年產(chǎn)20萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　設(shè)計(jì)說(shuō)明書</b></p><p>　　題 目：年產(chǎn)20萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　年 級(jí)： 應(yīng)化0901

2、 </p><p>　　學(xué) 院： </p><p>　　系 別： 化工系 </p><p>　　專 業(yè)： 應(yīng)用化工技術(shù) </p><p>　　指導(dǎo)教師： xx </p>&

3、lt;p>　　完成日期：2011-5月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　甲醇是一種極重要的有機(jī)化工原料，也是一種燃料，是碳一化學(xué)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。近年來(lái)，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(jì)發(fā)展對(duì)甲醇的需求，開展了此20萬(wàn)t

4、/a的甲醇項(xiàng)目。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是進(jìn)行工藝論證，物料衡算和熱量衡算等。本設(shè)計(jì)本著符合國(guó)情、技術(shù)先進(jìn)和易得、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的原則，采用煤炭為原料；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(yán)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。</p><p>　　關(guān)鍵詞：甲醇合成、氣體精餾、工藝流程</p><p>&

5、lt;b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 總論 …………………………………………………………………1</p><p>　　1.1概述 ………………………………………………………………………1</p><p>　　1.2設(shè)計(jì)的目的和意義 ………………………………………………………3</p><p>　　1.3

6、設(shè)計(jì)依據(jù) …………………………………………………………………3</p><p>　　1.4設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想 …………………………………………………………4</p><p>　　1.5設(shè)計(jì)的范圍，裝置組成及建設(shè)規(guī)模 ……………………………………4</p><p>　　1.6原料煤的規(guī)格 ……………………………………………………………5</p><p&

7、gt;　　1.7產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) ……………………………………………………………5</p><p>　　第二章 工藝論證 ……………………………………………………………6</p><p>　　2.1 煤氣化路線的選擇 ………………………………………………………6</p><p>　　2.2凈化工藝方案的選擇 ……………………………………………………8</p>

8、;<p>　　2.3合成甲醇工藝選擇 ………………………………………………………11</p><p>　　2.4甲醇精餾 …………………………………………………………………17</p><p>　　第三章 工藝流程 ……………………………………………………………22</p><p>　　3.1 GSP氣化工藝流程 ………………………………………………

9、………22</p><p>　　3.2凈化裝置工藝流程 ………………………………………………………23</p><p>　　3.3甲醇合成工藝流程 ………………………………………………………31</p><p>　　3.4甲醇精餾工藝流程 ………………………………………………………32</p><p>　　3.5氨吸收制冷流程 …………………

10、………………………………………34</p><p>　　第四章 工藝計(jì)算 ……………………………………………………………35</p><p>　　4.1物料衡算 …………………………………………………………………35</p><p>　　4.2能量衡算 …………………………………………………………………45</p><p>　　第五章 主

11、要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型 ………………………………………50</p><p>　　5.1甲醇合成塔的設(shè)計(jì) ………………………………………………………50</p><p>　　5.2水冷器的工藝設(shè)計(jì) ………………………………………………………54</p><p>　　5.3循環(huán)壓縮機(jī)的選型 ………………………………………………………57 </p><

12、;p>　　5.4氣化爐的選型 ……………………………………………………………57 </p><p>　　5.5甲醇合成廠的主要設(shè)備一覽表 …………………………………………58</p><p>　　第六章 合成車間設(shè)計(jì) ………………………………………………………59</p><p>　　6.1廠房的整體布置設(shè)計(jì) ……………………………………………………59&l

13、t;/p><p>　　6.2合成車間設(shè)備布置的設(shè)計(jì) ………………………………………………59</p><p>　　第七章 非工藝專業(yè)要求 ……………………………………………………59</p><p>　　7.1公用工程 …………………………………………………………………59</p><p>　　7.2安全衛(wèi)生 ……………………………………………

14、……………………60</p><p>　　第八章 三廢處理 ……………………………………………………………62</p><p>　　8.1甲醇生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染 …………………………………………………62</p><p>　　8.2 處理方法 …………………………………………………………………63</p><p>　　設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)價(jià) ……………

15、…………………………………………………65</p><p>　　致謝 …………………………………………………………………………65</p><p>　　參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………66</p><p><b>　　第一章 總論</b></p><p><b>　　1.1概述&l

16、t;/b></p><p><b>　　1.1.1甲醇性質(zhì)</b></p><p>　　甲醇俗稱木醇、木精，英文名為methanol，分子式CH3OH。是一種無(wú)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(duì)密度0.7914(d420)，蒸氣相對(duì)密度1.11(空氣=1)，熔點(diǎn)-97.8℃，沸點(diǎn)64.7℃，閃點(diǎn)（開杯）16℃，自燃點(diǎn)473℃，

17、折射率(20℃)1.3287，表面張力（25℃）45.05mN/m，蒸氣壓（20℃）12.265kPa，粘度（20℃）0.5945mPa?s。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮類和大多數(shù)其他有機(jī)溶劑混溶。蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限6.0％～36.5﹪（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)。</p><p><b>　　1.1.2甲醇用途</b></p>

18、<p>　　甲醇是重要有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料，廣泛應(yīng)用于精細(xì)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)丙烯酸甲酯、對(duì)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(jī)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

19、視。甲醇也是一種重要的有機(jī)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(jià)、燃燒充分，利用率高、環(huán)保的眾多優(yōu)點(diǎn)，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(jí)甲醇用于供熱和發(fā)電，也可達(dá)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值高而成本低的優(yōu)點(diǎn)，用作飼料添加劑，有著廣闊的應(yīng)用前景。</p&

20、gt;<p>　　1.1.3甲醇生產(chǎn)工藝的發(fā)展</p><p>　　甲醇是醇類中最簡(jiǎn)單的一元醇。1661年英國(guó)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(shí)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(guó)的M·貝特洛在實(shí)驗(yàn)室用一氯甲烷在堿性溶液中水解也制得了甲醇。</p><p>　　1923

