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1、课程设计说明书题目：40wt煤制烯煌设计一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。一三年五月二十二日目录第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5内蒙古工业大学本科课程设计说明书实用文档2.1 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 双塔精储和三塔精储产工艺流程的对比62.2.3双塔精储和三塔精储产工艺耗能的对比6第3章甲醇精制工段物料和热量衡算93.1甲醇精储工段的物料衡算的计算依据93.2甲醇精储工段的物料衡算的计算过程93.2
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 三塔精储工艺流程简介144.2 三塔精储工艺流程简图14参考文献15心得体会16致谢17第1章总论1.1产品简介在煤的清洁高效利用中，煤制烯燃是公认和可行的发展方向，其中甲醇制烯燃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。烯烧作为重要的化工原料，
3、作为石油化工核心产品，被称为“石化工业之母二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，我国目前己建成乙烯生产装置20套。但随着我国GDP的快速增长，未来一段时期国内烯燃产品仍将供不应求。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
4、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。传统的烯燃产品，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3OOO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
5、路攀升，随着国际油价升高，乙烯生产成本大幅度提高。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始包括煤气化、合成气净化、甲醇合成及甲醛制烯煌四项核心技术。主要分为煤制甲醇、甲醇制烯燃这两个过程。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。煤制烯煌首先要把煤制成甲醇，煤制甲醵技术也就是煤制烯烧技术上的核心。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；
6、最后将净化合成气制成粗甲醇并精储，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烧项目，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16317万3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
7、要。截止2008年底，煤气化、合成气净化和甲醵合成技术均已实现商业化，有多套大规模装置在运行，甲醇制烯煌技术已日趋成熟，具备工业化条件。甲醇转化制烯燃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。轻烯煌回收单元与传统的石脑油裂解制烯燃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，煤制烯燃与炼油行业的催化裂化差不多，中国国内是有把
8、握解决的。煤制烯煌问题不在工艺上，而在催化剂上。目前催化剂的长周期运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。甲醇是煤制烯燃工艺的中间产品，如果甲醇成本过高，将导致煤制烯煌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煌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
9、的煤炭为原料，通过大规模装置生产低成本的甲醇，使煤制烯燃工艺路线具有了经济上的可行性。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40万吨煤制烯烧，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Iinde工艺（五塔）；甲醇合成采用的是IUrgi低压合成甲醇工艺；甲醇精制采用的是三塔精微；甲醇制烯煌采用的是MTO工艺。全厂工艺流程框图如下：粉煤德士古气化-低温甲醇洗LUrgi合成一甲醇精储*甲醉制烯燃一乙烯水蒸气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
