煤合成甲醇.docx
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1、摘要煤制取甲醇生产工艺是一种以煤作为原材料进行甲醇生产的工艺流程。甲醇在有机化学领域中占有重要地位,也是国民经济的重大组成局部。随着科技的进步,甲醇燃料的应用也大幅度上升。世界甲醇工业从90年代开始经历了19911998的供需平衡,1998J999的供大于求,从2000年初至今的供求根本平衡三个根本阶段。我国的甲醇工业经过十几年的开展,生产能力也得到了很大提高。设计内容主要是三塔甲醇精储工艺,与传统工艺相比新工艺能够节约能量,节约软水;但是同时新工艺增加了系统的藕合程度,加强了塔之间的关联性,提高了系统对于进料波动的响应的复杂性,给控制带来了很大的难题。为了能够实现新工艺的工业应用,对新工艺进
2、行详细的研究。进行工艺额度论证,物料衡算以及热量衡算等。本设计采用煤炭为原料;利用TeXaCo煤气化技术作为造气技术;低温甲醇洗技术中的Linde工艺;中压法一氧化碳加氢制甲醇工艺;严格地控制三废排放,充分利用费能,降低能源耗损,保证操作人员的人身平安。关键词:甲醇;合成;精储;计算AbstractCoalpreparationofmethanolproductionprocessisaprocessofcoalasrawmaterialformethanolproductionprocess.Methanoloccupiesanimportantpositionintheorganicche
3、mistryfield,andisalsoamajorcomponentofthenationaleconomy.Withtheprogressofscienceandtechnology,theapplicationofmethanolfuelhasalsoincreasedgreatly.Theworldmethanolindustryfrom90timehasexperiencedthesupplyanddemandof1991-1998,1998-1999oversupply,fromthebeginningofthe2000basicbalanceofsupplyanddemandh
4、asthreebasicstages.China,smethanolindustryafteradecadeofdevelopment,productioncapacityhasbeengreatlyimproved.Designcontentmainlythreecolumnsofmethanoldistillationprocess,processandtraditionalcomparedtothenewtechnologycansaveenergy,softwatersaving;butatthesamelimenewtechnologyincreasedsystemcouplingd
5、egree,strengthenedtheassociationbetweentower,improvethesystemforfeedfluctuationsinresponsetothecomplexityandtocontrolbroughtgreatdifficulties.Inordertorealizetheindustrialapplicationofthenewtechnology,thenewtechnologyisstudiedindetail.Tocarryoutprocessquotaargument,materialbalanceandheatbalancecalcu