21、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、Lurg

22、i工藝和三菱瓦斯化學(xué)公司(MCC)工藝［1］ 。目前，國(guó)外的液相甲醇合成新工藝［2］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)。</p><p>　　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(lái)生產(chǎn)甲醇的裝置。60年代建成了一批中

23、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95 kt/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200 kt/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)［3］，打破長(zhǎng)期來(lái)被ICI、Lur

24、gi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。</p><p>　　1.1.4甲醇生產(chǎn)原料</p><p>　　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，配制成一定配比的合成氣。在不同的催化劑存在下，選用

25、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)精鎦脫除甲醚，再精鎦而得成品甲醇。</p><p>　　自1923年開始工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，甲醇合成的原料路線經(jīng)歷了很大變化。20世紀(jì)50年代以前多以煤和焦碳為原料；50年代以后，以天然氣為原料的甲醇生產(chǎn)流程被廣泛應(yīng)用；進(jìn)入60年代以來(lái)，以重油為原料的甲醇裝置有所發(fā)展。對(duì)于我國(guó)，從資源背景看，煤炭?jī)?chǔ)量遠(yuǎn)大于石油、天然氣儲(chǔ)量

26、，隨著石油資源緊缺、油價(jià)上漲，因此在大力發(fā)展煤炭潔凈利用技術(shù)的背景下，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)煤是我國(guó)甲醇生產(chǎn)最重要的原料［4］。</p><p>　　1.2設(shè)計(jì)的目的和意義</p><p>　　由于我國(guó)石油資源短缺，能源安全已經(jīng)成為不可回避的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，尋求替代能源已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵。甲醇作為石油的補(bǔ)充已成為現(xiàn)實(shí)，發(fā)展甲醇工業(yè)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。煤在世界化石能源儲(chǔ)量中占有很大比

27、重（我國(guó)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(jià)格的迅速上漲，煤制甲醇更加具有優(yōu)勢(shì)。本設(shè)計(jì)遵循“工藝先進(jìn)、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(jì)一座年產(chǎn)20萬(wàn)噸煤制甲醇的生產(chǎn)車間。</p><p>　　通過(guò)設(shè)計(jì)可以鞏固、深化和擴(kuò)大所學(xué)基本知識(shí)，培養(yǎng)分析解決問(wèn)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(guò)完成設(shè)計(jì)，可以知道甲醇的用途；基本掌握煤制甲醇的

28、生產(chǎn)工藝；了解國(guó)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(shì)。</p><p><b>　　1.3 設(shè)計(jì)的依據(jù)</b></p><p>　　1.3.1海南大學(xué)材料與化工學(xué)院2008屆畢業(yè)設(shè)計(jì)選題</p><p>　　《年產(chǎn)20萬(wàn)噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝畢業(yè)設(shè)計(jì)》任務(wù)書，見附件。</p><p>　　1.3.2 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料

29、</p><p><b>　?。?）工藝流程資料</b></p><p>　　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)》。</p><p>　　（2）合成工段的工藝參數(shù)</p><p>　　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5.14MPa，出塔壓力4.9 M

30、Pa，副產(chǎn)蒸汽壓力3.9 MPa，入塔溫度225℃，出塔溫度</p><p><b>　　255℃。</b></p><p>　　1.4設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想</p><p>　　以設(shè)計(jì)任務(wù)書為基礎(chǔ)，適應(yīng)我國(guó)甲醇工業(yè)發(fā)展的需要。加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際，擴(kuò)大知識(shí)面；培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立工作的能力。整個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹節(jié)省基建投資，充分重視技術(shù)進(jìn)步，降低工程造價(jià)，節(jié)能環(huán)

31、保等思想，設(shè)計(jì)生產(chǎn)高質(zhì)量甲醇產(chǎn)品。</p><p>　　1.5設(shè)計(jì)的范圍﹑裝置組成及建設(shè)規(guī)模</p><p>　　1.5.1設(shè)計(jì)的范圍</p><p>　?。?）年產(chǎn)20萬(wàn)噸甲醇生產(chǎn)工藝流程的設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）物料衡算、熱量衡算</p><p>　?。?）主要生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算與選型</p>

32、<p><b>　?。?）環(huán)保措施</b></p><p>　?。?）編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書</p><p><b>　?。?）繪制設(shè)計(jì)圖紙</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)重點(diǎn)：</b></p><p>　　工藝流程的設(shè)計(jì)，工藝計(jì)算，合成塔設(shè)計(jì)計(jì)算與選型</p

33、><p>　　1.5.2生產(chǎn)和輔助車間設(shè)置</p><p>　　(1)設(shè)生產(chǎn)車間4個(gè)</p><p>　　煤氣化車間：包括原料煤的貯存、備煤加工處理、粉煤氣化和空分。</p><p>　　凈化車間：包括脫硫（常壓粗煤氣脫硫、變換氣脫硫）、一氧化碳變換、脫二氧化碳及精脫硫。</p><p>　　合成車間：包括壓縮、甲醇合成。

34、</p><p>　　精餾車間：甲醇精餾和甲醇貯罐區(qū)。</p><p>　　動(dòng)力車間：包括全廠供排水、鍋爐供熱、軟水脫鹽水、供電。</p><p>　　(2)設(shè)輔助車間3個(gè)</p><p>　　機(jī)修車間：包括機(jī)修、電儀修理。</p><p>　　綜合樓：包括中心化驗(yàn)室、質(zhì)量檢驗(yàn)、安全環(huán)保。</p><

35、;p><b>　　綜合倉(cāng)庫(kù)</b></p><p>　　1.5.3 建設(shè)規(guī)模</p><p><b>　　生產(chǎn)能力：</b></p><p>　　年產(chǎn)20萬(wàn)噸甲醇，年開工日為330天，日產(chǎn)為606.06噸，建設(shè)期2年。</p><p><b>　　工作制度：</b><

