【煤制甲醇的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)綜述3000字】

煤制甲醇的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u27132煤制甲醇的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)綜述 1194961.1工藝比較 1310901.1.1煤氣化工藝選擇 1111591.1.2GSP工藝技術(shù)簡介 217401.2甲醇合成工藝的選擇 33061.1.1甲醇合成塔的選擇 328481.1.2催化劑的選擇 4272391.3工藝過程 5235651.3.1主要反應(yīng)式 511801.3.2工段劃分 51.1工藝比較1.1.1煤氣化工藝選擇煤制甲醇主要包括造氣、合成、精制等過程，而在煤氣化階段，其技術(shù)據(jù)氣化反應(yīng)器的類型可分為移動(dòng)床、流化床、氣流床三類。表2煤氣化工藝對(duì)比[1]工藝操作溫度/℃氣化壓力/MPa原料煤粒度/mm煤種單爐處理能力/(t·每(CO+氧氣用量設(shè)備投資碳轉(zhuǎn)化率/%移動(dòng)床800~100045~50褐煤、次煙煤、無煙煤等600270~300低98流化床9000.0980~10褐煤、次煙煤、煙煤油渣等300~500300~320較低<91氣流床1400~16003.5~6.4<0.2次煙煤、煙煤油渣等2000310~320較高99移動(dòng)床氣化：以粒度范圍為5mm到50mm的煤炭作為原料，在適宜溫度下，煤與氣化劑相互接觸而發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)剩余的殘?jiān)ㄟ^氣化爐的底部排除，生成揮發(fā)氣作為后續(xù)合成甲醇的主要原煤。移動(dòng)床氣化方式是主要的造氣方法之一，具有較多的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在諸多不足：（1）不適用于所有的原煤，對(duì)其粘結(jié)性有要求；（2）傳熱差，反應(yīng)放熱量很大的時(shí)候可能出現(xiàn)飛溫現(xiàn)象；（3）氣化強(qiáng)度低；（4）污染環(huán)境，且不好處理。流化床氣化：以粒度范圍小于10mm的煤炭作為原料，在氣化劑的作用下，細(xì)煤粒化為連續(xù)不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的流化狀態(tài)，導(dǎo)致床層中的混合和熱傳遞非?？欤箽怏w組成和溫度均勻，解決了固定床氣化用煤的局限性。其不足有：（1）在常壓下生產(chǎn)的強(qiáng)度較低，能耗高；（2）缺乏較大的使用經(jīng)歷，應(yīng)用在大型甲醇裝置上推廣，受到一定的限制。氣流床氣化：以粉煤為原料，反應(yīng)溫度高，灰分處于熔融狀態(tài)。氣流床氣化具有較多優(yōu)點(diǎn)，且克服了流化床的不足。其具有以下特性[2]：(1)原料采用<0.2mm的粉煤；(2)氣化溫度為1400～1600℃，利于保護(hù)環(huán)境，不含酚、焦油，只含少量有機(jī)硫，且硫存在形態(tài)單一；(3)不但能耗低，且碳轉(zhuǎn)化率高；(4)氣化強(qiáng)度高；(5)但投資相對(duì)較高，尤其是Shell粉煤氣化。大型煤氣化生產(chǎn)甲醇，需要從多方面考慮問題。如：技術(shù)是否先進(jìn)；對(duì)環(huán)境的影響。從流程上可分為冷激式和廢熱鍋爐流程。煤氣從氣化爐出來，前者用激冷水直接冷卻，適用于生產(chǎn)NH3或H2。后者把熱煤氣從輻射鍋爐送到1.1.2GSP工藝技術(shù)簡介GSP工藝技術(shù)是GDR（原民主德國）開發(fā)的煤氣化技術(shù)，其主要特點(diǎn)是[3]：(1)氣化原料用干粉煤(水分<2%)，并且用N2或CO輸送煤粉。氣化溫度較高，因此對(duì)煤種適應(yīng)性更廣。煤的灰熔點(diǎn)適用范圍廣，甚至能用高灰分、高硫分(2)氧耗量低，和水煤漿加壓氣化工藝相比，氧氣消耗量少了20%，這減少了配套空氣分離裝置的投資和運(yùn)行成本。(3)只有一個(gè)聯(lián)合噴嘴，且噴嘴的壽命很長，確保氣化裝置能長期運(yùn)行。(4)投資少，粗煤氣成本較低。1.2甲醇合成工藝的選擇甲醇合成是煤制甲醇工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，受合成氣、催化劑、反應(yīng)器等諸多因素影響。根據(jù)操作壓力不同，煤制甲醇工藝常分為低壓、中壓、高壓工藝等。本設(shè)計(jì)擬采用低壓合成工藝。1.1.1甲醇合成塔的選擇甲醇合成塔是甲醇合成系統(tǒng)中最重要的設(shè)備，需要滿足下列要求：緊湊的結(jié)構(gòu)可容納更多的催化劑，以提高空間利用率。高壓容器和內(nèi)部零件之間無泄漏；催化劑易于裝配和卸載；易于制造安裝和維護(hù)。甲醇合成塔主要由外筒、內(nèi)部部件和電加熱器組成。內(nèi)件由催化劑筐和換熱器組成。據(jù)催化劑筐和熱交換器結(jié)構(gòu)的不同，甲醇內(nèi)件可大致分為以下類型。據(jù)氣體在催化劑床的流動(dòng)方向，分為：軸向型、徑向型和軸徑復(fù)合型。按換熱器形式可分為管狀、波紋板等多種形式。