化工专业_煤气化制甲醇_毕业设计(编辑修改稿)

化工专业_煤气化制甲醇_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

最初原因。 现在，此工艺主要应用于发电和化工原料生产。 某 学院毕业（论文） 10 1972 年，开始壳牌煤气化工艺 (SCGP)的开发。 1976 年阿姆斯特丹壳牌实验室委托一个工厂 —— GASCO 化工厂烧煤 6t/d； 1978~1983 年在德国汉堡壳牌总厂，一个烧煤 150t/d 的工厂投产； 1986~1991 年在美国壳牌 Deer Park 总厂，一个烧煤250400st/d 的示范厂投产。 1994 年以来，此 工艺应用在商用上，在荷兰德克里克布根伦 IGCC 工厂，消耗商用煤 2020t/d。 壳牌煤气化工艺 (SCGP)应用了一个多烧咀的水冷膜式壁气化炉和一个经特别设计的合成气冷却器（废热锅炉）结构，允许气化炉在更高温度下操作，并且承担在合成气冷却器中承载固体的负荷，比其他 SHELL 煤气化工艺（ SGP）气化炉 /合成气冷却器（ SGC）要大。 反应设备 — 气化炉 德士古（ Texaco）气化炉装置为单炉，日处理煤 2020～ 2400 吨，气化压力为，氧纯度为 95%，煤浆浓度 68%，冷煤气效率 76%，净功率 250MW。 Texaco气化炉由喷嘴、气化室、激冷室 (或废热锅炉 )组成。 其中喷嘴为三通道，工艺氧走一、三通道，水煤浆走二通道，介于两股氧射流之间。 水煤浆气化喷嘴经常面临喷口磨损问题，主要是由于水煤浆在较高线速下 (约 30m/s)对金属材质的冲刷腐蚀。 喷嘴、气化炉、激冷环等为 Texaco 水煤浆气化的技术关键。 80 年代末至今，中国共引进多套 Texaco 水煤浆气化装置，用于生产合成气，我国在水煤浆气化领域中积累了丰富的设计、安装、开车以及新技术研究开发经验与知识。 Texaco 气化炉主要优点：水煤浆制备输送、计量 控制简单、安全、可靠；设备国产化率高，投资省。 由于工程设计和操作经验的不完善，还没有达到长周期、高负荷、稳定运行的最佳状态，存在的问题还较多，主要缺点：喷嘴寿命短、激冷环寿命仅一年、褐煤的制浆浓度约 59%～ 61%；烟煤的制浆浓度为 65%；因汽化煤浆中的水要耗去煤的 8%，比干煤粉为原料氧耗高 12%～ 20%，所以效率比较低。 某 学院毕业（论文） 11 图 32 德士古气化炉示意图 合成气的净化 煤气的净化包括固体颗粒的清除和气体杂质的净化，一般分为与净化和净化两个阶段。 大多数煤气预净化方法，包括带有热回收的冷却以及用水进 行洗涤或急冷工序。 合理的流程安排，取决与粗煤气的温度以及可冷凝副产物在气体中的含量。 对于气流床气化等高温气化方法，粗煤气中不含煤焦油等，经废热锅炉等回收热量后，从气化操作中夹带出来的固体颗粒，如灰或未燃烧煤尘，可经水急冷操作面被脱出。 同时，水洗急冷还可有效地减少或清除气体中的某些化学杂质，并可将它们从水中回收。 而采用固定床和气流床气化方法时，由于煤气出口温度低，煤气中含有焦油、油、各种煤化学物质和有机硫，这样就使净化方法变得复杂起来。 一般时先经废热锅炉回收热量后，再经间接冷却，重的煤焦油与固体颗粒一起返回气 化炉，轻组分则送去煤焦油精炼。 经水洗急冷净化后的煤气，固体颗粒及金属离子等已经基本清除干净，但大部分气体杂质尚留在煤气中。 这些气体杂质的清除往往需要在较低的温度下进行。 清除方法可分为物理溶剂法和化学法两大类。 物理溶剂法很适合于从高压气流中脱出酸性气体，该法的优点是：溶液再生时耗热极少或不耗热，富液经过减压后可再生，同时溶液的酸性气体闪蒸而出。 化学法有醇胺法、热钾碱法等。 