甲醇設(shè)計(jì)參考

1、<p><b>　　2 煤制甲醇概述</b></p><p><b>　　2.2操作條件</b></p><p>　?。?）年產(chǎn)甲醇量：36萬t/a </p><p>　?。?）年操作時(shí)間：7200小時(shí)（本次請(qǐng)你330天計(jì)算）</p><p><b>　　2.3設(shè)計(jì)依據(jù)</

2、b></p><p>　?。?）.西安建筑科技大學(xué)化工教研室下發(fā)的“畢業(yè)論文設(shè)計(jì)任務(wù)書 ”；</p><p>　?。?）.中華人民共和國(guó)煤、甲醇行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；</p><p>　?。?）.中華人民共和國(guó)化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；</p><p>　?。?）.中華人民共和國(guó)國(guó)家鋼制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)。</p><p><b>

3、　　2.4設(shè)計(jì)原則</b></p><p>　　（1）采用先進(jìn)成熟的Lurgi低壓法甲醇合成工藝；</p><p>　?。?）依國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的技術(shù)、設(shè)備及條件的基礎(chǔ)上，對(duì)工藝流程及合成反應(yīng)器進(jìn)行改進(jìn)</p><p>　?。?）采用一乙醇胺法脫硫工藝，加氫串氧化鋅工藝脫硫提高脫硫效果，保證合成氣總硫≤0.1×10-6；</p><

4、p>　　（4）甲醇精餾采用三塔流程，提高精餾效率，保證了精甲醇的質(zhì)量，降低蒸汽消耗；</p><p>　?。?）回收甲醇合成弛放氣并返送至合成氨系統(tǒng)，降低原料消耗，減少污染。</p><p>　　2.5工藝原理及流程</p><p><b>　　2.5.1流程圖</b></p><p>　　圖2.1 甲醇合成工藝流

5、程</p><p><b>　　2.5.2流程介紹</b></p><p>　　首先制氣，將原料煤和水及蒸汽通入氣化爐進(jìn)行加熱反應(yīng)，其中的煤塵要降塵，灰通入循環(huán)水槽回收以防止污染環(huán)境。從氣化爐出來的氣體經(jīng)洗滌器通入廢熱鍋爐進(jìn)行預(yù)熱，其后的氣體要凈化。先進(jìn)行煤氣脫硫，因?yàn)槌鰜淼臍怏w含有大量的灰塵及硫化物，通入入口水封的水箱后進(jìn)入煤氣脫硫塔進(jìn)行脫硫，由于出來的氣體含有大量

6、的油霧，所以要先通入旋流板除霧器后進(jìn)入氣柜。其中的氣體先進(jìn)行CO變換，從氣柜出來的氣體通入活性炭過濾器，然后再進(jìn)入第一、二煤氣換熱器換熱后通入變換爐變換后將變換氣冷卻至45℃進(jìn)行分離，通入變換氣脫硫塔進(jìn)行脫硫后，通入CO2吸收塔將CO2吸收，后通入凈化氣冷卻器將氣體冷卻，然后通入凈化器分離器進(jìn)行分離后，凈化氣再進(jìn)行干法脫硫.由于甲醇合成催化劑要求氣體總含硫量≤0.1×10-6,所以還要進(jìn)行干法脫硫以達(dá)到要求。先后分別通入預(yù)脫塔

7、、預(yù)熱器、水解塔、精脫塔后才能進(jìn)行甲醇合成。新鮮氣先壓縮通入甲醇合成塔進(jìn)行合成，后經(jīng)中間換熱器換熱，再經(jīng)過甲醇分離器進(jìn)行分離后通入粗甲醇儲(chǔ)罐，其中甲醇分離器分離的部分氣體有馳放氣去氨系統(tǒng)，一部分經(jīng)循環(huán)氣壓縮機(jī)再通入甲醇合成塔進(jìn)行循環(huán)。</p><p>　　粗甲醇通入三塔精餾系統(tǒng)，由合成工段或粗甲醇儲(chǔ)罐在預(yù)熱器內(nèi)預(yù)熱到65℃送入預(yù)塔。溶解在粗甲醇中的氣體及低沸點(diǎn)雜質(zhì)均在該塔中除去。預(yù)塔有兩個(gè)冷凝器。塔頂蒸汽中所含大

8、部分甲醇在第一冷凝器器被冷凝下來送入預(yù)塔回流槽進(jìn)行全回流。未冷凝的少部分甲醇蒸汽、低沸點(diǎn)輕組分及不凝氣進(jìn)入第二冷凝器冷卻至40±2℃，將其中絕大部分甲醇回收，不凝氣體送入硫回收工段作燃料，冷凝液（預(yù)塔餾分）送入雜醇油槽。從預(yù)塔底來的甲醇經(jīng)泵加壓塔，塔頂甲醇蒸汽進(jìn)入冷凝再沸器作為常壓塔的熱源。甲醇蒸汽被冷凝后進(jìn)入回流槽。一部分經(jīng)泵加壓后回流，其余部分經(jīng)冷卻器冷卻后送往精甲醇槽。</p><p>　　2.5

9、.3主要設(shè)備表</p><p>　　表2.2 甲醇合成工藝主要設(shè)備</p><p>　　3 氣化過程計(jì)算[8][9]</p><p><b>　　3.1加壓氣化原理</b></p><p><b>　　3.1.1氣化原理</b></p><p>　　加壓下煤的氣化在高溫

10、下受氧、水蒸氣、二氧化碳的作用，各種反應(yīng)如下：</p><p><b>　　碳與氧的反應(yīng)：</b></p><p>　　（1） C + O2＝CO +408.8MJ</p><p>　?。?） 2C+ O2=2CO+246.4MJ</p><p>　　（3） CO2+C=2CO-162.4MJ</p>

11、<p>　　（4） 2CO+O2=2CO2+570.24MJ</p><p><b>　　碳與水蒸汽反應(yīng)：</b></p><p>　　(5) C+H2O=CO+H2-118.8MJ</p><p>　　(6) C+2H2O=CO+2H-75.2MJ</p><p>　　(7) CO+H2O=C

12、O2+H2+42.9MJ</p><p><b>　　甲烷生成反應(yīng)：</b></p><p>　　(8) C+2H2=CH4+87.38MJ</p><p>　　(9) CO+3 H2= CH4+ H2O +206.2MJ</p><p>　　(10) 2CO+4 H2= CH4+CO2+247.4MJ<

13、/p><p>　　(11) CO2+4 H2= CH4+2 H2O +162.9MJ</p><p>　　(12) 2C+2 H2O = CH4+CO2+125.6MJ</p><p>　　根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速度與化學(xué)反應(yīng)平衡原則，提高反應(yīng)壓力有利于化學(xué)反應(yīng)向體積縮小的方向移動(dòng)，化學(xué)反應(yīng)則向吸熱方向移動(dòng)，對(duì)加壓氣化可以得出以下結(jié)論：</p><p&

14、gt;　　(1) 提高壓力，有利于煤氣中甲烷的生成，可提高煤氣的熱值；</p><p>　　(2) 提高氣化反應(yīng)溫度，有利于CO2+C=2CO向生成一氧化碳的方向進(jìn)行，也有利于C+H2O=CO+H2反應(yīng)，從而可提高煤氣中的有效成分。但提高溫度不利于生成甲烷的放熱反應(yīng)。</p><p>　　3.1.2煤種及煤的性質(zhì)對(duì)氣化過程的影響</p><p>　　原料煤是影響煤氣

