年产1万吨甲醇生产工艺初步设计学士学位论文.docx

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年产1万吨甲醇生产工艺初步设计学士学位论文

四川理工学院毕业设计

10kt/a甲醇生产工艺初步设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

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指导教师签名：

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使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

10kt/a甲醇生产工艺初步设计

摘要

本设计采用德国Lurgi公司的Lurgi低压甲醇合成工艺生产甲醇。

对甲醇的合成工段进行了初步工艺设计，在设计中对甲醇的合成工段进行了物料衡算和热量衡算，对甲醇合成塔及相关设备进行了比较详细的工艺计算及设备选型，画出了甲醇合成塔装备图及带主要控制点的工艺流程图。

关键词：

鲁奇法，合成塔，装配图，工艺流程图

10kt/aMethanolSynthesisWorkshopDesign

Abstract

ThisdesignusestheGermanLurgiLurgimethanolsynthesisprocesstoproducemethanol.Themethanolsynthesissectioninthepreliminaryprocessdesign,materialbalanceandheatbalanceinthedesignofmethanolsynthesissectioninamoredetailedprocesscalculationsandequipmentselection,themethanolsynthesisreactorandassociatedequipment,todrawmethanolsynthesisreactorequippedwithmapandwiththemaincontrolpointprocessflowdiagram.

Keywords:

Lurgi，reactor,assemblydrawings,processflowdiagram

第一章总论

1.1概述

甲醇是基本有机工业的原料，又是化工产品，它在基本有机化工中的用途仅次于乙烯、丙烯和苯等，随着化学工业的发展，对甲醇的需要量也将日益增多。

甲醇主要用于生产甲醛，其次是作为原料和溶剂用于高分子三大合成材料、农药、医药、染料和油漆等化工产品的生产中。

此外，甲醇还用于生产对苯二甲酸二甲酪、甲基丙烯酸甲酯以及其它重要的有机溶剂，如二甲基甲酰胺等。

甲醇的辛烷值很高，可用作汽油的添加剂，这样既节省了芳烃又提高了汽油质量。

甲醇新的用途是制取蛋白质，英国已建成25000吨/年用甲醇合成蛋白质的生产装置，30万吨/年的生产装置也正在设计中。

由甲醇制乙醇、乙二醇、甲苯、二甲苯等产品，目前也都在研究中。

我国甲醇工业始于20世纪50年代，在吉林、兰州、太原由原苏联援建了采用高压法锌铬催化剂的甲醇生产装置。

60～70年代，上海吴径化工厂先后自建了以焦炭与以石脑油为原料的甲醇装置；同时，南京化学工业公司研究院研制了联醇用中压铜基催化剂，推动了我国合成氨联产甲醇工业的发展。

70～80年代，四川维尼纶厂从ICI公司引进了以乙炔尾气为原料的低压甲醇装置。

山东齐鲁石化公司第二化肥厂从Lurgi公司引进了以渣油为原料的低压甲醇装置。

20世纪80年代，上海吴泾等中型氮肥厂在高压下将锌铬催化剂改为使用铜基催化剂；同时，淮南化工总厂等许多联醇装置为增加效益，提高了生产中的醇氨比；西南化工研究院和南京化学工业公司研究院开发了性能良好的低压甲醇催化剂，推进了甲醇工业的发展。

90年代以来，上海焦化厂三联供工程中年产20万吨低压甲醇装置的建设和一些省市年产3万～10万吨低压甲醇装置的建设，以及许多中、小氮肥厂联醇装置的改造和投产，使我国甲醇生产跃上新的台阶。

目前，国内甲醇生产大致可分为3种生产工艺。

包括高压法工艺、低压法工艺和中压联醇工艺。

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。

甲醇是醇类中最简单的一元醇。

1661年英国化学家R.波义耳首先在木材干馏后的液体产物中发现甲醇，故甲醇俗称木精、木醇。

在自然界只有某些树叶或果实中含有少量的游离态甲醇，绝大多数以酯或醚的形式存在。

1857年法国的M·贝特洛在实验室用一氯甲烷在碱性溶液中水解也可制的甲醇。

1923年德国BASF公司首先用合成气在高压下实现了甲醇的工业化生产，直到1965年，这种高压法工艺是合成甲醇的唯一方法。

1966年英国ICI公司开发了低压法工艺，接着又开发了中压法工艺。

1971年德国的Lurgi公司相继开发了适用于天然气－渣油为原料的低压法工艺。

由于低压法比高压法在能耗、装置建设和单系列反应器生产能力方面具有明显的优越性，所以从70年代中期起，国外新建装置大多采用低压法工艺。

世界上典型的甲醇合成工艺主要有ICI工艺、Lurgi工艺和三菱瓦斯化学公司（MCC）工艺。

目前，国外的液相甲醇合成新工艺具有投资省、热效率高、生产成本低的显著优点，尤其是LPMEOHTM工艺，采用浆态反应器，特别适用于用现代气流床煤气化炉生产的低H2／（CO＋CO2）比的原料气，在价格上能够与天然气原料竞争。

