煤制甲醇合成工艺毕业设计ellj.docx

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1、年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计毕 业 设 计计题 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：姓 名：年 级：009煤化化工学 院：系 别：煤煤化工系系专 业：煤煤化工指导教师师：完成日期期：20012年年5月114日 2年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计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

2、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、 合成。目 录1总论41.1甲甲醇性质质41.2甲甲醇用途途441.3醇醇生产原原料42甲醇的的合成52.1甲甲醇合成成的基本本原理52.1.1甲醇合合成反应应步骤52.1.2合成甲甲醇的

3、化化学反应应52.1.3甲醇醇合成反反应的化化学平衡衡63甲醇合合成的催催化剂 63.1工工业用甲甲醇合成成催化剂剂774甲醇合合成的工工艺条件件994.1反反应温度度 94.2压压力1004.3空空速1104.4气气体组成成115甲醇合合成的工工艺流程程125.1甲甲醇合成成的方法法125.2甲甲醇合成成塔的选选择155.3甲甲醇合成成的工艺艺流程 186主要设设备的工工艺计算算及选型型1196.1甲甲醇合成成塔的设设计1996.2水水冷器的的工艺设设计2226.3循循环压缩缩机的选选型2557设计结结果评价价268参考文文献 227致谢227附工程图图纸1、甲醇醇合成塔塔简图2、甲醇醇合成

4、工工艺流程程图1总论1.1甲甲醇性质质甲醇俗称称木醇、木木精，英英文名为为metthannol，分分子式CCH3OH。是一种种无色、透透明、易易燃、有有毒、易易挥发的的液体，略略带酒精精味；分子量量32.04，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（20）12.265kPa，粘度（20）0.5945mPas。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮类和大多数其他有机溶剂混溶。蒸气与空气形成爆炸性

5、混合物，爆炸极限6.036.5（体积比）。化学性质较活泼，能发生氧化、酯化、羰基化等化学反应。1.2甲甲醇用途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染染料、药药品、农农药、炸炸药、香香料、喷喷漆的原原料，

6、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点，用作饲料添加剂，有着广阔的应用前景。1.3甲甲醇生产

7、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、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

8、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。2甲醇的的合成2.1甲甲醇合成成的基本本原理2.1.1甲醇合合成反应应步骤对甲醇合合成而言言，无论论是锌铬铬催化剂剂还是铜铜基催化化剂，其其多相（非非匀相）催催化过程程按下列列过程进进行：a）扩散散气气体自气气相扩散散到催化化剂的界界面；bb）吸附附各各种气体体在催

9、化化剂的活活性表面面进行化化学吸附附，其中中CO在在Cu22+上吸吸附，HH2在ZZn2+上吸附附并异裂裂；c）表表面反应应化化学吸附附的反应应物在活活性表面面上进行行反应，生生成产物物；d）解解析反应产产物脱附附；e）扩扩散反应产产物气体体自催化化剂界面面扩散到到气相中中去；甲醇合成成反应的的速率。是是上述五五个过程程中每一一个过程程进行速速率的总总和，但但全过程程的速率率取决于于最慢步步骤的完完成速率率。研究究证实，以以上五个个过程中中a、ee（扩散散）进行行得最快快，b（吸吸附）、dd（解析析）进行行的速度度较快，而而过程cc（表面面反应）分分子在催催化剂活活性界面面的反应应速度最最慢，

10、因因此，整整个反应应过程取取决于表表面反应应的进行行速率。 提高高压力、升升高温度度均可使使甲醇合合成反应应速率加加快，但但从热力力学角度度分析，由由于COO、COO2 和和H2合合成甲醇醇的反应应是强放放热的体体积缩小小反应，提提高压力力、降低低温度有有利于化化学平衡衡向生成成甲醇的的方向移移动，同同时也有有利于抑抑制副反反应的进进行。2.1.2合成甲甲醇的化化学反应应甲醇是甲甲醇合成成反应是是多项铜铜基催化化剂上进进行的复复杂的、可可逆的化化学反应应。（11）、主主要的化化学反应应（2）、甲甲醇合成成的副反反应2.1.3甲醇合合成反应应的化学学平衡 一一氧化碳碳和氢气气合成甲甲醇是一一个气

11、相相可逆反反应，压压力对反反应起着着重要作作用，用用气体分分压来表表示的平平衡常数数可用下下面公式式表示：Kp=式中 Kpp-甲醇醇的平衡衡常数；P CCH3OOH，PPH2，PP COO-分分别表示示甲醇、氢氢气、一一氧化碳碳的平衡衡分压。 反应温度也是影响平衡常数的一个重要因素，不同温度下的反应平衡常数见表1-1。其平衡常数随着温度的上升而很快减小，因此，甲醇合成不能在高温下进行。但是低温反应速率太慢，所以甲醇生产选用高活性的铜基催化剂，使反应温度控制在220280.表1-11 不不同温度度下甲醇醇反应的的平衡常常数反应温度度/平衡常数数/ KKp0667.3010012.9922001.

