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工艺初步设计煤化工毕业设

计

毕业设计题目年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计

学号

姓名

年级 09煤化工

学院

系别煤化工系

专业煤化工

指导教师

完成日期 2012年5月14日

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ta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三塔精馏工艺精制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目录

1总论 4

11甲醇性质 4

12甲醇用途 4

13醇生产原料 4

2甲醇的合成 5

21甲醇合成的基本原理 5

211甲醇合成反应步骤 5

212合成甲醇的化学反应 5

213甲醇合成反应的化学平衡 6

3甲醇合成的催化剂 6

31工业用甲醇合成催化剂 7

4甲醇合成的工艺条件 9

41反应温度 9

42压力 10

43 空速 10

44气体组成 11

5甲醇合成的工艺流程 12

51甲醇合成的方法 12

52甲醇合成塔的选择 15

53甲醇合成的工艺流程 18

6主要设备的工艺计算及选型 19

61甲醇合成塔的设计 19

62水冷器的工艺设计 22

63循环压缩机的选型 25

7设计结果评价 26

8参考文献 27

致谢 27

附工程图纸

1甲醇合成塔简图

2甲醇合成工艺流程图 1总论

11甲醇性质

甲醇俗称木醇木精英文名为methanol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分子量3204化学性质较活泼能发生氧化酯化羰基化等化学反应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主要用于生产甲醛消耗量要占到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乙醇也日益受到重视甲醇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是一种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醇原料自1923年开始工业化生产以来甲醇合成的原料路线经历了很大变化20世纪50年代以前多以煤和焦碳为原料50年代以后以天然气为原料的甲醇生产流程被广泛应用进入60年代以来以重油为原料的甲醇装置有所发展对于我国从资源背景看煤炭储量远大于石油天然气储量随着石油资源紧缺油价上涨因此在大力发展煤炭洁净利用技术的背景下在很长一段时间内煤是我国甲醇生产最重要的原料对甲醇合成而言无论是锌铬催化剂还是铜基催化剂其多相非匀相催化过程按下列过程进行a扩散气体自气相扩散到催化剂的界面

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上吸附并异裂

c表面反应化学吸附的反应物在活性表面上进行反应生成产物

d解析反应产物脱附

e扩散反应产物气体自催化剂界面扩散到气相中去甲醇合成反应的速率是上述五个过程中每一个过程进行速率的总和但全过程的速率取决于最慢步骤的完成速率研究证实以上五个过程中ae扩散进行得最快b吸附d解析进行的速度较快而过程c表面反应分子在催化剂活性界面的反应速度最慢因此整个反应过程取

决于表面反应的进行速率提高压力升高温度均可使甲醇合成反应速率加快但从热力学角度分析由于COCO2 和H2合成甲醇的反应是强放热的体积缩小反应提高压力降低温度有利于化学平衡向生成甲醇的方向移动同时也有利于抑制副反应的进行

是甲醇合成反应是多项铜基催化剂上进行的复杂的可逆的化学反应

1主要的化学反应

2甲醇合成的副反应

213甲醇合成反应的化学平衡

一氧化碳和氢气合成甲醇是一个气相可逆反应压力对反应起着重要作用用气体分压来表示的平衡常数可用下面公式表示

Kp 式中 Kp----甲醇的平衡常数

P CH3OHPH2P CO-----分别表示甲醇氢气一氧化碳的平衡分压

反应温度也是影响平衡常数的一个重要因素不同温度下的反应平衡常数见表1-1其平衡常数随着温度的上升而很快减小因此甲醇合成不能在高温下进行但是低温反应速率太慢所以甲醇生产选用高活性的铜基催化剂使反应温度控制在220～280℃

表1-1 不同温度下甲醇反应的平衡常数

反应温度℃平衡常数 Kp0 66730 100 1292 200 1909×10-2 300 242×10-4 400 1079×10-5

3甲醇合成的催化剂

甲醇合成是是典型的气固相催化反应过程没有催化剂的存在合成甲醇反应几乎不能进行合成甲醇工业的进展很大程度上取决于催化剂的研制成功以及质量的改进在合成甲醇的生产中很多工艺指标和操作条件都由所用催化剂的性质决定一氧化碳加氢合成甲醇工业化以来合成催化剂合成工艺不断研究改进虽然实验室研究出了多种甲醇合成催化剂但工业上使用的催化剂只有锌铬和铜基催化剂甲醇合成是是典型的气固相催化反应过程没有催化剂的存在合成甲醇应几乎不能进行合成甲醇工业的进展很大程度上取决于催化剂的研制成功以及质量的改进在合成甲醇的生产中很多工艺指标和操作条件都由所用催化剂的性质决定

自一氧化碳加氢合成甲醇工业化以来合成催化剂合成工艺不断研究改进虽然实验室研究出了多种甲醇合成催化剂但工业上使用的催化剂只有锌铬和铜基催化剂CuO ZnO Al2O3 压力MPa 温度℃英国ICI 51-3 60 30 10 78-118 190～270 德国LG104 51 32 4 49 210～240 美国C79-2 -- - 15-117 220～330 丹麦LMK 40 10 - 98 220～270

中国C302系列 51 32 4 50-100 210～280 中国XCN-98 52 20

8 50100 200～290 从表的对比可以看出国产催化剂的铜含量已提50以上制备工艺合理使该催化剂的活性选择性使用寿命和机械强度均达到国外同类催化剂的先进水平并且价格较低

1 锌铬催化剂ZnO C r2O3锌铬催化剂是最早用于工业合成甲醇的1966年以前的甲醇合成几乎都用锌铬催化剂锌铬催化剂一般采用共沉淀法制造将锌与铬