淺談年產(chǎn)20萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設計

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1、淺談年產(chǎn)20萬噸煤制甲醇生產(chǎn)工藝初步設計　　以投資成本，生產(chǎn)成本，產(chǎn)品收率為依據(jù)，選擇中壓法為生產(chǎn)甲醇的工藝，用CO和H2在加熱壓力下，在催化劑作用下合成甲醇，其主要反應式為：CO+H2→CH3OH經(jīng)過凈化的原料氣，經(jīng)預熱加壓，于5Mpa、220℃下，從上到下進入Lurgi反應器，在銅基催化劑的作用下發(fā)生反應，出口溫度為250℃左右，甲醇7%左右，因此，原料氣必須循環(huán)。甲醇的合成是可逆放熱反應，為使反應達到較高的轉(zhuǎn)化率，應迅速移走反應熱，本設計采用Lurgi管殼式反應器，管程走反應氣，殼程走4MPa的沸騰水。一、甲醇合成塔的選擇甲醇合成反應器實際是甲醇合成系統(tǒng)中最重要的設備

2、。從操作結構，材料及維修等方面考慮。借鑒大型甲醇合成企業(yè)的經(jīng)驗，（大型裝置不宜選用激冷式和冷管式），設計選用固定管板列管合成塔。二、甲醇合成工藝流程7來自脫碳裝置的新鮮氣（40℃，3.4MPa）與循環(huán)氣一起經(jīng)甲醇合成氣壓縮機（C7001）壓縮至5.14MPa后，經(jīng)過入塔氣預熱器（E7001）加熱到225℃，進入甲醇合成塔（R7001）內(nèi)，甲醇合成氣在催化劑作用下發(fā)生如下反應：CO+2H2=CH3OH+QCO2+3H2=CH3OH+H2O+Q甲醇合成塔（R7001）為列管式等溫反應器，管內(nèi)裝有XNC-98型甲醇合成催化劑，管外為沸騰鍋爐水。反應放出大量的熱，通過列管管壁傳給鍋

3、爐水，產(chǎn)生大量中壓蒸汽（3.9MPa飽和蒸汽），減壓后送至蒸汽管網(wǎng)。副產(chǎn)蒸汽確保了甲醇合成塔內(nèi)反應趨于恒定，且反應溫度也可通過副產(chǎn)蒸汽的壓力來調(diào)節(jié)。甲醇合成的工藝流程甲醇合成塔（R7001）出來的合成氣（255℃，4.9MPa），經(jīng)入塔氣預熱器（E7001），甲醇水冷器（E7002A，B），進入甲醇分離器（V7002），粗甲醇在此被分離。分離出的粗甲醇進入甲醇膨脹槽（V7003），被減壓至0.4MPa后送至精餾裝置。甲醇分離器（V7002）分離出的混合氣與新鮮氣按一定比例混合后升壓送至甲醇合成塔（R7001）繼續(xù)進行合成反應。三、甲醇合成主要設備1.甲醇合成塔的設計1.1傳

4、熱面積的確定7傳熱溫差為10℃，傳熱量為68435174.94kJ/h，合成塔內(nèi)的總傳熱系數(shù)取為289.78W/（m2.℃）。由公式Q=kA△Tm得A=Q/（K△Tm）=68435174.94/（3.6×289.78×10）=6362m21.2催化劑用量的確定入塔氣空速12000h-1，入塔氣量3486585.82m3/h，所以，催化劑體積為3486585.82/12000=290.55m3。1.3傳熱管數(shù)的確定傳熱管選用Ф32×2.5，長度9000mm的鋼管，材質(zhì)為00Cr18Ni5Mo3Si2鋼。由公式A=3.14×d×L×n得n=A/（3.14×d×L）=6362/（

5、3.14×9×0.027）=8338其中因要安排拉桿需要減少12根，實際管數(shù)為8326根。1.4合成塔殼體直徑的確定合成塔內(nèi)管子分布采用正三角形排列，管間距a=40mm，殼體直徑：Di=a（b-1）+2L式中：a=40b=1.1×n0.5=1.1×83380.5=100.44L=125mm所以Di=40×（100.44-1）+2×125=4227.807圓整后取為4300mm1.5合成塔殼體厚度的確定殼體材料選用13MNiMoNbR鋼，計算壁后的公式為：S=PcDi/（2[σ]tФ-Pc）式中：Pc-5.14Mpa；Di=4300mm；Ф=0.85[σ]t=190Mpa（取

6、殼體溫度為50℃）S=4300×5.14/（2×190×0.85-5.14）=69.53mm取C2=1mm；C1=1mm，原整后取S=73mm1.6合成塔封頭的確定上下封頭均采用半球形封頭，材質(zhì)選用和筒體相同。封頭內(nèi)徑為4300+2×73=4446，原整后取4500由封頭厚度計算公式：S=PcDi/（2[σ]tФ-0.5Pc）式中：Pc-5.14Mpa；Di=4500mm；Ф=0.85[σ]t=190Mpa（取殼體溫度為50℃）S=4500×5.14/（2×190×0.85-0.5×5.14）=72.18mm取C2=1mm；C1=1mm，原整后取S=76mm，所以封頭為DN

7、4500×76。1.7管子拉脫力的計算7已知Tt>Ts，pt>psTt、Ts分別為管壁溫度和殼壁溫度；pt為管程壓力4.9Mpa；ps為殼程壓力0.74Mpa，所以可知qt與qp的作用力同向，則合拉力q=0.54　　1.9管板的確定管板直徑4300，厚度100mm，管板通過焊接在筒體和封頭之間。1.10支座的確定支座采用裙座，裙座座體厚度為50mm，基礎環(huán)內(nèi)徑4000mm，外徑4500mm，基地腳螺栓公稱直徑M30，數(shù)量為6個。2.水冷器的工藝設計2.1傳熱面積的確定兩股流體的進出口溫度為：熱60.8→40℃冷35