上浮头管壳式甲醇反应器及工艺流程设计说明(精)
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甲醇合成原理方法与工艺图1 煤制甲醇流程示意图煤气经过脱硫、变换,酸性气体脱除等工序后,原料气中的硫化物含量小于0.1mg/m3。
进入合成气压缩机,经压缩后的工艺气体进入合成塔,在催化剂作用下合成粗甲醇,并利用其反应热副产3.9MPa 中压蒸汽,降温减压后饱和蒸汽送入低压蒸汽管网,同时将粗甲醇送至精馏系统。
一、甲醇合成反应机理自CO加氢合成甲醇工业化以来,有关合成反应机理一直在不断探索和研究之中。
早期认为合成甲醇是通过CO在催化剂表面吸附生成中间产物而合成的,即CO是合成甲醇的原料。
但20世纪70年代以后,通过同位素示踪研究,证实合成甲醇中的原子来源于CO2,所以认为CO2是合成甲醇的起始原料。
为此,分别提出了CO和CO2合成甲醇的机理反应。
但时至今日,有关合成机理尚无定论,有待进一步研究。
为了阐明甲醇合成反应的模式,1987年朱炳辰等对我国C301型铜基催化剂,分别对仅含有CO或CO2或同时含有CO和CO2三种原料气进行了甲醇合成动力学实验测定,三种情况下均可生成甲醇,试验说明:在一定条件下,CO和CO2均可在铜基催化剂表面加氢生成甲醇。
因此基于化学吸附的CO连续加氢而生成甲醇的反应机理被人们普遍接受。
对甲醇合成而言,无论是锌铬催化剂还是铜基催化剂,其多相(非匀相)催化过程均按下列过程进行:①扩散——气体自气相扩散到气体一催化剂界面;②吸附——各种气体组分在催化剂活性表面上进行化学吸附;③表面吸附——化学吸附的气体,按照不同的动力学假说进行反应形成产物;④解析——反应产物的脱附;⑤扩散——反应产物自气体一催化剂界面扩散到气相中去。
甲醇合成反应的速率,是上述五个过程中的每一个过程进行速率的总和,但全过程的速率取决于最慢步骤的完成速率。
研究证实,过程①与⑤进行得非常迅速,过程②与④的进行速率较快,而过程③分子在催化剂活性界面的反应速率最慢,因此,整个反应过程的速率取决于表面反应的进行速率。
提高压力、升高温度均可使甲醇合成反应速率加快,但从热力学角度分析,由于CO、C02和H2合成甲醇的反应是强放热的体积缩小反应,提高压力、降低温度有利于化学平衡向生成甲醇的方向移动,同时也有利于抑制副反应的进行。
甲醇合成的工艺流程:水煤浆经新型气化炉加压气化制取的水煤气,经净化处理制得总硫含量小于0.1 ppm,氢碳比(H2-CO2)/(CO+CO2) =2.05~2.15的合格合成气。
经透平压缩机压缩段5级叶轮加压后,在缸内与甲醇分离器来的循环气(40℃,4.6Mpa)按一定比例混合,经过循环段1级叶轮加压至5.20Mpa后,送入缓冲槽中,获得压力为5.15MPa,温度约为60℃的入塔气。
入塔气以每小时528903Nm3的流量进入入塔预热器的壳程,被来自合成塔反应后的出塔热气体加热到225℃后,进入合成塔顶部。
合成塔为立式绝热管壳型反应器。
管内装有NC306型低压合成甲醇催化剂。
当合成气进入催化剂床层后,在5.10MPa,220~260℃下CO、CO2与H2反应生成甲醇和水,同时还有微量的其它有机杂质生成。
合成甲醇的两个反应都是强放热反应,反应释放出的热大部分由合成塔壳侧的沸腾水带走。
通过控制汽包压力来控制催化剂层温度及合成塔出口温度。
从合成塔出来的热反应气体进入入塔预热器的管程与入塔合成气逆流换热,被冷却到90℃左右,此时有一部分甲醇被冷凝成液体。
该气液混合物再经水冷器进一步冷凝,冷却到≤40℃,再进入甲醇分离器分离出粗甲醇。
分离出粗甲醇后的气体,压力约为4.60MPa,温度约为40℃,返回循环段,经加压后循环使用系统。
为了防止合成系统中惰性的积累,要连续从系统中排放少量的循环气体:一部分直接排放至精馏工段,另一部分经水洗塔洗涤甲醇后作为弛放气体送往燃气发电管网,整个合成系统的压力由弛放气排放调节阀来控制。
分离出的粗甲醇和水洗塔塔底排出粗甲醇液体,减压至0.4MPa后,进入甲醇膨胀槽,以除去溶解在粗甲醇中大部分气体,然后直接送往甲醇工段或粗甲醇贮槽。
汽包与甲醇合成塔壳侧由二根下水管和六根汽液上升管连接形成一自然循环锅炉,付产4.0MPa中压蒸汽减压至1.3MPa后送入蒸汽管网。
汽包用的锅炉给水来自锅炉给水总管,温度为104℃,压力为5.0MPa。
上浮头管壳式甲醇反应器及⼯艺流程设计说明上浮头式管壳式甲醇反应器及系统⼯艺设计说明王庆新刘芳赵勇孙宏帅(南京敦先化⼯科技有限公司邮编:210044)1、南京敦先化⼯科技有限公司公司简介南京敦先化⼯科技有限公司是以王庆新为⾸创办的⾼科技股份制企业。
