(完整版)年产30万吨煤制甲醇生产工艺5毕业设计论文
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毕业设计任务书
题目：年产30万吨煤制甲醇生产工艺毕业设计函授站：甘肃石化技师学院
专业：化工工艺
班级： 10高级化工工艺
学生姓名：胡文花
指导教师：王广菊
2013年02月03
毕业设计（论文）任务书
设计（论文）题目：年产30万吨煤制甲醇生产工艺毕业设计
函授站：甘肃函授站专业：应用化工技术（工业分析与检验）
班级：甘化专111 （甘分专111）学生姓名：胡文花
指导教师（含职称）：王广菊老师
1．设计（论文）的主要任务及目标
甲醇是一种极重要的有机化工原料，也是一种燃料，是碳化学的基础产品，在国民经济中占有十分重要的地位。近年来，随着甲醇下属产品的开发，特别是甲醇燃料的推广应用，甲醇的需求大幅度上升。为了满足经济发展对甲醇的需求，开展了此20万ta的甲醇项目。
2．设计（论文）的基本要求和内容
首先是采用GSP气化工艺将原料煤气化为合成气；然后通过变换和NHD脱硫脱碳工艺将合成气转化为满足甲醇合成条件的原料气；第三步就是甲醇的合成，将原料气加压到5.14Mpa，加温到225℃后输入列管式等温反应器，在XNC-98型催化剂的作用下合成甲醇，生成的粗甲醇送入精馏塔精馏，得到精甲醇。然后利用三塔精馏工艺将粗甲醇精制得到精甲醇。
3.主要参考文献
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6.
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目录
1概
论 (6)
1.1概述 (6)
1.2设计的目的和意义 (7)
1.3设计依据 (7)
1.4设计的指导思想 (8)
1.5原料煤的规格 (8)
2工艺论证 (9)
2.1 煤气化路线的选择 (9)
2.2净化工艺方案的选择…………………………………………………
11
2.3合成甲醇工艺选择 (12)
2.4甲醇精馏 (14)
3工艺流程 (18)
3.1 GSP气化工艺流程………………………………………………………
18
3.2净化装置工艺流程 (19)
3.3甲醇合成工艺流程 (25)
3.4甲醇精馏工艺流程 (26)
3.5氨吸收制冷流程 (27)
4工艺计算 (29)
4.1物料衡算 (29)
4.2能量衡算 (35)
5主要设备的工艺计算及选型 (41)
5.1甲醇合成塔的设计 (41)
5.2水冷器的工艺设计 (43)
5.3循环压缩机的选型 (46)
5.4甲醇合成厂的主要设备一览表 (46)
6三废处
理 (47)
6.1甲醇生产对环境的污染 (47)
6.2 处理方法 (47)
致
谢 (50)
1.1 概述
1.1.1 甲醇性质
OH。是一种无甲醇俗称木醇、木精，英文名为methanol，分子式CH
3
色、透明、易燃、有毒、易挥发的液体，略带酒精味；分子量32.04，相
20)，蒸气相对密度 1.11(空气=1)，熔点-97.8℃，沸点对密度0.7914(d
4
64.7℃，闪点（开杯）16℃，自燃点473℃，折射率(20℃)1.3287，表面张力（25℃）45.05mNm，蒸气压（20℃）12.265kPa，粘度（20℃）0.5945mPa·s。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮类和大多数其他有机溶剂混溶。蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限6.0％～36.5﹪（体积比）。化学性质较活泼，能发生氧化、酯化、羰基化等化学反应。
1.1.2 甲醇用途
甲醇是重要有机化工原料和优质燃料，广泛应用于精细化工，塑料，医药，林产品加工等领域。甲醇主要用于生产甲醛，消耗量要占到甲醇总产量的一半，甲醛则是生产各种合成树脂不可少的原料。用甲醇作甲基化试剂可生产丙烯酸甲酯、对苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醇羰基化可生产醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有机合成中间体，它们是制造各种染料、药品、农药、炸药、香料、喷漆的原料，目前用甲
醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重视。甲醇也是一种重要的有机溶剂，其溶解性能优于乙醇，可用于调制油漆。作为一种良好的萃取剂，甲醇在分析化学中可用于一些物质的分离。甲醇还是一种很有前景的清洁能源，甲醇燃料以其安全、廉价、燃烧充分，利用率高、环保的众多优点，替代汽油已经成为车用燃料的发展方向之一；另外燃料级甲醇用于供热和发电，也可达到环保要求。甲醇还可经生物发酵生成甲醇蛋白，富含维生素和蛋白质，具有营养价值高而成本低的优点，用作饲料添加剂，有着广阔的应用前景。
1.1.3 甲醇生产工艺的发展
甲醇是醇类中最简单的一元醇。1661年英国化学家R.波义耳首先在木材干馏后的液体产物中发现甲醇，故甲醇俗称木精、木醇。在自然界只有某些树叶或果实中含有少量的游离态甲醇，绝大多数以酯或醚的形式存在。1857年法国的M·贝特洛在实验室用一氯甲烷在碱性溶液中水解也制得了甲醇。
我国的甲醇生产始于1957年，50年代在吉林、兰州和太原等地建成了以煤或焦炭为原料来生产甲醇的装置。60年代建成了一批中小型装置，并在合成氨工业的基础上开发了联产法生产甲醇的工艺。70年代四川维尼纶厂引进了一套以乙炔尾气为原料的95kta低压法装置，采用英国ICI技术。1995年12月，由化工部第八设计院和上海化工设计院联合设计的200kta甲醇生产装置在上海太平洋化工公司顺利投产，标志着我国甲醇生产技术向大型化和国产化迈出了新的一步。2000年，杭州林达公司开发了拥有完全自主知识产权的JW低压均温甲醇合成塔技术，打破长期来被ICI、Lurgi等国外少数公司所垄断拥的局面，并在2004年获得国家技术发明二等奖。2005年，该技术成功应用于国内首家焦炉气制甲醇装置上。
1.1.4 甲醇生产原料
合成甲醇的工业生产是以固体（如煤、焦炭）、液体（如原油、重油、轻油）或气体（如天然气及其它可燃性气体）为原料，经造气、净化（脱硫）变换，除二氧化碳，配制成一定配比的合成气。在不同的催化剂存在下，选用不同的工艺条件可单产甲醇（分高、中、低压法），或与合成氨联产甲醇（联醇法），将合成后的粗甲醇经预精馏脱除甲醚，再精馏而得成品甲醇。
1.2 设计的目的和意义
由于我国石油资源短缺，能源安全已经成为不可回避的现实问题，寻求替代能源已成为我国经济发展的关键。甲醇作为石油的补充已成为现实，发展甲醇工业对我国经济发展具有重要的战略意义。煤在世界化石能源储量中占有很大比重（我国情况更是如此），而且煤制甲醇的合成技术很成熟。随着石油和天然气价格的迅速上涨，煤制甲醇更加具有优势。本设计遵循“工艺先进、技术可靠、配置科学、安全环保”的原则；结合甲醇的性质特征设计一座年产20万吨煤制甲醇的生产车间。
通过设计可以巩固、深化和扩大所学基本知识，培养分析解决问题的能力；还可以培养创新精神，树立良好的学术思想和工作作风。通过完成设计，可以知道甲醇的用途；基本掌握煤制甲醇的生产工艺；了解国内外甲醇工业的发展现状；以及甲醇工业的发展趋势。
1.3 设计的依据
《年产30万吨煤制甲醇生产工艺毕业设计》任务书
1.3.2 设计的基础资料
（1）工艺流程资料
参阅某化学工程公司的甲醇合成厂的工艺流程资料和参考由房鼎业主编的《甲醇工学》。
（2）合成工段的工艺参数
参阅某化学工程公司的甲醇合成厂的工艺参数资料。具体数据为入塔压力5.14MPa，出塔压力4.9 MPa，副产蒸汽压力3.9 MPa，入塔温度225℃，出塔温度255℃。
1.4 设计的指导思想
以设计任务书为基础，适应我国甲醇工业发展的需要。加强理论联系实际，扩大知识面；培养独立思考、独立工作的能力。整个设计应贯彻节省基建投资，充分重视技术进步，降低工程造价，节能环保等思想，设计生产高质量甲醇产品。
1.5原料煤规格
原料煤的元素分析为：C 67.5%；H 4.0% ；O 10.2%；N 0.65% ；S （可燃）1.73%；S（不可燃）0.34%；C l（mgkg）229；F（mgkg）104；Na（mgkg）2180；K（mgkg）292。
2.1 煤气化技术路线的选择
煤气化技术按气化反应器的形式，气化工艺可分为移动床（固定床）、流化床、气流床三种。
2.1.1 移动床气化
