年产20万吨煤制醋酸的基本工艺过程设计.doc

分类号： TQ54 单位代码： 108 密 级： 一 般 学 号：3 本科毕业论文（设计） 题 目：20万吨/年煤制甲醇工艺过程设计 专 业： 化学工程与工艺（煤化工方向） 姓 名： 刘志琴 指引教师： 高晓明 职 称： 讲 师 答辩日期： 二一三年五月二十五日 延安大学学士学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交学位论文，是本人在导师指引下，独立进行研究工作所获得成果。除文中已经注明引用内容外，本论文不含任何其她个人或集体已经刊登或撰写过作品成果。对本文研究做出重要贡献个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明法律成果由本人承担。 作者签名： 日期： 关于论文使用授权阐明学位论文作者完全理解延安大学关于保存和使用学位论文规定，即：本科生在校攻读学士学位期间论文工作知识产权单位属延安大学，学生公开刊登需经指引教师批准。学校有权保存并向国家关于部门或机构送交论文复印件，容许学位论文被查阅和借阅；学校可以发布学位论文所有或某些内容，可以容许采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范畴，在 2 年解密后合用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范畴，合用本授权书。作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 20万吨/年煤制甲醇工艺过程设计摘 要：甲醇是重要有机化工产品与原料，代替燃料已成为一种必然趋势，甲醇需求大幅度上升。本论文进行了20万t/a煤制合成气合成甲醇设计。通过对各工艺流程各办法进行对比分析，采用了干粉煤气流床气化工艺造气，低温甲醇洗工艺净化合成气体，低压下运用列管均温合成塔合成甲醇，三塔精馏工艺精制甲醇工艺过程，并对各工艺过程进行了物料衡算、热量衡算、工艺论证以及重要设备选型计算。此外本论文以减少投资为原则，充分运用废热，减少能源消耗。核心词：煤炭气化；合成气；甲醇合成；工艺流程；物料衡算；热量衡算 The Design of Process of 00 Tons/Annum MethanolAbstract：Methanol was the organic chemical products and important raw materials. The demand of methanol was greatly increased due to alternative fuels has become an inevitable trend. This paper is the design of process of 00 t/a methanol synthesized by coal synthesis gas. Comparated to synthesis process of methanol，the gas flow bed was selected，the low-temperature methanol wash process purification of synthesis gas，tubular average-temperature reaction was utilized to synthesize methanol keeping in low pressure，the rectification craft of three towers was utilized to rectify methanol，and the process of the selection calculation of material balance，heat balance，technology