产万吨煤制甲醇合成工段初步设计方案
年产20万吨煤制甲醇生产工艺—毕业设计说明书
年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计设计说明书题目：年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计年级：应化0901学院：武汉科技大学职业技术学院系别：化工系专业：应用化工技术摘要甲醇是一种极重要的有机化工原料，也是一种燃料，是碳一化学的基础产品，在国民经济中占有十分重要的地位。
近年来，随着甲醇下属产品的开发，特别是甲醇燃料的推广应用，甲醇的需求大幅度上升。
为了满足经济发展对甲醇的需求，开展了此20万t/a的甲醇项目。
设计的主要内容是进行工艺论证，物料衡算和热量衡算等。
本设计本着符合国情、技术先进和易得、经济、环保的原则，采用煤炭为原料；利用GSP 气化工艺造气；NHD净化工艺净化合成气体；低压下利用列管均温合成塔合成甲醇；三塔精馏工艺精制甲醇；此外严格控制三废的排放，充分利用废热，降低能耗，保证人员安全与卫生。
关键词：甲醇合成、气体精馏、工艺流程目录第一章总论 (1)1.1概述 (1)1.2设计的目的和意义 (3)1.3设计依据 (3)1.4设计的指导思想 (4)1.5设计的范围，装置组成及建设规模 (4)1.6原料煤的规格 (5)1.7产品质量标准 (5)第二章工艺论证 (6)2.1 煤气化路线的选择 (6)2.2净化工艺方案的选择 (8)2.3合成甲醇工艺选择 (11)2.4甲醇精馏 (17)第三章工艺流程 (22)3.1 GSP气化工艺流程 (22)3.2净化装置工艺流程 (23)3.3甲醇合成工艺流程 (31)3.4甲醇精馏工艺流程 (32)3.5氨吸收制冷流程 (34)第四章工艺计算 (35)4.1物料衡算 (35)4.2能量衡算 (45)第五章主要设备的工艺计算及选型 (50)5.1甲醇合成塔的设计 (50)5.2水冷器的工艺设计 (54)5.3循环压缩机的选型 (57)5.4气化炉的选型 (57)5.5甲醇合成厂的主要设备一览表 (58)第六章合成车间设计 (59)6.1厂房的整体布置设计 (59)6.2合成车间设备布置的设计 (59)第七章非工艺专业要求 (59)7.1公用工程 (59)7.2安全卫生 (60)第八章三废处理 (62)8.1甲醇生产对环境的污染 (62)8.2 处理方法 (63)设计结果评价 (65)致谢 (65)参考文献 (66)第一章总论1.1概述1.1.1甲醇性质OH。
年产65万吨煤制甲醇合成工段工艺设计
分类号：TQ223.12年产65万吨甲醇合成工段工艺设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
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年产20万吨煤制甲醇合成工艺初步设计煤化工毕业设计
年产 20 万吨煤制甲醇合成工艺初步设计煤化工毕业设毕业设计题目年产20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计学号姓名年级09 煤化工学院系别煤化工系专业煤化工指导教师完成日期2012 年5月14日摘要甲醇是一种极重要的有机化工原料也是一种燃料是碳一化学的基础产品在国民经济中占有十分重要的地位近年来随着甲醇下属产品的开发特别是甲醇燃料的推广应用甲醇的需求大幅度上升为了满足经济发展对甲醇的需求开展了此20万ta的甲醇项目设计的主要内容是进行工艺论证物料衡算和热量衡算等本设计本着符合国情技术先进和易得经济环保的原则采用煤炭为原料利用GSP气化工艺造气NHD净化工艺净化合成气体低压下利用列管均温合成塔合成甲醇三塔精馏工艺精制甲醇此外严格控制三废的排放充分利用废热降低能耗保证人员安全与卫生关键词甲醇合成目录1总论411甲醇性质412甲醇用途413醇生产原料42甲醇的合成521甲醇合成的基本原理5211甲醇合成反应步骤5212合成甲醇的化学反应5213甲醇合成反应的化学平衡63甲醇合成的催化剂631工业用甲醇合成催化剂74甲醇合成的工艺条件941反应温度942压力1043空速1044气体组成115甲醇合成的工艺流程1251甲醇合成的方法1252甲醇合成塔的选择1553甲醇合成的工艺流程186主要设备的工艺计算及选型1961甲醇合成塔的设计1962水冷器的工艺设计2263循环压缩机的选型257设计结果评价268参考文献27致谢27附工程图纸1 甲醇合成塔简图2 甲醇合成工艺流程图1 总论11 甲醇性质甲醇俗称木醇木精英文名为methanol分子式CH3O是一种无色透明易燃有毒易挥发的液体略带酒精味分子量3204 化学性质较活泼能发生氧化酯化羰基化等化学反应是重要有机化工原料和优质燃料广泛应用于精细化工塑料医药林产品加工等领域主要用于生产甲醛消耗量要占到总产量的一半甲醛则是生产各种合成树脂不可少的原料用甲醇作甲基化试剂可生产丙烯酸甲酯对苯二甲酸二甲酯甲胺甲基苯胺甲烷氯化物等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品农药炸药香料喷漆的原料目前用甲醇合成乙二醇乙醛乙醇也日益受到重视甲醇是一种重要的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的萃取剂甲醇在分析化学中可用于一些物质的分离甲醇是一种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燃料的发展方向之一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醇原料自1923 年开始工业化生产以来甲醇合成的原料路线经历了很大变化20 世纪50 年代以前多以煤和焦碳为原料50 年代以后以天然气为原料的甲醇生产流程被广泛应用进入60 年代以来以重油为原料的甲醇装置有所发展对于我国从资源背景看煤炭储量远大于石油天然气储量随着石油资源紧缺油价上涨因此在大力发展煤炭洁净利用技术的背景下在很长一段时间内煤是我国甲醇生产最重要的原料对甲醇合成而言无论是锌铬催化剂还是铜基催化剂其多相非匀相催化过程按下列过程进行a 扩散气体自气相扩散到催化剂的界面b吸附各种气体在催化剂的活性表面进行化学吸附其中CO在Cu2上吸附H2在Zn2 上吸附并异裂c 表面反应化学吸附的反应物在活性表面上进行反应生成产物d 解析反应产物脱附e 扩散反应产物气体自催化剂界面扩散到气相中去甲醇合成反应的速率是上述五个过程中每一个过程进行速率的总和但全过程的速率取决于最慢步骤的完成速率研究证实以上五个过程中ae 扩散进行得最快b 吸附d 解析进行的速度较快而过程c 表面反应分子在催化剂活性界面的反应速度最慢因此整个反应过程取决于表面反应的进行速率提高压力升高温度均可使甲醇合成反应速率加快但从热力学角度分析由于COCO却H2合成甲醇的反应是强放热的体积缩小反应提高压力降低温度有利于化学平衡向生成甲醇的方向移动同时也有利于抑制副反应的进行是甲醇合成反应是多项铜基催化剂上进行的复杂的可逆的化学反应1 主要的化学反应2甲醇合成的副反应213 甲醇合成反应的化学平衡一氧化碳和氢气合成甲醇是一个气相可逆反应压力对反应起着重要作用用气体分压来表示的平衡常数可用下面公式表示Kp 式中Kp ---- 甲醇的平衡常数P CH3OHPH2P CO ------ 分别表示甲醇氢气一氧化碳的平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220〜280C表1-1 不同温度下甲醇反应的平衡常数反应温度C平衡常数KpO 66730 100 1292 2001909X 10-2 300 242 X 10-4 400 1079X 