采用一定粒度范围的碎煤（5mm～50mm）为原料，与气化剂逆流接触，炉内温度分布曲线出现最高点，反应残渣从炉底排出，生成气中含有可观量的挥发气。典型的气化炉为鲁奇（Lurgi）炉。
移动床气化，是目前世界上用于生产合成气的主要方法之一。在大型煤制甲醇的装置中，固定床的优点是投资低，可是它有很多不足：（1）对原料煤的黏结性有一定要求：（2）气化强度低：（3）环境污染负荷大，治较麻理烦。
2.1.1 流化床气化
采用一定粒度分布的细粒煤（＜10mm）为原料，吹入炉内的气化剂使煤粒呈连续随机运动的流化状态，床层中的混合和传热都很快。所以气体组成和温度均匀，解决了固定床气化需用煤的限制。生成的煤气基本不含焦油，但飞灰量很大。发展较早且比较成熟的是常压温克（Winkler）炉。
它的缺点是：（1）在常压或接近于常压下生产，生产强度低、能耗高、碳转化率只有88%～90%。（2）对煤的气化活性要求高，仅适合于气化褐煤和高活性的烟煤。（3）缺少大型使用经验；要在大型甲醇装置中推广，受一定限制。
2.1.3 气流床气化
气流床采用粉煤为原料，反应温度高，灰分是熔融状态。典型代表为GSP,Shell,Texaco气流床气化工艺。
气流床气化优点很多，它是针对流化床的不足开发的。气流床气化具有以下特点：
（1）采用<0.2mm的粉煤。
（2）气化温度达1400～1600℃，对环保很有利，没有酚、焦油，有机硫很少，且硫形态单一。
（3）气化压力可达3.5～6.5MPa，可大大节省合成气的压缩功。
（4）碳转化率高，均大于90%，能耗低。
（5）气化强度大。
（6）但投资相对较高，尤其是Shell粉煤气化。
从技术先进性、能耗、环保等方面考虑，对于大型甲醇煤气化应选用气流床气化为宜。从流程分，可分为冷激式流程和废热锅炉流程。前者在煤气离开气化炉后用激冷水直接冷却，它适合于制造氨气或氢气。因为这
种流程易于和变换反应器配套，激冷中产生的蒸汽可满足变换反应的需要。后者热煤气是经辐射锅炉，再送往对流锅炉，产生高压蒸汽可用于发电或作热源。
目前，常用的、技术较成熟的气流床主要有干粉和水煤浆两种。
干粉气流床：该技术的特点是碳的转化率高，气化反应中，所产煤气中CO含量高，H2含量较低，这种煤气的热值较高。另外，这种气化炉均采用水冷壁而不是耐火砖，炉衬的使用寿命长。
水煤浆气流床：水煤浆气化技术的特点是煤浆带35%~40%水入炉，因此氧耗比干粉煤气化约高20%；炉衬是耐火砖，冲刷严重，每年要更换一次;生成CO2量大，碳的转化率低，有效气体成份(CO+H2)低；对煤有一定要求，如要求灰分<13%，灰熔点<1300℃，含水量<8%等，虽然具有气流床煤气化的共同优点，仍是美中不足。
通过比较可知道大型甲醇的煤气化的应该优先考虑干粉煤气化。设计采用的是GSP冷激气化工艺，其兼有shell和Texaco的技术优点。代表着未来气流床加压气化技术的发展方向。
2.1.4 GSP工艺技术简介
GSP工艺技术是20世纪70年代末由GDR(原民主德国)开发并投入商业化运行的大中型煤气化技术。与其他同类气化技术相比，该技术因采用了气化炉顶干粉加料与反应室周围水冷壁结构，因而在气化炉结构以及工艺流程上有其先进之处。GSP气化技术的主要特点如下：
（1）采用干粉煤(水份含量<2%)作为气化原料，根据后续化工产品的要求，煤粉可用氮气或一氧化碳输送，故操作十分安全。由于气化温度高，故对煤种的适应性更为广泛，从较差的褐煤、次烟煤、烟煤到石油焦均可使用，也可以两种煤掺混使用。对煤的灰熔点的适用范围比其他气化工艺更宽，即使是高水份、高灰分、高硫含量和高灰熔点的煤种也能使用。
（2）气化温度高，一般在1450～1600℃，煤气中甲烷体积分数小于0.1%，(CO+H2)体积分数高达90%以上。
（3）氧耗较低，与水煤浆加压气化工艺相比，氧耗低约15%～20%，可降低配套空分装置投资和运行费用。
（4）气化炉采用水冷壁结构，无耐火材料衬里。水冷壁设计寿命按25年考虑。正常使用时维护量很少，运行周期长。
（5）只有一个联合喷嘴(开工喷嘴与生产喷嘴合二为一)，喷嘴使用寿命长，为气化装置长周期运行提供了可靠保障。
（6）碳转化率高达99%以上，冷煤气效率高达80%以上。
（7）对环境影响小，气化过程无废气排放。
（8）投资省，粗煤气成本较低。
2.2 净化工艺方案的选择
净化工艺包括；变换、脱硫脱碳、硫回收三个部分。
2.2.1 变换工序
变换工艺主要有：鲁奇低压甲醇生产中的变换工艺，Top s￠e法甲醇生产中的变换工艺，以及国内的以重油为原料的全气量部分变换工艺。设计中的变换工艺是一种全新的设计，该工艺采用的是部分气变换。该工艺的简单流程为：气化工段来的水煤气首先进入预变换炉，出炉后分为两部分：一部分进入另一变换炉，变换后经过多次换热和气液分离后去了脱硫系统；另一部分先进入有机硫水解槽脱硫，出来后气体又分为两部分，部分去调节变换炉出口CO含量，部分去发电系统发电。
(1)工艺条件的确定：
温度设计中的变换炉（R2002）内装两段耐硫变换触媒，两段间配有煤气激冷管线，采用连续换热式来降低温度，控制温度在393℃左右。预变换炉温度控制在240℃左右。
压力设计中是将气体压缩到 3.8Mpa后送入变换炉的。压力对反应的化学平衡没有影响，但对反应速率影响显著，在0.1～0.3Mpa范围内反应速率大约与压力的0.5次方而成正比，故加压操作可提高设备生产能力。现代甲醇装置采用加压变换可以节约压缩合成气的能量，并可充分利用变换气中过剩蒸汽的能量。
最终变换率最终变换率由合成甲醇的原料气中氢碳比及一氧化碳和二氧化碳的比例决定的。当全气量通过变换工序时，此时要求最终变换率不太高，必须保证足量的CO作为合成甲醇的原料；设计中采用的是部分气量变换，其余气量不经过变换而直接去合成，这部分气体可以调节变换后甲醇合成原料气中CO的含量，所以通过的气体变换率达90%以上。
催化剂粒度为了提高催化剂的粒内有效因子，可以减少催化剂粒度，但相应地气体通过催化剂床的阻力就将增加，变换催化剂的适宜直径为6～10mm，工业上一般压制成圆柱状，粒度￠5×5或￠9×9mm。设计中采用催化剂粒度为￠9×9mm。
2.2.2 NHD脱硫脱碳
(1) NHD溶剂的物理性质和应用性能
NHD溶剂主要组分是聚乙二醇二甲醚的同系物，分子式为
CH
3O(C
2
H
4
O)
n
CH
3
,
式中n=2～8，平均分子量为250～280。物理性质(25℃)：
密度 1.027kgm3
蒸汽压 0.093Pa
表面张力 0.034Nm
粘度 4.3mPa.s
比热 2100J(kgK)
导热系数 0.18W(mK)
冰点 -22℃～-29℃
闪点 151℃
燃点 157℃
应用性能：
表1 各种气体在NHD溶剂中的相对溶解度
组分 H2 CO CH3 CO2 COS H2S CH3SH4 CS2
H2O
相对溶解度 1.3 2.8 6.7 100 233 892 2270 2400 73300
(2) NHD溶剂吸收机理
甲醇生产要求净化气含硫量低，NHD溶剂脱硫(包括无机硫和有机硫)
溶解度大，对二氧化碳选择性好，而且，NHD脱硫后串联NHD脱碳，仍
是脱硫过程的延续。NHD脱硫脱碳的甲醇装置的生产数据表明，经NHD法
净化后，净化气总硫体积分数小于0.1x10-6，再设置精脱硫装置，总硫体
积分数可小于0.05×10-6，满足甲醇生产的要求。
综上所述，NHD法脱硫脱碳净化工艺是一种高效节能的物理吸收方法。且在国内某些装置上己成功应用，有一定的生产和管理经验，本着节
约投资、采用国内先进成熟的净化技术这一原则，设计采用了NHD脱硫
脱碳净化工艺。
2.3 合成甲醇工艺的选择
甲醇合成的典型工艺主要是：低压工艺（ICI低压工艺、Lurgi低压工艺）、中压工艺、高压工艺。甲醇合成工艺中最重要的工序是甲醇的合成，其关键技术是合成甲醇催化剂的和反应器，设计采用用的是低压合成工艺。
2.3.1 甲醇合成塔的选择
目前，国内外的大型甲醇合成塔塔型较多，归纳起来可分为五种：
冷激式合成塔：这是最早的低压甲醇合成塔，是用进塔冷气冷激来带走反应热。该塔结构简单，也适于大型化。但碳的转化率低，出塔的甲醇浓度低，循环量大，能耗高，又不能副产蒸汽，现已经基本被淘汰。
冷管式合成塔：这种合成塔源于氨合成塔，在催化剂内设置足够换热面积的冷气管，用进塔冷管来移走反应热。冷管的结构有逆流式、并流式和U型管式。由于逆流式与合成反应的放热不相适应，即床层出口处温差最大，但这时反应放热最小，而在床层上部反应最快、放热最多，但温差却又最小，为克服这种不足，冷管改为并流或U形冷管。这种塔型碳转化率较高但仅能在出塔气中副产0.4MPa的低压蒸汽。日前大型装置很少使用。