demonstration and main equipment. In addition，the principle of the design in line with reducing the investment，fully utilize used heat，reducing energy consumption.Keywords：coal gasification；synthesis gas；methanol synthesis；process flow；material balance；heat balance 目 录第一章 总 论11.1概述11.1.1甲醇性质11.1.2甲醇用途11.2设计目和意义21.3 设计根据21.3.1设计题目21.3.2设计基本资料21.4设计任务21.5原料煤规格2第二章 工艺流程拟定32.1煤气化技术路线选取32.1.1固定床气化32.1.1流化床气化32.1.3气流床气化32.2 净化工艺方案选取42.2.1低温甲醇洗技术42.2.2 NHD技术52.2.3低温甲醇洗与NHD工艺比较52.3 合成甲醇工艺选取52.3.1反映器选取62.3.2催化剂选用62.4粗甲醇精馏72.4.1精馏原理72.4.2精馏工艺选取8第三章 工艺流程113.1干煤粉气流床气化工艺流程113.2净化装置工艺流程123.3甲醇合成工艺流程123.4甲醇精馏工艺流程13第四章 工艺计算154.1物料衡算154.1.1精馏工段154.1.2合成工段154.1.3变换净化工段214.1.4气化工段234.2能量衡算244.2.1煤发电量244.2.2合成塔热平衡计算24第五章 重要设备计算和选型275.1甲醇合成塔设计275.2气化炉选型28第六章 总 结296.1物料衡算成果总结296.2能量衡算成果总结296.3重要设备计算与选型成果总结29参照文献30致 谢31第一章 总 论1.1概述1.1.1甲醇性质甲醇俗称木醇，分子式CH3OH。是一种无色、透明、易燃、有毒、易挥发液体，略带酒精味。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮类和大多数其她有机溶剂混溶；蒸气与空气形成混合物易爆炸。化学性质较活泼，能发生氧化、酯化、羰基化等化学反映。甲醇性质见表1.表1 甲醇性质摩尔质量32.04沸点（）64.7熔点（）-97.8折光率（20）1.3287饱和蒸汽压（kPa）12.265(20) 燃烧热（kJ/mol） 726.5闪点（）16引燃温度（）473爆炸上限（V%） 36.5 爆炸下限（V%）6.0相对空气密度（空气=1）1.11 粘度（mPas） 0.5945（20）1.1.2甲醇用途甲醇有诸多用途，它是生产塑料、合成橡胶、农药和医药原料。甲醇重要用于生产甲醛，消耗量要占到甲醇总产量一半，甲醛则是生产各种合成树脂不可少原料。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、药物、农药、炸药、香料、喷漆原料，当前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到注重。甲醇也是一种重要有机溶剂，其溶解性能优于乙醇，可用于调制油漆。作为一种良好萃取剂，甲醇在分析化学中可用于某些物质分离。甲醇还是一种很有前景清洁能源，甲醇燃料以其安全、便宜、燃烧充分，运用率高、环保众多长处，代替汽油已经成为车用燃料发展方向之一；此外燃料级甲醇用于供热和发电，也可达到环保规定；也可以从甲醇出发合成乙醇，然后进行乙醇脱水生产乙烯，代替石油生产乙烯原料路线。以甲醇为原料还可以合成人造蛋白，是较好禽畜饲料。1.2设计目和意义国内是一种相对少气、缺油、煤炭资源相对丰富国家，充分运用资源优势，获得最大效益，是国家始终在努力解决问题。近年来，国内能源问题日益突出 ，甲醇作为重要化工产品与原料，并定位于将来清洁能源之一， 随着世界石油资源减少和甲醇生产成本减少，发展使用甲醇等新代替燃料，煤制甲醇是石油代替最优选取，这已成为一种趋势。