年产20万吨煤制甲醇精馏车间初步设计文档格式.docx

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2.2精馏原理………………………………………………………………………2

2.3精馏工艺选择…………………………………………………………………3

第三章甲醇精馏工艺流程………………………………………………………7

第四章工艺计算………………………………………………………………

参考文献…………………………………………………………………………

第一章甲醇概述

1.1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，能与水、乙醇、乙醚、苯、酮类和大多数其他有机溶剂混溶。

蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限6.0％～36.5﹪（体积比）。

化学性质较活泼，能发生氧化、酯化、羰基化等化学反应。

1.2甲醇用途

甲醇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。

甲醇主要用于生产甲醛，消耗量要占到甲醇总产量的一半，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；

甲醇羰基化可生产醋酸、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。

甲醇也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。

甲醇还是一种很有前景的清洁能源，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；

另外燃料级甲醇用于供热和发电，也可达到环保要求。

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。

1.3甲醇原料

合成甲醇的工业生产是以固体（如煤、焦炭）、液体（如原油、重油、轻油）或气体（如天然气及其它可燃性气体）为原料，经造气、净化（脱硫）变换，除二氧化碳，配制成一定配比的合成气。

在不同的催化剂存在下，选用不同的工艺条件可单产甲醇（分高、中、低压法），或与合成氨联产甲醇（联醇法）。

将合成后的粗甲醇经预精镏脱除甲醚，再精镏而得成品甲醇。

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［1］。

第二章粗甲醇精馏

2.1精馏原因［2］

在甲醇合成时，因合成条件如压力、温度、合成气组成及催化剂性能等因素的影响，在产生甲醇反应的同时，还伴随着一系列的副反应。

纯甲醇的沸点为64.7℃，杂质的沸点有高有低，低于甲醇沸点的为轻馏分，高于甲醇沸点的为重馏分。

一般情况下，甲醇中所含轻馏分杂质主要为二甲谜、乙醛、丙酮等，约占粗甲醇重量的1％，重馏分主要为水、异丁醇、异丁醚等，约占粗甲醇重量的4～5％。

甲醇作为有机化工的基础原料，用它加工的产品种类也比较多，有些产品生产需要高纯度的原料，如：

生产甲醛是目前消耗甲醇最多的一种产品，甲醇中如果含有烷烃，在甲醇氧化、脱氢反应时由于没有过量的空气，便生成炭黑覆盖于银催化剂的表面，影响催化作用；

高级醇可使生产甲醇产品中酸值过高；

即使性质稳定的杂质一水，由于在甲醇蒸发气化时不易挥发，在蒸发器中浓缩积累，使甲醇浓度降低，引起原料配比失调而发生爆炸。

此外，甲醇还被用作生产塑料、涂料、油漆、香料、农药、医药、人造纤维等甲基化的原料，都可能由于这些少量杂质的存在而影响产品的纯度和产品的性能，所以粗甲醇必须提纯。

2.2精馏原理

精馏是利用液体混合物中各组分具有不同的沸点，在一定温度下，各组分相应具有不同的蒸汽压。

当液体混合物受热气化与其蒸汽相平衡时，在气相中易挥发物质蒸汽占较大比重，将此蒸汽冷凝而得到含易挥发物质组分较多的液体，这就是进行了一次简单蒸馏。

重复将此液再气化，又进行一次气液平衡，蒸汽又重新冷凝得到液体，其中易挥发物质的组分又增加了，如此继续往复，最终就能得到接近纯组分的各物质。

因此，精馏原理可用一句话来概括：

将液体混合物进行多次的部分汽化，部分冷凝并分别收集，最终达到分离提纯的目的。

精馏实质上就是沸腾着的混合物的蒸汽经过精馏塔进行着一系列的热平衡。

操作时，将精馏塔顶凝缩而得到液体的一部分，由塔顶回流入塔内，使其与从蒸馏釜连续上升的蒸汽密切接触，上升蒸汽部分凝缩放出热量使下降的凝缩液部分气化，两者之间发生了热交换和质交换。