15、產(chǎn)量、質(zhì)量及生產(chǎn)操作條件的重要因素，不同煤種對(duì)煤氣化會(huì)產(chǎn)生不同的影響，即使同種煤各性能參數(shù)不同也會(huì)對(duì)煤氣化產(chǎn)生不同影響。由于各煤種變質(zhì)程度的不同，本身的物化性質(zhì)不同，在加壓氣化反應(yīng)中煤氣產(chǎn)率、煤氣組成均有所不同。</p><p>　　⑴ 煤氣組分 煤種不同，經(jīng)加壓氣化后生成的煤氣質(zhì)量是不一樣的，隨著煤碳化度的加深，煤的揮發(fā)分減少。揮發(fā)分越高的煤，干餾組分在煤氣中占的比例越大。</p><p

16、>　　由于干餾煤氣中的甲烷比氣化段生成的甲烷量要大，所以在相同氣化壓力下，越年輕的氣化后煤氣中的甲烷含量越高，煤氣的熱值就越高。用加壓氣化法制取煤氣時(shí)，劣質(zhì)的褐煤或弱黏結(jié)煙煤作為氣化原料最佳。此外，年輕沒煤種的半焦活性高，氣化層反應(yīng)溫度低，這樣有利于甲烷的生成。因此，煤種越年輕，產(chǎn)品煤氣中CH4和CO2呈上升趨勢(shì)，CO呈下降趨勢(shì)。</p><p>　?、?煤氣產(chǎn)率 煤氣的產(chǎn)率與煤中的碳的轉(zhuǎn)化方向有關(guān)，煤

17、種揮發(fā)分越高，轉(zhuǎn)變?yōu)榻褂偷挠袡C(jī)物就越多，轉(zhuǎn)入到焦油中的碳就越多，進(jìn)入真正的氣化區(qū)生成煤氣的碳量減少，煤氣生產(chǎn)率就下降。</p><p>　　3.1.3煤的理化性質(zhì)對(duì)氣化的影響</p><p>　　（1） 煤的粒度對(duì)加壓氣化的影響 在加壓氣化的過程中，煤的粒度對(duì)氣化爐的運(yùn)行負(fù)載、煤氣和焦油的產(chǎn)率以及各項(xiàng)消耗指針影響很大。煤的粒度越小，其比表面積越大，在動(dòng)力學(xué)控制區(qū)的吸附和擴(kuò)散速度加快，有利

18、于氣化反應(yīng)的進(jìn)行。煤粒的大小也影響煤準(zhǔn)備階段的加熱速度，很顯然粒度越大，傳熱速度越慢，煤粒內(nèi)部與表面之間的溫差越大，使顆粒內(nèi)焦油蒸汽擴(kuò)散阻力和停留時(shí)間越長(zhǎng)，焦油的熱分解增加。煤粒的大小也對(duì)汽化爐的生產(chǎn)能力影響也很大。</p><p>　?。?） 原料中水分對(duì)氣化過程的影響 煤中所含的水分隨煤變質(zhì)程度的加深而減少，水分較多的煤，揮發(fā)分往往較高，則進(jìn)入氣化層的半焦氣孔率也大，因而使反應(yīng)速度加快，生成的煤氣質(zhì)量較好

19、，另外在氣化一定的煤種時(shí)，其焦油和水分存在一定的關(guān)系，水分太低，會(huì)使焦油的產(chǎn)率下降。由于加壓氣化爐的生產(chǎn)能力較高，煤在爐內(nèi)干燥/干餾層的加熱速度很快，一般在20～40之間，因此對(duì)一些穩(wěn)定性差的煤，為防止熱裂，要求煤中含有一定的水分，但煤中水分過高又會(huì)給氣化過程帶來不良影響。</p><p>　　（3） 煤中灰分及灰熔點(diǎn)對(duì)氣化過程的影響 煤中的灰分是煤燃燒后所剩余的礦物殘?jiān)?，煤中的灰分量?duì)氣化反應(yīng)而言影響不大，魯

20、奇甚至可氣化灰分高大50%的煤。但灰分較高時(shí)對(duì)氣化過程帶來一定的危害。</p><p>　　（4） 煤的黏結(jié)性對(duì)氣化過程的影響 煤的黏結(jié)性是指煤在高溫干餾時(shí)的黏結(jié)性能。黏結(jié)性煤在氣化爐內(nèi)進(jìn)入干餾層時(shí)會(huì)產(chǎn)生膠質(zhì)體，這種膠質(zhì)體的黏結(jié)性較高，它將較小的煤黏結(jié)成大塊，其機(jī)理與煉焦過程相同，這使得干餾層的透氣性變差，從而導(dǎo)致床層氣流層的分布不均和阻礙料層的下移，使氣化過程惡化。</p><p>　

21、?。?） 煤的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定的影響 煤的機(jī)械強(qiáng)度是指煤的抗碎能力。易破碎的煤在篩分后的傳送及氣化爐加煤過程在中必然產(chǎn)生很多的煤屑，這樣會(huì)增加入爐煤的煤粉含量，使煤氣帶出物增加。故加壓氣化應(yīng)選用抗碎能力較高的煤種。煤的熱穩(wěn)定性差在氣化爐內(nèi)容易粉化，給氣化過程帶來不利的影響。</p><p>　?。?） 煤的化學(xué)活性的影響 煤種不同，其反應(yīng)活性是不同的。一般的煤的炭化程度越淺，焦碳質(zhì)氣孔率越大，即其內(nèi)表面積越大

22、，反應(yīng)性越高。煤的反應(yīng)活性越高，則發(fā)生反應(yīng)的其始反應(yīng)溫度越低，氣化程度越低。氣化爐溫度低，有利于甲烷生成反應(yīng)的進(jìn)行，煤氣熱值相應(yīng)提高。</p><p>　　綜上所述，有以上兩種影響，經(jīng)過選擇，本設(shè)計(jì)采用無煙煤作為氣化用煤。</p><p>　　氣化過程工藝流程簡(jiǎn)圖：</p><p>　　圖3.1 氣化工藝流程圖</p><p><b&

23、gt;　　3.2氣化過程計(jì)算</b></p><p><b>　　計(jì)算假設(shè)：</b></p><p>　　在計(jì)算過程中，計(jì)算方法在一定理論和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上做以下假設(shè)：</p><p>　　水蒸氣 來源于原料煤中的水分和干餾生成的熱解水，原料煤中50％的氧與氫化合成熱解水。</p><p>　　CH4 C2H4

24、 來源于原料煤中的C和H，其生成量主要取決于原料煤化程度和干餾溫度。</p><p>　　CO2 來源于原料煤中的C和O，其生成量隨煤化程度加深而減少。</p><p>　　焦油 其性質(zhì)和數(shù)量與原料煤的種類，氣化爐的結(jié)構(gòu)和操作條件關(guān)系很大，生成量取決于煤中的H量，通常假定轉(zhuǎn)入焦油中的C量等于H量。</p><p>　　H2S 煤中的硫除少數(shù)轉(zhuǎn)入焦油，20％進(jìn)入