从国内能源需求及能源环境现实看，生产甲醇为新代替燃料，减少对石油依赖，也是大势所趋。大力发展煤化工，合理开发运用煤炭资源已成共识。发展煤制甲醇，以煤代替石油，是国家能源安全需要，也是化学工业高速发展需求。通过设计可以巩固、深化和扩大所学基本知识，培养分析解决问题能力；还可以培养创新精神，树立良好学术思想和工作作风。通过完毕设计，基本掌握煤制甲醇生产工艺，以及甲醇工业发展趋势。1.3 设计根据1.3.1设计题目20万吨/年煤制甲醇化工工艺过程设计1.3.2 设计基本资料入塔压力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设计任务（1） 工艺方案选取及论证（2） 工艺流程设计（3） 编制物料衡算、热量衡算（4） 重要设备计算与选型1.5原料煤规格原料煤元素分析为：C 67.5%；H 4.0% ；O 10.2%；N 0.65% ；S（可燃）1.73%；S（不可燃）0.34%； Cl/（mg/kg）229；F/（mg/kg）104；Na/（mg/kg）2180；K/（mg/kg）292 。第二章 工艺流程拟定煤制甲醇工艺流程重要涉及煤气化、合成气净化、甲醇合成和甲醇精馏。一方面将原料煤气化为合成气；然后通过变换和脱硫脱碳工艺将合成气转化为满足甲醇合成条件原料气；第三步就是甲醇合成，将原料气加压加温到一定条件后输入等温反映器，在催化剂作用下合成甲醇，生成粗甲醇送入精馏塔精馏，得到精甲醇。2.1煤气化技术路线选取 煤气化按气化反映器形式，气化工艺可分为固定床、流化床、气流床三种。2.1.1固定床气化固定床气化普通使用块煤或煤焦为原料，筛分范畴为6mm50mm，煤或煤焦与气化剂在炉内进行逆向流动，固相原料由炉上部加入，气化剂自气化炉底部鼓入，具有残炭灰渣自炉底排出。炉内温度分布曲线在氧化层浮现最高点，生成气中具有可观量挥发气。典型气化炉为鲁奇（Lurgi）炉。固定床气化，是当前世界上用于生产合成气重要办法之一。在大型煤制甲醇装置中，固定床长处是投资低，可是它有诸多局限性：（1）对原料煤黏结性有一定规定；（2）气化强度低；（3）环境污染负荷大，治理较麻烦。2.1.1流化床气化加入炉中原料煤粒度普通为3mm5mm左右，这些细粒煤料在自下而上气化剂作用下保持着持续不断和无秩序地沸腾和悬浮状态运动，迅速地进行着混合和热互换，其成果导致整个床层温度和构成均一，解决了固定床气化需用煤限制，同步导出煤气中基本不含焦油类物质，但热解时，挥发分很易逸出，粒子不发生很大膨胀，原料粒度太细及颗粒间摩擦形成细粉，则易使产生煤气中带出物增多。它缺陷是：（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）对煤气化活性规定高，仅适合于气化褐煤和高活性烟煤。（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气流床气化将粉煤用气化剂输入炉中，以并流方式在高温火焰中进行反映，其中某些灰分以熔渣方式分离出来，反映可在所提供空间持续地进行，炉内温度很高。所产生煤气和熔渣在接近炉温条件下排除，煤气中不含焦油等物质，某些灰分结合未反映燃料也许被产生煤气所携带出来。气流床气化长处诸多，它是针对流化床局限性开发。气流床气化具备如下特点：（1）生产能力大 (2)采用0.2mm粉煤。 (3)气化温度达1 4001 600，对环保很有利，没有酚、焦油，有机硫很少，且硫形态单一。 (4)气化压力可达3.56.5MPa， 可大大节约合成气压缩功。 (5)碳转化率高，均不不大于90%，能耗低。 (6)气化强度大。 (7)但投资相对较高，特别是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。本设计采用气流床气化。当前，惯用、技术较成熟气流床重要有干粉和水煤浆两种。