焦炉煤气合成甲醇建模与优化教材.docx

 PAGE \* MERGEFORMAT 11 焦炉气合成甲醇建模与优化化工过程系统分析与合成大作业化工2班 肖惠瑜 黄幸童 张婷婷 郑龙2015/5/9  1研究背景 甲醇是一种久用的传统化工产品。在农药,医药,染料，香料,涂料以及三大合成材料生产中都需要甲醇作为原料或作为溶剂。因此,甲醇是一种有着广泛用途的重要的有机化工原料,甲醇工业生产对其他相关工业和国民经济的发展都有着重要意义。 随着经济全球化进程的发展,21世纪的化学工业,其产业结构正在不断调整,日益突出了精细化工的主体地位。近几十年来,特别是我国甲醇工业的发展,生产规模逐渐扩大,下游产品种类不断增加,社会需求越来越大。因此,迫切要求对甲醇合成过程进行优化操作和控制。化学工业的巨大变迁也使得化学产品设计变得日益重要。 甲醇是一种符合现代“清洁工艺”要求的环保型化工原料，受到了国内外化工界的广泛重视，可以作为一种新型的燃料，因此甲醇项目的建设对于如今能源短缺的问题，也起到一个缓冲的过程。 合成甲醇的工业生产是以固体（如煤、焦炭）、液体（如原油、重油、轻油）或气体（如天然气及其它可燃性气体）为原料，经造气、净化（脱硫）变换，除二氧化碳，配制成一定配比的合成气。在不同的催化剂存在下，选用不同的工艺条件可单产甲醇（分高、中、低压法），或与合成氨联产甲醇（联醇法）。将合成后的粗甲醇经预精馏脱除甲醚，再精馏而得成品甲醇。 自1923年开始工业化生产以来，甲醇合成的原料路线经历了很大变化。20世纪50年代以前多以煤和焦碳为原料；50年代以后，以天然气为原料的甲醇生产流程被广泛应用；进入60年代以来，以重油为原料的甲醇装置有所发展。对于我国，从资源背景看，煤炭储量远大于石油、天然气储量，随着石油资源紧缺、油价上涨，因此在大力发展煤炭洁净利用技术的背景下，在很长一段时间内煤是我国甲醇生产最重要的原料。焦炉煤气，又称焦炉气，属于高热值煤气，粗煤气或荒煤气。是指用几种烟煤配制成炼焦用煤，在炼焦炉中经过高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所产生的一种可燃性气体，是炼焦工业的副产品。其主要成分为氢气和甲烷，另外还含有少量的一氧化碳、C2以上不饱和烃、二氧化碳、氧气、氮气。各组分含量见下表。  表1-1 典型焦炉煤气主要成分 组分H2COCO2N2CH4CnHmO2组成/%（体积分数）55-596-8.51.5-2.53-3.524-262-2.50.3-0.8主反应： CO2+3H2=CH3OH+H2O CO+2H2=CH3OH 焦炉煤气中的CH4可在转化炉中经部分催化氧化转变为CO，最后调整碳氢比，使CO：H22即得到合成气。 表1-2 新鲜合成气的组成 组分COCO2H2CH4N2H2O含量%18.486.3171.560.692.960同时，焦炉煤气可以合成LNG，我小组旨在建立焦炉煤气合成甲醇的化工模型，并通过分析提出优化方案，合理配置LNG与焦炉煤气的生产。 2合成方法选用 2.1 常用的合成方法 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 2.2 本设计所采用的合成方法 比较以上三者的优缺点，以投资成本，生产成本，产品收率为依据，选择低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。 2.3 合成工艺 焦炉气经过处理后得到合成气，进一步合成甲醇。 图2-1 焦炉气制甲醇合成气流程 气柜 2.煤气压缩机 3.铁钼反应器 4.脱硫槽 5.加热炉