年產(chǎn)20萬(wàn)噸煤制甲醇合成工藝初步設(shè)計(jì)

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1、年產(chǎn)20萬(wàn)噸煤制甲醇合成工藝初步設(shè)計(jì)1總論411甲醇性質(zhì)412甲醇用途413醇生產(chǎn)原料42甲醇的合成521甲醇合成的基本原理5211甲醇合成反應(yīng)步驟5212合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)5213甲醇合成反應(yīng)的化學(xué)平衡63甲醇合成的催化劑631工業(yè)用甲醇合成催化劑74甲醇合成的工藝條件941反應(yīng)溫度942壓力1043空速1044氣體組成115甲醇合成的工藝流程1251甲醇合成的方法1252甲醇合成塔的選擇1553甲醇合成的工藝流程186主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型1961甲醇合成塔的設(shè)計(jì)1962水冷器的工藝設(shè)計(jì)2263循環(huán)壓縮機(jī)的選型2

2、57設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)價(jià)268參考文獻(xiàn)27致謝27附工程圖紙1甲醇合成塔簡(jiǎn)圖2甲醇合成工藝流程圖1總論11甲醇性質(zhì)甲醇俗稱木醇木精英文名為methanol分子式CH3OH是一種無(wú)色透明易燃有毒易揮發(fā)的液體略帶酒精味分子量3204化學(xué)性質(zhì)較活潑能發(fā)生氧化酯化羰基化等化學(xué)反應(yīng)是重要有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工塑料醫(yī)藥林產(chǎn)品加工等領(lǐng)域主要用于生產(chǎn)甲醛消耗量要占到總產(chǎn)量的一半甲醛則是生產(chǎn)各種合成樹(shù)脂不可少的原料用甲醇作甲基化試劑可生產(chǎn)丙烯酸甲酯對(duì)苯二甲酸二甲酯甲胺甲基苯胺甲烷氯化物等羰基化可生產(chǎn)醋酸醋酐甲酸甲酯等重要有機(jī)合

3、成中間體它們是制造各種染料藥品農(nóng)藥炸藥香料噴漆的原料目前用甲醇合成乙二醇乙醛乙醇也日益受到重視甲醇是一種重要的有機(jī)溶劑其溶解性能優(yōu)于乙醇可用于調(diào)制油漆作為一種良好的萃取劑甲醇在分析化學(xué)中可用于一些物質(zhì)的分離甲醇是一種能源甲醇燃料以其安全廉價(jià)燃燒充分利用率高環(huán)保的眾多優(yōu)點(diǎn)替代汽油已經(jīng)成為車用燃料的發(fā)展方向之一甲醇還可經(jīng)生物發(fā)酵生成甲醇蛋白富含維生素和蛋白質(zhì)具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高而成本低的優(yōu)點(diǎn)用作飼料添加劑有著廣闊的應(yīng)用前景醇原料自1923年開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)甲醇合成的原料路線經(jīng)歷了很大變化20世紀(jì)50年代以前多以煤和焦碳為原料5

4、0年代以后以天然氣為原料的甲醇生產(chǎn)流程被廣泛應(yīng)用進(jìn)入60年代以來(lái)以重油為原料的甲醇裝置有所發(fā)展對(duì)于我國(guó)從資源背景看煤炭?jī)?chǔ)量遠(yuǎn)大于石油天然氣儲(chǔ)量隨著石油資源緊缺油價(jià)上漲因此在大力發(fā)展煤炭潔凈利用技術(shù)的背景下在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)煤是我國(guó)甲醇生產(chǎn)最重要的原料對(duì)甲醇合成而言無(wú)論是鋅鉻催化劑還是銅基催化劑其多相非勻相催化過(guò)程按下列過(guò)程進(jìn)行a擴(kuò)散氣體自氣相擴(kuò)散到催化劑的界面b吸附各種氣體在催化劑的活性表面進(jìn)行化學(xué)吸附其中CO在Cu2上吸附H2在Zn2上吸附并異裂c表面反應(yīng)化學(xué)吸附的反應(yīng)物在活性表面上進(jìn)行反應(yīng)生成產(chǎn)物d解析反應(yīng)產(chǎn)物脫附e