某 学院毕业（论文） 12 对于粗煤气中的二氧化碳，应该根据其用途决定是否必须脱除。 鲁奇气化过程为加压操作，且气体中含有焦油，粗煤气的与净化比较复杂。 从气化炉出来 的粗煤气温度为 427~437℃。 焦油、油和冷凝液在此收集予以分离。 重质焦油（大部分颗粒物质积聚在此焦油内）返回到气化炉。 接着进行两级气体间接冷却，在第一级即中间收集余下的焦油、油和水。 在第二级，气体被冷却到 30～ 38℃，此处只收集油和水。 最后为了脱除轻质油、用洗油对气体进行逆流洗涤。 制取高热质煤气时，需在废热锅炉后的工序中加入变换炉。 这种配置方法可使气体的冷却和在加热都简单化到最低程度。 甲醇的性质 甲醇是最简单的饱和醇，相对分子量为 32． 04，沸点 ℃，具有醇的通性。 在通 常条件下，纯甲醇是无色、易流动的、易挥发的可燃液体，并带有与乙醇相似的气味即酒的味道。 甲醇的电导率，主要决定于它含有的能电离的杂质，如胺、酸、硫化物和金属等，工业生产的精甲醇都含有一定量的有机杂质。 甲醇可以和水以及许多有机液体如乙醇、乙醚等无限地混合，但不能与脂肪族烃类相混合。 甲醇具有毒性，内服 10ml 儿有失明的危险， 30ml 能致人死亡。 甲醇是优良的有机溶剂，还是制造甲醛等的原料。 甲醇市场现状及展望 国内甲醇生产始于 1957 年 ,以小甲醇起家。 2020 年全国生产能力已超过 6000千吨 /年。 规模在 200 千吨 /年的仅两套 ,分别在上海焦化有限公司和陕西榆林天然气公司 ,另外 ,内蒙古苏里格天然气化工股份有限公司建有一套 180 千吨 /年装置。 100 千吨 /年规模的有 9 套。 40～ 100 千吨 /年 (不含 100 千吨 /年 )规模的有 22 套。 其余小甲醇均为联醇装置。 我国现有甲醇生产企业 200 多家，以煤炭为主要原料的生产厂家占到 70％，其他以天然气、焦炉气、渣油等为原料，总体来说，我国甲醇生产企业产能普遍偏低，我国 2020 年产能 万吨， 2020 年产能 600 万吨， 2020 年产能 740 万吨。 在国内产能不断增加的情况下 ，国内甲醇产量迅速增加， 2020 年为 万吨， 2020 年达到 万吨， 2020 年 1～ 5 月份全国产量 万吨。 某 学院毕业（论文） 13 近年来 ,我国甲醇产量有较大的增长 ,1998～ 2020 年 ,年均增长率为 %。 虽然国内甲醇产量增长很快 ,但装置开工率一直较低 ,尤其是在 1998～ 2020 年 ,开工率一直在40%～ 55%。 20 2020 和 2020 年由于甲醇需求旺盛、价格高 ,开工率上升到近年来的高峰 ,达到 62%、 73%和 77%。 国内甲醇装置开工率低的主要原因是我国联醇装置产能约占总产能的 50%左右 ,多数联 醇装置规模小、产品成本高、缺乏竞争力 ,造成开工严重不足。 目前因甲醇利润高，投资者对大型甲醇项目十分关注，特别是煤产地和天然气产地 ,在积极研究建设大型甲醇项目的可能，有的已经开工建设。 据不完全统计，国内甲醇在建项目产能达到 4000 千吨以上 ，在 2020 年前后都可以形成生产能力。 届时，我国甲醇生产能力将达到 10000 千吨 /年左右。 考虑到不具备竞争能力的小型甲醇装置将逐步淘汰的发展趋势，预计到 2020 年 ,国内实际甲醇生产能力约为 9000 千吨 /年。 有所下降。 随着世界经济的发展，今后国际市场对甲醇的需求仍将保持 一定的增长势头。 国内对甲醇的需求增长仍然较为强劲。 虽然在化工行业甲醇市场容量有限，但作为汽油添加剂或替代车用燃料，甲醇及其衍生物二甲醚将扮演重要角色，其需求量巨大，将成为甲醇需求新的增长点。 