年产20万吨煤制甲醇生产工艺毕业设计5fgaf.docx

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1、20122 届毕毕业设计计说明书书年产200万吨煤煤制甲醇醇生产工工艺设计计系、 部： 材材料与化化学工程程系 学生姓名名： 刘 芳 指导教师师： 王王金银 职称称：教授授专 业： 化学学工程与与工艺 班 级： 化化本08801班班 完成时间间： 20012年年5月摘 要要甲醇是一一种极重重要的有有机化工工原料，也也是一种种燃料，是是碳化学学的基础础产品，在在国民经经济中占占有十分分重要的的地位。近近年来，随随着甲醇醇下属产产品的开开发，特特别是甲甲醇燃料料的推广广应用，甲甲醇的需需求大幅幅度上升升。为了了满足经经济发展展对甲醇醇的需求求，开展展了此220万tt/a的的甲醇项项目。设设计的主主

2、要内容容是进行行工艺论论证，物物料衡算算和热量量衡算等等。本设设计本着着符合国国情、技技术先进进和易得得、经济济、环保保的原则则，采用用煤炭为为原料；利用GGSP气气化工艺艺造气；NHDD净化工工艺净化化合成气气体；低低压下利利用列管管均温合合成塔合合成甲醇醇；三塔塔精馏工工艺精制制甲醇；此外严严格控制制三废的的排放，充充分利用用废热，降降低能耗耗，保证证人员安安全与卫卫生。关键词：甲醇合合成；气气体精馏馏；工艺艺流程ABSTTRACCTMethhanool iis aa kiind of verry iimpoortaant orgganiic cchemmicaal rraw matter

3、iialss, iis aalsoo a kinnd oof ffuell, iis aa chhemiicall caarboon bbaseed pprodductts, in thee naatioonall ecconoomy occcupiies verry iimpoortaant possitiion. Inn reecennt yyearrs, witth tthe devveloopmeent of metthannol subborddinaate prooduccts, esspecciallly thee poopullariizattionn annd aapplli

4、caatioon oof tthe metthannol fueel, metthannol demmandd inncreeasees. In ordder to meeet tthe neeeds of ecoonommic devveloopmeent, meethaanoll, ccarrriedd ouut tthe 20000000 t/a oof mmethhanool pprojjectt. TThe dessignn off thhe mmainn coonteent is proocesss ddemoonsttrattionn, aand thee maaterriall

5、 baalannce callcullatiionss annd hheatt baalannce callcullatiionss, eetc. Thhis dessignn wiith thee siituaatioon oof CChinna, witth aadvaanceed ttechhnollogyy annd aare eassy, ecoonommy, envviroonmeent prootecctioon pprinncipple, thhe ccoall foor rraw matteriialss; UUse of GSPP gaasifficaatioon ppro

6、ccesss thhe ggasiificcatiion; NHHD ppuriificcatiion proocesss ssyntthessis gass puurifficaatioon; Loww vooltaage of meaan ttempperaaturre ttubee syynthhesiis ttoweer mmethhanool ssyntthessis; Thhreee toowerr diistiillaatioon pproccesss reefinned metthannol; Inn adddittionn too sttricctlyy coontrrol

7、thee tthreee wwasttes emmisssionns, makke ffulll usse oof wwastte hheatt, rreduuce thee ennerggy cconssumpptioon aand enssuree saafetty aand heaalthh peersoonneel.Keywwordds：mmethhanool ssyntthessis；gass diistiillaatioon；pproccesss fllow目 录录1概论6 1.1概述述6 1.2设计计的目的的和意义义7 1.3设计计依据7 1.4设计计的指导导思想81.5原原料煤

8、的的规格82工艺论论证9 2.1煤气气化路线线的选择择 9 2.2净化化工艺方方案的选选择 111 2.3合成成甲醇工工艺选择择 12 2.4甲醇醇精馏 143工艺流流程 118 3.1 GGSP气气化工艺艺流程 18 3.2净化化装置工工艺流程程 199 3.3甲醇醇合成工工艺流程程 255 3.4甲醇醇精馏工工艺流程程 266 3.5氨吸吸收制冷冷流程 2774工艺计计算 299 4.1物料料衡算 299 4.2能量量衡算 355主要设设备的工工艺计算算及选型型 441 5.1甲醇醇合成塔塔的设计计 411 5.2水冷冷器的工工艺设计计 433 5.3循环环压缩机机的选型型 466 5.4

