【煤制甲醇的生产工艺设计综述3000字】

煤制甲醇的生产工艺设计综述目录TOC\o"1-2"\h\u27132煤制甲醇的生产工艺设计综述 1194961.1工艺比较 1310901.1.1煤气化工艺选择 1111591.1.2GSP工艺技术简介 217401.2甲醇合成工艺的选择 33061.1.1甲醇合成塔的选择 328481.1.2催化剂的选择 4272391.3工艺过程 5235651.3.1主要反应式 511801.3.2工段划分 51.1工艺比较1.1.1煤气化工艺选择煤制甲醇主要包括造气、合成、精制等过程，而在煤气化阶段，其技术据气化反应器的类型可分为移动床、流化床、气流床三类。表2煤气化工艺对比[1]工艺操作温度/℃气化压力/MPa原料煤粒度/mm煤种单炉处理能力/(t·每(CO+氧气用量设备投资碳转化率/%移动床800~100045~50褐煤、次烟煤、无烟煤等600270~300低98流化床9000.0980~10褐煤、次烟煤、烟煤油渣等300~500300~320较低<91气流床1400~16003.5~6.4<0.2次烟煤、烟煤油渣等2000310~320较高99移动床气化：以粒度范围为5mm到50mm的煤炭作为原料，在适宜温度下，煤与气化剂相互接触而发生反应，反应剩余的残渣通过气化炉的底部排除，生成挥发气作为后续合成甲醇的主要原煤。移动床气化方式是主要的造气方法之一，具有较多的优点，同时也存在诸多不足：（1）不适用于所有的原煤，对其粘结性有要求；（2）传热差，反应放热量很大的时候可能出现飞温现象；（3）气化强度低；（4）污染环境，且不好处理。流化床气化：以粒度范围小于10mm的煤炭作为原料，在气化剂的作用下，细煤粒化为连续不规则运动的流化状态，导致床层中的混合和热传递非常快，使气体组成和温度均匀，解决了固定床气化用煤的局限性。其不足有：（1）在常压下生产的强度较低，能耗高；（2）缺乏较大的使用经历，应用在大型甲醇装置上推广，受到一定的限制。气流床气化：以粉煤为原料，反应温度高，灰分处于熔融状态。气流床气化具有较多优点，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)气化温度为1400～1600℃，利于保护环境，不含酚、焦油，只含少量有机硫，且硫存在形态单一；(3)不但能耗低，且碳转化率高；(4)气化强度高；(5)但投资相对较高，尤其是Shell粉煤气化。大型煤气化生产甲醇，需要从多方面考虑问题。如：技术是否先进；对环境的影响。从流程上可分为冷激式和废热锅炉流程。煤气从气化炉出来，前者用激冷水直接冷却，适用于生产NH3或H2。后者把热煤气从辐射锅炉送到1.1.2GSP工艺技术简介GSP工艺技术是GDR（原民主德国）开发的煤气化技术，其主要特点是[3]：(1)气化原料用干粉煤(水分<2%)，并且用N2或CO输送煤粉。气化温度较高，因此对煤种适应性更广。煤的灰熔点适用范围广，甚至能用高灰分、高硫分(2)氧耗量低，和水煤浆加压气化工艺相比，氧气消耗量少了20%，这减少了配套空气分离装置的投资和运行成本。(3)只有一个联合喷嘴，且喷嘴的寿命很长，确保气化装置能长期运行。(4)投资少，粗煤气成本较低。1.2甲醇合成工艺的选择甲醇合成是煤制甲醇工艺中的关键环节，受合成气、催化剂、反应器等诸多因素影响。根据操作压力不同，煤制甲醇工艺常分为低压、中压、高压工艺等。本设计拟采用低压合成工艺。1.1.1甲醇合成塔的选择甲醇合成塔是甲醇合成系统中最重要的设备，需要满足下列要求：紧凑的结构可容纳更多的催化剂，以提高空间利用率。高压容器和内部零件之间无泄漏；催化剂易于装配和卸载；易于制造安装和维护。甲醇合成塔主要由外筒、内部部件和电加热器组成。内件由催化剂筐和换热器组成。据催化剂筐和热交换器结构的不同，甲醇内件可大致分为以下类型。据气体在催化剂床的流动方向，分为：轴向型、径向型和轴径复合型。按换热器形式可分为管状、波纹板等多种形式。大型甲醇合成塔可归纳为五种类型[4]：（1）冷激式合成塔该塔型具有结构简单、也适用于大型化的特点。