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技术初步设计煤化工毕业设计毕业设计主题年产20万吨煤制甲醇工艺初步设计取得学位姓名学年09煤化工大学结成煤化工系统专业煤化工指导教师截至2012年5月14日，甲醇的总结是一种极为重要的有机化学原料，燃料是碳一化学基础产品在国民经济中占有非常重要地位的近年来，随着甲醇下产品的开发，尤其是甲醇燃料的普及，对甲醇的需求大幅度上升， 为满足经济发展，针对甲醇需求开展了这一20万ta甲醇项目设计的主要内容是技术论证材料的平衡计算和热量平衡计算等本设计，基于国情技术的先进性和对经济环境友好的原则，以煤为原料利用GSP气化技术利用NHD气化技术在净化低压下，利用列管均温合成塔合成甲醇三塔精馏技术纯化甲醇，严格控制三废的排放，利用废热降低人的安全和卫生关键词甲醇合成目录一总论四11甲醇的性质412甲醇用途413酒精生产原料42 -甲醇的合成521甲醇合成的基本原理5211甲醇合成反应工序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和选型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设计结果评估268参考文献27谢谢27附上设计图1 -甲醇合成塔示意图2 -甲醇合成工艺流程图1总论11甲醇的性质甲醇通称为木醇木精英名methanol分子式CH3OH，是无色透明、易燃易挥发有毒的液体，醇味分子量3204的化学性质活跃， 发生氧化酯化羰基化等化学反应是重要的有机化工原料和优质燃料在精细化学的塑料医药林产品的加工等领域主要生产甲醛消费量占总生产量一半的甲醛是各种合成树脂生产不可缺少的原料甲醇一旦使用，就可以生产出丙烯酸甲酯的对苯二甲酸二甲胺甲基苯胺氯化物等羰基化乙酸酐甲酯等重要的有机合成中间体。 这些是各种染料药品的农药、炸药、香料涂装的原料，目前，用甲醇合成乙醇、乙醇也越来越受到重视。 甲醇溶解性能优于乙醇，为了制备涂料，可以在分析化学中使用良好的萃取剂甲醇的若干物质中使用的分离甲醇，其能量甲醇燃料安全、廉价燃烧、充分利用率高的环境保护的优点大多取代汽油， 已经是车用燃料发展方向之一的甲醇，由于生物发酵，富含维生素和蛋白质，营养价值高、成本低的优点被广泛用作饲料添加剂的前景性酒精原料自1923年开始工业生产以来， 甲醇合成的原料途径发生很大变化的20世纪50年代以前，以煤和焦炭为原料的50年代以后，以天然气为原料的甲醇生产工艺得到了广泛应用，进入60年代以后以重油为原料的甲醇装置得到了发展。 在我国，由于资源背景下石油天然气储量随着石油资源不足，石油天然气储量高涨，在大力发展煤的清洁利用技术的背景下，煤是我国甲醇生产最重要的原料对于甲醇合成来说无论是锌铬催化剂还是铜系催化剂，多相多相多相催化工艺在以下过程中a扩散气体成为气体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上吸附而不同c表面的反应化学吸附反应物在活性表面反应生成生成物d分析反应产物的解吸e扩散反应生成物气体从催化剂界面向气相中扩散脱甲醇合成反应的速度是上述5个过程各自的过程的进行速度的总和，但全过程的速度依赖于最慢的工序的完成速度的研究发现，在上述5个过程中，ae扩散最快的b吸附d解析进行的速度快， 由于过程c表面反应分子在催化活性界面的反应速度最慢，因此证实了整个反应过程依赖于表面反应的进行速度的提高的压力上升温度可以加快甲醇合成反应速度， 热力学分析认为，由COCO2和H2合成甲醇的反应是强发热的体积缩小反应，因此提高压降温度有利于化学平衡向生成甲醇的方向移动，也有利于抑制副反应的进行甲醇合成反应是在多个铜系催化剂中进行的复杂的可逆化学反应1主要化学反应2 -甲醇合成的副反应213甲醇合成反应的化学平衡由一氧化碳和氢合成甲醇可以用下式表示气相可逆反应压力在反应中发挥重要作用的气体分压所表示的平衡常数Kp式中Kp-甲醇的平衡常数P CH3OHPH2P CO-分别表示甲醇氢一氧化碳的平衡分压反应温度也是影响平衡常数的重要因素之一的温度下的反应平衡常数如表1-1所示，由于平衡常数随着温度上升而急速减少，因此甲醇合成不能在高温下进行，但由于低温反应速度慢，因此甲醇生产使用高活性的铜系催化剂将反应温度控制在220280表1-1温度下甲醇反应的平衡常数反应温度平衡常数KP 06673010011029220090910-230024210-4400107910-53 -甲醇合成的催化剂甲醇合成在典型的气固相催化反应过程中不存在催化剂的合成甲醇反应很大程度上依赖于合成甲醇工业的进展，但由于合成甲醇的生产使用了很多工艺指标和操作条件的催化剂性质，从一氧化碳加氢合成甲醇工业化以来， 合成催化合成技术研究和改进的工业应用催化剂只有锌铬和铜基催化剂的甲醇合成在典型的气固相催化反应过程中不存在催化剂的合成甲醇几乎不能取得合成甲醇工业的进展，这取决于催化剂开发的成功和质量的改进，决定了合成甲醇生产的许多工艺指标和操作条件自一氧化碳加氢合成甲醇工业化以来，合成催化剂的合成工艺已被研究，但实验室已经研究了许多甲醇合成催化剂， 工业上使用的催化剂为锌铬和铜系催化剂CuOZnOAl2O3压力MPa温度的英国ICI 51-360301078-118190270德国LG1045132449210240美国C79-2-15- 117220330丹麦lmk 4010-98220 兹5132450-100280中国xcn-98522050100290表对比表明，国产催化剂铜含量在50以上的制备工艺是合理的，该催化剂的活性选择寿命和机械强度达到国外同类催化剂的先进水平且价格低1锌铬催化剂ZnO C r2O3锌铬催化剂， 工业合成甲醇最初的1966年以前的甲醇合成中采用锌铬催化剂锌铬催化剂的一般共沉淀法，将锌和铬的硝酸盐溶液用碱沉淀法洗涤干燥后成型的催化剂也是将氧化铬溶液加入氧化锌悬浊液中充分混合后， 可以将水分分离干燥后配合到石墨成型中，也可以将氧化锌和氧化铬的细分混合物均匀地添加到少量的氧化铬溶液和石墨片中，以干式制作干燥的产品锌铬催化剂使用寿命长的范围内耐热性好，抗毒性强，机械强度好，但锌铬催化剂的活性温度高的操作温度在320-400之间为了得到高转化率，在高压下操作压力必须达到25-35Mpa的现在， 2铜系催化剂CuOZnOr2o3或CuO ZnO Al2O3铜系催化剂是1960年代开发的产品，具有良好的低温活性高的选择性，通常在低压工艺1中构成铜系催化剂的主要化学成分为CuO ZnO Al2O3或CuO ZnO C r2O3， 活性成分为Cu和ZnO的同时，通过促进助催化活性C r2O3的添加，在铜提高催化剂的分散度的同时，以能够阻止分散的铜晶粒在加热时烧结生长而延长催化剂的使用的寿命添加Al2O3助催化剂，催化活性更高，而且Al2O3廉价且无毒性的Al2O3为C r2O3的铜系2还原氧化铜在投入甲醇合成的无催化活性使用之前需要将氧化铜还原为单体铜工业的以氢一氧化碳为还原剂还原铜基催化剂的反应如下CuO H2 Cu H2OQCuO COCu H2OQ氧化铜的还原反应是一种强烈的发热反应，铜基催化剂对热敏感，严格控制氢、一氧化碳浓度和温度还原升温，使温度急剧上升，水急剧上升，催化剂活性寿命还原后的催化剂与空气接触时，必须避免发生下列反应H2O 12O2Cu O Q由于与大量空气接触而放出的反应的热量会使催化剂过度升温，因此在排出前加入少量的氧并缓慢氧化而在催化剂的表面形成氧化铜保护膜的过程被称为催化剂的钝化铜系催化剂的最大特征在于，活性高、反应温度低、操作压力低，这一缺点严于合成原料气体的杂质， 特别是原料气中的SAs中必须精制3种催化剂铜锌铝铜锌铬的化剂是目前甲醇合成工业的主要催化剂，但近年来新催化剂的开发一直没有中断。 