12、9009110-223002.422100-44001.0779110-553甲醇合合成的催催化剂甲醇合成成是是典典型的气气固相相催化反反应过程程。没有有催化剂剂的存在在，合成成甲醇反反应几乎乎不能进进行。合合成甲醇醇工业的的进展，很很大程度度上取决决于催化化剂的研研制成功功以及质质量的改改进。在在合成甲甲醇的生生产中，很很多工艺艺指标和和操作条条件都由由所用催催化剂的的性质决决定。一氧化碳碳加氢合合成甲醇醇工业化化以来，合合成催化化剂合成成工艺不不断研究究改进。虽虽然实验验室研究究出了多多种甲醇醇合成催催化剂，但但工业上上使用的的催化剂剂只有锌锌铬和铜铜基催化化剂。3.1工工业用甲甲醇合成成

13、催化剂剂甲醇合成成是是典典型的气气固相相催化反反应过程程。没有有催化剂剂的存在在，合成成甲醇反反应几乎乎不能进进行。合合成甲醇醇工业的的进展，很很大程度度上取决决于催化化剂的研研制成功功以及质质量的改改进。在在合成甲甲醇的生生产中，很很多工艺艺指标和和操作条条件都由由所用催催化剂的的性质决决定。自自一氧化化碳加氢氢合成甲甲醇工业业化以来来，合成成催化剂剂合成工工艺不断断研究改改进。虽虽然实验验室研究究出了多多种甲醇醇合成催催化剂，但但工业上上使用的的催化剂剂只有锌锌铬和铜铜基催化化剂。随随着脱硫硫技术的的发展，使使用铜基基催化剂剂己成为为甲醇合合成工业业的主要要方向，锌锌基催化化剂已于于80年

14、年代中期期淘汰。表3国内内外常用用铜基催催化剂特特性对比比100催化剂型型号组分/操作条件件CuOZnOAl2OO3压力/MMPa温度/英国ICCI 551-336030107.8-11.81902700德国LGG1044513244.92102400美国C779-22-1.5-11.72203300丹麦LMMK4010-9.82202700中国C3302系系列513245.0-10.0 21002800中国XCCN-9985220 85.010.0 20002900从表的对对比可以以看出，国国产催化化剂的铜铜含量已已提500%以上上。制备备工艺合合理，使使该催化化剂的活活性、选选择性、使使用

15、寿命命和机械械强度均均达到国国外同类类催化剂剂的先进进水平，并且价价格较低低。1. 锌锌铬催化化剂（ZZnO/ C r2OO3）锌铬催化化剂是最最早用于于工业合合成甲醇醇的，119666年以前前的甲醇醇合成几几乎都用用锌铬催催化剂。锌锌铬催化化剂一般般采用共共沉淀法法制造。将将锌与铬铬的硝酸酸盐溶液液用碱沉沉淀，经经洗涤干干燥后成成型制的的催化剂剂；也可可以用氧氧化铬溶溶液加到到氧化锌锌悬浮液液中，充充分混合合，然后后分离水水分、烘烘干，掺掺进石墨墨成型；还可以以干法生生产，将将氧化锌锌与氧化化铬的细细分混合合均匀，添添加到少少量氧化化铬溶液液，和石石墨压片片，然后后烘干压压片制的的成品。锌铬

16、催化剂使用寿命长，使用范围宽，耐热性好，抗毒能力好，机械强度好。但是锌铬催化剂活性温度高，操作温度在320-400之间，为了获得较高的转化率，必须在高压下操作，操作压力可达25-35Mpa，目前逐步被淘汰。2. 铜铜基催化化剂（CCuO/ ZnnO/ C rr2O33或CuuO/ ZnOO/ AAl2OO3）铜基催化化剂是220世纪纪60年年代开发发的产品品，它具具有良好好的低温温活性，较较高的选选择性，通通常用于于低、中中压流程程。（1）组组成 铜基催催化剂的的主要化化学成分分是CuuO/ ZnOO/ AAl2OO3或CCuO/ ZnnO/ C rr2O33，其活活性组分分是Cuu和ZnnO

