1、年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计1X X 大 学毕 业 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 学 号： 姓 名： 学 院： 系 别： 冶金化工系 专 业： 应用化工 指导教师： 完成日期： 年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计1目 录摘要 1前言第一章 概述 11.1 甲醇的性质31.2 甲醇的用途1.3 甲醇的生产方法.1.4 设计的目的和意义 51.5 设计的指导思想5第二章 低压法合成甲醇工艺流程及主要设备52.1 反应原理及特点62.2 原料气的生产方法62.2.1 固体燃料气化法82.2.2 烃类蒸气转化法112.2.3 重油部分氧化法172.
2、2.4 GSP 冷激气化法222.3 甲醇合成工艺条件222.4 甲醇合成工艺流程2.5 甲醇合成反应器322.5.1 冷激式绝热反应器2.5.2 列管式等温反应器.第三章 工艺计算343.1 物料衡算353.2 热量衡算35第四章 安全卫生 594.1 一氧化碳中毒的症状、急救及预防措施 594.2 甲醇中毒症状和急救 60.4.3 甲醇生产中的防火和防爆 63第五章 三废处理 64年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计210 参考文献 66致谢 65年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计3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
3、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；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。年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计4前言甲醇是醇类中最简单的一元醇。1661 年英国化学家 R.波义耳首先在木材干馏后的液体产物中发现甲醇，
4、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
5、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 1 。目前，国外的液相甲醇合成新工艺 2 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 H2(COCO 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 1 957 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 95 kt/a 低压法装置，采
6、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 200 kt/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 3 ，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年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计5一、概述1.1 甲醇性质甲醇俗称木醇、木精，是最饱和醇中最简单的一元醇，分子式 CH3OH。在通常条
7、件下是一种无色、透明、易燃、有毒、易挥发的液体，略带酒精味；分子量 32.04，熔点-97.8，沸点 64.7，闪点 16，自燃点 473，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6.036.5（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
8、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 甲醇的生产方法工业上生产甲
9、醇曾有过许多方法，早期用木材或木质素干馏法制甲醇，此法需耗用大量木材，而且产量很低，现早已被淘汰。氯甲烷水解法也可以生产甲醇，但因水年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计6解法价格昂贵，没有得到工业上的应用。甲烷部分氧化法可以生产甲醇，而且原料便宜，工艺流程简单，但因生产技术比较复杂，副反应多，产品分离困难，原料利用率低，工业上尚未广泛采用。目前，工业生产上主要是采用合成气(CO+H 2)为原料的化学合成法。23CO+H此法已有五十多年的历史。由于所使用的催化剂不同，反应温度和反应压力的不同，又分为高压法、低压法和中压法。1.4 设计的目的和意义由于我国石油资源短缺，能源安全已经成为不可回避
