年產(chǎn)60萬噸煤制甲醇初步工藝設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)總說明甲醇是一種非常重要化工原料，工業(yè)應(yīng)用非常廣泛。國內(nèi)甲醇的需求量逐 年增大，針對我國貧油少氣的能源現(xiàn)狀，煤制甲醇生產(chǎn)工藝充分利用了我國煤 炭資源豐富的優(yōu)勢，近年來在國內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。通過查閱資料及分析，本設(shè)計(jì)采用 Lurgi低壓法合成甲醇，以長焰煤煤作 為原料，進(jìn)行年產(chǎn)60萬噸的煤制甲醇初步工藝設(shè)計(jì)，包括煤的選用、原料氣制 備工藝的設(shè)計(jì)、原料氣的變換及凈化工藝設(shè)計(jì)，合成工藝設(shè)計(jì)以及粗甲醇的精 制工藝設(shè)計(jì)，并繪制了工藝流程圖。同時(shí)，進(jìn)行了物料衡算，對氣化工段和合 成塔進(jìn)行了熱量衡算。設(shè)計(jì)了甲醇合成塔和預(yù)精儲(chǔ)塔，并繪制出相應(yīng)的設(shè)備簡 圖。關(guān)鍵詞：德士古氣化爐，魯奇低壓法，甲醇，設(shè)計(jì)Des

2、ign 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 ma

3、kes 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

4、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

5、 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

6、gasifier, Lurgi low pressure, methanol, design TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1緒論 1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 甲醇簡介 1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 物化性質(zhì) 1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 包裝及儲(chǔ)運(yùn) 1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 毒性和防

7、護(hù) 2 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 質(zhì)量要求 2 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 甲醇的用途 4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 甲醇合成工藝技術(shù) 5 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document DAVY甲醇技術(shù)特點(diǎn) 5 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document Lurgi 甲醇技術(shù) 5 HYPERLINK l bookmark24 o Current D

8、ocument TOPSOE的甲醇技術(shù)特點(diǎn) 5 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document TEC甲醇技術(shù)特點(diǎn) 5 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 三菱重工業(yè)公司甲醇技術(shù)特點(diǎn) 6 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 林德公司甲醇技術(shù)的特點(diǎn) 6 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 甲醇的生產(chǎn)工藝 6 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 生產(chǎn)工藝的發(fā)展歷史 6 HY

9、PERLINK l bookmark36 o Current Document 天然氣制甲醇 7 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 油制甲醇 9 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 聯(lián)醇生產(chǎn) 9 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 煤制甲醇 10 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 甲醇生產(chǎn)的發(fā)展趨勢 12 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 本次設(shè)計(jì)的目

10、的和意義 14 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 2設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)依據(jù) 15 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 設(shè)計(jì)題目 15 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 設(shè)計(jì)原則 15 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 設(shè)計(jì)要求 15 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 設(shè)計(jì)依據(jù) 15 HYPERLINK l bookmark58 o Current Doc

11、ument 3初步工藝設(shè)計(jì) 16 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 煤氣化工段 16 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 煤的選用 16 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 煤氣化過程 17 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 氣化工藝原理 17 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 氣化工藝流程 19 HYPERLINK l bookmark70 o Cu

12、rrent Document 煤氣變換工段 21 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 煤氣變換原理 21 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 變換工藝流程 22 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 煤氣凈化工段 23 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 煤氣凈化方法 23 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 工藝流程概述 25 HYPERLINK l boo

13、kmark82 o Current Document 甲醇合成工段 28 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 合成原理 28 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 合成工藝流程 30 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 甲醇精制工段 32 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 精制工藝 32 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 精制要求 32 HYPERLINK

14、 l bookmark94 o Current Document 三塔精儲(chǔ)工藝流程 33 HYPERLINK l bookmark96 o Current Document 4工藝計(jì)算 35 HYPERLINK l bookmark98 o Current Document .物料衡算 35 HYPERLINK l bookmark100 o Current Document 精微工段物料衡算 35合成工段物料衡算 36 HYPERLINK l bookmark102 o Current Document 變換工段物料衡算 42 HYPERLINK l bookmark104 o Curren

15、t Document 氣化工段物料衡算 42綜合計(jì)算 47熱量衡算 48氣化工段熱量衡算 48合成塔熱量衡算 535重要設(shè)備設(shè)計(jì) 57甲醇合成反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 57催化劑的使用量 57換熱面積的確定 57換熱管數(shù)的確定 57合成塔直徑 58合成塔的壁厚設(shè)計(jì) 58殼體設(shè)計(jì)液壓強(qiáng)度校核 58合成塔封頭設(shè)計(jì) 59折流板和管板的選擇及設(shè)計(jì) 59支座 59甲醇精儲(chǔ)工段預(yù)精儲(chǔ)塔的設(shè)計(jì) 59進(jìn)料組成 60加堿量的計(jì)算 60清晰分割法取出二甲醴 60預(yù)精儲(chǔ)塔塔釜溫度計(jì)算 62理論板數(shù)的計(jì)算 636總結(jié) 64參考文獻(xiàn) 65致謝 671緒論1.1甲醇簡介1.1.1物化性質(zhì)甲醇（Methanol, dried, CH3

16、OH）是結(jié)構(gòu)最為簡單的飽和一元醇，因在干 儲(chǔ)木材中首次發(fā)現(xiàn)，故又稱“木醇”或“木精”。純甲醇為無色透明略帶酒精 氣味的易揮發(fā)液體，CAS號(hào)有67-56-1、170082-17-4,甲醇分子式：CH3OH, 分子量32.04,沸點(diǎn)64.5C ,熔點(diǎn)-97.8C,和水相對密度0.7915,閃點(diǎn) 12.22C,自燃點(diǎn) 463.89人口服中毒最低劑量約為100mg/kg體重，經(jīng)口攝入0.31g/kg可致死。用 于制造甲醛和農(nóng)藥等，并用作有機(jī)物的萃取劑和酒精的變性劑等 TOC o 1-5 h z 甲醇能和水以任意比相溶，但不形成共沸物，能和多數(shù)常用的有機(jī)溶劑（乙醇、乙醴、丙酮、苯等 ）混溶，并形成恒沸點(diǎn)

17、混合物。甲醇能和一些鹽如 CaCl2、MgCl2等形成結(jié)晶化合物，稱為結(jié) 晶醇，如 CaCl2 CH3OH MgC12 6cH3OH。和鹽的結(jié)晶水合物類似，甲醇遇熱、明火或氧化劑易著火，遇明火會(huì)爆炸，蒸汽與空氣混合物爆炸下限6%-36.5% （體積）。燃燒時(shí)無煙，火焰呈藍(lán)色。甲醇具有脂肪族伯醇的一般性質(zhì)，連有羥基的碳原子上的三個(gè)氫原子 均可被一一氧化，或脫氫生成甲醛，再氧化成甲酸，甲酸氧化的最終產(chǎn)物是二氧 化碳和水。試劑甲醇常密封保存在棕色瓶中置于較冷處1。甲醇由甲基和羥基組成的，具有醇所具有的化學(xué)性質(zhì)。甲醇可以在純氧中 劇烈燃燒，生成水蒸氣和二氧化碳。另外，甲醇也和氟氣會(huì)產(chǎn)生猛烈的反應(yīng)。 甲