36、;/p><p>　　合成車間日工作小時(shí)為24小時(shí)，每日3班輪流替換，每班8小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)，共4個(gè)班。</p><p><b>　　廠址選擇</b></p><p>　　該廠建設(shè)在某煤礦附近，計(jì)劃占地約140畝；廠房基建部分由某工程設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　1.6 原料煤規(guī)格</b><

37、/p><p>　　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 。</p><p><b>　　1.7產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p>　　本產(chǎn)品（

38、精甲醇）執(zhí)行國(guó)家《GB338—92》標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)見下表</p><p>　　表1 甲醇《GB338—92》</p><p>　　第二章 工藝流程設(shè)計(jì)</p><p>　　圖1 煤制甲醇的簡(jiǎn)單工藝流程</p><p>　　首先是采用GSP氣化工藝將原料煤氣化為合成氣；然后通過(guò)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

39、；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。</p><p>　　2.1煤氣化技術(shù)路線的選擇 </p><p>　　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(dòng)床（固定床）、流化床、氣流床三種。</p>

40、<p>　　2.1.1移動(dòng)床氣化</p><p>　　采用一定粒度范圍的碎煤（5mm～50mm）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(diǎn)，反應(yīng)殘?jiān)鼜臓t底排出，生成氣中含有可觀量的揮發(fā)氣。典型的氣化爐為魯奇（Lurgi）爐。</p><p>　　移動(dòng)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(diǎn)是投資低，可是它有很多不足：（1）

41、對(duì)原料煤的黏結(jié)性有一定有一定要求：（2）氣化強(qiáng)度低：（3）環(huán)境污染負(fù)荷大，治理較麻煩。</p><p>　　2.1.1流化床氣化</p><p>　　采用一定粒度分布的細(xì)粒煤（＜10mm）為原料，吹入爐內(nèi)的氣化劑使煤粒呈連續(xù)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)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

42、（Winkler）爐。</p><p>　　它的缺點(diǎn)是：（1）在常壓或接近于常壓下生產(chǎn)，生產(chǎn)強(qiáng)度低、能耗高、碳轉(zhuǎn)化率只有88%～90%。（2）對(duì)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(yàn)；要在大型甲醇裝置中推廣，受一定限制。</p><p>　　2.1.3氣流床氣化</p><p>　　氣流床采用粉煤為原料，反應(yīng)溫度高，灰分是熔融狀態(tài)

43、。典型代表為GSP,Shell,Texaco氣流床氣化工藝。</p><p>　　氣流床氣化優(yōu)點(diǎn)很多，它是針對(duì)流化床的不足開發(fā)的。氣流床氣化具有以下特點(diǎn)［5］：</p><p>　　(1)采用<0.2mm的粉煤。</p><p>　　(2)氣化溫度達(dá)1 400～1 600℃，對(duì)環(huán)保很有利，沒有酚、焦油，有機(jī)硫很少，且硫形態(tài)單一。</p><

44、p>　　(3)氣化壓力可達(dá)3.5～6.5MPa， 可大大節(jié)省合成氣的壓縮功。</p><p>　　(4)碳轉(zhuǎn)化率高，均大于90%，能耗低。</p><p><b>　　(5)氣化強(qiáng)度大。</b></p><p>　　(6)但投資相對(duì)較高，尤其是Shell粉煤氣化。</p><p>　　從技術(shù)先進(jìn)性、能耗、環(huán)保等方面

45、考慮，對(duì)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?yàn)檫@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(duì)流鍋爐，產(chǎn)生高壓蒸汽可用于發(fā)電或作熱源。</p><p>　　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。</p><p>

46、;<b>　　干粉氣流床：</b></p><p>　　該技術(shù)的特點(diǎn)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(zhǎng)。</p><p><b>　　水煤漿氣流床：</b></p><p>　　水煤漿氣化技術(shù)的特點(diǎn)是煤漿帶35%~4

47、0%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(yán)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(duì)煤有一定要求，如要求灰分<13%，灰熔點(diǎn)<1300℃，含水量<8%等，雖然具有氣流床煤氣化的共同優(yōu)點(diǎn)，仍是美中不足。</p><p>　　通過(guò)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(jì)采用的是GSP冷激氣化工藝，其兼有shell和Texa

48、co的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。代表著未來(lái)氣流床加壓氣化技術(shù)的發(fā)展方向。</p><p>　　2.1.4 GSP工藝技術(shù)簡(jiǎn)介</p><p>　　GSP工藝技術(shù)是20世紀(jì)70年代末由GDR(原民主德國(guó))開發(fā)并投入商業(yè)化運(yùn)行的大中型煤氣化技術(shù)。與其他同類氣化技術(shù)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(jìn)之處。GSP氣化技術(shù)的主要特點(diǎn)如下［6］：<

49、/p><p>　　(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?dú)饣蛞谎趸驾斔?，故操作十分安全。由于氣化溫度高，故?duì)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(duì)煤的灰熔點(diǎn)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(diǎn)的煤種也能使用。</p><p>　　(2)氣化溫度高，一般在14

50、50～1600℃，煤氣中甲烷體積分?jǐn)?shù)小于0.1%，(CO+H2)體積分?jǐn)?shù)高達(dá)90%以上。</p><p>　　(3)氧耗較低，與水煤漿加壓氣化工藝相比，氧耗低約15%～20%，可降低配套空分裝置投資和運(yùn)行費(fèi)用。</p><p>　　(4)氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，無(wú)耐火材料襯里。水冷壁設(shè)計(jì)壽命按25年考慮。正常使用時(shí)維護(hù)量很少，運(yùn)行周期長(zhǎng)。</p><p>　　(5)只

51、有一個(gè)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(zhǎng)，為氣化裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行提供了可靠保障。</p><p>　　(6)碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%以上，冷煤氣效率高達(dá)80%以上。</p><p>　　(7)對(duì)環(huán)境影響小，氣化過(guò)程無(wú)廢氣排放。</p><p>　　(8)投資省，粗煤氣成本較低。</p><p>　　2.2 凈化工藝方案的選擇<

