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1、年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计设计说明明书题 目:年年产200万吨煤煤制甲醇醇生产工工艺初步步设计 学 号:2200992233920031姓 名: 余余跃进 年 级: 应化009011 学 院:武武汉科技技大学职职业技术术学院系 别: 化工系系 专 业: 应用化化工技术术 指导教师师: 何何选民 完成日期期:20011-5月1内蒙古科技大学高等职业技术学院毕业设计任务书摘 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,是是碳一化化学的基基础产品品,在国国民经济济中占有有十分重重要的地地位。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
2、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、环保的的原则,采采用煤炭炭为原料料;利用用GSPP气化工工艺造气气;NHHD净化化工艺净净化合成成气体;低压下下利用列列管均温温合成塔塔合成甲甲醇;三三塔精馏馏工艺精精制甲醇醇;此外外严格控控制三废废的排放放,充分分利用废废热,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、工艺艺流程目 录第一章 总论论 11.1概概述 111.2设设计的目
3、目的和意意义 331.3设设计依据据 331.4设设计的指指导思想想 441.5设设计的范范围,装装置组成成及建设设规模41.6原原料煤的的规格51.7产产品质量量标准 55第二章 工艺艺论证 62.1 煤气化化路线的的选择 62.2净净化工艺艺方案的的选择 882.3合合成甲醇醇工艺选选择 1112.4甲甲醇精馏馏 117第三章 工艺艺流程 2223.1 GSPP气化工工艺流程程 2223.2净净化装置置工艺流流程 2233.3甲甲醇合成成工艺流流程 3313.4甲甲醇精馏馏工艺流流程 3323.5氨氨吸收制制冷流程程 334第四章 工艺艺计算 3354.1物物料衡算算 3354.2能能量衡
4、算算 445第五章 主要要设备的的工艺计计算及选选型 5505.1甲甲醇合成成塔的设设计 5505.2水水冷器的的工艺设设计 5545.3循循环压缩缩机的选选型 557 5.4气气化炉的的选型 577 5.5甲甲醇合成成厂的主主要设备备一览表表 558第六章 合成成车间设设计 5596.1厂厂房的整整体布置置设计 5996.2合合成车间间设备布布置的设设计 559第七章 非工工艺专业业要求 5597.1公公用工程程 5597.2安安全卫生生 660第八章 三废废处理 6228.1甲甲醇生产产对环境境的污染染 6628.2 处理方方法 63设计结果果评价 65致谢 65参考文献献 666第一章
5、总论1.1概概述1.1.1甲醇醇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)1.32887,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
6、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甲醇醇用途甲醇是重重要有机机化工原原料和优优质燃料料,广泛应应用于精精细化工工,塑料料,医药药,林产产品加工工等领域域。甲醇醇主要用用于生产产甲醛,消消耗量要要占到甲甲醇总产产量的一一半,甲甲醛则是是生产各各种合成成树脂不不可少的的原料。用用甲醇作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;甲醇羰基基化可生生产醋酸酸、醋酐酐、甲酸酸甲酯等等重要有有机合成成中间体体,它们们是制造造各种
7、染染料、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。甲醇也是一种种重要的的有机溶溶剂,其其溶解性性能优于于乙醇,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。甲醇还是一种种很有前前景的清清洁能源源,甲醇燃燃料以其其安全、廉廉价、燃燃烧充分分,利用用率高、环环保的众众多优点点,替代代汽油已已经成为为车用燃燃料的发发展方向向之一;另外燃燃料级甲甲醇用于于供热和和发电,也也可达到到环保要要求。甲甲醇还可可经生物物发酵生生成甲醇醇蛋白,富含维生素和蛋白质,具有营养价值高而成本低的优
8、点,用作饲料添加剂,有着广阔的应用前景。1.1.3甲醇醇生产工工艺的发发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贝贝特洛在在实验室室用一氯氯甲烷在在碱性溶液中中水解也也制得了了甲醇。19233年德国国BASSF公司司首先用用合成气气在高压压下实现现了甲醇醇的工业业化生产产,直到到19665年,这这种高压压法工艺艺是合成成甲醇的的唯一方方法。119666
9、年英国国ICII公司开开发了低低压法工工艺,接接着又开开发了中中压法工工艺。119711年德国国的Luurgii公司相相继开发发了适用用于天然然气渣渣油为原原料的低低压法工工艺。由由于低压压法比高高压法在在能耗、装装置建设设和单系系列反应应器生产产能力方方面具有有明显的的优越性性,所以以从700年代中中期起,国国外新建建装置大大多采用用低压法法工艺。世世界上典典型的甲甲醇合成成工艺主主要有IICI工工艺、LLurggi工艺艺和三菱菱瓦斯化化学公司司(MCCC)工工艺11。目目前,国国外的液液相甲醇醇合成新新工艺2具具有投资资省、热热效率高高、生产产成本低低的显著著优点,尤尤其是LLPMEEOH