6、lation,etc.Thisdesignusingcoalasrawmaterials;theuseofTexacocoalgasificationtechnologyforgastechnology;lowtemperaturemethanolwashingtechnologyinLindetechnology;mediumvoltagemethodofcarbonmonoxidehydrogenationtomethanolprocess;strictlycontroldischargeofthreewastes1,makefulluseoffeescan,reduceenergycon
7、sumption,guaranteepersonalsafetyofoperators.Keywords:methanol;synthetic;distiIIation;calculate目录1 .绪论11.1 物化性质概述11.2 甲醵的供给和需求11.2. 1国外的生产能力11.3. 2国内的生产能力21.3 煤制取甲醇的生产工艺31.3 .1制取甲醇整体路线选择31.4 .2煤的气化31.3.3煤气化气净化工艺错误!未定义书签。1.3.4煤合成甲醇制取方案41.3.5甲醇精播工艺概述72.物料衡算92.1合成过程的反响方程式92.2合成塔物料衡算92. 2.1储罐气组成103.甲醇精播工
8、段的设计123.1 预精储塔设计123. 1.1进料组成123. 加碱量的计算124. 1.3清晰分割法提取二甲醛134.1. 4预精储塔塔釜温度的计算14理论塔板数的计算153. 2加压精储塔的设计153. 2.1清晰分割法别离物系153. 2.2塔顶与进料、塔釜温度的计算173. 2.3回流比以及理论塔板数的计算183. 3常压精储塔设计193 .3.1清晰分割法别离物系194 .3.2塔顶、进料、塔釜温度的计算203. 4常压精储塔工艺尺寸设计223. 4.1平均摩尔质量、密度、外表张力的计算223. 4.2精储段塔径的233. 4.3提储段塔径的设计234. 4.4精储段塔板工艺尺寸计
9、算245. 4.5精储段塔板的负荷性能图266. 4.6提储段塔板的工艺尺寸计算287. 4.7提储段塔板的负荷性能图298. 4.8塔顶全凝器热负荷319. 4.9设计结果一览表错误!未定义书签。4.环境保护364.1 厂址与环境的现状364. 2.主要污染物、污染源分析364. 2.1废气364. 2.2废液364. 2.4噪声3710. 2.5生态375.结论37符号说明37参考文献40致谢错误!未定义书签。附录一外文文献错误!未定义书签。附录二外文原文错误!未定义书签。附录三精镭段工艺流程图41附录四常压塔装配图411 .绪论1.1 物化性质概述甲醵(MethanoLMethylalc
10、ohol)又名木醇,木酒精,甲基氢氧化物,是一种最简单的饱和醇.化学分子式为CH30H,结构式如下:HIH-C-OHH分子结构:C原子以sp3杂化轨道成键,0原子以sp3杂化轨道成键.分子为极性分子.物理化学属性甲醇是一种无色、透明、易燃、易挥发的有毒液体,略有酒精气味.分子量32.04,相对密度0.792(204C),熔点-97.8C沸点64.5C闪点12.22C,自燃点463.89C,蒸气密度1.11,蒸气压13.33KPa(IoommHg21.2C)。常温常压下,纯甲醇是无色透明,易挥发、可燃,略带醇香味的有毒液体。甲醇可以和水以及乙薛、乙醛等许多有机液体无限互溶,但不能与脂肪煌类化合物
11、相互溶。甲醇蒸气和空气混合能形成爆炸性混合物,爆炸极限为6.0%36.5%(体积)。甲醇具有脂肪醇的化学性质,即可进行氧化、酯化、皴基化,氨化、脱水等反响。甲醇裂解产生CO和H2,是制备CO和H2的重要化学方法。大量接触该物品,呼吸、误食或者经皮肤吸收,急性中毒是病症:短时大量吸入出现轻度眼上呼吸道刺激病症(口服有胃肠道刺激病症);经一段时间潜伏期后出现头痛、头晕、乏力、眩晕、酒醉感、意识朦胧、澹妄,甚至昏迷。视神经及视网膜病变,可有视物模糊、复视等,重者失明。代谢性酸中毒时出现二氧化碳结合力下降、呼吸加速等。慢性影响:神经衰弱综合征,植物神经功能失调,粘膜刺激,视力减退等。皮肤出现脱脂、皮炎