25、灰渣，80％與氫化合成H2S轉(zhuǎn)入合成氣中。</p><p>　　N2 煤中的N，除少數(shù)轉(zhuǎn)入焦油外，幾乎全部以N2形式轉(zhuǎn)入煤氣。</p><p>　　H2 出生成熱解水，CH4, C2H4, 焦油，H2S以外，煤中剩余的H都以H2的形式轉(zhuǎn)入合成氣。</p><p>　　CO 煤中的O、除生成熱解水、CO2和焦油外，都以CO形式進(jìn)入合成氣中。</p>

26、<p>　　帶出物 在計(jì)算時(shí)應(yīng)考率到氣化爐中被煤氣流帶出的小顆粒原料，當(dāng)原料煤中含粉末不多時(shí)（約10％），帶出物占原料重量的1～3％。</p><p>　　灰渣含量 灰渣含C為灰渣重量的5～15％。</p><p>　　氣化用碳 除了生成干餾產(chǎn)物以及在灰渣和帶出物中的損失以外，其余的C進(jìn)入發(fā)生爐下部，參加氣化反應(yīng)，生成氣化煤氣。</p><p>　

27、　表3.1 入爐無煙煤的元素分析（%）</p><p><b>　　操作條件：（假設(shè)）</b></p><p>　　氣化壓力：5.0MPa；</p><p>　　氣化溫度：1300℃；</p><p>　　爐頂溫度：500℃；</p><p>　　焦油產(chǎn)率：Vj=0；帶出物產(chǎn)率VT為工作原料的2.

28、0%；即VT=100×2.0%=2；</p><p>　　干灰渣的含碳量CF=15.0%；</p><p>　　帶出物（%）：CT=90，AT=10。</p><p>　　表3.2 發(fā)生爐煤氣組成（體積%）</p><p>　　3.2.1氣化過程的物料衡算</p><p>　　以100kg無煙煤為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。&

29、lt;/p><p>　　1. 確定干灰渣的生成率 因原料中的灰分分配在帶出物和灰渣中，有；</p><p><b>　　則；</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　= </b></p><p><b&

30、gt;　　式中：</b></p><p>　　—灰渣生成率，%；（占工業(yè)原料重量）</p><p>　　—帶出物產(chǎn)率，%；（占工業(yè)原料重量）</p><p><b>　　—灰渣中灰含量，；</b></p><p>　　—帶出物中灰含量，。</p><p>　　2. 確定干煤氣產(chǎn)量

31、按碳平衡計(jì)算：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　—干煤氣產(chǎn)率，煤；</b></p><p>　　—原料煤含碳量

32、，煤；</p><p>　　—灰渣中含碳量，=10.00.15=1.5/100kg煤；</p><p>　　—焦油中含碳量，=0；</p><p>　　—帶出物中含碳量=20.9=1.8kg/kg煤；</p><p>　　—每標(biāo)準(zhǔn)立方米煤氣中各成分含量，。</p><p>　　3．按氨平衡確定空氣消耗量</p&g

33、t;<p><b>　　= </b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　—空氣消耗量，煤；</b></p><p>　　—每標(biāo)準(zhǔn)立方米干煤氣中氮含量，N2=0.0403，；</p><p><b>　　—干煤

34、氣產(chǎn)率，煤；</b></p><p><b>　　—煤中含氮量，煤。</b></p><p>　　4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，故蒸汽消耗量為：</p><p><b>　　=0.175×</b></p><p><b>　　

35、= </b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　—空氣消耗量，煤；</b></p><p>　　—代表蒸汽消耗量，煤。</p><p>　　5．確定煤氣中含水分 由氫平衡得；</p><p><b>　　

36、H2Og=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=0.0395 </p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　—干煤氣中含水分，；</p><p>　　—煤中氫含量， 煤；</p><

37、;p>　　—煤中水分含量，煤；</p><p><b>　　—蒸汽消耗量，煤；</b></p><p><b>　　—干煤氣產(chǎn)率，煤；</b></p><p>　　—焦油中含氫量，=0。</p><p>　　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</p>

38、<p><b>　　和。</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　—濕煤氣產(chǎn)率，煤；</b>&l

39、t;/p><p><b>　　—干煤氣產(chǎn)率，煤；</b></p><p><b>　　—干煤氣含水量，。</b></p><p>　　7．確定蒸汽分解率 </p><p>　　當(dāng)氣化100kg煤時(shí)，在煤氣中有=0.0395×4.5=15.9kg水分，其中熱解水（一般考慮煤中50%的氧轉(zhuǎn)變?yōu)樗?/p>

40、，即0.5）0.5×1.98×18/16=1.11，因此，在煤氣中由送風(fēng)中帶入的不分解蒸汽為：</p><p>　　15.9-3.79-1.11=11.09kg</p><p>　　故分解蒸汽為：46.2-11.09=35.1kg</p><p>　　蒸汽分解率為：35.1/46.2=75.9%</p><p>　　8．計(jì)

41、算煤氣的質(zhì)量組成</p><p><b>　　碳：</b></p><p>　　C =12/22.4（H2S+CO+CH4+2C2H2）×0.01×Vg</p><p>　　=12/22.4×（5.9+28.2+0.9）×0.01×403</p><p><b>

42、;　　=75.56 kg</b></p><p><b>　　氫：</b></p><p>　　H =2.02/22.4（H2S+H2+2CH4+2C2H2）×0.01×Vg</p><p>　　=2.02/22.4×（0.18+12.9+0.9×2）×0.01×403&l

43、t;/p><p><b>　　=5.14 kg</b></p><p><b>　　氧：</b></p><p>　　O2 =32/22.4（CO2+O2+0.5CO）×0.01×Vg</p><p>　　=32/22.4×（5.9+0.22+28.2×0.5）&

44、#215;0.01×403</p><p><b>　　=116.4 kg</b></p><p><b>　　氮：</b></p><p>　　N2 =28.02/2×N2×0.01×Vg</p><p>　　=28.02/22.4×51.7

45、15;0.01×403</p><p>　　=264.62 kg</p><p><b>　　硫：</b></p><p>　　S =32/22.4×H2S×0.01×Vg</p><p>　　=32/22.4×0.18×0.01×403</p&

46、gt;<p><b>　　=1.04 kg</b></p><p>　　表3.3 氣化過程物料衡算</p><p>　　3.2.2氣化過程的熱量衡算</p><p>　　與物料衡算一樣，以100kg無煙煤為計(jì)算基準(zhǔn)，按高熱值進(jìn)行計(jì)算。</p><p><b>　　1．入方</b><

47、;/p><p>　　a. 煤的發(fā)熱量：</p><p><b>　　= </b></p><p>　　=28832×100</p><p>　　=2883200kJ </p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　—

48、煤的高熱值，kJ/kg煤；</p><p>　　100kg煤的質(zhì)量，kg</p><p>　　b. 煤的物理熱：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　=1.088×20×100</p><p>　　=2176kJ </p>

49、<p><b>　　式中:</b></p><p>　　—煤的比熱，煤?℃；</p><p><b>　　—煤的溫度，℃。</b></p><p>　　c. 氣化用蒸汽和拔火孔汽封用蒸汽的物理熱：</p><p><b>　　△</b></p><

