煤化工课程设计

课程设计（煤化工工艺学）

设计题目：130万吨/年煤制甲醇合成工段设计

学院：石油化工学院

学生姓名：

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指导教师：

2017年6 月

银川能源学院课程设计（煤化工工艺学）评审意见表

银川能源学院课程设计（煤化工工艺学）

130万吨/年煤制甲醇合成塔

摘要：甲醇合成塔是甲醇装置的核心设备之一，也是合成工段最关键的设备，合成塔为立式热管壳式型反应器，本设计按照130万吨/年煤制甲醇合成塔项目依照参数进行物料衡算和热量衡算，然后设计出合成塔并绘制工艺流程图。

关键词：煤制甲醇；合成塔；工艺设计；工艺流程图。

目录

1 设计背景 (1)

1.1 选题背景 (1)

1.1.1 设计目的及意义 (1)

1.1.2 国内外煤制甲醇发展现状 (1)

1.2 设计技术参数 (2)

2 设计方案 (3)

2.1 设计要求 (3)

2.2 设计方案 (3)

2.2.1 煤制甲醇工艺流程 (3)

3 工艺计算 (5)

3.1 物料衡算 (5)

3.1.1 合成塔的物料衡算 (5)

3.2 热量衡算 (12)

3.3 合成塔的设计 (17)

3.3.1 换热管数的确定 (17)

3.3.2 合成塔直径 (18)

3.3.3 合成塔壁厚设计 (18)

3.3.4 壳体设计液压强度校核 (18)

3.3.5 合成塔封头设计 (19)

3.3.6 折流板和管板的选择设计 (19)

3.4 水冷器设计 (20)

3.4.1 换热面积的确定 (20)

3.4.2 换热管数 (20)

3.4.3 水冷器壁厚设计 (20)

3.4.4 壳体设计液压强度校核 (20)

3.4.5 水冷器封头设计 (21)

3.4.6 折流板和管板的选择及设计 (21)

4 设计结果 (21)

5 致谢 (22)

6 参考文献 (23)

1设计背景

1.1选题背景

我国是煤炭资源丰富的国家然而在煤炭生产、使用和运输过程中也给环境带来了诸多危害。为减少煤炭对环境造成的负面影响采用合理的生产工艺是非常必要的。煤电联产是一条途径洁净煤技术和煤化工技术也为人们日益关注。本世纪世界煤化工发展的主流方向是发展煤炭洁净利用技术它包括气化技术、合成燃料技术(包括醇燃料和烃燃料)及多联产工艺技术等。其中采用煤制甲醇技术较为成熟有较好的发展前景而且随着甲醇下游工艺的研究不断深入如由甲醇制备低碳烯烃工艺等市场对甲醇的需求必将越来越多该工艺的生产能力也会逐渐提高。

1.1.1设计目的及意义

由于我国石油资源短缺，能源安全已经成为不可回避的现实问题，寻找替代能源已经成为我国以及全世界发展的关键，甲醇作为石油补充一斤成为现实，发展甲醇工业对我国经济发展具有战略意义。煤在世界化石能源储存中占有很大的比重，而煤制甲醇合成技术更加成熟。本设计遵循“工艺先进、技术可靠、配置科学、安全环保”的环保的原则。

通过设计可以巩固、深化、和扩大所学的基本知识，培养分析解决问题的能力，还可以培养创新精神，树立良好的学术思想和工作作风。通过完成设计，可以知道甲醇的一些应用，基本掌握煤制甲醇的工艺流程，了解甲醇工业的发展趋势。

1.1.2国内外煤制甲醇发展现状

我国自86年就开发了低压甲醇合成和精馏技术,目前国内广泛采用的管壳式副产蒸汽合成塔和两塔精馏就源于该开发,后又推广了“U”形冷管合成塔,精馏也从两塔发展到三塔,既可生产GB338-2004优等品精甲醇,又可生产美国O-M-232KAA级精甲醇,含醇污水的处理工艺已取得突破性进展,污水处理后可回收利用,故甲醇装置在正常生产时实现了无含醇污水排放。

甲醇的大规模的工业化生产是从20世纪20年代高压法合成甲醇的工业化实

现开始的。1913年，德国BASF在其高压合成氨的实验装置上进行了一氧化碳和氢合成含氧化合物的研究，于1923年在德国Leuna建成了世界世界上第一座年产3000t合成甲醇的生产装置，并成功投资。英国I.C.I和德国Lurgi公司分别成功地研制出中低压甲醇合成催化剂，降低了反应的压力促进甲醇生产的高速发展。1966年，I.C.I公司使用了Cu-Zn-Al氧化物催化剂成功的实现了压力为5MPa 的Co和氢气的合成工艺该过程称为I.C.I低压法。1972年I.C.I公司又成功地实现了10MPa地中压甲醇合成工艺。到2010年，世界各国甲醇生产能力约为6400万吨，预计到2015年世界各国甲醇总的生产能力将达到7200万吨，而采用I.C.I 技术生产甲醇年产生产能力约占世界总甲醇量的50%以上，装置规模为年产（5.0-82.5）万吨；采用Lurgi低压法已经建成和正在建设甲醇生产装置能力达到600万吨。

1.2设计技术参数

1、处理量：130万吨/年

2、开工时间：按开工330天/年计

3、通过精馏，精甲醇的纯度可达到99.9%，符合精甲醇国家一级标准。二塔精馏工艺中甲醇的收率达93.89%。

4、合成反应的工艺参数：根据某化学公司甲醇合成装置数据，人塔气温度为225℃，出塔气温度为255℃，反应温度240-260℃，甲醇合成压力为5MPa。

工业生产中测得低压时，每生产一吨粗甲醇就会产生 1.52m3（标况），即0.068kmol的甲烷。

根据测定，40℃时液态甲醇中释放CO、CO

2、H

2

等混合气中每立方米含37.14

g甲醇。新鲜气（合成气）中惰性气体（N

2 + Ar+CH

4

）百分比保持在0.41%；合

成塔出塔气甲醇含量为5.84%。

表1-1 粗甲醇组分质量百分数

组成CH3OH(CH3)2O C4H9OH H2O 含量/%92.990.1980.028 6.784