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膜分离技术在甲醇合成中的应用-终稿- 中国石油大学(北京)现代远程教育毕业设计(论文).doc

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    1、 中国石油大学(北京)现代远程教育中国石油大学(北京)现代远程教育毕毕 业业 设设 计(论文)计(论文)膜分离技术在甲醇合成中的应用姓 名: 学 号: 性 别: 专 业: 化学工程与工艺年 级: 学习中心: 指导教师: 2022 年 3 月 31 日中国石油大学(北京)现代远程教育毕业设计(论文)中国石油大学(北京)现代远程教育毕业设计(论文)i膜分离技术在甲醇合成中的应用摘摘 要要膜分离技术从诞生到发展仅用了 50 多年时间,但发展迅速,膜分离技术被认为是“21 世纪和第三次工业革命中最有前途和最前沿技术之一”。它具有无工艺变更、无副反应、无二次污染、分离效率高、操作条件温和、能耗少、资源充。

    2、足等优点,是缓解能源危机、控制环境污染的重要措施。它在全世界受到广泛重视,在污水处理、化工、印染、环保、食品等领域有着广泛的应用和广阔的发展前景。本文以膜分离技术在甲醇合成中的应用为课题,通过文献资料和分析研究等方法,对膜分离技术进行概述,分析膜分离过程及特点,概念及分类;对甲醇行业进行概述,阐述甲醇的概念,分析甲醇的特点,工艺流程;介绍膜分离技术在甲醇合成中的应用,包括气体膜、超滤膜、集成膜等在甲醇制取中的反应机理和工艺流程,促进膜分离技术在甲醇合成方面的进一步发展。关键词关键词:概述;甲醇生产;应用机理;工艺流程中国石油大学(北京)现代远程教育毕业设计(论文)中国石油大学(北京)现代远程教。

    3、育毕业设计(论文)ii目目 录录第一章 前 言.11.1 甲醇的发展状况 .11.2 甲醇的重要性 .1第二章 甲膜分离技术概述.32.1 膜分离技术简介 .32.2 膜分离技术的特点 .4第三章 膜分离技术在甲醇中的应用.63.1 应用机理 .63.2 驰放气回收原理 .63.3 膜分离装置实施 .7第四章 集成膜分离技术在甲醇中的应用.84.1 集成膜技术 .84.2 集成膜甲醇分离技术 .8第五章 结 论.11参考文献.12致 谢.13中国石油大学(北京)现代远程教育毕业设计(论文)中国石油大学(北京)现代远程教育毕业设计(论文)1第一章第一章 前前 言言1.1 甲醇的发展状况甲醇的发展。

    4、状况甲醇可以通过多种细菌的厌氧代谢自然产生,在环境中通常少量存在。因此,大气中含有少量甲醇蒸汽。而大气中的甲醇在几天内被阳光中的空气氧化成二氧化碳和水。甲醇以煤、焦油和天然气为原料,被大面积的应用在化工生产中。是甲醛、二甲醚、乙酸、MTBE、DMP、氯甲烷、甲胺等各种化工产品的上游原料。它在化学工业中起着基础性的作用。此外,甲醇在新能源替代领域具有不可替代的作用。甲醇合成技术的进步与工业生产方面的应用扩大,原料路线发生了很大的变化,从煤和焦炭的气化路线转变为目前的天然气和煤的合成路线。我国的能源结构在逐渐升级更新,为加强能源结构调整,保障能源安全,政府鼓励支持发展新型能源和可替代能源。与传统能。

    5、源相比,用甲醇作为原料进行二次加工或深加工的产品具有良好的可替代性和可操作性。甲醇也推动了我国农业的发展进程1,农业种植中化肥、农药等都离不开甲醇,像杀虫剂、多菌灵等都可以应用。经过生物发酵的甲醇,成为良好的食品添加剂用于生产甲醇蛋白。甲醇蛋白与天然蛋白相比,不仅具有很高甲的营养价值,还可以替代鱼、肉类、豆类和奶粉类。在煤炭生产行业,用甲醇作为原料生产的低碳烯烃产品促进了我国乙烯生产行业绿色、健康、可持续发展。烯烃 MT0 工艺和丙烯 MTP 工艺都需要甲醇作为载体来制取,这是以煤代油生产乙烯和丙烯的重要 C1 化工技术和基础技术。1.2 甲醇的重要性甲醇的重要性甲醇是由木材和木质素干馏而成,。