10、、二甲醛等）、煤基液体燃料、先进的IGCC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储。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
11、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，甲醇精馀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%。甲醇精储的目的，就是实现甲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储、三塔精储、四塔精储流流程工艺，本文主要从工艺角度和节能角度对粗甲醉的双塔精微和三塔精
12、僧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锵技术有双塔精保和三塔精储工艺。222双塔精储和三塔精馈产工艺流程的对比一、双塔精储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微流程。粗甲醇先经预精僧塔，经预精馀后的含水甲醇直接由泵输送经热交换器后再至主精僧塔，最终在主精储塔将水与甲醇、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微流程简单、操作方便、运行稳定，能满足甲醇生产要求。二、三塔精僧工艺三塔精储是目前甲醇生产装置应用最广泛的精储工艺。粗甲醇按次序分别进入预精储塔、加压塔和常压塔逆行精锚，大部分轻组分在预精储塔去除，加压塔和常压塔均采出产
13、品，约各占一半。三塔精储具有精偏能耗低、操作稳定、产品质量好等突出优点，但操作相对比较复杂。223双塔精储和三塔精储产工艺耗能的对比一、双效精储能源利用精储是简单蒸储的组合，蒸播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。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馀分，高于甲醇沸点的为重储分。一般情况下，甲醇中所含轻储分杂
14、质主要为二甲谜、乙醛、丙酮等，约占粗甲醇重量的1%,重储分主要为水、异丁醛、异丁醛等，约占粗甲醛重量的45%。这些杂质只有通过精馈去除，才能得到质量符合要求的精甲醇。双效精馀的原理是重复利用给定数量的能量来提高精储设备的热效率。精储系统由不同操作压强的塔组成，利用较高压力的塔顶蒸汽作为相邻压力较低的精储塔再沸器的热源，而较低压力精僧塔的再沸器即为较高压力精馀塔的冷凝器。塔顶蒸汽的汽化潜热被系统本身回收利用，节省了低压精储塔的再沸器加热蒸汽，同时循环冷却水的用量也减少了，因此在较大程度上节约了能源。二、双效精馆与三塔精饵的耗能比较（一）从投资、能耗等指标对双塔精储流程和三塔精储流程进行比较分析，
15、判断两种精储工艺的优缺点可知：1、塔径的变化与生产规模不成比例，与塔的结构型式等因素有关。2、三塔流程比双塔流程增加了一个塔系统投资也必然增加。即在设备材质相同，塔结构、塔板数和板间距不变的情况下，塔径可以作为衡量塔设备投资的表征因素。两种流程预精饶!塔操作条件相同，故塔径相同。由于三塔流程中的加压精储塔采用了加压操作，并从塔顶采出部分精甲醇产品，只有塔底甲醇和水进入常压塔，所以规模相同时三塔流程中的两个主精储塔塔径均小于双塔流程主塔塔径。（二）双塔流程与三塔流程在不同规模下的甲醇精馈装置能耗比较可得出出：（1）两种流程中预精循塔的分离要求及操作条件完全相同，所以能耗相（2）不论是三塔流程，还
16、是双塔流程，单位时间所耗用的冷却水量以及消耗的蒸汽量与生产规模成正比，即同一流程不同规模的吨甲醇能耗是相同的。（3）规模相同时三塔流程所用的冷却水量和蒸汽量大大小于双塔流程。经分析可得原因如下：（1）三塔精微流程中的常压塔塔釜再沸器加热所需热量为加压塔塔顶蒸汽的冷凝热，不需外界供热，从而降低了热能消耗；（2）三塔流程加压塔和常压塔的回流量之和较双塔流程中主精僧塔的回流量小，因此耗用的蒸汽量及冷却水量均相对较小，说明三塔流程是一种节能型工实用文档艺。表中数据显示，规模越大节能效果越显著。(三)综合比较综前所述，与双塔流程相比，三塔流程利用蒸汽潜热的多重效用，充分达到节能的目的，但其总投资增加。为
17、了正确评价流程的经济性能，应比较分析两种流程的综合技术经济指标，可见：(1)虽然规模相同的三塔流程的投资有所增加，但由于能耗大幅度下降，操作费用也显著降低；(2)正如前面能耗及投资的比较所证明，由于同一流程设备投资增加的幅度较生产规模增加的幅度小得多，而吨甲醇能耗保持不变，所以同一流程投资的回收期随着生产规模的增加而缩短；(3)以100kt/a甲醇的三塔流程精馈装置为例，其较同一规模的双塔流程增加的那部分投资的回收期为0.25年，即约三个月，三塔流程增加的投资就可被收回。显然，总投资的回收期三塔流程较双塔流程短。三、结论综上所述，三塔流程较双塔流程复杂，但操作费用及能耗较双塔流程低，从长远角度