52、;/p><p>　　凈化工藝包括；變換、脫硫脫碳、硫回收三個(gè)部分。</p><p>　　2.2.1 變換工序</p><p>　　以煤為原料制得的粗甲醇原料氣必須經(jīng)過(guò)一氧化碳變換工序。變換工序主要有兩個(gè)方面的作用：通過(guò)變換調(diào)整氫碳比和使有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)硫。</p><p>　　變換工藝主要有：魯奇低壓甲醇生產(chǎn)中的變換工藝，Tops￠e法甲醇生產(chǎn)中

53、的變換工藝，以及國(guó)內(nèi)的以重油為原料的全氣量部分變換工藝。設(shè)計(jì)中的變換工藝是一種全新的設(shè)計(jì)，該工藝采用的是部分氣變換。該工藝的簡(jiǎn)單流程為：氣化工段來(lái)的水煤氣首先進(jìn)入預(yù)變換爐，出爐后分為兩部分：一部分進(jìn)入另一變換爐，變換后經(jīng)過(guò)多次換熱和氣液分離后去了脫硫系統(tǒng)；另一部分先進(jìn)入有機(jī)硫水解槽脫硫，出來(lái)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。</p><p><b>　　工藝條件的確定

54、：</b></p><p><b>　?。?）溫度</b></p><p>　　變換反應(yīng)是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，對(duì)應(yīng)于一定的組成和一個(gè)最佳溫度。為了讓反應(yīng)沿著最佳溫度曲線進(jìn)行，必須移走反應(yīng)熱以降低反應(yīng)溫度。設(shè)計(jì)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(lái)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。

55、</p><p><b>　?。?）壓力</b></p><p>　　設(shè)計(jì)中是將氣體壓縮到3.8Mpa后送入變換爐的。壓力對(duì)反應(yīng)的化學(xué)平衡沒有影響，但對(duì)反應(yīng)速率影響顯著，在0.1～0.3Mpa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。現(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(guò)剩蒸汽的能量。</p&g

56、t;<p><b>　　（3）最終變換率</b></p><p>　　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(guò)變換工序時(shí)，此時(shí)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(jì)中采用的是部分氣量變換，其余氣量不經(jīng)過(guò)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(guò)的氣體變換率達(dá)90%以上。<

57、;/p><p><b>　?。?）催化劑粒度</b></p><p>　　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(guò)催化劑床的阻力就將增加，變換催化劑的適宜直徑為6～10mm，工業(yè)上一般壓制成圓柱狀，粒度￠5×5或￠9×9mm。設(shè)計(jì)中采用催化劑粒度為￠9×9mm。</p><p>　　2.2.2

58、 NHD脫硫脫碳</p><p>　　2.2.2.1NHD溶劑的物理性質(zhì)和應(yīng)用性能</p><p>　　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,</p><p>　　式中n=2～8，平均分子量為250～280。</p><p>　　物理性質(zhì)(25℃)：</p><p>　　密

59、度 1.027kg/m3</p><p>　　蒸汽壓 0.093Pa</p><p>　　表面張力 0.034N/m</p><p>　　粘度 4.3mPa.s</p><p>　　比熱 2100J/(kg/K)</p><p>　　導(dǎo)熱系數(shù) 0.18W/(m/K)</p&

60、gt;<p>　　冰點(diǎn) -22℃～-29℃</p><p>　　閃點(diǎn) 151℃</p><p>　　燃點(diǎn) 157℃</p><p><b>　　應(yīng)用性能：</b></p><p>　　表2 各種氣體在NHD溶劑中的相對(duì)溶解度［7］ </p><p&g

61、t;　　2.2.2.2 NHD溶劑的優(yōu)點(diǎn)如下:</p><p>　　(1)溶劑對(duì)CO2, H2S等酸性氣體吸收能力強(qiáng)。</p><p>　　(2)溶劑的蒸汽壓極低，揮發(fā)性小。</p><p>　　(3)溶劑不氧化、不降解，有良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性。</p><p>　　(4)溶劑對(duì)碳鋼等金屬材料無(wú)腐蝕性。</p><p>

62、;　　(5)溶劑本身不起泡。</p><p>　　(6)具有選擇性吸收H2S的特性，并且可以吸收COS等有機(jī)硫。</p><p>　　(7)溶劑無(wú)臭、無(wú)味、無(wú)毒。</p><p>　　(8)能耗低。NHD溶劑系物理吸收溶劑。再生時(shí)，只需空氣氣提可節(jié)約大量再生能耗。</p><p>　　2.2.2.3 NHD溶劑吸收機(jī)理</p>

63、<p>　　NHD凈化技術(shù)屬物理吸收過(guò)程，H2S在NHD溶劑中的溶解度能較好地符合亨利定律。當(dāng)CO2分壓小于1MPa時(shí)，氣相壓力與液相濃度的關(guān)系基本符合亨利定律。因此，H2S和CO2在NHD溶劑中的溶解度隨壓力升高、溫度降低而增大。降低壓力、升高溫度可實(shí)現(xiàn)溶劑的再生。</p><p>　　甲醇生產(chǎn)要求凈化氣含硫量低，NHD溶劑脫硫(包括無(wú)機(jī)硫和有機(jī)硫)溶解度大，對(duì)二氧化碳選擇性好，而且，NHD脫硫后串聯(lián)

64、NHD脫碳，仍是脫硫過(guò)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?jǐn)?shù)小于0.1x10-6，再設(shè)置精脫硫裝置，總硫體積分?jǐn)?shù)可小于0.05×10-6，滿足甲醇生產(chǎn)的要求。</p><p>　　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(guó)內(nèi)某些裝置上己成功應(yīng)用，有一定的生產(chǎn)和管理經(jīng)驗(yàn)，本著節(jié)約投資、采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)成熟的凈化技術(shù)這一原則，設(shè)計(jì)采用了

65、NHD脫硫脫碳凈化工藝。</p><p>　　2.3 合成甲醇工藝的選擇</p><p>　　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(jì)采用用的是低壓合成工藝。</p><p>　　2.3.1甲醇合成塔的選擇「8」「9」</p&

