng)新、先進(jìn)、實(shí)用性于一體的一套煤制甲醇生產(chǎn)工藝流程。3煤制甲醇生產(chǎn)工藝計(jì)算以下工藝計(jì)算均以100㎏神木煙煤為計(jì)算基準(zhǔn)。3.1ICC灰熔聚流化床煤氣化工藝計(jì)算原料煤及煤氣發(fā)生爐數(shù)據(jù)=1\*GB2⑴神木煙煤工業(yè)分析（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）War=4.42Aar=5.99Vdaf=3=2\*GB2⑵神木煙煤元素分析（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）Car=73.98Har=4.46Ora=9.70Nar=1.24Sra=0.21=3\*GB2⑶干發(fā)生爐煤氣組成（體積分?jǐn)?shù)%）CO=12.71CO2=13.66CH4=1.38H2=15.46N2=56.68H2S=0.1=4\*GB2⑷焦油產(chǎn)率Vj=0（即表示煤氣中幾乎不帶焦油，可忽略）=5\*GB2⑸帶出物產(chǎn)率VT為工作原料的3%=6\*GB2⑹帶出物組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）CT=80AT=20=7\*GB2⑺干灰渣含硫量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）CF=15.0=8\*GB2⑻煤氣溫度500℃=9\*GB2⑼蒸汽飽和溫度58℃煤氣化工藝物料衡算=1\*GB2⑴確定工作原料組成War=4.42Aar=5.99Car=73.98Har=4.46Oar=9.70Nar=1.24Sra=0.21=2\*GB2⑵確定干灰渣生成率因原料中的灰分分配在帶出物和灰渣中，故Aar=AT×VT+AF×VFVF===6.34%式中VF——灰渣生成率，%（占工業(yè)原料重量）；VT——帶出物產(chǎn)率，%（占工業(yè)原料重量）；AF——灰渣中灰含量，㎏/㎏；AT——帶出物中灰渣量，㎏/㎏。=3\*GB2⑶確定干煤氣產(chǎn)率按碳平衡計(jì)算Vg===475Nm3/100kg煤式中Vg——干煤氣產(chǎn)率，Nm3/100kg煤;Car——原料煤含碳量，kg/100kg煤；CF——灰渣中含碳量，CF=6.34×0.15=0.95kg/100kgCj——焦油中含碳量，Cj=0；CT——帶出物種含碳量，CT=3×0.8=2.4kg/100kgCO2、CO、CH4、2C2H4——每標(biāo)準(zhǔn)立方米煤氣中各成分含量，Nm3=4\*GB2⑷確定空氣消耗量按氮平衡計(jì)算VK===340Nm3/100kg煤式中VK——空氣消耗量，Nm3/100kg煤；N2g——N2g=0.5678Nm3Vg——干煤氣產(chǎn)率，Nm3/100kg煤；Nar——煤中含氮量，Nar=1.24kg/100kg=5\*GB2⑸確定蒸汽消耗量已知蒸汽飽和溫度為58℃，查得含濕量為0.175㎏/m3故蒸汽消耗量為WZ=0.175×3.40=0.595kg/kg=6\*GB2⑹確定煤氣中含水量按氫平衡計(jì)算H2Og===0.0703㎏/Nm3式中H2Og——干煤氣中含水量，㎏/Nm3；Har——原料煤中氫含量，Har=0.0446kg/kgWar——原料煤中含水量，War=0.0.0442kg/kgWZ——蒸汽消耗量，WZ=0.595kg/kgVg——干煤氣產(chǎn)率，Vg=4.75Nm3/kg煤；Hj——焦油中含氫量，Hj=0H2、H2S、CH4、C2H4——每標(biāo)準(zhǔn)立方米干煤氣中各成分含量，Nm3=7\*GB2⑺確定濕煤氣的產(chǎn)率濕煤氣產(chǎn)率為干煤氣的體積和煤氣中水分體積之和Vg=Vg×=4.75×=5.151Nm3/kg煤式中Vg′——濕煤氣產(chǎn)率，Nm3/kg煤；Vg——干煤氣產(chǎn)率，Vg=4.75Nm3/kg煤；H2Og——干煤氣中含水量，H2Og=0.0703㎏/Nm3；0.833——蒸汽密度，㎏/Nm3=8\*GB2⑻確定蒸汽分解率當(dāng)氣化100㎏原料煤時(shí)，在煤氣中有水分0.0703×475=33.4㎏，其中War=4.42㎏熱解水（一般考慮煤中50%的氧轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