17、，同同时还要要添加一一些助催催化剂，促促进催化化剂活性性。C r2OO3的添添加可以以提高铜铜在催化化剂的分分散度，同同时又能能阻止分分散的铜铜晶粒在在受热时时被烧结结、长大大，延长长催化剂剂的使用用寿命。添添加All2O33助催化化剂使催催化剂活活性更高高，而且且Al22O3价价廉、无无毒，用用Al22O3代代替C r2OO3的铜铜基催化化剂更好好。（22）还原原 氧氧化铜对对甲醇合合成无催催化活性性，投入入使用之之前需将将氧化铜铜还原成成单质铜铜，工业业上采用用氢气、一一氧化碳碳作为还还原剂，对对铜基催催化剂进进行还原原。其反反应如下下：CuuO+ H2 Cuu+ HH2O+QCuuO+

18、COCu+ H22O+QQ氧化铜的的还原反反应是强强烈的放放热反应应，而且且铜基催催化剂对对热比较较敏感，因因此要严严格控制制氢及一一氧化碳碳浓度和和温度，还还原升温温要缓慢慢，出水水均匀，以以防温度度猛升和和出水过过快，影影响催化化剂的活活性寿命命。 还原原后的催催化剂与与空气接接触时，产产生下列列反应：H2OO + 1/22O2Cu O +Q如果与大大量的空空气接触触，放出出的反应应的热将将使催化化剂超温温结烧。因因此，停停车卸出出之前，应应先通入入少量氧氧气逐步步进行氧氧化，在在催化剂剂的表面面形成一一层氧化化铜保护护膜，这这一过程程称为催催化剂的的钝化。 铜基催催化剂最最大的特特点是活

19、活性高，反反应温度度低，操操作压力力低。其其缺点是是对合成成原料气气杂质要要求严格格，特别别是原料料气中的的S、AAs必须须精脱除除。（3）其其他类型型的催化化剂 铜锌锌铝、铜铜锌铬催催化剂是是当前甲甲醇合成成工业的的主要催催化剂，但但近年来来，新型型催化剂剂的研制制一刻也也没停歇歇过，新新型催化化剂 研研制方向向在于进进一步提提高催化化剂的活活性，改改善催化化剂的热热稳定性性以及延延长催化化剂的使使用寿命命，如钯钯系催化化剂、钼钼系催化化剂和低低温液相相催化剂剂。这些些催化剂剂虽然在在某些方方面弥补补了铜锌锌铝、铜铜锌铬催催化剂的的不足，但但因其活活性不理理想或对对甲醇的的选择性性差等自自身

20、缺点点，还只只停留在在研究阶阶段而没没有实现现工业化化的应用用。3. 铜铜基催化化剂的中中毒和寿寿命铜基催化化剂对硫硫的中毒毒十分敏敏感，一一般认为为其原因因是H22S和CCu形成成CuSS，也可可能生成成Cu22S，反反应如下下：Cuu+H22SCCuS+ H22 22Cu+H2SSCuu2S+ H22因此原料料气中硫硫含量应应小于00.1pppm，与与此类似似的是氢氢卤酸对对催化剂剂的毒性性。催化化剂使用用的寿命命与合成成甲醇的的操作条条件有关关，铜基基催化剂剂比锌铬铬催化剂剂的耐热热性差得得多，因因此防止止超温是是延长寿寿命的重重要措施施。移动床气气化，是是目前世世界上用用于生产产合成气

21、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）气化强度低：（3）环境污染负荷大，治理较麻烦。4甲醇合合成的工工艺条件件甲醇合成成反应为为放热、体体积缩小小的可逆逆反应，温温度、压压力及气气体组成成对反应应进行的的程度及及速度有有一定的的影响。下下面围绕绕温度、压压力、气气体的组组成及空空间速度度对甲醇醇合成反反应的影影响来讨讨论工艺艺条件的的选择。4.1反反应温度度在甲醇合合成反应应过程中中，温度度对于反反应混合合物的平平衡和速速率都有有很大影影响。对于化学学反应来来说，温温

