煤制甲醇-开题报告

苏州科技学院天平学院毕业设计(论文)开题报告论文题目院(系)化学生物与材料工程学院专业应用化学学生姓名学号指导教师2014年3月5日开题报告填写要求1．开题报告应在毕业论文工作前期内完成，经指导教师签署意见后方可进行论文正文写作；2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3．有关年、月、日等日期的填写，应当按照国标GB/T7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2006年9月25日”或“2006-09-25”。1．本课题研究的背景、目的及意义甲醇是饱和脂肪醇中最简单的一元醇，因为它最先是由木材中干馏获得的，所以俗名又称为“木醇”或“木精”。在常温下，纯甲醇是易流动、易挥发、可燃、并具有与酒精相似气味的有毒的无色透明液体，熔点为175.6K，沸点为337.8K，闪点为285.22K，自燃点为743K，相对密度为0.7915(20度/4度)，甲醇蒸汽与空气可以形成爆炸性的混合物，爆炸的极限下限为6.0%，上限为36.5%，甲醇能与水、苯、乙醚、丙酮以及大多数有机溶剂按任意的比例混溶，但与水不可形成共沸物，所以可以用分馏的方法分离甲醇和水；甲醇是一种良好的溶剂，能溶解多种树脂，但脂肪在甲醇中不能溶解。甲醇的化学性质较活泼，能进行氧化、酯化、羰基化、胺化、脱水、裂解、氯化等一些反应。（1）氧化CH3OH+1/2O2gAHCHO+H2O（2）酯化CH3OH+HNO3CH3NO3+H2O（3）胺化CH3OH+NH3活性氧化铝，,693-643a20-5KMPCH3NH2+H2O（4）脱水2CH3OH高温，酸性催化剂CH3）2O+H2O（5）裂解CH3OH铜CO+2H2（6）氯化CH3OH+HClOZOZr/nCH3Cl+H2O有机合成工业中，甲醇是仅次于乙烯、丙烯和芳烃的第四大基础原料，被广泛地应用于生产塑料、有机合成、农药、医药、染料和国防等工业。目前，甲醇主要被用于生产甲醛，其用量占总量的大约一半以上，用甲醇为原料，经羰化反应直接合成醋酸已工业化；甲醇与汽油混合可作为汽车燃料，用于合成的甲基叔丁基醚作为汽油添加剂；甲醇还可以作为较好的人工合成蛋白的原料，其蛋白转化率高，发酵的速度快，无毒，价格又便宜，所得到的人造蛋白是非常好的畜禽饲料。目前，世界上年产10万吨的甲醇制造蛋白的工业装置已经在运转了，年产30万吨的大型装置已经在设计中；甲醇化工已经成为了化学工业中一个十分重要的领域。甲醇的消费已经大大超过了它的传统的用途，甲醇潜在的消耗使用量已经大大的超过了其化工的用途，渗透到了国名经济的各个部门，以后甲醇的发展速度会更加的迅速。英国的化学家R.波义耳于1661年在木材蒸馏后的液体产物中发现了甲醇，所以，甲醇的俗名又称作“木醇”或“木精”。自然界中，只有在某些树叶或者果实中含有少量游离态的甲醇，甲醇绝大多数都是以酯或醚的形式存在。法国的M·贝特洛于1857年在实验室里用一氯甲烷在碱性溶液中水解也得到了甲醇。德国的BASF公司于1923年采用锌铬催化剂在高压条件下用合成气实现了甲醇工业化的生产，在1965年之前，都是采用这种高压法的工艺来合成甲醇的。图1高压法合成甲醇工艺流程直到1966年，英国的ICI公司开发了低压法的工艺合成甲醇，然后又开发了中压法的工艺。德国的Lurgi（鲁奇）公司在1971年陆续开发了以天然气－渣油为原料的低压法的工艺。由于低压法在能耗、装置建设和单系列反应器生产能力等方面比高压法有明显的优越性，因此，从70年代中期开始，国外的新建的装置大多都是采用低压法的工艺。