10-53甲醇合成的催化剂甲醇合成是是典型的气固相催化反应过程没有催化剂的存在合成甲醇反应几乎不能进行合成甲醇工业的进展很大程度上取决于催化剂的研制成功以及质量的改进在合成甲醇的生产中很多工艺指标和操作条件都由所用催化剂的性质决定一氧化碳加氢合成甲醇工业化以来合成催化剂合成工艺不断研究改进虽然实验室研究出了多种甲醇合成催化剂但工业上使用的催化剂只有锌铬和铜基催化剂甲醇合成是是典型的气固相催化反应过程没有催化剂的存在合成甲醇应几乎不能进行合成甲醇工业的进展很大程度上取决于催化剂的研制成功以及质量的改进在合成甲醇的生产中很多工艺指标和操作条件都由所用催化剂的性质决定自一氧化碳加氢合成甲醇工业化以来合成催化剂合成工艺不断研究改进虽然实验室研究出了多种甲醇合成催化剂但工业上使用的催化剂只有锌铬和铜基催化剂CuOZnOAI2O3 压力MPa 温度C 英国ICI 51-3 60 30 10 78-118190〜270 德国LG104 51 32 4 49 210〜240 美国C79-2 ---15-117 220 〜330 丹麦LMK 40 10 - 98 220〜270中国C302系列51 32 4 50-100 210 〜280 中国XCN-98 52 208 50100 200〜290 从表的对比可以看出国产催化剂的铜含量已提50 以上制备工艺合理使该催化剂的活性选择性使用寿命和机械强度均达到国外同类催化剂的先进水平并且价格较低1锌铬催化剂ZnOC r2O3锌铬催化剂是最早用于工业合成甲醇的1966年以前的甲醇合成几乎都用锌铬催化剂锌铬催化剂一般采用共沉淀法制造将锌与铬的硝酸盐溶液用碱沉淀经洗涤干燥后成型制的催化剂也可以用氧化铬溶液加到氧化锌悬浮液中充分混合然后分离水分烘干掺进石墨成型还可以干法生产将氧化锌与氧化铬的细分混合均匀添加到少量氧化铬溶液和石墨压片然后烘干压片制的成品锌铬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 °C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 铜基催化剂CuO ZnO C r2O3 或CuOZnOAI2O3铜基催化剂是20世纪60年代开发的产品它具有良好的低温活性较高的选择性通常用于低中压流程1 组成铜基催化剂的主要化学成分是CuOZnO AI2O3或CuO ZnO C r2O3其活性组分是Cu和ZnO同时还要添加一些助催化剂促进催化剂活性C r2O3 的添加可以提高铜在催化剂的分散度同时又能阻止分散的铜晶粒在受热时被烧结长大延长催化剂的使用寿命添加AI2O3 助催化剂使催化剂活性更高而且AI2O3 价廉无毒用AI2O3 代替C r2O3 的铜基催化剂更好2 还原氧化铜对甲醇合成无催化活性投入使用之前需将氧化铜还原成单质铜工业上采用氢气一氧化碳作为还原剂对铜基催化剂进行还原其反应如下CuO H2 —Cu H2OQCuO CO —Cu H2OQ氧化铜的还原反应是强烈的放热反应而且铜基催化剂对热比较敏感因此要严格控制氢及一氧化碳浓度和温度还原升温要缓慢出水均匀以防温度猛升和出水过快影响催化剂的活性寿命还原后的催化剂与空气接触时产生下列反应H2O 12O2—Cu O Q如果与大量的空气接触放出的反应的热将使催化剂超温结烧因此停车卸出之前应先通入少量氧气逐步进行氧化在催化剂的表面形成一层氧化铜保护膜这一过程称为催化剂的钝化铜基催化剂最大的特点是活性高反应温度低操作压力低其缺点是对合成原料气杂质要求严格特别是原料气中的SAs必须精脱除3其他类型的催化剂铜锌铝铜锌铬催化剂是当前甲醇合成工业的主要催化剂但近年来新型催化剂的研制一刻也没停歇过新型催化剂研制方向在于进一步提高催化剂的活性改善催化剂的热稳定性以及延长催化剂的使用寿命如钯系催化剂钼系催化剂和低温液相催化剂这些催化剂虽然在某些方面弥补了铜锌铝铜锌铬催化剂的不足但因其活性不理想或对甲醇的选择性差等自身缺点还只停留在研究阶段而没有实现工业化的应用3 铜基催化剂的中毒和寿命铜基催化剂对硫的中毒十分敏感一般认为其原因是H2S和Cu形成CuS也可能生成Cu2S反应如下CuH2&CuS H22CuH2S f Cu2S H2因此原料气中硫含量应小于Olppm与此类似的是氢卤酸对催化剂的毒性催化剂使用的寿命与合成甲醇的操作条件有关铜基催化剂比锌铬催化剂的耐热性差得多因此防止超温是延长寿命的重要措施甲醇合成反应为放热体积缩小的可逆反应温度压力及气体组成对反应进行的程度及速度有一定的影响下面围绕温度压力气体的组成及空间速度对甲醇合成反应的影响来讨论工艺条件的选择在甲醇合成反应过程中温度对于反应混合物的平衡和速率都有很大影响对于化学反应来说温度升高会使分子的运动加快分子间的有效碰撞增多并使分子克服化合时的阻力的能力增大从而增加了分子有效结合的机会使甲醇合成反应的速度加快但是由一氧化碳加氢生成甲醇的反应和由二氧化碳加氢生成甲醇的反应均为可逆的放热反应对于可逆的放热反应来讲温度升高固然使反应速率常数增大但平衡常数的数值将会降低因此选择合适的操作温度对甲醇合成至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压力甲醇合成反应为分子数减少的反应因此增加压力有利于反应向甲醇生成方向移动使反应速度提高增加装置生产能力对甲醇合成反应有利但压力的提高对设备的材质加工制造的要求也会提高原料气压缩功耗也要增加以及由于副产物的增加还会引起产品质量的变差pa操作温度350〜420°C至较高的压力和温度下一氧化碳和氢生成甲烷异丁醇等副产物这些副反应的反应热高于甲醇合成反应使床层温度提高副反应加速如果不及时控制回造成温度猛升而损坏催化剂近年来普遍使用的铜基甲醇合成催化剂其活性温度范围在200〜300 C有较高的活性对于规模小于30万吨a的工厂操作压力一般可降为5Mpa左右对于超大型的甲醇装置为了减少设备尺寸合成系统的操作压力可以升至10Mpa左右设采用的是低压法入塔压强为514MPa合成甲醇所以工厂对压力的选择要在技术经济等方面综合考虑空速空速的大小意味着气体与催化剂接触时间的长短在数值上空速与接触时间互为倒数一般来说催化剂活性愈高对同样的生产负荷所需的接触时间就愈短空速愈大甲醇合成所选用的空速的大小既涉及合成反应的醇净值合成塔的生产强度循环气量的大小和系统压力降的大小又涉及到反应热的综合利用当甲醇合成反应采用较低的空速时气体接触催化剂的时间长反应接近平衡反应物的单程转化率高由于单位时间通过的气量小总的产量仍然是低的由于反应物的转化率高单位甲醇合成所需要的循环量较少所以气体循环的动力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CH4N2A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COCO2H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2CO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12CO2和H2的分子比是13 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VH2VCO5较为合适实际生产中我们的氢碳比按照以下关系确定H2-CO2COCO2 2052153CO2勺影响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勺合成气催化剂活性处于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寸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CC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pa是最初生产甲醇的方法采用锌铬催化剂反应温度360-400 C压力196-294Mpa高压法由于原料和动力消耗大反应温度高生成粗甲醇中有机杂质含量高而且投资大其发展长期以来处于停顿状态低压法50-80 Mpa 是20世纪60 年代后期发展起来的甲醇合成技术低压法基于高活性的铜基催化剂其活性明显高于锌铬催化剂反应温度低240-270 C在较低压力下可获得较高的甲醇收率且选择性好减少了副反应改善了甲醇质量降低了原料消耗此外由于压力低动力消耗降低很多工艺设备制造容易低压法甲醇合成工艺流程158 热交换器29分离器34压缩机器6甲醇合成塔7加热炉10中间储罐11闪蒸塔12轻馏分塔13精馏塔ICI 低压合成基本工艺过程①天然气脱硫②蒸汽转化③补碳及合成气压缩④甲醇合成⑤甲醇精制中压法98-120 Mpa 随着甲醇工业的大型化如采用低压法势必导致工艺管道和设备较大因此在低压法的基础上适当提高合成压力即发展成为中压法中压法仍采用高活性的铜基催化剂反应温度与低压法相同但由于提高了压力相应的动力消耗略有增加目前甲醇的生产方法还主要有①甲烷直接氧化法2CH4CQ2CH3O②由一氧化碳和氢气合成甲醇③液化石油气氧化法2．