，?.5Oar）0.5×9.7×（18÷16）=5.46㎏因此，在煤氣中由送風(fēng)中帶入的不分解蒸汽為33.4-（4.42+5.46）=23.52㎏故分解蒸汽為59.5-23.52=35.98㎏蒸汽分解率為35.98÷59.5=60.3%=9\*GB2⑼計(jì)算煤氣的質(zhì)量組成碳C=(12÷22.4)×(CO2+CO+CH4+2C2H4)×0.01×Vg=(12÷22.4)×(12.71+13.66+1.38+0)×0.01×475=70.61㎏氫H=(2.02÷22.4)×(H2S+H2+2CH4+2C2H4)×0.01×Vg=(2.02÷22.4)×(0.01+15.46+2×1.38+0)×0.01×475=7.81㎏氧O2=(32÷22.4)×(CO2+O2+0.5CO)×0.01×Vg=(32÷22.4)×(13.66+0+0.5×12.71)×0.01×475=135.8㎏氮N2=(28.02÷22.4)×N2×0.01×Vg=(28.02÷22.4)×56.78×0.01×475=337.4㎏硫S=(32÷22.4)×H2S×0.01×Vg=（32÷22.4）×0.01×0.01×475=0.08㎏=10\*GB2⑽其它部分物料氣化過程中通煤孔氣封用的蒸汽也應(yīng)計(jì)入，對(duì)氣化100㎏神木煙煤采用約2㎏蒸汽，這部分蒸汽也成為煤氣中的水分。綜上所述，氣化過程的物料平衡見表3.1所示。表3.1氣化過程物料平衡表（100㎏燃料的㎏數(shù)）項(xiàng)目組成（%）總計(jì)CHONSA進(jìn)入干原料73.984.469.701.240.215.9995.58原料水分——0.493.93——————4.42空氣————102.03336.17————438.20氣化用蒸汽——6.6152.89——————59.50通用孔氣封用蒸汽——0.221.78——————2.00合計(jì)73.9811.78170.33337.400.215.99599.70支出干煤氣70.617.81135.80337.400.08——551.70送風(fēng)的未分解蒸汽——2.5920.93——————23.52原料水分——0.493.93——————4.42分解水——0.957.70——————8.65通用孔氣封用蒸汽——0.221.78——————2.00帶出物2.40————————0.603.00灰渣1.00————————5.346.34誤差-0.03-0.28+0.990.00+0.13+0.05+0.86合計(jì)73.9811.78170.33337.400.215.99599.70煤氣化工藝熱量衡算=1\*GB2⑴入方原料煤的發(fā)熱量Q1Q1=29200×100=2920000kJ29200——煤的高熱值，kJ/㎏煤原料煤的物理熱Q2Q2=1.088×20×100=2176kJ式中1.088——煤的比熱，kJ/㎏煤·℃20——煤的溫度，℃氣化用蒸汽的物理熱Q3Q3=（2490+58×1.883）×59.5=154653kJ式中2490——水蒸汽的潛熱，kJ/㎏1.833——水蒸汽的比熱，kJ/㎏·℃撥火孔氣封用蒸汽的物理熱Q4Q3=2746×2=5492kJ式中2746——?dú)夥庥帽韷?㎏/㎝3水蒸汽的熱焓，kJ/㎏氣化用空氣的物理熱Q5Q5=1.304×58×340=25715kJ總進(jìn)入量Q入=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=2920000+2176+154653+5492+25715=3108036kJ=2\*GB2⑵出方干煤氣的發(fā)熱量Q1′Q1′=4119×475=1956525kJ式中4119——干煤氣的高熱值，kJ/Nm3干煤氣的物理熱Q2′Q2′=1.374×500×475=326325kJ式中1.374——干煤氣的平均比熱，kJ/Nm3·℃煤氣中水分的熱含量Q3′煤氣中蒸汽量=0.0703×475+2=35.4㎏Q3′=（2490+1.975×1058）×35.4=162116kJ帶出物的化學(xué)熱Q4′Q4′=34045×0.8×3=81708kJ式中34045——碳的高熱值，kJ/㎏帶出物的物理熱Q5′Q5′