公司主要从事合成氨、甲醇、⼆甲醚、甲醛、甲缩醛、合成氨原料⽓体净化以及甲醇下游产品的技术研发和推⼴⼯作,⽬前拥有近⼆⼗项专利技术,部分专利技术已经成功转化为⼯业装置。
公司与部分院校有着紧密的合作关系。
公司下设计研究所、技术经营部、机械设备加⼯⼚,设备加⼯⼚具有10.0MPa 以下制造资质,⼚房建筑⾯积10000m2。
⾃公司成⽴以来已经为湖北鄂西、河南宝马、河南宝发能源、四川汇丰能源集团、安阳贞元集团等单位提供了合成氨、甲醇、⼆甲醚等技术和专利产品,部分技术已经超越国内同类技术,节能降耗、环保等⽅⾯处于国内领先地位。
公司近两年来主要业绩如下:(1)湖北鄂西化⼯有限公司8万吨/年反应器内件设计及制造;(2)河南宝马化肥⼚15万吨/年低压甲醇反应器设计及制造;(3)河南宝发能源有限公司15万吨/年⼆甲醚系统软件包及反应器的设计和制造;(4)河南宝马化肥⼚科技有限公司25万吨/年低压甲醇反应器设计及制造;(5)四川汇丰能源有限公司30万吨/年低压甲醇软件包及反应器的设计及制造;(6)安阳贞元集团20万吨/年⼆甲醚装置的软件包、⼯程、反应器及部分⾮标设备的设计和制造。
公司主要的业务范围:(1)11.O~22.0MPa的成套氨合成技术、反应器及分离设备内件的设计和制作;(2)22.0~31.4MPa的成套氨合成技术、反应器及净化设备内件的设计与制作;(3)4.5~6.0MPa 的低压联醇、单醇成套合成技术。
并提供低压联醇、单醇反应器及分离设备的设计与制作;(4)12.0MPa中压联醇系统的成套技术、反应器及分离设备内件的设计与制作;(5)合成氨原料⽓精制的成套技术设计,并提供反应器、附属净化设备反应器及分离设备内件的设计与制作;(6)甲醇脱⽔合成⼆甲醚技术,并提供甲醇⽓相脱⽔合成⼆甲醚反应器及塔器的设计与制作,或对⼯程进⾏总包;(7)提供甲醛、甲醛醛全套⼯艺软件包、⼯程设计及⾮标设备的设计和制造,或⼯程总包。
甲醇生产工艺流程(10万吨/年工艺!化工二院设计)本工程以焦炉煤气为原料,选用湿法加干法脱硫,纯氧催化部分氧化转化,低压合成,三塔精馏工艺。
工艺流程简述湿法脱硫:首先将来自焦化厂气柜加压站的粗脱硫煤气(H2S:200mg/Nm3)进入本工程脱硫塔,与塔顶喷淋下来的烤胶脱硫液逆流接触洗涤、补雾段除去雾滴后送至焦炉气压缩气柜。
焦炉气压缩:将来自气柜H2S含量小于20mg/Nm3 、200mmH2O、温度40℃的焦炉气,到一入总油水分离器分离油水,到一段入口缓冲器减压缓冲,进入一段气缸加压至0.23MPa(绝),温度130℃,经一段出口缓冲器减压缓冲,进入一段水冷却器冷却至40℃,一段油水分离器分离油水后,进入二段入口缓冲器减压缓冲,经二段气缸加压至0.491 MPa(绝)温度130℃经二段出口缓冲器减压缓冲,二段水冷却器冷却至40℃,二段油水分离器分离油水后,进入三段入口缓冲器减压缓冲,经三段气缸加压至11.10 MPa (绝),温度130℃经三段出口缓冲器减压缓冲,三段水冷却器冷却至40℃,三段油水分离器分离油水后,进入四段入口缓冲器减压缓冲,经四段气缸加压至2.5 MPa,温度130℃,经四段出口缓冲器减压缓冲,四段水冷却器冷却至40℃,四段油水分离器分离油水后,送精脱硫转化工段。
转化:焦炉气来自压缩机的压力2.5MPa,温度40℃的焦炉气经过过滤器(F61201A/B).过滤器分离掉油水与杂质。
再经预脱硫槽脱除大部分无机硫后去转化工段焦炉气初预热器预热300℃、压力2.5 MPa。
回精脱硫的一级加氢转化器,气体中的有机硫在此进行加氢转化生成无机硫;不饱和烃生成饱和烃。
加氢后的气体进入中温脱硫槽(D61203ABC)脱除绝大部分的无机硫;之后再经过二级加氢转化器(D61205)将残余的有机硫进行转化;最后经过中温氧化锌(D61204AB)把关。
使出口焦炉气中总硫<0.1pp m后送至转化工序。
年产15万吨甲醇工艺设计With an Annual Production Capacity of 150 Thousand Tonsof Methanol Process Design年产15万吨甲醇工艺设计摘要:甲醇是一种极重要的有机化工原料,也是一种燃料,是碳一化学的基础产品,在国民经济中占有十分重要的地位。
近年来,随着甲醇下属产品的开发,特别是甲醇燃料的推广应用[1],甲醇的需求大幅度上升。
为了满足经济发展对甲醇的需求,开展了此15万t/a 的甲醇项目。
设计的主要内容是进行物料衡算、热量衡算和主要设备的计算。
