甲醇精制工段

内蒙古工业大学本科课程设计说明书0课程设计说明书题目：40wt煤制烯烃设计—甲醇精制工段学生姓名：唐文静学院：化工学院班级：化学工程与工艺09-1班指导教师：刘俞辰二O一三年五月二十二日学校代码：10128学号：200910508017内蒙古工业大学本科课程设计说明书1目录第1章总论·····················································01.1产品简介....................................................21.2设计依据....................................................21.2设计指导思想................................................3第2章工艺技术路线的选择········································52.1全场工艺流程选择............................................52.2甲醇精制工艺流程选择依据与原则..............................52.2.1甲醇精制现有生产方法..................................62.2.2双塔精馏和三塔精馏产工艺流程的对比.....................62.2.3双塔精馏和三塔精馏产工艺耗能的对比.....................6第3章甲醇精制工段物料和热量衡算································93.1甲醇精馏工段的物料衡算的计算依据............................93.2甲醇精馏工段的物料衡算的计算过程............................93.2．1预塔物料衡算..........................................93.2．2加压塔物料衡算.......................................123.2．3常压塔物料衡算.......................................13第4章甲醇精制工段工艺流程简述····································144.1三塔精馏工艺流程简介.......................................144.2三塔精馏工艺流程简图.......................................14参考文献...........................................................15心得体会··························································16致谢······························································17内蒙古工业大学本科课程设计说明书2第1章总论1.1产品简介在煤的清洁高效利用中，煤制烯烃是公认和可行的发展方向，其中甲醇制烯烃是在世界范围内目前尚未实现工业化应用的关键技术，已经成为发展新型煤化工的瓶颈。2009年10月9日，“流化床甲醇制丙烯工业技术开发项目”工业试验装置在安徽淮南开车成功，装置经过470小时满负荷连续运行，获得了预期成果，并于11月27日通过了由中国石油和化学工业协会组织的成果鉴定。烯烃作为重要的化工原料，作为石油化工核心产品，被称为“石化工业之母”。乙烯产量已成为衡量一个国家石油化工发展水平的标志，其生产能力被看作是一个国家经济实力的体现。1962年我国首套乙烯生产装置在兰州化学工业公司诞生，经过四十年的发展，我国目前已建成乙烯生产装置20套。