=0.837×3×500=1256kJ式中0.837——帶出物的比熱，kJ/㎏·℃灰渣中可燃碳的化學(xué)熱Q6′Q6′=34045×3=102135kJ灰渣的物理熱Q7′灰渣排出溫度取400℃，在該溫度下灰渣的比熱為0.857kJ/㎏Q7′=400×0.857×6.34=2173kJ發(fā)生爐水套生產(chǎn)蒸汽所消耗的熱量Q8′水套受熱產(chǎn)生的蒸汽全部被空氣飽和帶入爐內(nèi)，故發(fā)生爐水套生產(chǎn)的蒸汽量可假設(shè)與氣化用蒸汽量相一致，即Q8′=（2490+58×1.883）×59.5=154653kJ向四周散熱的熱量損失Q9′Q9′——按熱量收支的差額計(jì)算=3\*GB2⑶氣化效率n1n1=×100%=×100%=67.00%=4\*GB2⑷熱效率n2n2=×100%=×100%=83.64%綜上所述，氣化過程的熱量平衡見表3.2所示。表3.2氣化過程熱量平衡表（100㎏燃料的kJ數(shù)）入方kJ%出方kJ%原料煤發(fā)熱量Q1292000093.95干煤氣發(fā)熱量Q1′195652562.95原料煤物理熱Q221760.07干煤氣物理熱Q2′32632510.50氣化用蒸汽物理熱Q31546534.98煤氣中水分的熱含量Q3′1621165.22撥火孔氣封用蒸汽的物理熱Q454920.18帶出物的化學(xué)熱Q4′817082.63氣化用空氣的物理熱Q5257150.83帶出物的物理熱Q5′12560.04灰渣中可燃碳的化學(xué)熱Q61021353.29灰渣的物理熱Q7′21730.07發(fā)生爐水套生產(chǎn)蒸汽所消耗的熱量Q8′1546534.97向四周散熱的熱量損失Q932114510.33合計(jì)3108036100.00合計(jì)3108036100.00原料煤氣化最終產(chǎn)物由干煤氣組成可得干煤氣的平均摩爾分子量為28×0.1271+44×0.1366+16×0.0138+2×0.1546+28×0.5668+34×0.001=26g/mol100㎏原料煤所得干煤氣質(zhì)量為551.70㎏，則所得干煤氣的總物質(zhì)的量為=21219.20mol干煤氣中各組分的物質(zhì)的量（mol）為MCO=21219.20×0.1271=2697MCO2=21219.20×0.1366=2899MCH4=21219.20×0.0138=294MH2=21219.20×0.1546=3280MN2=21219.20×0.5668=12027MH2S=21219.20×0.001=21實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中氣化劑用富氧（體積分?jǐn)?shù)98.6%）進(jìn)行而不是用空氣進(jìn)行的，干煤氣中的N2只是由原料煤和富氧中的少量氮得來，所以實(shí)際生產(chǎn)中MN2=44+13=57綜上所述，原料煤氣化所得最終粗原料氣組成如表3.3所示。表3.3粗原料氣組成表組分COCO2CH4H2N2H2S合計(jì)組成（體積分?jǐn)?shù)%）29.1631.353.1835.470.620.23100.00物質(zhì)的量（mol）269728992943280572192483.2粗原料氣脫硫工藝計(jì)算查《現(xiàn)代煤化工技術(shù)手冊(cè)》知栲膠法脫硫工藝脫硫效率可達(dá)98%，此處直接套用已有經(jīng)驗(yàn)公式，可得粗原料氣脫除硫化氫量為21×98%=20.58mol則出粗原料氣脫硫系統(tǒng)的原料氣中硫化氫含量為21–20.58=0.42mol綜上所述，粗原料氣經(jīng)脫硫系統(tǒng)后所得最終原料氣組成如表3.4所示。表3.4原料氣組成表組分COCO2CH4H2N2H2S合計(jì)組成（體積分?jǐn)?shù)%）29.2331.423.1935.550.62——100.00物質(zhì)的量（mol）269728992943280570.4292273.3原料氣變換工藝計(jì)算變換反應(yīng)的熱效應(yīng)一氧化碳變換反應(yīng)是放熱反應(yīng)CO+H2O(g)CO2+H2反應(yīng)熱效應(yīng)可由各組分的標(biāo)準(zhǔn)生成熱與恒壓熱容求出△HR=-10000–0.219T+2.845×10-3T2-0.9703×10-6T3[cal/mol]式中T——溫度，K反應(yīng)熱的絕對(duì)值隨溫度的增高而減少，見表3.5所示。