本设计采用低压下利用Lurgi工艺合成甲醇;三塔精馏工艺精制甲醇,并对常压精馏塔进行工艺设计,设计出塔径为1600mm、填料层高度为17800mm、塔高为25640mm的填料精馏塔;此外严格控制三废的排放,充分利用废热,降低能耗,保证人员安全与卫生。
关键词: 工艺流程;甲醇合成;气体精馏With an Annual Production Capacity of 150 Thousand Tons ofMethanol Process DesignAbstract: Methanol is a kind of very important organic raw materials, also a kind of fuel and the basis of chemicals products. Methanol occupies an important position in national economy. With the development of methanol affiliate products, especially the application of methanol fuel [1], the demand of methanol is rising sparkly. In order to meet the need of economic development of methanol, we carry out the project of 150 thousand t/a methanol. The main content of design are material balance, energy balance and the design of main equipment. The Lurgri technique is used for synthesizing methanol; Methanol is refined by three towers distillation process, and this process choose to design the atmospheric distillation tower, which packing column height is 17800mm, the diameter of tower is 1600 mm, the total height is 25640mm; In addition to strictly control the “three waters” emissions, this process make full use of water heat, reduce the energy consumption and safeguard personnel safety and hygiene.Key word: technological process; methanol synthesis; the methanol distillation引言甲醇是当代中国煤制化学品中最具代表性的产品,产能大、使用范围广、后续产品多、大规模生产技术成熟,无疑是煤化工产业最重要的产品。
甲醇合成装置工艺流程及关键控制点分析简介一、装置简介:甲醇合成装置是以煤基合成气为原料,生产满足要求的MTO级甲醇产品和氢气产品。
(1)装置能力:a)MTO级甲醇日产量:5500t,小时产量:229.167t(以100%CH3OH 计)。
b)日输出氢气量:15456 Nm3,小时输出量644Nm3,(以99.5% H2计)。
(2)年操作小时:8000小时。
(3)专利技术来源:装置引进英国DPT(Davy Process Technology)公司的工艺包和JMC(Johnson Matthey Catalyst)催化剂。
(4)装置主要由以下几个工艺单元组成:压缩工序、合成工序、精馏工序、氢回收工序、蒸汽冷凝液回收工序、甲醇裂解制氢二、工艺流程简述2.1压缩工序压缩工序合成气压缩机和循环气压缩机。
来自界区(低温甲醇洗)的煤基合成气~30℃、~5.2MPaG,与膜分离来的富氢气混合后,依次进入合成气分离器、合成气压缩机,并在合成气压缩机中增压到~7.8MPaG。
增压后的合成气进入合成气净化预热器,用蒸汽加热并喷入锅炉给水以水解其中的COS,然后进入合成气净化槽,脱除残留的对合成催化剂有毒害的微量组份。
合成气净化槽中装填有净化催化剂。