9、甲醇醇合成厂厂的主要要设备一一览表 4666三废处处理 447 6.1甲醇醇生产对对环境的的污染 477 6.2 处处理方法法477设计结果果评价 488参考文献献49致谢 5001 总总论1.1 概述述1.1.1 甲醇性性质甲醇俗称称木醇、木木精，英英文名为为metthannol，分分子式CCH3OH。是是一种无无色、透透明、易易燃、有有毒、易易挥发的的液体，略略带酒精精味；分分子量332.004，相相对密度度0.779144(d4420)，蒸蒸气相对对密度11.111(空气气=1)，熔点点-977.8，沸点点64.7，闪点点（开杯杯）166，自燃燃点4773，折射射率(220)1.3288

10、7，表表面张力力（255）455.055mN/m，蒸蒸气压（220）122.2665kPPa，粘粘度（220）0.59445mPPas。能能与水、乙乙醇、乙乙醚、苯苯、酮类类和大多多数其他他有机溶溶剂混溶溶。蒸气气与空气气形成爆爆炸性混混合物，爆爆炸极限限6.0036.5（体积积比）。化学性质较活泼，能发生氧化、酯化、羰基化等化学反应。1.1.2 甲醇用用途甲醇是重重要有机机化工原原料和优优质燃料料，广泛泛应用于于精细化化工，塑塑料，医医药，林林产品加加工等领领域。甲甲醇主要要用于生生产甲醛醛，消耗耗量要占占到甲醇醇总产量量的一半半，甲醛醛则是生生产各种种合成树树脂不可可少的原原料。用用甲醇作

11、作甲基化化试剂可生生产丙烯烯酸甲酯酯、对苯苯二甲酸酸二甲酯酯、甲胺胺、甲基基苯胺、甲甲烷氯化化物等；甲醇羰羰基化可可生产醋醋酸、醋醋酐、甲甲酸甲酯酯等重要要有机合合成中间间体，它它们是制制造各种种染料、药药品、农农药、炸炸药、香香料、喷喷漆的原原料，目目前用甲甲醇合成成乙二醇醇、乙醛醛、乙醇醇也日益益受到重重视。甲甲醇也是是一种重重要的有有机溶剂剂，其溶溶解性能能优于乙乙醇，可可用于调调制油漆漆。作为为一种良良好的萃萃取剂，甲甲醇在分分析化学学中可用用于一些些物质的的分离。甲甲醇还是是一种很很有前景景的清洁洁能源，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

12、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。1.1.3 甲醇生生产工艺艺的发展展甲醇是醇醇类中最最简单的的一元醇醇。16661年年英国化化学家RR.波义义耳首先先在木材材干馏后后的液体体产物中中发现甲甲醇，故故甲醇俗俗称木精精、木醇醇。在自自然界只只有某些些树叶或或果实中中含有少少量的游游离态甲甲醇，绝绝大多数数以酯或或醚的形形式存在在。18857年年法国的的M贝特洛洛在实验验室用一一氯甲烷烷在碱性性溶液中中水解也也制得了了甲醇。我国的甲甲醇生产产始于1

13、19577年，550年代代在吉林林、兰州州和太原原等地建建成了以以煤或焦焦炭为原原料来生生产甲醇醇的装置置。600年代建建成了一一批中小小型装置置，并在在合成氨氨工业的的基础上上开发了了联产法法生产甲甲醇的工工艺。770年代代四川维维尼纶厂厂引进了了一套以以乙炔尾尾气为原原料的995ktt/a低低压法装装置，采采用英国国ICII技术。119955年122月，由由化工部部第八设设计院和和上海化化工设计计院联合合设计的的2000kt/a甲醇醇生产装装置在上上海太平平洋化工工公司顺顺利投产产，标志志着我国国甲醇生生产技术术向大型型化和国国产化迈迈出了新新的一步步。20000年年，杭州州林达公公司开发

