毕业论文-年产10万吨甲醇合成工艺流程设计

毕业论文-年产10万吨甲醇合成工艺流程设计内容摘要：

与氧气的比例控制反应温度高于煤的灰熔点。 离开反应室的高温气体在激冷器中用水激冷，激冷水由碳洗涤塔引入，气体被水蒸气饱和，同 时将反应中产生的大部分煤灰和少量未反应的碳以灰渣形式除去。 根据灰渣粒度大小分为粒渣和细渣两种，粒渣在激冷器中沉积，通过灰渣锁斗定期与水一同排入灰渣收集槽，细渣以灰水形式连续排出。 离开激冷器的粗煤气通过文丘里洗涤器和洗涤塔除去灰尘和冷却后去 CO变换工序，所得水煤气的组成为： CO44%～ 51%， CO213%～ 18%， H235%～ 36%， %， %，硫化物%。 德士古煤气化工艺流程示意图如下图。 第二章 工艺概述 11 净化工段 由于水煤浆气化工序制得粗煤气的水汽比高达 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 [4]。 CO 反应式： 2 2 2C O +H O =C O +H 2. 合成工段 经过净化的原料气，经预热加压，于 5 Mpa、 220 ℃ 下，从上到下进入 Lurgi 反应器，在铜基催化剂的作用下发生反应，出口温度为 250 ℃ 左右，甲醇 7%左右，因此，原料气必须循环。 甲醇的合成是可逆放热反应， 为使反应达到较高的转化率，应迅速移走反应热，本设计采用 Lurgi 管壳式反应器，管程走反应气，壳程走 4MPa 的沸腾水。 甲醇合成的工艺流程： 第二章 工艺概述 12 这个流程是德国 Lurgi 公司开发的甲醇合成工艺，流程采用管壳式反应器，催化剂装在管内，反应热由管间沸腾水放走，并副产高压蒸汽，甲醇合成原料在离心式透平压缩机内加压到 MPa (以 1： 5 的比例混合 ) 循环，混合气体在进反应器前先与反应后气体换热，升温到 220 ℃ 左右，然后进入管壳式反应器反应，反应热传给壳程中的水，产生的蒸汽进入汽包，出塔气温度约为 250 ℃ ， 含甲醇 7%左右，经过换热冷却到 40 ℃ ，冷凝的粗甲醇经分离器分离。 分离粗甲醇后的气体适当放空，控制系统中的惰性气体含量。 这部分空气作为燃料，大部分气体进入透平压缩机加压返回合成塔，合成塔副产的蒸汽及外部补充的高压蒸汽一起进入过热器加热到 50 ℃ ，带动透平压缩机，透平后的低压蒸汽作为甲醇精馏工段所需热源。 合成主反应： OHCHHCO 322  主要副反应： OHOHCHHCO 2322 3  3. 精馏 工段 精馏工段工艺流程图如下图所示。 第二章 工艺概述 13 本设计采用三塔精馏工艺流程。 此流程采用了有效的精馏方法，从粗甲醇中分离出水、乙醇和其它有机杂质，得到的高纯度精甲醇产品中甲醇含量达到 %。 如上图所示，粗甲醇进入预精馏塔 1 前，先在粗甲醇换热器中，用蒸汽冷凝液将其预热至 65℃，粗甲醇在预精馏塔 1 中除去其中残余溶解气体及低沸物。 塔顶设置两个冷凝器5。 将塔内上升气中的甲醇大部分冷凝下来进入预塔回流槽 4，精预塔回流泵 8 送入塔 1 顶作回流。 不凝气、轻组分及少量甲醇蒸汽通过压力调节后至加热炉作燃料。 预精 馏塔 1塔底由低压蒸汽加热的热虹吸式再沸器向塔内提供热量。 由预精馏塔 1 塔底出来的预后甲醇，经加压塔进料泵升压后，进入第一主精馏加压塔2，塔顶甲醇蒸汽进入冷凝再沸器 7，即第一精馏加压塔 2的气相甲醇又利用冷凝潜热加热第二精馏常压塔 3 的塔釜，被冷凝的甲醇进入回流槽 4，在其中稍加冷却，一部分由加压塔回流泵 8升压至约 送至加压塔作回流液，其余部分经加压塔精甲醇冷却器 9冷却至 40℃后作为成品送至精甲醇计量槽。 