如此往复多次，就等于进行了多次热平衡，从而提高了各组分的的分离程度，达到了多次蒸馏的目的。

精馏过程中，在精馏塔各块塔板上形成了浓度梯度（精馏塔内各块塔板上的组分是不一致的，距离愈远组分的比例愈悬殊），以达到分离液体混合物的目的。

精馏通常可将液体混合物分离为塔顶产品（馏出液）和塔底产品（蒸馏釜残液）两个部分。

也可根据混合物中各组分不同的沸点，分别从相应的塔板引出馏分，进行多元组分的分离。

2.3精馏工艺选择

目前，在工业上，甲醇精馏工艺主要分为双塔精馏工艺、三塔精馏工艺和

3+1塔精馏工艺。

2.3.1双塔和三塔精馏工艺的应用

双塔精馏工艺主要包括预精馏塔、精馏塔。

三塔工艺流程由预精馏塔、加压塔、常压塔组成。

双塔流程和三塔流程的预塔作用基本相同，主要是将粗甲醇中的轻组分除去，从预塔出来的甲醇在双塔流程中直接进入主塔，从顶部或顶部侧线取出甲醇，釜液被排掉。

在三塔流程中，预后甲醇先进入加压塔，在加压塔塔顶得到精甲醇，随后塔底物料进入常压塔，在常压塔顶继续得到精甲醇产品，塔底得到甲醇含量较少的废水并排出系统。

［3］

2004年王永全[4]论述了甲醇精馏技术双塔和三塔精馏工艺，并对双塔和三塔精馏技术的经济性进行了比较。

指出甲醇精馏三塔工艺技术可以为企业大幅度降低甲醇生产成本、提高产品质量，具有显著的经济效益和社会效益。

师少杰等[5]介绍了30万t/a甲醇精馏装置的工艺流程设计和设备配置，分析了装置实际生产运行工艺数据，总结了该装置工艺技术的特点。

实际应用证明，三塔精馏具有节能降耗、产品质量高的优点，产品甲醇质量同时符合国家标准（GB338—2004）优级品要求和美国联邦O-M-232K的AA级标准。

2.3.2三塔精馏+回收塔精馏工艺的应用

采用三塔精馏+回收塔的工艺流程，主要是在预塔中去除粗甲醇中溶解的气体以及轻组分（如二甲醚、甲酸甲酯），在加压塔和常压塔中去除水以及重组分，从而获得高纯度的优质甲醇产品，同时侧线采出杂醇油。

增设回收塔是为了减少废水中的甲醇含量，进一步回收甲醇，提高产率。

2010年陈迎春[10]介绍了甲醇精馏的主要任务以及甲醇精馏工艺流程的选择和发展，详细介绍了节能型3+1塔的精馏工艺流程及其特点，并对甲醇精馏技术的控制要点和节能降耗进行了工艺分析。

指出在甲醇生产中，根据产品的要求来选择合理的工艺技术和流程，就能够满足生产要求和节省投资，既有利于控制甲醇产品的质量，也有利于节能降耗。

2.4精馏塔选择

对精馏过程来说，精馏设备是使过程得以进行的重要条件。

性能良好的精馏设备，为精馏过程的进行创造了良好的条件。

它直接影响到生产装置的产品质量、生产能力、产品收率、消耗定额、三废处理以及环境保护等方面。

目前常用的精馏塔主要有3种塔型：

浮阀塔，填料塔和新型垂直筛板塔。

但每一种设备不可能同时满足所有的要求，在生产中应取长补短，选择比较满意的设备。

表1生产中的精馏塔

填料塔

板式塔

有溢流

无溢流

1拉西环填料塔

2十字环填料塔

3鲍尔环填料塔

4阶梯环填料塔

5鞍形填料塔

6波纹填料塔

7多管填料塔

8乳孔填料塔

9丝网填料塔

1泡置塔板

2浮阀塔板

3筛板

4舌形塔板

5斜孔筛板

6浮动喷射塔板

7浮动舌形板

8导向筛板

9导向浮阀板

1筛孔穿流塔板

2栅型穿流塔板

3波纹塔板

2.4.1浮阀塔

浮阀塔主要由浮阀、塔板、溢流管、降液管、受液盘及无阀区等部分组成的，如图1所示，每层塔板上都有溢流管，并开有许多升气孔，它们分别构成塔板间液、汽两种流体的通道。

每层塔板上有若干只浮阀，如图2所示。

浮阀塔的塔板结构与泡罩相似，致使浮阀塔代替了泡罩塔。

该类型塔板效率高，操作弹性大，操作适应性强，单位面积生产能力大，造价较低。

但浮阀易损坏，维修费用高，安装要求高。

目前该塔仍被广泛使用，但有使用逐渐减少的趋势。

图2浮阀

图1浮阀塔

2.4.2丝网波纹填料塔

填料塔结构如图3所示,填料塔是由塔体、填料、液体分布器、支撑板等部件组成。

塔体一般是用钢板制成的圆桶形，在特殊情况下也可以用陶瓷或塑料制成。

塔内填充有一定高度的填料层，填料的下面为支撑板，填料的上面有填料压板及液体分布器，必要时需将填料层分段，段与段之间设置液体再分布器。

丝网波纹填料如图4所示,是由波纹平行，垂直排列的丝网片组成的盘状规则填料，盘高通常为40~200毫米，波纹方向与塔轴倾斜角为30度或45度，上下相邻两盘彼此交错90度排列，其直径比塔径小几毫米，便于紧密地装满塔截面。

