60万ta煤制甲醇项目co变换工段初步设计设计说明书.doc

摘 要本设计是年产60万吨煤制甲醇项目一氧化碳变换工段的初步设计它的主要任务是调整C/H比，以满足后续的合成需求本设计以非饱和塔型全低温耐硫不完全变换为基础，采用钴钼系催化剂对来自煤直接气化的粗煤气进行CO变换设计的原则是技术先进、工艺成熟、经济合理、安全环保，在充分论证国内外各种先进生产方法、工艺流程和设备配置基础上，选用煤气化来的粗煤气进行CO变换，设计的内容包括生产工艺设计论证、工艺计算、设备设计选型及流程图、平面布置图、设备图的绘制；此外，在设计中充分考虑环境保护和劳动安全等非工艺部分最后通过经济评估，本设计能够达到要求的经济效益关键词：煤制甲醇 CO 变换 碳氢比AbstractThis design is the annual output of 60 million tons of coal methanol carbon monoxide shift conversion section of the preliminary design. Its main task is to adjust the C / H ratio, the synthesis of the follow-up to meet demand. The design process for the work of all non-saturated low-temperature sulfur-tolerant tower is not completely transformed into discussion, the use of cobalt-molybdenum catalysts Gasification of coal directly from coal gas for CO conversion. Design principles are technologically advanced, mature technology, economical, safe environment, fully demonstrated at home and abroad in a variety of advanced production methods, process and device configuration based on the use of coal gasification to transform the crude gas to CO, the design includes production process design argument, process calculation, equipment selection and design of flow charts, floor plans, equipment, mapping; In addition, full consideration in the design of environmental protection and labor safety and other non-process part. Finally, economic evaluation, designed to meet the requirements of the economic benefits.Keywords: coal to methanol carbon monoxide transform ratio of carbon and hydrogen61目 录摘 要 IAbstract II第1章 总 论 11.1 概述 11.1.1 煤制甲醇的可行性 11.1.2 设计的目的和意义 11.1.3 变换气的要求 21.2 工艺比较 31.2.1 全低变工艺 31.2.2 无饱和塔型变换工艺 71.2.3 Shell粉煤气化制甲醇一氧化碳变换工艺 91.2.4 变换兼COS水解工艺 101.2.5 变换兼硫化物加氢工艺 111.2.6 小结 121.3 设计范围、装置组成及建设规模 121.3.1 设计的范围 121.3.2 生产装置组成 131.3.3 建设规模 13第2章 工艺详述 142.1 一氧化碳变换系统流程 142.2 一氧化碳变换系统影响因素 152.2.1 压力 152.2.2 温度 162.2.3 水汽比 162.2.4 空速 172.2.5 CO2的影响 172.2.6 副反应的影响 172.2.7 入口温度 182.2.8 催化剂活性 182.2.9 煤气中CO的含量 182.3 操作制度 192.3.1 入口温度的控制 192.3.2 床层温度的控制 192.3.3 出口CO指标的控制 192.3.4 变换炉压差 202.4 一氧化碳变换系统中存在的问题 20第3章 工艺计算 213.1 原始数据 213.2 变换炉工艺参数计算 213.2.1 1#变换炉工艺参数计算 213.2.2 2#变换炉工艺参数计算 243.2.3 3#变换炉工艺参数计算 263.3 物料衡算及热量衡算 273.3.1 变换炉物料衡算及热量衡算 273.3.2 气体增湿器物料衡算及热量衡算 303.3.3 废热锅炉物料衡算及热量衡算 31第4章 主要设备的工艺计算和设备选型 344.1 变换炉的工艺计算 344.1.1 已知条件 344.1.2 1#变换炉 354.1.3 2#变换炉 374.1.4 3#变换炉 394.2 废热锅炉的工艺计算 424.2.1 筒体内径的计算 424.2.2 传热系数的计算 434.3 气体增湿器的确定 474.4 开工加热器的确定 474.5 原料气预热器的确定 474.6 预变换炉的确定 474.7 蒸汽预热器的确定 474.8 甲烷化入口加热器 484.9 CO变换工段设备一览表 48第5章 车间布置说明 505.1 车间布置原则 505.2 哈尔滨地区的自然条件 505.2.1 气象条件 515.2.2 地震烈度 515.3 车间布置的方案 525.3.1 厂房的平立面布置 525.3.2 车间辅助室和生活室的布置 525.3.3 设备的布置方案 52第6章 非工艺部分要求 546.1 公用工程 546.1.1 土建 546.1.2 给排水及热力 546.1.3 电力、电信系统 556.1.4 自控仪表 556.2 环境保护及安全卫生 556.2.1 三废处理 556.2.2 安全生产 566.3 节能 57结束语 58致 谢 59参考文献 60第1章 总 论1.1 概述1.1.1 煤制甲醇的可行性 甲醇的原料来源早期是木材。