2.2 合成工序甲醇合成回路由两个串联在一起的蒸汽上升式反应塔组成。
这种串联方式比传统流程在催化剂与设备投资上要更为经济。
甲醇合成塔为径向流反应器,气体通过装填在壳侧的催化剂,发生甲醇合成反应。
反应器内温度由管内上升的蒸汽控制。
副产蒸汽过热后送出界区。
来自合成气压缩机的净化后的合成气分为两股,其中大部分合成气和循环气混合,经过合成回路1号中间换热器加热后,进入1号甲醇合成塔进行甲醇合成反应。
甲醇合成反应在~280℃、~7.46MPaG下,在催化剂的作用下进行,该反应为放热反应。
主要的两个反应如下:CO + 2H2→ CH3OH + QCO2 + 3H2 → CH3OH + H2O + Q反应热副产~2.1MPaG的中压饱和蒸汽,经1号甲醇合成汽包分离后,进入装置内蒸汽总管。
甲醇的工艺流程目前工业上几乎都是采用一氧化碳、二氧化碳加压催化氢化法合成甲醇.典型的流程包括原料气制造、原料气净化、甲醇合成、粗甲醇精馏等工序.天然气、石脑油、重油、煤及其加工产品(焦炭、焦炉煤气)、乙炔尾气等均可作为生产甲醇合成气的原料.天然气与石脑油的蒸气转化需在结构复杂造价很高的转化炉中进行.转化炉设置有辐射室与对流室,在高温,催化剂存在下进行烃类蒸气转化反应.重油部分氧化需在高温气化炉中进行.以固体燃料为原料时,可用间歇气化或连续气化制水煤气.间歇气化法以空气、蒸汽为气化剂,将吹风、制气阶段分开进行,连续气化以氧气、蒸汽为气化剂,过程连续进行.甲醇生产中所使用的多种催化剂,如天然气与石脑油蒸气转化催化剂、甲醇合成催化剂都易受硫化物毒害而失去活性,必须将硫化物除净.气体脱硫方法可分为两类,一类是干法脱硫,一类是湿法脱硫.干法脱硫设备简单,但由于反应速率较慢,设备比较庞大.湿法脱硫可分为物理吸收法、化学吸收法与直接氧化法三类.甲醇的合成是在高温、高压、催化剂存在下进行的,是典型的复合气-固相催化反应过程.随着甲醇合成催化剂技术的不断发展,目前总的趋势是由高压向低、中压发展.粗甲醇中存在水分、高级醇、醚、酮等杂质,需要精制.精制过程包括精馏与化学处理.化学处理主要用碱破坏在精馏过程中难以分离的杂质,并调节PH.精馏主要是除去易挥发组分,如二甲醚、以及难以挥发的组分,如乙醇高级醇、水等.甲醇生产的总流程长,工艺复杂,根据不同原料与不同的净化方法可以演变为多种生产流程.下面简述高压法、中压法、低压法三种方法及区别高压法高压工艺流程一般指的是使用锌铬催化剂,在300—400℃,30MPa高温高压下合成甲醇的过程.自从1923年第一次用这种方法合成甲醇成功后,差不多有50年的时间,世界上合成甲醇生产都沿用这种方法,仅在设计上有某些细节不同,例如甲醇合成塔内移热的方法有冷管型连续换热式和冷激型多段换热式两大类,反应气体流动的方式有轴向和径向或者二者兼有的混合型式,有副产蒸汽和不副产蒸汽的流程等.近几年来,我国开发了25-27MPa压力下在铜基催化剂上合成甲醇的技术,出口气体中甲醇含量4%左右,反应温度230-290℃.中压法中压法是在低压法研究基础上进一步发展起来的,由于低压法操作压力低,导致设备体积相当庞大,不利于甲醇生产的大型化.因此发展了压力为10MPa左右的甲醇合成中压法.它能更有效地降低建厂费用和甲醇生产成本.例如ICI公司研究成功了51-2型铜基催化剂,其化学组成和活性与低压合成催化剂51-1型差不多,只是催化剂的晶体结构不相同,制造成本比51-1型高贵.由于这种催化剂在较高压力下也能维持较长的寿命,从而使ICI公司有可能将原有的5MPa的合成压力提高到l0MPa,所用合成塔与低压法相同也是四段冷激式,其流程和设备与低压法类似.低压法ICl低压甲醇法为英国ICl公司在1966年研究成功的甲醇生产方法.从而打破了甲醇合成的高压法的垄断,这是甲醇生产工艺上的一次重大变革,它采用51-1型铜基催化剂,合成压力5MPa.ICl法所用的合成塔为热壁多段冷激式,结构简单,每段催化剂层上部装有菱形冷激气分配器,使冷激气均匀地进入催化剂层,用以调节塔内温度.低压法合成塔的型式还有联邦德国Lurgi公司的管束型副产蒸汽合成塔及美国电动研究所的三相甲醇合成系统.70年代,我国轻工部四川维尼纶厂从法国Speichim公司引进了一套以乙炔尾气为原料日产300吨低压甲醇装置(英国ICI专利技术).80年代,齐鲁石化公司第二化肥厂引进了联邦德国Lurge公司的低压甲醇合成装置.编辑本段甲醇的具体生产方法1. 天然气制甲醇的生产方法天然气是制造甲醇的主要原料.天然气的主要组分是甲烷,还含有少量的其他烷烃、烯烃与氮气.