50、;p>　　=（2490+58×1.883）×9.35+2745×2</p><p>　　=125573.68kJ </p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　—水蒸汽的比熱，煤?℃；</p><p>　　△——?dú)夥庥帽韷? kg/cm3，水蒸汽的熱焓，；&l

51、t;/p><p>　　—水蒸汽的潛熱，kJ/kg</p><p>　　d. 氣化用空氣的物理熱：</p><p><b>　　cρ×58×274</b></p><p>　　=1.304×58×264</p><p>　　=19966.85 </

52、p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　c空——空氣的比熱， ℃。</p><p>　　總進(jìn)入量：3030916.53 </p><p><b>　　2. 出方</b></p><p>　　a. 干煤氣發(fā)熱量 </p><p>

53、;　　=5519×403=2224157 </p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　—干煤氣的發(fā)熱量，；</p><p>　　—干煤氣的高熱值，;</p><p>　　—干煤氣的產(chǎn)率，煤。</p><p>　　b. 干煤氣的物理熱：</p>

54、;<p>　　=1.374×500×403</p><p>　　= 276861 </p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　—干煤氣的平均比熱，·℃；</p><p>　　—干煤氣的出口溫度，℃；</p><p>　　—

55、干煤氣的產(chǎn)率，煤；</p><p>　　c. 煤氣中水分的熱含量：</p><p>　　煤氣中蒸汽量==0.039×403+2=17.717kg</p><p><b>　　=</b></p><p>　　=（2490+1.975×500）×17.717</p><p

56、>　　=61610.87 </p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　—煤氣含水量，干煤氣；</p><p>　　—煤氣中蒸汽的潛熱，； </p><p>　　—煤氣中蒸汽的比熱，·℃。</p><p>　　d. 帶出物的化學(xué)熱：</p&g

57、t;<p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　式中:</b></p><p><b>　　—碳的高熱值，；</b&

58、gt;</p><p>　　—帶出物的含碳量，%；</p><p><b>　　—帶出物產(chǎn)率，%。</b></p><p>　　e. 帶出物的物理熱：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　= </b></p>

59、;<p><b>　　= </b></p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　—帶出物的比熱，·℃。</p><p>　　f. 灰渣中可燃碳的化學(xué)熱：</p><p><b>　　=</b></p>&l

60、t;p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　g. 灰渣的物理熱，取排出溫度400℃，其比熱值為0.875·℃。</p><p><b>　　=</b></p><p>　　=400×0.875

61、5;12.96</p><p>　　=4536 </p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　—灰渣排出溫度，℃；</p><p>　　—該溫度下灰渣的比熱，·℃；</p><p><b>　　—灰渣生成率，%。</b></p&g

62、t;<p>　　h. 發(fā)生爐水套生產(chǎn)蒸汽所消耗的熱量；</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用直徑3.0mW-G發(fā)生爐時(shí)，水套受熱面積為，水套受熱產(chǎn)生的蒸汽全部被空氣飽和后帶入爐內(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：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　=（2490×58

63、5;1.883）×12.96</p><p><b>　　=33685.81</b></p><p>　　i. 向四周散熱的熱損失—按熱量收支的差額計(jì)算。</p><p>　　=300457.84</p><p>　　表3.3 氣化過程熱量衡算</p><p><b>　

64、　3.2.3綜合計(jì)算</b></p><p><b>　　1．氣化效率：</b></p><p><b>　　2．熱效率：</b></p><p>　　4 原料氣凈化[9][25]</p><p>　　造氣工序生產(chǎn)的合成煤氣必須經(jīng)凈化和調(diào)節(jié)組成以后才可以送往下一個(gè)合成工序。具體使氫碳比符

65、合甲醇合成要求，并能保證甲醇合成階段催化劑的使用壽命。凈化部分有如下階段：</p><p><b>　　4.1煤氣除塵</b></p><p>　　由于從氣化爐出來的粗煤氣中含有大量的灰塵粒子，若其進(jìn)入后繼合成工序，勢(shì)必引起堵塞管道、影響甲醇合成催化劑壽命等一系列危害，所以必須建立除塵設(shè)備，有效降低除灰塵粒子，保證后續(xù)工序的正常進(jìn)行。</p><p

66、>　　4.1.1除塵設(shè)備的分類</p><p>　　工業(yè)上除塵設(shè)備有四大類。</p><p>　　a.機(jī)械力分離 b.電除塵 c.過濾分離 d.洗滌分離</p><p>　　4.1.2除塵器的主要性能指標(biāo)</p><p><b>　　除塵效率</b></p><p><b>

67、;　　a．定義為：</b></p><p><b>　　b．粒級(jí)效率</b></p><p><b>　　定義為：</b></p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　—分別為除塵器進(jìn)入氣體、排除氣體內(nèi)含塵濃度g/m3</p>&l

68、t;p>　　—分別為除塵器進(jìn)入氣體、排除氣體內(nèi)所含粉塵以及捕集下的粉料中某個(gè)粒徑為的顆粒所占質(zhì)量分率。</p><p>　　由于除塵效率與進(jìn)入粉料的粒徑分布有密切關(guān)系，所以采用粒級(jí)效率更能確切的評(píng)價(jià)不同除塵器的性能高低。</p><p><b>　　壓降</b></p><p>　　除塵器進(jìn)口與出口的全壓之差稱為該除塵器壓降，它不僅于除塵

69、器的結(jié)構(gòu)形式和尺寸等有關(guān)，還與操作條件（氣體密度，氣流速度，入口粉料濃度等）有關(guān)，除塵器所需能耗為：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　—處理氣量（按如口狀態(tài)計(jì)），m3/s </p><p><b>　　—除塵器壓降。</b></p><p>　　由于本次設(shè)計(jì)中氣化部分

70、出爐煤氣溫度高，所以本次設(shè)計(jì)工藝流程中選用氣化用高溫旋風(fēng)除塵器，其除塵是上排氣，效率高。</p><p><b>　　其典型參數(shù)如下表：</b></p><p>　　表4.1 旋風(fēng)除塵器典型參數(shù)</p><p><b>　　4.2煤氣脫硫</b></p><p>　　在氣化所制得的粗煤氣中，通常含有

71、數(shù)量不同的無機(jī)和有機(jī)硫化物，其含量和形態(tài)則取決于煤氣化所采用的煤種性質(zhì)，以及加工方法和工藝條件，一般來說煤氣中的硫含量與其加工處理的煤種硫含量成正比，硫的無機(jī)化和物主要是H2S，有機(jī)化合物主要是CS2，COS，C2H5SH，C4H4S，有機(jī)硫化物在高溫下可完全轉(zhuǎn)變成H2S，所以脫硫主要指脫除煤氣中的H2S。</p><p>　　化工行業(yè)對(duì)用做合成原料的煤氣硫含量有比較嚴(yán)格的要求，合成甲醇生產(chǎn)中硫?qū)σ糟~為主要活性組