10、TTM工艺艺,采用用浆态反反应器,特特别适用用于用现现代气流流床煤气气化炉生生产的低低H2(CCOCCO2)比的的原料气气,在价价格上能能够与天天然气原原料竞争争。我国的甲甲醇生产产始于119577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995 kkt/aa低压法法装置,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
11、合设计的的2000 ktt/a甲甲醇生产产装置在在上海太太平洋化化工公司司顺利投投产,标标志着我我国甲醇醇生产技技术向大大型化和和国产化化迈出了了新的一一步。220000年,杭杭州林达达公司开开发了拥拥有完全全自主知知识产权权的JW低压压均温甲甲醇合成成塔技术术3,打破破长期来来被ICCI、Lurrgi等等国外少少数公司司所垄断断拥的局局面,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甲醇醇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
12、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、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镏脱脱除甲醚醚,再精精镏而得得成品甲甲醇。自19223年开开始工业业化生产产以来,甲甲醇合成成的原料料路线经经历了很很大变化化。200世纪550年代代以前多多以煤和和焦碳为为原料;50年年代以后后,以天天然气为为原料的的甲醇生生产流程程被广泛泛应用;进入660年代代以来,以以重油为为原料的的甲醇装装置有所所发展。对对于
13、我国国,从资资源背景景看,煤煤炭储量量远大于于石油、天天然气储储量,随随着石油油资源紧紧缺、油油价上涨涨,因此此在大力力发展煤煤炭洁净净利用技技术的背背景下,在在很长一一段时间间内煤是是我国甲甲醇生产产最重要要的原料料4。1.2设设计的目目的和意意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
14、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、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 设计的的依据1.3.1海南南大学材材料与化化工学院院20008届毕毕业
15、设计计选题年产220万吨吨煤制甲甲醇生产产工艺毕毕业设计计任务务书,见见附件。1.3.2 设设计的基基础资料料(1)工工艺流程程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255。1.4设设计的指指导思想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
16、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,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设设计的范范围装置组组成及建建设规模模1.5.1设计计的范围围(1)年年产200万吨甲甲醇生产产工艺流流程的设设计(2)物物料衡算算、热量量衡算(3)主主要生产产设备设设计计算算与选型型(4)环环保措施施(5)编编写设计计说明书书(6)绘绘制设计计图纸设计重点点:工艺流程程的设计计,工艺艺计算,合合成塔设设计计算算与选型型1.5.2生产产和辅助助车间设设置(1)设设生产车车间4个个煤气化车车间:包包括原料料煤的贮贮存、备备煤
17、加工工处理、粉粉煤气化化和空分分。净化车间间:包括括脱硫(常常压粗煤煤气脱硫硫、变换换气脱硫硫)、一一氧化碳碳变换、脱脱二氧化化碳及精精脱硫。合成车间间:包括括压缩、甲甲醇合成成。精馏车间间:甲醇醇精馏和和甲醇贮贮罐区。动力车间间:包括括全厂供供排水、锅锅炉供热热、软水水脱盐水水、供电电。(2)设设辅助车车间3个个机修车间间:包括括机修、电电仪修理理。综合楼:包括中中心化验验室、质质量检验验、安全全环保。综合仓库库1.5.3 建建设规模模生产能力力:年产200万吨甲甲醇,年年开工日日为3330天,日日产为6606.06吨吨,建设设期2年年。工作制度度:合成车间间日工作作小时为为24小小时,每每
18、日3班班轮流替替换,每每班8小小时连续续生产,共共4个班班。厂址选择择该厂建设设在某煤煤矿附近近,计划划占地约约1400亩;厂厂房基建建部分由由某工程程设计院院设计。1.6 原料煤煤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%; Cl/(mmg/kkg)2229;F/(mmg/kkg)1104;Na/(mgg/kgg)21180;K/(mmg/kkg)2292 。1.7产产品质量量标准本产品(精精甲醇)执执行国家家GBB338892标标准,具具体指标标见下表表表1 甲醇醇GBB
