1、 分类号： TQ54 单位代码： 108 密 级： 一 般 学 号：1080709014023本科毕业论文（设计）题 目: 20 万吨/ 年煤制甲醇工艺过程设计 延安大学学士学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名： 日期： 关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解延安大学有关保留和使用学位论文的规定，即：本科生在校攻读学士学位期间论
2、文工作的知识产权单位属延安大学，学生公开发表需经指导教师同意。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在 2 年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 1学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出
3、重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日120 万吨/年煤制甲醇工艺过程设计摘 要：甲醇是重要的有机化工产品与原料，替代燃料已成为一种必然趋势，甲醇的
4、需求大幅度上升。本论文进行了 20 万 t/a 的煤制合成气合成甲醇的设计。通过对各工艺流程各方法进行对比分析，采用了干粉煤气流床气化工艺造气，低温甲醇洗工艺净化合成气体，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工艺过程，并对各工艺过程进行了物料衡算、热量衡算、工艺论证以及主要设备的选型计算。此外本论文以减少投资为原则，充分利用废热，降低能源消耗。关键词：煤炭气化；合成气；甲醇合成；工艺流程；物料衡算；热量衡算3The Design of Process of 200000 Tons/Annum MethanolAbstract: Methanol was the organic
5、 chemical products and important raw materials. The demand of methanol was greatly increased due to alternative fuels has become an inevitable trend. This paper is the design of process of 200000 t/a methanol synthesized by coal synthesis gas. Comparated to synthesis process of methanol, the gas flo
6、w bed was selected, the low-temperature methanol wash process purification of synthesis gas, tubular average-temperature reaction was utilized to synthesize methanol keeping in low pressure, the rectification craft of three towers was utilized to rectify methanol, and the process of the selection ca
7、lculation of material balance, heat balance, technology demonstration and main equipment. In addition, the principle of the design in line with reducing the investment, fully utilize used heat, reducing energy consumption.Keywords: coal gasification; synthesis gas; methanol synthesis; process flow;
8、material balance; heat balance4目 录第一章 总 论 .11.1 概述 .11.1.1 甲醇性质 .11.1.2 甲醇用途 .11.2 设计的目的和意义 .21.3 设计的依据 .21.3.1 设计题目 .21.3.2 设计的基础资料 .21.4 设计任务 .21.5 原料煤规格 .2第二章 工艺流程的确定 .32.1 煤气化技术路线的选择 .32.1.1 固定床气化 .32.1.1 流化床气化 .32.1.3 气流床气化 .32.2 净化工艺方案的选择 .42.2.1 低温甲醇洗技术 .42.2.2 NHD 技术 .52.2.3 低温甲醇洗与 NHD 工艺的比较
9、 .52.3 合成甲醇工艺的选择 .52.3.1 反应器的选择 .62.3.2 催化剂的选用 .62.4 粗甲醇的精馏 .72.4.1 精馏原理 .72.4.2 精馏工艺的选择 .8第三章 工艺流程 .113.1 干煤粉气流床气化工艺流程 .113.2 净化装置工艺流程 .123.3 甲醇合成工艺流程 .123.4 甲醇精馏工艺流程 .13第四章 工艺计算 .154.1 物料衡算 .154.1.1 精馏工段 .154.1.2 合成工段 .154.1.3 变换净化工段 .214.1.4 气化工段 .234.2 能量衡算 .244.2.1 煤发电量 .244.2.2 合成塔的热平衡计算 .24第五
10、章 主要设备的计算和选型 .275.1 甲醇合成塔的设计 .275.2 气化炉的选型 .28第六章 总 结 .2956.1 物料衡算结果总结 .296.2 能量衡算结果总结 .296.3 主要设备计算与选型结果总结 .29参考文献 .30致 谢 .311第一章 总 论1.1 概述1.1.1 甲醇性质甲醇俗称木醇，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。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮类和大多数其他有机溶剂混溶；蒸气与空气形成的混合物易爆炸。化学性质较活泼，能发生氧化、酯化、羰基化等化学反应。甲醇的性质见表 1.表 1 甲醇的性质摩尔质量 32.04 沸点（） 64
11、.7熔点（） -97.8 折光率（20） 1.3287饱和蒸汽压（kPa） 12.265(20) 燃烧热（kJ/mol ）726.5闪点（） 16 引燃温度（） 473爆炸上限（V%） 36.5 爆炸下限（V%）6.0相对空气密度（空气=1）1.11 粘度（mPas） 0.5945（20）1.1.2 甲醇用途甲醇有很多用途，它是生产塑料、合成橡胶、农药和医药的原料。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。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、
12、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；也可以从甲醇出发合成乙醇，然后进行乙醇脱水生产乙烯，代替石油生产乙烯的原料路线。以甲醇为原料还可以合成人造蛋白，是很好的禽畜饲料。21.2 设计的目的和意义我国是一个相对少气、缺油、煤炭资源相对丰富的国家，充分利用资源优势，取得最大效益，是国家一直在努力解决的问题。近年来，我
13、国能源问题日益突出 ，甲醇作为重要的化工产品与原料，并定位于未来清洁能源之一， 随着世界石油资源的减少和甲醇生产成本的降低，发展使用甲醇等新的替代燃料，煤制甲醇是石油替代的最优选择，这已成为一种趋势。从我国能源需求及能源环境的现实看，生产甲醇为新的替代燃料，减少对石油的依赖，也是大势所趋。大力发展煤化工，合理开发利用煤炭资源已成共识。发展煤制甲醇，以煤代替石油，是国家能源安全的需要，也是化学工业高速发展的需求。通过设计可以巩固、深化和扩大所学基本知识，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，基本掌握煤制甲醇的生产工艺，以及甲醇工业的发展趋势。1.