干粉气流床：该技术特点是碳转化率高，气化反映中，所产煤气中CO含量高，H2含量较低，这种煤气热值较高。此外，这种气化炉均采用水冷壁而不是耐火砖，炉衬使用寿命长。水煤浆气流床：水煤浆气化技术特点是煤浆带35%40%水入炉，因而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，碳转化率低，有效气体成分(CO+H2)低；对煤有一定规定，如规定灰分13%，灰熔点1300，含水量8%等，虽然具备气流床煤气化共同长处，仍是美中局限性。通过比较可懂得20万吨/年煤制甲醇煤气化应当优先考虑干粉煤气化。设计采用是干粉气流床。2.2 净化工艺方案选取从国内外煤气化装置中所采用变换和脱除酸性气体工艺来看，煤气净化工艺重要有低温甲醇洗技术（Rectisol）和聚乙二醇二甲醚法(NHD)。2.2.1低温甲醇洗技术低温甲醇洗工艺是采用物理吸取法一种酸性气体净化工艺。该工艺使用冷甲醇作为酸性气体吸取液，运用甲醇在-60左右低温下对酸性气体溶解度极大物理特性，同步分段选取性地吸取原料气中H2S、CO2及各种有机硫等杂质。国内已有多套大型酸性气体净化装置采用了低温甲醇洗工艺，有装置已运营近，在设计、施工、安装、操作等方面都积累了丰富经验。2.2.2 NHD技术NHD法是南化集团研究院和天辰化学工程公司等单位联合开发成功新技术，属于物理吸取净化技术。其对CO2、H2S等均有较强吸取能力，但对COS吸取能力较弱。NHD净化可将CO2体积分数脱至0.1如下，H2S体积分数不大于1.010-6。普通在NHD净化后增长精脱硫装置，这样才干保证合成气中含硫体积分数不大于1.010-7。2.2.3低温甲醇洗与NHD工艺比较 低温甲醇洗工艺技术成熟可靠、能耗较低、气体净化度高，可将合成气中CO2体积分数脱至1.010-5如下，H2S体积分数不大于1010-7。，并且溶剂吸取能力大、循环量小、能耗省、价格便宜。此外，操作费用低亦是此法优越性所在。该法缺陷是在低温下操作，设备对低温材料规定较高，整个工艺投资较高。NHD技术虽然对CO2、H2S等均有较强吸取能力，可将合成气中CO2体积分数脱至0.1如下，H2S体积分数不大于1.010-6。但该工艺对COS吸取能力差，需增长水解装置，并且脱硫和脱碳必要分开，从而使流程变得复杂。此外，其溶剂昂贵，吸取能力比甲醇低，因而溶剂循环量大，操作费用较高。该法长处在于对设备无腐蚀，可采用碳钢设备，整个工艺投资较少。 表3 低温甲醇洗和NHD工艺相对值比较项目低温甲醇洗NHD蒸汽1.01.0循环水1.04.5冷冻量1.61.0电1.04.5有效气损失1.03.0气提气（N2）1.04.0投资1.41.0从表3中可以看出，虽然NHD投资低于低温甲醇洗，但其运营费用较高。低温甲醇洗在国内具备丰富生产操作经验，除某些低温材料需引进外，设备设计和制造等均可在国内解决。NHD工艺最重要问题是项目规模大，溶液循环量大，液相管道较粗，因而配管和支撑等工程问题难以解决。本设计采用低温甲醇法。2.3合成甲醇工艺选取合成甲醇工艺中最重要工序是甲醇合成，其核心技术是合成甲醇催化剂和反映器。2.3.1反映器选取当前国内外使用甲醇合成塔重要有冷激式合成塔、冷管式合成塔、水管式合成塔、固定管板列管式合成塔和多床内换热式合成塔。冷激式合成塔碳转化率和出塔甲醇浓度低，循环量大，能耗高，不能副产蒸汽，已基本裁减：冷管式合成塔碳转化率较高但仅能在出塔气中副产0.4MPa低压蒸汽，大型装置中很少采用；水管式合成塔将床层内传热管由管内走冷气改为走沸腾水，较大地提高传热系数，更好地移走反映热，缩小传热面积，能多装催化剂，同步可副产2.5MPa4.0MPa中压蒸汽，是大型化较抱负塔型，在国外60万t以上大型装置广为采用；固定管板列管合成塔是一台列管换热器，催化剂在管内，壳程是沸腾水，将反映热用于副产3.0MPa4.0MPa中压蒸汽，由于列管需用特种不锈钢，因而造价最高；多床内换热式合成塔由大型氨合成塔发展而来，当前氨合成塔均采用三床(四床) 内换热式合成塔。