木材的主要成分是纤维、半纤维和木质素 把木材置入密闭的设备中，隔绝空气加热可生成木炭、一氧化碳、甲醇、醋酸等产品随着木材资源的愈来愈宝贵，各国科学家都在寻求制造甲醇的新方法和新原料1923年德国开发出在高温、高压以及锌络催化剂的作用下，用CO和H2合成甲醇的方法,并实现了工业化生产随着技术的进步和研究的深入，中温、中压催化合成和低温低压催化合成甲醇等新技术和新工艺，节约了能耗，扩大了单系列装置的生产能力，为煤制甲醇的产业化、规模化提供了技术基础 50年代初，石油的大量发现和开发，天然气成为制取甲醇的主要原料，煤制甲醇技术一度停滞但随着时间的推移，70年代的石油危机和现今的原油价格的直线飚升，给依赖石油和天然气生产甲醇带来了困难，因而甲醇原料的来源又转向了蕴藏丰富、价格低廉的煤炭资源，而且任何品种的煤，都可生产甲醇在科学技术的不断进步下，更新改造的新型气化炉（水煤浆加压气化的德士古炉、粉煤加压气化的谢尔炉等）为各种煤的气化提供了先进的设备；液相超临界萃取、纳米高活性高选择性催化剂，为提高甲醇转化率和甲醇下游产品的合成提供了技术条件；甲醇汽车的研制成功和逐步推广，为煤制甲醇提供了巨大的潜在市场。

因此，煤炭成为生产甲醇的主要的、可靠的、经济的原料，煤制甲醇在经济和技术上都是可行的[1] 1.1.2 设计的目的和意义 1. 设计目的变换工段的主要目的：(1)调节氢碳比使（H2-CO2）/（CO+CO2）=2左右是指甲醇合成时新鲜合成气的氢碳比，也就是净化之后、合成之前的氢碳比，该比例的达到还要借助于净化工段二氧化碳的吸收、排除（以水煤浆等煤气化的）或补充（以焦炉煤气或天然气为原料的），单是在变换工段达不到此比例2)将合成气中的有机硫变成无机硫（H2S）更有利于其吸收 2. 设计意义变换工段的主要意义：变换在煤化工行业中无论是甲醇还是合成氨都是必须的，因为造气不可能没有CO，对于合成氨和甲醇来说这种气体的成分是有限制的所以大多会结合自己工艺的特点选择深度和浅度变换对于甲醇厂或联醇单位由于适当的CO可以增加企业效益以及节约蒸汽，降低产品的能耗，以及耐硫低变催化剂的工业化生产，所以现在全低变工艺比较流行不过在实际的生产中，如果是联醇，如果甲醇工号的触媒活性好，同时甲醇市场特别好，比如前段时期，甲醇价格到4000左右时，可以适当降低变换负荷，提高出口的CO，增加甲醇产量，来达到最大的企业利益。

1.1.3 变换气的要求由水煤浆、天然气、渣油、制取的粗原料气中，总是含有一定量的CO，例如，水煤浆、重油气化制得的半水煤气含一氧化碳40%～45%，天然气蒸汽转化法制得的半水煤气含一氧化碳12%～14%，固体燃料气化制得的半水煤气含一氧化碳25%～40%,但因原料气的用途不同，对CO的含量要求也不同这就需要通过一氧化碳变换工艺来调整原料气中CO的比例一氧化碳变换是指一氧化碳与水蒸气反应生成氢气的过程即CO+H2O→CO2+H2+41.17KJ/mol反应后的气体称为变换气这样，既能把一氧化碳变为易于清除的二氧化碳，同时又能制得与反应了的一氧化碳等摩尔的氢，而所消耗的只是廉价的水蒸气工业上CO变换反应都是在催化剂存在条件下进行，六十年代以前，在合成氨工业中，都是将原料气中的H2S和SO2等硫化物在被脱除的情况下，用以Fe2O3为主体的催化剂，在350℃～550℃的条件下进行变换反应，但约有2%～4%的CO存在于变换气中六十年代以后，研究出了活性更高的一氧化碳变换催化剂，但这些催化剂的抗毒性差随着渣油、水煤浆气化工艺的发展，针对直接回收热能的激冷流程，如果仍然用传统的先脱硫、后脱碳的方法，势必将以蒸汽状态回收的大量热能损失掉。

为了充分发挥利用水煤浆气化反应热，有必要使一氧化碳变换直接串于水煤浆加压气化制取原料气之后，而将硫在一氧化碳变换之后脱除因而开发了活性更高的以Co-Mo系为主体的中温变换催化剂，操作温度在220℃～450℃的条件下进行变换反应[2]1.2 工艺比较随着甲醇应用市场的开拓，化工企业对甲醇生产的投入逐步加大，旧装置的改造、新装置的建成，甲醇产量日益增加从1912年将铁系催化剂应用于变换反应，从而实现工业化生产，它在工业上的应用显得更为重要开始人们只不过把变换得氢气用于点灯、焊接、冶炼等方面随着合成氨、合成甲醇、合成汽油等工业的发展，变换反应就成为制备廉价氢气和调节CO和H2的比。