本设计的合成工艺以投资成本生产成本产品收率为依据选择中压法为生产甲醇的工艺用CC和H2在加热压力下在催化剂作用下合成甲醇其主要反应式为f CH3CHCC H2经过净化的原料气经预热加压于5 Mpa220 °C下从上到下进入Lurgi反应器在铜基催化剂的作用下发生反应出口温度为250 C左右甲醇7左右因此原料气必须循环则合成工序配置原则为图2-2 甲醇的合成是可逆放热反应为使反应达到较高的转化率应迅速移走反应热本设计采用Lurgi管壳式反应器管程走反应气壳程走4MPa的沸腾水粗甲醇驰放气图1-1 合成合序配置原则甲醇合成的工艺流程图① 这个流程是德国Lurgi 公司开发的甲醇合成工艺流程采用管壳式反应器催化剂装在管内反应热由管间沸腾水放走并副产高压蒸汽甲醇合成原料在离心式透平压缩机内加压到52 MPa 以15的比例混合循环混合气体在进反应器前先与反应后气体换热升温到220 C左右然后进入管壳式反应器反应反应热传给壳程中的水产生的蒸汽进入汽包出塔气温度约为250 C含甲醇7左右经过换热冷却到40 C冷凝的粗甲醇经分离器分离分离粗甲醇后的气体适当放空控制系统中的惰性气体含量这部分空气作为燃料大部分气体进入透平压缩机加压返回合成塔合成塔副产的蒸汽及外部补充的高压蒸汽一起进入过热器加热到50 C带动透平压缩机透平后的低压蒸汽作为甲醇精馏工段所需热源52 甲醇合成塔的选择甲醇合成反应器实际是甲醇合成系统中最重要的设备从操作结构材料及维修等方面考虑甲醇合成反应器应具有以下要求1催化剂床层温度易于控制调节灵活能有效移走反应热并能以较高位能回收反应热2反应器内部结构合理能保证气体均匀通过催化剂床层阻力小气体处理量大合成转化率高催化剂生产强度大3结构紧凑尽可能多填装催化剂提高高压空间利用率高压容器及内件间无渗漏催化剂装御方便制造安装及维修容易甲醇合成塔主要由外筒内件和电加热器三部分组成内件事由催化剂筐和换热器两部分组成根据内件的催化剂筐和换热器的结构形式不同甲醇内件份为若干类型按气体在催化剂床的流向可分为轴向式径向式和轴径复合型按催化剂筐内反应惹得移出方式可分为冷管型连续换热式和冷激型多段换热式两大类按换热器的形式分为列管式螺旋板式波纹板式等多种形式目前国内外的大型甲醇合成塔塔型较多归纳起来可分为五种1冷激式合成塔这是最早的低压甲醇合成塔是用进塔冷气冷激来带走反应热该塔结构简单也适于大型化但碳的转化率低出塔的甲醇浓度低循环量大能耗高又不能副产蒸汽现已经基本被淘汰2 冷管式合成塔这种合成塔源于氨合成塔在催化剂内设置足够换热面积的冷气管用进塔冷管来移走反应热冷管的结构有逆流式并流式和U 型管式由于逆流式与合成反应的放热不相适应即床层出口处温差最大但这时反应放热最小而在床层上部反应最快放热最多但温差却又最小为克服这种不足冷管改为并流或U 形冷管如1984 年ICI公司提出的逆流式冷管型及1993年提出的并流冷管TCC型合成塔和国内林达公司的U形冷管型这种塔型碳转化率较高但仅能在出塔气中副产0 4MPa的低压蒸汽日前大型装置很少使用3 水管式合成塔将床层内的传热管由管内走冷气改为走沸腾水这样可较大地提高传热系数更好地移走反应热缩小传热面积多装催化剂同时可副产25Mpa40MPa勺中压蒸汽是大型化较理想的塔型4固定管板列管合成塔这种合成塔就是一台列管换热器催化剂在管内管间壳程是沸腾水将反应热用于副产30MPa-40MPa勺中压蒸汽代表塔型有Lurgi公司的合成塔和三菱公司套管超级合成塔该塔是在列管内再增加一小管小管内走进塔勺冷气进一步强化传热即反应热通过列管传给壳程沸腾水而同时又通过列管中心的冷气管传给进塔的冷气这样就大大提高转化率降低循环量和能耗然而使合成塔的结构更复杂固定管板列管合成塔虽然可用于大型化但受管长设备直径管板制造所限在日产超过2000t 时往往需要并联两个这种塔型是造价最高的一种也是装卸催化剂较难的一种随着合成压力增高塔径加大管板的厚度也增加管板处的催化剂属于绝热段管板下面还有一段逆传热段也就是进塔气225 E管外的沸腾水却是248 C不是将反应热移走而是水给反应气加热这种合成塔由于列管需用特种不锈钢因而是造价非常高的一种5多床内换热式合成塔这种合成塔由大型氨合成塔发展而来日前各工程公司的氨合成塔均采用二床四床内换热式合成塔针对甲醇合成的特点采用四床或五床内换热式合成塔各床层是绝热反应在各床出口将热量移走这种塔型结构简单造价低不需特种合金钢转化率高适合于大型或超大型装置但反应热不能全部直接副产中压蒸汽典型塔型有Casale 的四床卧式内换热合成塔和中。
产万吨煤制甲醇生产的工艺设计方案
年产50万吨煤制甲醇生产的工艺设计学院：专业：姓名：指导老师：化工与材料学院化学工程与工艺黄梓杰学号：职称：090502018017 唐小勇讲师中国·珠海二0一三年五月诚信承诺书本人郑重承诺：我所呈交的课程设计《年产50万吨煤制甲醇生产的工艺设计》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，论文使用的数据真实可靠。
承诺人签名：日期：年月日年产50万吨煤制甲醇生产的工艺设计摘要煤制甲醇生产工艺是一种以煤为原料进行甲醇生产的工艺流程。
在国际原油价格不断攀升的环境下，甲醇作为多种有机产品的基本原料和重要溶剂，受到众多投资者的关注。
通过查阅资料及分析，采用德国Lurgi公司开发的低压合成法，以煤作为原料，进行年产50万吨的甲醇生产的工艺设计，包括原料气的制备、合成工艺设计以及粗产品的精制工艺设计。
同时，参考相关的资料和标准对合成工段和精馏工段的设备和管道进行了合理布局，并编制了设备一览表，物料流程图，工艺管道及仪表流程图，设备平面布置图。
关键词：甲醇；低压法；合成工艺；精制工艺An annual output of 500,000 tons of coal to methanolProduction process designAbstractMethanol production process is a coal as feedstock for methanol production process. Methanol as the basic raw material of a variety of organic products and an important solvent in the environment of rising international crude oil price, subject to the attention of many investors.Through access to information and analysis, using German Lurgi company has developed a low-pressure synthesis, using coal as raw material, and an annual output of 500,000 tons of methanol production process design, inducing the preparation of the feed gas,the synthesis process design, and the crude product was purified process design. The same time, reference information and standard rational distribution of the synthesis section and distillation equipment and piping section, and to prepare a list of equipment, material flow chart, process piping and instrumentation diagrams, equipment layout plan. Keywords: Methanol 。