丝网波纹填料是网状填料发展起来的一种高效填料，它具有效率高，生产能力大，阻力小，滞留量小，放大效应不明显、加工易机械化等优点，广泛用于精馏操作。

但丝网波纹填料也有其不足，如：

易堵塞、造价偏高，对液体的分布有特殊要求等。

图4丝网波纹填料

图3填料塔

2.4.3新型垂直筛板塔

新型垂直筛板塔采用经多年研制开发的一种新型的喷射型塔板，其结构和工作原理如图5所示。

它是由塔板上开有类似于文丘里喷嘴形式的升气孔及罩于其上的帽罩组成。

气液接触传质、传热过程为：

由下层塔板上升的气体经升气孔后气流收缩，静压降低，板上的液体靠本身的液柱静压及气流的吸力进入帽罩内与上升气流形成气液混合物边进行传质、传热边上升，完成相当于普通鼓泡型塔板传质过程的第一阶段传质过程；

气液混合物打到罩顶后进行液体的表面更新，并在罩内空间完成第二阶段传质；

然后，气液混合物经帽罩上部侧壁上的开孔水平喷出，液体被分散成大量直径不等的液滴，形成很大的传质表面，在液层上部空间完成第三次传质、传热过程后，液滴返回板上液层内，气体继续上升至上层塔板。

该塔传质效率高，传质空间利用率好，处理能力大，操作弹性大，结构简单可靠，投资小，板液面梯度小，液面横向混合好无流动传质死区。

图5新型垂直筛板

第三章甲醇精馏工艺流程

如图5所示，粗甲醇进入预蒸馏塔1前，先在粗甲醇换热器中，用蒸汽冷凝液将其预热至适当温度（泡点），粗甲醇在预蒸馏塔1中除去其中残余溶解气体及低沸物。

塔内采用丝网波纹填料。

塔顶设置两个冷凝器6。

将塔内上升汽中的甲醇大部分冷凝下来进入预塔回流槽5，经预塔回流泵送入塔1顶作回流。

不凝气、轻组分及少量甲醇蒸汽通过压力调节后至加热炉作燃料。

预蒸馏塔1塔底由低压蒸汽加热的热虹吸式再沸器向塔内提供热量。

为防止粗甲醇对设备的腐蚀，在预蒸馏塔1下部高温区加入一定量的稀碱液，使预后甲醇的pH值保持在8左右。

由预蒸馏塔1塔底出来的预后甲醇，经加压塔进料泵升压后，进入第一主精馏加压塔2，采用新型垂直筛板塔，塔顶甲醇蒸汽进入冷凝器／再沸器7，即第一精馏加压塔2的气相甲醇又利用冷凝潜热加热第二精馏常压塔3的塔釜，被冷凝的甲醇进入回流槽5，在其中稍加冷却，一部分由加压塔回流泵升压至适当压力，送至加压塔作回流液，其余部分经加压塔精甲醇冷却器9冷却到适当温度后作为成品送至精甲醇计量槽。

加压塔2用低压蒸汽加热的热虹吸式再沸器向塔内提供热量，通过低压蒸汽的加入量来控制塔的操作温度。

由加压塔2塔底排出的甲醇溶液送至第二主精馏常压塔3下部，常压塔3也采用新型垂直筛板塔。

从常压塔塔顶出来的甲醇蒸汽经常压塔冷凝器冷凝冷却到适当温度后，进入常压塔回流槽，再经常压塔回流泵加压，一部分送至常压塔塔顶作回流，其余部分送至精甲醇计量槽。

常压塔的塔底残液另由回收塔进料泵加压后进入废水回收塔，回收塔4也采用新型垂直筛板结构，塔顶蒸汽经回收塔冷凝器冷凝后，进入回收塔回流槽，由回收塔回流泵加压，一部分送废水回收塔塔顶作回流，其余部分经回收塔甲醇冷却器冷却至适当温度，与常压塔3采出的精甲醇一起送至产品计量槽。

如果采出的精甲醇不合格，可将其送至常压塔进行回收，以提高甲醇蒸馏的回收率。

回收塔塔底用低压蒸汽加热的热虹吸式再沸器向塔内提供热量，塔底下部设有侧线，采出部分杂醇油，并与塔底排出的含醇废水一起进入废水冷却器冷却到适当温度，由废水泵送至污水生化处理装置。

图5三塔精馏+回收塔精馏工艺流程图

1-预精馏塔；

2-第一精馏塔（加压）；

3-第二精馏塔（常压）；

4-回收塔

5-回流液收集槽；

6-冷凝器；

7-再沸器；

8-冷凝再沸器；

9-冷却器

参考文献

［1］李大尚.GSP技术是煤制合成气（或H2）工艺的最佳选择[J].煤化工,2005，（3）:

1～6.

［2］杨春生,韩福顺编.中小型合成氨厂生产操作问答,2001:

326～327.

［3］李馨馨,浅谈甲醇精馏工艺.

［4］王永全,甲醇精馏技术简述[J],化肥设计,2004,42

（2）:

22~24.

［5］师少杰,崔文科.30万t/a甲醇精馏装置工艺技术选择与设备配置[J],化肥设计,2009,47

（2）:

19~22.

［6］陈迎春3+1塔甲醇精馏的流程特点与工艺分析[J],广州化工,2010,38（11）:

200~201.