但碳转化率、出塔甲醇浓度不高，无法实现副产蒸汽。（2）冷管式合成塔该塔型在催化剂内设置足够换热面积的冷气管，使反应热被进塔冷管除去。冷管的结构有逆流式、并流式和U型管式。逆流式与合成反应放热不相适应，因此可将冷管改成并流或U形冷管。虽然其碳转化率高，但出口只副产0.4MPa低压蒸汽。目前很少用于大型设备。（3）水管式合成塔该塔型通过床层内的传热管将走冷气换成走沸腾水，使传热系数得到提高，减小传热面积，达到装载更多催化剂的目的。同时可副产2.5Mpa～4.0MPa的中压蒸汽。（4）固定管板列管合成塔该塔型为列管换热器，管内物质分别为催化剂和沸腾水。利用反应热副产3.0MPa～4.0MPa的中压蒸汽。该塔型是在列管中再增加一个小管来走进塔的冷气，提高转化率，且降低了循环量和能耗。管板处的催化剂为绝热段，其下方还有逆传热段，因此不是将反应热移走，而是水给反应气加热。（5）多床内换热式合成塔该塔型各床层是绝热反应，在各床出口将热量移走。其结构简单，造价低，无需特种合金钢，转化率高，适用于大型或超大型装置，但反应热不能全部直接副产中压蒸汽。选择合成塔的一般原则为反应能在接近最佳温度曲线条件下进行；能耗低；设备投资低等。综上，固定管板列管合成塔的甲醇合成反应接近最佳温度操作线。且考虑到本设计为年产20万吨甲醇合成塔，塔径和管板厚度不会很大，成本也较合理，因此本设计采用固定管板列管合成塔。1.1.2催化剂的选择经长期的研究、开发和实践，广泛使用的合成甲醇催化剂主要有两种：其一是以CuO为主体的铜基催化剂，其二是以ZnO为主体的锌基催化剂。锌基催化剂有良好的机械强度、耐热性和对毒物的低敏感性。其理想操作温度是350～400℃，压力为25～32MPa。铜基催化剂有较高的选择性，理想操作温度是220～270℃，压力为5～15MPa。但其耐热性较差，对硫、氯及其化合物敏感，易中毒。鉴于脱硫技术的发展，铜基催化剂仍是甲醇合成工业的主流，而锌基催化剂早已被淘汰。表3国内外常用铜基催化剂特性对比[5]催化剂型号组分/%操作条件CuOZnOAl2O3压力/MPa温度/℃英国ICI51-36030107.8190～270德国LG104513244.9210～240美国C79-2−−−1.5220～330丹麦LMK4010−9.8220～270中国C302系列513245.0210～280中国XCN-98522085.0~10.0200～290从表3可知，国产催化剂Cu含量已提高50%以上，制备工艺合理，使其活性、选择性等诸多优点都能与国外同类催化剂比肩，且价格更低。XNC-98型催化剂是四川天一科技股份有限公司研发的新产品。其性能优异，是一种高活性、高选择性的新型催化剂。用于低温低压下由碳氧化物和氢合成甲醇。常用工作温度为200~290℃，工作压力为5.0~10.0MPa。XCN-98型催化剂具有许多优势，如：(1)易还原；(2)在较低温度的活性很好，日产量很高。75%负载时的甲醇产量接近设备满负载时设计的甲醇量；(3)适用温度范围广，寿命长。合成塔入口温度C催化剂为14℃，XCN-98表4XNC-98型与C催化剂型号合成塔进口温度加入量/（kg·甲烷单耗/(t·甲纯收率/%甲纯产率/(t·甲纯产量/初期末期C2102246700.482100.4590.72XCN-982002309000.432290.4998.93通过对比表3和表4中的数据，催化剂活性、使用寿命等关键指标均位于前列，在多个壳管式反应器中使用催化剂XNC-98时，粗甲醇中的乙醇含量可以保持在200ppm~500ppm，并且粗甲醇的精馏可以得到“AA”级精制甲醇[7]。因此本设计采用XNC-98型催化剂。1.3工艺过程1.3.1主要反应式煤制甲醇过程的主要反应有：C+O22C+OCO+2HCO1.3.2工段划分1.3.1.1煤气化工段原料煤经粉碎，送入气化炉，与原料氧气进行反应，生成CO和CO2。粉尘作为废固送到火炬系统进行处理，该配置旨在同时从火炬气中收集H和CO。收集的组分将被送到上游部分的甲醇合