加压塔 2 用低压蒸汽加热的热虹吸式再沸器向塔内提供热量，通过低压蒸汽的加入量来控制塔的操作温度。 加压塔 操作压力约为 ，塔顶操作温度约为 121℃，塔底操作温度约为 127℃。 由加压塔 2 塔底排出的甲醇溶液送至第二主精馏常压塔 3 下部。 从常压塔塔顶出来的第二章 工艺概述 14 甲醇蒸汽经常压塔冷凝器冷凝冷却到 40℃后，进入常压塔回流槽，再经常压塔回流泵加压，一部分送至常压塔塔顶作回流，其余部分送至精甲醇计量槽。 常压塔塔顶操作压力约为，塔顶操作温度约为 ℃，塔底操作温度约 ℃。 常压塔的塔底残夜另由汽提塔进料泵加压后进入废水汽提塔，塔顶蒸汽经汽提塔冷凝器冷凝后，进入汽提塔回流槽，由汽提塔回流泵加压，一 部分送废水汽提塔塔顶作回流，其余部分经汽提塔甲醇冷却器冷却器冷却至 40℃，与常压塔 3采出的精甲醇一起送至产品计量槽。 如果采出的精甲醇不合格，可将其送至常压塔进行回收，以提高甲醇蒸汽的回收率。 汽提塔塔底用低压蒸汽加热的热虹吸式再沸器向塔内提供热量，塔底下部设有测线，采出部分杂醇油，并与塔底排出的含醇废水一起进入废水冷却器冷却到 40℃，由废水泵送至污水生化处理装置。 第三章 工艺计算 15 第三章 工艺计算 1. 甲醇生产的物料平衡计算 合成塔物料平衡计算 已知：年产 100000 吨精甲醇，每年以 320 个工作日计算。 精甲醇中甲醇含量（ wt):% 粗甲醇组成（ wt)[lurgi 低压合成工艺 ] 甲醇： % 二甲醚： % 异丁醇： % 水： % 所以，时产精甲醇： hkg / 1000100000  时产粗甲醇： hkg /% %  根据粗甲醇组分，算得各组分的生成量为： CH3OH(32) (CH3)2O(46) C4H9OH(74) H2O(18) 合成甲醇的化学反应为： 主反应： OHCHHCO 322  ① 副反应： OHOCHHCO 2232 )(42  ② OHCHHCO 2423  ③ OHOHHCHCO 2942 384  ④ OHCOHCO 222  ⑤ 生产中，测得每生产 1吨粗甲醇生成甲烷 ，即 ,故 CH4每小时生成量为： =，即 ,。 第三章 工艺计算 16 忽略原料气带入份，根据②，③， ④得反应⑤生成的水的量为： =，即在 CO 逆变换中生成的水为 ,即。 ,40℃时 各组分在甲醇中的溶解度见表 31。 表 31 ,40℃时各组分在甲醇中的溶解度 组分 H2 CO CO2 N2 Ar CH4 溶解度 m3/h 0 根据以上计算，则粗甲醇生产消耗量及生产量及组成见表 32。 表 32 甲醇生产消耗量及生产量及组成 消耗方式 单位 消耗物料量 生成物料量 合计 CO H2 CO2 N2 CH4 CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 消耗 生成 ① 式 kmol m3 ② 式 kmol m3 ③ 式 kmol m3 ④ 式 kmol m3 ⑤ 式 kmol m3 气体溶解 m3 0 合计 m3 消耗组成 % （ v) 生成质量 kg 生成组成 % （ wt) 100 第三章 工艺计算 17 设新鲜气量为 G 新鲜气 ，驰放气为新鲜气的 9%。 G 新鲜气 =G 消耗气 +G 驰放气 =G 消耗气 + 新鲜气 =+ 新鲜气 G 新鲜气 =表 33 新鲜气组成 组分 H2 CO CO2 N2 总计 m3 组成 % 100 测得，甲醇合成塔出塔气中含甲醇 %。 