14、发了拥有有完全自自主知识识产权的的JW低低压均温温甲醇合合成塔技技术，打打破长期期来被IICI、LLurggi等国国外少数数公司所所垄断拥的的局面，并并在20004年年获得国国家技术术发明二二等奖。220055年，该该技术成成功应用用于国内内首家焦焦炉气制制甲醇装装置上。1.1.4 甲醇生生产原料料合成甲醇醇的工业业生产是是以固体体（如煤煤、焦炭炭）、液液体（如如原油、重重油、轻轻油）或或气体（如如天然气气及其它它可燃性性气体）为为原料，经经造气、净净化（脱脱硫）变变换，除除二氧化化碳，配配制成一一定配比比的合成成气。在在不同的的催化剂剂存在下下，选用用不同的的工艺条条件可单单产甲醇醇（分高高

15、、中、低低压法），或或与合成成氨联产产甲醇（联联醇法），将将合成后后的粗甲甲醇经预预精馏脱脱除甲醚醚，再精精馏而得得成品甲甲醇。1.2 设计计的目的的和意义义由于我国国石油资资源短缺缺，能源源安全已已经成为为不可回回避的现现实问题题，寻求求替代能能源已成成为我国国经济发发展的关关键。甲甲醇作为为石油的的补充已已成为现现实，发发展甲醇醇工业对对我国经经济发展展具有重重要的战战略意义义。煤在在世界化化石能源源储量中中占有很很大比重重（我国国情况更更是如此此），而而且煤制制甲醇的的合成技技术很成成熟。随随着石油油和天然然气价格格的迅速速上涨，煤煤制甲醇醇更加具具有优势势。本设设计遵循循“工艺先先进、

16、技技术可靠靠、配置置科学、安安全环保保”的原则则；结合合甲醇的的性质特特征设计计一座年年产200万吨煤煤制甲醇醇的生产产车间。通过设计计可以巩巩固、深深化和扩扩大所学学基本知知识，培培养分析析解决问问题的能能力；还还可以培培养创新新精神，树树立良好好的学术术思想和和工作作作风。通通过完成成设计，可可以知道道甲醇的的用途；基本掌掌握煤制制甲醇的的生产工工艺；了了解国内内外甲醇醇工业的的发展现现状；以以及甲醇醇工业的的发展趋趋势。1.3 设计计的依据据1.3.1 湖南工工学院材材料与化化学工程程系20012届届毕业设设计选题题年产220万吨吨煤制甲甲醇生产产工艺毕毕业设计计任务务书1.3.2 设计

17、的的基础资资料（1） 工艺艺流程资资料参阅某化化学工程程公司的的甲醇合合成厂的的工艺流流程资料料和参考考由房鼎鼎业主编编的甲甲醇工学学。（2）合合成工段段的工艺艺参数参阅某化化学工程程公司的的甲醇合合成厂的的工艺参参数资料料。具体体数据为为入塔压压力5.14MMPa，出出塔压力力4.99 MPPa，副副产蒸汽汽压力33.9 MPaa，入塔塔温度2225，出塔塔温度2255。1.4 设计计的指导导思想以设计任任务书为为基础，适适应我国国甲醇工业业发展的的需要。加加强理论论联系实实际，扩扩大知识识面；培培养独立立思考、独独立工作作的能力力。整个个设计应应贯彻节节省基建建投资，充充分重视视技术进进步

18、，降降低工程程造价，节节能环保保等思想想，设计计生产高高质量甲甲醇产品品。1.5原原料煤规规格原料煤的的元素分分析为：C 667.55%；HH 4.0% ；O 10.2%；N 00.655% ；S（可可燃）11.733%；SS（不可可燃）00.344%；CCl/（mmg/kkg）2229；F/（mmg/kkg）1104；Na/（mgg/kgg）21180；K/（mmg/kkg）2292。2 工工艺流程程设计首先是采采用GSSP气化化工艺将将原料煤煤气化为为合成气气；然后后通过变变换和NNHD脱脱硫脱碳碳工艺将将合成气气转化为为满足甲甲醇合成成条件的的原料气气；第三三步就是是甲醇的的合成，将将原