10、的现实问题，寻求替代能源已成为我国经济发展的关键。甲醇作为石油的补充已成为现实，发展甲醇工业对我国经济发展具有重要的战略意义。煤在世界化石能源储量中占有很大比重（我国情况更是如此），而且煤制甲醇的合成技术很成熟。随着石油和天然气价格的迅速上涨，煤制甲醇更加具有优势。本设计遵循“工艺先进、技术可靠、配置科学、安全环保”的原则；结合甲醇的性质特征设计一座年产 20 万吨煤制甲醇的生产车间。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，可以知道甲醇的用途；基本掌握煤制甲醇的生产工艺；了解国内外甲醇工业的发展现状；以及
11、甲醇工业的发展趋势。1.5 设计的指导思想以设计任务书为基础，适应我国甲醇工业发展的需要。加强理论联系实际，扩大知识面；培养独立思考、独立工作的能力。整个设计应贯彻节省基建投资，充分重视技术进步，降低工程造价，节能环保等思想，设计生产高质量甲醇产品。年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计7二、低压法合成甲醇工艺流程 2.1 反应原理及特点1主反应 23CO+HOA当反应物中有二氧化碳存在时，二氧化碳按下列反应生成甲醇： 232 2副反应 又可分为平行副反应和连串副反应 平行副反应 4COHOA22 3 C 49422 83COHOA 当有金属铁、钴、镍存在时，还可能有下列反应发生： 2C 连
12、串副反应 3322A32n2+12CHOn+HOn 32n212(C1H A ） （ ）这些副反应的产物还可以进一步发生脱水、缩合、酰化或酮化等反应，生成烯烃、醋类、酮类等副产物。当催化剂中含有碱类时，这些化合物的生成更快。副反应不仅消耗原料，而且影响甲醇的质量和催化剂寿命。特别是生成甲烷的年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计8反一个强放热反应，不利于反应温度的控制，而且生成的甲烷不能随产品冷凝，甲烷在循环系统中循环，更不利于主反应的化学平衡和反应速率2.2 原料气的生产方法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
13、、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。目前，合成氨生产原料按状态主要有固体原料（煤或焦炭） ，气体原料（天然气、油田气、炉气、石油废气、有机合成废气） ，液体原料（石脑油、重油） 。生产方法主要有固体燃料气化法（煤或焦炭） 、烃类蒸汽转化法（气态烃、石脑油）重油部分氧化法（重油） 。2.2.1 固体燃料气化法固体燃料气化过程是以煤或焦炭为原料，在一定的高温条件下通入空气、水蒸气或富氧空气-水蒸气混合气，经过一系列反应生成含
14、有一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气及甲烷等混合气体的过程。煤或焦炭气化因采用不同的气化剂，可以生产出下列几种不同用途的工业煤气：空气煤气。以空气作为气化剂所制得的煤气。水煤气。以水蒸气作为气化剂所制得的煤气。混合煤气。以空气和适量水蒸气的混合物作气化剂所制得的煤气。半水煤气。分别以空气和水蒸气作气化剂，然后将分别制得的空气煤气和水煤气，两者按混合后气体中（CO+H 2）与 N2 的摩尔比为 3.13.2 的比例进行掺配，这种混合煤气称为半水煤气。目前，工业上固体燃料为原料制取合成氨原料气的方法，根据气化方式不同，主要有固定床间歇气化法、固定床连续气化法、沸腾床连续气化法和气流床连续气化法。年产
15、20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计91. 固定床间歇气化法固定床间歇气化过程是先将空气送入煤气发生炉燃烧燃料，放出热量，提高燃料层温度，以供气化所需（因此，固定床间歇气化法也称蓄热法） ，生成的吹风气经回收热量后大部分放空。然后将蒸汽送入炉与碳层进行气化反应，生成水煤气。由于气化反应是吸热反应，使燃料层温度下降，故需重新通入空气以提高炉温，如此重复交替进行，制得半水煤气。工业上在间歇气化过程中，将自上一次开始送入空气至下一次再送入空气时为止，称为一个工作循环，间歇式制半水煤气的工作循环。每个工作循环包括下列五个阶段。吹风阶段。空气从炉底吹入，自下而上以提高煤层温度，然后将吹风气经回收热量后放空
16、。蒸汽一次上吹。水蒸气自下而上送入煤层进行气化反应，此时煤层下部温度下降，而上部温度升高，被煤气带走的显热增加。蒸汽下吹。水蒸气自上而下吹入煤层继续进行气化反应。使煤层温度趋于均匀。制得煤气从炉底引出系统。蒸汽二次上吹。蒸汽下吹制气后煤层温度已显著下降，且炉内尚有煤气，如立即吹入空气势必引起爆炸。为此，先以蒸汽进行二次上吹，将炉子底部煤气排净，为下一步吹风创造条件。空气吹净。目的是回收存在炉子上部及管道中残余的煤气，此部分吹风气应加以回收，作为半水煤气中 N2 的来源。以常压固定床间歇式气化煤气制取工艺对煤种要求苛刻，仅适用优质无烟煤和冶金焦，而且产气量低、总能耗高。 。2.气流床连续气化法即德士古造气技术，德士古煤气化炉为直立圆筒形结构，分为上中下三部分，上部为反应室，中部为激冷室或废热锅炉，下部为灰渣锁斗。为了降低水煤浆的粘度，易于输送，将直径小于 l0mm 的煤磨碎，按比例加入水量。由于我国煤的灰熔点普遍偏高，为使其灰熔点能降至 13501365以下，加入适