66、gt;<p>　　甲醇合成反應(yīng)器實(shí)際是甲醇合成系統(tǒng)中最重要的設(shè)備。從操作結(jié)構(gòu)，材料及維修等方面考慮，甲醇合成反應(yīng)器應(yīng)具有以下要求：</p><p>　　（1）催化劑床層溫度易于控制，調(diào)節(jié)靈活，能有效移走反應(yīng)熱，并能以較高位能回收反應(yīng)熱；</p><p>　?。?）反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)合理，能保證氣體均勻通過(guò)催化劑床層，阻力小，氣體處理量大，合成轉(zhuǎn)化率高，催化劑生產(chǎn)強(qiáng)度大；</

67、p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)緊湊，盡可能多填裝催化劑，提高高壓空間利用率；高壓容器及內(nèi)件間無(wú)滲漏；催化劑裝御方便；制造安裝及維修容易。</p><p>　　甲醇合成塔主要由外筒、內(nèi)件和電加熱器三部分組成。內(nèi)件事由催化劑筐和換熱器兩部分組成。根據(jù)內(nèi)件的催化劑筐和換熱器的結(jié)構(gòu)形式不同，甲醇內(nèi)件份為若干類型。</p><p>　　按氣體在催化劑床的流向可分為：軸向式、徑向式和軸

68、徑復(fù)合型。</p><p>　　按催化劑筐內(nèi)反應(yīng)惹得移出方式可分為冷管型連續(xù)換熱式和冷激型多段換熱式兩大類。</p><p>　　按換熱器的形式分為列管式、螺旋板式、波紋板式等多種形式。</p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)外的大型甲醇合成塔塔型較多，歸納起來(lái)可分為五種： </p><p><b>　?。?）冷激式合成塔</b>

69、;</p><p>　　這是最早的低壓甲醇合成塔，是用進(jìn)塔冷氣冷激來(lái)帶走反應(yīng)熱。該塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)基本被淘汰。</p><p><b>　?。?）冷管式合成塔</b></p><p>　　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(jìn)塔冷管來(lái)移

70、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(shí)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。如1984年ICI公司提出的逆流式冷管型及1993年提出的并流冷管TCC型合成塔和國(guó)內(nèi)林達(dá)公司的U形冷管型。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。</p><

71、;p><b>　?。?）水管式合成塔</b></p><p>　　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(shí)可副產(chǎn)2.5Mpa—4.0MPa的中壓蒸汽，是大型化較理想的塔型。</p><p>　?。?）固定管板列管合成塔</p><p>　　這種合成塔就是一臺(tái)列管換

72、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)3.0MPa～4.0MPa的中壓蒸汽。代表塔型有Lurgi公司的合成塔和三菱公司套管超級(jí)合成塔，該塔是在列管內(nèi)再增加一小管，小管內(nèi)走進(jìn)塔的冷氣。進(jìn)一步強(qiáng)化傳熱，即反應(yīng)熱通過(guò)列管傳給殼程沸騰水，而同時(shí)又通過(guò)列管中心的冷氣管傳給進(jìn)塔的冷氣。這樣就大大提高轉(zhuǎn)化率，降低循環(huán)量和能耗，然而使合成塔的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。固定管板列管合成塔雖然可用于大型化，但受管長(zhǎng)、設(shè)備直徑、管板制造所限。在日產(chǎn)超過(guò)

73、2000t時(shí)，往往需要并聯(lián)兩個(gè)。這種塔型是造價(jià)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(jìn)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(jià)非常高的一種。</p><p>　?。?）多床內(nèi)換熱式合成塔</p><p>　　

74、這種合成塔由大型氨合成塔發(fā)展而來(lái)。日前各工程公司的氨合成塔均采用二床(四床)內(nèi)換熱式合成塔。針對(duì)甲醇合成的特點(diǎn)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(jiǎn)單，造價(jià)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(guó)成達(dá)公司的四床內(nèi)換熱式合成塔。</p><p>　　合成塔的選用原則一般

75、為：反應(yīng)能在接近最佳溫度曲線條件下進(jìn)行，床層阻力小，需要消耗的動(dòng)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。</p><p>　　綜上所述和借鑒大型甲醇合成企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，（大型裝置不宜選用激冷式和冷管式），設(shè)計(jì)選用固定管板列管合成塔。這種塔內(nèi)甲醇合成反應(yīng)接近最佳溫度操作線，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(guó)內(nèi)外使用較多，具有豐富的管理和維修經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)也較容易得到；外

76、加考慮到設(shè)計(jì)的是年產(chǎn)20萬(wàn)噸的甲醇合成塔（日產(chǎn)量為650噸左右），塔的塔徑和管板的厚度不會(huì)很大，費(fèi)用也不會(huì)很高，所以本設(shè)計(jì)采用了固定管板列管合成塔。</p><p>　　2.3.2催化劑的選用</p><p>　　2.3.2.1甲醇合成催化劑</p><p>　　經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究開發(fā)和工業(yè)實(shí)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

77、，一種是以氧化鋅為主體的鋅基催化劑。鋅基催化劑機(jī)械強(qiáng)度好.耐熱性好，對(duì)毒物敏感性小，操作的適宜溫度為350～400℃，壓力為25～32MPa(壽命為2～3年)；銅基催化劑具有良好的低溫活性，較高的選擇性，通常用于低、中壓流程。耐熱性較差，對(duì)硫、氯及其化合物敏感，易中毒。操作的適宜溫度為220～270℃，壓力為5～15MPa(一般壽命為2～3年)。通過(guò)操作條件的對(duì)比分析，可知使用銅基催化劑可大幅度節(jié)省投資費(fèi)用和操作費(fèi)用，降低成本。隨著脫硫