世界上典型的合成甲醇的工艺主要有Lurgi（鲁奇）工艺、ICI工艺和MCC(三菱瓦斯化学公司)工艺。图2低压法合成甲醇工艺流程1954年，我们国家开始建立甲醇生产工业，50年代，我国在吉林、太原和兰州等地建立了以焦炭或煤为原料生产甲醇的装置；60年代，我国建立了一批中小型的装置，并且在合成氨的工业基础上开发出了联醇的生产方法生产甲醇；，四川维尼纶厂在70年代引进了一套用乙炔尾气作为原料的低压法装置（95kt/a）的，采用了英国的ICI技术；1995年12月，在上海太平洋化工公司，由上海化工设计院和化工部第八设计院联合设计的200kt/a甲醇生产装置顺利投产，这标志着我国的甲醇的生产技术向大型化和国产化又迈出了新的一步；杭州林达公司在2000年开发了JW低压均温的甲醇合成塔技术，这一技术拥有完全的自主知识产权，打破了长期以来被Lurgi（鲁奇）、ICI等少数的国外公司所垄断的局面，并且获得了2004年的国家技术发明二等奖。2005年，首家国内焦炉气制甲醇的装置成功地应用了该技术。近几年来，在我国，甲醇非常有市场前景，甲醇的价格不断的上升，因此，各地陆续开始了生产甲醇的项目。通过设计可以巩固、深化和扩大所学基本知识，培养分析解决问题的能力；还可以培养创新精神，树立良好的学术思想和工作作风。通过完成设计，可以知道甲醇的性质和用途；基本掌握煤制甲醇的生产工艺；了解国内外甲醇工业的发展现状；以及甲醇工业的发展趋势，学会绘制甲醇合成工艺流程图、主体设备图、设备平面布置图和立面布置图。2．本课题主要研究内容和预期目标主要研究内容：首先,查阅文献，介绍甲醇的性质、用途及发展现状，因甲醇和其下游产品用途广泛，故甲醇的需求量大，产量大。甲醇的大型化生产导致甲醇合成的能耗越来越大，因此研究先进的甲醇合成工艺成为必要。其次，介绍了现有的甲醇生产方法，有高压法、低压法、中压法，通过比较各种合成工艺，从投资成本，生产成本，产品收率等几方面考虑，选择低压法工艺进行本次甲醇合成工段的毕业设计，用CO和H2在加热压力和催化剂作用下合成甲醇。甲醇合成系统选定之后，对其进行工艺计算，主要包括物料衡算、热量衡量。然后，对合成工段中涉及的主要设备进行设计与选型，包括所需的反应器及附属设备进行设计，确定设备类型、结构及尺寸，编制设计说明书。最后，绘制工艺流程图(物料流程图和带控制点的工艺流程图)、主体设备图、设备平面布置图、设备立面布置图。其中包括CAD四张，手绘一张。预期目标：本设计是年产25万吨煤制甲醇合成工段工艺设计，其预期目标如下：首先，查阅文献，熟悉相关的专业知识及技能，完成文献翻译工作。然后，完成工艺流程的设计，进行系统的物料衡算及热量衡算，对主体及附属设备进行设计，确定设备类型及尺寸等，完成工艺流程图、主体设备图的绘制、设备平面布置图。设备立面布置图。最后，撰写设计说明书，完成论文。进行答辩。3．本课题拟采用的研究方法、步骤研究方法由于甲醇的合成反应是一个可逆的放热反应，在较低的压力下能获得较高的甲醇收率，而且选择性好，减少了副反应，改善了甲醇的质量，降低了原料的消耗，另外，由于压力低，动力消耗降低很多，工艺设备制造容易，所以本设计最终选用低压法合成工艺。步骤①．查阅一篇与甲醇合成相关的英文文献，并进行翻译。②.查阅与甲醇相关的中文文献资料，阅读后归纳理解得出结论，并完成文献综述部分；其中文献综述，包括甲醇的性质、用途和生产概况。③.确定合成方法：甲醇合成方法主要介绍了高压法、低压法、和中压法，从投资成本，生产成本，产品收率等几方面考虑，选择低压法作为生产甲醇的工艺，用CO和H2在加热压力和催化剂作用下合成甲醇。主要反应式为：CO+H2→CH3OH④．