18、醇能與水、乙醇、乙醴、苯、酮、鹵代姓和許多其他有機(jī)溶劑相混溶，遇 熱、明火或氧化劑易燃燒。燃燒反應(yīng)式為：CH30H O2 CO2 H2O具有飽和一元醇的通性，由于只有一個(gè)碳原子，因此有其特有的反應(yīng)。例 如：1）與氯化鈣形成結(jié)晶狀物質(zhì) CaC12 4cH3OH,與氧化鋼形成 BaO2CH30H 的分子化合物并溶解于甲醇中；類似的化合物有MgCl2 6CH3OH、 CuS04 2cH30H、 CH3OH CH30H、 AlC13 4cH30H、 AlC13 6cH30H、 AlC13 10cH30H等；2）與其他醇不同，由于-CH20H基與氫結(jié)合，氧化時(shí)生成 的甲酸進(jìn)一步氧化為C02； 3）甲醇與

19、氯、澳不易發(fā)生反應(yīng)，但易與其水溶液作 用，最初生成二氯甲醴（CH2CD2O,因水的作用轉(zhuǎn)變成 HCHO與HC1; 4）與 堿、石灰一起加熱，產(chǎn)生氫氣并生成甲酸鈉；CH3OH+NaOHfHCOONa+2H2；5）與鋅粉一起蒸儲(chǔ)，發(fā)生分解，生成 C0和H20。包裝及儲(chǔ)運(yùn)工業(yè)甲醇應(yīng)用干燥、清潔的鐵制槽車、船、鐵桶等包裝，并定期清洗和干 燥。工業(yè)甲醇應(yīng)貯存在干燥、通風(fēng)、低溫的危險(xiǎn)品倉庫中，避免日光照射并隔 絕熱源、二氧化碳、水蒸汽和火種，貯存溫度不超過30C,貯存期限6個(gè)月 工業(yè)甲醇產(chǎn)品包裝容器上應(yīng)涂有牢固的標(biāo)志 2,其內(nèi)容包括：生產(chǎn)廠名稱、產(chǎn) 品名稱、本標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)以及符合 GB 190-2009規(guī)定的

20、“易燃液體”和“有毒品” 標(biāo)志等0工業(yè)甲醇的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，常采用裝有甲醇槽車的火車，槽車、船、鐵桶在 裝運(yùn)甲醇過程中應(yīng)在螺絲口加膠皮墊密封，防止甲醇漏損，嚴(yán)防明火，運(yùn)輸工具應(yīng)有接地設(shè)施。一般短途運(yùn)輸通常用裝有臥式甲醇貯槽的汽車，目前汽車運(yùn)輸 槽車型號(hào)比較復(fù)雜，普遍大型槽車為 43.5噸（按照安全充裝標(biāo)準(zhǔn)，充裝量應(yīng)該 為容積的85%,受季節(jié)因素影響，冬夏季不同）；鐵路運(yùn)輸，鐵路運(yùn)輸槽車為 國家鐵道部指定的包頭一機(jī)，由哈爾濱重工和錦西機(jī)務(wù)等單位生產(chǎn)，設(shè)計(jì)規(guī)格 統(tǒng)一為30m3 （折合48噸，至少留有5%的空隙）；水路運(yùn)輸，水陸運(yùn)輸方面 擁有各類載重噸位運(yùn)輸甲醇船舶（專業(yè)甲醇運(yùn)輸船舶45000噸，綜合運(yùn)

21、輸船舶運(yùn)輸甲醇能力各噸位不等）。內(nèi)河水運(yùn)主要為1000- 2000噸船舶。毒性和防護(hù)工業(yè)甲醇液體及氣體都是劇毒的，應(yīng)避免接觸皮膚和吸入蒸汽，如果濺到 皮膚上和眼睛里應(yīng)迅速用大量清水沖洗，在工業(yè)甲醇作業(yè)處應(yīng)有防毒面具、橡 皮手套、防護(hù)眼鏡等安全用具以備需用，包裝容器應(yīng)有“易燃”、“劇毒”等 危險(xiǎn)品標(biāo)志。質(zhì)量要求一般工業(yè)上出于對甲醇產(chǎn)品的要求，規(guī)定了精甲醇中含雜質(zhì)量的指標(biāo)。我 國現(xiàn)行檢測精甲醇質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，系根據(jù)我國甲醇的工業(yè)生產(chǎn)與使用實(shí)際情況于 2011年修訂，國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的甲醇國家標(biāo)準(zhǔn) 4 （GB 338-2011）。該標(biāo)準(zhǔn) 適用于以煤、焦油、天然氣、輕油、重油等為原料合成的工業(yè)甲醇，主要

22、用于 化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、農(nóng)藥行業(yè)，也可作為燃料使用。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了工業(yè)用甲 醇的要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則及標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸、貯存和安全等。該標(biāo)準(zhǔn)將甲醇分為優(yōu)等品、一等品和合格品，質(zhì)量指標(biāo)包括色度、密度、沸程、高鈕酸鉀試驗(yàn)、水混溶性試驗(yàn)等 11個(gè)。其技術(shù)要求如下：1）工業(yè)甲醇為無特殊異臭氣味，無色透明液體，無可見雜質(zhì)； 2）工業(yè)甲醇技術(shù)指標(biāo)見表1-1。表1-1工業(yè)甲醇質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目優(yōu)等品合格品色度/Hzaen單位（珀-鉆色密度(p 20) /(g/cm 3)沸程(0C、101kPa, 64.0-65.5 C范圍內(nèi)，包括64.6 C 土0.1 C) / 水混溶性實(shí)驗(yàn)1水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

23、（以HCOOH）/%堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以計(jì)）/% NH 3染基化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以HCHOf） /%蒸發(fā)殘?jiān)馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)/% 硫酸洗滌試驗(yàn)/Hazen單位（珀-鉆色號(hào)）乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% CO2 + 2H2CH4 + 1/2O2 CO + 2H2該轉(zhuǎn)化氣的H2/CO比在1.8左右，不適合直接作甲醇合成用，須經(jīng) CO變 換和CO2脫除才可用于甲醇合成。本工藝和前文所述自熱式催化部分氧化工藝相似，反應(yīng)溫度高 ，反應(yīng)器要 采用耐高溫材料,其操作壓力可從1.93MPa提高至3.79 MPa運(yùn)行，節(jié)約了轉(zhuǎn)化 氣的壓縮功耗。3)熱交換型轉(zhuǎn)化工藝通過前人研究發(fā)現(xiàn)，在甲醇裝置中兩段轉(zhuǎn)化的一段爐所需熱量與離開二段 爐