19、料气气加压到到5.114Mppa，加加温到2225后输入入列管式式等温反反应器，在在XNCC-988型催化化剂的作作用下合合成甲醇醇，生成成的粗甲甲醇送入入精馏塔塔精馏，得得到精甲甲醇。然然后利用用三塔精精馏工艺艺将粗甲甲醇精制制得到精精甲醇。2.1 煤气气化技术术路线的的选择煤气化技技术按气气化反应应器的形形式，气气化工艺艺可分为为移动床床（固定定床）、流流化床、气气流床三三种。2.1.1 移动床床气化采用一定定粒度范范围的碎碎煤（55mm50mmm）为为原料，与与气化剂剂逆流接接触，炉炉内温度度分布曲曲线出现现最高点点，反应应残渣从从炉底排排出，生生成气中中含有可可观量的的挥发气气。典型型

20、的气化化炉为鲁鲁奇（LLurggi）炉炉。移动床气气化，是是目前世世界上用用于生产产合成气气的主要要方法之之一。在在大型煤煤制甲醇醇的装置置中，固固定床的的优点是是投资低低，可是是它有很很多不足足：（11）对原原料煤的的黏结性性有一定定要求：（2）气气化强度度低：（33）环境境污染负负荷大，治治较麻理理烦。2.1.1 流化床床气化采用一定定粒度分分布的细细粒煤（10mm）为原料，吹入炉内的气化剂使煤粒呈连续随机运动的流化状态，床层中的混合和传热都很快。所以气体组成和温度均匀，解决了固定床气化需用煤的限制。生成的煤气基本不含焦油，但飞灰量很大。发展较早且比较成熟的是常压温克（Winkler）炉。

21、它的缺点点是：（11）在常常压或接接近于常常压下生生产，生生产强度度低、能能耗高、碳碳转化率率只有888%90%。（22）对煤煤的气化化活性要要求高，仅仅适合于于气化褐褐煤和高高活性的的烟煤。（33）缺少少大型使使用经验验；要在在大型甲甲醇装置置中推广广，受一一定限制制。2.1.3 气流床床气化气流床采采用粉煤煤为原料料，反应应温度高高，灰分分是熔融融状态。典典型代表表为GSSP,SShelll,TTexaaco气气流床气气化工艺艺。气流床气气化优点点很多，它它是针对对流化床床的不足足开发的的。气流流床气化化具有以以下特点点：（1）采采用00.2mmm的粉粉煤。（2）气气化温度度达144001

22、6000，对环环保很有有利，没没有酚、焦焦油，有有机硫很很少，且且硫形态态单一。（3）气气化压力力可达33.56.55MPaa，可大大大节省合合成气的的压缩功功。（4）碳碳转化率率高，均均大于990%，能能耗低。（5）气气化强度度大。（6）但但投资相相对较高高，尤其其是Shhelll粉煤气气化。从技术先先进性、能能耗、环环保等方方面考虑虑，对于于大型甲甲醇煤气气化应选选用气流流床气化化为宜。从从流程分分，可分分为冷激激式流程程和废热热锅炉流流程。前前者在煤煤气离开开气化炉炉后用激激冷水直直接冷却却，它适适合于制制造氨气气或氢气气。因为为这种流流程易于于和变换换反应器器配套，激激冷中产产生的蒸蒸

23、汽可满满足变换换反应的的需要。后后者热煤煤气是经经辐射锅锅炉，再再送往对对流锅炉炉，产生生高压蒸蒸汽可用用于发电电或作热热源。目前，常常用的、技技术较成成熟的气气流床主主要有干干粉和水水煤浆两两种。干粉气流流床：该该技术的的特点是是碳的转转化率高高，气化化反应中中，所产产煤气中中CO含含量高，HH2含量较较低，这这种煤气气的热值值较高。另另外，这这种气化化炉均采采用水冷冷壁而不不是耐火火砖，炉炉衬的使使用寿命命长。水煤浆气气流床：水煤浆浆气化技技术的特特点是煤煤浆带335%40%水入炉炉，因此此氧耗比比干粉煤煤气化约约高200%；炉炉衬是耐耐火砖，冲冲刷严重重，每年年要更换换一次;生成CCO2