水管式合成塔：将床层内的传热管由管内走冷气改为走沸腾水。这样可较大地提高传热系数，更好地移走反应热，缩小传热面积，多装催化剂，同时可副产2.5Mpa—4.0MPa的中压蒸汽，是大型化较理想的塔型。
固定管板列管合成塔：这种合成塔就是一台列管换热器，催化剂在管内，管间（壳程)是沸腾水，将反应热用于副产3.0MPa～4.0MPa的中压蒸汽。固定管板列管合成塔虽然可用于大型化，但受管长、设备直径、管板制造所限。在日产超过2000t时，往往需要并联两个。这种塔型是造价最高的一种，也是装卸催化剂较难的一种。随着合成压力增高，塔径加大，管板的厚度也增加。管板处的催化剂属于绝热段;管板下面还有一段逆传热段，也就是进塔气225℃，管外的沸腾水却是248℃，不是将反应热移走而是水给反应气加热。这种合成塔由于列管需用特种不锈钢，因而是造价非常高的一种。
多床内换热式合成塔：这种合成塔由大型氨合成塔发展而来。日前各
工程公司的氨合成塔均采用二床(四床)内换热式合成塔。针对甲醇合成的特点采用四床（或五床)内换热式合成塔。各床层是绝热反应，在各床出口将热量移走。这种塔型结构简单，造价低，不需特种合金钢，转化率高，适合于大型或超大型装置，但反应热不能全部直接副产中压蒸汽。典型塔型有Casale的四床卧式内换热合成塔和中国成达公司的四床内换热式合成塔。
合成塔的选用原则一般为：反应能在接近最佳温度曲线条件下进行，床层阻力小，需要消耗的动力低，合成反应的反应热利用率高，操作控制方便，技术易得，装置投资要底等。
综上所述和借鉴大型甲醇合成企业的经验，（大型装置不宜选用激冷式和冷管式），设计选用固定管板列管合成塔。这种塔内甲醇合成反应接近最佳温度操作线，反应热利用率高，虽然设备复杂、投资高，但是由于这种塔在国内外使用较多，具有丰富的管理和维修经验，技术也较容易得到；外加考虑到设计的是年产20万吨的甲醇合成塔，塔的塔径和管板的厚度不会很大，费用也不会很高，所以本设计采用了固定管板列管合成塔。
2.3.2 催化剂的选用
（1）甲醇合成催化剂
经过长时间的研究开发和工业实践，广泛使用的合成甲醇催化剂主要有两大系列：一种是以氧化铜为主体的铜基催化剂，一种是以氧化锌为主体的锌基催化剂。锌基催化剂机械强度好.耐热性好，对毒物敏感性小，操作的适宜温度为350～400℃，压力为25～32MPa(寿命为2～3年)；铜基催化剂具有良好的低温活性，较高的选择性，通常用于低、中压流程。耐热性较差，对硫、氯及其化合物敏感，易中毒。操作的适宜温度为220～270℃，压力为5～15MPa(一般寿命为2～3年)。通过操作条件的对比分析，可知使用铜基催化剂可大幅度节省投资费用和操作费用，降低成本。
（2） XNC-98甲醇合成催化剂简介：
XNC-98型催化剂是四川天一科技股份有限公司研制和开发的新产品。目前已在国内20多套大、中、小型工业甲醇装置上使用,运行情况良好。用于低温、低压下由碳氧化物与氢合成甲醇，具有低温活性高、热稳定性好的特点。常用操作温度200～290℃,操作压力5.0～10.0MPa。
催化剂活性和寿命：
在该催化剂质量检验规定的活性检测条件下，其活性为：
230℃时：催化剂的时空收率≥1.20 kg(L.
得n=A（3.14×d×L）=6362（3.14×9×0.027）=8338
其中因要安排拉杆需要减少12根，实际管数为8326根。
合成塔壳体直径的确定
合成塔内管子分布采用正三角形排列，管间距a=40mm，壳体直径：
D
=a（b-1）+2L
i
式中：a=40
b=1.1×n0.5=1.1×83380.5 =100.44
L=125mm
=40×（100.44-1）+2×125=4227.80 圆整后取为4300mm 所以 D
i
合成塔壳体厚度的确定
壳体材料选用13MNiMoNbR钢，计算壁后的公式为：
（2[σ] tФ-Pc）
S=PcD
i
式中：Pc——5.14Mpa；
=4300mm；
D
i
Ф=0.85
[σ]t=190Mpa（取壳体温度为50℃）
S=4300×5.14（2×190×0.85-5.14）=69.53mm
取C
2=1mm；C
1
=1mm，原整后取S=73mm
合成塔封头的确定
上下封头均采用半球形封头，材质选用和筒体相同。
封头内径为4300+2×73=4446，原整后取4500
由封头厚度计算公式： S=PcD
i
（2[σ] tФ-0.5Pc）
式中：Pc——5.14Mpa D
i
=4500mm Ф=0.85 [σ] t =190Mpa（取壳体温度为50℃）
S=4500×5.14（2×190×0.85-0.5×5.14）=72.18mm
取C
2=1mm ；C
1
=1mm，原整后取S=76mm，所以封头为DN4500×76。
管子拉脱力的计算
a、在操作压力下，每平方米胀接周边所产生的力
q p=pf（3.14×do×L）
式中：f=0.866a2-（3.144）×do2=0.866×402-（3.144）×322=581.35 P=5.14MPa
L=100mmδ
表23
项目管子壳体
材质
ａ（1℃）
EMPa
尺寸
管子数
管间距mm
管壳壁温差℃
管子与管壁连接方式胀接长度
00Cr18Ni5Mo3Si2
17.42×10-6
0.180×106
Ф32×2.5×9000
8338
40
10
开槽胀接
L=100
13MNiMoNbR
12.25×10-6
0.186×106
Ф254300×73
q p=5.14×581.35（3.14×32×100）=0.30MPa
b、温差应力导致的每平方米胀接周边上的拉脱力q t
q t=σt（d02-d i2）（4×d0×L）
式中：σ
t
=aE（t t-t s）（1+A t A s）
As=3.14×D×Sn=3.14×4300×73=985646.00mm2
已知 T t＞T s，p t＞p s
T t、T s分别为管壁温度和壳壁温度；p t为管程压力4.9Mpa；p s为壳程压力0.74Mpa，所以可知q t与q p的作用力同向，则合拉力q=0.54＜[q]，因此，拉脱力在许用范围内。
折流板的确定
折流板为弓形
n=A（3.14dL）=260（3.14×0.02×6）=690根，其中安排拉杆需要减少4根，实际管数为686根。
（3）管子的排列方式，管间距的确定
设计采用正三角形排列，取管间距为a=32mm 。
（4） 壳体直径的确定
壳体直径；D i =a （b-1）+2L
式中：D i ——换热器内径，mm ；
b ——正六角形对角线上的管子数查有关表取为29； L ——最外层管子的中心到壳壁边缘的距离，取L=2do 所以，D i =32×（29-1）+2×2×25=996mm ，取D i =1000mm
（5）壳体厚度的计算
壳体材料选用20R 钢，计算壁后的公式为：
S=PcD i （2[σ] t Ф-Pc ）
式中：Pc ——计算压力，取Pc 为4.9×1.1=5.39Mpa ；
D i =1000mm ；Ф=0.85
[σ]t =132Mpa （取壳体温度为50℃）
S=1000×5.39（2×132×0.85-5.39）=24.61mm
取 C 2=1mm ；C 1=1mm ，原整后取S=28mm
（6）换热器封头的确定
上下封头均采用标准椭圆形封头，封头为DN1000×28。材料选用20R 钢。
（7）容器法兰的选择
焊法兰。
（8）管子拉脱力的计算
a 在操作压力下，每平方米胀接周边所产生的力
q p=pf （3.14×d o
×L ） 式中：f=0.866a 2-（3.144）×d 02=0.866×322-（3.144）×252=396
P=0.74 L=50
年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计_毕业设计书
年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 摘要 甲醇是一种极重要的有机化工原料，也是一种燃料，是碳一化学的基础产品，在国民经济中占有十分重要的地位。近年来，随着甲醇下属产品的开发，特别是甲醇燃料的推广应用，甲醇的需求大幅度上升。为了满足经济发展对甲醇的需求，开展了此20万t/a的甲醇项目。设计的主要内容是进行工艺论证，物料衡算和热量衡算等。本设计本着符合国情、技术先进和易得、经济、环保的原则，采用煤炭为原料；利用GSP气化工艺造气；NHD净化工艺净化合成气体；低压下利用列管均温合成塔合成甲醇；三塔精馏工艺精制甲醇；此外严格控制三废的排放，充分利用废热，降低能耗，保证人员安全与卫生。 关键词：甲醇、合成、精馏。