19、338892项 目指标优等品一等品合格品色度(铂铂钴),号号 510密度(2200CC),gg/cmm30.79910.77920.79910.7793温度范围围(0,10013225Paa),沸程(包包括644.60.10CC),64.00-655.50.81.01.5高锰酸钾钾试验,min 503020水溶性试试验澄清水分含量量,% 0.1000.155酸度(以以HCOOOH计计),% 或碱度(以以NH33计),% 0.000150.00030.00050.000020.000080.00015羰基化合合物含量量(以CCH2O计),% 0.00020.00050.011蒸发残渣渣含量,%
20、0.00010.00030.0005第二章 工艺流流程设计计甲醇合成成合成气净净化煤制合成成气甲醇精馏馏图1 煤制甲甲醇的简简单工艺艺流程首先是采采用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煤煤气化技技术路线线的
21、选择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移动动床气化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有一定定要求:(2)气气化强度度低:
22、(33)环境境污染负负荷大,治治理较麻麻烦。2.1.1流化化床气化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。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
23、限制制。2.1.3气流流床气化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5: (1)采用0.22mm的的粉煤。 (2)气化温温度达11 40001 6600,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)气化压压力可达达3.556.55MPaa, 可可大大节节省合成成气的压压缩功。 (4)碳转化化率高,均均大于990%,能能耗低。 (5)气化强强度大。 (6)但投资资相对
24、较较高,尤尤其是SShelll粉煤煤气化。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. 从流流程分,可可分为冷冷激式流流程和废废热锅炉炉流程。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:该技术的的特点是是碳的转转化率高高,气化化
25、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:水煤浆气气化技术术的特点点是煤浆浆带355%440%水水入炉,因因此氧耗耗比干粉粉煤气化化约高220%;炉衬是是耐火砖砖,冲刷刷严重,每每年要更更换一次次;生成成CO22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
26、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 GGSP工工艺技术术简介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66: (1)采用干干粉煤(水份含含量22%)作作为气化化原料,根根据
27、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
28、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 净化工工艺方案案的选择择净化工艺艺包括;变换、脱脱硫脱碳碳、硫回回收三个个部分。2.2.1 变变换工序序以煤为原原料制得得的粗甲甲醇原
29、料料气必须须经过一一氧化碳碳变换工工序。变变换工序序主要有有两个方方面的作作用:通通过变换换调整氢氢碳比和和使有机机硫转化化为无机机硫。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
30、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。工艺条件件的确定定:(1)温温度变换反应应是一个个可逆放放热反应应,对应应于一定定的组成成和一个个最佳温温度。为为了让反反应沿着着最佳温温度曲线线进行,必必须移走走反应热热以降低低反应温温度。设设计中的的变换炉炉(R220022)内装装两段耐耐硫变换换触媒,两两段间配配有煤气气激冷管管线,采采用连续续换热式式来降低低温度,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。(2)压压力设计中是是将气体体压缩到到3.88Mpa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
31、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。(3)最最终变换换率最终变换换率由合合成甲醇醇的原料料气中氢氢碳比及及一氧化化碳和二二氧化碳碳的比例例决定的的。当全全气量通通过变换换工序时时,此时时要求最最终变换换率不太太高,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
32、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。(4)催催化剂粒粒度为了提高高催化剂剂的粒内内有效因因子,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 NNHD脱脱硫脱碳碳2.2.2.11NHDD溶剂的的物理性性质和应应用性能能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)nnCH33,式中n=28,平平均分子子量为2