24、工藝氣所攜帶熱量相差不多，利用來自二段自熱式轉(zhuǎn)化爐的熱量替代向管式 蒸氣轉(zhuǎn)化爐供熱的直接燃燒方式，既可較好地利用熱能，又能節(jié)省投資。換熱 型轉(zhuǎn)化工藝以ICI和凱洛格公司的兩種流程最具代表性。(1)轉(zhuǎn)化交換器系統(tǒng)該系統(tǒng)構(gòu)想是基于凱洛格開式管式轉(zhuǎn)化交換器，在單元設(shè)備的冷端設(shè)一管 板，物料進(jìn)入單元設(shè)備的頂部，向下軸向通過填有催化劑的管內(nèi)，從管內(nèi)出來與從自熱式轉(zhuǎn)化爐來的氣體混合，混合后的物流作為殼層的加熱介質(zhì)向上通過單 元設(shè)備的殼層。本工藝最大的優(yōu)點(diǎn)是操作彈性大，容易調(diào)節(jié)合成氣的氣質(zhì)，減 少了占地面積以及 NOx的排放量和對環(huán)境的破壞，從而大大減輕了操作強(qiáng)度 和維修強(qiáng)度。(2)換熱型LCA流程在ICI

25、的換熱型LCA流程中，天然氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需熱量由二段高溫轉(zhuǎn)化 氣提供。此流程的關(guān)鍵設(shè)備是一個(gè)熱交換器，在管內(nèi)裝有轉(zhuǎn)化催化劑，管外為 二段爐來的高溫工藝氣。工藝特點(diǎn)是投資省，熱利用率高，一段轉(zhuǎn)化爐的溫度較低，占地面積小。 因降低了直接用于加熱用的燃料氣，其節(jié)能效果十分明顯。油制甲醇工業(yè)上用油來制取甲醇的油品主要有兩類：一類是石腦油，一類是重油。原油精儲(chǔ)所得的220c以下的儲(chǔ)分稱為輕油，又稱石腦油。以石腦油為原料 生產(chǎn)合成氣的方法有加壓蒸汽轉(zhuǎn)化法，催化部分氧化法、加壓非催化劑部分氧 化法、間接催化轉(zhuǎn)化法等。目前用石腦油生產(chǎn)甲醇原料氣的主要方法是加壓蒸 汽轉(zhuǎn)化法。石腦油的加壓蒸汽轉(zhuǎn)化需在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的轉(zhuǎn)化

26、爐中進(jìn)行。轉(zhuǎn)化爐設(shè)置 有輻射室與對流室，在高溫、催化劑存在下進(jìn)行姓:類蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)。石腦油經(jīng) 蒸汽轉(zhuǎn)化后，其組成恰可滿足合成甲醇之需要。既無虛在轉(zhuǎn)化前后補(bǔ)加二氧化 碳或設(shè)二段轉(zhuǎn)化，也無需經(jīng)變換、脫碳調(diào)整其組成。重油是石油煉制過程中的一種產(chǎn)品，根據(jù)煉制方法不同，可分為常壓重 油、減壓重油、裂化重油及他們的混合物。以重油為原料制取甲醇原料氣有部 分氧化法與高溫裂解法兩種途徑。裂解法需在1400c以上的高溫下，在蓄熱爐中將重油裂解，雖然可以不用氧氣，但設(shè)備復(fù)雜，操作麻煩，生成的炭黑量 多。重油部分氧化是指重質(zhì)燒類和氧氣進(jìn)行燃燒反應(yīng)，反應(yīng)放熱，使部分碳?xì)?化合物發(fā)生熱裂解，裂解產(chǎn)物進(jìn)一步發(fā)生氧化、重整

27、反應(yīng)，最終得到以H2、CO為主，及少量CO2、CH4的合成氣供甲醇合成使用。重油部分氧化法所生產(chǎn) 的合成氣，由于原料重油中碳?xì)浔雀撸铣蓺庵蠧O與CO2含量過高，需將部分合成氣經(jīng)過變換，使一氧化碳和水蒸氣作用生成氫氣和二氧化碳，然后脫出 二氧化碳，以達(dá)到合成甲醇所需的組成。合成后的粗甲醇需經(jīng)過精制，出去雜 質(zhì)與水，得到精甲醇。聯(lián)醇生產(chǎn)合成氨和甲醇同出一源，工藝流程和設(shè)備幾乎完全相同。當(dāng)合成氨轉(zhuǎn)產(chǎn)甲 醇時(shí)，只需調(diào)整部分工藝指標(biāo)，更換合成反應(yīng)器及反應(yīng)催化劑即可實(shí)現(xiàn)。合成 氨聯(lián)產(chǎn)甲醇時(shí)，也只需增加甲醇合成系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)同一裝置得到兩種產(chǎn)品。合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇是利用合成氨生產(chǎn)中有害氣體 （CO、CO2）和

28、H2,采用銅 基催化劑，在5.0 -15.0MPa壓力下生產(chǎn)甲醇。甲醇合成系統(tǒng)串聯(lián)在合成氨工藝 的銅洗塔前，醇后氣部分循環(huán)，其余經(jīng)銅洗壓縮進(jìn)人氨合成系統(tǒng)。聯(lián)醇生產(chǎn)降 低了合成氨變換轉(zhuǎn)化 CO和銅洗脫除微量CO的負(fù)荷；止匕外，由于甲醇合成是 體積縮小反應(yīng)，增加壓力對甲醇合成也有利，因此利用合成氨現(xiàn)有設(shè)備，在銅 洗壓力下聯(lián)產(chǎn)甲醇具有投資省、能耗低的優(yōu)點(diǎn)120針對我國中小合成氨裝置的特點(diǎn)，尤其是遍布全國以煤為原料的合成氨廠 有利條件，利用合成氨工業(yè)來發(fā)展合成甲醉，即可發(fā)揮氮肥廠以肥為主、多種 經(jīng)營的積極性，又為企業(yè)從甲醇出發(fā)，發(fā)展一系列高附加值下游產(chǎn)品奠定了基 礎(chǔ)。聯(lián)醇生產(chǎn)是我國化肥企業(yè)開展多種經(jīng)營

29、，提高經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑之一。煤制甲醇以煤為原料生產(chǎn)甲醇的工藝過程包括空氣分離、煤氣化、一氧化碳變換、 合成氣凈化、甲醇合成、甲醇精儲(chǔ)等工藝單元13。.甲醇合成法的化學(xué)過程1）煤的氣化煤在高溫常壓下，與氣化劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化為 CO、H2等可燃性氣體的過程，稱為 煤的氣化。氣化劑主要是水蒸氣、空氣或它們的混合氣。從煤的氣化得到甲醇 合成的工業(yè)原料一一CO和H2的混合物（合成氣），通常將水蒸氣直接通人熾 熱的煤層，具轉(zhuǎn)化為合成氣的化學(xué)反應(yīng)如下：C+H 201co+H2H=118.8KJ/molC 2H2O,CO2 2H2 H=75.2KJ/molCO2 C 2CO H=162.4KJ/mol以上反應(yīng)均是

