再沸器(E8007A,B)后,甲醇气被冷凝,精甲醇回到加压塔回流槽(V8004),一部分精甲醇经加压塔回流泵(P8005A,B),回到加压精馏塔(T8002)作为回流液,另一部分经加压塔甲醇冷却器(E8006)冷却后进入精甲醇计量槽(V8007A,B)中。加压精馏塔(T8002)塔底釜液(0.6MPa,125℃)进入常压精馏塔(T8003),进一步精馏。常压塔再沸器(E8007A,B)以加压精馏塔(T8002)塔顶出来的甲醇气作为热源。常压精馏塔(T8003)顶部排出精甲醇气(0.13MPa,67℃),经常压塔冷凝冷却器(E8008)冷凝冷却后一部分回流到常压精馏塔(T8003),另一部分打到精甲醇计量槽(V8007A,B)内贮存。
产品精甲醇由精甲醇泵(P8008A,B)从精甲醇计量槽(V8007A,B)送至甲醇罐区装置。
为防止粗甲醇中含有的甲酸、二氧化碳腐蚀设备,在预塔进料泵(P8002A,B)后的粗甲醇溶液中配入适量的烧碱溶液,用来调节粗甲醇溶液的PH值。
甲醇精馏系统各塔排出的不凝气去燃料气系统。
由常压精馏塔(T8003)底部排出的精馏残液经废水冷却器(E8009)冷却至40℃后,由废水泵(P8007A,B)送到生化处理装置。
由甲醇精馏来的精甲醇贮存到精甲醇贮槽(V9101A,B)中。精甲醇贮槽为两台10000m3的固定顶贮罐,贮存量按15天产量计。
当甲醇外运时,启动精甲醇泵(P9101A,B),将甲醇输送到甲醇装卸栈台,通过火车鹤管进入火车槽车,通过汽车鹤管进入汽车槽车。
甲醇装卸栈台共设有12台火车鹤管和6台汽车鹤管,根据精甲醇泵(P9101A,B)的能力,至少有三台槽车同时装料。
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二甲醚图9 精馏工艺流程
3.5 氨吸收制冷流程
由净化装置(NHD脱硫脱碳工段)及醋酸装置来的气氨(-15℃,0.22MPaA),进入本装置,经过冷器(E2503)与出工段的液氨换热,升到23.8℃进入吸收器(R2501AB、R2502AB),被由溶液热交换器(E2502A,B)来的稀氨水(47℃)吸收为浓氨水(37℃)。其吸收反应热由冷却水带出。
浓氨水由氨水泵(P2501A、B)加压,经溶液热换热器,与来自精馏塔塔釜稀氨水(140℃)换热,升到114℃,进入精馏塔(T2501A、B)中部进行精馏。
蒸出的气氨经塔顶回流冷凝器,进入氨冷凝器(E2504A~D),冷凝为液氨,进入液氨贮槽,然后液氨经过冷器换热,过冷到16.9℃送到用户。
来自NHD脱硫工段的变换气(182℃),进入本工段再沸器(E2501A,B)后,再经冷凝液分离器(V2504A,B)后返回到变换甲烷工段,为精馏氨水提供热源。
由精馏塔出来的氨水,经(立式)膜式再沸器,蒸出气氨及稀氨水混合液,返回到精馏塔。
稀氨水由塔底出来进入溶液热交换器。
整个装置形成气氨吸收,浓氨水精馏,冷凝液氨的循环系统,为用户提供冷量。 来自合成、净化的循环水装置的循环冷却水,分别进入吸收器,冷凝器,塔顶回
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流冷却器,分别移出氨的反应热和冷凝热。
4工艺计算
4.1物料衡算
4.1.1精馏工段
工厂设计为年产精甲醇20万吨,开工时间为每年330天,采用连续操作,则每小时精甲醇的产量为25.25吨,即25.25 t/h。 精馏工段
通过三塔高效精馏工艺,精甲醇的纯度可达到99.9%,符合精甲醇国家一级标准。三塔精馏工艺中甲醇的收率达97%。则入预精馏塔的粗甲醇中甲醇量25.25 / 0.97=26.03t/h。由粗甲醇的组成通过计算可得下表:
表6 粗甲醇组成
组分 甲醇 二甲醚 高级醇(以异丁醇计) 高级烷烃(以辛烷计) 水 粗甲醇 百分比 产量 93.40% 813.50kmol/h 即 18222.40m3/h 0.42% 0.26% 0.32% 5.6% 100% 2.53 kmol/h 即 57.00 m/h 0.98kmol/h 即21.94 m3/h 0.78kmol/h 即17.52m3/h 86.72kmol/h 即 1942.36m3/h 28.87t/h 3注;设计中的体积都为标准状态下