22、度升高高会使分分子的运运动加快快，分子子间的有有效碰撞撞增多，并并使分子子克服化化合时的的阻力的的能力增增大，从从而增加加了分子子有效结结合的机机会，使使甲醇合合成反应应的速度度加快；但是，由由一氧化化碳加氢氢生成甲甲醇的反反应和由由二氧化化碳加氢氢生成甲甲醇的反反应均为为可逆的的放热反反应，对对于可逆逆的放热热反应来来讲，温温度升高高固然使使反应速速率常数数增大，但但平衡常常数的数数值将会会降低。因因此，选选择合适适的操作作温度对对甲醇合合成至关关重要。所以必须兼顾上述两个方面，温度过低达不到催化剂的活性温度，则反应不能进行。温度太高不仅增加了副反应，消耗了原料气，而且反应过快，温度难以控制

23、，容易使催化剂衰老失活。一般工业生产中反应温度取决于催化剂的活性温度，不同催化剂其反应温度不同。另外为了延长催化剂寿命，反应初期宜采用较低温度，使用一段时间后再升温至适宜温度。4.2压力甲醇合成成反应为为分子数数减少的的反应，因因此增加加压力有有利于反反应向甲甲醇生成成方向移移动，使使反应速速度提高高，增加加装置生生产能力力，对甲甲醇合成成反应有有利。但但压力的的提高对对设备的的材质、加加工制造造的要求求也会提提高，原原料气压压缩功耗耗也要增增加以及及由于副副产物的的增加还还会引起起产品质质量的变变差。操操作压力力的选用用与催化化剂的活活性有关关。早期期的高压压法合成成甲醇工工艺采用用的是锌锌

24、基催化化剂，由由于活性性差，需需要在高高温高压压下操作作，其操操作压力力为25535MMpa，操操作温度度3500420。至较高高的压力力和温度度下，一一氧化碳碳和氢生生成甲烷烷、异丁丁醇等副副产物，这这些副反反应的反反应热高高于甲醇醇合成反反应，使使床层温温度提高高，副反反应加速速，如果果不及时时控制，回回造成温温度猛升升而损坏坏催化剂剂。近年年来普遍遍使用的的铜基甲甲醇合成成催化剂剂，其活活性温度度范围在在20003000，有较较高的活活性，对对于规模模小于330万吨吨/a的的工厂，操操作压力力一般可可降为55Mpa左右右；对于于超大型型的甲醇醇装置，为为了减少少设备尺尺寸，合合成系统统的

25、操作作压力可可以升至至10MMpa左右右。设采采用的是是低压法（入入塔压强强为5.14MMPa）合合成甲醇醇。所以以工厂对对压力的的选择要要在技术术、经济济等方面面综合考考虑。4.3空空速空速的大大小意味味着气体体与催化化剂接触触时间的的长短，在在数值上上，空速速与接触触时间互互为倒数数。一般般来说，催催化剂活活性愈高高，对同同样的生生产负荷荷所需的的接触时时间就愈愈短，空空速愈大大。甲醇醇合成所所选用的的空速的的大小，既既涉及合合成反应应的醇净净值、合合成塔的的生产强强度、循循环气量量的大小小和系统统压力降降的大小小，又涉涉及到反反应热的的综合利利用。当当甲醇合合成反应应采用较较低的空空速时

26、，气气体接触触催化剂剂的时间间长，反反应接近近平衡，反反应物的的单程转转化率高高。由于于单位时时间通过过的气量量小，总总的产量量仍然是是低的。由由于反应应物的转转化率高高，单位位甲醇合合成所需需要的循循环量较较少，所所以气体体循环的的动力消消耗小。当空速增大时，将使出口气体中醇含量降低，即醇净值降低，催化剂床层中既定部位的醇含量与平衡醇浓度增大，反应速度也相应增大。由于醇净值降低的程度比空速增大的倍数要小，从而合成塔的生产强度在增加空速的情况下有所提高，因此可以增大空速以增加产量。但实际生产中也不能太大，否则会带来一系列的问题：（1）提高空速，意味着循环气量的增加，整个系统阻力增加，使得压缩机