但随着我国GDP的快速增长，未来一段时期国内烯烃产品仍将供不应求。乙烯产品直接繁衍和带动发展塑料深加工、橡胶制品、纺织、石蜡深加工、助剂加工、包装材料、建设材料、化工机械制造、工程建筑、运输、餐饮服务等产业。大到航空航天，小到吃饭穿衣，它与国民经济、人民生活息息相关。一个年产量百万吨级乙烯项目，除本身直接提供数目庞大的就业岗位外，还通过发展配套产品和深加工产品，建立起覆盖性的新兴加工产业。初步测算可增加就业岗位五万余个。传统的烯烃产品，如乙烯、丙烯的制取路线，主要是通过石脑油裂解生产的，其缺点是过分依赖石油。1.2设计依据据权威机构预测，到2009年，全球乙烯需求量年均增长500万吨；我国乙烯当量消费2010年将达到2500万吨，2015年达3000万吨以上。20世纪60年代初，美国乙烯年产量就达200多万吨，到20世纪70年代后期更是激增到了2000万吨。而当时我国大陆的乙烯年生产能力仅为6万吨/年。1983年我国30万吨/年，大乙烯工程在大庆石化、齐鲁石化、扬子石化、上海石化建成投产后，我国乙烯工业迈上新台阶。2003年以来，国际原油价格一路攀升，随着国际油价升高，乙烯生产成本内蒙古工业大学本科课程设计说明书3大幅度提高。以储量丰富、价格低廉的煤炭为原料生产乙烯及其衍生化工产品前景看好。根据国际能源机构的统计，石油、天然气、煤炭三种主要一次能源，其全球剩余储量可供世界利用的时间分别为40年、50年和240年。1.3设计指导思想煤制烯烃包括煤气化、合成气净化、甲醇合成及甲醇制烯烃四项核心技术。主要分为煤制甲醇、甲醇制烯烃这两个过程。而其中煤制甲醇的过程占了煤气化、合成气净化、甲醇合成这三项核心技术。煤制烯烃首先要把煤制成甲醇，煤制甲醇技术也就是煤制烯烃技术上的核心。而煤制甲醇的过程主要有4个步骤：首先将煤气化制成合成气；接着将合成气变换；然后将转换后的合成气净化；最后将净化合成气制成粗甲醇并精馏，最终产出合格的甲醇。煤炭、石油、天然气探明储量分别占中国化石能源探明储量的94%、5.4%、0.6%，比较而言，我国煤炭资源更为丰富。近两年来，国内大型煤炭企业、富产煤炭的地区都在规划建设大型煤化工项目。尤其是煤经甲醇制烯烃项目，以其原料易得、成本低廉、环境友好和竞争力强等优势，正在引起相关行业的广泛关注。自从1993年我国成为石油净进口国之后，进口石油的比重不断加大，2007年达到了16317万t，石油对外依存度达到47.2%。我国石油缺口逐年增大，对能源的安全供应、国民经济的平稳运行以及社会的可持续发展构成了严重威胁。因此，从煤化工中获得乙烯、丙烯显得非常重要。截止2008年底，煤气化、合成气净化和甲醇合成技术均已实现商业化，有多套大规模装置在运行，甲醇制烯烃技术已日趋成熟，具备工业化条件。甲醇转化制烯烃单元除反应段的热传递方向不同之外，其他都与目前炼油过程中成熟的催化裂化工艺过程非常类似，且由于原料是单一组分，更易把握物性，具有操作条件更温和、产物分布窄等特点，更有利于实现过程化。轻烯烃回收单元与传统的石脑油裂解制烯烃工艺中的裂解气分离单元基本相同，且产物组成更为简单，杂质种类和含量更少，更易于实现产品的分离回收。因此在工程实施上都可以借鉴现有的成熟工艺，技术风险处于可控范围。在工艺技术路线上，煤制烯烃与炼油行业的催化裂化差不多，中国国内是有把握解决的。煤制烯烃问题不在工艺上，而在催化剂上。目前催化剂的长周期运内蒙古工业大学本科课程设计说明书4转的数据并没有出来，催化剂的单程转化率、收率、副产物的组成，催化剂、原材料和公用工程的消耗定额、催化剂衰减的特性曲线、废催化剂的毒性和处理、催化剂制备的污水组成和数量、整个装置单程和年连续运行的时间、废液废气的排放等多项重要数据目前没有公布，因此，大规模工业化可能还要过段时间。甲醇是煤制烯烃工艺的中间产品，如果甲醇成本过高，将导致煤制烯烃路线在经济上与石脑油路线和天然气路线缺乏竞争力，此外，MTO需要有数量巨大且供应稳定的甲醇原料，只有煤制甲醇装置与甲醇制烯烃装置一体化建设才能规避原料风险。