72、分的合成甲醇催化劑和低溫變換催化劑，都是危害性極大的毒物，硫中毒會(huì)造成催化劑喪失活性，直接危害生產(chǎn)裝置的正常運(yùn)行，大型甲醇廠要求合成氣中硫含量控制在0.1～0.2mg/m3（標(biāo)）以下。</p><p><b>　　4.2.1濕法脫硫</b></p><p>　　在本設(shè)計(jì)中以煤為原料生產(chǎn)的合成氣中含硫量高達(dá)1000 mg/m3（標(biāo)），不可以直接變換，所以設(shè)計(jì)采用一乙醇胺

73、法（MEA法）進(jìn)行脫硫。</p><p>　　MEA法是脘基醇胺類中堿性最強(qiáng)的，它與H2S等酸性氣體反應(yīng)速度最快，其相對(duì)分子質(zhì)量也是有機(jī)胺中最小的，用于脫除酸性氣體，一乙醇胺具有最大吸收能力，且一乙醇胺具有穩(wěn)定性好、熱降解少、價(jià)格低廉及容易從被污染溶液中進(jìn)行回收等優(yōu)點(diǎn)，其水溶液是工業(yè)上吸收H2S和CO2的優(yōu)選溶劑。</p><p><b>　　反應(yīng)機(jī)理</b><

74、/p><p>　　一乙醇胺與H2S反應(yīng)生成一乙醇胺的絡(luò)合胺鹽。</p><p><b>　　+</b></p><p>　　當(dāng)有CO2存在時(shí)，一乙醇胺則與CO2反應(yīng)生成碳酸胺和碳酸氫胺。</p><p><b>　　工藝流程圖：</b></p><p>　　1－分離器 2－分液器

75、 3－吸收塔 4－分離器 5－中間閃蒸罐 6－乙 醇胺儲(chǔ)罐7－再生塔 8－回流槽 9－煮沸器 10－冷凝器 11－熱交換器 12－冷卻器 13－循環(huán)泵 14－回流泵</p><p>　　圖4.1 合成氣濕法脫硫工藝流程</p><p>　　含硫原料氣通過分離器1和2，進(jìn)入吸收塔3底部，與從塔頂噴射下來的一乙醇胺溶液逆流接觸而被凈化，凈化氣自塔頂經(jīng)過分

76、離器4回收所夾帶的一乙醇胺霧沫，從吸收塔底部流出的富液經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥減壓后進(jìn)入中間閃蒸罐5，從閃蒸罐放出的氣體可用做燃燒，而從中流出的溶液經(jīng)過一組熱交換器11后，進(jìn)入再生塔7頂部的塔板處，而酸性氣體進(jìn)入冷凝器10經(jīng)回流槽8放出，再生塔7底部出來的再生后的貧液到熱交換器11中進(jìn)行換熱，并在冷卻器12種進(jìn)一步冷卻，隨后送入一乙醇胺儲(chǔ)槽6，再由循環(huán)泵13將溶液打入吸收塔頂部噴淋。</p><p>　　表4.2 一乙醇胺

77、法脫硫工藝參數(shù)</p><p>　　此法可將原料氣中的H2S含量降低到1×10-6，CO2含量降低到0.1%以下。</p><p><b>　　4.2.2干法脫硫</b></p><p>　　在粗煤氣進(jìn)行試法脫硫后，未取得更好的凈化氣，必須進(jìn)行精細(xì)凈化的干法脫硫。主要脫除有機(jī)硫，本設(shè)計(jì)采用加氫串氧化鋅脫硫工藝。</p>

78、<p><b>　　工藝流程：</b></p><p>　　圖4.2 合成氣干法脫硫工藝流程圖</p><p>　　含有機(jī)硫的煤氣井壓縮機(jī)升壓至4.0～4.5MPa與氮?dú)浠旌蜌饣旌?，使混和氣中含H215%，再經(jīng)加熱爐加熱至400℃左右進(jìn)入加氫轉(zhuǎn)化爐，將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為H2S，然后進(jìn)入氧化鋅脫硫槽，使原料氣腫瘤脫除至0.5×10-6以下，脫出后的氣體送出

79、轉(zhuǎn)化。 </p><p><b>　　4.3 CO轉(zhuǎn)化</b></p><p>　　以煤為原料生產(chǎn)的煤氣中CO含量約為30～35%，不能滿足甲醇合成對(duì)碳?xì)浔龋℉2-CO2）/（CO+CO2）=2.00～2.15的要求，因此需要設(shè)置CO變換工序調(diào)整組成。</p><p><b>　　4.3.1變換工藝</b><

80、/p><p>　　CO部分變換式變換后氣體中CO含量控制在25%左右，運(yùn)行指標(biāo)按地變換率設(shè)計(jì)。</p><p>　　要求選擇低溫高活性催化劑，設(shè)計(jì)選用C302。</p><p>　　變換爐入口溫度不能過高，床層溫度要適當(dāng)?shù)?，防止CO變換過渡。</p><p>　　采用低水氣比（0.3以下）。</p><p>　　4.3.2

81、工藝流程圖</p><p>　　圖4.3 合成氣CO變換工藝流程圖 </p><p><b>　　4.4變換氣脫碳</b></p><p>　　原料氣經(jīng)CO變換后，CO2含量較高，為滿足甲醇合成工藝對(duì)CO2含量的要求，必須進(jìn)行脫除變換氣中的CO2。本設(shè)計(jì)選用碳酸丙烯酯法脫碳。</p><p><b>　　4.4

82、.1工藝流程</b></p><p><b>　　操作條件：</b></p><p>　　操作壓：碳酸丙烯酯脫碳吸收壓力范圍在1.2～7.0MPa。</p><p>　　操作溫度：碳酸丙烯酯貧液溫度保持在16～40℃范圍。</p><p>　　溶液的貧度：掌握在0.2m3（標(biāo)）/m3溶劑以下。</p&g

83、t;<p>　　氣提氣液比：控制在9～12之間。</p><p><b>　　4.4.2流程介紹</b></p><p>　　圖4.4 變換氣脫碳工藝流程</p><p>　　原料氣從吸收塔底部進(jìn)入塔內(nèi)，在填料塔中與碳酸丙烯酯逆流接觸，原料氣中的CO2被吸收。含（<1%）CO2凈化氣從吸收塔頂離開。吸收了CO2的碳酸丙烯酯

84、富液從塔底引出，減壓進(jìn)入閃蒸槽，碳酸丙烯酯富液中溶解的H2、N2幾乎全被閃蒸出，閃蒸氣返回到氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)予以回收，重新進(jìn)入吸收塔，閃蒸液依自身壓力，進(jìn)入氣提塔上部的常壓解吸段，釋放出所溶的大部分CO2，常解氣含CO2〉97%，常解氣的碳酸丙烯酯溶液溢流進(jìn)入氣提塔氣提短，與鼓風(fēng)機(jī)送入塔內(nèi)的空氣逆流接觸，進(jìn)一步氣提出殘留在溶液中的CO2，氣提氣放空。除氣提塔的碳酸丙烯酯貧液經(jīng)泵加壓，經(jīng)冷卻，送入吸收塔循環(huán)使用。</p><

85、;p><b>　　5 合成甲醇及精餾</b></p><p>　　5.1甲醇的合成步驟[20]</p><p>　　甲醇合成是一個(gè)多相催化反應(yīng)，將制得的（H2-CO2）/（CO+CO2）=2.06的新鮮合成氣，送聯(lián)合壓縮機(jī)加壓到5.0MPa，與從循環(huán)段的循環(huán)氣共同進(jìn)入甲醇合成器，其反應(yīng)共分五個(gè)步驟[10]：</p><p>　　1．合成氣