78、技術(shù)的發(fā)展，使用銅基催化劑己成為甲醇合成工業(yè)的主要方向，鋅基催化劑已于80年代中期淘汰。</p><p>　　表3 國(guó)內(nèi)外常用銅基催化劑特性對(duì)比［10］</p><p>　　從表的對(duì)比可以看出，國(guó)產(chǎn)催化劑的銅含量已提50%以上。制備工藝合理，使該催化劑的活性、選擇性、使用壽命和機(jī)械強(qiáng)度均達(dá)到國(guó)外同類催化劑的先進(jìn)水平，并且價(jià)格較低。</p><p>　　2.3.2

79、.2 XNC-98甲醇合成催化劑簡(jiǎn)介：</p><p>　　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(guó)內(nèi)20多套大、中、小型工業(yè)甲醇裝置上使用,運(yùn)行情況良好。它是一種高活性、高選擇性的新催化劑。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(diǎn)。常用操作溫度200～290℃,操作壓力5.0～10.0 MPa。</p><p>　　催化

80、劑主要物化性質(zhì)：</p><p>　　催化劑由銅、鋅和鋁等含氧化合物組成。</p><p>　　外　　觀：　　有色金屬光澤的圓柱體</p><p>　　堆積密度：　　1.3～1.5kg/L</p><p>　　外型尺寸：　　5×(4.5～5)mm</p><p>　　徑向抗壓強(qiáng)度：≥200N/cm</p

81、><p><b>　　催化劑活性和壽命：</b></p><p>　　在該催化劑質(zhì)量檢驗(yàn)規(guī)定的活性檢測(cè)條件下，其活性為：</p><p>　　230℃時(shí)：催化劑的時(shí)空收率≥1.20 kg/(L.h)</p><p>　　250℃時(shí)：催化劑的時(shí)空收率≥1.55 kg/(L.h)</p><p>　　在正

82、常情況下，使用壽命為2年以上。</p><p>　　表4 XNC-98型與C型催化劑的性能對(duì)比［11］</p><p>　　通過(guò)對(duì)比，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際可見,XCN-98型催化劑具有以下性能優(yōu)點(diǎn)：</p><p><b>　　(1)易還原。</b></p><p>　　(2)低溫活性好，日產(chǎn)量高。75%負(fù)荷下的甲醇產(chǎn)量(

83、4.1 t/h)接近裝置滿負(fù)荷設(shè)計(jì)甲醇量(4.17 t/h)。</p><p>　　(3)適用溫區(qū)寬,使用壽命長(zhǎng)。合成塔進(jìn)口溫度可調(diào)溫C型催化劑為14℃，而XCN-98型則為30℃。隨著可調(diào)溫區(qū)的增加，催化劑的使用壽命也相應(yīng)延長(zhǎng)。</p><p>　　(4)選擇性好。75%負(fù)荷下合成系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)結(jié)蠟,粗甲醇質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　(5)可適用于含高濃度

84、CO2的合成氣。50%負(fù)荷下，C型催化劑CO2加入量最高不超過(guò)670kg/h，而XCN-98型催化劑則最高可達(dá)900kg/h。75%負(fù)荷時(shí)，使用XCN-98型催化劑，當(dāng)入塔氣中CO2組分體積分?jǐn)?shù)高達(dá)5%時(shí)，生產(chǎn)運(yùn)行情況仍良好，收率和物耗都較低，催化劑仍能保持較高的活性，產(chǎn)品質(zhì)量符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。</p><p>　　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(jì)指標(biāo)均優(yōu)于進(jìn)口催化劑及國(guó)產(chǎn)C型催化劑，所以

85、本設(shè)計(jì)選用四川天一科技股份有限公司研制的XNC-98型催化劑。</p><p>　　2.3.3合成工序工藝操作條件的確定與論證「12」「13」</p><p><b>　?。?）操作溫度</b></p><p>　　甲醇合成催化床層的操作溫度主要是由催化劑的活性溫度區(qū)決定的。操作溫度的控制同樣是一個(gè)操作費(fèi)用的控制問(wèn)題，在設(shè)計(jì)中，需要延長(zhǎng)催化劑的

86、使用壽命，防止催化劑的迅速老化和活性衰減速度加快。一般而言，在催化劑的使用初期，反應(yīng)溫度維持較底的數(shù)值，隨著使用時(shí)間的增加，逐步提高反應(yīng)溫度。例如副產(chǎn)蒸汽型等溫甲醇合成塔采用國(guó)產(chǎn)銅系催化劑，使用前期，可控制床層零點(diǎn)溫度230～240℃，熱點(diǎn)溫度260℃左右；后期，可控制床層零點(diǎn)溫度260～270℃，熱點(diǎn)溫度290℃。設(shè)計(jì)采用的甲醇合成塔為列管式等溫反應(yīng)器，管間走的是沸騰水，可以副產(chǎn)蒸汽，床層內(nèi)溫差很小，接近最佳溫度操作曲線。設(shè)計(jì)中采用的

87、甲醇合成催化劑為國(guó)產(chǎn)的銅系XCN-98，由它的性質(zhì)可知：適合使用的溫度范圍為200～290℃。</p><p><b>　　（2）操作壓力</b></p><p>　　壓力是甲醇合成反應(yīng)過(guò)程的重要工藝條件之一。甲醇合成反應(yīng)時(shí)分子數(shù)變少，因此增加壓力對(duì)反應(yīng)有利，由于壓力高，組分的分壓提高，因而催化劑的 生產(chǎn)強(qiáng)度也提高。操作壓力的選用與催化劑的活性有關(guān)。早期的高壓法合成甲

88、醇工藝采用的是鋅基催化劑，由于活性差，需要在高溫高壓下操作，其操作壓力為25～35Mpa，操作溫度350～420℃。至較高的壓力和溫度下，一氧化碳和氫生成甲烷、異丁醇等副產(chǎn)物，這些副反應(yīng)的反應(yīng)熱高于甲醇合成反應(yīng)，使床層溫度提高，副反應(yīng)加速，如果不及時(shí)控制，回造成溫度猛升而損壞催化劑。近年來(lái)普遍使用的銅基甲醇合成催化劑，其活性溫度范圍在200～300℃，有較高的活性，對(duì)于規(guī)模小于30萬(wàn)噸/a的工廠，操作壓力一般可降為5Mpa左右；對(duì)于超大