进一步提高催化剂的活性，改善催化剂的热稳定性，延长钯系催化剂钼系催化剂或低温液相催化剂等催化剂的寿命，在某些方面弥补了铜锌铝铜锌铬催化剂的不足，但其活性不优选，或者对甲醇的选择性差等， 仅仅是自己的缺点，停留在研究阶段，没有实现工业化的3铜系催化剂的中毒和寿命铜系催化剂对硫的中毒敏感是因为H2S和Cu形成CuS也有可能发生Cu2S反应CuH2SCuS H22CuH2SCu2S H2因此，与原料气体中硫含量必须小于01ppm类似的是卤酸对催化剂的毒性由于催化剂使用寿命和合成甲醇的操作条件相关的铜基催化剂的耐热性远远低于锌铬催化剂，因此防止过度升温是延长寿命的重要措施甲醇合成反应在发热体积缩小的可逆反应温度压力和气体组成对反应进行的程度和速度有一定影响以下， 围绕温度压力气体的组成和空间速度对甲醇合成反应的影响，研究了工艺条件的选择，研究了混合物的平衡和速度对化学反应而言温度上升或分子运动增加了分子间的有效冲突，增大了分子克服化合时阻力的能力， 增加了分子有效结合的机会，加速了甲醇合成反应的速度，但是由一氧化碳氢生成甲醇的反应和由二氧化碳氢生成甲醇的反应是可逆的发热反应，对于可逆的发热反应，温度上升或者反应速度常数增大，但是平衡常数的数值下降，因此选择适当的操作温度因此，若上述两个面的温度低于催化剂的活性温度，则反应不能进行的温度过高，则副反应不仅消耗原料气体，而且难以控制反应过快的温度，容易使催化剂老化失活的一般工业生产中的反应温度因催化剂的活性温度而异， 为了延长催化剂寿命，反应初期必须在低温下使用一段时间后再升温至适当的温度由于压力甲醇合成反应是分子数减少的反应，因此增加压力有利于反应向甲醇生成方向移动，增加反应速度的装置的生产能力有利于甲醇合成反应，但压力的提高会增加设备的材质加工制造所要求的原料气体的压缩消耗功率， 由于副产物的增加，产品品质恶化，从pa操作温度350420开始，在高压和温度下，一氧化碳和氢生成甲烷异常的丁醇等副产物的这些副反应的反应热比甲醇合成反应高，床层的温度上升的副反应加速，如果不立即恢复，温度急剧上升破坏催化剂，近年来一般使用的铜系甲醇合成催化剂的活性温度范围为200300，具有较高的活性， 相对于规模为30万吨以下的a的工厂操作压力，一般能够降低到5Mpa左右的超大型甲醇装置为了减少设备尺寸合成系统的操作压力而上升到10Mpa左右是因为采用了低压法入塔压力为514MPa的合成甲醇， 工厂压力的选择在技术经济等方面必须综合考虑空速空速的大小，气体与催化剂的接触时间长度为数值空速与接触时间的倒数，一般来说催化活性越高，相同生产负荷所需的接触时间越短，空速越大甲醇合成所选择的空速大小，与合成反应的醇纯合成塔的生产强度循环气体量的大小、系统压力降的大小和反应热的综合利用有关甲醇合成反应采用低空速时，气体接触催化剂时间长，反应接近平衡反应物的单程转化率高，每单位时间通过的气体量少，因此总产量依然低，反应物的转化率高，因此单位甲醇合成所需的循环量少，因此气体循环的动力消耗少空速变大时，使出口气体中的酒精含量降低，即使降低酒精纯量的催化剂床层中的规定部位的酒精含量和平衡酒精浓度的增加反应速度也相应地增大，酒精纯量的降低程度比空速的增加倍数小， 由于合成塔的生产强度在增加空速的情况下有一定程度的提高，可以增加空速来增加产量，但在实际生产中不太大就会产生一系列问题加快一空档意味着循环空气量的增加增加了整个系统的阻力，增加了压缩机的循环消耗功率对于2 -甲醇合成，如果发热反应依赖于反应热而维持床层温度，则空速随