以天然气生产甲醇原料气有蒸汽转化、催化部分氧化、非催化部分氧化等方法,其中蒸汽转化法应用得最广泛,它是在管式炉中常压或加压下进行的.由于反应吸热必须从外部供热以保持所要求的转化温度,一般是在管间燃烧某种燃料气来实现,转化用的蒸汽直接在装置上靠烟道气和转化气的热量制取.由于天然气蒸汽转化法制的合成气中,氢过量而一氧化碳与二氧化碳量不足,工业上解决这个问题的方法一是采用添加二氧化碳的蒸汽转化法,以达到合适的配比,二氧化碳可以外部供应,也可以由转化炉烟道气中回收.另一种方法是以天然气为原料的二段转化法,即在第一段转化中进行天然气的蒸汽转化,只有约1/4的甲烷进行反应,第二段进行天然气的部分氧化,不仅所得合成气配比合适而且由于第二段反应温度提高到800℃以上,残留的甲烷量可以减少,增加了合成甲醇的有效气体组分.天然气进入蒸汽转化炉前需进行净化处理清除有害杂质,要求净化后气体含硫量小于0.1mL/m3.转化后的气体经压缩去合成工段合成甲醇.2. 煤、焦炭制甲醇的生产方法煤与焦炭是制造甲醇粗原料气的主要固体燃料.用煤和焦炭制甲醇的工艺路线包括燃料的气化、气体的脱硫、变换、脱碳及甲醇合成与精制.用蒸汽与氧气(或空气、富氧空气)对煤、焦炭进行热加工称为固体燃料气化,气化所得可燃性气体通称煤气是制造甲醇的初始原料气,气化的主要设备是煤气发生炉,按煤在炉中的运动方式,气化方法可分为固定床(移动床)气化法、流化床气化法和气流床气化法.国内用煤与焦炭制甲醇的煤气化——般都沿用固定床间歇气化法,煤气炉沿用UCJ炉.在国外对于煤的气化,目前已工业化的煤气化炉有柯柏斯-托切克(Koppers-Totzek)、鲁奇(Lurge)及温克勒(Winkler)三种.还有第二、第三代煤气化炉的炉型主要有德士古(Texaco)及谢尔-柯柏斯(Shell--Koppers)等.用煤和焦炭制得的粗原料气组分中氢碳比太低,故在气体脱硫后要经过变换工序.使过量的一氧化碳变换为氢气和二氧化碳,再经脱碳工序将过量的二氧化碳除去.原料气经过压缩、甲醇合成与精馏精制后制得甲醇.3.油制甲醇的生产方法工业上用油来制取甲醇的油品主要有二类:一类是石脑油,另一类是重油.原油精馏所得的220℃以下的馏分称为轻油,又称石脑油.以石脑油为原料生产合成气的方法有加压蒸汽转化法,催化部分氧化法、加压非催化部分氧化法、间歇催化转化法等.目前用石脑油生产甲醇原料气的主要方法是加压蒸汽转化法.石脑油的加压蒸汽转化需在结构复杂的转化炉中进行.转化炉设置有辐射室与对流室,在高温、催化剂存在下进行烃类蒸汽转化反应.石脑油经蒸汽转化后,其组成恰可满足合成甲醇之需要.既无需在转化前后补加二氧化碳或设二段转化,也无需经变换、脱碳调整其组成.重油是石油炼制过程中的一种产品,根据炼制方法不同,可分为常压重油、减压重油、裂化重油及它们的混合物.以重油为原料制取甲醇原料气有部分氧化法与高温裂解法两种途径.裂解法需在1400℃以上的高温下,在蓄热炉中将重油裂解,虽然可以不用氧气,但设备复杂,操作麻烦,生成炭黑量多.重油部分氧化是指重质烃类和氧气进行燃烧反应,反应放热,使部分碳氢化合物发生热裂解,裂解产物进一步发生氧化、重整反应,最终得到以H2、CO为主,及少量CO2、CH4的合成气供甲醇合成使用.重油部分氧化法所生成的合成气,由于原料重油中碳氢比高,合成气中一氧化碳与二氧化碳含量过量,需将部分合成气经过变换,使一氧化碳与水蒸气作用生成氢气与二氧化碳,然后脱除二氧化碳,以达到合成甲醇所需之组成.合成后的粗甲醇需经过精制,除去杂质与水,得到精甲醇.4.联醇生产方法与合成氨联合生产甲醇简称联醇,这是一种合成气的净化工艺,以替代我国不少合成氨生产用铜氨液脱除微量碳氧化物而开发的一种新工艺.联醇生产的工艺条件是在压缩机五段出口与铜洗工序进口之间增加一套甲醇合成的装置,包括甲醇合成塔、循环机、水冷器、分离器和粗甲醇贮槽等有关设备,工艺流程是压缩机五段出口气体先进人甲醇合成塔,大部分原先要在铜洗工序除去的一氧化碳和二氧化碳在甲醇合成塔内与氢气反应生成甲醇,联产甲醇后进入铜洗工序的气体一氧化碳含量明显降低,减轻了铜洗负荷,同时变换工序的一氧化碳指标可适量放宽,降低了变换的蒸汽消耗,而且压缩机前几段气缸输送的一氧化碳成为有效气体,压缩机电耗降低.联产甲醇后能耗降低较明显,可使每吨氨节电50kw.h,节省蒸汽0.4t,折合能耗为200万kJ.联醇工艺流程必须重视原料气的精脱硫和精馏等工序,以保证甲醇催化剂使用寿命和甲醇产品质量。
年产20万吨甲醇合成工艺设计(一)概述甲醇作为及其重要的有机化工原料,是碳一化学工业的基础产品,在国民经济中占有重要地位。