24、量大，碳碳的转化化率低，有有效气体体成份(CO+H2)低；对煤有有一定要要求，如如要求灰灰分113%，灰灰熔点13000，含水水量88%等，虽虽然具有有气流床床煤气化化的共同同优点，仍仍是美中中不足。通过比较较可知道道大型甲甲醇的煤煤气化的的应该优优先考虑虑干粉煤煤气化。设设计采用用的是GGSP冷冷激气化化工艺，其其兼有sshelll和TTexaaco的的技术优优点。代代表着未未来气流流床加压压气化技技术的发发展方向向。2.1.4 GSPP工艺技技术简介介GSP工工艺技术术是200世纪770年代代末由GGDR(原民主主德国)开发并并投入商商业化运运行的大大中型煤煤气化技技术。与与其他同同类气化

25、化技术相相比，该该技术因因采用了了气化炉炉顶干粉粉加料与与反应室室周围水水冷壁结结构，因因而在气气化炉结结构以及及工艺流流程上有有其先进进之处。GGSP气气化技术术的主要要特点如如下：（1）采采用干粉粉煤(水水份含量量2%)作为为气化原原料，根根据后续续化工产产品的要要求，煤煤粉可用用氮气或或一氧化化碳输送送，故操操作十分分安全。由由于气化化温度高高，故对对煤种的的适应性性更为广广泛，从从较差的的褐煤、次次烟煤、烟烟煤到石石油焦均均可使用用，也可可以两种种煤掺混混使用。对对煤的灰灰熔点的的适用范范围比其其他气化化工艺更更宽，即即使是高高水份、高高灰分、高高硫含量量和高灰灰熔点的的煤种也也能使用

26、用。（2）气气化温度度高，一一般在11450016000，煤气气中甲烷烷体积分分数小于于0.11%，(CO+H2)体积积分数高高达900%以上上。（3）氧氧耗较低低，与水水煤浆加加压气化化工艺相相比，氧氧耗低约约15%20%，可降降低配套套空分装装置投资资和运行行费用。（4）气气化炉采采用水冷冷壁结构构，无耐耐火材料料衬里。水水冷壁设设计寿命命按255年考虑虑。正常常使用时时维护量量很少，运运行周期期长。（5）只只有一个个联合喷喷嘴(开开工喷嘴嘴与生产产喷嘴合合二为一一)，喷喷嘴使用用寿命长长，为气气化装置置长周期期运行提提供了可可靠保障障。（6）碳碳转化率率高达999%以以上，冷冷煤气效效率

27、高达达80%以上。（7）对对环境影影响小，气气化过程程无废气气排放。（8）投投资省，粗粗煤气成成本较低低。2.2 净化化工艺方方案的选选择净化工艺艺包括；变换、脱脱硫脱碳碳、硫回回收三个个部分。2.2.1 变换工工序变换工艺艺主要有有：鲁奇奇低压甲甲醇生产产中的变变换工艺艺，Toopse法甲甲醇生产产中的变变换工艺艺，以及及国内的的以重油油为原料料的全气气量部分分变换工工艺。设设计中的的变换工工艺是一一种全新新的设计计，该工工艺采用用的是部部分气变变换。该该工艺的的简单流流程为：气化工工段来的的水煤气气首先进进入预变变换炉，出出炉后分分为两部部分：一一部分进进入另一一变换炉炉，变换换后经过过多

28、次换换热和气气液分离离后去了了脱硫系系统；另另一部分分先进入入有机硫硫水解槽槽脱硫，出出来后气气体又分分为两部部分，部部分去调调节变换换炉出口口CO含含量，部部分去发发电系统统发电。(1)工工艺条件件的确定定：温度 设计中中的变换换炉（RR20002）内内装两段段耐硫变变换触媒媒，两段段间配有有煤气激激冷管线线，采用用连续换换热式来来降低温温度，控控制温度度在3993左右。预预变换炉炉温度控控制在2240左右。压力 设计中中是将气气体压缩缩到3.8Mppa后送送入变换换炉的。压压力对反反应的化化学平衡衡没有影影响，但但对反应应速率影影响显著著，在00.10.33Mpa范围围内反应应速率大大约与

