浅谈年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计

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1、浅谈年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计　　以投资成本，生产成本，产品收率为依据，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，其主要反应式为：CO+H2→CH3OH经过净化的原料气，经预热加压，于5Mpa、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。甲醇的合成是可逆放热反应，为使反应达到较高的转化率，应迅速移走反应热，本设计采用Lurgi管壳式反应器，管程走反应气，壳程走4MPa的沸腾水。一、甲醇合成塔的选择甲醇合成反应器实际是甲醇合成系统中最重要的设备

2、。从操作结构，材料及维修等方面考虑。借鉴大型甲醇合成企业的经验，（大型装置不宜选用激冷式和冷管式），设计选用固定管板列管合成塔。二、甲醇合成工艺流程7来自脱碳装置的新鲜气（40℃，3.4MPa）与循环气一起经甲醇合成气压缩机（C7001）压缩至5.14MPa后，经过入塔气预热器（E7001）加热到225℃，进入甲醇合成塔（R7001）内，甲醇合成气在催化剂作用下发生如下反应：CO+2H2=CH3OH+QCO2+3H2=CH3OH+H2O+Q甲醇合成塔（R7001）为列管式等温反应器，管内装有XNC-98型甲醇合成催化剂，管外为沸腾锅炉水。反应放出大量的热，通过列管管壁传给锅

3、炉水，产生大量中压蒸汽（3.9MPa饱和蒸汽），减压后送至蒸汽管网。副产蒸汽确保了甲醇合成塔内反应趋于恒定，且反应温度也可通过副产蒸汽的压力来调节。甲醇合成的工艺流程甲醇合成塔（R7001）出来的合成气（255℃，4.9MPa），经入塔气预热器（E7001），甲醇水冷器（E7002A，B），进入甲醇分离器（V7002），粗甲醇在此被分离。分离出的粗甲醇进入甲醇膨胀槽（V7003），被减压至0.4MPa后送至精馏装置。甲醇分离器（V7002）分离出的混合气与新鲜气按一定比例混合后升压送至甲醇合成塔（R7001）继续进行合成反应。三、甲醇合成主要设备1.甲醇合成塔的设计1.1传

4、热面积的确定7传热温差为10℃，传热量为68435174.94kJ/h，合成塔内的总传热系数取为289.78W/（m2.℃）。由公式Q=kA△Tm得A=Q/（K△Tm）=68435174.94/（3.6×289.78×10）=6362m21.2催化剂用量的确定入塔气空速12000h-1，入塔气量3486585.82m3/h，所以，催化剂体积为3486585.82/12000=290.55m3。1.3传热管数的确定传热管选用Ф32×2.5，长度9000mm的钢管，材质为00Cr18Ni5Mo3Si2钢。由公式A=3.14×d×L×n得n=A/（3.14×d×L）=6362/（

5、3.14×9×0.027）=8338其中因要安排拉杆需要减少12根，实际管数为8326根。1.4合成塔壳体直径的确定合成塔内管子分布采用正三角形排列，管间距a=40mm，壳体直径：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圆整后取为4300mm1.5合成塔壳体厚度的确定壳体材料选用13MNiMoNbR钢，计算壁后的公式为：S=PcDi/（2[σ]tФ-Pc）式中：Pc-5.14Mpa；Di=4300mm；Ф=0.85[σ]t=190Mpa（取

6、壳体温度为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合成塔封头的确定上下封头均采用半球形封头，材质选用和筒体相同。封头内径为4300+2×73=4446，原整后取4500由封头厚度计算公式：S=PcDi/（2[σ]tФ-0.5Pc）式中：Pc-5.14Mpa；Di=4500mm；Ф=0.85[σ]t=190Mpa（取壳体温度为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，所以封头为DN

7、4500×76。1.7管子拉脱力的计算7已知Tt>Ts，pt>psTt、Ts分别为管壁温度和壳壁温度；pt为管程压力4.9Mpa；ps为壳程压力0.74Mpa，所以可知qt与qp的作用力同向，则合拉力q=0.54　　1.9管板的确定管板直径4300，厚度100mm，管板通过焊接在筒体和封头之间。1.10支座的确定支座采用裙座，裙座座体厚度为50mm，基础环内径4000mm，外径4500mm，基地脚螺栓公称直径M30，数量为6个。2.水冷器的工艺设计2.1传热面积的确定两股流体的进出口温度为：热60.8→40℃冷35