27、循环功耗增加。（2）甲醇合成是放热反应，依靠反应热来维持床层温度。那么若空速增大，单位体积气体产生的反应热随醇净值的下降而减少。空速过大，催化剂温度就难以维持，合成塔不能维持自热则可能在不启用加热炉的情况下使床层温度跨掉。4.4气体组成原料气组成对催化剂活性的影响是比较复杂的问题，现就以下几种原料气成分对催化剂活性的影响作一下讨论。（1）惰性气体（CH4、N2、Ar）的影响合成系统中惰性气体含量的高低，影响到合成气中有效气体成分的高低。惰性气体的存在引起CO、CO2、H2分压的下降。合成系统中惰性气体含量，取决于进入合成系统中新鲜气中惰性气体的多少和从合成系统排放的气量的多少。排放量过多，增加

28、新鲜气的消耗量，损失原料气的有效成分。排放量过少则影响合成反应进行。调节惰性气体的含量，可以改变触媒床层的温度分布和系统总体压力。当转化率过高而使合成塔出口温度过高时，提高惰气含量可以解决温度过高的问题。此外，在给定系统压力操作下，为了维持一定的产量，必须确定适当的惰气含量，从而选择（驰放气）合适的排放量。（2）CO和H2比例的影响从化学反应方程式来看，合成甲醇时CO与H2的分子比为1：2，CO2和H2的分子比是1：3，这时可以得到甲醇最大的平衡浓度。而且在其他条件一定的情况下，可使甲醇合成的瞬间速度最大。但由生产实践证明，当CO含量高时，温度不易控制，且会导致羰基铁聚集在催化剂上，引起催化剂

29、失活，同时由于CO在催化剂的活性中心的吸附速率比H2要快得多，所以要求反应气体中的氢含量要大于理论量，以提高反应速度。氢气过量同时还能抑制高级醇、高级烃和还原物质的生成，减少H2S中毒，提高粗甲醇的浓度和纯度。同时又因氢的导热性好，可有利于防止局部过热和降低整个催化层的温度。但氢气过量会降低生产能力，工业生产中用铜系催化剂进行生产时，一般认为在合成塔入口的V（H2）：V（CO）=45较为合适。实际生产中我们的氢碳比按照以下关系确定。（H2-CO2）/（CO+CO2）=2.052.15（3）CO2的影响CO2对催化剂活性、时空产率的影响比较复杂而且存在极值。完全没有CO2的合成气，催化剂活性处于

30、不稳定区，催化剂运转几十小时后很快失活。所以CO2是活性中心的保护剂，不能缺少。在CO2浓度4%以前，CO2对时空产率的影响成正效应，促进CO合成甲醇，自身也会合成甲醇；但如果CO2含量过高，就会因其强吸附性而占据催化剂的活性中心，因此阻碍反应的进行，会使时空产率下降，同时也降低了CO和H2的浓度，从而降低反应速度，影响反应平衡，而且由于存在大量的CO2，使粗甲醇中的水含量增加，在精馏过程中增加能耗。一般认为CO2在35%左右为宜。5甲醇合合成的工工艺流程程5.1甲甲醇合成成的方法法1.常用用的合成成方法 当今甲甲醇生产产技术主主要采用用中压法法和低压压法两种种工艺，并并且以低低压法为为主，这

31、这两种方方法生产产的甲醇醇约占世世界甲醇醇产量的的80%以上。高压法：(199.6-29.4Mppa)是是最初生生产甲醇醇的方法法，采用用锌铬催催化剂，反反应温度度3600-4000，压力力19.6-229.44Mpa。高高压法由由于原料料和动力力消耗大大，反应应温度高高，生成成粗甲醇醇中有机机杂质含含量高，而而且投资资大，其其发展长长期以来来处于停停顿状态态。低压法：(5.0-88.0 Mpa)是是20世世纪600年代后后期发展展起来的的甲醇合合成技术术，低压压法基于于高活性性的铜基基催化剂剂，其活活性明显显高于锌锌铬催化化剂，反反应温度度低(2240-2700)。在在较低压压力下可可获得较

32、较高的甲甲醇收率率，且选选择性好好，减少少了副反反应，改改善了甲甲醇质量量，降低低了原料料消耗。此此外，由由于压力力低，动动力消耗耗降低很很多，工工艺设备备制造容容易。低压法甲甲醇合成成工艺流流程1、5、88热交换换器；22、9分分离器；3、44压缩机机器；66甲醇合合成塔；7加热热炉；110中间间储罐；11闪闪蒸塔；12轻轻馏分塔塔；133精馏塔塔n ICI低低压合成成基本工工艺过程程： 天然气气脱硫。 蒸汽转转化。 补碳及及合成气气压缩。 甲醇合合成。 甲醇精精制中压法：(9.8-112.00 Mppa)随随着甲醇醇工业的的大型化化，如采采用低压压法势必必导致工工艺管道道和设备备较大，因因