89、型的甲醇裝置，為了減少設(shè)備尺寸，合成系統(tǒng)的操作壓力可以升至10Mpa左右。設(shè)采用的是低壓法（入塔壓強(qiáng)為5.14MPa）合成甲醇。</p><p><b>　　（3）氣體組成:</b></p><p>　　對(duì)于甲醇合成原料氣，即合成工序的新鮮氣，應(yīng)維持f=（H2-CO2）/(CO+CO2)=2.10～2.15,并保持一定的CO2。由于新鮮氣中（H2-CO2）/(CO+C

90、O2)略大于2，而反應(yīng)過(guò)程中氫與一氧化碳、二氧化碳的化學(xué)計(jì)量比分別為2:1和3:1，因此循環(huán)氣中（H2-CO2）/(CO+CO2)遠(yuǎn)大于2。合成塔中氫氣過(guò)量，對(duì)減少副反應(yīng)是有利的。</p><p>　　甲醇合成過(guò)程中，需要一定的二氧化碳存在以保持催化劑的高活性。二氧化碳的存在可以降低反應(yīng)系統(tǒng)的熱效應(yīng)，這對(duì)維持床層溫度也是有利的。但是過(guò)高的二氧化碳含量會(huì)降低合成系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，粗甲醇含水增加，增加精餾系統(tǒng)的負(fù)荷和能

91、耗。所以二氧化碳的含量應(yīng)該盡可能低一些，一般不超過(guò)5%。</p><p><b>　?。?）空速:</b></p><p>　　空速不僅是一個(gè)和合成回路氣體循環(huán)量相關(guān)聯(lián)的工藝控制參數(shù)，也是一個(gè)影響綜合經(jīng)濟(jì)效益的變量。甲醇合成過(guò)程中，首先甲醇合成塔內(nèi)的氣體空速必須滿足催化劑的使用要求，國(guó)產(chǎn)銅基催化劑，一般要求氣體空速在8000～20000h-1之間?？账龠^(guò)低，結(jié)炭等副反

92、應(yīng)加劇，空速過(guò)高，系統(tǒng)阻力加大或合成系統(tǒng)投資加大，能耗增加，催化劑的更換周期縮短?？账俚倪x擇需要根據(jù)每一種催化劑的特性，在一個(gè)相對(duì)較小的范圍內(nèi)變化。XCN-98的空速要求為6000～15000h-1，本設(shè)計(jì)空速定為12000 h-1。</p><p>　　2.4粗甲醇的精餾［14］</p><p>　　在甲醇合成時(shí)，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)

93、的同時(shí)，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(jī)酸等幾十種有機(jī)雜質(zhì)。由于甲醇作為有機(jī)化工的基礎(chǔ)原料，用它加工的鏟平種類很多，因此對(duì)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、消耗、安全生產(chǎn)及生產(chǎn)過(guò)程中所用的催化劑的壽命。所以粗甲醇必須提純。</p><p><b>　　2.4.1精餾原理</b></p><p>　　

94、精餾是將沸點(diǎn)不同的組分所組成的混合液，在精餾塔中，同時(shí)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(guò)程。其分離的原理如下：</p><p>　　對(duì)于由沸點(diǎn)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(diǎn)組分易于氣化，則所得氣相中低沸點(diǎn)組分含量高于液相中的含量，而液相中高沸點(diǎn)組分含量，較氣相中高。若將氣相混合蒸汽再部分冷凝下來(lái)，將冷凝液再加熱到一定溫度，使其部分氣化，并將氣相與

95、液相分離，則所得氣相冷凝液中的低沸點(diǎn)組分又高于原氣相冷凝液。如此反復(fù)，低沸點(diǎn)組分不斷提高。道最后制得接近純態(tài)的低沸點(diǎn)組分。</p><p>　　2.4.2精餾工藝和精餾塔的選擇［15］</p><p>　　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)。雙塔精餾工藝技術(shù)由于具有投資少、建設(shè)周期短、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，被我國(guó)眾多中、小甲醇生產(chǎn)企業(yè)所

96、采用。其在聯(lián)醇裝置中得到了迅速推廣。帶有高錳酸鉀反應(yīng)的精餾工藝技術(shù)僅在單醇生產(chǎn)中用鋅鉻為催化劑的產(chǎn)品中有應(yīng)用。近年來(lái).隨著甲醇合成銅基催化劑的廣泛應(yīng)用和氣體凈化水平的提高。粗甲醇生產(chǎn)中的副反應(yīng)減少和雜質(zhì)的降低，此工藝流程己經(jīng)很少采用。三塔精餾工藝技術(shù)是為減少甲醇在精餾中的損耗和提高熱利用率，而開發(fā)的一種先進(jìn)、高效和能耗較低的工藝流程。近年來(lái)在大、中型企業(yè)中得到了推廣和應(yīng)用。</p><p>　　2.4.2.1雙塔

97、精餾工藝</p><p>　　國(guó)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(lái)自合成工段含醇90%的粗甲醇，經(jīng)減壓進(jìn)入粗甲醇貯槽。經(jīng)粗甲醇預(yù)熱器加熱到45℃后進(jìn)入預(yù)精餾塔。甲醇的精餾分2個(gè)階段：先在預(yù)塔中脫除輕餾分.主要是二甲醚；后進(jìn)入主精餾塔，進(jìn)一步把高沸點(diǎn)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

98、在99.9%以上的符合國(guó)家指標(biāo)的精甲醇產(chǎn)品。該工藝具有流程簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，操作方便，一次投資少的特點(diǎn)。該工藝適合于原料粗甲醇中二甲醚等輕組分、還原性雜質(zhì)量較低的粗甲醇加工。</p><p>　　1預(yù)精餾塔； 2主精餾塔</p><p>　　圖2 甲醇雙塔工藝流程</p><p>　　2.4.2.2三塔精餾工藝［16］</p><p>　