14、3 设计的依据1.3.1 设计题目20 万吨/年煤制甲醇的化工工艺过程设计1.3.2 设计的基础资料入塔压力 5.14MPa，出塔压力 4.9 MPa，副产蒸汽压力 3.9 MPa，入塔温度 225，出塔温度 255。1.4 设计任务（1）工艺方案的选择及论证（2）工艺流程的设计（3）编制物料衡算、热量衡算（4）主要设备计算与选型1.5 原料煤规格原料煤的元素分析为：C 67.5%；H 4.0% ；O 10.2%；N 0.65% ；S （可燃）1.73%； S（不可燃）0.34%； Cl/（mg/kg）229；F/（mg/kg）104；Na/ （mg/kg）2180；K/（mg/kg）292
15、。3第二章 工艺流程的确定煤制甲醇的工艺流程主要包括煤气化、合成气净化、甲醇合成和甲醇精馏。首先将原料煤气化为合成气；然后通过变换和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，将原料气加压加温到一定条件后输入等温反应器，在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。2.1 煤气化技术路线的选择 煤气化按气化反应器的形式，气化工艺可分为固定床、流化床、气流床三种。2.1.1 固定床气化固定床气化一般使用块煤或煤焦为原料，筛分范围为 6mm50mm，煤或煤焦与气化剂在炉内进行逆向流动，固相原料由炉上部加入，气化剂自气化炉底部鼓入，含有残炭的灰渣自炉
16、底排出。炉内温度分布曲线在氧化层出现最高点，生成气中含有可观量的挥发气。典型的气化炉为鲁奇（Lurgi）炉。固定床气化，是目前世界上用于生产合成气的主要方法之一。在大型煤制甲醇的装置中，固定床的优点是投资低，可是它有很多不足：（1）对原料煤的黏结性有一定要求；（2）气化强度低；（3）环境污染负荷大，治理较麻烦。2.1.1 流化床气化加入炉中的原料煤粒度一般为 3mm5mm 左右，这些细粒煤料在自下而上的气化剂的作用下保持着连续不断和无秩序地沸腾和悬浮状态运动，迅速地进行着混合和热交换，其结果导致整个床层温度和组成的均一，解决了固定床气化需用煤的限制，同时导出的煤气中基本不含焦油类物质，但热解时，挥发分很易逸出，粒子不发生很大膨胀，原料粒度太细及颗粒间的摩擦形成细粉，则易使产生的煤气中带出物增多。它的缺点是：（1）在常压或接近于常压下生产，生产强度低、能耗高、碳转化率只有 88% 90%。（2）对煤的气化活性要求高，仅适合于气化褐煤和高活性的烟煤。（3）缺少大型使用经验；要在大型甲醇装置中推广，受一定限制。2.1.3 气流床气化将粉煤用气化剂输入炉中，以并流方式在高温火焰中进行反应，其中部分灰分以熔渣方式分离出来，反应可在所提供的空间连续地进行，炉内温度很高。所产生的煤气和熔渣在接近炉温的条件下排除，煤气中不含焦油等物质，部分灰分结合未反应的燃料可能被产生的煤气所携带出来。