33、此在低低压法的的基础上上适当提提高合成成压力，即即发展成成为中压压法。中中压法仍仍采用高高活性的的铜基催催化剂，反反应温度度与低压压法相同同，但由由于提高高了压力力，相应应的动力力消耗略略有增加加。目前，甲甲醇的生生产方法法还主要要有甲烷直直接氧化化法：22CH44+O22CHH3OH.由一氧氧化碳和和氢气合合成甲醇醇，液化石石油气氧氧化法2本设设计的合合成工艺艺以投资成成本，生生产成本本，产品品收率为为依据，选选择中压压法为生生产甲醇醇的工艺艺，用CCO和HH2在加热热压力下下，在催催化剂作作用下合合成甲醇醇，其主主要反应应式为：CO+ H2CH3OH经过净化化的原料料气，经经预热加加压，于

34、于5 MMpa、2220下，从从上到下下进入LLurggi反应应器，在在铜基催催化剂的的作用下下发生反反应，出出口温度度为2550左右，甲甲醇7%左右，因因此，原原料气必必须循环环，则合合成工序序配置原原则为图图2-22。合成塔水冷器甲醇分离塔循环器甲醇的合合成是可可逆放热热反应，为为使反应应达到较较高的转转化率，应应迅速移移走反应应热，本本设计采采用Luurgii管壳式式反应器器，管程程走反应应气，壳壳程走44MPaa的沸腾腾水粗甲醇驰放气气 图图1-11合成成合序配配置原则则甲醇合成成的工艺艺流程（图）这个流程程是德国国Lurrgi公公司开发发的甲醇醇合成工工艺，流流程采用用管壳式式反应器

35、器，催化化剂装在在管内，反反应热由由管间沸沸腾水放放走，并并副产高高压蒸汽汽，甲醇醇合成原原料在离离心式透透平压缩缩机内加加压到55.2MMPa (以11：5的的比例混混合) 循环环，混合合气体在在进反应应器前先先与反应应后气体体换热，升升温到2220 左右，然然后进入入管壳式式反应器器反应，反反应热传传给壳程程中的水水，产生生的蒸汽汽进入汽汽包，出出塔气温温度约为为 2550，含甲甲醇7%左右，经经过换热热冷却到到40 ，冷凝凝的粗甲甲醇经分分离器分分离。分分离粗甲甲醇后的的气体适适当放空空，控制制系统中中的惰性性气体含含量。这这部分空空气作为为燃料，大大部分气气体进入入透平压压缩机加加压返

36、回回合成塔塔，合成成塔副产产的蒸汽汽及外部部补充的的高压蒸蒸汽一起起进入过过热器加加热到550，带动动透平压压缩机，透透平后的的低压蒸蒸汽作为为甲醇精精馏工段段所需热热源。5.2甲甲醇合成成塔的选选择甲醇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合合理，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，合成成转化率率高，催催化剂生生产强度度大；

37、（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

38、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

39、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TTCC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2.5Mpa4.00MPaa的中压压蒸汽，是是

40、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成成塔就是是一台列列管换热热器，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。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

41、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248，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

42、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

43、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，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（日日产量为为6500吨左右右），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。5.3甲甲醇合成成工艺流流程来自脱碳碳装置的的新鲜气气（40，3.44MPaa）与循循环气一一起经甲甲醇合成成气压缩缩机（CC70001）压压缩至55.144MPaa后，经经过入塔塔气预热热器（EE70001）加加热到2225，进入入甲醇合合成塔（RR70001）内内，甲醇醇合成气气在催化化剂作用用下发生生如下反反应：CO + 2HH2 = CH33OH + QQCO2 + 33H2 = CCH3OH + HH2O + Q甲醇合成成塔（RR70001）为为列管式式等温反反应器，管管内装有有XNCC-988型甲醇醇合成催催化剂，管管外为沸沸腾锅炉炉水。反应放出出大量的的热，通通过列管管管壁传传给锅炉炉水，产产生大量量中压蒸蒸汽（33.9MMP