大型甲醇合成塔可歸納為五種類型[4]：（1）冷激式合成塔該塔型具有結(jié)構(gòu)簡單、也適用于大型化的特點(diǎn)。但碳轉(zhuǎn)化率、出塔甲醇濃度不高，無法實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)蒸汽。（2）冷管式合成塔該塔型在催化劑內(nèi)設(shè)置足夠換熱面積的冷氣管，使反應(yīng)熱被進(jìn)塔冷管除去。冷管的結(jié)構(gòu)有逆流式、并流式和U型管式。逆流式與合成反應(yīng)放熱不相適應(yīng)，因此可將冷管改成并流或U形冷管。雖然其碳轉(zhuǎn)化率高，但出口只副產(chǎn)0.4MPa低壓蒸汽。目前很少用于大型設(shè)備。（3）水管式合成塔該塔型通過床層內(nèi)的傳熱管將走冷氣換成走沸騰水，使傳熱系數(shù)得到提高，減小傳熱面積，達(dá)到裝載更多催化劑的目的。同時(shí)可副產(chǎn)2.5Mpa～4.0MPa的中壓蒸汽。（4）固定管板列管合成塔該塔型為列管換熱器，管內(nèi)物質(zhì)分別為催化劑和沸騰水。利用反應(yīng)熱副產(chǎn)3.0MPa～4.0MPa的中壓蒸汽。該塔型是在列管中再增加一個(gè)小管來走進(jìn)塔的冷氣，提高轉(zhuǎn)化率，且降低了循環(huán)量和能耗。管板處的催化劑為絕熱段，其下方還有逆?zhèn)鳠岫危虼瞬皇菍⒎磻?yīng)熱移走，而是水給反應(yīng)氣加熱。（5）多床內(nèi)換熱式合成塔該塔型各床層是絕熱反應(yīng)，在各床出口將熱量移走。其結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，無需特種合金鋼，轉(zhuǎn)化率高，適用于大型或超大型裝置，但反應(yīng)熱不能全部直接副產(chǎn)中壓蒸汽。選擇合成塔的一般原則為反應(yīng)能在接近最佳溫度曲線條件下進(jìn)行；能耗低；設(shè)備投資低等。綜上，固定管板列管合成塔的甲醇合成反應(yīng)接近最佳溫度操作線。且考慮到本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)20萬噸甲醇合成塔，塔徑和管板厚度不會(huì)很大，成本也較合理，因此本設(shè)計(jì)采用固定管板列管合成塔。1.1.2催化劑的選擇經(jīng)長期的研究、開發(fā)和實(shí)踐，廣泛使用的合成甲醇催化劑主要有兩種：其一是以CuO為主體的銅基催化劑，其二是以ZnO為主體的鋅基催化劑。鋅基催化劑有良好的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性和對(duì)毒物的低敏感性。其理想操作溫度是350～400℃，壓力為25～32MPa。銅基催化劑有較高的選擇性，理想操作溫度是220～270℃，壓力為5～15MPa。但其耐熱性較差，對(duì)硫、氯及其化合物敏感，易中毒。鑒于脫硫技術(shù)的發(fā)展，銅基催化劑仍是甲醇合成工業(yè)的主流，而鋅基催化劑早已被淘汰。表3國內(nèi)外常用銅基催化劑特性對(duì)比[5]催化劑型號(hào)組分/%操作條件CuOZnOAl2O3壓力/MPa溫度/℃英國ICI51-36030107.8190～270德國LG104513244.9210～240美國C79-2???1.5220～330丹麥LMK4010?9.8220～270中國C302系列513245.0210～280中國XCN-98522085.0~10.0200～290從表3可知，國產(chǎn)催化劑Cu含量已提高50%以上，制備工藝合理，使其活性、選擇性等諸多優(yōu)點(diǎn)都能與國外同類催化劑比肩，且價(jià)格更低。XNC-98型催化劑是四川天一科技股份有限公司研發(fā)的新產(chǎn)品。其性能優(yōu)異，是一種高活性、高選擇性的新型催化劑。用于低溫低壓下由碳氧化物和氫合成甲醇。常用工作溫度為200~290℃，工作壓力為5.0~10.0MPa。XCN-98型催化劑具有許多優(yōu)勢(shì)，如：(1)易還原；(2)在較低溫度的活性很好，日產(chǎn)量很高。75%負(fù)載時(shí)的甲醇產(chǎn)量接近設(shè)備滿負(fù)載時(shí)設(shè)計(jì)的甲醇量；(3)適用溫度范圍廣，壽命長。合成塔入口溫度C催化劑為14℃，XCN-98表4XNC-98型與C催化劑型號(hào)合成塔進(jìn)口溫度加入量/（kg·甲烷單耗/(t·甲純收率/%甲純產(chǎn)率/(t·甲純產(chǎn)量/初期末期C2102246700.482100.4590.72XCN-982002309000.432290.4998.93通過對(duì)比表3和表4中的數(shù)據(jù)，催化劑活性、使用壽命等關(guān)鍵指標(biāo)均位于前列，在多個(gè)殼管式反應(yīng)器中使用催化劑XNC-98時(shí)，粗甲醇中的乙醇含量可以保持在200ppm~500ppm，并且粗甲醇的精餾可以得到“AA”級(jí)精制甲醇[7]。因此本設(shè)計(jì)采用XNC-98型催化劑。1.3工藝過程1.3.1主要反應(yīng)式煤制甲醇過程的主要反應(yīng)有：C+O22C+OCO+2HCO1.3.2工段劃分1.3.1.1煤氣化工段原料煤經(jīng)粉碎，送入氣化爐，與原料氧氣進(jìn)行反應(yīng)，生成CO和CO2。粉塵作為廢固送到火炬系統(tǒng)進(jìn)行處理，該配置旨在同時(shí)從火炬氣中收集H和CO。收集的組分將被送到上游部分的甲醇合