30、吸熱反應(yīng)，因連續(xù)通入水蒸氣將使煤層溫度下降，為保持煤 層溫度，須交替向爐內(nèi)通入水蒸氣和空氣，通人空氣時(shí)，主要是煤的燃燒反 應(yīng)，具放出熱量，加熱煤層14。煤氣代表性成分組成：H248.4%、CO38.5%、 N26.4%、CO26.0%、O20.2%、CH40.5%。制甲醇所需 H2/CO 值為 2.13,合成 氣中H2與CO的摩爾比可以在350-400C Fe3O4作催化劑條件下調(diào)節(jié)，使其 比值達(dá)到要求，即：CO + H20T%理巴T CO2 + H2生成的CO2用高壓水吸收法去除。2）甲醇合成CO與H2合成甲醇是種可逆反應(yīng):CO +2H 2 H CH 3OH （氣） H= -908J/mol

31、為減少合成甲醇過程中的副反應(yīng)，提高甲醇產(chǎn)率，須選擇適當(dāng)?shù)臏囟取?力和催化劑，一般溫度 300-400C ,壓力20MPa左右。合成甲醇的反應(yīng)溫度 低，所需壓力低，能耗也低，但溫度低，反應(yīng)速度變慢，所以催化劑是關(guān)鍵因 素。合成甲醇原料氣 H2/CO的化學(xué)計(jì)量比是2: 1。CO含量過高對溫度控制 有害，且能引起好基鐵在催化劑上的積聚，使催化劑失掉活性，故采用H2過量，H2/CO摩爾比為2.052.15較好15。.工業(yè)化生產(chǎn)工藝及設(shè)備甲醇合成工藝的簡單流程為：煤炭-加壓氣化-合成氣凈化-合成反應(yīng)- 甲醇-甲醇精制16。相應(yīng)的煤制甲醇生產(chǎn)工藝主要包括造氣、凈化、合成和精 制四個(gè)工藝流程。)造氣工藝煤

32、炭氣化工藝為甲醇生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié)，對煤炭產(chǎn)氣效率及后續(xù)工藝產(chǎn)生影 響，并最終影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。煤炭氣化工藝及氣化爐設(shè)備可按壓力、氣化 劑、供熱方式等分類，通常按爐內(nèi)煤料與氣化劑接觸方式區(qū)分，主要有固定 床、流化床與氣流床3種主要形式。固定床氣化是氣化過程中，氣化劑與煤逆 流接觸，氣化過程比較完全，灰渣殘?zhí)忌伲隹诿簹馔瑫r(shí)部原料煤進(jìn)行干燥和干 儲(chǔ)，煤氣出口溫度低，現(xiàn)有加壓固定床氣化最成熟的爐型是Lurgi;流化床氣化是將氣化劑自爐底部鼓入爐內(nèi)，氣化劑吹起爐內(nèi)煤的細(xì)小顆粒，使其呈流態(tài)化 狀態(tài)，發(fā)生燃燒和氣化反應(yīng)生成煤氣，加壓流化床氣化爐主要有 Winkler/HTW、 KRW 等；氣流床氣化是氣化

33、過程中，氣化劑將煤粉帶入氣化 爐，兩者均勻混合，再通過噴嘴進(jìn)入反應(yīng)室，瞬間著火，發(fā)生火焰反應(yīng)，溫度 達(dá)1600c以上，煤中碳在高溫下幾乎全部轉(zhuǎn)化，所有干儲(chǔ)產(chǎn)物迅速分解、轉(zhuǎn)變 為水煤氣的組分，加壓氣流床氣化爐主要有 Texaco(德士古)、GSP等。目前國內(nèi)感興趣的氣化爐工藝是 Shell、Texaco和Lurgi。Shell工藝在碳轉(zhuǎn) 化率、有效氣體成分、單爐產(chǎn)能、運(yùn)行周期和變負(fù)荷能力等方面具有明顯優(yōu) 點(diǎn)，有環(huán)保和資源綜合利用方面優(yōu)勢，具有技術(shù)發(fā)展前景，但設(shè)備投資較大， 目前國內(nèi)還沒有比較成熟的技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)；Texaco、Lurgi工藝技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠，國產(chǎn)化率高，但 Lurgi工藝存在一些

34、缺陷，具合成工藝流程復(fù)雜，廢 水處理困難，環(huán)境污染嚴(yán)重，相比之下，Texaco工藝具有明顯的優(yōu)勢，其水冷激流程特別適用于合成氨、甲醇生產(chǎn)，是目前合成氨、甲醇生產(chǎn)優(yōu)選工藝。)凈化工藝氣化裝置產(chǎn)生的粗煤氣中除含H2、CO、CO2外，還有少量 COS、H2S、CH4及微量的Cl、NH3等。硫化物、氯和重金屬鍥等會(huì)引起甲醇合成催化劑中 毒。凈化工藝的主要任務(wù)是脫除變換氣中的 H2S、COS、CO2等酸性氣體。煤氣凈化工藝主要有低溫甲醇洗技術(shù)(rectisol)和聚乙二醇二甲醴法 NHD(selexol)。低溫甲醇洗工藝是使用物理吸收法的酸性氣體凈化技術(shù)，使用 冷甲醇作為酸性氣體吸收液，利用甲醇在 -6

35、0 C左右的低溫下對酸性氣體溶解度 極大的特性，分段選擇性地吸收原料氣中的H2S、CO2及各種有機(jī)硫等雜質(zhì)，低溫甲醇洗工藝有林德和魯奇兩種，二者基本原理沒有根本區(qū)別，且技術(shù)都很 成熟，只是在工藝流程設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)和工程實(shí)施上各有特點(diǎn)。NHD法是南化集團(tuán)研究院和天辰化學(xué)工程公司等單位聯(lián)合開發(fā)成功的新技術(shù)，屬于物理吸 收凈化技術(shù)。具對H2S、CO2等均有較強(qiáng)的吸收能力。低溫甲醇洗工藝技術(shù)成熟可靠、氣體凈化度高，能耗較低，可將合成氣中 的CO2體積分?jǐn)?shù)脫至1.0 M0-5以下，H2s體積分?jǐn)?shù)小于1.0漢0-7,且溶劑吸收能力大、循環(huán)量小、能耗省、價(jià)格便宜，操作費(fèi)用低也是此法的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是 要在低溫下

36、操作，設(shè)備對低溫材料要求較高，整個(gè)工藝投資較高。NHD技術(shù)雖然對CO2、H2s等均有較強(qiáng)的吸收能力，可將合成氣中 CO2體積分?jǐn)?shù)脫至0.1% 以下，H2s體積分?jǐn)?shù)小于1.0 10-6,但對COS吸收能力差，需增加水解裝置， 且脫硫和脫碳必須分開，使流程變得復(fù)雜，同時(shí)其溶劑昂貴，吸收能力比甲醇 低，因此溶劑循環(huán)量大，操作費(fèi)用較高，具優(yōu)點(diǎn)在于對設(shè)備無腐蝕，可采用碳 鋼設(shè)備，整個(gè)工藝投資較少。）甲醇合成工藝國內(nèi)外使用的甲醇合成塔主要有冷激式、冷管式、水管式、固定管板列管 式和多床內(nèi)換熱式合成塔。冷激式合成塔碳轉(zhuǎn)化率和出塔甲醇濃度低，循環(huán)量 大，能耗高，不能副產(chǎn)蒸汽，已基本淘汰；冷管式合成塔碳轉(zhuǎn)化率較

