年产8万吨甲醇的生产工艺设计毕业论文(编辑修改稿)

年产8万吨甲醇的生产工艺设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

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]。 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 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。 3 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。 20xx 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 20xx 年获得国家技术发明二等奖。 20xx 年，该技术成功应用于国内首家焦炉气制甲醇装置上 [2]。 甲醇的合成方法 常用的合成方法 当今甲醇生产技术主要采用中压法和低压法两种工艺，并且以低压法为主， 这两种方法生产的甲醇约占世界甲醇产量的 80%以上。 高压法： ()是最初生产甲醇的方法，采用锌铬催化剂，反应温度 360400˚C，压力。 高压法由于原料和动力消耗大，反应温度高，生成粗甲醇中有机杂质含量高，而且投资大，其发展长期以来处于停顿状态。 低压法： ()是 20 世纪 60 年代后期发展起来的甲醇合成技术，低压法基于高活性的铜基催化剂，其活性明显高于锌铬催化剂，反应温度低 (240270˚C)。 在较低压力下可获得较高的甲醇收率，且选择性好，减少 了副反应，改善了甲醇质量，降低了原料消耗。 4 此外，由于压力低，动力消耗降低很多，工艺设备制造容易。 中压法： ( MPa)随着甲醇工业的大型化，如采用低压法势必导致工艺管道和设备较大，因此在低压法的基础上适当提高合成压力，即发展成为中压法。 中压法仍采用高活性的铜基催化剂，反应温度与低压法相同，但由于提高了压力，相应的动力消耗略有增加。 目前，甲醇的生产方法还主要有 ① 甲烷直接氧化法： 2CH4+O2→2CH 3OH.② 由一氧化碳和氢气合成甲醇， ③ 液化石油气氧化法。 本设计所采用的生产 方法 本设计遵循：“ 符合国情、技术先进、经济环保 ” 的原则，在综合分析诸多甲醇生产方法的基础上，采用“以天然气 为原料，经脱硫二段转化 合成气，在管壳式合成塔 中 合成甲醇”的技术路线，精甲醇的生产采用“ 双塔 精馏工艺 ”。 此外，即严格控制“三废”的排放、空气中甲醇的含量以及保证生产安全、环境卫生等方面参照国内外先进经验和方法。 生产方案与工艺流程设计 在天然气经加热到 380˚C— 400˚C 时，进入填装有钴钼催化剂和氧化锌的脱硫罐中脱去硫化氢及有机硫，使硫含量降到 微克每克以下，接着原料气配入水蒸气后于 400˚C下进入转化炉的对流段，进一步预热到 500˚C— 520˚C，然后进入装有镍催化剂的转化管，在管内继续被管外的燃烧气加热，进行转化反应。 离开转化管底部的温度为 800˚C— 820˚C，经吸收一些热量以后，使温度升到 850˚C— 860˚C，并配入少量水蒸气，然后与 450˚C 的红旗混合进入二段转化炉，在顶部燃烧区燃烧，放热，温度升到 1200˚C 左右。 再通过催化剂床层继续转化并吸热，然后离开二段转化炉，即得所需合成气，合成气此时成分含量为CH4 %， %， %， %， %， %。 然后合成气经热量吸收后，被压缩到 ，加热为 225˚C 后输入固定管板列管合成塔反应，合成塔出口甲醇浓度为 — 4%[3]。 出塔合成气与入塔气换热后进入甲醇冷却器。 用水冷却至 40˚C 以下以冷凝出甲醇。 合成气于分离甲醇后循环使用。 甲醇分离器出来的粗甲醇经过双 塔精馏，产品纯度可达到 %，即得合格的精甲醇产品。 经综合分析甲醇生产的各种工艺路线，本设计选用：以天然气为原料，经脱硫 二段转化 合成 气，在低压下、固定管板列管合成塔中合成甲醇；精甲醇的生产采用“双 塔精馏工5 艺”的技 术路线。 工艺流程 简述 天然气 脱硫 → 合成气压缩 → 甲醇合成 → 甲醇精馏 图 天然气 制甲醇的简单工艺流程 工艺流程简述：首先是采用凯洛格法气化工艺将原料天然气转化为合成气；原料天然气先用 ZnO 脱硫，再通过二段转化炉变为合成气；其次就是甲醇的合成，将合成气加压到，升温到 225˚C 后输入列管式等温反应器中，在 C3O2 催化剂的作用下合成甲醇，再就是甲醇的精馏，本工艺采 用双 塔精馏工艺将粗甲醇精制得到精甲醇。 甲醇合成工艺流程简述 图 合成工段流程图 现在国内大多数 采用 Lurgi 工艺采用管壳式合成塔，管内填装催化剂，管间为~ 的沸腾水，反应气体走管内，反应热 经管壁传递给管间的沸水，产生蒸汽。 管中心的温度与沸水温度相差不大于 10 摄氏度 ，反应压力 为 5~10MPa，催化剂使用德国南方公司的铜基催化剂，粗甲醇的回收则是通过冷凝的方式来完 成，如图 所示。 甲醇合成气经压缩机升至 ，与循环气以 1:5 的比例混合经热交换器加热至 220~230˚C，含甲醇 7%左右、温度约 250˚C 的出塔气，经换热冷却 85˚C，再经水冷却，进分离塔分离，得到的粗甲醇进入甲醇储 罐；未反应的气体循环使用，以提高转化率。 