29、压压力的00.5次次方而成成正比，故故加压操操作可提提高设备备生产能能力。现现代甲醇醇装置采采用加压压变换可可以节约约压缩合合成气的的能量，并并可充分分利用变变换气中中过剩蒸蒸汽的能能量。最终变换换率 最终变变换率由由合成甲甲醇的原原料气中中氢碳比比及一氧氧化碳和和二氧化化碳的比比例决定定的。当当全气量量通过变变换工序序时，此此时要求求最终变变换率不不太高，必必须保证证足量的的CO作作为合成成甲醇的的原料；设计中中采用的的是部分分气量变变换，其其余气量量不经过过变换而而直接去去合成，这这部分气气体可以以调节变变换后甲甲醇合成成原料气气中COO的含量量，所以以通过的的气体变变换率达达90%以上。

30、催化剂粒粒度 为了提提高催化化剂的粒粒内有效效因子，可可以减少少催化剂剂粒度，但但相应地地气体通通过催化化剂床的的阻力就就将增加加，变换换催化剂剂的适宜宜直径为为610mmm，工工业上一一般压制制成圆柱柱状，粒粒度555或99mmm。设计计中采用用催化剂剂粒度为为99mmm。2.2.2 NHDD脱硫脱脱碳(1) NHHD溶剂剂的物理理性质和和应用性性能NHD溶溶剂主要要组分是是聚乙二二醇二甲甲醚的同同系物，分分子式为为CH33O(CC2H4O)nCH3,式中n=28，平平均分子子量为22502800。物理性质质(255)： 密度度 1.0027kkg/mm3 蒸汽汽压 00.0993Paa 表

31、面面张力 0.0344N/mm 粘度度 4.33mPaa.s 比热热 21000J/(kgg/K) 导热热系数 0.18WW/(mm/K) 冰点点 -222-299 闪点点 1551 燃点点 1557应用性能能：表1 各种气气体在NNHD溶溶剂中的的相对溶溶解度组分H22 COO CH3CO2COSS HH2SCH3SH4 CCS2 H2O相对溶解解度1.3 2.886.77 1100 2333 8922 222700 24000 7733000(2) NHHD溶剂剂吸收机机理甲醇生产产要求净净化气含含硫量低低，NHHD溶剂剂脱硫(包括无无机硫和和有机硫硫)溶解解度大，对对二氧化化碳选择择性好

32、，而而且，NNHD脱脱硫后串串联NHHD脱碳碳，仍是是脱硫过过程的延延续。NNHD脱脱硫脱碳碳的甲醇醇装置的的生产数数据表明明，经NNHD法法净化后后，净化化气总硫硫体积分分数小于于0.11x100-6，再再设置精精脱硫装装置，总总硫体积积分数可可小于00.05510-66，满足足甲醇生生产的要要求。综上所述述，NHHD法脱脱硫脱碳碳净化工工艺是一一种高效效节能的的物理吸吸收方法法。且在在国内某某些装置置上己成成功应用用，有一一定的生生产和管管理经验验，本着着节约投投资、采采用国内内先进成成熟的净净化技术术这一原原则，设设计采用用了NHHD脱硫硫脱碳净净化工艺艺。2.3 合成成甲醇工工艺的选选

33、择甲醇合成成的典型型工艺主主要是：低压工工艺（IICI低低压工艺艺、Luurgii低压工工艺）、中中压工艺艺、高压压工艺。甲甲醇合成成工艺中中最重要要的工序序是甲醇醇的合成成，其关关键技术术是合成成甲醇催催化剂的的和反应应器，设设计采用用用的是是低压合合成工艺艺。2.3.1 甲醇合合成塔的的选择目前，国国内外的的大型甲甲醇合成成塔塔型型较多，归归纳起来来可分为为五种：冷激式合合成塔：这是最最早的低低压甲醇醇合成塔塔，是用用进塔冷冷气冷激激来带走走反应热热。该塔塔结构简简单，也也适于大大型化。但但碳的转转化率低低，出塔塔的甲醇醇浓度低低，循环环量大，能能耗高，又又不能副副产蒸汽汽，现已已经基本本