37、高但僅能 在出塔氣中副產(chǎn)0.4MPa的低壓蒸汽，大型裝置中很少采用；水管式合成塔將 床層內(nèi)的傳熱管由管內(nèi)走冷氣改為走沸騰水，較大地提高傳熱系數(shù)，更好地移 走反應(yīng)熱，縮小傳熱面積，能多裝催化劑，同時(shí)可副產(chǎn)2.5MPa4.0MPa的中壓蒸汽，是大型化較理想的塔型，在國外 60萬t以上大型裝置廣為采用； 固定管板列管合成塔是一臺(tái)列管換熱器，催化劑在管內(nèi)，管間（殼程）是沸騰水，將反應(yīng)熱用于副產(chǎn) 3.0MPa4.0MPa的中壓蒸汽，代表塔型有 Lurgi公司 的合成塔和三菱公司套管超級(jí)合成塔，由于列管需用特種不銹鋼，因而造價(jià)最 高；多床內(nèi)換熱式合成塔由大型氨合成塔發(fā)展而來，目前氨合成塔均采用三床 （四床

38、）內(nèi)換熱式合成塔。大型裝置不宜選用冷激式和冷管式塔；目前列管式合成塔國內(nèi)用得最多， 但價(jià)格昂貴；大規(guī)模生產(chǎn)宜采用水管式合成塔、多床內(nèi)換熱式合成塔和固定管 板的列管式合成塔，串塔流程或雙級(jí)流程中也可采用兩種塔型組合。）精制工藝將粗甲醇?xì)怏w送入精制塔精制，一般采用 23個(gè)精儲(chǔ)塔，從后一個(gè)塔上部 取出純甲醇，含量為 99.85%。甲醇精儲(chǔ)工藝，有兩塔流程和三塔流程之分。兩 者主要區(qū)別在于三塔流程多設(shè)置有一個(gè)加壓操作（壓力0.60.7MPa）的主精儲(chǔ)塔，加壓塔塔頂甲醇蒸汽冷凝熱用作常壓精儲(chǔ)塔塔底再沸器熱源，減少蒸汽 和冷卻水消耗，目前在三塔精儲(chǔ)的基礎(chǔ)上又增加了回收塔，進(jìn)一步回收常壓精 儲(chǔ)塔塔底排出的含

39、少量甲醇的廢水，提高產(chǎn)品收率并減少廢水污染物產(chǎn)生量。 二塔工藝流程簡單、裝置投資省，但能耗高；三塔流程相對較長，但操作能耗 較雙塔工藝低，從能耗和投資綜合考慮，大、中型規(guī)模生產(chǎn)三塔流程工藝具有 優(yōu)越性，同時(shí)三塔精儲(chǔ)工藝環(huán)保效益優(yōu)于二塔。1.4.6甲醇生產(chǎn)的發(fā)展趨勢.甲醇生產(chǎn)發(fā)展很快，近20年來，在原料路線，生產(chǎn)規(guī)模，節(jié)能降耗，過 程控制與優(yōu)化，產(chǎn)品市場及與其他化工產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)等各方面都有新的突破與 進(jìn)展。主要趨向?yàn)椋?）原料路線多元化甲醇生產(chǎn)的原料大致有煤、石油、天然氣和含氫氣、一氧化碳或二氧化碳 的工業(yè)廢氣等。20世界從50年代開始，天然氣逐步成為制造甲醇的更主要原 料，因?yàn)樗喕肆鞒蹋?/p>

40、于輸送，降低了成本，目前世界甲醛總產(chǎn)量中約有 70%左右是以天然氣為原料的。隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)快速發(fā)展，必須調(diào)整煤 氣油使用結(jié)構(gòu)，以緩解能源緊張。但 2007年8月31日經(jīng)國務(wù)院同意，發(fā)改委 頒發(fā)了發(fā)改能源【2007】 2155號(hào)天然氣利用政策，明確規(guī)定禁止新建或擴(kuò) 建以天然氣為原料生產(chǎn)甲醇。所以今后的一段時(shí)期，我國仍將以煤作為生產(chǎn)甲 醇的主要原料。如何有效地開發(fā)煤炭資源，這是個(gè)從未中斷過的研究課題，煤 氣化技術(shù)獎(jiǎng)迅速發(fā)展，除傳統(tǒng)的固定床 UGI爐、魯奇爐氣化技術(shù)、流化床溫克 勒氣化爐、氣流床K-T爐、德士古爐氣化技術(shù)以及 Shell干煤粉、Texaco水煤 漿、灰融聚煤氣化技術(shù)的開發(fā)均取得

41、進(jìn)展，并都在工業(yè)上得到使用。從長遠(yuǎn)的 戰(zhàn)略觀點(diǎn)來看，世界上煤的儲(chǔ)藏量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過天然氣和石油，我國情況更是如 此，將來以煤制取甲醇的原料路線終將占主導(dǎo)地位。2）生產(chǎn)規(guī)模大型化甲醇生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢之一是單系列、大型化。由于高壓設(shè)備尺寸的限 制，20世紀(jì)50年代以前，甲醇合成塔的單塔生產(chǎn)能力一般不超過100-200t/d,60年代不超過200-300t/d。但近幾十年來，單系列大型甲醇合成塔不斷被開發(fā)，并在工業(yè)生產(chǎn)中使用。Lurgi管殼式甲醇合成塔單塔能力可達(dá) 1000-1500t/d, ICI 多段冷激型甲醇合成塔單塔生產(chǎn)能力可達(dá)2500t/d。隨著油汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)和燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的大型離心壓縮機(jī)研制成功

42、，為合成氣壓縮機(jī)、循環(huán)機(jī)的大型化提供了 條件。國內(nèi)的甲醇裝置的規(guī)模偏小，今后必須不斷創(chuàng)造條件，增大單系列甲醇裝 置的生產(chǎn)規(guī)模。規(guī)模擴(kuò)大后，可降低單位產(chǎn)品的投資和成本。3 ）節(jié)能降耗系統(tǒng)化甲醇成本中能源費(fèi)用占較大比重，目前，甲醇生產(chǎn)的技術(shù)改進(jìn)重點(diǎn)放在采 用低能耗工藝、充分回收與合理利用能量等方面。主要方向是研制性能更好的 轉(zhuǎn)化與合成催化劑，降低甲醇合成壓力，開發(fā)新的凈化方法，降低燃料消耗， 采用節(jié)能型精儲(chǔ)工藝與設(shè)備，高、中、低位熱能的合理配置與低位熱能的合理 使用等措施。充分回收系統(tǒng)的熱量，以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)及鍋爐給水泵、循環(huán)水泵的透 平，實(shí)現(xiàn)熱能的綜合利用。還可以采用新型副產(chǎn)中壓蒸汽的甲醇合成塔，降