12、等。甲醇摄入量超过4克就会出现中毒反响,误服一小杯超过10克就能造成双目失明,饮入量大造成死亡。致死量为30毫升以上,甲醇在体内不易排出,会发生蓄积,在体内氧化生成甲醛和甲酸也都有毒性。1.2 甲醇的供给和需求1.2.1 国外的生产能力目前世界上最大的甲醇供给厂商是MethaneX公司,总部设在美国,在加拿大、新西兰、智利、特立尼达和多巴哥以及美国都有生产装置,其生产能力占全球总能力的21%,占全球供给量的4050%。其次是沙特阿拉伯的根底工业公司(SABlC),约占全球总能力的9%,美国的波登(BordOn)和BMC公司,俄罗斯的托木斯克(TOmCk)和古巴哈约占3%,加拿大埃德蒙顿公司占2
13、国外根本上是由天然气制备甲醇。全球甲醇生产能力1997为31.50Mt/a;2000年为38.03Mt/a;预计2010可达50.99Mt/a。目前国外甲醇工业呈现三大特点,即:产量大于需求量、装置向廉价天然气原料产地转移、装置趋于大型化。1998年全球甲醇产量为26.474Mt,消费量为25.835Mt,供求根本平衡。2003年全球甲醇总需求为28.50Mto有资料预计在2010年产能达50.99Mta,需求42.26Mto3国内的生产能力我国甲醇消费结构与国外类似,最大消费领域是甲醛生产,消费比例约为40%;其次是MTBE和醋酸,所占比例分别为6%和7%。近年来甲醇燃料方面的消费量开展
14、较快,尽管国家尚未出台相关政策法规和标准,但甲醇燃料消费已经成为驱动甲醇需求的主要动力之一。目前我国甲醇消费的主要地区是华东和华南地区,上述地区也是我国甲醛、MTBE.丙烯酸酯和醋酸等下游产品生产的集中地。对于甲醇燃料,消费地区主要集中在山西、河南等地。2005年,我国甲醇进口总量中,江苏省进口比例占62.28%,广东省所占比例为28.28%,福建省比例为4.11%,浙江省比例为3.34%。所有进口根本上全部集中在华东和华南地区,进口结构也在一定程度上反映了我国甲醇消费的地区分布。全球甲醇新增需求主要来自于中国。全球每年新增甲醇需求量133万吨,其中中国每年新增甲醇需求105万吨,约占全球新增
15、需求量的79%。2006年中国超美国首次成为全球最大的甲醇消费国,同一年中国超过特立尼达和多巴哥成为全球最大的醇生产国。中国甲醇表观消费量仍保持较高水平的增长率,新兴下游产业的开展居功至伟,仅二甲醛对甲醇的需求增量就接近100万吨。新增/原始内需根本由国产供给满足,国产供给占消费总额的97.4%,进口占比仅在7.6%,且其中局部进口货用于转出口,而非国内消化。从近几年我国甲醇工业的开展来看,良好的宏观经济环境和下游需求的高速增长使我国的甲醇工业继续保持着稳定快速的增长态势,2005年国内甲醇表观消费量到达666.2万吨,同比增长16.3%,19952005年期间,甲醇消费量的年均增长速度为15
16、11%,良好的需求环境,使用我国的甲醇市场尚处于快速成长阶段。进入2006年在国内经济形势大好、甲醇需求增长以及国内外甲醇市场价格暴涨的影响,2006年1/0月国内甲醇的表观消费量到达了691.1万吨,同比2005年I/O月增长了21.8%。比前5年的年均增长率提高10%。增长速度加快的原因,除去常规的甲醛、醋酸、MTBE等行业需求稳步增加外,呼声高涨的甲醇燃料行业应该是需求增长的主要动力。1.3煤制取甲醇的生产工艺1.3.1 制取甲醇整体路线选择甲醇不仅是重要的化工原料,也是洁净燃料。开展大型煤制甲醇,并加工为烯燃和替代燃料,以煤代替石油,是国家能源平安的需要,也是化学工业高速开展的需要。
17、随着煤气化技术,甲醛合成技术和设备、机械加工技术的进步,甲醵的装置规模均在2000td3OOOtZd,最大已达7OOOtZd。大型化甲醇与国内的联醇、中小型甲醇有很大的差异,在工艺选择时,必需考虑如下问题:(1)低能耗,低三废排放;(2)有高的可靠性,平安性,能长周期运行;(3)具有高的自动化水平;(4)要考虑有合理、高效的蒸汽动力系统,最好能考虑循环经济。1.3.2 煤的气化根据(1)适用性原那么(2)可靠性原那么(3)先进性原那么(4)经济性原那么(5)平安环保原那么本工程选用TeXaCO煤气化技术作为造气技术。将煤与空分的氧气在煤气化炉内制得高CO含量的粗煤气,经高温变换将CO变换为H2