计算方法:
粗甲醇 =26.03 / 0.9340 = 27.87 t/h
二甲醚 =27.87×0.42% = 117.05 kg/h 即2.53 kmol/h ,57.00 m3/h
高级醇(以异丁醇计)= 27.87×0.26% = 72.48kg/h 即0.98kmol/h ,21.94m3/h 高级烷烃(以辛烷计)=27.87×0.32% = 89.22 kg/h 即0.78kmol/h,17.52m3/h 水 =27.87×5.6% = 1561.28 kg/h 即86.72kmol/h,1942.36m3/h
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入塔气新鲜气弛放气出分离器气体循环气粗甲醇出塔气图10 合成物料流程图
4.1.2合成工段
4.1.2.1 合成塔中发生的反应:
主反应 CO+2H2=CH3OH (1)
CO2+3H2=CH3OH +H2O (2)
副反应 2CO+4H2=(CH3O)2+H2O (3) CO+3H2=CH4+H2O (4)
4CO+8H2=C4H9OH+3H2O (5) 8CO+17H2=C18H18+8H2O (6)
CO2+H2=CO+H2O (7)
4.1.2.2工业生产中测得低压时,每生产一吨粗甲醇就会产生1.52 m3(标态)的甲烷,即设计中每小时甲烷产量为1.90 kmol/h ,42.38m3/h。
由于甲醇入塔气中水含量很少,忽略入塔气带入的水。由反应(3)、(4)、(5)、(6)得出反应(2)、(7)生成的水分为;
86.72-1.90-2.54-0.98×3-0.78×8 =73.06 kmol/h
由于合成反应中甲醇主要由一氧化碳合成,二氧化碳主要发生逆变反应生成一氧化碳,且入塔气中二氧化碳的含量一般不超过5%,所以计算中忽略反应(2)。则反应(7)中二氧化碳生成了73.06 kmol/h,即1636.54 m3/h的水和一氧化碳。 4.1.2.3 粗甲醇中的溶解气体量
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粗甲醇中气体溶解量查表5Mpa、40℃时,每一吨粗甲醇中溶解其他组成如下表[20]:
表7 1吨粗甲醇中合成气溶解情况
气体 3H2 CO 0.815 CO2 7.780 N2 0.365 Ar 0.243 CH4 1.680 溶解量(m/t粗甲醇) 4.364 则 粗甲醇中的溶解气体量为:
H2 = 28.87×4.364 = 121.64 m3/h 即5.44 kmol/h CO= 28.87×4.364 = 22.72m3/h 即1.02kmol/h
CO2 = 28.87×4.364 = 216.84m3/h 即9.68kmol/h N2 = 28.87×4.364 = 10.18m3/h 即0.46kmol/ Ar = 28.87×4.364 = 6.78m3/h 即0.30 kmol/h CH4 = 28.87×4.364 = 46.82 m3/h 即2.10kmol/h 4.1.2.4 粗甲醇中甲醇扩散损失
40℃时,液体甲醇中释放的溶解气中,每立方米含有37014g的甲醇,假设减压后液相中除二甲醚外,其他气体全部释放出,则甲醇扩散损失
G =(121.64+22.72+216.84+10.18+6.78+46.82)×0.03714=15.80kg/h 即 0.50 kmol/h,11.04 m3/h
4.1.2.5 合成反应中各气体的消耗和生成情况
表8 弛放气组成
气体 组成 CH3OH 0.61% H2 81.82% CO 9.16% CO2 3.11% N2 3.21% Ar 0.82% CH4 1.89% 表9 合成反应中消耗原料情况
消耗项 单位 CO 反应(1) 反应(3) 反应(4) 反应(5) m/h m3/h m/h m3/h 33消耗原料气组分 CO2 39
H2 33171.72 228.00 127.14 175.52 N2 Ar 16585.86 114.00 42.38 87.74
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