33、2502800。物理性质质(255): 密度 11.0227kgg/m33 蒸汽压压 0.0933Pa 表面张张力 0.0034NN/m 粘度 44.3mmPa.s 比热 221000J/(kg/K) 导热系系数 0.118W/(m/K) 冰点 -22-299 闪点 1511 燃点 1577应用性能能:表2 各种种气体在在NHDD溶剂中中的相对对溶解度度7组分H2COCH3CO2COSH2SCH3SSHCS2H20相对溶解解度1.32.86.710023389322700240007330002.2.2.22 NHHD溶剂剂的优点点如下:(1)溶溶剂对CCO2, HH2S等酸酸性气体体吸收能能
34、力强。 (2)溶剂的的蒸汽压压极低,挥挥发性小小。 (3)溶剂不不氧化、不不降解,有有良好的的化学和和热稳定定性。 (4)溶剂对对碳钢等等金属材材料无腐腐蚀性。 (5)溶剂本本身不起起泡。 (6)具有选选择性吸吸收H2S的特性性,并且且可以吸吸收COOS等有有机硫。(7)溶溶剂无臭臭、无味味、无毒毒。(8)能能耗低。NNHD溶溶剂系物物理吸收收溶剂。再再生时,只只需空气气气提可可节约大大量再生生能耗。2.2.2.33 NHHD溶剂剂吸收机机理NHD净净化技术术属物理理吸收过过程,HH2S在NHDD溶剂中中的溶解解度能较较好地符符合亨利利定律。当当CO2分压小小于1MMPa时时,气相相压力与与液
35、相浓浓度的关关系基本本符合亨亨利定律律。因此此,H22S和COO2在NHHD溶剂剂中的溶溶解度随随压力升升高、温温度降低低而增大大。降低低压力、升升高温度度可实现现溶剂的的再生。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,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
36、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 合成甲甲醇工艺艺的选择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甲醇醇合成塔塔的选择择89甲醇
37、合成成反应器器实际是是甲醇合合成系统统中最重重要的设设备。从从操作结结构,材材料及维维修等方方面考虑虑,甲醇醇合成反反应器应应具有以以下要求求:(1)催催化剂床床层温度度易于控控制,调调节灵活活,能有有效移走走反应热热,并能能以较高高位能回回收反应应热;(2)反反应器内内部结构构合理,能能保证气气体均匀匀通过催催化剂床床层,阻阻力小,气气体处理理量大,合合成转化化率高,催催化剂生生产强度度大;(3)结结构紧凑凑,尽可可能多填填装催化化剂,提提高高压压空间利利用率;高压容容器及内内件间无无渗漏;催化剂剂装御方方便;制制造安装装及维修修容易。甲醇合成成塔主要要由外筒筒、内件件和电加加热器三三部分组
38、组成。内内件事由由催化剂剂筐和换换热器两两部分组组成。根根据内件件的催化化剂筐和和换热器器的结构构形式不不同,甲甲醇内件件份为若若干类型型。按气体在在催化剂剂床的流流向可分分为:轴轴向式、径径向式和和轴径复复合型。按催化剂剂筐内反反应惹得得移出方方式可分分为冷管管型连续续换热式式和冷激激型多段段换热式式两大类类。按换热器器的形式式分为列列管式、螺螺旋板式式、波纹纹板式等等多种形形式。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: (1)冷冷激式合合成塔这是最早早的低压压甲醇合合成塔,是是用进塔塔冷气冷冷激来带带走反应应热。该该塔结构构简单,也也适于大大型化。但但碳的
39、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,现已已经基本本被淘汰汰。(2)冷冷管式合合成塔这种合成成塔源于于氨合成成塔,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。如如19884年IICI公公司提出出的逆流流式冷管管型及119933年提出出的并流流冷管TT
40、CC型型合成塔塔和国内内林达公公司的UU形冷管管型。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. 4MMPa的的低压蒸蒸汽。日日前大型型装置很很少使用用。(3)水水管式合合成塔 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。(4)固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
41、中压压蒸汽。代代表塔型型有Luurgii公司的的合成塔塔和三菱菱公司套套管超级级合成塔塔,该塔塔是在列列管内再再增加一一小管,小小管内走走进塔的的冷气。进进一步强强化传热热,即反反应热通通过列管管传给壳壳程沸腾腾水,而而同时又又通过列列管中心心的冷气气管传给给进塔的的冷气。这这样就大大大提高高转化率率,降低低循环量量和能耗耗,然而而使合成成塔的结结构更复复杂。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,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。(5)多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
限制150内