产万吨煤合成甲醇的工艺设计
精细化工工艺学设计说明书年产10万吨煤合成甲醇的工艺设计起止日期：2011 年11 月28 日至2011 年12 月16 日学生姓名班级学号成绩指导教师(签字)包装与材料工程学院（部）2011年12 月16 日目录一、概述 (1)1.1甲醇的应用情况介绍 (1)1.2 甲醇的合成方法 (1)1.2.1常用的合成方法 (1)1.2.2其他方法 (2)1.2.3本设计所采用的合成方法 (2)二．工艺概述 (2)2.1 造气工段 (2)2.2 净化工段 (3)2.3 合成工段 (3)2.3.1合成工段工艺 (3)2.3.2反应热力学 (4)2.4 精馏工段 (4)三．生产工艺及主要设备计算 (4)3.1 合成塔物料平衡计算 (5)3.2合成塔能量计算 (9)3.3 常压塔主要尺寸确定 (14)3.3.1.壁厚 (14)3.3.2.封头 (14)3.3.3裙座 (14)3.3.4塔高设计 (14)3.3.5接管设计 (14)3.3.5.1.塔顶甲醇蒸汽出口管 (14)3.3.5.2.回流液进口管 (15)3.3.5.3塔底出料管 (15)3.3.5.4进料管 (16)3.3.5.5.再沸器蒸汽入口管 (16)四．参考文献 (17)五．结束语 (18)一、概述1.1甲醇的应用情况介绍甲醇作为及其重要的有机化工原料，是碳一化学工业的基础产品，在国民经济中占有重要地位。
长期以来，甲醇都是被作为农药，医药，染料等行业的工业原料，但随着科技的进步与发展，甲醇将被应用于越来越多的领域。
1.2甲醇的合成方法1.2.1常用的合成方法当今甲醇生产技术主要采用中压法和低压法两种工艺，并且以低压法为主，这两种方法生产的甲醇约占世界甲醇产量的80%以上。
高压法：(19.6-29.4Mpa)是最初生产甲醇的方法，采用锌铬催化剂，反应温度360-400℃，压力19.6-29.4Mpa。
高压法由于原料和动力消耗大，反应温度高，生成粗甲醇中有机杂质含量高，而且投资大，其发展长期以来处于停顿状态。
【免费下载】年产30万吨煤制甲醇合成工段初步设计
目录第1章概述 (4)1.1甲醇性质 (4)1.2甲醇用途 (4)1.3甲醇生产工艺的发 (4)1. 4甲醇生产原料 (5)第2章工艺流程设计 (6)2.1合成甲醇工艺的选择 (6)2.1.1甲醇合成塔的选择 (6)2.1.2催化剂的选用 (6)2.1.3合成工序工艺操作条件的确定与论证 (8)第3章工艺流程 (10)3.1甲醇合成工艺流程 (10)第4章工艺计算 (12)4.1物料衡算 (12)4.1.1合成工段 (13)4.2能量衡算 (18)4.2.1煤发电量 (18)4.2.2合成工段 (18)第5章主要设备的计算和选型 (22)5.1甲醇合成塔的设计 (22)5.2水冷器的工艺设计 (25)5.3循环压缩机的选型 (28)5.4气化炉的选型 (28)5.5甲醇合成厂的主要设备一览表 (28)第6章合成车间设计 (29)6.1厂房的整体布置设计 (29)6.2合成车间设备布置的设计 (29)第7章设计结果评价 (30)参考文献 (31)致谢 (32)第1章概述1.1甲醇性质甲醇俗称木醇、木精，英文名为methanol，分子式CH3OH。
是一种无色、透明、易燃、有毒、易挥发的液体，略带酒精味；分子量32.04，相对密度0.7914(d420)，蒸气相对密度1.11(空气=1)，熔点-97.8℃，沸点64.7℃，闪点（开杯）16℃，自燃点473℃，折射率(20℃)1.3287，表面张力（25℃）45.05mN/m，蒸气压（20℃）12.265kPa，粘度（20℃）0.5945mPa•s。
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混合物，爆炸极限6.0％～36.5﹪（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甲醇用途甲醇是重要有机化工原料和优质燃料，广泛应用于精细化工，塑料，医药，林产品加工等领域。
甲醇主要用于生产甲醛，消耗量要占到甲醇总产量的一半，甲醛则是生产各种合成树脂不可少的原料。
年产20万吨煤制甲醇生产工艺毕业设计1
年产20万吨煤制甲醇生产工艺毕业设计1煤制甲醇是一种常见的合成甲醇方法，利用煤炭作为原料，经过一系列的工艺过程转化为甲醇。
本文将对年产20万吨煤制甲醇生产工艺进行设计。
1.原料准备2.煤气化煤炭经过破碎和清洗后，进入煤气化炉进行煤气化反应。
煤气化反应是将煤炭在高温下与水蒸汽和空气进行反应，生成合成气（氢气和一氧化碳）。
为了提高反应效率，可以采用固定床煤气化工艺，其中煤炭通过喷吹的方式，使其与煤化反应剂充分接触，从而提高反应速率。
3.气体清洁合成气中存在着很多不纯物质，如硫化氢、氨和苯等，需要对其进行清洁处理。
可采用物理吸附和化学吸附的方法去除其中的硫化氢、氨和苯等有害物质，并保证合成气的纯度。
4.合成气净化经过清洁处理的合成气中，仍然含有少量的杂质，如水、二氧化碳和烃类。
这些杂质需要通过压力摩擦吸附和凝聚法进行移除，以获得高纯度的合成气。
5.合成反应经过净化后的合成气进入合成反应器进行甲醇的合成。
一般采用高压合成法，其中合成气与催化剂在高温高压的反应条件下进行反应，生成甲醇。
这一反应通常使用一种铜活性的催化剂，如Zn-Cu-Al催化剂，以提高甲醇的产率。
6.分离纯化合成反应产物中除了甲醇外，还含有大量的水和其他杂质。
这些杂质需要通过蒸馏和吸附等方法进行分离，以得到高纯度的甲醇产品。
其中，蒸馏是最常见的分离方法，通过不同组分的沸点差异将甲醇与其他组分进行分离。
7.废水处理在煤制甲醇的生产过程中，会产生大量的废水。
这些废水中含有甲醇和其他有机物、无机盐等，需要进行处理。
一般采用生物降解和化学方法对废水进行处理，使其达到环保排放标准。
8.能源回收在年产20万吨煤制甲醇生产工艺中，存在大量的热能和废气能。
这些能源可以通过采用余热回收和废气利用技术进行回收利用。
例如，可以利用高温废气进行锅炉燃烧，产生蒸汽，用于发电和煤制甲醇工艺中的能源需求。
综上所述，年产20万吨煤制甲醇生产工艺包括原料准备、煤气化、气体清洁、合成气净化、合成反应、分离纯化、废水处理和能源回收等环节。
浅析年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计
分 离 出 的 混 合 气 与新 鲜 气 按 一 定 比例 混 合 后 升 压 送 至 甲 醇 合 成 塔
（ Ｒ ７ ０ ０ １ ）继续进 行合 成反应 。
经 过 净化 的 原 料气 ，经 预 热加 压 ，于 ５ Ｍｐ ａ 、２ ２ ０℃下 ，从 上 到 下进 入 Ｌ ｕ ｒ ｇ ｉ 反应 器 ，在铜 基 催化 剂 的作 用下 发 生反 应 ，出 口温度 为 ２ ５ ０ ｏ Ｃ左右 ，甲醇 ７ ％左右 ，因此 ，原料 气必 须循环 。 甲醇的 合 成是 可逆 放热 反应 ，为使 反应 达到 较 高的转 化 率 ，应迅 速 移走 反 应热 ，本 设 计采 用 Ｌ ｕ ｒ ｇ ｉ 管壳 式 反应 器 ，管 程走 反 应气 ，壳 程走 ４ ＭＰ ａ 的沸腾 水 。
二 、甲醇合 成工艺 流程
来 自脱碳 装置 的新 鲜气 （ ４ Ｏ ℃ ，３ ． ４ ＭＰ ａ ） 与循 环气 一起 经 甲醇 合 成气压缩机 （ Ｃ ７ ０ ０ １ ） 压缩 至 ５ ． １ ４ ＭＰ ａ后 ，经 过 入 塔 气 预 热 器 （ Ｅ ７ ０ ０ １ ） 加热 到 ２ ２ ５ ℃ ，进 入 甲醇 合成 塔 （ Ｒ ７ ０ ０ １ ） 内 ，甲醇 合 成气 在催 化剂 作用 下发生 如下反 应 ：