34、被淘汰汰。冷管式合合成塔：这种合合成塔源源于氨合合成塔，在在催化剂剂内设置置足够换换热面积积的冷气气管，用用进塔冷冷管来移移走反应应热。冷冷管的结结构有逆逆流式、并并流式和和U型管管式。由由于逆流流式与合合成反应应的放热热不相适适应，即即床层出出口处温温差最大大，但这这时反应应放热最最小，而而在床层层上部反反应最快快、放热热最多，但但温差却却又最小小，为克克服这种种不足，冷冷管改为为并流或或U形冷冷管。这这种塔型型碳转化化率较高高但仅能能在出塔塔气中副副产0.4MPPa的低低压蒸汽汽。日前前大型装装置很少少使用。水管式合合成塔：将床层层内的传传热管由由管内走走冷气改改为走沸沸腾水。这这样可较较

35、大地提提高传热热系数，更更好地移移走反应应热，缩缩小传热热面积，多多装催化化剂，同同时可副副产2.5Mppa4.00MPaa的中压压蒸汽，是是大型化化较理想想的塔型型。固定管板板列管合合成塔：这种合合成塔就就是一台台列管换换热器，催催化剂在在管内，管管间（壳壳程)是是沸腾水水，将反反应热用用于副产产3.00MPaa4.00MPaa的中压压蒸汽。固固定管板板列管合合成塔虽虽然可用用于大型型化，但但受管长长、设备备直径、管管板制造造所限。在在日产超超过20000tt时，往往往需要要并联两两个。这这种塔型型是造价价最高的的一种，也也是装卸卸催化剂剂较难的的一种。随随着合成成压力增增高，塔塔径加大大，

36、管板板的厚度度也增加加。管板板处的催催化剂属属于绝热热段;管管板下面面还有一一段逆传传热段，也也就是进进塔气2225，管外外的沸腾腾水却是是2488，不是是将反应应热移走走而是水水给反应应气加热热。这种种合成塔塔由于列列管需用用特种不不锈钢，因因而是造造价非常常高的一一种。多床内换换热式合合成塔：这种合合成塔由由大型氨氨合成塔塔发展而而来。日日前各工工程公司司的氨合合成塔均均采用二二床(四四床)内内换热式式合成塔塔。针对对甲醇合合成的特特点采用用四床（或或五床)内换热热式合成成塔。各各床层是是绝热反反应，在在各床出出口将热热量移走走。这种种塔型结结构简单单，造价价低，不不需特种种合金钢钢，转化

37、化率高，适适合于大大型或超超大型装装置，但但反应热热不能全全部直接接副产中中压蒸汽汽。典型型塔型有有Cassalee的四床床卧式内内换热合合成塔和和中国成成达公司司的四床床内换热热式合成成塔。合成塔的的选用原原则一般般为：反反应能在在接近最最佳温度度曲线条条件下进进行，床床层阻力力小，需需要消耗耗的动力力低，合合成反应应的反应应热利用用率高，操操作控制制方便，技技术易得得，装置置投资要要底等。综上所述述和借鉴鉴大型甲甲醇合成成企业的的经验，（大大型装置置不宜选选用激冷冷式和冷冷管式），设设计选用用固定管管板列管管合成塔塔。这种种塔内甲甲醇合成成反应接接近最佳佳温度操操作线，反反应热利利用率高高

38、，虽然然设备复复杂、投投资高，但但是由于于这种塔塔在国内内外使用用较多，具具有丰富富的管理理和维修修经验，技技术也较较容易得得到；外外加考虑虑到设计计的是年年产200万吨的的甲醇合合成塔，塔塔的塔径径和管板板的厚度度不会很很大，费费用也不不会很高高，所以以本设计计采用了了固定管管板列管管合成塔塔。2.3.2 催化剂剂的选用用（1） 甲醇醇合成催催化剂经过长时时间的研研究开发发和工业业实践，广广泛使用用的合成成甲醇催催化剂主主要有两两大系列列：一种种是以氧氧化铜为为主体的的铜基催催化剂，一一种是以以氧化锌锌为主体体的锌基基催化剂剂。锌基基催化剂剂机械强强度好.耐热性性好，对对毒物敏敏感性小小，操