18、看，应更有优势。根据双效多精储原理，要实现两塔的热量用，必须满足加压塔塔顶怖份的露点温度大于常压塔塔底液的泡点温度。但应注意：两主精储塔的压力差既不能太小，否则会导致冷凝器、再沸器的换热面积过大；也不能太大，若加压塔压力过高，塔的强度要求势必要提高，投资费用必然增加，还必须提高加压塔进料泵的功率，这样就会降低三塔流程的节能效果。可见，必须优化设计三塔流程甲醇精储系统。只有综合考虑所分离物系的具体特性、投资与能耗等因素，并结合企业自身的生产条件和要求，才能找到可靠、经济的甲醇精储工艺方案。综合考虑能耗和投资等因素，对于大、中型甲醇精储装置，三塔精储工艺更具有优越性；而对于小规模甲醇精储装置，简单
19、成熟的双塔流程是比较合理的选择。结合我公司实际情况，30kta甲醇精储采用双塔流程，而150kta甲醇精馀选用三塔流程，是合理的选择。实用文档第3章甲醇精制工段物料和热量衡算3.1甲醇精储工段的物料衡算的计算依据一、以1小时为基准计算，由低温甲醇洗工段可知粗甲醇进料量1798.304攸/二、粗醇组分其中微量且对精馈无影响组分及含量忽略，如甲烷、负、氧气、氮气等组分。故：甲醇含量：80.63%水含量:0.66%轻馈分含量：12.51%初储物：6.95%精甲醇耗碱0l%g/IoooAg将烧碱配成含NaOH2%5%溶液连续加入预塔入料中，预塔排出的轻溜组分占粗醇加入量的15%,在预塔排出物的分储物占
20、总溜物的60%,在常压塔排出的初储物占总溜物的40%。3.2甲醇精储工段的物料衡算的计算过程3.2.1预塔物料衡算一、入料量甲醇量二粗醇含醇量+稀醇（萃取水）含醇量粗醇含量=1798.304X0.8063%=1449.97Ag稀醇（萃取水）含醇量=1798.304x0.15X0.1=26.97g甲醇量二1449.97+26.97=1476.97版水量二粗甲醇含水+稀醇含水+碱液含水粗甲醇含水二1798.3040.066=118.69%g稀醇含水二1798.3040.15（l-0.1）=242.77超碱液带入水量二碱液量X碱液含水量内蒙古工业大学本科课程设计说明书实用文档加入的碱量二甲醇量X每吨
21、甲醇的耗量二1798.3040.11000=0.179陶碱液以3.5%MOH溶液记碱液量二0.17980.035=54kg碱液带入水量二5.14(1-0.035)=4.96kg7K量=118.69+242.77+4.96=366.42检轻微分量二粗甲醇量X轻馅分含量=1798.3040.1251=224.97版初储物(预塔排出的初储物占总出储物的60%)初储物二粗甲醇量X初储物含量0.6=1798.3040.6X0.0695=74.989彷二、出料量甲醇二粗甲醇含量+稀醇含醇量=1449.97+26.97=1476.94彷水二粗醇含水量+稀醇含水量+碱液含水量二118.69+242.77+4.
22、96=366.42RgNAOH=O798kg轻储分量=224.97彷初储物=74.989%g预塔物料衡算表见表3-10表3-1预塔物料衡算表入料量出料量物质名称质量(kg)物质名称质量(kg)甲醇1476.94甲醇1476.94水366.42水366.42NAOH0.1798NAOH0.1798轻微分量224.97轻储分量224.97出储物74.989出储物74.989总计2114.50总计2114.50实用文档3.2.2加压塔物料衡算加压塔出料甲醇含量：60%加压塔回流比取进液量的0.65一、进料量总入料量二预塔总出料量-轻播分量-排除的初僧分量=2143.4988+224.97-74.78
23、9=1843.5398水量二预出料水量=366.42格甲醇量二预出料甲醇量=1476.94NAOH二预塔出料附OH量=0.1798初储物二预出料初储物量=1798.304X0.0695X0.4=49.99kg二、出料量出料水量二入料水量=366.42电MIOH二入料N4OH量=0.179的初储物二入料初镭物量=49.99超甲醇量二（出料水量+240+初储物）X出料甲醇含量（1-出料甲醇含量）=（366.42+0.1798+49.99）翳=624.88Ag采出精醇量二入塔甲醇量-出塔甲醇量=1843.54-855.09=988.45Ag加压塔物料衡算表见表3-2o表3-2加压塔物料衡算表入料量出
24、料量物质名称质量（kg）物质名称质量（kg）甲醛1476.94甲醇624.88水366.42水366.42NAOH0.1798NAOH0.1798初储物49.99精甲醇852.06初储物49.99总计1843.54总计1843.54实用文档3.2.3常压塔物料衡算常压塔入料总量：98845版甲醇含量：60%排除残液含醛0l%所含初馈物乙醇、杂醇、烷烧等均在常压塔排出。预塔加入M40”的随残液排出一、入料量甲醇二入料量X甲醇含量988.45X0.6=593.07格水量二入料总量-甲醇-初储物-NAOH=988.45-624.88-0.1798-49.99=313.4超NAOH=O798kg初储物