合成塔选用原则普通为：反映能在接近最佳温度曲线条件下进行，床层阻力小，需要消耗动力低，合成反映反映热运用率高，操作控制以便，技术易得，装置投资要底等。综上所述和借鉴大型甲醇合成公司经验，（大型装置不适当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映接近最佳温度操作线，反映热运用率高，虽然设备复杂、投资高，但是由于这种塔在国内外使用较多，具备丰富管理和维修经验，技术也较容易得到；外加考虑到设计是年产20万吨甲醇合成塔塔塔径和管板厚度不会很大，费用也不会很高，因此本设计采用了固定管板列管合成塔。2.3.2催化剂选用2.3.2.1甲醇合成催化剂合成甲醇工业进展，很大限度上取决于新催化剂研制成功以及质量改进，广泛使用合成甲醇催化剂重要有两大系列：一种是以氧化铜为主体铜系催化剂，一种是以氧化锌为主体锌系催化剂。锌系催化剂机械强度好.耐热性好，对毒物敏感性小，操作适当温度为320400，压力为2532MPa(寿命为23年)；铜系催化剂具备良好低温活性，较高选取性，通惯用于低、中压流程；耐热性较差，对硫、氯及其化合物敏感，易中毒。操作适当温度为230280，压力为515MPa(普通寿命为23年)。通过操作条件对比分析，可知使用铜基催化剂可大幅度节约投资费用和操作费用，减少成本。随着脱硫技术发展，使用铜基催化剂己成为甲醇合成工业重要方向，锌基催化剂已于80年代中期裁减。因而本设计采用铜系催化剂。2.3.2.2合成工序工艺操作条件为了减少副反映，提高甲醇产率，除了选取恰当催化剂外，选定适当温度、压力、空速及原料构成也是很重要。采用铜系催化剂时，适当反映温度为230280；适当反映压力为5.010.0MPa。为使催化剂有较长寿命，普通在操作初期采用较低温度，反映一定期间后再升至适当温度，其后随着催化剂老化限度增长，相应提高反映温度。由于合成甲醇是强放热反映，需及时移出反映热。否则易使催化剂温升过高，不但影响反映速率，且会增大副反映，甚至导致催化剂因过热溶结而活性下降。本设计入塔压力为5.14MPa，入塔温度为225。合成甲醇反映器中空速大小将影响选取性和转化率，直接关系到生产能力和单位时间放热量，一方面甲醇合成塔内气体空速必要满足催化剂使用规定，国产铜基催化剂，普通规定气体空速在80000h-1之间。空速过低，结炭等副反映加剧，空速过高，系统阻力加大或合成系统投资加大，能耗增长，催化剂更换周期缩短。空速选取需要依照每一种催化剂特性，在一种相对较小范畴内变化。本设计空速定为1 h-1.合成甲醇原料气n（H2）/n（CO）化学反映物质量之比为2:1。CO含量高不但对温度控制不利，并且引起催化剂上集聚羰基铁，使催化剂失活，低CO含量有助于避免此问题，故普通采用H2含量n（H2）/n（CO）比为2.03.0。氢气过量，可改进甲醇质量，提高反映速度，有助于导出反映热。2.4粗甲醇精馏在甲醇合成时，因合成条件如压力、温度、合成气构成及催化剂性能等因素影响，在产生甲醇反映同步，还随着着一系列副反映。所得产品除甲醇外，重要具有两类杂质：一类是溶于其中气体和易挥发轻组分，如H2、CO、CO2气体，二甲醚、乙醛、丙酮和甲酸甲酯等；另一类是难挥发重组分，如乙醇、高档醇和水分等。由于甲醇作为有机化工基本原料，用它加工产品种类诸多，因而对甲醇纯度均有一定规定，因此粗甲醇必要提纯。2.4.1精馏原理甲醇精馏是各种简朴蒸馏组合。由于液体混合物中所含组分沸点不同，当其在一定温度下某些气化时，低沸点物在气相中浓度高于其在液相中浓度，反之液相中高沸点物浓度较高，这就变化了气液两相构成。当对某些气化所得蒸汽进行某些冷凝时，因高沸点物易于冷凝，使冷凝液中高沸点物浓度较高，未冷凝气中低沸点物浓度较高。如此不断地气化、冷凝，最后使混合液中组分几乎以纯甲醇组分被分离出来。2.4.2精馏工艺选取当前，国内甲醇精馏工艺重要分为双塔精馏工艺、带有高锰酸钾反映精馏工艺和三塔精馏工艺。