Ｓ ＝ Ｐ ｃ Ｄ。 ，（ ２ ［ 【 『 】‘ 中一 Ｐ ｃ ） 式 中 ：Ｐ ｃ 一 ５ ． １ ４ Ｍｐ ａ；
Ｄ。 ＝４ ３０ ０ｍ ｍ ；
中பைடு நூலகம்＝０ ． ８５
甲醇合 成 塔 （ Ｒ ７ ０ ０ １ ）为 列管 式 等 温反 应 器 ，管 内装 有 Ｘ Ｎ Ｃ 一 ９ ８ 型 甲醇合 成催化 剂 ，管外 为沸腾 锅炉水 。 反 应 放 出大 量 的热 ，通过 列管 管 壁传 给锅 炉水 ，产 生 大量 中压 蒸 汽 （ ３ ． ９ ＭＰ ａ 饱 和 蒸汽 ） ，减 压 后送 至蒸 汽管 网 。副产 蒸 汽确 保 了甲醇 合成 塔 内反应趋 于恒 定 ，且反 应温 度也可 通过 副产蒸 汽 的压 力来 调节 。
年产25万吨煤制甲醇合成工段工艺设计
年产25万吨煤制甲醇合成工段工艺设计1. 总论1.1 甲醇性质甲醇俗称木精、木醇，英文名methanol，分子式。
是一种无色、有毒、易燃、易挥发液体，有酒精味[1]；相对分子质量，密度，熔点，沸点64.7℃，自燃点473℃。
能与水、乙醇、乙醚、酮类等多数有机溶剂发生混溶。
蒸气按一定比例与空气混合后能够引发爆炸，爆炸极限～36.5﹪（体积比）。
在一定条件下，可以发生酯化反应、氧化反应以及羰基化反应，所以说化学性质较活泼[2]。
1.2甲醇用途甲醇是很优质的燃料，同时也是重要的有机化工原料，广泛的用于精细化工，塑料，医药等领域[3]。
甲醇主要是用来氧化生成甲醛的，而甲醛是合成树脂的必不可少的原料。
甲醇可以作为来生产丙烯酸甲酯、对苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲烷氯化物甲基苯胺、甲烷氯化物、甲基苯胺，等的甲基化试剂；甲醇羰基化产物是生产醋酸、醋酐、甲酸甲，酯等重要有机物的必要，合成中间体，是制造各种染料、药品、农药、炸药、香料、喷漆，的主要原料，以甲醇为原料合成的乙二醇、乙醛、乙醇，等也有极大的应用前景[4]。
甲醇还是一种溶解性极佳的，重要溶剂，，主要用于调制油漆等。
同时也可以在分析化学中作为萃取剂，用来分离一些化学，物质。
在石油资源愈发紧张的今天，甲醇也是清洁度极佳的燃，料，可以用来替代汽油；可以安全燃烧的甲醇成为燃烧级甲醇，可以用来发电、供热，而且符合环保要求。
甲醇经生物发酵能生成甲醇蛋白，其富含维生素和蛋白质，是具有高营养，的低成本饲料添加剂，应用前景同样极其广泛[5]。
1.3 甲醇生产工艺甲醇是最简单的一元醇，在自然界中，只有极其少量的游离态甲醇存在某些树叶和果实中，绝大多数都以酯或者醚的形式存在，所以甲，醇也叫木精、木醇。
甲醇最先是年英国化学家R.波义耳在干馏后的液体产物中发现，直到年德国BASF公司才实现了在高压条件下工业生产甲醇，而且一直到年，这种高压法都是工业生产甲醇的唯一方法。
1966年，英国ICI公司首先研发了低压法工艺，接着又开发了中压，法工艺，1971年德国的Lurgi公司随后开发了，以天然气和，渣油为原料的低压法工艺。
产万吨甲醇生产车间工艺初步设计方案
海南大学毕业设计题目：年产30万吨甲醇生产车间工艺初步设计学号：XXXX姓名：XXX年级：XXX学院：材料与化工学院系别：材料科学与工程系专业：材料科学与工程指导教师：XXXX完成日期：XXXX目录目录 (2)一、设计任务书 (3)二、概述 (5)三生产方案 (6)四、工艺论证 (7)五、物料衡算 (9)六、能量衡算 (16)七、设备选型和工艺计算 (21)八、合成车间的设计 (27)九、安全生产设计 (28)十、非工艺专业要求 (28)十一、三废处理 (29)十二、经济效益评价 (31)十三、设计结果评析 (30)十四、心得体会与致谢 (35)十五、参考文献 (36)附录……………………………………………………………………………………图纸一、设计任务书<一）课程设计题目年产30万吨甲醇生产车间工艺初步设计<二）设计条件1 原料来源：天然气，海南天然气厂供2 产品：甲醇<一级）3生产能力：30万t/a4 热源条件：加热剂：天然气燃烧及生产过程的废热冷却剂：循环水，进口温度≤30℃出口温度≤40℃5 生产时间：全年连续生产330天，每天工作24小时，三班制。
6 生产厂址：洋浦工业开发区7 当场天候温度：最高40℃，最低8℃，平均18—25℃<三）设计任务1．甲醇<工业一级）生产方法确定、工艺流程设计与论证2．技术指标、工艺参数和操作条件确定与说明3．工艺计算——物料衡算、热量衡算 <应用SI制）4．生产设备设计计算与选型。
重点：合成塔和换热器设计计算与选型5．设计结果汇总表<1）技术指标、工艺参数和操作条件汇总表<2）物料衡算汇总表<3）热量衡算汇总表<4）生产设备配置汇总表6．设计绘图<计算机CAD绘制）<1）带控制点工艺原理流程图一张<A3）。
<2）合成塔工艺条件图或结构尺寸图一份<A3）。
<3）换热器结构示意简图一张<A3）。
产万吨甲醇工艺设计合成工段
引言本文的设计的课题是年产量为五万吨甲醇工艺的合成工段，针对课题进行设计，计算，设备选型，CAD出图等过程的研究。
甲醇是极为重要的有机化工原料，在化工、医药、轻工、纺织及运输等行业都有广泛的应用，其衍生物产品发展前景广阔。
总体上说，世界甲醇工业从90年代开始经历了1991-1998的供需平衡，1998-1999的供大于求，从2000年初至今的供求基本平衡三个基本阶段。
我国的甲醇工业经过十几年的发展，生产能力也得到了很大提高。
本文是采用Aspen Plus 软件对甲醇工艺进行模拟和探究，首先从甲醇的用途和甲醇的市场入手阐明甲醇的重要性。
本文介绍了甲醇工业的发展历程。
针对目前甲醇的生产已经非常成熟的情况和国内外甲醇生产工艺的分析，本设计采用低压鲁奇法进行甲醇合成，采用国内广泛使用的C301 型铜基催化剂，精馏部分采用三塔流程，一个预精馏塔和两个主精馏塔。
根据现实情况和地理环境对厂址进行选择，最终定为大连石油化工厂附近。
文中介绍了甲醇工艺模拟参数的选取方法，及其如何运用灵敏度分析主要设备，确定最佳的操作条件。
运用Aspen Plus 对整个工艺进行了完整的模拟并针对每个设备进行了分别的设备计算。
根据国标150 ，国标151 和Aspen Plus 的设备计算结果对压力容器，换热器等设备进行了选型。
在计算换热器的过程中，分别根据管壳式换热器标准JB/4714，JB/4715，JB/4716对每个换热器进行了确定。
根据国家安全标准，对非工艺条件中的环境，安全，贮存，运输方面进行了确定。
本文还运用CAD 软件，绘制带控制点的甲醇工艺流程图，根据设备计算和设备的选型结果，根据厂址的选择环境，对工厂主要设备进行了平立面布置图的绘制。
换热器针对的是换热器E301，它采用的是管壳式换热器,严格意义上讲是一个浮头式换热器,原因是物料前后温差较大,所以选取浮头式换热器。
它的主要作用就是运用物料与产品间的换热来达到冷却和加热的作用。
年产万吨煤制甲醇生产的工艺设计
年产万吨煤制甲醇生产的工艺设计技术进步和环境保护的双重要求下，煤化工产业正逐渐向高效、低污染的方向发展。
其中，煤制甲醇是煤化工产业中备受关注的重要产物之一。
一项年产万吨煤制甲醇生产的工艺设计可以帮助实现煤炭资源的高效利用和环境保护的目标。
一、煤制甲醇的工艺概述煤制甲醇是以天然气、石油为原料的甲醇工业的另一种重要来源，其主要原料是煤。
从煤到甲醇的生产过程主要分为三个环节：煤气化生产合成气、合成气净化、甲醇合成。
具体来说，煤经气化后产生的一种气体叫做合成气，它含有一些有害物质，需要经过废气净化来消除污染物，然后将其进一步合成为甲醇。
二、年产万吨煤制甲醇生产工艺的设计1、煤气化工艺设计煤气化是将煤在高温下分解，产生气体的过程。
经过煤气化，可以得到丰富的合成气，其中主要成分为氢气和一氧化碳，合成气主要经过水煤气转换反应、煤气过滤和脱硫等环节的处理后，净化后的气体进入甲醇合成工段。