86、自氣相擴(kuò)散到氣體—催化劑表面</p><p>　　2．合成氣在催化劑活性表面被化學(xué)吸附</p><p>　　3．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</p><p>　　4．反應(yīng)產(chǎn)物在催化劑表面脫附</p><p>　　5．反應(yīng)物自催化劑接口擴(kuò)散到氣相中</p><p>　　全過程反應(yīng)速度取決于較慢步驟地完成

87、速度，其中第三步警醒的較慢，因此，整個(gè)反應(yīng)決定于該反應(yīng)的進(jìn)行速度。</p><p>　　5.2甲醇合成的反應(yīng)機(jī)理</p><p>　　1．由合成器合成甲醇，是一個(gè)可逆反應(yīng)：</p><p>　　CO+2H2=CH3OH(g) △H=－100.4 KJ/mol</p><p>　　當(dāng)反應(yīng)中有CO2存在時(shí)，還可以發(fā)生下述反應(yīng)：<

88、/p><p>　　CO2+H2=CO+H2O △H=41.8 KJ/mol</p><p>　　CO+2H2=CH3OH(g) △H=－100.4 KJ/mol</p><p><b>　　兩步反應(yīng)總反應(yīng)式：</b></p><p>　　CO2+3H2=CH3OH+H2O △H=－58.6 KJ/

89、mol</p><p><b>　　2．典型的副反應(yīng) </b></p><p>　　CO+3H2=CH4+H20 △H=－15.6 KJ/mol</p><p>　　2CO+4H2=CH3OCH3+H2O △H=－200.2 KJ/mol</p><p>　　4CO+8H2=C4H9OH+3H2O △H=－

90、49.62 KJ/mol</p><p>　　3．甲醇合成反應(yīng)熱效應(yīng)</p><p>　　CO和H2反應(yīng)生成甲醇是一個(gè)放熱反應(yīng)，再25℃時(shí)，反應(yīng)熱為△H=90.8 KJ/mol，常壓下不同溫度的反應(yīng)熱可按下式計(jì)算：</p><p>　　△HT0=4.186×（－17920－15.84T＋1.142×10-2T2－2.699×10-6T

91、3）</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　△HT0——常壓下合成甲醇的反應(yīng)熱，J/mol；</p><p>　　T——開氏溫度，K；</p><p>　　根據(jù)上式可以求得不同溫度下的反應(yīng)熱如表5.1。</p><p>　　表5.1 不同溫度下合成甲醇反應(yīng)熱</p&

92、gt;<p>　　在合成甲醇反應(yīng)中，反應(yīng)熱不僅與溫度有關(guān)，而且與壓力也有關(guān)系。加壓下反應(yīng)熱的計(jì)算式：</p><p>　　△HP=△HT －6.5411 P－3.255×106 T-2 P （5-1）</p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　△HP —

93、壓力為P，溫度為T時(shí)的反應(yīng)熱，kJ·mol-1; </p><p>　　△HT — 壓力為101.33 Kpa，溫度為T時(shí)的反應(yīng)熱，kJ/mol；</p><p>　　P — 反應(yīng)壓力，KPa； </p><p>　　T — 反應(yīng)時(shí)的開氏熱力學(xué)溫度，K。</p><p>　　5.3合成甲醇反應(yīng)的化學(xué)平衡</p><

94、;p>　　CO加H2合成甲醇反應(yīng)是氣相可逆應(yīng)，壓力對(duì)反應(yīng)有著重要的影響，用氣體分壓表示的平衡常數(shù)如下：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　——甲醇的平衡常數(shù)；</p><p>　　，，——分別表示甲醇，一氧化碳，氫氣

95、的平衡分壓。</p><p>　　反應(yīng)溫度也是影響平衡常數(shù)的重要因素，用平衡常數(shù)與溫度關(guān)系式，可直接進(jìn)行計(jì)算平衡常數(shù)，其關(guān)系式為：</p><p>　　LgKa=3921T－7.971LgT＋2.499×10-3T－2.953×10-7 T2＋10.20 （5-3）</p><p><b>　　式中:</b><

96、/p><p>　　Ka——用溫度表示的平衡常數(shù)；</p><p>　　T——合成反應(yīng)溫度，K。</p><p>　　用式5-3計(jì)算常壓下，甲醇合成反應(yīng)平衡常數(shù)值如表5.2所示。</p><p>　　表5.2 不同溫度下甲醇合成反應(yīng)平衡常數(shù)值</p><p>　　由表5.2可以看出，平衡常數(shù)隨溫度的上升而減小，由此可以看出，

97、甲醇的合成不能在高溫下進(jìn)行，但溫度不可太低，否則反應(yīng)速度太慢，所以，甲醇合成必須采用高活性的銅基催化劑，使反應(yīng)維持在230～280℃，以獲得較高的轉(zhuǎn)化率。</p><p>　　用5-2、5-3兩式計(jì)算的平衡常數(shù)，在壓力接近大氣壓時(shí)，其值是正確的，在壓力下，必須考慮反應(yīng)混合物的可壓溶性，此時(shí)應(yīng)用逸度代替分壓，因此，</p><p><b>　　有：</b></p&

98、gt;<p>　　Kf= Kp·KP= Kp·KN·P-2 （5-4）</p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　Kf——用逸度表示的平衡常數(shù)；</p><p>　　Kp

99、—用逸度系數(shù)表示的平衡常數(shù)；</p><p>　　KN——以CH3OH、CO和H2濃度分率表示的平衡常數(shù)；</p><p><b>　　P—合成反應(yīng)壓力。</b></p><p><b>　　（5-5）</b></p><p><b>　　式中:</b></p>

100、<p>　　，，分別為CH3OH，CO及H2的分壓。</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　，，分別表示CH3OH，CO及H2的摩爾分率。</p><p><b>　?。?-7）</b><

101、/p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　，CO，分別為CH3OH，CO及H2的逸度系數(shù)。</p><p>　　根據(jù)5-5～5-7三個(gè)公式計(jì)算結(jié)果如表5.3所示。</p><p>　　表5.3 不同溫度、壓力下反應(yīng)平衡參數(shù)</p><p>　　由表5.3可以看出，相同溫度下，壓力越

102、大，KN值越大，即平衡產(chǎn)率越高，而在同一壓力下，溫度越高，KN值越小，所以從熱力學(xué)角度來分析，低溫高壓對(duì)表中所給出的不同溫度和不同壓力下的平衡系數(shù)而言，在由表中KN數(shù)據(jù)可以看出對(duì)很誠(chéng)實(shí)有利的[16]。很誠(chéng)甲醇的反應(yīng)溫度與催化劑的活性有關(guān)，由于高活性的銅基催化劑隊(duì)中抵押甲醇合成十分有利，所以，本設(shè)計(jì)采用銅基催化劑。</p><p>　　5.4合成氣用量比與平衡濃度的關(guān)系</p><p>　　

103、當(dāng)H2/CO=2：1，合成氣體中無惰性氣體存在時(shí)，不同壓力和不同溫度下的甲醇平衡濃度計(jì)算公式如下：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　—混合氣體中甲醇平衡濃度，分子分?jǐn)?shù)；</p><p>　　—混合氣體總壓力，大氣壓。&l