在实际生产中为了出塔气入塔气粗甲醇出分离器气体循环气弛放气新鲜气6 是合成回路中的惰性气体含量维持在一定范围内，再进循环机前驰放一股未反应的气体作为燃料，绝大部分气体进入压缩机与新鲜的合成气混合返回合成塔循环使用。 Lurgi 工艺主要优点如下：反应器内催化剂床层温度分布均匀，大部分床层的温度在250~255˚C 之间；由于传热面与床层体积比大，传热迅速，床层同平面温度小，有利于延长催化剂寿命，并允许原料气中含较高的 CO； 催化剂床层的温度可以通过调节汽包蒸汽压力进行控制，效果精确、灵敏；可以回收高位热能，能量合理利用；反应 器出口甲醇含量高；设备紧凑，开停车方便；反应的副反应少，粗甲醇中杂质少。 铜基催化剂的主要特征 ： 铜基催化剂是一种低温低压甲醇合成催化剂，其主要成分为23Cu O / ZnO / A l O， 低中压法操作温度为 210～ 300 度，压力为 5MPa～ 10MPa，比传统的合成工艺温度低得多，对甲醇平衡有利。 其特点是： （ 1） 活性好，单程转化率为 7%～ 8%；（ 2） 选择性好，大于 99%，之杂质只有微量的甲烷、二甲醚、甲酸甲酯，易于得到高纯度的精甲醇； （ 3） 耐高温型差、对硫敏感 [4]。 甲醇精馏工艺 流程简述 1 预精馏塔； 2 主精馏 图 精馏工段流程图 7 来自甲醇合成装置的粗甲醇 （ 74˚C， ） ，通过预塔进料泵，进入预精馏塔，预塔再沸器用 的低压蒸汽加热，低沸点的杂质如二甲醚等从塔顶排出，冷却分离出水后作为燃料；回收的甲醇液通过预塔回流泵作为该塔回流液。 预精馏塔底部粗甲醇液经加压塔进料泵进入加压精馏塔，加压塔再沸器以 低压蒸汽作为热源，加压塔塔顶馏出甲醇气体 （ ， 122˚C） 经常压塔再沸器后，甲醇气被冷凝， 精甲醇回到加压塔回流槽，一部分精甲醇经加压塔回流泵 ， 回到加压精馏塔作为回流液，另一部分经加压塔甲醇冷却器冷却后进入精甲醇计量槽中。 加压精馏塔塔底釜液 （ ， 125˚C） 进入常压精馏塔，进一步精馏。 常压塔再沸器以加压精馏塔塔顶出来的甲醇气作为热源。 常压精馏塔顶部排出精甲醇气 （ ， 67˚C） ，经常压塔冷凝冷却器冷凝冷却后一部分回流到常压精馏塔，另一部分打到精甲醇计量槽内贮存。 产品精甲醇由精甲醇泵从精甲醇计量槽送至精甲醇贮罐装置 [5]。 8 第二章 工艺计算 工艺技术参数 原料天然气规格 原料天然气的成份分析为 V%： CH4 、 C2H6 、 C3H8 、 CO2 、 N2 ，其他杂质 [6]。 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 ，出塔压力 ，副产品蒸汽压力 ，入塔温度 225˚C，出塔温度 255˚C。 工艺设计为年产精甲醇 8 万吨，开工时间为每年 300 天，采用连续操作，则每小时精甲醇的产量为 吨，即。 通过双塔高效精馏工艺，精甲醇的纯度可达到 %，符合精甲醇国家一级标准。 双塔精馏工艺中甲醇的收率达 97%。 则入预精馏塔的粗甲醇中甲醇量 / =。 由粗甲醇的组成通过计算可得下表： 表 粗甲醇组成 组分 百分比 产量 甲醇 % 二甲醚 % kmol/h 即 高级醇（以异丁醇计） % 高级烷烃（以辛烷计） % 水 % 粗甲醇 100% 计算方法：粗甲醇 =二甲醚 = 1000% = 高级醇（以异丁醇计） = 1000% = 高级烷烃（以辛烷计） =1000% = kg/h 即 9 水 = 1000% = 产品质量标准 本产品（精甲醇）执行国家 GB338— 92 标准 [7]， 具体指标见表 ： 表 产品指标 项 目 指标 优等品 一等品 合格品 色度（铂 — 钴），号 ≤ 5 10 密度 （ 200C）， g/cm3 — — 沮度范围 (00C,101325Pn),0C 沸程 （ 包括 177。 ） ,0C ≤ 高锰酸钾试验 ， min ≥ 50 30 20 水溶性试验 澄清 水分含量 ， % ≤ 酸度 （ 以 HCOOH 计 ）， % ≤ 或碱度 （ 以 NH3 计 ）， % ≤ 羰基化合物含量 （ 以 CH2O 计 ）， % ≤ 蒸发残渣含量 ， % ≤ 合成 工段 物 料衡算 合成塔中发生的化学反应 主反应 CO+2H2=CH3OH （ 21） CO2+3H2=CH3OH +H2O （ 22） 副反应 2CO+4H2=（ CH3O） 2+H2O （ 23） CO+3H2=CH4+H2O (24) 10 4CO+8H2=C4H9OH+3H2O （ 25） CO2+H2=H2O+CO (26） 8CO+17H2=C8H18+8H2O （ 27） 工业生产中测得低压时，每生产一吨粗甲醇就会产生 m3 (标态 )的甲烷，即设计中每小时甲烷产量为 kmol/h， m3/h。 由于甲醇入塔气中水含量很少，忽略入塔气带入的水。 由反应（ 23）、（ 24）、（ 25）、（ 27） 得出反应 （ 22）、（ 26） 生成的水分为： － － － 3 － 8 = 由于合成反应中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要发生逆变反应生成一氧化碳，且入塔气中二氧化碳的含量一般不超过 5%， 所以计算中忽略反应 （ 22）。 则反应 （ 26）中由二。