43、低能耗。采用節(jié)能技術(shù)，如氫回收技術(shù)、預(yù)轉(zhuǎn)化、工藝?yán)淠猴柡图夹g(shù)、燃燒空氣預(yù) 熱技術(shù)等，降低甲醇消耗。4）過程控制智能化甲醇生產(chǎn)是連續(xù)操作、技術(shù)密集的工藝，目前正向高度自動(dòng)化操作水平發(fā) 展。化工過程優(yōu)化控制在甲醇生產(chǎn)中得到推廣與應(yīng)用。國內(nèi)甲醇裝置的過程控制水平還停留在儀表顯示與單參數(shù)控制的水平，采 用數(shù)學(xué)模擬方法對系統(tǒng)進(jìn)行分析，也已有初步成果，引進(jìn)國外先進(jìn)控制技術(shù)， 進(jìn)一步提高自控水平，對發(fā)展我國甲醇工業(yè)很有意義。5）生產(chǎn)工藝聯(lián)產(chǎn)化國內(nèi)外大多數(shù)甲醇裝置都是與其他化工產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)聯(lián)合生產(chǎn)的，甲醇裝置成 為大型化肥廠或石油化工廠的一個(gè)組成部分，其中具有代表性的是合成氨聯(lián)產(chǎn) 甲醇與城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇。止匕外

44、，還有利用含一氧化碳和氫氣的尾氣、廢氣生 產(chǎn)甲醇，目前已投產(chǎn)的有乙烘尾氣制甲醇、乙烘裂解廢氣制甲醇等 17。2.國內(nèi)甲醇生產(chǎn)分析國內(nèi)甲醇生產(chǎn)始于1957年，以小甲醇起家。2004年全國生產(chǎn)能力已超過 6000kt/a。規(guī)本g在200kt/a的僅兩套，分別在上海焦化有限公司和陜西榆林天 然氣公司，另外，內(nèi)蒙古蘇里格天然氣化工股份有限公司建有一套180kt/a裝置。100kt/a規(guī)模的有9套。40-100kt/a（不含100 kt/a艦?zāi)０子?2套。其余 小甲醇均為聯(lián)醇裝置。近年來，我國甲醇產(chǎn)量有較大的增長，19982005年，年均增長率為19.8%。雖然國內(nèi)甲醇產(chǎn)量增長很快，但裝置開工率一直較低

45、，尤其是在1998-2002年，開工率一直在 40%-55%。 2003、2004和2005年由于 甲醇需求旺盛、價(jià)格高，開工率上升到近年來的高峰，達(dá)到62%、73%和77%。國內(nèi)甲醇裝置開工率低的主要原因是我國聯(lián)醇裝置產(chǎn)能約占總產(chǎn)能的 50%左右，多數(shù)聯(lián)醇裝置規(guī)模小、產(chǎn)品成本高、缺乏競爭力，造成開工嚴(yán)重不 足。近年來因甲醇利潤高，投資者對大型甲醇項(xiàng)目十分關(guān)注，特別是煤產(chǎn)地和 天然氣產(chǎn)地，在積極研究建設(shè)大型甲醇項(xiàng)目的可能，有的已經(jīng)開工建設(shè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)甲醇在建項(xiàng)目產(chǎn)能達(dá)到 4000kt以上，在2008年前后都可以形 成生產(chǎn)能力。屆時(shí)，我國甲醇生產(chǎn)能力將達(dá)到 10000kt/a左右?？紤]到

46、不具備 競爭能力的小型甲醇裝置將逐步淘汰的發(fā)展趨勢， 2008年，國內(nèi)實(shí)際甲醇生產(chǎn) 能力約為9000kt/a。1.5本次設(shè)計(jì)的目的和意義甲醇作為主要的化工原料，發(fā)展甲醇工業(yè)對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略 意義18。我國的資源現(xiàn)狀是：富煤貧油少氣，而且煤制甲醇的合成技術(shù)很成 熟。隨著石油和天然氣價(jià)格的迅速上漲，煤制甲醇更加具有優(yōu)勢。煤制甲醇的 方法在我國注定將來占主導(dǎo)地位。本設(shè)計(jì)遵循“工藝先進(jìn)、技術(shù)可靠、配置科學(xué)、安全環(huán)保”的原則，結(jié)合 甲醇的性質(zhì)特征設(shè)計(jì)一座年產(chǎn) 60萬噸煤制甲醇的生產(chǎn)車間。通過完成設(shè)計(jì)，可 以知道甲醇的用途，掌握煤制甲醇的生產(chǎn)工藝；了解國內(nèi)外甲醇工業(yè)的發(fā)展現(xiàn) 狀； 以 及 甲

47、醇 工 業(yè) 的 發(fā) 展 趨 勢。2設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)依據(jù)設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的本設(shè)計(jì)題目為60萬噸/年煤制甲醇初步工藝設(shè)計(jì)”設(shè)計(jì)原則本課題遵循以下設(shè)計(jì)原則和指導(dǎo)思想：(1)按技術(shù)先進(jìn)、成熟可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則對技術(shù)方案進(jìn)行論證，以確 定最佳方案；(2)盡可能采用節(jié)能工藝和高效設(shè)備，充分發(fā)揮規(guī)模效應(yīng)，降低能耗、物 耗和生產(chǎn)成本，提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；(3)主體工程與環(huán)境保護(hù)、勞動(dòng)安全和工業(yè)衛(wèi)生同時(shí)考慮，以減少“三 廢”排放，加強(qiáng)“三廢”治理，確保安全生產(chǎn)，消除并盡可能減小化工生產(chǎn)對 環(huán)境的不良影響和對職工及周邊居民健康的危害。設(shè)計(jì)要求(1)查閱有關(guān)甲醇生產(chǎn)技術(shù)、煤制備甲醇等方面的文獻(xiàn)，寫出文

48、獻(xiàn)綜述；(2)設(shè)計(jì)出60萬噸/年煤制甲醇初步生產(chǎn)工藝流程；(3)工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算；(4)繪制工藝流程圖及2張主要設(shè)備簡圖；(5)撰寫本科畢業(yè)論文。設(shè)計(jì)依據(jù)(1)甲醇生產(chǎn)技術(shù)手冊；(2)西安建筑科技大學(xué)化工教研室下發(fā)的“本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù) 書”；(3)中華人民共和國煤、甲醇行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；(4)中華人民共和國化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；(5)中華人民共和國國家鋼制壓力容器標(biāo)準(zhǔn) GB150-1998(6)錢頌文.熱換熱器設(shè)計(jì)手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002;(7)常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì).華南理工大學(xué)出版社，2006;(8)路秀林，王者相.化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書一塔設(shè)備.北京：化學(xué)工業(yè)出版 社，2004.3