abstract Methanol is a kind of extremely important organic industrial chemicals, and a kind of fuel too, it is the basic products of the chemistry of carbon one. It is very important in national economy. In recent years, with the development of the products that are made from methanol, especially the popularization and application of the fuel of methanol, the demand for the methanol rises by a large margin. In order to satisfy economic development's demands for methanol , have launched the methanol project of this 200,000t/a. Main content that design to carry on craft prove, supplies weighing apparatus regard as with heat weighing apparatus charging etc The principle of the design in line with according with the national conditions, technologically advanced and apt, economy, protecting environment,. Coals is adopted as raw materials; the craft of GSP gasification is utilized to make water gas; the craft of NHD purification is utilized to purify the syngas; tubular average -temperature reaction is utilized to synthesize methanol keeping in low pressure; the rectification craft of three towers is utilized to rectify methanol; In addition control the discharge of the three wastes strictly, fully utilize used heat, reduce energy consumption, guarantee the personal security and hygiene. Keyword: Methanol, synthesis, rectification. 目录
煤制甲醇工艺设计
煤制甲醇工艺流程化设计 主反应为：C + O 2 → C O + C O 2 + H 2 → C H 3O 副反应为： 1 造气工段 （1）原料：由于甲醇生产工艺成熟,市场竞争激烈,选用合适的原料就成为项目的关键,以天然气和重油为原料合成工艺简单，投资相对较少，得到大多数国家的青睐，但从我国资源背景看，煤炭储量远大于石油、天然气储量，随着石油资源紧缺、油价上涨，在大力发展煤炭洁净利用技术的形势下，应该优先考虑以煤为原料,所以本设计选用煤作原料。 图1-1 甲醇生产工艺示意图 （2）工艺概述：反应器选择流化床，采用水煤浆气化激冷流程。原料煤通过粉碎制成65%的水煤浆与99.6%的高压氧通过烧嘴进入气化炉进行气化反应，产生的粗煤气主要成分为CO ，CO 2，H ２等。 2423CO H CH H O +?+2492483CO H C H OH H O +?+222CO H CO H O +?+
2 净化工段 由于水煤浆气化工序制得粗煤气的水汽比高达1.4可以直接进行CO变换不需加入其他水蒸气，故先进行部分耐硫变换，将CO转化为CO2，变换气与未变换气汇合进入低温甲醇洗工序，脱除H2S和过量的CO2，最终达到合适的碳氢比，得到合成甲醇的新鲜气。 CO反应式： CO+H O=CO+H 222 3 合成工段 合成工段工艺流程图如图1。 合成反应要点在于合成塔反应温度的控制，另外，一般甲醇合成反应10～15Mpa的高压需要高标准的设备，这一项增加了很大的设备投资，在设计时，选择目前先进的林达均温合成塔，操作压力仅5.2MPa，由于这种管壳式塔的催化剂床层温度平稳均匀，反应的转化率很高。在合成工段充分利用自动化控制方法，实行连锁机制，通过控制壳程的中压蒸汽的压力，能及时有效的掌控反应条件，从而确保合成产品的质量。 合成主反应： CO+2H=CH OH 23 主要副反应： CO+3H=CH OH+H O 2232 4 精馏工段 精馏工段工艺流程图见图2。 合成反应的副产主要为醚、酮和多元醇类，本设计要求产品达质量到国家一级标准，因此对精馏工艺的合理设计关系重大，是该设计的重点工作。设计中选用双塔流程，对各物料的进出量和回流比进行了优化，另外，为了进一步提高精甲醇质量，从主塔回流量中采出低沸点物继续进预塔精馏，这一循环流程能有效的提高甲醇的质量。
年产15万吨甲醇制乙烯精馏工段工艺设计毕业设计
中国矿业大学银川学院本科毕业设计 （2010 届） 题目年产15万吨甲醇制乙烯精馏工段 工艺设计
1.设计年产15万吨甲醇精馏段，年开车时间7920小时，工艺采用以煤制气为原料合成粗甲醇，经预精馏塔、加压精馏塔和常压精馏塔分离后得到精甲醇的新节能型三塔工艺流程开发的 2.计算条件： ①原料气组成 CH3OH H2O CH3CH2OH 轻馏分杂醇 Wt% 95 3.72 0.1 1.11 0.07 ②精甲醇收集：99.6% ③废水中甲醇含量：50ppm 3.设计要求： ①编写计算说明书，其中包括综述，工艺路线选择，物料衡算与工艺计算，主要塔设备计算，热量衡算等。 ②图纸（3张）：甲醇精馏段带控制点工艺流程图，平面布置图，工段主要物料管道图，精馏塔图，主要设备图等 ③说明书可以电脑打字，图纸均为CAD绘图
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
煤制甲醇冷态开车实训实验报告
一、实验目的 1、通过模拟化工生产过程中开车、运行、停车以及事故处理等操作过程，建立化工流程级概念，进一步认识化工生产各个设备操作的相互联系和影响，理解化工生产的整体性。 2、深入了解煤气化制甲醇过程的工艺和控制系统的动态特性，提高对复杂化工工程动态运行的分析和协调控制能力，熟悉一些常见事故的处理方法等。 3、通过实训进一步掌握基本的单元操作方法，了解控制系统的操作，理论联系实际，对化工生产的实际过程有更深层次的知识。 4扩大知识面，提高综合能力，包括锻炼动手能力，培养团队合作意识，提高工程素养和创新能力等。 5、在一定程度上逐步实现学生由学校向社会的转变，培养初步担任技术工作的能力。 二、实验过程工艺流程图 1、主要设备中物料来源与去向简述 1）T401（透平机）：高温蒸汽进入透平机把热量转化为机械能提供给压缩机。蒸汽变为凝液排出系统。 2）C401（压缩机）：来自粗甲醇分离罐中的循环气经压缩机压缩后与H2、CO混合气混合参与反应。 3）E401、E402、E403（换热器）：本实验的换热器为管壳式换热器，分为管程和壳程。甲醇合成反应需要达到一定的温度，混合气（H2、CO及循环气）进入E401管程，与换热器管外气体换热升温后进入甲醇合成塔。壳程内走的气体为甲醇合成塔出来的温度较高的气体（主要包括生成的甲醇蒸汽、未反应的H2和CO、杂质气体等）。 4）R401（甲醇合成塔）：甲醇合成塔为管壳式反应器，管内填装催化剂（即铜基催化剂），反应管外为沸腾热水。当混合气气进入合成塔内管后，在一定温度和压力下CO、CO2与H2反应生成甲醇和水，同时还有微量的其它有机杂质生成。合成甲醇的反应都是强放热反应，反应放出的热大部分由合成塔壳侧的沸腾水带走。合成塔内催化剂层温度及合成塔出口的温度可以通过调节汽包的压力来控制。 5）F401（汽包）：外部锅炉水经汽包进入合成塔壳侧，蒸汽再进入汽包中排出。可以通过汽包的蒸汽出口阀来控制汽包压力。 6）X401（开工喷射器）：开工时向合成塔中喷射高温蒸汽使合成塔达到反应所需温度，反应稳定后关闭蒸汽入口阀，合成塔壳侧水经喷射器再进入合成塔使合成塔壳中气液不断循环。 7）F402（甲醇分离罐）：从合成塔出来的热反应气体进入E401的壳程与入塔合成气逆流换热被冷却到90℃左右，此时有一部分甲醇被冷凝成液体。该气液混合物再经E402、E403进一步冷凝，冷却到≤40℃，进入甲醇分离器分离出粗甲醇去精馏。分离出粗甲醇后的气体返回循环段，经压缩机加压后循环使用。为了防止合成系统中惰性气体的积累，要排放少量的循环气（称为弛放气）进入火炬燃烧。整个合成系统的压力可由弛放气
