浅析年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计.doc

1、浅析年产 20 万吨煤制甲醇生产工艺初步设计以投资成本，生产成本，产品收率为依据，选择中压法为生产甲醇的工艺，用 CO和 H2在加热压力下，在催化剂作用下合成甲醇，其主要反应式为： CO+ H2CH3OH 经过净化的原料气，经预热加压，于 5 Mpa、220 下，从上到下进入 Lurgi反应器，在铜基催化剂的作用下发生反应，出口温度为 250 左右，甲醇 7%左右，因此，原料气必须循环。 甲醇的合成是可逆放热反应，为使反应达到较高的转化率，应迅速移走反应热，本设计采用 Lurgi管壳式反应器，管程走反应气，壳程走4MPa的沸腾水。 一、甲醇合成塔的选择 甲醇合成反应器实际是甲醇合成系统中最重要

2、的设备。从操作结构，材料及维修等方面考虑。借鉴大型甲醇合成企业的经验， （大型装置不宜选用激冷式和冷管式） ，设计选用固定管板列管合成塔。 二、甲醇合成工艺流程 来自脱碳装置的新鲜气（40，3.4MPa）与循环气一起经甲醇合成气压缩机（C7001）压缩至 5.14MPa后，经过入塔气预热器（E7001）加热到 225，进入甲醇合成塔（R7001）内，甲醇合成气在催化剂作用下发生如下反应： CO + 2H2 = CH3OH + Q CO2 + 3H2 = CH3OH + H2O + Q 甲醇合成塔（R7001）为列管式等温反应器，管内装有 XNC-98型甲醇合成催化剂，管外为沸腾锅炉水。 反应放

3、出大量的热，通过列管管壁传给锅炉水，产生大量中压蒸汽（3.9MPa 饱和蒸汽） ，减压后送至蒸汽管网。副产蒸汽确保了甲醇合成塔内反应趋于恒定，且反应温度也可通过副产蒸汽的压力来调节。 甲醇合成的工艺流程 甲醇合成塔（R7001）出来的合成气（255，4.9MPa） ，经入塔气预热器（E7001） ，甲醇水冷器（E7002A，B） ，进入甲醇分离器（V7002） ，粗甲醇在此被分离。分离出的粗甲醇进入甲醇膨胀槽（V7003） ，被减压至 0.4MPa后送至精馏装置。甲醇分离器（V7002）分离出的混合气与新鲜气按一定比例混合后升压送至甲醇合成塔（R7001）继续进行合成反应。三、甲醇合成主要设备

4、 1.甲醇合成塔的设计 1.1 传热面积的确定 传热温差为 10，传热量为 68435174.94kJ/h，合成塔内的总传热系数取为 289.78W/（m2.） 。 由公式 Q = kATm 得 A = Q/（KTm）=68435174.94/（3.6289.7810）=6362m2 1.2 催化剂用量的确定 入塔气空速 12000h-1，入塔气量 3486585.82m3/h，所以，催化剂体积为 3486585.82/12000=290.55m3。 1.3 传热管数的确定 传热管选用 322.5 ，长度 9000mm的钢管，材质为00Cr18Ni5Mo3Si2钢。 由公式 A =3.14dL

5、n 得 n = A/（3.14dL）=6362/（3.1490.027）=8338 其中因要安排拉杆需要减少 12根，实际管数为 8326根。 1.4 合成塔壳体直径的确定 合成塔内管子分布采用正三角形排列，管间距 a=40mm，壳体直径： Di=a（b-1）+2L 式中：a = 40 b = 1.1n0.5 = 1.183380.5 = 100.44 L = 125mm 所以 Di=40（100.44-1）+2125=4227.80 圆整后取为 4300 mm 1.5 合成塔壳体厚度的确定 壳体材料选用 13MNiMoNbR钢，计算壁后的公式为： S=PcDi/（2 t-Pc） 式中：Pc-

6、5.14Mpa ； Di=4300mm； =0.85 t =190Mpa（取壳体温度为 50） S=43005.14/（21900.85-5.14）=69.53mm 取 C2=1mm ；C1=1mm，原整后取 S=73mm 1.6 合成塔封头的确定 上下封头均采用半球形封头，材质选用和筒体相同。 封头内径为 4300+273=4446，原整后取 4500 由封头厚度计算公式： S=PcDi/（2t-0.5Pc） 式中：Pc-5.14Mpa ； Di=4500mm； =0.85 t =190Mpa（取壳体温度为 50） S=45005.14/（21900.85-0.55.14）=72.18mm

7、取 C2=1mm ；C1=1mm，原整后取 S=76mm，所以封头为 DN450076。 1.7 管子拉脱力的计算 已知 TtTs，ptps Tt、Ts 分别为管壁温度和壳壁温度；pt 为管程压力 4.9 Mpa；ps 为壳程压力 0.74 Mpa，所以可知 qt与 qp的作用力同向，则合拉力q=0.54Ts，ptps Tt、Ts 分别为管壁温度和壳壁温度；pt 为管程压力 4.9 Mpa；ps 为壳程压力 0.74 Mpa，所以可知 qt与 qp的作用力同向，则合拉力q=0.755q =4.0Mpa 因此，拉脱力在许用范围内。 2.9 折流板的设计。 折流板为弓形，h=3/41000=750

8、mm，折流板间距取 400mm；最小厚度为 10mm。材料为 Q235-A钢；拉杆选用 12，共四根，材料为 Q235-AF钢。 2.10 开空补强 换热器封头和壳体上的接管都需要补强，在开空外面焊接上一块与容器壁材料和厚度都相同的，即 20mm厚的 20R钢板。 2.11 支座 选用型号 JB/4712-92 鞍座 BI 1000 F 。 3.循环压缩机的选型 通过物料计算可以知道设计中压缩机排气量为 348785.82m3/h；排气压力为 5.14 MPa。通过对压缩机输送介质排气压力和排气量的考虑，设计最终选用的是沈阳鼓风机厂设计的 BCL456+2BCL407离心压缩机。 四、设计结果评价 合成甲醇催化剂选用上，通过综合比较国内外各种常用催化剂，并本着技术先进投资节省的原则，选用目前相对先进的四川天一科技股份有限公司研制的 XNC-98型催化剂。XNC-98 催化剂是一种高活性、高选择性，稳定性好的催化剂，与其他催化剂相比，具有优越的综合性能。 参考文献 1房鼎业， 姚佩芳， 朱炳晨. 甲醇生产技术及进展 . 第 1版. 华东化工学院出版社， 1990. 2王静康主编. 化工设计. 第一版. 化学工业出版社，1995.