2、甲醇合成工艺精炼设计在甲醇制备过程中，需要控制好反应温度、压力和催化剂的浓度，以保证合成醇产量和纯度。
甲醇合成后，需要经过蒸馏、临界点分离和脱水等环节，以获得甲醇产品的高纯度。
3、废气净化工艺精炼设计废气净化工艺是整个工艺流程中极为重要的一个环节，其目的在于除去废气中的有害物质，保证废气排放达到国家标准。
废气净化主要包括净化塔、催化燃烧器、活性炭吸附和洗涤等环节。
三、煤制甲醇工艺设计的优点1、高效利用煤炭资源煤制甲醇工艺将煤炭转化为高附加值的甲醇产品，从而实现了对煤资源的高效利用。
2、低噪音、低能耗煤制甲醇生产工艺实施后，废气净化后的废气排放达到国家标准，同时，由于采用静态工艺，噪声小、启动、停车方便。
3、绿色环保煤制甲醇工艺大大减少了煤炭在大气污染方面的负面影响。
煤制甲醇过程中所排放的废气与催化剂均经过净化处理，废水经中和后排放，形成可以循环利用的水回路，大大减少了环境负担。
四、煤制甲醇的市场前景煤制甲醇具有资源广泛、技术成熟、生产设备成熟、产业链较为完整等优势，而且具有资源利用高、成本低、适用范围广、环保无污染等特点。
年产20万吨煤制甲醇工艺设计
年产20万吨煤制甲醇工艺设计专业：精细化学品生产技术组别：第六组指导老师：目录1 文献综述 (4)1.1我国甲醇行业现状与发展建议 (4)1.1.1甲醇发展状况 (4)1.1.2甲醇市场状况 (4)1.1.3甲醇发展方向 (5)1.1.4甲醇行业的发展建议 (5)1.2甲醇生产方法简介 (6)1.2.1煤、焦炭制甲醇的生产方法简述 (6)1.2.2本设计工艺流程 (19)2 煤制甲醇生产工艺流程 (20)2.1煤气化制粗原料气 (20)2.1.1 煤气化基本原理 (20)2.1.2 灰熔聚流化床煤气化技术概述 (20)2.1.3 ICC灰熔聚流化床煤气化工艺 (21)2.2粗原料气栲胶法脱硫 (23)2.2.1 栲胶法脱硫工艺原理 (23)2.2.2 粗原料气栲胶脱硫工艺流程 (23)2.3原料气变换 (24)2.3.1 一氧化碳变换的原理 (24)2.3.2 加压全低变工艺流程 (25)2.4变换气栲胶法脱硫 (26)2.4.1 变换气脱硫原因 (26)2.4.2 变换气栲胶脱硫工艺流程 (26)2.5变换气碳酸丙烯酯法脱碳 (26)2.5.1 碳酸丙烯酯法脱碳原理 (26)2.5.2 碳酸丙烯酯法脱碳工艺流程 (26)2.6合成气（变换气）压缩 (27)2.7合成气合成甲醇 (27)2.7.1 合成甲醇反应原理 (27)2.7.2 鲁奇（Lurgi）低中压发合成甲醇工艺流程 (28)2.7.3 鲁奇（Lurgi）管壳型甲醇合成塔 (30)2.8粗甲醇精馏 (31)2.8.1精馏原理 (31)2.8.2 加压蒸馏的目的及双效法定义 (31)2.8.3 双效法三塔粗甲醇精馏工艺流程 (32)2.8.4 双效法三塔粗甲醇精馏工艺流程特点 (33)2.9工艺流程总结 (33)3 煤制甲醇生产工艺计算.................................... 错误!未定义书签。
3.1ICC灰熔聚流化床煤气化工艺计算......................... 错误!未定义书签。
产万吨煤制甲醇生产工艺初步设计
产万吨煤制甲醇生产工艺初步设计煤制甲醇是一种重要的化工过程，可以将煤转化为高附加值的甲醇产品。
煤是中国丰富的能源资源，通过煤制甲醇工艺，可以有效地利用煤资源，同时减少对传统石油和天然气等化石燃料的依赖。
一、工艺简介煤制甲醇工艺是将煤炭通过煤气化、合成气净化、合成气转化等步骤制得合成气（CO+H2），然后通过催化剂反应将合成气转化成甲醇。
煤气化反应是将煤炭在高温和高压下分解为气体，得到的合成气中包含一定的一氧化碳、水蒸气、氮气和少量的杂质。
通过合成气净化过程，去除合成气中的杂质，使其达到催化剂反应所需要的条件。
合成气转化过程中，一氧化碳和水蒸气经过催化剂的作用转化成甲醇。
二、煤气化设备煤气化是煤制甲醇工艺的核心步骤，需要通过煤气化设备将煤炭转化为合成气。
一种常用的煤气化技术是选用煤气化炉进行煤炭气化。
这种炉型有固定床煤气化炉、流化床煤气化炉和间歇式煤气化炉等。
其中固定床煤气化炉具有投资低、操作简单等优点，是煤制甲醇工艺的一种常用炉型。
三、合成气净化设备合成气净化设备主要用于去除合成气中的杂质，保证合成气达到催化剂反应的要求。
常用的合成气净化技术有CO2吸收、可燃气体循环混合等。
其中CO2吸收是一种常用的技术，通过在合成气中通入胺溶液，使其与CO2发生化学反应，从而去除合成气中的CO2四、合成气转化设备合成气转化设备是煤制甲醇工艺的关键设备，通过催化剂的作用将合成气转化为甲醇。
催化剂是合成气转化过程中一个重要的因素，常用的催化剂有铜-锌-铝催化剂和高选择性催化剂等。
催化剂的活性和选择性对甲醇的合成效果具有较大的影响。
五、甲醇分离和纯化设备合成甲醇中常含有杂质和水分，需要进行进一步的分离和纯化。
常用的分离技术有精馏、吸收和萃取等。
甲醇的纯化主要通过精馏等方法，将甲醇中的杂质和水分进行分离，得到高纯度的甲醇产品。
六、废水处理设备煤制甲醇生产过程中会产生大量的废水，其中含有一些有机物和杂质。
为了保护环境，需要对废水进行处理。
年产万吨煤合成甲醇工厂设计要点
年产万吨煤合成甲醇工厂设计要点随着社会经济的快速发展，煤炭资源的开采和利用一直是工业领域的重头戏。
面对资源有限的现状，煤炭转化成高附加值产品已经成为煤炭化工的重要方向之一。
煤合成甲醇工厂作为一种典型的化工工艺，是煤炭资源高效利用的重要方式之一。
本文将针对年产万吨煤合成甲醇工厂的设计要点进行详细的探讨和分析。
一、技术路线的选择对于煤合成甲醇工厂的设计，首先需要确定采用的技术路线。
目前，国内外常用的有三种主要的技术路线：Haldor Topsoe技术、Lurgi技术和Mitsubishi技术。
其中，Haldor Topsoe技术优点是能耗低、甲醇纯度高、稳定性好，Lurgi技术则具有建设规模大，生产能力强等特点，这两种技术路线已在国外被广泛应用。
而Mitsubishi技术则具备占地面积小、技术成熟稳定等优势，但其运行成本相对较高。
在选择技术路线时，应根据本地煤质、水资源、环保要求以及项目投资等情况综合考虑，选用适合自己的技术路线。
二、煤的选用和预处理在煤合成甲醇工厂中，煤是生产的基础，因此煤的选择和预处理是非常重要的。
一般来说，煤质要求中硫含量低、灰分少等基本指标。
此外，还需要对煤进行预处理，如磨碎、干燥和篦选等，以提高煤种的适应性，保证反应的稳定和效率。
三、反应装置的设计反应装置是煤合成甲醇工厂的核心设备，其设计不仅要满足产量要求和质量指标，还需综合考虑投资、运行成本、安全、环保等多个方面的要素。
反应器的设计原则包括加氢压力、反应时间、温升控制等，可以通过实验室试验得出最优化的条件。
此外，反应器的具体形式也有多种可选，如管式反应器、床层反应器等，需要根据项目的具体情况选择合适的反应器形式。
四、配套设施的规划与设计配套设施的规划与设计是煤合成甲醇工厂设计的另一重要方面。
配套设施包括原料预处理、储运系统、助剂处理系统、制氢系统、废水处理系统等。
这些设施不仅能够提高生产效率，也能达到整个项目的稳定运行和安全生产的目的。
年产60万吨煤制甲醇初步工艺设计
设计总说明甲醇是一种非常重要化工原料，工业应用非常广泛。
国内甲醇的需求量逐年增大，针对我国贫油少气的能源现状，煤制甲醇生产工艺充分利用了我国煤炭资源丰富的优势，近年来在国内得到了广泛应用。
通过查阅资料及分析，本设计采用Lurgi低压法合成甲醇，以长焰煤煤作为原料，进行年产60万吨的煤制甲醇初步工艺设计，包括煤的选用、原料气制备工艺的设计、原料气的变换及净化工艺设计，合成工艺设计以及粗甲醇的精制工艺设计，并绘制了工艺流程图。
同时，进行了物料衡算，对气化工段和合成塔进行了热量衡算。
设计了甲醇合成塔和预精馏塔，并绘制出相应的设备简图。