煤制甲醇实训报告
2014年国家高职院校骨干教师化工类顶岗实训报告 (煤制甲醇装置) 班级:杨子班 姓名:连锦花 班主任: 钟飞 实训日期:2014、8、11—2014、8、23 实训内容 1、甲醇介绍 2、煤制甲醇生产工艺、装置介绍及现场参观 3、气化工段仿真模拟训练 4、变换工段仿真模拟训练 5、合成工段仿真模拟训练 6、精馏工段仿真模拟训练 实训方案 一、性质与任务 (一)实训的性质 煤制甲醇工艺仿真实训操作就是为了加强培训教师实践性教学环节,培养教师理论联系实际,提高分析问题、解决问题的能力及实践技能。在学习基础知识、专业基础理论课的基础上,进行为期一周的实训。 通过实训,使教师直接参与生产第一线的实践活动,将所学的理论知识与生产实践相结合,进一步巩固与丰富专业基础知识与专业知识;通过参与生产第一线的
实践活动,进一步了解生产组织管理的有关知识,为毕业后从事教育工作打下良好的基础;同时通过实训,为教师提供了一次社会实践的机会,为将来走上工作岗位积累一定的社会实践经验。 二、实训目标 (一)知识目标 1、甲醇生产原料、产品的性能以及用途; 2、掌握煤制甲醇的工艺生产原理、工艺条件、工艺流程; 3、熟悉有关装置的化工操作规范与装置的安全运行规则; 4、了解主要设备的结构、管道、阀门的类型、作用、性能等情况; 5、了解各种操作参数的测量、控制方法以及相应仪表、仪器的类型、性能与使用方法; 三、实训内容 A、甲醇介绍 甲醇,分子式CH3OH,又名木醇或木精,英文名: Methanol; Methyl alcohol;Carbinol;Wood alcohol; Wood spirit; Methyl hydroxide; 理化性质:无色、透明、高度挥发、易燃液体。略有酒精气味。分子量32、04。相对密度0、792(20/4℃)。熔点-97、8℃。沸点64、5℃。闪点12、22℃。自燃点463、89℃。蒸气密度1、11。蒸气压13、33KPa(100mmHg 21、2℃)。蒸气与空气混合物爆炸下限6～36、5 % 。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃与许多其她有机溶剂相混溶。遇热、明火或氧化剂易着火。用途:基本有机原料之一。主要广泛应用于精细化工,塑料,医药,林产品加工等领域的基本有机化工原料,可开发出100多种高附加值化工产品,尤其深加工后作为一种新型清洁燃料与加入汽油掺烧,其发展前景越来越广阔。 主要就是合成法,尚有少量从木材干馏作为副产回收。合成甲醇可以固体(如煤、焦炭)液体(如原油、重油、轻油)或气体(如天然气及其她可燃性气体)为原料, 经造气净化(脱硫)变换,除去二氧化碳,配制成一定的合成气(一氧化碳与氢)。在不同的催化剂存在下,选用不同的工艺条件。单产甲醇(分高压法低压与中压法),或与合成氨联产甲醇(联醇法)。将合成后的粗甲醇,经预精馏脱除甲醚,精馏而得成品甲醇。高压法为BASF最先实现工业合成的方法,但因其能耗大, 加工复杂,材
煤制乙二醇工艺流程详细工艺
环氧乙烷水合制乙二醇 乙二醇是合成聚酯树脂的主要原料,大家熟知的涤纶纤维就是由乙二醇与对苯二甲酸合成的。乙二醇还可用作防冻液,w(乙二醇)=55%的水溶液的冰点为-36℃,可用作中国北方冬天汽车必需的冷却液。此外,乙二醇还可用作溶剂和用于化妆品、毛皮加工、烟叶润湿和纺织工业染整等。据预测,2000年乙二醇的世界产量将达到10Mt/a。中国1995年的产量为53×１０４ t/a,到2000年将达72×１０４ t/a。 1.乙二醇生产方法综述 现在,乙二醇有多种工业生产方法,但环氧乙烷水合制乙二醇法仍占主导地位。 (1)环氧乙烷法 可用酸作催化剂,但用得较多的是加压水合: 反应中生成约10%的二乙二醇醚(二甘醇)和三乙二醇醚(三甘醇),它们是有用的化工产品,故反应所得的有用产品总产率按环氧乙烷计接近100%,生成的二乙二醇醚用作纤维素、树胶、涂料、喷漆的溶剂或稀释剂。三乙二醇醚主要用来生产刹车液。它们的售价比乙二醇还高,因此可改善生产装置的经济效益。 环氧乙烷法因环氧乙烷售价高,生产总成本也比较高。 (2)乙烯乙酰氧基化法 乙烯乙酰氧基化法又称奥克西兰(Oxirane)法,它可由乙烯为原料生产乙二醇。工艺分二步进行,第一步乙烯与醋酸反应生成乙二醇-醋酸酯和乙二醇二醋酸酯: 反应条件:反应温度160℃,反应压力,催化剂TeO２/HBr[w(HBr)=48%的水溶液]，还可用醋酸锰加碘化钾作催化剂,乙烯转化率60%,选择性95%～97%,产品分布:乙二醇二醋酸酯70%,乙二醇一醋酸酯25%,乙二醇5%。 第二步是醋酸酯水解生成乙二醇和醋酸:
反应条件为:反应温度107～130℃,压力,选择性95%。 该法的总反应式为: ２ＣＨ２=ＣＨ２＋２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２→２ＨＯＣＨ２-ＣＨ２ＯＨ 以乙烯计的摩尔产率为94%,高于以环氧乙烷法生产乙二醇的产率。 该法虽然以廉价的乙烯作原料,但投资和能耗比环氧乙烷法高,经济上是否比环氧乙烷法好尚有争论,再加上醋酸对设备的腐蚀是一个头痛问题,催化剂的再生和回收问题也没有很好解决,致使已开工生产的a生产装置被迫停产关闭。 (3)乙烯氧氯化法 该法又称帝人(Teijin)法。由日本帝人公司开发成功,是对老式的氯乙醇法生产环氧乙烷的改进。采用TiCl３-CuCl２-HCl水溶液为催化剂。化学反应如下: ＣＨ２＝ＣＨ２＋ＴiCl３＋Ｈ２Ｏ→ClCH２－ＣＨ２ＯＨ＋TiCl＋ＨCl ClCH２－ＣＨ２ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＨＯＣＨ２－ＣＨ２ＯＨ＋HCl 催化剂再生: TiCl+2CuCl２→2CuCl２+H２Ｏ 2CuCl+2HCl+ 1/2 O２→2CuCl２＋Ｈ２Ｏ 反应条件为:反应温度160℃,压力,pH<4,乙二醇选择性为89%,乙醛6%,其他(二氧杂环己烷和二乙二醇)5%,如果Cl－∶Ti３＋的比例小于4∶1时,乙醛产率将显著增大,在反应温度大于120℃时,氯乙醇可在同一装置内水解。 乙烯的氧氯化亦可在另一个催化剂体系中进行: 催化剂再生: 2Cu＋(或2Fe２＋)＋２Ｈ＋＋１/２Ｏ２→2Cu２＋(或2Fe３＋)＋Ｈ２Ｏ 反应条件:反应温度150～180℃,压力～,乙二醇选择性86%,该法的优点是乙烯消耗定额很低,仅 kg/kg乙二醇,但有强腐蚀性,产物与催化剂溶液的分离比较困难。 (4)由合成气制乙二醇 合成气是一氧化碳和氢气混合物的总称。现在工业上用煤、天然气和劣质重油为原料可廉价、大量的生产出来,目前主要用来生产甲醇、合成氨、羰基化产品等。由合成气制乙二醇已引
生产甲醇的工艺流程
生产甲醇的工艺流程 （一）生产工序 合成气合成甲醇的生产过程，不论采用怎样的原料和技术路线，大致可以分为以下几个工序 1．原料气的制备 合成甲醇，首先是制备原料氢和碳的氧化物。一般以含碳氢或含碳的资源如天然气、石油气、石脑油、重质油、煤和乙炔尾气等，用蒸汽转化或部分氧化加以转化，使其生成主要由氢、一氧化碳、二氧化碳组成的混合气体，甲醇合成气要求（H2－CO2）/（CO+CO2）=2.1左右。合成气中还含有未经转化的甲烷和少量氮，显然，甲烷和氮不参加甲醇合成反应，其含量越低越好，但这与制备原料气的方法有关；另外，根据原料不同，原料气中还可能含有少量有机和无机硫的化合物。 为了满足氢碳比例，如果原料气中氢碳不平衡，当氢多碳少时（如以甲烷为原料），则在制造原料气时，还要补碳，一般采用二氧化碳，与原料同时进入设备；反之，如果碳多，则在以后工序要脱去多余的碳（以CO2形式）。 2．净化 一是脱除对甲醇合成催化剂有毒害作用的杂质，如含硫的化合物。原料气中硫的含量即使降至1ppm，对铜系催化剂也有明显的毒害作用，因而缩短其使用寿命，对锌系催化剂也有一定的毒害。经过脱硫，要求进入合成塔气体中的硫含量降至小于0.2ppm。脱硫的方法一般有湿法和干法两种。脱硫工序在整个制甲醇工艺流程中的位置，要根据原料气的制备方法而定。如以管式炉蒸汽转化的方法，因硫对转化用镍催化剂也有严重的毒害作用，脱硫工序需设置在原料气设备之前；其它制原料气方法，则脱硫工序设置在后面。 二是调节原料气的组成，使氢碳比例达到前述甲醇合成的比例要求，其方法有两种。 （1）变换。如果原料气中一氧化碳含量过高（如水煤气、重质油部分氧化气），则采取蒸汽部分转换的方法，使其形成如下变化反应：CO+H2O==H2+CO2。这样增加了有效组分氢气，提高了系统中能的利用效率。若造成CO2多余，也比较容易脱除。 （2）脱碳。如果原料气中二氧化碳含量过多，使氢碳比例过小，可以采用脱碳方法除去部分二氧化碳。脱碳方法一般采用溶液吸收，有物理吸收和化学吸收两种方法。（如：低温甲醇洗）