带有高锰酸钾反映精馏工艺需要对粗甲醇中还原性物质进行解决后再精馏，工艺复杂，该工艺重要用于对甲醇质量规定相称严格场合。由于双塔精馏和三塔精馏工艺完全可以保证工业上对精甲醇质量规定，因而普通不必采用带高锰酸钾反映精馏工艺。下面就甲醇生产最后工序粗甲醇双塔精馏和三塔精馏进行剖析和比较。2.4.2.1双塔精馏工艺国内中、小甲醇厂大某些都选用双塔精馏工艺老式主、预精馏塔几乎都选用板式构造。双塔精馏工艺流程见下图。来自合成工段含醇90%粗甲醇，经减压进入粗甲醇贮槽。经粗甲醇预热器加热到45后进入预精馏塔。甲醇精馏分2个阶段：先在预塔中脱除轻馏分，重要是二甲醚；后进入主精馏塔，进一步把高沸点重馏分杂质脱除，重要是水、异丁基油等。从塔顶或侧线采出,经精馏甲醇冷却器冷却至常温后，就可得到纯度在99.9%以上符合国家指标精甲醇产品。该工艺具备流程简朴，运营稳定，操作以便，一次投资少特点。该工艺适合于原料粗甲醇中二甲醚等轻组分、还原性杂质量较低粗甲醇加工。1预精馏塔； 2主精馏塔图1 甲醇双塔工艺流程2.4.2.2三塔精馏工艺近年来，许多公司原有甲醇双塔精馏装置己不能满足公司需要。随着生产强化，不但消耗大幅度上升，并且残液中甲醇含量也大大超过了工艺指标。对公司达标排放构成了较大威胁。 甲醇三塔精馏工艺技术是为了减少甲醇在精馏过程中损耗，提高甲醇收率和产品质量而设计。预精馏塔后冷凝器采用一级冷凝，用以脱除二甲醚等低沸点杂质，控制冷凝器气体出口温度在一定范畴内。在该温度下，几乎所有低沸点馏分都为气相，不导致冷凝回流。脱除低沸点组分后，采用加压精馏办法，提高甲醇气体分压与沸点，减少甲醇气相挥发，从而提高了甲醇收率。作为普通规定精甲醇经加压精馏塔后就可以达到合格质量。如作为特殊需要，则再通过常压精馏塔进一步提纯。生产中加压塔和常压塔同步采出精甲醇，常压塔再沸器热量由加压塔塔顶气提供，不需要外加热源。粗甲醇预热器热量由精甲醇提供，也不需要外供热量。因而.该工艺技术生产能力大，节能效果明显，特别适合较大规模精甲醇生产。图2 三塔工艺流程1预精馏塔 2加压精馏塔 3 常压精馏塔2.4.2.3双塔与三塔精馏技术比较表4 双塔精馏与三塔精馏投资与操作费用比较表项目双塔精馏三塔精馏生产规模t/a1052.51052.5投资100100100113122.3129操作费用1001001006466.771能耗1001001006060.461.2注：投资、操作费用、能耗为相对数 通过上表比较可知，虽然三塔精馏技术一次性投入要比双塔精馏高出20%30%,但是从能源消耗、精甲醇质量上都要优于双塔精馏，特别是能耗低长处十分突出。随着三塔精馏生产规模扩大，能耗尚有进一步下降空间。而双塔精馏技术仅在生产规模低于5万t/ a时具备一定得优势。本设计中甲醇产量为20万t/a，远不不大于5万t/a，综合考虑各项因素，因此设计采用三塔精馏工艺。2.4.2.4精馏塔选取甲醇精馏工序关乎到产品质量、能源消耗等问题，而精馏塔是精馏中重要设备。老式精馏塔在使用当中，由于自身构造复杂、操作困难，并且传热效果差，因此导致产品质量存在很大问题。随着对甲醇精馏规定不断增长，新开发出填料塔在精馏装置中使用，可以减少能耗，提高产品质量。在当前化工产业中，大某些甲醇精馏都是采用了填料塔，内部采用了不锈钢解决工艺，同步还安装了新型气液分离器，因此就可以避免在精馏过程中发生“壁流”现象。在实际使用当中，传热效率高，并且维护和检修都非常以便，与老式板式塔相比，整体高度减少了三分之一，但是设备成本比较高。填料塔使用较普遍，技术非常成熟，因此设计选用了填料塔。2.4.2.5生产工艺参数预塔：入塔温度65，塔顶放空温度40，预精馏后甲醇比重维持在0.87，预精馏后甲醇pH值宜控制在8 ；加压塔：塔底釜液压强0.6Mpa，温度125，塔顶气体压强0.6MPa ，温度122，常压塔：塔顶气体压强0.13Mpa，温度67。