我国的甲醇生产始于1957年，50年代在吉林、兰州和太原等地建成了以煤或焦炭为原料来生产甲醇的装置。

60年代建成了一批中小型装置，并在合成氨工业的基础上开发了联产法生产甲醇的工艺。

70年代四川维尼纶厂引进了一套以乙炔尾气为原料的95kt/a低压法装置，采用英国ICI技术。

1995年12月，由化工部第八设计院和上海化工设计院联合设计的200kt/a甲醇生产装置在上海太平洋化工公司顺利投产，标志着我国甲醇生产技术向大型化和国产化迈出了新的一步。

2000年，杭州林达公司开发了拥有完全自主知识产权的JW低压均温甲醇合成塔技术［，打破长期来被ICI、Lurgi等国外少数公司所垄断拥的局面，并在2004年获得国家技术发明二等奖。

2005年，该技术成功应用于国内首家焦炉气制甲醇装置上。

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［4］。

1.2设计的目的和意义

由于我国石油资源短缺，能源安全已经成为不可回避的现实问题，寻求替代能源已成为我国经济发展的关键。

甲醇作为石油的补充已成为现实，发展甲醇工业对我国经济发展具有重要的战略意义。

煤在世界化石能源储量中占有很大比重（我国情况更是如此），而且煤制甲醇的合成技术很成熟。

随着石油和天然气价格的迅速上涨，煤制甲醇更加具有优势。

本设计遵循“工艺先进、技术可靠、配置科学、安全环保”的原则；结合甲醇的性质特征设计一座年产20万吨煤制甲醇的生产车间。

通过设计可以巩固、深化和扩大所学基本知识，培养分析解决问题的能力；还可以培养创新精神，树立良好的学术思想和工作作风。

通过完成设计，可以知道甲醇的用途；基本掌握煤制甲醇的生产工艺；了解国内外甲醇工业的发展现状；以及甲醇工业的发展趋势。

1.3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的设备。

从操作结构，材料及维修等方面考虑，甲醇合成反应器应具有以下要求：

（1）催化剂床层温度易于控制，调节灵活，能有效移走反应热，并能以较高位能回收反应热；

（2）反应器内部结构合理，能保证气体均匀通过催化剂床层，阻力小，气体处理量大，合成转化率高，催化剂生产强度大；

（3）结构紧凑，尽可能多填装催化剂，提高高压空间利用率；高压容器及内件间无

渗漏；催化剂装御方便；制造安装及维修容易。

甲醇合成塔主要由外筒、内件和电加热器三部分组成。

内件事由催化剂筐和换热器两部分组成。

根据内件的催化剂筐和换热器的结构形式不同，甲醇内件份为若干类型。

目前，国内外的大型甲醇合成塔塔型较多，归纳起来可分为五种：

（1）冷激式合成塔

这是最早的低压甲醇合成塔，是用进塔冷气冷激来带走反应热。

该塔结构简单，也适于大型化。

但碳的转化率低，出塔的甲醇浓度低，循环量大，能耗高，又不能副产蒸汽，现已经基本被淘汰。

（2）冷管式合成塔

这种合成塔源于氨合成塔，在催化剂内设置足够换热面积的冷气管，用进塔冷管来移走反应热。

冷管的结构有逆流式、并流式和U型管式。

由于逆流式与合成反应的放热不相适应，即床层出口处温差最大，但这时反应放热最小，而在床层上部反应最快、放热最多，但温差却又最小，为克服这种不足，冷管改为并流或U形冷管。

如1984年ICI公司提出的逆流式冷管型及1993年提出的并流冷管TCC型合成塔和国内林达公司的U形冷管型。

这种塔型碳转化率较高但仅能在出塔气中副产0.4MPa的低压蒸汽。

日前大型装置很少使用。

（3）水管式合成塔

将床层内的传热管由管内走冷气改为走沸腾水。

这样可较大地提高传热系数，更好地移走反应热，缩小传热面积，多装催化剂，同时可副产2.5Mpa—4.0MPa的中压蒸汽，是大型化较理想的塔型。

（4）固定管板列管合成塔

这种合成塔就是一台列管换热器，催化剂在管内，管间（壳程）是沸腾水，将反应热用于副产3.0MPa～4.0MPa的中压蒸汽。

代表塔型有Lurgi公司的合成塔和三菱公司套管超级合成塔，该塔是在列管内再增加一小管，小管内走进塔的冷气。

进一步强化传热，即反应热通过列管传给壳程沸腾水，而同