甲醇制烯烃工艺_MTO_
纪律和奖罚制度,调动全体试车人员的积极性,经过一年多的工作,于1998年11月15日又开始试车。经过一个多月的投料表明,1.5万t a氯化法钛白的主要技术难关基本上已被攻克,初步实现了连续稳定生产。 5 几点建议 (1)面对世界钛白由跨国集团高度垄断的新局面,国内钛白工业必须加强集中统一领导、统一规划、合理布局,一致对外。 (2)对现有的钛白厂要实行强强联合,对亏损严重、污染大的厂要坚决实行关停并转。 (3)对已引进的3套较大型的钛白粉生产装置,国家应继续给予优惠政策和资金支持,并跨地区、跨部门地组织专家联合进行技术攻关。特别要充分发挥经验丰富的老专家的作用,协同作战,解决工艺、技术难题,提高产品质量,开发新品种,以满足国民经济发展的需要。 (4)由于硫酸法钛白生产三废排放量大,较难处理,而氯化法钛白生产的主要技术难题又已基本被攻克,现在完全可以利用国内技术兴建万吨级以上的氯化法钛白生产装置。建议除了特殊地区外,今后兴建的钛白厂主要应采用氯化法。而且厂址最好能与氯碱厂在一起,以达到优势互补,提高经济效益的目的。 (5)为保护民族工业,扶植国内钛白生产,建议对国外钛白供应商向我国低价倾销钛白粉要进行处罚;要制定相关法律,向其所在国贸易管理机构起诉,并对进口产品征收高额的反倾销税。 ?新产品新装置? 吉化公司乙撑双硬脂酰胺装置建成投产 具有国内领先水平的年产700t乙撑双硬脂酰胺生产装置,在吉化公司研究院建成,并投入批量生产。 乙撑双硬脂酰胺是一种多功能塑料加工助剂,可广泛应用于高分子聚合树脂,如AB S树脂、聚氯乙烯、聚丙烯、酚醛树脂及氨基树脂加工中的润滑剂、防粘剂、粘度调节剂和表面光亮剂等。 该装置是由吉化研究院自行开发、设计的。经半年的运转考核,生产能力达到并超过设计能力(已达800t a以上),其产品经在吉化合成树脂厂引进的10万t a AB S生产装置上应用,性能指标完全满足生产要求。目前,产品已向该公司及国内多家用户批量供货,质量及稳定性已达到国外同类产品水平。 (微笔) 扬子石化大型空分装置投入运行 扬子石化股份公司投资近3亿元的每小时增产氧气2万m3、氮气3.75万m3的大型空气分离装置投入运行。 该空分装置在设计、安装过程中,采用了引进国外先进技术和设备与国内配套设计相结合的办法,装置开停车过程可全部自动调整控制,DCS控制系统达到国际90年代先进水平。(微笔) 甲醇制烯烃工艺(M TO) 一项以天然气为原料经甲醇制取混合烯烃(乙烯+丙烯+丁烯)的工艺技术即M TO工艺,已由美国环球油品公司(UO P)和挪威海德罗(H ydroc)公司联合开发中试成功。 1995年11月,在南非第四次天然气转化国际年会上,UO P和H ydroc公司首次公布了这一工艺技术及其示范装置的运行数据。据称,这一工艺经小试、中试和示范装置长期、连续试验,操作稳定,得到了相互验证,可以用来建设年产50万t乙烯的工业化生产装置。 该技术的工艺流程和设备与炼厂的 型催化裂化装置基本相同,产品分离流程比传统的深冷分离流程简单。 采用M TO工艺生产烯烃,需要大量天然气或甲醇:一套30万t a M TO法乙烯装置,年消耗天然气13亿m3或甲醇150万t。因此,在天然气供应充足而且价格便宜的地方,采用此法生产烯烃,比之石脑油或轻柴油裂解制烯烃,在技术和经济上都具有一定的优越性。 我国对M TO工艺的开发也已经历多年,中试数据与国外很接近,而催化剂性能则优于国外。据了解,中国石油和天然气北方公司正在进行M TO工艺的千吨级工业化试验。(宗言恭) 81 化 工 技 术 经 济 第17卷
煤制甲醇危险源
煤制甲醇主要危害源分析 甲醇是一种透明、无色、易燃、有毒的液体，略带酒精味，熔点－97.8℃，沸点64.8℃，闪点12.22℃，自燃点47℃，相对密度0.7915(20℃/4℃)，爆炸极限下限6%、上限36.5%，也是一种最简单的饱和醇，化学分子式为CH3OH。由于甲醇分子结构中的C原子以sp3杂化轨道成键，O原子同样以sp3杂化轨道成键，所以甲醇分子为极性分子，能与水、乙醇、乙醚、苯、丙酮和大多数有机溶剂相混溶。甲醇与乙烯、苯等都是典型的基础化工原料，广泛应用于生产甲醛、甲基叔丁基醚(MTBE)、醋酸、甲酸甲酯、二甲醚、氯甲烷、甲胺等有机化工产品，在世界基础有机化工原料中消费量仅次于乙烯、苯等。特别是以甲醇为原料的无铅汽油添加剂MTBE 得到了开发和大量应用，以及汽油、柴油掺烧甲醇的技术在公交系统中开始应用等等，致使甲醇将在未来的能源领域中起到重要作用，市场前景也被相关人士更为看好。我国作为煤炭能源大国，以煤为原料制备甲醇成为了最重要的途径。1同煤集团 60万t/a煤制甲醇工艺流程大同煤矿集团公司60万t/a煤制甲醇工艺流程见图1。 通过磨煤机处理并用（80℃、相对压力4.2MPa）氮气/CO2送至煤烧嘴的原料煤（粒度≤30mm）和空分装置送出的高压
O2（相对压力4.2MPa）与蒸汽（420℃、相对压力4.2MPa）混合后在1600℃高温、4.0MPa（相对压力）高压下，瞬间完成煤的气化反应，生成（CO＋H2）含量很高的粗煤气并冷却至340℃，经变换将169℃、3.8MPa（绝对压力）的粗煤气的H2/CO比调整并冷却到40℃后送往酸脱工序；进入低温甲醇洗装置的原料气压力为3.5MPa（绝对压力），温度为40℃（包括NH3洗涤、原料气冷却、H2S/CO2脱除、甲醇闪蒸及闪蒸气回收、CO2产品及洗涤、H2S浓缩及N2气提、甲醇热再生、甲醇脱水等）；从酸性气体脱除工序来的 3.1MPa、30℃的净化气和来自氢回收工序的二段富氢气混合后进入新鲜气分离器，分离液滴后进入合成气压缩机。压缩机分为两段压缩，其一段出口气体与来自氢回收工序的一段富氢气混合后进入段间冷却器冷却，冷却后的气体进入段间分离器分离冷凝液，然后进入压缩机二段进一步压缩，压缩机出口气体压力为8.0MPa（相对压力）。从合成气压缩机来的合成气与一股高压锅炉给水混合后进入第一入塔/出塔换 热器，预热后的气体进入硫保护器，硫保护器中装有TOPSOEHTZ-4型氧化锌脱硫剂以脱除合成气中的H2S和COS，经催化剂床层反应，分离冷凝后得到粗甲醇；来自甲醇合成工序的粗甲醇经粗甲醇预热器与蒸汽冷凝液换热到72℃左右后进预精馏塔上部，塔顶汽在预塔一级冷凝器中部分冷凝。冷凝汽温度控制在68℃左右，未冷凝的气体进入预
毕业设计开题报告 - 60万吨年甲醇制烯烃装置设计
毕业设计开题报告 题目60万吨/年甲醇制烯烃装置设计 院（系）化学工程学院专业化学工程与工艺年级学号 姓名 指导教师 2015年 3 月 20 日
毕业设计开题报告 题目 60万吨/年甲醇制烯烃装置设计 时间 2015年3月20日至2015年3月30日 本课题的目的意义 （ 含 国 内 外 的 研 究 现 状 分 析 ） 目的意义：本课题的目的是完成60万吨/年甲醇制烯烃装置设计。甲醇制烯烃路线是以石油化工原料制备乙烯和丙烯的替代路线,是以煤或天然气为主要原料,经合成气转化为甲醇,然后再转化为烯烃的路线。以往的烯烃生产严重依赖石油。中国石油和天然气资源短缺，而煤炭资源储量世界第三，生物质资源丰富。因此发展甲醇替代石油路线烯烃生产技术有重要意义。 现状分析：我国是一个多煤少油的国家，石油剩余可采储量仅占世界剩余可采储量l.8％。利用我国丰富的煤炭资源，采用国际上先进的甲醇制烯烃技术，生产出以往只能利用天然气或油作为原料的聚烯烃产品就是一项解决我国能源需求的有力措施。如果在较大的范围内推广煤化工项目，无疑将对我国能源结构调整产生非常深远的影响。 设计(论文)的基本条件 及 设 计 ( 论 文) 依据 设计依据：通过上网查找资料、文献，采用UOP 和Norsk Hydro 两公司合作开发的UOP/Hydro 的MTO 工艺，以甲醇和/二甲醚为原料，经催化转化制取基本化工原料乙烯、丙烯等低碳烯烃，年处理量为60万吨。 基本条件：1、技术成熟。具有代表性的甲醇制烯烃技术主要是UOP/Hydro MTO 技术、大连化物所DMTO 技术、鲁奇MTP 技术。目前，这三项工艺技术已经具备工业化生产的条件。UOP/Hydro 的MTO 工艺采用流化床反应器和再生器，连续稳定操作；采用专有催化剂，催化剂需要在线再生，保持活性；甲醇的转化率达100%，低碳烯烃选择性超过85%，主要产物为乙烯和丙烯；可以灵活调节乙烯/丙烯的比例；乙烯和丙烯达到聚合级。2、掌握技术资料。通过查阅资料，初步掌握了本课题的有关技术资料、生产数据和设计方法。3、学校图书馆、电子图书馆可查阅大量技术资料；学院有图书馆、自习课室、实验室等场所进行毕业设计。 本课题的主要内容、 重点解决的问题 1.对国内外MTO 工艺作深入调查，写出调研报告； 2.明确设计内容及意义，制定设计计划，完成设计开题报告； 3.确定MTO 工艺流程； 4.确定总体方案、设备型式； 5.系统物料平衡计算； 6.系统能量平衡计算； 7.设备工艺尺寸计算； 8.绘制装置工艺流程图、车间平面布置图； 9.按要求编写毕业设计说明书。