39、作作的适宜宜温度为为35004000，压力为为2532MMPa(寿命为为23年)；铜基基催化剂剂具有良良好的低低温活性性，较高高的选择择性，通通常用于于低、中中压流程程。耐热热性较差差，对硫硫、氯及及其化合合物敏感感，易中中毒。操操作的适适宜温度度为2220270，压力为为515MMPa(一般寿寿命为223年)。通过过操作条条件的对对比分析析，可知知使用铜铜基催化化剂可大大幅度节节省投资资费用和和操作费费用，降降低成本本。（2） XNNC-998甲醇醇合成催催化剂简简介：XNC-98型型催化剂剂是四川川天一科科技股份份有限公公司研制制和开发发的新产产品。目目前已在在国内220多套套大、中中、小

40、型型工业甲甲醇装置置上使用用,运行行情况良良好。用用于低温温、低压压下由碳碳氧化物物与氢合合成甲醇醇，具有有低温活活性高、热热稳定性性好的特特点。常常用操作作温度22002900,操作作压力55.010.0MPPa。催化剂活活性和寿寿命：在该催化化剂质量量检验规规定的活活性检测测条件下下，其活活性为：230时：催催化剂的的时空收收率1.220 kkg/(L.hh)250时：催催化剂的的时空收收率1.555 kkg/(L.hh)在正常情情况下，使使用寿命命为2年年以上。综上所述述，催化化剂的活活性、选选择性和和使用寿寿命等主主要技术术经济指指标均适适合，所所以本设设计选用用四川天天一科技技股份有

41、有限公司司研制的的XNCC-988型催化化剂。2.4 粗甲甲醇的精精馏在甲醇合合成时，因因合成条条件如压压力、温温度、合合成气组组成及催催化剂性性能等因因素的影影响，在在产生甲甲醇反应应的同时时，还伴伴随着一一系列的的副反应应。所得得产品除除甲醇为为，还有有水、醚醚、醛、酮酮、酯、烷烷烃、有有机酸等等几十种种有机杂杂质。由由于甲醇醇作为有有机化工工的基础础原料，用用它加工工的产品品种类很很多，因因此对甲甲醇的纯纯度均有有一定的的要求。甲甲醇的纯纯度直接接影响下下游产品品的质量量、消耗耗、安全全生产及及生产过过程中所所用的催催化剂的的寿命。所所以粗甲甲醇必须须提纯。2.4.1 精馏原原理精馏是将

42、将沸点不不同的组组分所组组成的混混合液，在在精馏塔塔中，同同时多次次部分气气化和多多次部分分冷凝，使使其分离离成纯态态组分的的过程。其其分离的的原理如如下：对于由沸沸点不同同的组分分组成的的混合液液，加热热到一定定温度，使使其部分分气化，并并将气相相与液相相分离。因因低沸点点组分易易于气化化，则所所得气相相中低沸沸点组分分含量高高于液相相中的含含量，而而液相中中高沸点点组分含含量，较较气相中中高。若若将气相相混合蒸蒸汽再部部分冷凝凝下来，将将冷凝液液再加热热到一定定温度，使使其部分分气化，并并将气相相与液相相分离，则则所得气气相冷凝凝液中的的低沸点点组分又又高于原原气相冷冷凝液。如如此反复复，

43、低沸沸点组分分不断提提高。到到最后制制得接近近纯态的的低沸点点组分。2.4.2 精馏工工艺和精精馏塔的的选择甲醇精馏馏按工艺艺主要分分为三种种：双塔塔精馏工工艺技术术、带有有高锰酸酸钾反应应的精馏馏工艺技技术和三三塔精馏馏工艺技技术。（1） 双塔塔精馏工工艺国内中、小小甲醇厂厂大部分分都选用用双塔精精馏工艺艺传统的的主、预预精馏塔塔几乎都都选用板板式结构构。双塔塔精馏工工艺流程程见下图图。来自自合成工工段含醇醇90%的粗甲甲醇，经经减压进进入粗甲甲醇贮槽槽。经粗粗甲醇预预热器加加热到445后进入入预精馏馏塔。甲甲醇的精精馏分22个阶段段：先在在预塔中中脱除轻轻馏分，主要是是二甲醚醚；后进进入主精精馏塔，进进一步把把高沸点点的重馏馏分杂质质脱除，主主要是水水、异丁丁基油等等。从塔塔顶或侧侧线采出出