104、t;/p><p>　　當(dāng)CO/H2=n時(shí)，合成氣惰性氣體含量為i時(shí)，合成甲醇的平衡濃度計(jì)算公式為：</p><p><b>　　（5-9）</b></p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　n —混合氣體中氫氣與一氧化碳的比值；</p><p>　　—混合氣

105、體中惰性氣體含量，%（摩爾分?jǐn)?shù)）。</p><p>　　5-9式中可由式5-5求得，n、、P為已知條件，故利用5-9式可以求出甲醇平衡濃度。當(dāng)n=2，=0.10時(shí)，在不同溫度和不同壓力下計(jì)算得到的平衡濃度見表5.4。</p><p>　　表5.4 在不同溫度和不同壓力下平衡濃度</p><p>　　由表5.4可以看出，當(dāng)壓力相同時(shí)，溫度越低，甲醇平衡濃度越大，當(dāng)溫度

106、相同時(shí)，壓力越高甲醇平衡濃度越大，所以，設(shè)計(jì)采用低壓法合成甲醇，甲醇合成采用較低溫度，能提高合成反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，從而抵消因低壓使KN值變小的不利因素。</p><p>　　5.5合成甲醇過程的物料橫算</p><p>　　5.5.1基本輸入條件</p><p>　　表5.5 甲醇合成基本輸入?yún)?shù)</p><p><b>　　5.5.2計(jì)

107、算假設(shè)</b></p><p>　?。?）根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)取反應(yīng)溫度240℃，CO的總轉(zhuǎn)化率為85%，生成甲醇濃度為93%～94%的粗醇。</p><p>　?。?）從氣化爐出來的合成氣要經(jīng)過廢熱鍋爐、活性炭過濾器、合成氣換熱器、變換爐、脫硫塔、CO2吸收塔和凈化氣分離器，合成塔等。</p><p>　　（3）上述一系列凈化裝置的機(jī)械效率，經(jīng)查化工手冊(cè)均可以

108、取η=0.98。</p><p>　?。?）粗甲醇的三塔精餾的整個(gè)工藝過程的機(jī)械效率為0.98。</p><p><b>　　5.5.3計(jì)算</b></p><p>　　按年產(chǎn)36萬噸的生產(chǎn)任務(wù)，即每小時(shí)生產(chǎn)精甲醇為50噸。</p><p>　　經(jīng)計(jì)算，噸甲醇的原料消耗如下表：</p><p>　

109、　表5.6 甲醇合成計(jì)算結(jié)果</p><p>　　5.6甲醇合成的工藝及流程</p><p>　　由于化學(xué)平衡的限制，合成氣通過甲醇反應(yīng)器不可能全部轉(zhuǎn)化為甲醇，反應(yīng)器出口氣體中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)僅為3%～6%，大量未反應(yīng)氣體必須循環(huán)反應(yīng)[11]。</p><p>　　5.6.1操作條件及技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　表5.7 甲醇合成操作條件及技

110、術(shù)指標(biāo)</p><p>　　5.6.2工藝技術(shù)特點(diǎn)</p><p><b>　　1．介紹：</b></p><p>　　適宜氫/碳比的新鮮氣與循環(huán)氣經(jīng)壓縮機(jī)加壓到約5.0MPa，與合成塔出塔氣換熱到約215℃后進(jìn)入合成塔，在管殼式合成塔中裝有銅基催化劑的列管內(nèi)進(jìn)行CO、CO與H2反應(yīng)生成CH3OH反應(yīng),反應(yīng)在約250℃的溫度下進(jìn)行。</p

111、><p>　　反應(yīng)熱通過管間的鍋爐水的蒸發(fā)帶走，以維持整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)的恒溫反應(yīng)條件。出塔氣含有甲醇蒸汽、水蒸汽和少量的反應(yīng)副產(chǎn)物如二甲醚等生成物，以及未反應(yīng)的H2、CO、CO2和惰性氣如CH4、N2。</p><p>　　出塔氣經(jīng)過與入塔氣和循環(huán)水換熱冷卻后，甲醇與水冷凝下來，在分離器中進(jìn)行氣液分離。分離下來的粗甲醇入閃蒸槽閃蒸掉溶解氣后,送后序精餾工段。</p><p>

112、;　　分離器頂部出來的氣體，一部分加以排放,除去原料氣帶入的惰性氣以維持整個(gè)系統(tǒng)的壓力，其余的氣體循環(huán)返回，與新鮮氣加壓混合后再次入塔進(jìn)行反應(yīng)[25]。</p><p>　　合成反應(yīng)器采用管殼型，催化劑裝在管內(nèi)，水在管間沸騰，反應(yīng)熱以高壓蒸汽形式被帶走，用以驅(qū)動(dòng)透平壓縮機(jī)。催化劑溫度分布均勻[15]。有利于提高甲醇產(chǎn)率，抑制副反應(yīng)的發(fā)生和延長(zhǎng)催化劑使用壽命。合成反應(yīng)器在低負(fù)荷或短時(shí)間局部超負(fù)荷時(shí)也能安全操作，催化

113、劑不會(huì)發(fā)生過熱現(xiàn)象。</p><p>　　原料氣由頂部進(jìn)入合成反應(yīng)器，當(dāng)原料氣中有S、Cl等有毒物質(zhì)未除干凈時(shí)，只有頂部催化劑層受到污染，影響催化劑使用和活性，而其余部分不受污染。</p><p>　　2．工藝流程圖如下圖所示</p><p>　　圖5.1 甲醇合成工藝流程圖</p><p>　　5.7 C302甲醇合成催化劑的使用情況[2

114、4]</p><p>　　5.7.1 C302甲醇合成催化劑的主要特性</p><p>　　a.催化劑的主要化學(xué)組成：CuO≥50%，ZnO≥25%，Al2O3≥24%，還添少量助劑，雜質(zhì)Na2O<0.2%；催化劑外形尺寸Φ5mm×5mm；對(duì)密度1.2～1.5Kg/L；機(jī)械破碎強(qiáng)度>100N/cm。</p><p>　　b.還原條件：還原氣量

115、控制在2000m3/（m3·h）以上，不得小于1000m3/（m3·h）；還原壓力0.5Mpa；最高還原溫度230℃。</p><p>　　c．升溫還原氣質(zhì)量：O2<0.05%，S<0.1×10-6，Cl-1<0.01×10-6，NH3<50×10-6。</p><p>　　d.催化劑使用條件：反應(yīng)壓力3.5～5.2

116、MPa，反應(yīng)溫度220～270℃。</p><p>　　5.7.2催化劑的裝填情況</p><p>　　甲醇合成塔實(shí)裝C302催化劑104t，反應(yīng)管內(nèi)裝體積80m3。合成塔下球部裝Φ25mm及Φ10mm耐火球53.4t。</p><p>　　5.7.3催化劑的壽命</p><p>　　經(jīng)分析C302催化劑在20萬t/a甲醇裝置中的運(yùn)行結(jié)果可知