表3.5一氧化碳變換反應(yīng)熱效應(yīng)溫度，℃25200250300350400△HR，kJ/mol41.1610.0439.6439.2338.7538.30變換反應(yīng)的平衡常數(shù)通常變換反應(yīng)是在壓力不太高時(shí)進(jìn)行的，故計(jì)算化學(xué)平衡常熟Kp時(shí)，各組分用分壓表示已足夠準(zhǔn)確。Kp==式中p*與y*分別表示平衡狀態(tài)下各組分分壓和摩爾分率。平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系可由各組分的標(biāo)準(zhǔn)自由能和恒壓熱容求出。下式可供使用：㏒Kp=–0.1102㏒T+0.6218×10-3T–1.0604×10-7T2–2.218不同溫度下一氧化碳變換反應(yīng)的平衡常數(shù)見表3.6所示。表3.6一氧化碳變換反應(yīng)的平衡常數(shù)溫度，/℃25200250300350400Kp1.03×105327.996.539.224.511.7變換率與平衡變換率一氧化碳的變換程度可用變換率表示，它定義為反應(yīng)中變換了的一氧化碳量與反應(yīng)前氣體中一氧化碳量之比。取1摩爾干原料氣為基準(zhǔn)，加入n摩爾水蒸汽進(jìn)行變換反應(yīng)（n稱為汽氣比或水氣比），當(dāng)一氧化碳變換率為a時(shí)，可得：a=反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的變換率為平衡變換率，用a*表示：Kp*=式中y*i、yi分別為反應(yīng)前與反應(yīng)都i組分的干基摩爾分率。知道各溫度下的Kp，便可由上式求出平衡轉(zhuǎn)化率a*，再進(jìn)行物料衡算，就可以求出各組分的平衡組成。由以上各式可得：a*=30%綜上所述，原料氣經(jīng)變換系統(tǒng)后所得最終變換氣組成如表3.7所示。表3.7變換氣組成表組分COCO2CH4H2N2合計(jì)組成（體積分?jǐn)?shù)%）18.8136.952.9240.740.57100.00物質(zhì)的量（mol）18883708294408957100363.4變換氣脫硫工藝計(jì)算一般來說栲膠脫硫只能脫除粗原料氣中無(wú)機(jī)硫——硫化氫（H2S），對(duì)其有機(jī)硫脫除率很低，但在變換爐中，有機(jī)硫能與氫氣反應(yīng)，可轉(zhuǎn)化成硫化氫（H2S）。這樣有機(jī)硫被轉(zhuǎn)化成無(wú)機(jī)硫后，使變換氣中硫化氫含量增加，若不除去，會(huì)嚴(yán)重威脅后工序正常生產(chǎn)，所以要增設(shè)變換氣脫硫裝置（簡(jiǎn)稱變脫或者可以稱之為二次脫硫）。以利后工藝正常運(yùn)行。變換氣脫硫工藝計(jì)算與粗原料氣脫硫工藝基本相同，且對(duì)變換氣中其它主要組分基本沒有影響，因此篇幅限制，此處不再贅述。3.5變換氣脫碳工藝計(jì)算合成氣中氫碳比應(yīng)滿足以下表達(dá)式n=則由變換工序來的變換氣中CO與H2的量可確定脫碳后合成氣中CO2的量：2.05〈〈2.15即合成氣中CO2的量應(yīng)在以下范圍9mol〈CO2〈72mol此處取合成氣中CO2的量為60mol。則脫碳工藝中二氧化碳的脫除率為:×100%=98%綜上所述，變換氣經(jīng)脫碳工序后所得最終合成氣組成如表3.8所示。表3.8合成氣組成表組分COCO2CH4H2N2合計(jì)組成（體積分?jǐn)?shù)%）29.560.944.6064.010.89100.00物質(zhì)的量（mol）18886029440895763883.6合成氣（變換氣）壓縮工藝計(jì)算變換氣體壓縮到一定壓力才能在合成工序中催化劑的存在下發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而合成甲醇，由于壓縮工序涉及基本都是物理變化，工藝相對(duì)比較簡(jiǎn)單，且對(duì)變換氣中其它主要組分基本沒有影響，因此篇幅限制，此