长期以来,甲醇都是被作为农药,医药,染料等行业的工业原料,但随着科技的进步与发展,甲醇将被应用于越来越多的领域。
当今甲醇生产技术主要采用中压法和低压法两种工艺,并且以低压法为主,这两种方法生产的甲醇约占世界甲醇产量的80%以上。
高压法:(19.6-29.4Mpa)是最初生产甲醇的方法,采用锌铬催化剂,反应温度360-400℃,压力19.6-29.4Mpa。
高压法由于原料和动力消耗大,反应温度高,生成粗甲醇中有机杂质含量高,而且投资大,其发展长期以来处于停顿状态。
低压法:(5.0-8.0 Mpa)是20世纪60年代后期发展起来的甲醇合成技术,低压法基于高活性的铜基催化剂,其活性明显高于锌铬催化剂,反应温度低(240-270℃)。
在较低压力下可获得较高的甲醇收率,且选择性好,减少了副反应,改善了甲醇质量,降低了原料消耗。
此外,由于压力低,动力消耗降低很多,工艺设备制造容易。
中压法:(9.8-12.0 Mpa)随着甲醇工业的大型化,如采用低压法势必导致工艺管道和设备较大,因此在低压法的基础上适当提高合成压力,即发展成为中压法。
中压法仍采用高活性的铜基催化剂,反应温度与低压法相同,但由于提高了压力,相应的动力消耗略有增加。
目前,甲醇的生产方法还主要有①甲烷直接氧化法:2CH4+O2→2CH3OH.②由一氧化碳和氢气合成甲醇,③液化石油气氧化法(二)原料选取本设计选择中压法为生产甲醇的工艺,用CO和H2在加热压力下,在催化剂作用下合成甲醇主要反应式为:CO+ H2→CH3OH因此原料主要是:CO, H2催化剂:Cu。
(三)工艺过程设计经过净化的原料气,经预热加压,于5 Mpa、220 ℃下,从上到下进入Lurgi反应器,在铜基催化剂的作用下发生反应,出口温度为250 ℃左右,甲醇7%左右,因此,原料气必须循环,则合成工序配置原则为图2-3。
甲醇的工艺流程
《甲醇的工艺流程》
甲醇是一种重要的有机化合物,工业上广泛用于生产塑料、清洁剂、溶剂等。
其生产工艺主要分为合成气制甲醇和天然气制甲醇两种方法。
合成气制甲醇的工艺流程首先需要通过煤气化或重油催化裂解产生合成气,合成气是由一定比例的一氧化碳和氢气组成的混合气体。
接下来,合成气进入催化剂反应器,在高温高压下经过一系列反应产生甲醇。
这个工艺流程需要先将合成气通过变压吸附分离产生纯净气体,再通过催化剂反应生成甲醇并进行再分离提纯。
天然气制甲醇的工艺流程是利用天然气经过蒸汽重整产生合成气,同样通过催化剂反应器生成甲醇。
这种方法相对更简单,但由于天然气的纯度和气体比例不同,工艺参数需要针对天然气成分进行调整。
无论是合成气制甲醇还是天然气制甲醇,工艺流程中都需要经过合成气的制备、催化剂反应生成甲醇、甲醇的提纯等步骤。
同时,工艺流程中还需要考虑能源消耗、催化剂的选择、设备运行稳定性等因素,以确保甲醇产量和质量。
总的来说,甲醇的工艺流程是一个复杂的化学过程,需要精密的操作和控制,以满足工业对甲醇的大量需求。
随着科技的进
步和工艺的改进,甲醇的生产工艺也在不断完善和优化,以提高生产效率和降低成本。
上浮头式管壳式甲醇反应器及系统工艺设计说明王庆新刘芳赵勇孙宏帅(南京敦先化工科技有限公司邮编:2100441、南京敦先化工科技有限公司公司简介南京敦先化工科技有限公司是以王庆新为首创办的高科技股份制企业。
公司主要从事合成氨、甲醇、二甲醚、甲醛、甲缩醛、合成氨原料气体净化以及甲醇下游产品的技术研发和推广工作,目前拥有近二十项专利技术,部分专利技术已经成功转化为工业装置。
公司与部分院校有着紧密的合作关系。
公司下设计研究所、技术经营部、机械设备加工厂,设备加工厂具有10.0MPa以下制造资质,厂房建筑面积10000m2。
自公司成立以来已经为湖北鄂西、河南宝马、河南宝发能源、四川汇丰能源集团、安阳贞元集团等单位提供了合成氨、甲醇、二甲醚等技术和专利产品,部分技术已经超越国内同类技术,节能降耗、环保等方面处于国内领先地位。
公司近两年来主要业绩如下:(1湖北鄂西化工有限公司8万吨/年反应器内件设计及制造;(2河南宝马化肥厂15万吨/年低压甲醇反应器设计及制造;(3河南宝发能源有限公司15万吨/年二甲醚系统软件包及反应器的设计和制造;(4河南宝马化肥厂科技有限公司25万吨/年低压甲醇反应器设计及制造;(5四川汇丰能源有限公司30万吨/年低压甲醇软件包及反应器的设计及制造;(6安阳贞元集团20万吨/年二甲醚装置的软件包、工程、反应器及部分非标设备的设计和制造。