第三章 工艺流程3.1干煤粉气流床气化工艺流程输煤系统气化与激冷干煤粉气流床气化技术是采用干粉进料、纯氧气化、液态排渣、粗合成气激冷工艺流程气化技术。该流程涉及干粉煤加压计量输送系统、气化与激冷、气体洗涤、灰水解决等单元（见图3）。纯氧干煤粉干煤粉原料煤磨煤干燥 储仓低压蒸汽汽包气化室氮气泄压粗合成气气体洗涤激冷室加压灰水解决加料斗排渣系统炉渣输送气N2或CO 图3 气化工艺流程 经研磨干燥粉煤由低压氮气送到煤加压进料系统，此系统涉及常压储仓、变压锁斗和密相气流床加料斗。煤粉通过浓相气流( N2或 CO2) 输送到气化炉顶部烧嘴系统，粉煤流量通过入炉煤粉管线上流量计测量。载气输送过来加压干煤粉、氧气及少量蒸汽通过喷嘴进入到气化炉中。气化炉涉及耐热低合金钢制成水冷壁气化室和激冷室。然后在高温（1 4001 600）、高压（4. 0 MPa）下瞬间完毕气化反映（约10s）。反映后气体与液态渣一起进入反映室下部激冷室，由喷射高压激冷水冷却，液态渣在激冷室底部水浴中凝固成颗粒状，定期从排渣锁斗中排入渣池，并通过捞渣机装车运出，从激冷室出来、达到饱和粗合成气输送到下游合成气净化单元。气体洗涤系统涉及文丘里洗涤器、一级某些冷凝器和汽水分离器；净化后合成气输送到下游。系统产生灰水经减压后送人闪蒸罐去除灰水中气体成分，闪蒸罐内灰水则送入沉降槽，加入少量絮凝剂以加速灰水中细渣絮凝沉降。沉降槽下部沉降物经压滤机滤出并压制成渣饼装车外送。沉降槽上部灰水与滤液一起送回激冷室作激冷水使用。 3.2 净化装置工艺流程粗煤气进入低温甲醇洗装置后 ，冷却后进人H2S吸取塔底部洗涤，除去粗煤气中 高分子烃类(石脑油)和其他诸如有机硫、HCN和NH3等微量组分。预洗后粗煤气进入H2S吸取塔，脱除粗煤气中H2S和COS等硫化物，进入CO2吸取塔底部洗涤，除去煤气中大某些CO2和微量H2S和COS等硫化物，使气体中总硫10-7，送入变压吸附装置。甲醇富液到CO2闪蒸塔闪蒸再生。来自H2S吸取塔甲醇液中具有CO2、H2S、石脑油等化合物，经换热后送至预洗闪蒸塔再生，含硫甲醇富液进入H2S闪蒸塔再生。废水经热回收后排往生化解决装置。CO2尾气送往CO2尾气洗涤塔，洗涤后气体回收运用或高点排放。H2S富气进入硫回收装置。工艺流程图见下图 。 图4低温甲醇洗工艺流程图 3.3甲醇合成工艺流程经净化后合成气经压缩至5.14MP，与循环气以1:5比例混合后进入甲醇合成塔，在Cu-Zn-Al催化剂床层中进行合成甲醇反映。由甲醇合成塔出来反映气体中具有4%7%甲醇，通过热互换器换热后进入水冷却器，是产物甲醇冷凝，然后将液态甲醇在甲醇分离器中分离出来，得到液态粗甲醇。粗甲醇进入轻馏分闪蒸塔，压力降至0.35MPa左右，塔顶脱出轻馏分气体，塔底粗甲醇送去精制。在分离器分出气体中具有大量未反映CO和H2，为保持系统惰性气体在一定范畴内，某些气体排出系统可做燃料用，别的气体与新合成气相混合，用循环压缩机增压后再进入甲醇合成塔。 1透平循环压缩机 2热互换器 3锅炉水预热器 4水冷却器 5甲醇合成塔 6汽包 7甲醇分离器 8粗甲醇储槽 图5 甲醇合成工艺流程图3.4甲醇精馏工艺流程 图6 三塔精馏工艺流程由合成单元送来粗甲醇经预热器预热后进入预精馏塔，溶解在粗甲醇中低沸点杂质在预精馏塔塔顶精馏出并送入燃料管网；从预精馏塔塔底来物料经泵加压后，送人加压精馏塔。加压精馏塔塔顶为99.99(体积分数)以上甲醇蒸气，冷凝后甲醇进入回流槽 ，一某些作为精甲醇产品送到精甲醇混合罐，另一某些返回加压精馏塔塔顶作为回流。在加压精馏塔塔底排出甲醇水溶液送至常压精馏塔。常压精馏塔下部设杂醇油采出口，抽出含甲醇、水异丁基油，以保证低于水沸点杂质(重要是醇类)分离出塔。常压精馏塔塔底采出废水送往废水解决系统。 第四章 工艺计算4.1物料衡算4.1.1精馏工段本设计为年产精甲醇20万吨，扣除检修时间后按330天，采用持续操作，则产量为00/（33024）=25.25t/h。通过三塔高效精馏工艺，精甲醇纯度可达到99.9%，符合精甲醇国家一级原则。