6 参考文献 .......................................... 22
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银川能源学院课程设计（煤化工工艺学）
1 设计背景
1.1 选题背景
我国是煤炭资源丰富的国家?然而在煤炭生产、使用和运输过程中也给环境带来了诸多危害。为减少煤炭对环境造成的负面影响?采用合理的生产工艺是非常必要的。煤电联产是一条途径?洁净煤技术和煤化工技术也为人们日益关注。本世纪世界煤化工发展的主流方向是发展煤炭洁净利用技术?它包括气化技术、合成燃料技术(包括醇燃料和烃燃料)及多联产工艺技术等。其中采用煤制甲醇技术较为成熟有较好的发展前景而且随着甲醇下游工艺的研究不断深入如由甲醇制备低碳烯烃工艺等市场对甲醇的需求必将越来越多该工艺的生产能力也会逐渐提高。
1.1.1 设计目的及意义
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，寻找替代能源已经成为我国以及全世界发展的关键，甲醇作为石油补充一斤成为现实，发展甲醇工业对我国经济发展具有战略意义。煤在世界化石能源储存中占有很大的比重，而煤制甲醇合成技术更加成熟。本设计遵循“工艺先进、技术可靠、配置科学、安全环保”的环保的原则。
通过设计可以巩固、深化、和扩大所学的基本知识，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，可以知道甲醇的一些应用，基本掌握煤制甲醇的工艺流程，了解甲醇工业的发展趋势。
1.1.2 国内外煤制甲醇发展现状
我国自86年就开发了低压甲醇合成和精馏技术,目前国内广泛采用的管壳式副产蒸汽合成塔和两塔精馏就源于该开发,后又推广了“U”形冷管合成塔,精馏也从两塔发展到三塔,既可生产GB338-2004优等品精甲醇,又可生产美国O-M-232KAA级精甲醇,含醇污水的处理工艺已取得突破性进展,污水处理后可回收利用,故甲醇装置在正常生产时实现了无含醇污水排放。
甲醇的大规模的工业化生产是从20世纪20年代高压法合成甲醇的工业化实现开始的。1913年，德国BASF在其高压合成氨的实验装置上进行了一氧化碳和
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氢合成含氧化合物的研究，于1923年在德国Leuna建成了世界世界上第一座年产3000t合成甲醇的生产装置，并成功投资。英国I.C.I和德国Lurgi公司分别成功地研制出中低压甲醇合成催化剂，降低了反应的压力促进甲醇生产的高速发展。1966年，I.C.I公司使用了Cu-Zn-Al氧化物催化剂成功的实现了压力为5MPa的Co和氢气的合成工艺该过程称为I.C.I低压法。1972年I.C.I公司又成功地实现了10MPa地中压甲醇合成工艺。到2010年，世界各国甲醇生产能力约为6400万吨，预计到2015年世界各国甲醇总的生产能力将达到7200万吨，而采用I.C.I技术生产甲醇年产生产能力约占世界总甲醇量的50%以上，装置规模为年产（5.0-82.5）万吨；采用Lurgi低压法已经建成和正在建设甲醇生产装置能力达到600万吨。
1.2 设计技术参数
1、处理量：130万吨/年
2、开工时间：按开工330天/年计
3、通过精馏，精甲醇的纯度可达到99.9%，符合精甲醇国家一级标准。二塔精馏工艺中甲醇的收率达93.89%。
4、合成反应的工艺参数：根据某化学公司甲醇合成装置数据，人塔气温度为225℃，出塔气温度为255℃，反应温度240-260℃，甲醇合成压力为5MPa。
工业生产中测得低压时，每生产一吨粗甲醇就会产生1.52m3 （标况），即0.068kmol的甲烷。
根据测定，40℃时液态甲醇中释放CO、CO2、H2等混合气中每立方米含37.14 g甲醇。新鲜气（合成气）中惰性气体（N2 + Ar+CH4）百分比保持在0.41%；合成塔出塔气甲醇含量为5.84%。
表1-1 粗甲醇组分质量百分数
组成 含量/%
CH3OH 92.99
(CH3)2O 0.198
C4H9OH 0.028
H2O 6.784