49、初步工藝設(shè)計(jì)工業(yè)上煤制甲醇的成熟生產(chǎn)方法是：煤要先氣化生成原料氣，接下來經(jīng)過 變換保證氫碳比，再凈化除去雜質(zhì)，然后合成甲醇，最后按要求純度進(jìn)行精 制。本設(shè)計(jì)年產(chǎn)60萬噸煤制甲醇初步工藝設(shè)計(jì)也選用上述方法，主要從煤氣化 工段、煤氣變換工段、煤氣凈化工段、甲醇合成工段和甲醇精制工段等五個(gè)工 段進(jìn)行設(shè)計(jì)。煤氣化工段煤氣化主要是指煤在特定設(shè)備內(nèi)，在一定溫度及壓力下使沒中有機(jī)質(zhì)與氣 化劑（如蒸汽、氫氣或氧氣）發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，將固體煤轉(zhuǎn)化為含有一氧 化碳（CO）、氫氣（H2）、甲烷（CH4）等可燃?xì)怏w以及二氧化碳（CO2）、氮?dú)?（N2）等非可燃?xì)怏w的過程。煤氣化主要通過煤氣發(fā)生爐進(jìn)行轉(zhuǎn)換而實(shí)現(xiàn)。這

50、其中，煤氣化的主要任務(wù)是制得原料氣。煤的選用煤是由古代植物轉(zhuǎn)變而來的大分子有機(jī)化合物。煤中除了含有碳、氫、 氧、氮、硫五種元素之外，還含有水分、灰分及焦油的等揮發(fā)性物質(zhì)。煤的選 擇標(biāo)準(zhǔn)要考慮以下幾個(gè)方面：.水分。煤中的水分是指煤所含有的游離水（開采、運(yùn)輸、堆放過程所沾 上的水）、吸附水（凝膠水、表面吸附水、毛細(xì)孔吸附水和礦物質(zhì)結(jié)晶水）和 化合水，它關(guān)系到煤的熱值和實(shí)用價(jià)值。原料煤的水分高，有效成分降低，氣 體產(chǎn)率降低。氣化過程中水蒸氣帶出的熱量增加，煤消耗定額增加。.揮發(fā)分。揮發(fā)分是半焦或煤在隔絕空氣的條件下，加熱而揮發(fā)出來的碳 氫化合物，在氫化過程中能分解變成氫氣、甲烷和焦油蒸汽等。揮發(fā)分與

51、煤的 變質(zhì)過程有關(guān)，揮發(fā)分高，制得的煤氣的甲烷等碳?xì)浠衔锏暮扛摺Ｆ溆绊?如下：1）甲烷含量高，降低了外送有效氣體的含量，增加合成放空量，直接影響 原料消耗定額和甲醇的合成能力；2）焦油含量高，煤粒相互粘結(jié)成焦拱，破壞透氣性，增大床層阻力。妨礙 氣化劑均勻分布，爐況會(huì)逐步惡化，嚴(yán)重時(shí)滅爐打靶。且易沉積在管道、設(shè)備 填料和羅茨機(jī)轉(zhuǎn)子和機(jī)內(nèi)殼上，更嚴(yán)重時(shí)，會(huì)沉積在一段壓縮機(jī)入口管邊和活 門上，影響輸氣量，給生產(chǎn)帶來極大不利。.硫分。硫在煤中主要以有機(jī)硫、單質(zhì)硫、硫化物和硫酸鹽四種形式存 在。在氣化的過程中硫變成硫化氫和有機(jī)硫存在于煤氣中，對設(shè)備會(huì)產(chǎn)生腐 蝕，并使催化劑中毒。故原料其中硫含量越低越

52、好。.灰分。煤的灰分是指煤中所有可以燃燒以及礦物質(zhì)在高溫下產(chǎn)生分解、 化合等復(fù)雜反應(yīng)后剩下來的殘?jiān)?，其主要成分是金屬與非金屬的氧化物和鹽。.化學(xué)活性。煤的化學(xué)活性是指其與氣化劑如氧、水蒸氣、二氧化碳反應(yīng)的能力?；瘜W(xué)活性高， 有利于氣化能力和氣體質(zhì)量的提高190此次設(shè)計(jì)采用煤氣化的技術(shù)，綜合考慮各方面因素，采用的原料煤為長焰煤20,長焰煤屬于低灰低硫的低變質(zhì)煤種，常被用作化工用煤，組分見下表: 表3-1入爐長焰煤的元素分析(為項(xiàng)目(C)(H)(O)(N)(S)(A)(M)空氣干蟲 基(ad)7 78.723.425.170.831.357.762.75100煤氣化過程從節(jié)能及效率方面考慮，一般煤

53、氣化技術(shù)多采用自熱法，即氣化過程所需 的熱量由燃燒部分煤炭過程產(chǎn)生的熱量所提供。氣化爐中的氣化反應(yīng)所包含的 類別較多。煤的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其中含有C、H、O和其他元素，一般只考慮煤中的主要元素C,將其反應(yīng)過程簡單地分為：氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、甲烷生成反 應(yīng)和水煤氣平衡反應(yīng)等。.氧化反應(yīng)：C+O2=CO2 (1)2C+O2=2CO (2)2CO+O2=2CO2 (3)上述反應(yīng)均為放熱反應(yīng)。.還原反應(yīng)：C+CO2=2CO (4)C+H2O=CO+H2 (5)C+2H2O=CO2+2H2 (6)其中，式(4)稱為CO2還原反應(yīng)，該反應(yīng)屬于較強(qiáng)吸熱反應(yīng)，需在高溫 條件下才能進(jìn)行；式(5)、(6)是制造水煤氣的

54、主要反應(yīng)，也稱為水蒸氣分 解反應(yīng)。反應(yīng)生成的CO可進(jìn)一步和水蒸氣發(fā)生如下反應(yīng)：CO+H2O=CO2+H2(7)該反應(yīng)稱為CO變換反應(yīng)，也稱為均相水煤氣反應(yīng)或水煤氣平衡反應(yīng)，為 放熱反應(yīng)。在有關(guān)工藝過程中，為了把 CO全部或部分轉(zhuǎn)化為 H2 ,往往利用 這個(gè)反應(yīng)來加以實(shí)現(xiàn)。.甲烷生成反應(yīng)煤氣中的甲烷，一部分由煤中揮發(fā)物經(jīng)熱分解而得到，另一部分是氣化爐 內(nèi)的碳與煤氣中的氫氣反應(yīng)以及其他產(chǎn)物之間的反應(yīng)的結(jié)果。C+2H2=CH4CO+3H2=CH4+H2O2CO+2H2=CH4+CO2CO2+4H2=CH4+2H2O上述甲烷生成反應(yīng)，均屬于放熱反應(yīng)類型。本設(shè)計(jì)采用GE水煤漿加壓氣化技術(shù)21,即德士古水