关键词：德士古气化炉，鲁奇低压法，甲醇，设计Design DescriptionMethanol is a very important chemical raw material, which is widely used in industrial applications. The demand for the domestic methanol increased year by year, in view of the current situation of our country less oil and less gas in the energy, coal to methanol production process makes full use of the advantage of abundant coal resources in our country, in recent years in domestic has been widely used.By means of data and analysis, the design uses Lurgi low-pressure synthesis to produce methanol,taking long flame coal as raw material, designing preliminary process of the coal to methanol with the annual output of 600000 tons ,Including the selection of coal, raw material gas preparation process design, raw gas transformation and purification process design, synthesis process design and crude methanol refining process design, and drawing the process flow chart.At the same time, it finished the material balance calculation, the heat value calculation of the gasification process and the Synthetic tower .it completed the design of the methanol synthesis reactor and distillation distillation tower, finally drawed the corresponding diagram of equipment. Key word：Texaco gasifier, Lurgi low pressure, methanol, design目录1 绪论 (1)1.1甲醇简介 (1)1.1.1物化性质 (1)1.1.2包装及储运 (1)1.1.3毒性和防护 (2)1.1.4质量要求 (2)1.2甲醇的用途 (4)1.3甲醇合成工艺技术 (5)1.3.1.DAVY甲醇技术特点 (5)1.3.2.Lurgi甲醇技术 (5)1.3.3.TOPSOE的甲醇技术特点 (5)1.3.4.TEC甲醇技术特点 (5)1.3.5.三菱重工业公司甲醇技术特点 (6)1.3.6.林德公司甲醇技术的特点 (6)1.4甲醇的生产工艺 (6)1.4.1生产工艺的发展历史 (6)1.4.2天然气制甲醇 (7)1.4.3油制甲醇 (9)1.4.4联醇生产 (9)1.4.5煤制甲醇 (10)1.4.6甲醇生产的发展趋势 (12)1.5 本次设计的目的和意义 (14)2 设计要求及设计依据 (15)2.1 设计题目 (15)2.2 设计原则 (15)2.3 设计要求 (15)2.4 设计依据 (15)3.1煤气化工段 (16)3.1.1煤的选用 (16)3.1.2煤气化过程 (17)3.1.3气化工艺原理 (17)3.1.4气化工艺流程 (19)3.2煤气变换工段 (21)3.2.1煤气变换原理 (21)3.2.2变换工艺流程 (22)3.3煤气净化工段 (23)3.3.1煤气净化方法 (23)3.3.2工艺流程概述 (25)3.4甲醇合成工段 (28)3.4.1合成原理 (28)3.4.2合成工艺流程 (30)3.5甲醇精制工段 (32)3.5.1精制工艺 (32)3.5.2精制要求 (32)3.5.3三塔精馏工艺流程 (33)4 工艺计算 (35)4.1.物料衡算 (35)4.1.1精馏工段物料衡算 (35)4.1.2合成工段物料衡算 (36)4.1.3变换工段物料衡算 (42)4.1.4气化工段物料衡算 (42)4.1.5综合计算 (47)4.2热量衡算 (48)4.2.1气化工段热量衡算 (48)4.2.2合成塔热量衡算 (53)5.1 甲醇合成反应器的设计 (57)5.1.1催化剂的使用量 (57)5.1.2 换热面积的确定 (57)5.1.3换热管数的确定 (57)5.1.4合成塔直径 (58)5.1.5合成塔的壁厚设计 (58)5.1.6壳体设计液压强度校核 (58)5.1.7合成塔封头设计 (59)5.1.8折流板和管板的选择及设计 (59)5.1.9支座 (59)5.2 甲醇精馏工段预精馏塔的设计 (59)5.2.1 进料组成 (60)5.2.2 加碱量的计算 (60)5.2.3 清晰分割法取出二甲醚 (60)5.2.4 预精馏塔塔釜温度计算 (62)5.2.5 理论板数的计算 (63)6 总结 (64)参考文献 (65)致谢 (67)1 绪论1.1甲醇简介1.1.1物化性质甲醇（Methanol ，dried ，CH 3OH ）是结构最为简单的饱和一元醇，因在干馏木材中首次发现，故又称“木醇”或“木精”。
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目录第1章概述41.1甲醇性质41.2甲醇用途41.3甲醇生产工艺的发41. 4甲醇生产原料5第2章工艺流程设计62.1合成甲醇工艺的选择62.1.1甲醇合成塔的选择62.1.2催化剂的选用62.1.3合成工序工艺操作条件的确定与论证8第3章工艺流程103.1甲醇合成工艺流程10第4章工艺计算124.1物料衡算124.1.1合成工段134.2能量衡算184.2.1煤发电量184.2.2合成工段18第5章主要设备的计算和选型225.1甲醇合成塔的设计225.2水冷器的工艺设计255.3循环压缩机的选型285.4气化炉的选型285.5甲醇合成厂的主要设备一览表28第6章合成车间设计296.1厂房的整体布置设计296.2合成车间设备布置的设计29第7章设计结果评价30参考文献31致谢32第1章概述1.1甲醇性质甲醇俗称木醇、木精，英文名为methanol，分子式CH3OH。
是一种无色、透明、易燃、有毒、易挥发的液体，略带酒精味；分子量32.04，相对密度0.7914(d420>，蒸气相对密度1.11(空气=1>，熔点-97.8℃，沸点64.7℃，闪点<开杯）16℃，自燃点473℃，折射率(20℃>1.3287，表面张力<25℃）45.05mN/m，蒸气压<20℃）12.265kPa，粘度<20℃）0.5945mPa•s。
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混合物，爆炸极限 6.0％～36.5﹪<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甲醇用途甲醇是重要有机化工原料和优质燃料，广泛应用于精细化工，塑料，医药，林产品加工等领域。
甲醇主要用于生产甲醛，消耗量要占到甲醇总产量的一半，甲醛则是生产各种合成树脂不可少的原料。
用甲醇作甲基化试剂可生产丙烯酸甲酯、对苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；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、药品、农药、炸药、香料、喷漆的原料，目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重视。