生产实习之水煤气制甲醇
水煤气法制取甲醇 一、概述 甲醇的性质和用途 甲醇的性质：甲醇（Methanol，Methyl alcohol）又名木醇，木酒精，甲基氢氧化物，是一种最简单的饱和醇。化学分子式为CH3OH，结构式如下： H | H—C—O—H | H 分子结构：C原子以sp3杂化轨道成键，0原子以sp3杂化轨道成键。分子为极性分子。 CAS 登录号：67-56-1 EINECS 登录号：200-659-6 物理化学属性 甲醇是一种无色、透明、易燃、易挥发的有毒液体，略有酒精气味。分子量，相对密度(20/4℃)，熔点℃，沸点℃，闪点℃，自燃点℃，蒸气密度，蒸气压(100mmHg ℃)，蒸气与空气混合物爆炸下限6～% ，能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃和许多其他有机溶剂相混溶，遇热、明火或氧化剂易燃烧。燃烧反应式为： CH3OH + O2 → CO2 + H2O 甲醇的用途：甲醇用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工，塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入汽油掺烧。 甲醇生产方法的简介 生产甲醇的方法有多种,早期用木材或木质素干馏法制甲醇的方法,今天在 工业上已经被淘汰了。氯甲烷水解法也可以生产甲醇,但因水解法价格昂贵,没有
得到工业上的应用。甲烷部分氧化法可以生产甲醇,这种制甲醇的方法工艺流程简单,建设投资节省,但是,这种氧化过程不易控制,常因深度氧化生成碳的氧化物和水。而使原料和产品受到很大损失.因此甲烷部分氧化法制甲醇的方法仍未实现工业化。但它具有上述优点,国外在这方面的研究—直没有中断.应该是一个很有工业前途的制取甲醇的方法。 目前工业上几乎都是采用一氧化碳、二氧化碳加压催化氢化法合成甲醇。典型的流程包括原料气制造、原料气净化、甲醇合成、粗甲醇精馏等工序。 甲醇生产中所使用的多种催化剂,如天然气与石脑油蒸气转化催化剂、甲醇合成催化剂都易受硫化物毒害而失去活性,必须将硫化物除净。气体脱硫方法可分为两类,一类是干法脱硫,一类是湿法脱硫。干法脱硫设备简单,但由于反应速率较慢,设备比较庞大。湿法脱硫可分为物理吸收法、化学吸收法与直接氧化法三类。 甲醇的合成是在高温、高压、催化剂存在下进行的,是典型的复合气-固相催化反应过程。随着甲醇合成催化剂技术的不断发展,目前总的趋势是由高压向低、中压发展。 甲醇生产的总流程长,工艺复杂,根据不同原料与不同的净化方法可以演变 为多种生产流程。 甲醇的市场与展望 近几年,我国出现了甲醇投资热。从2000年到2007年,全国甲醇产能年均增长率达%,而同期表观消费量年均增长率为18. 9%。2007年,我国共有甲醇生产企业177家,产能合计 1 639. 4万t/a,实际产量 1 076. 4万t,而同期我国甲醇表观消费量为 1 104. 6万t。据最新统计,目前我国新建、拟建甲醇项目共34个(不包括二甲醚、甲醇制烯烃企业自身配套的甲醇装置),预计到“十一五”末期,我国甲醇产能将达到 2 600万t/a~3 060万t/a。 随着甲醇产能快速增长,市场对甲醇产能过剩的担心愈发强烈。目前,基本形成共识的是,甲醛、醋酸等传统下游产品领域并不足以消化增长过快的甲醇产能,人们寄厚望于甲醇、二甲醚在车用、民用替代燃料方面获得较大突破。目前,我国甲醇燃料的有关标准正在制定完善中,这是利好的一面;另外也应认识到,甲醇燃料的推广应用是一项系统工程,许多问题均有待于时间和实践的检验,存在一定的不确定性。此外,有一点需指出的是,目前我国甲醇制烯烃项目中配套
毕业设计 --年产60万吨甲醇制乙烯装置的设计
目录 1 概述 (3) 1.1甲醇制乙烯的研究和生产概况 (3) 1.1.1 MTP工艺 (3) 1.1.2 MTO及DMTO工艺 (4) 1.2 甲醇制低碳烯烃的原理 (6) 1.2.1 主要化学反应和反应动力学 (6) 1.2.2 氧内盐机理 (7) 1.2.3 碳烯离子机理 (7) 1.2.4 串联型机理 (7) 1.2.5 平行型机理 (8) 1.3设计任务 (8) 1.3.1 设计要求 (8) 1.3.2 设计内容 (9) 1.4过程模拟计算简介 (9) 1.4.1 Aspen Plus 模拟软件 (9) 1.4.2 Aspen Plus软件的使用 (11) 2 工艺流程设计 (13) 2.1工艺流程设计概述 (13) 2.2 反应器 (14) 2.2.1 甲醇转化为烯烃的反应特征 (14) 2.2.2 反应器及反应条件的选择 (15) 2.2.3物料衡算 (16) 2.2.4 反应器及再生器尺寸设计一览表 (17) 2.3 换热器 (18) 2.3.1 冷、热物流热状况及换热要求 (18) 2.3.2换热器模拟计算结果 (19) 2.3.3 换热器E0101设计尺寸一览表 (20) 2.4 精馏塔 (21) 2.4.1 精馏塔设计概述 (21)
2.4.2 精馏塔简捷模拟计算 (22) 2.4.3 精馏塔严格模拟计算 (25) 2.4.4 T0201精馏塔设计参数及尺寸一览表 (30) 2.4.5精馏塔模拟计算结果汇总 (30) 3 工艺模拟计算结果 (32) 3.1物料及能量衡算一览表 (32) 3.2 产品产量及纯度 (38) 4 环境保护及安全防护 (39) 4.1 安全防护措施及意义 (39) 4.2 环境保护措施及意义 (39) 5 总结 (41) 参考文献 (42) 致谢 ..................................................................................................................... 错误！未定义书签。
煤制甲醇项目(最终版)
雄伟煤化有限公司 60万t/a煤制甲醇项目建议书 项目人员：曾雄伟毛龙龙方建李永朋 时间：2015年10月
第一部分项目背景 甲醇是结构最为简单的饱和一元醇，又称“木醇”或“木精”，是仅次于烯烃和芳烃的重要基础有机化工原料，用途极为广泛。主要用于制造甲醛、二甲醚、醋酸、甲基叔丁基醚( MTBE) 、甲醇汽油、甲醇烯烃等方面。近年来，国内外在甲醇芳烃方面进行了应用。 我国甲醇工业始于20 世纪50 年代，随着国内经济发展的不断增长，甲醇下游产品需求的拉动，甲醇行业发展迅猛。从2004 年到2012 年甲醇产能和产量大幅增长，2012 年产能首次超过5 000 万t，产量也达到2 640 万t。2013 年我国甲醇产能已达5650 万t，产量约2 878 万t，已经成为世界第一大甲醇生产国，见图1。 从甲醇产能的区域分布来看，甲醇的产能主要集中在西北、山东、华北等地区。从2013 年各省市产量分布情况来看，排名前五的有内蒙、山东、陕西、河南及山西，内蒙古精甲醇的产量达563 万t［2］，约占全国总产量20%，其次是山东、陕西、河南和山西，这五省合计约占总产量的63%。内蒙古、山西、陕西等地凭借其资源优势，成为甲醇生