目前燃料甲醇与甲醇汽车经 20 年的探索与试用，技术已经相当成熟，推广阻力来自缺少政策扶持和目前高价位两方面。 在汽油中添加 15％以下的甲醇可明显地改善排放尾气的污染物含量，对汽车发动机也无需做较大的变动，油耗亦无明显变化，未充分燃烧的甲醇与甲醛在排放的尾气中增加亦不明显。 但对高比例掺合的 M85 或M100 则因对汽油替代比为 ～ ，甲醇与汽油价格比将影响其经济性。 虽然储存时甲醇在大气中的浓度低于我国居民区大气环境卫生标准，即使泄漏也会很快被生物降解，在环境中滞留时间不长，但高比例燃料甲醇仍应采用催化尾气转化器使未充分燃烧的甲醇、甲醛及可能生成的亚硝酸甲酯进行转化，从而使这些物质在大气中的浓度得到有效控制。 二甲醚替代柴油作为车用燃料在国内外均无大型装置投产，二甲醚汽车发动机虽已研制出样车，但迄今尚无批量生产。 虽然二甲醚作为液化石油气的替代产品用作民用炊具燃料技术较为成熟，易于推广，但甲醇价位过高致使二甲醚成本偏高，妨碍其推广应用。 某 学院毕业（论文） 14 此外，无污染和低污染甲醇燃料电池汽车技术的日益成熟，也使得生产商对甲醇市场相当看好。 合成气制甲醇 以一氧化碳与氢气为原料合成甲醇的方法有高压、中压和低压三种方法。 （ 1）高压法 即用一氧化碳与氢在高温（ 340420℃）高压（ ）下用锌－铬氧化物作催化剂合成甲醇。 （ 2）中压法 随着甲醇合成工业的迅速发展，新建厂的规模也日趋大型化，目前已建成投产的装置有日产超过 5000 吨的。 如果采用低压法搞这样的大型工厂，由于处理气量大，会出现设备庞大而一次性投资高的弊病，以 及带来设备制作和运输的困难。 因此在70 年代出现了中压法合成甲醇的工艺流程，操作压力范围 ，温度为235315℃。 该法的关键在于使用了一种新型铜基催化剂 (CuZnAl)。 （ 3）低压法 即用一氧化碳与氢气为原料在低压（ ）和 275℃左右的温度下，采用铜基催化剂（ CuZnCr）合成甲醇。 这种方法是 70 年代实现工业化的合成甲醇方法。 低压法成功的关键是采用了铜基催化剂，铜基催化剂比锌 铬催化剂活性好得多，使甲醇合成反应能在较低的压力和温度下进行。 铜基催化剂的选择性比锌 铬催化剂好，因此，消耗在副反应中的原料气和粗甲醇中的杂质都比较少。 随着石油工业不断的发展和蒸汽透平技术的应用，在生产甲醇的方法中低压法有更加宽广的发展空间。 低压法合成甲醇的工艺 一氧化碳加氢可发生许多复杂的化学反应。 232C O H C H OH 当反应物中有二氧化碳存在时，二氧化碳按下列反应生成甲醇： 2 2 3 23CO H CH O H H O   232C O H C H OH 两步反应的总反应式为： 某 学院毕业（论文） 15 2 2 3 23CO H CH O H H O  。 ①平行副反应 2 4 22 4 22 4 9 22 3 3 23224 8 324C O H C H H OC O H C H C OC O H C H OH H OC O H C H OC H H O         当有金属铁、钴、镍等存在时，还可能发生生碳反应。 22CO CO C ②连串副反应    3 3 3 23 2 2 1 2 23 2 2 1 2222 1 1nnnnCH O H CH O CH H OCH O H nCO nH C H CH O H nH OCH O H nCO n H C H CO O H n H O         这些副反应的产物还可以进一步发生脱水、缩合、酰化或酮化等反应，生成烯烃、酯类、酮类等副产物。 当催化剂中含有碱类时，这些化合物的生成更快。 副反应不仅消耗原料，而且影响 甲醇的质量和催化剂寿命。 特别是生成甲烷的反应为一个强放热反应，不利于反应温度的操作控制，。