甲醇也是一种重要的有机溶剂，其溶解性能优于乙醇，可用于调制油漆。
作为一种良好的萃取剂，甲醇在分析化学中可用于一些物质的分离。
甲醇还是一种很有前景的清洁能源，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。
1.3甲醇生产工艺的发展甲醇是醇类中最简单的一元醇。
1661年英国化学家R.波义耳首先干馏后的液体产物中发现甲醇，故甲醇俗称木精、木醇。
在自然界只有某些树叶或果实中含有少量的游离态甲醇，绝大多数以酯或醚的形式存在。
1857年法国的M·贝特洛在实验室用一氯甲烷在碱性溶液中水解也制得了甲醇。
1923年德国BASF公司首先用合成气在高压下实现了甲醇的工业化生产，直到1965年，这种高压法工艺是合成甲醇的唯一方法。
1966年英国ICI公司开发了低压法工艺，接着又开发了中压法工艺。
1971年德国的Lurgi公司相继开发了适用于天然气－渣油为原料的低压法工艺。
由于低压法比高压法在能耗、装置建设和单系列反应器生产能力方面具有明显的优越性，所以从70年代中期起，国外新建装置大多采用低压法工艺。
世界上典型的甲醇合成工艺主要有ICI工艺、Lurgi工艺和三菱瓦斯化学公司(MCC>工艺。
目前，国外的液相甲醇合成新工艺具有投资省、热效率高、生产成本低的显著优点，尤其是LPMEOHTM工艺，采用浆态反应器，特别适用于用现代气流床煤气化炉生产的低H 2／(CO ＋CO 2>比的原料气，在价格上能够与天然气原料竞争。
我国的甲醇生产始于1957年，50年代在吉林、兰州和太原等地建成了以煤或焦炭为原料来生产甲醇的装置。
60年代建成了一批中小型装置，并在合成氨工业的基础上开发了联产法生产甲醇的工艺。
70年代四川维尼纶厂引进了一套以乙炔尾气为原料的95kt/a 低压法装置，采用英国ICI 技术。
1995年12月，由化工部第八设计院和上海化工设计院联合设计的200kt/a 甲醇生产装置在上海太平洋化工公司顺利投产，标志着我国甲醇生产技术向大型化和国产化迈出了新的一步。
2000年，杭州林达公司开发了拥有完全自主知识产权的JW 低压均温甲醇合成塔技术，打破长期来被ICI 、Lurgi 等国外少数公司所垄断拥的局面，并在2004年获得国家技术发明二等奖。
2005年，该技术成功应用于国内首家焦炉气制甲醇装置上。
1. 4甲醇生产原料合成甲醇的工业生产是以固体<如煤、焦炭）、液体<如原油、重油、轻油）或气体<如天然气及其它可燃性气体）为原料，经造气、净化<脱硫）变换，除二氧化碳，配制成一定配比的合成气。
在不同的催化剂存在下，选用不同的工艺条件可单产甲醇<分高、中、低压法），或与合成氨联产甲醇<联醇法）。
将合成后的粗甲醇经预精镏脱除甲醚，再精镏而得成品甲醇。
自1923年开始工业化生产以来，甲醇合成的原料路线经历了很大变化。
20世纪50年代以前多以煤和焦碳为原料；50年代以后，以天然气为原料的甲醇生产流程被广泛应用；进入60年代以来，以重油为原料的甲醇装置有所发展。
对于我国，从资源背景看，煤炭储量远大于石油、天然气储量，随着石油资源紧缺、油价上涨，因此在大力发展煤炭洁净利用技术的背景下，在很长一段时间内煤是我国甲醇生产最重要的原料［4］。
第2章 工艺流程设计图1 煤制甲醇的简单工艺流程首先是采用GSP气化工艺将原料煤气化为合成气；然后通过变换和NHD脱硫脱碳工艺将合成气转化为满足甲醇合成条件的原料气；第三步就是甲醇的合成，将原料气加压到5.14Mpa，加温到225℃后输入列管式等温反应器，在XNC-98型催化剂的作用下合成甲醇，生成的粗甲醇送入精馏塔精馏，得到精甲醇。
然后利用三塔精馏工艺将粗甲醇精制得到精甲醇。
2.1合成甲醇工艺的选择甲醇合成的典型工艺主要是：低压工艺<ICI低压工艺、Lurgi低压工艺）、中压工艺、高压工艺。
甲醇合成工艺中最重要的工序是甲醇的合成，其关键技术是合成甲醇催化剂的和反应器，设计采用用的是低压合成工艺。
2.1.1甲醇合成塔的选择目前，国内外的大型甲醇合成塔塔型较多，归纳起来可分为五种：<1）冷激式合成塔<2）冷管式合成塔<3）水管式合成塔<4）固定管板列管合成塔<5）多床内换热式合成塔综上所述和借鉴大型甲醇合成企业的经验，<大型装置不宜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应接近最佳温度操作线，反应热利用率高，虽然设备复杂、投资高，但是由于这种塔在国内外使用较多，具有丰富的管理和维修经验，技术也较容易得到；外加考虑到设计的是年产20万吨的甲醇合成塔<日产量为650吨左右），塔的塔径和管板的厚度不会很大，费用也不会很高，所以本设计采用了固定管板列管合成塔。
2.1.2催化剂的选用<1）甲醇合成催化剂经过长时间的研究开发和工业实践，广泛使用的合成甲醇催化剂主要有两大系列：一种是以氧化铜为主体的铜基催化剂，一种是以氧化锌为主体的锌基催化剂。
锌基催化剂机械强度好.耐热性好，对毒物敏感性小，操作的适宜温度为350～400℃，压力为25～32MPa(寿命为2～3年>；铜基催化剂具有良好的低温活性，较高的选择性，通常用于低、中压流程。
耐热性较差，对硫、氯及其化合物敏感，易中毒。
操作的适宜温度为220～270℃，压力为5～15MPa(一般寿命为2～3年>。
通过操作条件的对比分析，可知使用铜基催化剂可大幅度节省投资费用和操作费用，降低成本。
随着脱硫技术的发展，使用铜基催化剂己成为甲醇合成工业的主要方向，锌基催化剂已于80年代中期淘汰。
［10］从表的对比可以看出，国产催化剂的铜含量已提50%以上。
制备工艺合理，使该催化剂的活性、选择性、使用寿命和机械强度均达到国外同类催化剂的先进水平，并且价格较低。
<2）XNC-98甲醇合成催化剂简介：XNC-98型催化剂是四川天一科技股份有限公司研制和开发的新产品。
目前已在国内2 0多套大、中、小型工业甲醇装置上使用,运行情况良好。
它是一种高活性、高选择性的新催化剂。
用于低温、低压下由碳氧化物与氢合成甲醇，具有低温活性高、热稳定性好的特点。
常用操作温度200～290℃,操作压力5.0～10.0 MPa。
催化剂主要物化性质：催化剂由铜、锌和铝等含氧化合物组成。
外观：有色金属光泽的圆柱体堆积密度： 1.3～1.5kg/L外型尺寸：5×(4.5～5>mm径向抗压强度：≥200N/cm催化剂活性和寿命：在该催化剂质量检验规定的活性检测条件下，其活性为：230℃时：催化剂的时空收率≥1.20 kg/(L.h>250℃时：催化剂的时空收率≥1.55 kg/(L.h>在正常情况下，使用寿命为2年以上。
2.1.3合成工序工艺操作条件的确定与论证<1）操作温度甲醇合成催化床层的操作温度主要是由催化剂的活性温度区决定的。
设计中采用的甲醇合成催化剂为国产的铜系XCN-98，由它的性质可知：适合使用的温度范围为200～290℃。
<2）操作压力近年来普遍使用的铜基甲醇合成催化剂，其活性温度范围在200～300℃，有较高的活性，对于规模小于30万吨/a的工厂，操作压力一般可降为5Mpa左右；对于超大型的甲醇装置，为了减少设备尺寸，合成系统的操作压力可以升至1 0Mpa左右。
设采用的是低压法<入塔压强为5.14MPa）合成甲醇。
<3）气体组成对于甲醇合成原料气，即合成工序的新鲜气，应维持f=<H2-CO2）/(CO+CO2>=2.10～2.15,并保持一定的CO2。
由于新鲜气中<H2-CO2）/(CO+CO2>略大于2，而反应过程中氢与一氧化碳、二氧化碳的化学计量比分别为2:1和3:1，因此循环气中<H2-CO2）/(CO+CO2>远大于2。
合成塔中氢气过量，对减少副反应是有利的。
甲醇合成过程中，需要一定的二氧化碳存在以保持催化剂的高活性。
一般不超过5%。
<4）空速:空速不仅是一个和合成回路气体循环量相关联的工艺控制参数，也是一个影响综合经济效益的变量。
甲醇合成过程中，首先甲醇合成塔内的气体空速必须满足催化剂的使用要求，国产铜基催化剂，一般要求气体空速在8000～20000 h-1之间。