5、擴(kuò)散反應(yīng)產(chǎn)物氣體自催化劑界面擴(kuò)散到氣相中去甲醇合成反應(yīng)的速率是上述五個(gè)過(guò)程中每一個(gè)過(guò)程進(jìn)行速率的總和但全過(guò)程的速率取決于最慢步驟的完成速率研究證實(shí)以上五個(gè)過(guò)程中ae擴(kuò)散進(jìn)行得最快b吸附d解析進(jìn)行的速度較快而過(guò)程c表面反應(yīng)分子在催化劑活性界面的反應(yīng)速度最慢因此整個(gè)反應(yīng)過(guò)程取決于表面反應(yīng)的進(jìn)行速率提高壓力升高溫度均可使甲醇合成反應(yīng)速率加快但從熱力學(xué)角度分析由于COCO2和H2合成甲醇的反應(yīng)是強(qiáng)放熱的體積縮小反應(yīng)提高壓力降低溫度有利于化學(xué)平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)同時(shí)也有利于抑制副反應(yīng)的進(jìn)行是甲醇合成反應(yīng)是多項(xiàng)銅基催化劑上進(jìn)行

6、的復(fù)雜的可逆的化學(xué)反應(yīng)1主要的化學(xué)反應(yīng)2甲醇合成的副反應(yīng)213甲醇合成反應(yīng)的化學(xué)平衡一氧化碳和氫氣合成甲醇是一個(gè)氣相可逆反應(yīng)壓力對(duì)反應(yīng)起著重要作用用氣體分壓來(lái)表示的平衡常數(shù)可用下面公式表示Kp式中Kp----甲醇的平衡常數(shù)PCH3OHPH2PCO-----分別表示甲醇?xì)錃庖谎趸嫉钠胶夥謮悍磻?yīng)溫度也是影響平衡常數(shù)的一個(gè)重要因素不同溫度下的反應(yīng)平衡常數(shù)見(jiàn)表1-1其平衡常數(shù)隨著溫度的上升而很快減小因此甲醇合成不能在高溫下進(jìn)行但是低溫反應(yīng)速率太慢所以甲醇生產(chǎn)選用高活性的銅基催化劑使反應(yīng)溫度控制在220～280℃表1-1不同溫

7、度下甲醇反應(yīng)的平衡常數(shù)反應(yīng)溫度℃平衡常數(shù)Kp06673010012922001909×10-2300242×10-44001079×10-53甲醇合成的催化劑甲醇合成是是典型的氣固相催化反應(yīng)過(guò)程沒(méi)有催化劑的存在合成甲醇反應(yīng)幾乎不能進(jìn)行合成甲醇工業(yè)的進(jìn)展很大程度上取決于催化劑的研制成功以及質(zhì)量的改進(jìn)在合成甲醇的生產(chǎn)中很多工藝指標(biāo)和操作條件都由所用催化劑的性質(zhì)決定一氧化碳加氫合成甲醇工業(yè)化以來(lái)合成催化劑合成工藝不斷研究改進(jìn)雖然實(shí)驗(yàn)室研究出了多種甲醇合成催化劑但工業(yè)上使用的催化劑只有鋅鉻和銅基催化劑甲醇合成是是典型的氣固相催

8、化反應(yīng)過(guò)程沒(méi)有催化劑的存在合成甲醇應(yīng)幾乎不能進(jìn)行合成甲醇工業(yè)的進(jìn)展很大程度上取決于催化劑的研制成功以及質(zhì)量的改進(jìn)在合成甲醇的生產(chǎn)中很多工藝指標(biāo)和操作條件都由所用催化劑的性質(zhì)決定自一氧化碳加氫合成甲醇工業(yè)化以來(lái)合成催化劑合成工藝不斷研究改進(jìn)雖然實(shí)驗(yàn)室研究出了多種甲醇合成催化劑但工業(yè)上使用的催化劑只有鋅鉻和銅基催化劑CuOZnOAl2