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表1-2 每吨粗甲醇中合成气溶解情况
组分
溶解量（Nm/t粗甲醇）
3
H2 4.364
CO 0.815
CO2 7.780
N2 0.365
Ar 0.243
CH4 1.680
表1-3 驰放气组成
气体
CH3OH 0.61
H2 78.31
CO
CO2 3.51
N2 3.19
Ar
CH4 5.79
Mol% 6.29 2.30
表1-4 新鲜气 (合成气) 组成
气体
CH4 0.05
H2 67.99
CO
CO2 3.08
N2 0.251
Ar
组成% 28.45 0.179
2 设计方案
2.1 设计要求
以设计任务书为基础，适应我国甲醇工业发展的需要。加强理论联系实际，扩大知识面；培养独立思考、独立工作的能力。整个设计应贯彻节省基建投资，充分重视技术进步，降低工程造价，节能环保等思想，设计生产高质量甲醇产品。
2.2 设计方案
2.2.1 煤制甲醇工艺流程
1.气化 a）煤浆制备
煤浆制备由煤运系统送来的原料煤干基（<25mm）或焦送至煤贮斗，经称重给料机控制输送量送入棒磨机，加入一定量的水，物料在棒磨机中进行湿法磨煤。为了控制煤浆粘度及保持煤浆的稳定性加入添加剂，为了调整煤浆的PH值，加入碱液。出棒磨机的煤浆浓度约65%，排入磨煤机出口槽，经出口槽泵加压后送至气化工段煤浆槽。煤浆制备首先要将煤焦磨细，再制备成约65%的煤浆。磨煤采用湿法，可防止粉尘飞扬，环境好。用于煤浆气化的磨机现在有两种，棒磨机与球磨机；棒磨机与球磨机相比，棒磨机磨出的煤浆粒度均匀，筛下物少。煤浆制备能力需和气化炉相匹配，本项目拟选用三台棒磨机，单台磨机处理干煤量
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43～53t/h，可满足60万t/a甲醇的需要。为了降低煤浆粘度，使煤浆具有良好的流动性，需加入添加剂，初步选择木质磺酸类添加剂。煤浆气化需调整浆的PH值在6～8，可用稀氨水或碱液，稀氨水易挥发出氨，氨气对人体有害，污染空气，故本项目拟采用碱液调整煤浆的PH值，碱液初步采用42％的浓度。 为了节约水源，净化排出的含少量甲醇的废水及甲醇精馏废水均可作为磨浆水。
b）气化
在本工段，煤浆与氧进行部分氧化反应制得粗合成气。煤浆由煤浆槽经煤浆加压泵加压后连同空分送来的高压氧通过烧咀进入气化炉，在气化炉中煤浆与氧发生如下主要反应：CmHnSr+m/2O2—→mCO+（n/2-r）H2+rH2SCO+H2O→H2+CO2反应在6.5MPa（G）、1350～1400℃下进行。气化反应在气化炉反应段瞬间完成，生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等气体。离开气化炉反应段的热气体和熔渣进入激冷室水浴，被水淬冷后温度降低并被水蒸汽饱和后出气化炉；气体经文丘里洗涤器、碳洗塔洗涤除尘冷却后送至变换工段。气化炉反应中生成的熔渣进入激冷室水浴后被分离出来，排入锁斗，定时排入渣池，由扒渣机捞出后装车外运。气化炉及碳洗塔等排出的洗涤水（称为黑水）送往灰水处理。
c）灰水处理
本工段将气化来的黑水进行渣水分离，处理后的水循环使用。从气化炉和碳洗塔排出的高温黑水分别进入各自的高压闪蒸器，经高压闪蒸浓缩后的黑水混合，经低压、两级真空闪蒸被浓缩后进入澄清槽，水中加入絮凝剂使其加速沉淀。澄清槽底部的细渣浆经泵抽出送往过滤机给料槽，经由过滤机给料泵加压后送至真空过滤机脱水，渣饼由汽车拉出厂外。闪蒸出的高压气体经过灰水加热器回收热量之后，通过气液分离器分离掉冷凝液，然后进入变换工段汽提塔。闪蒸出的低压气体直接送至洗涤塔给料槽，澄清槽上部清水溢流至灰水槽，由灰水泵分别送至洗涤塔给料槽、气化锁斗、磨煤水槽，少量灰水作为废水排往废水处理。洗涤塔给料槽的水经给料泵加压后与高压闪蒸器排出的高温气体换热后送碳洗塔循环使用。变换,在本工段将气体中的CO部分变换成H2。
2.变换
在本工段将气体中的CO部分变换成CO2。
本工段的化学反应式变换方程式是：CO+H2O H2 +CO2 。 3.低温甲醇洗
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