99、　近年來(lái)，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(qiáng)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(guò)了工藝指標(biāo)。對(duì)企業(yè)的達(dá)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(guò)程中的損耗，提高甲醇的收率和產(chǎn)品質(zhì)量而設(shè)計(jì)的。預(yù)精餾塔后的冷凝器采用一級(jí)冷凝，用以脫除二甲醚等低沸點(diǎn)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(diǎn)餾分都為氣相，不造成冷凝回流。脫除低沸點(diǎn)組分后，采用

100、加壓精餾的方法，提高甲醇?xì)怏w分壓與沸點(diǎn)，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達(dá)到合格的質(zhì)量。如作為特殊需要，則再經(jīng)過(guò)常壓精餾塔的進(jìn)一步提純。生產(chǎn)中加壓塔和常壓塔同時(shí)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)。</p><p>

101、;　　圖3 三塔工藝流程</p><p>　　1 預(yù)精餾塔 2加壓精餾塔 3 常壓精餾塔</p><p>　　2.4.2.3雙塔與三塔精餾技術(shù)比較［17］</p><p>　　（1）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(tái)主精餾塔(其中1臺(tái)是加壓塔)和1臺(tái)常壓塔，較雙塔流程多1臺(tái)加壓塔。這樣，在同等的生產(chǎn)條件下，降低了主精餾塔的負(fù)荷

102、，并目常壓塔利用加壓塔塔頂?shù)恼羝淠裏嶙鳛榧訜嵩?，所以三塔精餾既節(jié)約蒸汽，又節(jié)省冷卻水。</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）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50×10-6,而雙塔精餾制取的精甲醇中乙

103、醇含量為400×10-6～500×10-6，三塔精餾制取的精甲醇純度可達(dá)99.99%，含有的有機(jī)雜質(zhì)相對(duì)較少。</p><p>　?。?）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%。</p><p>　?。?）操作方面。由于雙塔精餾具有流程簡(jiǎn)單,運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn),所以在操作上較三塔精餾要方便簡(jiǎn)單。&

104、lt;/p><p>　　表5 雙塔精餾與三塔精餾的投資與操作費(fèi)用比較表［18］</p><p>　　注：投資、操作費(fèi)用、能耗為相對(duì)數(shù) </p><p>　　通過(guò)上述比較可知，雖然三塔精餾技術(shù)的一次性投入要比雙塔精餾高出20%~30%,但是從能源消耗、精甲醇質(zhì)量上都要優(yōu)于雙塔精餾，特別是能耗低的優(yōu)點(diǎn)十分突出。隨著三塔精餾生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，能耗還有進(jìn)一步下降的空間。而雙塔

105、精餾技術(shù)僅在生產(chǎn)規(guī)模低于5萬(wàn)t/ a時(shí)具有一定得優(yōu)勢(shì)。本設(shè)計(jì)中甲醇產(chǎn)量為20萬(wàn)t/a，遠(yuǎn)大于5萬(wàn)t/a，綜合考慮各項(xiàng)因素，所以設(shè)計(jì)采用三塔精餾工藝。</p><p>　　2.4.2.4精餾塔的選擇</p><p>　　精餾塔市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(duì)環(huán)境的影響。所以要根據(jù)企業(yè)的實(shí)際條件選擇合適的高效精餾塔。目前常用的精餾塔主要有四種塔型：

106、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(diǎn)如下［19］：</p><p>　?。?）泡罩塔 泡罩塔十多層板式塔，每層塔板上裝有一個(gè)活多個(gè)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。</p><p>　?。?）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

107、效率高，操作彈性大，操作適應(yīng)性強(qiáng)，單位面積生產(chǎn)能力大，造價(jià)較低。但浮閥易損壞，維修費(fèi)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(shì)。</p><p>　?。?）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(jiǎn)單，維修量極小，相對(duì)投資較小，是目前使用較多的塔型之一。</p>

108、<p>　?。?）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(jiǎn)單可靠，投資小，板液面梯度小，液面橫向混合好無(wú)流動(dòng)傳質(zhì)死區(qū)。</p><p>　　綜合比較上面四種塔，可以知道填料塔和新型垂直篩板性質(zhì)更加優(yōu)越，同時(shí)考慮到新型垂直篩板是一種新型塔，目前使用很少，技術(shù)難得，而填料塔使用較普遍，技術(shù)非常成熟，所以設(shè)

109、計(jì)選用了填料塔。</p><p>　　2.4.2.5生產(chǎn)工藝參數(shù)</p><p>　　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(qiáng)0.6Mpa，溫度125℃，塔頂氣體壓強(qiáng)0.6Mpa ，溫度122℃，常壓塔：塔頂氣體壓強(qiáng)0.13Mpa，溫度67℃。</p><p><b>　

110、　第三章 工藝流程</b></p><p><b>　　GSP氣化工藝流程</b></p><p>　　GSP氣化工藝過(guò)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。</p><p>　　固體氣化原料被碾磨為不大于0.5㎜的粒度后，經(jīng)過(guò)干燥，通過(guò)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

111、時(shí)噴入氣化爐（R1001）內(nèi)的反應(yīng)室，然后在高溫(1 400一1 600℃)、高壓（4. 0 MPa)下發(fā)生快速氣化反應(yīng)，產(chǎn)生以CO和H2為主要成分的熱粗煤氣。氣化原料中的礦物部分形成熔渣。熱粗煤氣和熔渣一起通過(guò)反應(yīng)室底部的排渣口進(jìn)入下部的激冷室。 冷卻后的粗煤氣進(jìn)入分離器（V1002），從分離器出來(lái)的氣體分為兩部分：一部分進(jìn)入變換爐（R1002），氣體出來(lái)后進(jìn)入換熱器（E1003），出來(lái)的氣體和另外一部分氣體混合后進(jìn)入水解器，氣體出來(lái)