三塔精馏工艺中甲醇收率达97%。则入预精馏塔粗甲醇中甲醇量25.25 / 0.97=26.03t/h。由粗甲醇构成可计算得下表： 表5 粗甲醇构成组分比例产量甲醇93.40%813.44kmol/h 即 18221.06m3/h二甲醚0.42%2.66 kmol/h 即 59.58 m3/h高档醇（以异丁醇计）0.26%0.98kmol/h 即21.94 m3/h高档烷烃（以辛烷计）0.32%0.78kmol/h 即17.47m3/h水5.6%86.71kmol/h 即 1942.30m3/h粗甲醇100%27.87t/h注：设计中体积都为原则状态下计算办法：粗甲醇 =26.03/0.9340 = 27.87 t/h二甲醚 =27.870.42% = 117.05 kg/h 即117.05/44=2.66 kmol/h ，59.58m3/h高档醇（以异丁醇计）= 27.870.26% = 72.46kg/h 即72.46/74=0.98kmol/h ， 0.9822.4=21.94m3/h高档烷烃（以辛烷计）=27.870.32% = 89.18kg/h 即89.18/114=0.78kmol/h， 0.7822.4=17.47m3/h水 =27.875.6% = 1560.72 kg/h 即1560/18=86.71kmol/h， 86.7122.4=1942.30m3/h4.1.2合成工段4.1.2.1 合成塔中发生反映:主反映 CO+2H2=CH3OH （1） CO2+3H2=CH3OH +H2O （2） 副反映 2CO+4H2=（CH3）2O+H2O （3） CO+3H2=CH4+H2O （4） 4CO+8H2=C4H9OH+3H2O （5） 8CO+17H2=C8H18+8H2O （6） CO2+H2=CO+H2O （7） 4.1.2.2 粗甲醇合成工业生产中测得低压时，每生产一吨粗甲醇就会产生1.52 m3（标态）甲烷，即设计中每小时甲烷产量为27.871.52=42.36m3/h，即42.36/16=2.65kmol/h由于甲醇入塔气中水含量很少，忽视入塔气带入水。由反映（3）、（4）、（5）、（6）得出反映（2）、（7）生成水分为； 86.712.652.660.9830.788 =72.22 kmol/h 由于合成反映中甲醇重要由一氧化碳合成，二氧化碳重要发生逆变反映生成一氧化碳，且入塔气中二氧化碳含量普通不超过5%，因此计算中忽视反映（2）。则反映（7）中二氧化碳生成了72.22 kmol/h，即1617.73m3/h水和一氧化碳。4.1.2.3 粗甲醇中溶解气体量粗甲醇中气体溶解量查表5MPa、40时，每一吨粗甲醇中溶解其她构成如下表：表6 1吨粗甲醇中合成气溶解状况气体H2COCO2N2ArCH4溶解量（m3/t粗甲醇）4.3640.8157.7800.3650.2431.680则 粗甲醇中溶解气体量为： H2 = 27.874.364 = 121.62m3/h 即5.43kmol/h CO= 27.870.815= 22.71m3/h 即1.01kmol/hCO2 = 27.877.780= 216.83m3/h 即9.68kmol/hN2 = 27.870.365 = 10.17m3/h 即0.45kmol/Ar = 27.870.243= 6.77m3/h 即0.30 kmol/hCH4 = 27.871.680 = 46.82 m3/h 即2.09kmol/h4.1.2.4 粗甲醇中甲醇扩散损失 40时，液体甲醇中释放溶解气中,每立方米具有37.14g甲醇，假设减压后液相中除二甲醚外，其她气体所有释放出，则甲醇扩散损失G =（121.62+22.71+216.83+10.17+6.77+46.82）0.03714=15.78kg/h 即 0.49 kmol/h，10.98 m3/h4.1.2.5 合成反映中各气体消耗和生成状况 表7 弛放气构成气体CH3OHH2COCO2N2