18、来实现甲醇合成时所需的氢碳比,再经净化工序将多余的CO2和硫化物脱除后即是甲醇合成气。Texaco水煤浆加压气化工艺属气流床加压气化技术。原料煤经运输、制浆、泵送入炉系统、平安可靠、投资省。原料煤经磨制成水煤浆后,泵送进气化炉顶部单烧嘴下行制气。该技术单炉生产能力大,目前国际上最大的气化炉日投煤量为2000t,国内已投产的气化炉最大能力为1OOOtZdo对原料煤适应性较广,气煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、高硫煤及低灰熔点的劣质煤、石油焦等均能用作气化原料。但要求原料煤含灰量较低、复原性气氛下灰熔点低于1300C,灰渣黏温特性好。气化压力从2.5MPa、4.0MPa、6.5MPa到8.5MPa皆有工
19、业化生产装置在长周期稳定运行,装置建成投产后即可正常稳定生产。TeXaCO激冷气化流程。原煤先经磨煤制成水煤浆,其质量分数为55%60%。煤浆与氧经烧嘴(1个)喷入炉内。炉内温度高于煤的流动温度(FT)。Texaco煤气热回收流程有两种,即激冷流程与废锅流程。炉渣经锁斗系统排出并进入熔渣槽。网轼气1.3. 3 煤-TO从国内,卜咆循环固体 、二煤浆槽激冷流程 气化炉合成气人气体洗涤塔),煤气净化主要工艺X锁斗O灰渣工捞渣机因吵澄3f 灰水循环固体有低温甲醇洗技术(rectisol)和聚乙二醇二甲醛法NHD(国内商品代号)或SeleXoI(国外商品代号)。1)目前世界上大型煤气化装置产生的合成气
20、净化采用低温甲醇洗技术的较为普遍,采用NHD技术的装置很少,NHD净化大都用于中小型装置。2)确定选用低温甲醇洗工艺的根底上,根据国内外低温甲醇洗工艺的现状,选择林德工艺或鲁奇工艺。Linde和LUrgi两种低温甲醇洗工艺都非常成熟,各有特点,其消耗相差不大。3)从低温甲醇洗技术国内外现状、国内在建工程所采用工艺、气化配套等方面分析,Linde的技术较适用于德士古气化流程,Lurgi的技术较适用于SHELL与鲁奇气化流程。对于合成气的净化,在用德士古气化、急冷流程中,选用Linde净化工艺更优。通过以上三点的综合考虐,本工程选择低温甲醇洗技术中的Linde工艺。1.3.4 煤合成甲醇制取方案一
21、甲醇合成现有方案概述目前合成甲醇的工艺路线有氯甲烷水解法、甲烷选择氧化法、二氧化碳加氢以及一氧化碳加氢等。1 .氯甲烷水解在常压、温度为573620K的操作条件下,氯甲烷在碱性溶液中可以水解制取甲醇。在消石灰作用下,氯甲烷转化为甲醇和二甲醛的反响式如下所示:2CH3Cl+Ca(OH)2=CaC12+2CH3OHCH3Cl+CH3OH=CH3OCH3+HClCH3OCH3+H2O=2CH3OH氯甲烷的转化率为98%,甲醇产率为67%o该工艺虽然简单,同时又是令人所期望的常压操作,甲醇产率和氯甲醇的转化率也比拟理想,但是迄今为止此法尚未得到工业应用。其原因是氯甲烷是以氯化钙的形式损失了,本钱太高
22、2 .甲烷氧化工艺甲烷可以直接氧化合成甲醇,在热力学上是可行的,分为催化选择性氧化和非催化氧化两种方法。甲烷氧化生成甲醇的反响式如下:2CH4+O22CH3OH(1)催化氧化法目前催化氧化的工艺技术是基于天然气蒸汽转化即局部氧化成甲醇后再局部氧化成合成气。但是,由于活化甲烷分子比拟困难,所以氧化甲烷的条件很苛刻。鉴于甲烷氧化为甲醇后又极容易再度氧化成二氧化碳和氢气,所以从热力学上考虑,目的产物甲醇是不稳定的。因此,选择甲烷氧化制甲醇的催化剂必须具备高的选择性,同时又具有较好的稳定性。i般的催化剂随温度的升高,甲烷的转化率升高,而甲醇的选择性那么降低。典型的较理想的催化剂的转化率只有5%,甲醇
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