因此，在煤炭产地附近建设工厂，以廉价的煤炭为原料，通过大规模装置生产低成本的甲醇，使煤制烯烃工艺路线具有了经济上的可行性。内蒙古工业大学本科课程设计说明书5德士古气化低温甲醇洗Lurgi合成甲醇精馏甲醇制烯烃粉煤水蒸气乙烯第2章工艺技术路线的选择2.1全场工艺流程选择我们的课程设计题目为40万吨煤制烯烃，煤气化工段采用的是德士古水煤浆气化工艺；合成气净化采用的是低温甲醇洗linde工艺（五塔）；甲醇合成采用的是lurgi低压合成甲醇工艺；甲醇精制采用的是三塔精馏；甲醇制烯烃采用的是MTO工艺。全厂工艺流程框图如下：煤炭是我国的基础能源和重要原料，在国民经济和社会发展中具有重要的战略地位。煤气化技术是煤炭清洁转化的核心技术之一，是发展煤基化学品(氨、甲醇、二甲醚等)、煤基液体燃料、先进的1GCC发电、多联产系统、制氢、燃料电池等过程工业的基础，是这些行业的共性技术、关键技术和龙头技术。我所设计的工段是甲醇精制工段，本工段采用的是三塔精馏。2.2甲醇精制工艺流程选择依据与原则甲醇在世界基础有机化工原料中，消费量仅次于乙烯、丙烯和苯，居第四位，在化工、医药、轻工、纺织等行业具有广泛的用途，具有举足轻重的作用。随着我国国民经济的高速发展、甲醇衍生物及下游产品生产的迅速发展和甲醇燃料的应用，甲醇需求量越来越大，2004年全国甲醇总产量为440万吨，比2003年同比增长22.8％，2005年我国的甲醇消费量超过了600万吨，并逐年递增。在以CO和H2为原料合成甲醇过程中，无论采何种工艺生产都会不同程度地发生一些副反应，产生除甲醇以外的其它杂质，同时由于二氧化碳的存在，会有相当量的水生成。为了获得高纯度、高质量的甲醇产品，甲醇精馏成为甲醇生产企业的重要后处理工序，其能耗约占甲醇总能耗的20％。甲醇精馏的目的,就是实现甲内蒙古工业大学本科课程设计说明书6醇与水及有机物等杂质的分离,生产出合格的精甲醇产品，这一工序的能耗高低对甲醇产品的成本有重要影响。如何提高甲醇的质量、降低能耗关系到每个企业争生存、求发展、取得更高经济效益的大事。2.2.1甲醇精制现有生产方法目前我国使用较广泛的是双塔精馏、三塔精馏、四塔精馏流流程工艺，本文主要从工艺角度和节能角度对粗甲醇的双塔精馏和三塔精馏工艺的应用进行比较和分析。目前我国在甲醇生产过程中主要使用的甲醇精馏技术有双塔精馏和三塔精馏工艺。2.2.2双塔精馏和三塔精馏产工艺流程的对比一、双塔精馏工艺该流程为我国以前老的甲醇装置中采用较广的一种精馏流程。粗甲醇先经预精馏塔，经预精馏后的含水甲醇直接由泵输送经热交换器后再至主精馏塔，最终在主精馏塔将水与甲醇、重组分及参与轻组分进行有效分离，得到精甲醇产品。生产实践证明双塔精馏流程简单、操作方便、运行稳定，能满足甲醇生产要求。二、三塔精馏工艺三塔精馏是目前甲醇生产装置应用最广泛的精馏工艺。粗甲醇按次序分别进入预精馏塔、加压塔和常压塔逆行精馏，大部分轻组分在预精馏塔去除，加压塔和常压塔均采出产品，约各占一半。三塔精馏具有精馏能耗低、操作稳定、产品质量好等突出优点，但操作相对比较复杂。2.2.3双塔精馏和三塔精馏产工艺耗能的对比一、双效精馏能源利用精馏是简单蒸馏的组合，蒸馏操作系基于混合物中各组分在相同温度条件下，具有不同的挥发度，当混合液被加热到沸腾以后，将气相进行冷凝，其冷凝液组成与原来的混合液不同，其中易挥发组分较以前增加，然后将冷凝液继续加热蒸发。如此不断汽化、冷凝操作，最后使混合液中的组分几乎以纯组分被分离出来。内蒙古工业大学本科课程设计说明书7常温、常压下，甲醇是易挥发和易燃烧的无色液体，纯甲醇的沸点为64.7℃，杂质的沸点有高有低，低于甲醇沸点的为轻馏分，高于甲醇沸点的为重馏分。一般情况下，甲醇中所含轻馏分杂质主要为二甲谜、乙醛、丙酮等，约占粗甲醇重量的1％，重馏分主要为水、异丁醇、异丁醚等，约占粗甲醇重量的4～5％。这些杂质只有通过精馏去除，