公司主要的业务范围:(111.O~22.0MPa的成套氨合成技术、反应器及分离设备内件的设计和制作;(222.0~31.4MPa的成套氨合成技术、反应器及净化设备内件的设计与制作;(34.5~6.0MPa 的低压联醇、单醇成套合成技术。
并提供低压联醇、单醇反应器及分离设备的设计与制作;(412.0MPa中压联醇系统的成套技术、反应器及分离设备内件的设计与制作;(5合成氨原料气精制的成套技术设计,并提供反应器、附属净化设备反应器及分离设备内件的设计与制作;(6甲醇脱水合成二甲醚技术,并提供甲醇气相脱水合成二甲醚反应器及塔器的设计与制作,或对工程进行总包;(7提供甲醛、甲醛醛全套工艺软件包、工程设计及非标设备的设计和制造,或工程总包。
2、上浮头式管壳式甲醇反应器说明南京敦先化工科技有限公司在日本三菱超转化反应器(SPC基础上开发出一种“上浮头式管壳是甲醇反应器”也称“一种多组空心圆柱床层集合体的反应器,专利号为:ZL 2009 2 0048465.9。
2.1日本三菱甲醇合成超转化率塔(SPC 简要说明日本三菱气体化学公司研制在Lurgi 管壳式甲醇反应器基础上进行改进改进,其结构为:上、下管板仍采用筒体焊接方式,下部增设一个气体隔开冷热气体的内封头冷气体引入内部气管采用软管联接。
单个催化剂床层为双套管结构,催化剂床层外管为φ85×5、内管为φ19×2,催化剂床层厚度为28mm ,催化剂装在内外套管间,冷气通过冷气管与管外催化剂层逆流换热,降低催化剂层底部温度,提高甲醇合成率,管间为沸腾水,副产蒸汽(见上图。
据报道:日产520吨的甲醇合成塔,内径2.4米,内有长15米的双套管462根,外管为 85mm ×5mm ,内管为 19mm ×1.5mm ,换热面积2123m 2,总重180吨,内外套管间装催化剂28 m 3,操作压力11Mpa ,进塔气先预热到150℃,入塔后分布到各双套管的内管中,吸收管外套管间的反应热,预热至反应温度220℃后进入套管间的催化剂层反应,热点温度250℃左右,反应热同时被内管中冷气和外管外壳程间的沸腾水移走,出催化剂层温度为213℃左右,在11.2MPa ,空速11000Nm 3/h 下。
出塔气中甲醇含量8.6%。
三菱公司认为SPC 有着比Lurgi 等温合成塔低的循环比和比Lurgi 合成塔更高的单程转化率,如果采用两种寿命长、活性高和耐热性好的铜基催化剂,合成塔出口甲醇可高达12%以上。
SPC 双套管内径75mm 比Lurgi 列管合成塔 34或40大得多,管数少得多,故装卸催化剂容易,SPC 外管受压壁厚,比列管式机械强度好,内管、软管和隔板为不受压部件。
SPC 由于上下管板仍然采用与筒体焊接方式,催化剂床层与壳体之间的热应力没有消除,随着塔高度的增加同样会出现壳体材料疲劳现象、造价较高等缺陷。
2.2上浮头式管壳式反应器结构说明 2.2.1改进部分说明南京敦先化工科技有限公司针对SPC 存在的缺陷进行以下优化设计:(1上部设置一个内封头,内封头与上关板连接,上管板与外部壳体之间留有一定环隙,使内封头、上管、催化剂床层受热后上下自由活动,很好得消除应力;(2上部设置一个DN650的催化剂装填口,在内封头上设置一个φ650×δ催化剂装气水日本三菱化学公司超级合成塔气蒸汽和水温度℃甲醇浓度 m o l %填管,并在个φ650×δ催化剂装填管内部设置一个盲板,在催化剂装填好后采取焊接密封,确保水与气之间密封安全可靠;(3在催化剂床层外管下部设一短节,内部φ19气体管道通过一个900弯头焊接在在下部短节上,很巧妙得解决了冷气体导入φ19×2管内的问题。
2.2.2结构说明上浮头管壳式反应器由上外封头、上内封头、上管板、催化剂床层外管、催化剂床层内管、下管板、下内封头、下外封头、筒体等部件组成。
下管板与筒体、催化剂床层外管及下部外封头连接在一起,设备整体、水和催化剂的重量全部支撑在下管板及外下封头上。
内部上封头与上管板、催化剂床层外管相连接,但与外筒、上部外封头不连接,催化剂床层外管受热后连同上管板、内部上封头一起向上膨胀延伸。
催化剂床层内部设有导气管,导气管与催化剂床层外管之间形成空心圆柱形催化剂床层。
催化剂外管与筒体之间形成水腔体,水腔体内装满移热的水。
下封头设有气体进口a1~2、反应后气体出口b、催化剂自卸口e1~2,筒体下部设有软水进口c1~8、筒体上部及外部上封头设有蒸汽出口d1~ 810。
上封头的上部设有直径为650mm的直筒体及可以移动的封头,催化剂装填由上部装入。