产企业最为青睐的地区，向资源地集中成为我国甲醇产能布局的主导趋势。受资源因素限制，我国的甲醇生产多以煤为原料，并有焦炉煤气和天然气工艺。2013 年我国甲醇产能中，煤制甲醇产能3 610 万t，占比64%，天然气制甲醇产能1 080 万t，占比19%，焦炉煤气制甲醇产能960 万t，占比17%［3］。受国家治理大气污染、加快淘汰钢铁等“两高”行业落后产能以及经济增速放缓等因素的影响，对焦炭的需求将会减少，从而使焦炉煤气制甲醇装置面临原料短缺的局面，因此焦炉煤制甲醇产能会降低。天然气制甲醇装置，则受到天然气供应不足和气价攀升双重制约，也将大幅限产。据金银岛统计数据显示，截至2013 年12月中旬，国内气头装置开工负荷在三成左右，低于国内平均开工水平，甘肃及新疆气头企业普遍停车。2013 年全国甲醇生产企业有300 余家，其中产能在100 万t 以上的企业占总产能的58．9%，形成了神华、中海油、兖矿、远兴能源、华谊、久泰、河南能化、大唐、晋煤、新奥、新疆广汇等18 家百万吨级超大型甲醇生产企业，见表1。这些百万吨甲醇企业大致可以分为三类，第一类是以神华集团、久泰化工为代表的大型化、规模化、基地化的煤制甲醇企业，靠近煤炭资源富集区域，其综合竞争力在当前竞争环境下最强，也符合国家产业政策方向; 第二类是以晋煤集团、河南能源化工集团为代表的，在国内多地分布，有多个较小规模的煤制甲醇装置构成的甲醇企业，在煤价下降的情况下，其竞争力有所提升; 第三类是以“三桶油”为代表的天然气路线企业，在天然气价格高企的情况下，这类企业的产量将受到抑制。
煤制甲醇工艺设计
煤制甲醇工艺流程化设计 主反应为：C + O 2 → C O + C O 2 + H 2 → C H 3O 副反应为： 1 造气工段 （1）原料：由于甲醇生产工艺成熟,市场竞争激烈,选用合适的原料就成为项目的关键,以天然气和重油为原料合成工艺简单，投资相对较少，得到大多数国家的青睐，但从我国资源背景看，煤炭储量远大于石油、天然气储量，随着石油资源紧缺、油价上涨，在大力发展煤炭洁净利用技术的形势下，应该优先考虑以煤为原料,所以本设计选用煤作原料。 图1-1 甲醇生产工艺示意图 （2）工艺概述：反应器选择流化床，采用水煤浆气化激冷流程。原料煤通过粉碎制成65%的水煤浆与99.6%的高压氧通过烧嘴进入气化炉进行气化反应，产生的粗煤气主要成分为CO ，CO 2，H ２等。 2 净化工段 由于水煤浆气化工序制得粗煤气的水汽比高达1.4可以直接进行CO 变换不需加入其他水蒸气，故先进行部分耐硫变换，将CO 转化为CO 2，变换气与未变换气汇合进入低温甲醇洗工序，脱除H 2S 和过量的CO 2，最终达到合适的碳氢比，得到合成甲醇的新鲜气。 CO 反应式： 222CO+H O=CO +H 2423CO H CH H O +?+2492483CO H C H OH H O +?+222CO H CO H O +?+
3 合成工段 合成工段工艺流程图如图1。 合成反应要点在于合成塔反应温度的控制，另外，一般甲醇合成反应10～15Mpa 的高压需要高标准的设备，这一项增加了很大的设备投资，在设计时，选择目前先进的林达均温合成塔，操作压力仅 5.2MPa ，由于这种管壳式塔的催化剂床层温度平稳均匀，反应的转化率很高。在合成工段充分利用自动化控制方法，实行连锁机制，通过控制壳程的中压蒸汽的压力，能及时有效的掌控反应条件，从而确保合成产品的质量。 合成主反应： 23CO+2H =CH OH 主要副反应： 2232CO +3H =CH OH+H O 4 精馏工段 精馏工段工艺流程图见图2。 合成反应的副产主要为醚、酮和多元醇类，本设计要求产品达质量到国家一级标准，因此对精馏工艺的合理设计关系重大，是该设计的重点工作。设计中选用双塔流程，对各物料的进出量和回流比进行了优化，另外，为了进一步提高精甲醇质量，从主塔回流量中采出低沸点物继续进预塔精馏，这一循环流程能有效的提高甲醇的质量。 合 成 塔 驰放气 中压蒸汽 锅炉给水 新鲜气 过热蒸汽去锅炉 甲醇合成工段工艺流 程图 粗甲醇去精馏 氢循环 分 离器 合成操作条件1. 反应压力：5.0MPa 2. 反应温度：250~270℃ 3. 流量： 出口 699.8 kmol/h 入口 783.6 kmol/h 2.24 MPa 5.0 MPa 215 ℃ 5.0 MPa 285℃ 图1 甲醇合成工艺流程图
甲醇工艺流程
甲醇的工艺流程 目前工业上几乎都是采用一氧化碳、二氧化碳加压催化氢化法合成甲醇.典型的流程包括原料气制造、原料气净化、甲醇合成、粗甲醇精馏等工序. 天然气、石脑油、重油、煤及其加工产品(焦炭、焦炉煤气)、乙炔尾气等均可作为生产甲醇合成气的原料.天然气与石脑油的蒸气转化需在结构复杂造价很高的转化炉中进行.转化炉设置有辐射室与对流室,在高温,催化剂存在下进行烃类蒸气转化反应.重油部分氧化需在高温气化炉中进行.以固体燃料为原料时,可用间歇气化或连续气化制水煤气.间歇气化法以空气、蒸汽为气化剂,将吹风、制气阶段分开进行,连续气化以氧气、蒸汽为气化剂,过程连续进行. 甲醇生产中所使用的多种催化剂,如天然气与石脑油蒸气转化催化剂、甲醇合成催化剂都易受硫化物毒害而失去活性,必须将硫化物除净.气体脱硫方法可分为两类,一类是干法脱硫,一类是湿法脱硫.干法脱硫设备简单,但由于反应速率较慢,设备比较庞大.湿法脱硫可分为物理吸收法、化学吸收法与直接氧化法三类. 甲醇的合成是在高温、高压、催化剂存在下进行的,是典型的复合气-固相催化反应过程.随着甲醇合成催化剂技术的不断发展,目前总的趋势是由高压向低、中压发展. 粗甲醇中存在水分、高级醇、醚、酮等杂质,需要精制.精制过程包括精馏与化学处理.化学处理主要用碱破坏在精馏过程中难以分离
的杂质,并调节PH.精馏主要是除去易挥发组分,如二甲醚、以及难以挥发的组分,如乙醇高级醇、水等. 甲醇生产的总流程长,工艺复杂,根据不同原料与不同的净化方法可以演变为多种生产流程. 下面简述高压法、中压法、低压法三种方法及区别 高压法 高压工艺流程一般指的是使用锌铬催化剂,在 300—400℃,30MPa高温高压下合成甲醇的过程.自从1923年第一次用这种方法合成甲醇成功后,差不多有50年的时间,世界上合成甲醇生产都沿用这种方法,仅在设计上有某些细节不同,例如甲醇合成塔内移热的方法有冷管型连续换热式和冷激型多段换热式两大类,反应气体流动的方式有轴向和径向或者二者兼有的混合型式,有副产蒸汽和不副产蒸汽的流程等.近几年来,我国开发了25-27MPa压力下在铜基催化剂上合成甲醇的技术,出口气体中甲醇含量4%左右,反应温度230-290℃. 中压法 中压法是在低压法研究基础上进一步发展起来的,由于低压法操作压力低,导致设备体积相当庞大,不利于甲醇生产的大型化.因此发展了压力为10MPa左右的甲醇合成中压法.它能更有效地降低建厂费用和甲醇生产成本.例如ICI公司研究成功了51-2型铜基催化剂,
煤制甲醇合成工艺毕业设计模板
煤制甲醇合成工艺 毕业设计
资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。 毕业设计 题目：年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计学号： 姓名： 年级：09煤化工 学院： 系别:煤化工系 专业：煤化工指导教师： 完成日期：5月14日
摘要 甲醇是一种极重要的有机化工原料, 也是一种燃料, 是碳一化学的基础产品, 在国民经济中占有十分重要的地位。近年来, 随着甲醇下属产品的开发, 特别是甲醇燃料的推广应用, 甲醇的需求大幅度上升。为了满足经济发展对甲醇的需求, 开展了此20 万t/a 的甲醇项目。设计的主要内容是进行工艺论证, 物料衡算和热量衡算等。本设计本着符合国情、技术先进和易得、经济、环保的原则, 采用煤炭为原料; 利用GSP 气化工艺造气; NHD 净化工艺净化合成气体; 低压下利用列管均温合成塔合成甲醇; 三塔精馏工艺精制甲醇; 另外严格控制三废的排放, 充分利用废热, 降低能耗, 保证人员安全与卫生。 关键词: 甲醇、合成。
目录 1总 论 ............................................................... ? (4) 1.1 甲醇性质 (4) 1.2 甲醇用途 (4) 1.3 醇生产原 料 (4) 2 甲醇的合 成 (5) 2.1 甲醇合成的基本原 理 (5) 2.1.1 甲醇合成反应步骤 (5) 2.1.2 合成甲醇的化学反 应 (5)
2.1.3 甲醇合成反应的化学平 衡 (6) 3 甲醇合成的催化 剂 (6) 3.1 工业用甲醇合成催化 剂 (7) 4 甲醇合成的工艺条 件 (9) 4.1 反应温度 (9) 4.2 压力 (10) 4.3 空速 (10) 4.4 气体组 成 (11) 5 甲醇合成的工艺流 程 (12) 5.1 甲醇合成的方法 (12) 5.2 甲醇合成塔的选