25、=49.9%g二、出料量塔底排除残液中：水：366.42AgNAoH.0.T79Skg塔底排除残液中含醇量二(残液中水+N4O)00=(366.42+0.1798)0.001=0.367格采出精馀量二入塔甲醇量-残液中醇量=593.07-0.367=593.70初储物：49.99kg常压塔物料衡算表见表3-3o实用文档表3-3常压塔物料衡算表物质名称入料量质量（kg）物质名称出料量质量（kg）甲醇593.07甲醇0.367水366.42水366.42NAOH0.1798NAOH0.1798初储物49.99精甲醇592.07初储物49.99总计1009.66总计1009.66第4章甲醇精制工段工
26、艺流程简述4.1 三塔精储工艺流程简介甲醇是重要的有机化工基础原料，以其为原料可生产甲酸、甲醛、乙酸、甲酸甲脂、甲胺、二甲醛等多种化工产品。甲醇是一种清洁的燃料，除了直接掺入汽油、柴油作为燃料外，燃料电池技术正越来越受到人们的关注。而且,随着甲醇衍生物及其下游产品的迅速发展，甲醇需求量越来越大，因此甲醇产品质量和甲醇装置的节能降耗越来越引起人们的关注。甲醇精储装置是甲醇生产的重要后处理工序，其能耗占甲醇生产总能耗的2O%左右。甲醇精情技术的好坏直接关系到精甲醇的质量，先进、节能、高效的精馀装置，对降低成本、节能降耗、提高产品竞争力和企业经济效益起到重要的作用。目前甲醇三塔精储技术具有热利用率高
27、、消耗低、易操作、产品质量好、环保效益高等特点，越来越多地被广泛推广和应用。粗醇贮槽中的粗醇液加碱后，用粗醇泵加压，经粗醇预热器加热至65进入脱酸塔进行精微。塔顶气相经脱酸塔冷凝器、排气冷凝器冷却，不凝气送硫回收，冷凝液流入脱酸塔回流槽。在脱酸塔回流槽中，槽底甲醇液用脱酸塔回流泵打入脱酸塔回流；中上部的杂醇流入油水中间槽。脱酸塔釜液用加压泵加压，经预后粗醇预热器加热后，进入加压塔进行精微。塔顶气相甲醇送入常压塔再沸器，作为常压塔底热源，被冷凝成液体进入加压塔回流槽，一部分由加压塔回流泵加压回流至加压塔顶，其余部分经加压塔精醇冷却器冷却至W4OC进入精醇计量槽作为产品。4.2 三塔精像工艺流程简
28、图物料流程图及管道仪表流程图见附图。参考文献1唐宏青.现代煤化工新技术.化学工业出版.2郭树才.煤化工工艺学（第二版）.化学工业出版社.3郭树才.胡浩权.煤化工工艺学（第三版）.化学工业出版社.4张双全.煤化学.中国矿业大学出版社.5胡瑞生.李玉林.现代煤化工基础（第二版）.化学工业出版社.6米镇涛.化学工艺学（第二版）.化学工业出版社.7张颖.郝东生.化工设计.内蒙古大学出版社.心得体会通过此次课程设计，让我学到了很多课堂上更本学不到的东西，懂得了学习的意义。我们的一生不可能都是一帆风顺的，就像这次课设一样，总有不如意的地方，稍有不慎就会出错。这让我清楚地感到了自己肩上的重任，看清了自己的人
29、生方向，也让我认识到了从事化工工作应始终保持仔细认真的工作态度，要有一种平和的心态和严谨认真的精神，不管遇到什么事，不要太过急燥，要对自己所做事去负责。通过这次课程设计，我的能力有了一定的提高，增长了见识，为我们以后进一步走向社会打下坚实的基础。我认为程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺，自己要学习的东西还太多，学习是一个长期积累的过程。我们无论在什么时候，都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。本次课程设计使我第一次亲身感受了所学知识与实际的应用，理论与实际的相结合，让我们大开眼界，也算是对以前所学知识的一
30、个初审吧!这次课设对于我们以后学习、找工作也真是受益菲浅。我会把这此化工设计课程设计作为我人生的起点，在以后的工作学习中不断要求自己，完善自己，让自己做的更好。致谢这次课程设计从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了我们很多的时间和精力，同时也使我们的能力有了很大的提高。在此次化工设计课程设计完成之际，我真心感刘老师给予我的耐心指导。刘老师渊博的知识，严谨求实的治学态度，幽默风趣的授课风格，平易近人的作风和崇高的道德修养将对我以后的学习和工作产生深远的影响。感谢学院对此次化工原理课程设计的安排，使我们有机会自己设计化工设备，让我们所学的知识能够在实践中应用出来，增强了自身的能力，为我们以后的工作打下基础。还要感谢和我同一设计小组的几位同学，是你们在我平时设计中和我一起探讨问题，并指出我设计上的误区，使我能及时的发现问题把设计顺利的进行下去,没有你们的帮助我不可能这样顺利地完成，在此表示深深的谢意。感谢在完成课程设计过程中每一位帮助过我的同学。借此机会，我再次向为我的课程设计以及完成报告过程中，给予过我关心和帮助的老师同学，表示最诚挚的谢意！