催化剂的选择：目前，由于国外催化剂价格太贵，国内企业无法接受，所以选择国内生产的催化剂，国内主要有西南化工研究设计院（四川天一科技）生产的XNC-98型甲醇催化剂和南化集团研究院生产的C306、C307新型低压甲醇催化剂，通过比较设计最终选用XCN-98型催化剂。⑤．甲醇反应器的选择：整个系统中，最重要的设备就是甲醇反应器，又称甲醇转化器或者甲醇合成塔，作用是使CO和H2在塔内的催化剂层中合成甲醇。列管式等温反应器与列管式换热器很相似，催化剂装填在列管内，壳程走的是沸腾锅炉水，带走反应热，可以使其沿管长温度几乎不变，避免了催化剂的过热，延长了催化剂的使用寿命。所以设计选用列管式等温反应器⑥．对全流程进行物料衡算和热量衡算。⑦．确定工艺流程。⑧．对反应器进行工艺计算。⑨．对附属设备进行计算和选型⑩．绘制工艺流程图、反应器结构图、平面布置图和立面布置4．本课题主要参考文献[1]梁凤凯，舒均杰，有机化工生产技术[M].北京：化学工业出版社，2002,12：51-63[2]窦锦民，有机化工工艺[M].北京：化学工业出版社，2005.12:106-107[3]田春云主编.有机化工工艺学[M].北京：中国石化出版社，1998，9：244-250[4]冯元琪.甲醇生产操作问答[M].北京:化学工业出版社,2000:2-187[5]薛荣书，谭世语主编.化学工艺学第二版[M].重庆：重庆大学出版社，2004.8:278-280[6]柴诚敬,张国亮.化工流体流动与传热[M].北京:化学工业出版社.2003[7]王立业编.化工设备机械基础[M].大连理工大学出版,2004[8]吴雨龙主编.化工生产技术[M].北京:科学出版社,2012:109[9]潘鸿章主编.化学工艺学[M].北京：高等教育出版社,2010.7：330-334.[10]宋维端,房鼎业.甲醇工学.第1版.化学工业出版社,1991.[11]娄爱娟，化工设计[M].上海：华东理工大学出版社，2002，08：97[12]匡国柱，史启才主编.化工单元过程及设备课程设计[M].北京：化学工业出版社，2001.10:66-83[13]刁玉玮,王立业编著.化工设备机械基础.第5版.大连理工大学出版社,2003.[14]董振珂，路大勇主编.化工制图[M].北京：化学工业出版社，2005.5[15]陈声宗主编.化工设计[M].北京：化学工业出版社，2001.1[16]周大军，化工工艺制图[M].北京：化学工业出版社，20055．本课题的具体进度安排（包括序号、起迄日期、工作内容）2014-2-17～2014-3-10查阅文献，熟悉相关的专业知识及技能，完成文献翻译工作。并与指导教师进行学习和探讨，确定设计的初步方案。2014-3-10～2014-5-10查找资料，完成工艺流程的设计，进行系统的物料衡算及热量衡算，对主体及附属设备进行设计，确定设备类型及尺寸等2014-5-10～2014-5-20完成工艺流程图及设备图的绘制。2014-5-21～2014-5-30撰写设计说明书，完成论文。进行答辩指导教师意见：指导教师：年月日沁园春·雪北国风光，千里冰封，万里雪飘。望长城内外，惟余莽莽；大河上下，顿失滔滔。山舞银蛇，原驰蜡象，欲与天公试比高。须晴日，看红装素裹，分外妖娆。江山如此多娇，引无数英雄竞折腰。惜秦皇汉武，略输文采；唐宗宋祖，稍逊风骚。一代天骄，成吉思汗，只识弯弓射大雕。俱往矣，数风流人物，还看今朝。克出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也。臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命