年产30万吨煤制甲醇合成工段初步设计书.doc

年产30万吨煤制甲醇合成工段初步设计书 年产30万吨煤制甲醇合成工段初步设计书目录第1章 概述 41.1甲醇性质 41.2甲醇用途 41.3甲醇生产工艺的发 41. 4甲醇生产原料 5第2章 工艺流程设计 62.1合成甲醇工艺的选择 62.1.1甲醇合成塔的选择 62.1.2催化剂的选用 62.1.3合成工序工艺操作条件的确定与论证 8第3章 工艺流程 103.1甲醇合成工艺流程 10第4章 工艺计算 124.1物料衡算 124.1.1合成工段 134.2能量衡算 184.2.1煤发电量 184.2.2合成工段 18第5章 主要设备的计算和选型 225.1甲醇合成塔的设计 225.2水冷器的工艺设计 255.3循环压缩机的选型 285.4气化炉的选型 285.5甲醇合成厂的主要设备一览表 28第6章 合成车间设计 296.1厂房的整体布置设计 296.2合成车间设备布置的设计 29第7章 设计结果评价 30参考文献 31致 谢 32第1章 概述1.1甲醇性质 甲醇俗称木醇、木精,英文名为methanol,分子式CH3OH是一种无色、透明、易燃、有毒、易挥发的液体,略带酒精味;分子量32.04,相对密度0.7914d420,蒸气相对密度1.11空气1,熔点-97.8℃,沸点64.7℃,闪点(开杯)16℃,自燃点473℃,折射率20℃1.3287,表面张力(25℃)45.05mN/m,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1.2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。

1.3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 1923年德国BASF公司首先用合成气在高压下实现了甲醇的工业化生产,直到1965年,这种高压法工艺是合成甲醇的唯一方法1966年英国ICI公司开发了低压法工艺,接着又开发了中压法工艺1971年德国的Lurgi公司相继开发了适用于天然气-渣油为原料的低压法工艺由于低压法比高压法在能耗、装置建设和单系列反应器生产能力方面具有明显的优越性,所以从70年代中期起,国外新建装置大多采用低压法工艺世界上典型的甲醇合成工艺主要有ICI工艺、Lurgi工艺和三菱瓦斯化学公司MCC工艺目前,国外的液相甲醇合成新工艺具有投资省、热效率高、生产成本低的显著优点,尤其是LPMEOHTM工艺,采用浆态反应器,特别适用于用现代气流床煤气化炉生产的低H2/CO+CO2比的原料气,在价格上能够与天然气原料竞争 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95 kt/a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200 kt/a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. 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镏脱除甲醚,再精镏而得成品甲醇 自1923年开始工业化生产以来,甲醇合成的原料路线经历了很大变化20世纪50年代以前多以煤和焦碳为原料;50年代以后,以天然气为原料的甲醇生产流程被广泛应用;进入60年代以来,以重油为原料的甲醇装置有所发展。

对于我国,从资源背景看,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,因此在大力发展煤炭洁净利用技术的背景下,在很长一段时间内煤是我国甲醇生产最重要的原料[4] 第2章 工艺流程设计甲醇合成合成气净化甲醇精馏煤制合成气图1 煤制甲醇的简单工艺流程 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2.1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2.1.1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: (1)冷激式合成塔 (2)冷管式合成塔 (3)水管式合成塔 (4)固定管板列管合成塔 (5)多床内换热式合成塔 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(日产量为650吨左右),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2.1.2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,降低成本随着脱硫技术的发展,使用铜基催化剂己成为甲醇合成工业的主要方向,锌基催化剂已于80年代中期淘汰 表1国内外常用铜基催化剂特性对比[10]催化剂型号 组分/% 操作条件CuO ZnO Al2O3 压力/MPa 温度/℃英国ICI 51-3 60 30 10 7.8-11.8 190~270德国LG104 51 32 4 4.9 210~240美国C79-2 - - - 1.5-11.7 220~330丹麦LMK 40 10 - 9.8 220~270中国C302系列 51 32 4 5.0-10.0 210~280中国XCN-98 52 208 5.0~10.0 200~290 从表的对比可以看出,国产催化剂的铜含量已提50%以上。

制备工艺合理,使该催化剂的活性、选择性、使用寿命和机械强度均达到国外同类催化剂的先进水平,并且价格较低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,运行情况良好它是一种高活性、高选择性的新催化剂用于低温、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5.0~10.0 MPa催化剂主要物化性质: 催化剂由铜、锌和铝等含氧化合物组成 外 观: 有色金属光泽的圆柱体 堆积密度: 1.3~1.5kg/L 外型尺寸: 54.5~5mm 径向抗压强度:≥200N/cm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.h 250℃时:催化剂的时空收率≥1.55 kg/L.h 在正常情况下,使用寿命为2年以上2.1.3合成工序工艺操作条件的确定与论证(1)操作温度 甲醇合成催化床层的操作温度主要是由催化剂的活性温度区决定的设计中采用的甲醇合成催化剂为国产的铜系XCN-98,由它的性质可知:适合使用的温度范围为200~290℃。

2)操作压力 近年来普遍使用的铜基甲醇合成催化剂,其活性温度范围在200~300℃,有较高的活性,对于规模小于30万吨/a的工厂,操作压力一般可降为5Mpa左右;对于超大型的甲醇装置,为了减少设备尺寸,合成系统的操作压力可以升至10Mpa左右设采用的是低压法(入塔压强为5.14MPa)合成甲醇3)气体组成 对于甲醇合成原料气,即合成工序的新鲜气,应维持f(H2-CO2)/CO+CO22.10~2.15,并保持一定的CO2由于新鲜气中(H2-CO2)/CO+CO2略大于2,而反应过程中氢与一氧化碳、二氧化碳的化学计量比分别为2:1和3:1,因此循环气中(H2-CO2)/CO+CO2远大于2合成塔中氢气过量,对减少副反应是有利的 甲醇合成过程中,需要一定的二氧化碳存在以保持催化剂的高活性一般不超过5%4)空速: 空速不仅是一个和合成回路气体循环量相关联的工艺控制参数,也是一个影响综合经济效益的变量甲醇合成过程中,首先甲醇合成塔内的气体空速必须满足催化剂的使用要求,国产铜基催化剂,一般要求气体空速在8000~20000h-1之间空速过低,结炭等副反应加剧,空速过高,系统阻力加大或合成系统投资加大,能耗增加,催。