55、煤漿加壓氣化技術(shù)。 德士古加壓水煤漿氣化技術(shù)是一種以水煤漿為進(jìn)料、氧氣為氣化劑的加壓氣流 床并流氣化工藝，屬于氣流床濕法加料、液態(tài)排渣的加壓氣化技術(shù)。具有生產(chǎn) 能力大；碳轉(zhuǎn)化率高，達(dá) 96-98%,排水中不含焦油、酚等污染物，煤氣質(zhì)量 好，有效氣(CO+H2)高達(dá)80%左右，甲烷含量低，適宜做合成氣等優(yōu)點(diǎn)，是 較成熟的煤氣化技術(shù)，缺點(diǎn)是專利費(fèi)用高，噴嘴的使用壽命較短，前期投資大氣化工藝原理制漿原理煤制備高濃度水煤漿工藝是針對原料煤的礦物特性和水煤漿產(chǎn)品 質(zhì)量要求，采用“分級(jí)研磨”的方法，能夠使煤漿獲得較寬的粒度分布，從而明顯改善煤漿中煤顆粒的堆積效率，進(jìn)而提高煤漿的質(zhì)量濃度。從界區(qū)外的煤 預(yù)處

56、理工段來的碎煤加入料斗中，料斗中的煤經(jīng)過煤稱重給料機(jī)送入粗磨煤來自廢漿槽的水通過粗磨煤機(jī)給水泵和細(xì)磨煤機(jī)給水泵送入到粗磨煤機(jī)前 稀釋攪拌桶。所用沖洗水直接來自生產(chǎn)水總管，這里我們不考慮其儲(chǔ)存和運(yùn) 輸。添加劑從添加劑槽中通過添加劑泵送到粗磨煤機(jī)中。在磨煤機(jī)上裝有控制 水煤漿pH值和調(diào)節(jié)水煤漿黏度的添加劑管線。經(jīng)過細(xì)漿制備系統(tǒng)后的細(xì)漿通 過泵計(jì)量輸送到磨煤機(jī)。破碎后的煤、細(xì)漿、添加劑和水一同按照設(shè)定的量加入到粗磨煤機(jī)入口 中，經(jīng)過粗磨煤機(jī)磨礦制備后的為水煤漿產(chǎn)品，然后進(jìn)入設(shè)在磨煤機(jī)出口的滾 筒篩，濾去較大的顆粒，篩下的水煤漿進(jìn)入磨煤機(jī)出料槽，由攪拌槽自流入高 剪切處理桶，經(jīng)過剪切處理后的煤漿質(zhì)量得

57、到較大改善。高剪切后的大部分煤 漿泵送煤漿儲(chǔ)存槽，以便后續(xù)氣化用；少部分煤漿泵送細(xì)磨煤機(jī)粗漿槽，并加 入一定比例的水進(jìn)行稀釋攪拌，配制成濃度約為40%的煤漿，然后又泵送至磨礦，細(xì)磨煤機(jī)磨制后的煤漿自流入旋振篩，除去大顆粒后的細(xì)漿用泵送入磨煤 機(jī)。制漿單元的水煤漿制備工藝是以長焰煤為原料，采用分級(jí)研磨方法通過 粗、細(xì)磨煤機(jī)上制備出氣化水煤漿。2.氣化工藝原理德士古水煤漿加壓氣化過程屬于氣流床并流反應(yīng)過程。水煤漿通過噴嘴在 氧氣流作用下破碎、霧化噴入氣化爐。氧氣和霧狀水煤漿在爐內(nèi)受到耐火襯里 的高溫輻射作用，迅速經(jīng)歷著預(yù)熱、水分蒸發(fā)、煤的干儲(chǔ)、揮發(fā)物的裂解燃燒 以及碳的氣化等一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)

58、過程。最后，生產(chǎn)以一氧化碳、氫 氣、二氧化碳和水蒸氣為主要成分的濕煤氣及熔渣，一起并流而下，離開反應(yīng) 區(qū)，進(jìn)入爐子底部極冷室水中，落入渣罐，經(jīng)排渣系統(tǒng)定時(shí)排放。煤氣和所含 飽和蒸汽進(jìn)入煤氣冷卻凈化系統(tǒng)。氣化爐內(nèi)的氣化過程包括：干燥（水煤漿中的水氣化）、熱解以及由熱解 生成的碳與氣化劑反應(yīng)三個(gè)階段。主要是碳與氣化劑 O2制漿的反應(yīng)。1）裂解區(qū)和揮發(fā)分燃燒區(qū)當(dāng)煤粒噴入爐內(nèi)高溫區(qū)域即被迅速加熱，并釋放出揮發(fā)分。揮發(fā)產(chǎn)物數(shù)量 與煤粒大小、升溫速度有關(guān)，裂解產(chǎn)生的揮發(fā)物會(huì)訊速與氧氣發(fā)生反應(yīng)，因?yàn)?這一區(qū)域的氧濃度高，所以揮發(fā)物實(shí)現(xiàn)的是完全燃燒過程，同時(shí)產(chǎn)生大量熱 量。2）燃燒-氣化區(qū)這一區(qū)域內(nèi)，脫去揮發(fā)

59、物的煤焦，一方面可與殘余的氧反應(yīng)（產(chǎn)物是CO和CO2的混合物），另一方面煤焦與水蒸氣和二氧化碳反應(yīng)可生成CO和H2,產(chǎn)物CO和H2又可以在氣相中與殘余的氧反應(yīng)，產(chǎn)生更多的熱量。3）氣化區(qū)燃燒物進(jìn)入氣化區(qū)后，發(fā)生下列反應(yīng)：煤焦和CO2反應(yīng)，煤焦和水蒸氣的反應(yīng)，甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)和水煤漿轉(zhuǎn)化反應(yīng)，較大的綜合反應(yīng)如下：CnHm n/2O2 nCO m/2H2CM nO2 nCO (n m/2)H2CH4 C 2H2CH4 (n m/4)O2 nCO2 m/2H2C CO2 2COCH 4 H2O CO 3H 2CO H 2O CO2 H2上述反應(yīng)產(chǎn)物主要為 CO和H2 (一股在74%以上)和少量的水蒸氣及

60、 CO2、H2s等，以上這些反應(yīng)會(huì)因煤漿濃度不同氣體成分也會(huì)有所不同；在相 同的反應(yīng)條件下，煤漿濃度越高，一氧化碳加氫的濃度會(huì)越高。其主要原因在 于水煤漿中的水在氣化反應(yīng)過程要消耗大量的熱，這部分熱量要看煤完全燃燒 來維持，所以二氧化碳濃度相對要高。一般 CO+CO2的量為66%o氣化爐為一直立圓筒形鋼制耐壓容器，爐膛內(nèi)壁襯以高質(zhì)量的耐火材料， 以防熱渣和煤氣的侵蝕。氣化爐近似絕熱容器，故熱損失很少。氣化爐內(nèi)部無 結(jié)構(gòu)件，維修簡單，運(yùn)行可靠性高。3.1.4氣化工藝流程氣化工藝流程包括煤漿制漿和輸送系統(tǒng)、氣化和廢熱回收系統(tǒng)、粗煤氣洗 滌系統(tǒng)、鎖斗系統(tǒng)22,具體工藝流程圖見圖3-1。.煤漿制漿和輸