117、：C302催化劑每立方米可生產(chǎn)精甲醇5253t，因本次設(shè)計(jì)反應(yīng)管內(nèi)實(shí)裝C302催化劑80m3，則該80m3催化劑可實(shí)際生產(chǎn)精甲醇420240t，且本次設(shè)計(jì)的生產(chǎn)能力為40萬t/a，故該催化劑的實(shí)際壽命為1.1年，大于1年，所以設(shè)計(jì)符合工程標(biāo)準(zhǔn)。</p><p><b>　　5.8三塔精餾</b></p><p><b>　　5.8.1工藝流程</b&g

118、t;</p><p>　　由于粗甲醇中甲醇含量為93%～94%，另外還有酮類、高級(jí)醇類、酸類、醛類以及水等雜質(zhì)。甲醇精餾的主要任務(wù)是將來自合成工段的粗甲醇精餾為純度達(dá)99.996%的精甲醇產(chǎn)品[18]。</p><p>　　粗甲醇經(jīng)甲醇閃蒸罐液位調(diào)節(jié)減壓后，送往精餾系統(tǒng)粗甲醇儲(chǔ)罐。粗甲醇與堿液槽中流出的5%的NaOH溶液中和調(diào)節(jié)pH值后，經(jīng)粗醇泵送往預(yù)餾塔預(yù)熱器，加熱至60～65℃后進(jìn)入預(yù)

119、餾塔。下部的循環(huán)蒸發(fā)器用經(jīng)穩(wěn)壓的0.3MPa蒸汽加熱塔釜液，保持溫度在80℃左右。塔頂溫度用回流液控制在68℃左右。餾塔的作用是通過精餾將粗甲醇中的低沸點(diǎn)組分除去。</p><p>　　1.由于這些低沸點(diǎn)組分（甲醚、甲胺、丙酮等）與甲醇的沸點(diǎn)較接近，用普通的精餾方法很難與甲醇分離，因此采用萃取精餾，加入萃取水，以增加其與甲醇的相對(duì)揮發(fā)度，并控制預(yù)餾塔底的甲醇密度在0.86～0.87g/ml，從而有利于分離。甲醇與

120、二甲醚蒸汽進(jìn)入預(yù)塔冷凝器，甲醇首先被冷凝下來，經(jīng)預(yù)塔回流液收集槽和回流泵進(jìn)入預(yù)塔頂，作為預(yù)塔回流。未冷凝氣體在上方的預(yù)餾冷凝器中進(jìn)一步冷凝，冷凝下來的低沸點(diǎn)雜物通稱初餾物，進(jìn)入初餾物儲(chǔ)罐，未冷凝的二甲醚氣體經(jīng)水封后放空。</p><p>　　2.脫醚后的甲醇混合液，用預(yù)后泵直接壓入加壓精餾塔——主塔，塔下部有兩個(gè)主塔循環(huán)蒸發(fā)器，用0.3MPa的穩(wěn)壓蒸汽加熱釜液，控制釜液溫度在110℃左右。塔頂用冷凝器中的冷卻水控

121、制回流溫度，并用回流比控制塔頂溫度在65℃左右。主塔頂蒸汽經(jīng)過冷凝器為液體[21]，經(jīng)主塔回流液收集槽用回流泵壓入主塔作為主塔回流。精甲醇產(chǎn)品經(jīng)泵送往常壓蒸餾工段。主塔中還有一部分沸點(diǎn)介于甲醇與水之間的異丁酸物質(zhì)，統(tǒng)稱異丁基油，一般富集在塔下部，塔釜?dú)堃河伤走B續(xù)排出，以維持塔內(nèi)一定的液面，并排出加入的萃取水，以保持水平衡。從主塔底排出的殘液送往殘液儲(chǔ)罐，進(jìn)行生化處理或送到造氣車間在造氣爐中燒掉。</p><p>

122、;　　3．精甲醇在常壓蒸餾塔中蒸出乙醇等輕餾分，從常壓塔出來的精品甲醇，純度達(dá)99.996%，經(jīng)冷卻后送往精甲醇儲(chǔ)罐。</p><p>　　5.8.2工藝流程圖[21]</p><p>　　圖5.2 三塔精餾工藝流程圖</p><p>　　5.8.3精餾塔技術(shù)特點(diǎn)[19]</p><p>　　塔板效率高　采用甲醇精餾專用不銹鋼絲網(wǎng)波紋填料,空

123、隙率0.85ｍ2/ｍ3,理論塔板數(shù)8～10塊/ｍ,經(jīng)特殊工藝處理后,具有優(yōu)良的傳質(zhì)、傳熱性能和液體均布能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。這樣可減少理論塔板數(shù),降低精餾塔的高度,單位生產(chǎn)能力大。生產(chǎn)控制中采用的較小回流比,提高了精甲醇質(zhì)量,降低了泵的揚(yáng)程,節(jié)省了電耗。</p><p>　　結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于維修和安裝　精餾塔內(nèi)填料分層安裝,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,設(shè)備體積小,物料在系統(tǒng)中停留時(shí)間縮短,產(chǎn)品質(zhì)量提高。</p><p&g

124、t;　　操作彈性大　由于絲網(wǎng)填料具有的優(yōu)良傳質(zhì)、傳熱性能,能迅速適應(yīng)物料各種工藝參數(shù)的變化,易于操作,控制手段簡(jiǎn)單,穩(wěn)定區(qū)域大,可保證系統(tǒng)有較大的彈性,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。</p><p>　　6 甲醇合成反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[26][27][29]</p><p>　　6.1 36萬噸/年甲醇合成技術(shù)特性</p><p>　　采用國(guó)內(nèi)材料制造的最大合成塔，設(shè)備規(guī)格3400

125、mm，主體材料：16MnR,反應(yīng)器換熱管材料00Cr18Ni5MoSi2,規(guī)格32×3mm，數(shù)量4741根，其技術(shù)特性見表6.1。</p><p>　　表6.1 合成塔技術(shù)特性</p><p>　　6.2 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　圖6.1 甲醇合成反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　6.2.1 初選反應(yīng)器規(guī)格&l

126、t;/p><p>　　（1）確定流體通入的空間： 因釜流體為腐蝕性介質(zhì)，適于走管內(nèi)，將水蒸氣、水通入殼程空間，以迅速帶走熱量。</p><p>　　（2）確定流體的定性溫度，物性資料，并選擇反應(yīng)器的形式：</p><p>　　合成氣的定性溫度：Tm=275℃</p><p>　　水蒸氣的定性溫度：tm=265℃</p><p&

127、gt;　　兩流體的溫差：Tm- tm=275-265=10℃</p><p>　　由于兩流體溫差不大于50℃，故選用固定式。</p><p>　?。?）每年按300天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。</p><p>　　6.2.2 管徑的確定[23]</p><p>　　依據(jù)GB151—1999選用標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)器換熱管：規(guī)格為ф32×3mm，

128、其材料為00Cr18Ni5Mo3Si2，本設(shè)計(jì)選用換熱管為光管，長(zhǎng)度L=6m。</p><p>　　6.2.3 筒體內(nèi)徑的確定</p><p>　　由于采用單管程結(jié)構(gòu)，筒體內(nèi)徑可按Di=t（b-1）+（2～3）d0估算</p><p>　　Di= t（b-1）+ 3d0=40×（76-1）+ 3×32=3090mm</p><