上浮头式甲醇反应器结构示意图及部分部件结构示意图如:单个催化剂床层结构示意图反应器下管板与内封头、催化剂外管和筒体之间结构示意图2.3气体内部工艺流程图说明内部工艺流程:气体由下部封头a1~2口进入,经过下部内封头与外封头之间环隙进入冷气体分布室,在分布室内分别进入催化剂床层内部导气管内,边换热边向上流动,气体由导气管上部出来然后转180º进入到空心圆柱形催化剂床层进行反应,反应放出的热量由催化剂床层外管的水移走,并副产蒸汽。
反应后的气体进入内封头,然后由下部出气管导出甲醇反应器。
2.4上浮头管壳式反应器优点:(1采用水、气同时移热技术,单程转化率高、循环比小、副产蒸汽量大:本反应器催化剂床层为“空心圆柱形”结构,内部采用气体间接移热、外部全部埋在沸腾水中。
同样甲醇生产能力,换热面积是其它水移反应器的1.2~1.38倍,是国内目前移热能力最强的反应器。
副产蒸汽量可以达到1.38t/tCH3OH,比国内其它低压甲醇反应器多副产0.17~ 0.38 t/tCH3OH,循环比控制在3.2~4.0范围;(2单程转化率高:催化剂床层下部1/3的催化剂床层,外部与不饱和水接触、内部与150~160℃的冷气接触,可以是下部1/3部分的催化剂床层温度控制在215~225℃之间,利于CO+H2→CH3OH+Q放、CO2+H2→CH3OH+Q放的化学反应向正反应方向进行,利于提高单程转化率,确保醇净值在6.5%以上。
催化剂床层反应温度与床层高度曲线图如下图:270℃260℃250℃240℃230℃220℃210℃200℃0.5m1.0m1.5m2.0m2.5m3.0m3.5m4.0m4.5m5.0m5.5m6.0m6.5m7.0m7.5m8.0m8.5 m(3工程投资低:国内“反Lurgi”反应器由于管或板内走水、管或板外装填催化剂,反应器由内件和壳体组成,造成整台反应器造价高,还需要设置可以起吊反应器内件的框架;由于水侧流动通径小、阻力大,需要将气包设置较高位置;另外,催化剂装填量大、生产费用高。
而本公司开发的上浮头管壳式反应器与“Lurgi”式类似,但在用材上选用国内普通材质:如壳体部分为Q345R、催化剂管为0Cr18Ni9,同规模的设备仅为“Lurgi”式价格的2/3~4/5。
(4很好解决了热应力问题、提高设备使用寿命:上管板、上部内封头是可以向上移动的整体,在催化剂外管受热后向上膨胀时,上管板、内封头也向上移动,产生的应力在上部DN650催化剂装填口处自由向上移动。
避免了管壳式反应器造成筒体裂或管板裂的现象;(5结构简单、不存在技术难题:本反应器催化剂床层是由数个“空心圆柱形”催化剂床组成,如同管壳式反应器采用Φ38、Φ42管子装填催化剂一样,单根成熟,由数根组成的集合体也是成熟的,根本不存在技术难题,很容易实现装置放大。
而本反应器的“空心圆柱形”催化剂床的厚度26~28mm之间,从计算、设计等方面要比“反Lurgi”简单得多,而且非常成熟;(6水与气之间密封最安全:如上部结构示意图,水与气之间采用焊接密封,在催化剂装填好后,将盲板放上,采用焊接密封,确保水与气之间密封安全;下部气与气之间压差仅有0.2MPa的压差,冷热气体之间采用填料密封,非常安全。
(7气体分布均匀、有效提高催化剂利用率:气体出换热管后与其它换热管过来的气体充分混合,在上部较大空间内,气体流速降低,然后返折180º。
因此,对气体分布而言是最好的;(8热水采取自然循环、减少运行费用:热水为自然循环,比现有“反Lurgi”反应器分别节省12.93kwh/tHO3OH、15.61kwh/tHO3OH的动力消耗;(9设备为一整体结构、使用寿命长,降低维修费用:设备结构合理、热应力消除好,材料优于同类型产品,设备为三类压力容器厂家整体制造,便于整台设备质量控制,确保设备在20年内免维修!杜绝了“反Lurgi”单位8年就需要更换一次甲醇反应器内件的现象!主要技术参数如下表(10易于实现装置大型化:我们采用同样φ4100设备内径,分别按照φ38、φ44、φ80(内部采用φ18的导气管的管径来布管:分别得出参数如下表:序号主要参数名称布φ38×2催化剂管布φ44×2催化剂管布φ80×3催化剂管(中心放置φ18×1.5管1 布管数6325 4783 16462 催化剂床层截面积m25.7396.007 6.6573 催化剂床层有效高度m6.57.08.54 同样阻力状态下催化剂装填量m341.26 46.007 65.665 床层换热面积m24905.54 4625.73 4600.87625万吨床层阻力MPa0.12 0.12 0.12我们从上表可以明显看出:(a同样布管圆,选择大管子作为催化剂管,换热面积下降,但催化剂床层通径截面积增大,可以增加催化剂床层高度来满足换热面积。