设出塔气量为 G 出塔。 又知醇后气中含醇 %。 所以： %% 10 出塔醇后G G hmGGGG CH / 1 2 0 4 8 3 4 9 7 34  消耗气新鲜气醇后 hmG / 2 8 2 1 7 3出塔 hm GGGGGG CH/ 4  溶解生成醇后出塔循环气 甲醇生产循环气量及组成见表 34。 表 34 甲醇生产循环气量及组成 hmGGG / 4 8 4 6 3 4 9 1 4 9 6 4 3 新鲜气循环气入塔 表 35 甲醇生产入塔气流量及组成 组分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH H2O 合计 流量 m3/h 组成 % 100 组分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH H2O 合计 流量 m3/h 组成 % 100 第三章 工艺计算 18 又由 生成消耗入塔出塔 GGGG  ，得表 36。 表 36 单位： hm/3 甲醇分离 器出口气体和液体产品的流量及组成见表 37。 表 37 甲醇分离器出口气体和液体产品的流量及组成 甲醇精馏的物料平衡计算 已知：精甲醇的甲醇质量分数为 % hkg / 1000100000  表 38 粗甲醇组成表 成分 CH3OH (CH3)O C4H9OH H2O 合计 组成 % 100 预塔的物料衡算 组分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH H2O C4H9OH （ CH3） 2O 合计 入塔 消耗 生成 出塔 组成 % 微 100 组分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 合计 损失 0 出气 组成 % 100 出液 kg 组成 % 100 第三章 工艺计算 19 (1) 进料 A 粗甲醇： hkg /% %  B 碱液：为了防止工艺管路和设备的腐蚀，先以 8%的氢氧化钠溶液和粗甲醇中的酸性物质反应，使其呈弱碱性。 每吨粗甲醇的耗碱量按 计算。 则消耗氢氧化钠： hkg /3 8 4 7 9  换成碱液： hkg /%83 8  C 软水： 软水的加入量按精甲醇的 20%计，则需补加软水 : hkg / 5 8 8%% 3 0 2 0  将以上计算结果列表 39。 表 39 预塔进料组成表 物料量： kg/h CH3OH H2O NaOH (CH3)2O C4H9OH 合计 粗甲醇 碱液 软水 (2)出料 A 塔底： 甲醇 B 塔底水：粗甲醇含水 碱液带水： 软水： 合计： C 塔底异丁醇及高沸物： D 塔顶二甲醚及低沸物： 表 310 物料量： kg/h CH3OH H2O NaOH (CH3)2O C4H9OH 合计 塔顶 塔底 合计 第三章 工艺计算 20 主塔的物料平衡 按照加压塔和常压塔的采出量之比 2:3 计算，常压塔釜液含甲醇 1%。 (1) 进料 A 加压塔：预后粗甲醇 B 常压塔： hkg / 1 2 4 59 9 9  (2) 出料 A 加压塔：塔顶 hkg / 2 0 89 9 9  塔釜 hkg / 1 2 4 2 0 6 4 5 3  B 常压塔：塔顶 hkg / 7 3 49 9 9  塔釜 甲醇 水 NaOH 高沸物 根据以上计算得到表 311。 表 311 甲醇精馏塔物料平衡汇总（单位： kg/h) 成分 物料 加压塔顶出料 常压塔顶出料 常压塔釜出料。