    6、俗称木醇。早期的甲醇是由木材经预蒸馏制成的。在开启合成法技术后,这种方法几乎被淘汰,早期的甲醇合成以煤为原料。二战后,从天然气、炼油厂和轻油中生产甲醇的工艺得到了发展。煤炭法已经减少,只有剩下的煤炭便宜地区,以及在钢铁工业区附近仍在使用。压力是合成甲醇的关键。过去采用高压法,高压法转化率高。然而,为了实现高压,活塞式压缩机需要消耗更多的能量。离心压缩机可用于低压工艺,能耗低,经济规模小。也可以使用中国石油大学(北京)现代远程教育毕业设计(论文)中国石油大学(北京)现代远程教育毕业设计(论文)2氢含量高的合成气。离心式压缩机也可用于中压工艺。低压法不需要添加二氧化碳,改进后的低压法设备有很多缺点。

    7、。合成塔是一根竖管,内装催化剂,用沸水冷却;它也可以是一个包装塔,因此可以在几个地方注入冷原料,以控制反应温度。压缩原料气与循环非反应气混合,与反应气换热后通过催化剂床反应进入合成塔。反应气体被冷却,然后通过甲醇热交换冷凝。甲醇通过分离器分离。气体被回收并与原料气混合。而原料气的组成和反应的温度都会影响催化剂的催化性能,催化剂本身的温度热点要高一些,对温度的把控不准确,导致对催化剂的反应过程不能有利控制。在甲醇生产过程用,因为各种不可控的外在条件,都会影响到甲醇的生产。不同的影响因素产生不同的后果,所以要把控好生产流程,识别最敏感的因素并适当控制它们是非常重要的。如果最终产品的纯度较低,可以使。

    8、用单塔蒸馏。如果纯度要求高,可以使用双塔蒸馏。如果最终产品的纯度较高,则三塔蒸馏更合适。在双塔蒸馏法中,二甲迷等低沸点杂质从第一个塔的顶部排出,高级醇的高沸点物质从第二个塔的底部排出,高纯度甲醇从塔的顶部得到。目前,甲醇精馏塔有三种类型:板式塔、填料塔和复合塔。我们以年生产 10万吨产量数值来区分,如果生产规模在此之上的,选用甲醇蒸馏装置一般采用组合塔或复合塔;如果生产规模达不到这一要求的,选用甲醇蒸馏装置可以使用板式塔,考虑到喷雾密度低的因素,不会使用包装塔这一类型。现在我国常用的板式塔的塔盘类型,有 F1 浮阀、导向浮阀、导向喷射塔板等类型。FL 浮阀的浮阀由于生产的不稳定性,使用的比较少。

    9、,导向浮阀由于传质的空间较小,使用它的效率过于低下也渐渐被抛弃,目前的主流产品还是稳定性能最好的导向喷射塔板,很多甲醇生产公司都使用这一类型的2。表 1-1 双塔精馏与三塔精馏费用比较项目 双塔精馏 三塔精馏生产规模 10 5 2.5 10 5 2.5投资 100 100 100 113 123 129操作费用 100 100 100 64 67 1能耗 100 100 100 60 61 62中国石油大学(北京)现代远程教育毕业设计(论文)中国石油大学(北京)现代远程教育毕业设计(论文)3第二章第二章 甲膜分离技术概述甲膜分离技术概述2.1 膜分离技术简介膜分离技术简介膜分离法用物理方式来实。

    10、现分离的目的,他是一种半透明膜,可选择性的进行分离。它的分离原理是根据分子材料的大小,通过促进外部能量或化学势差,并通过膜选择性渗透,分离、分类、纯化和富集混合物中的双组分或多组分溶剂和溶剂,以达到净化和浓缩的分离目的。膜是两相之间的选择性屏障,选择性是膜或膜过程的固有特征。薄膜的厚度范围很宽,其结构可以是均匀的,也可以是非均匀的。膜转移过程可以是主动的,也可以是被动的。被动传递过程的驱动力可以是压差、浓度差或温差。此外,膜可以是天然的或合成的;它可以是中性的,也可以是带电的。它的工业化始于 20 世纪 40 年代铀同位素的沉积。目前膜分离的工艺过程有渗透、过滤、分离等,可以分为反渗透、纳滤、。

    11、超滤、微孔过滤、透析电渗析、气体分离、渗透汽化、控释、液膜、膜蒸馏膜反应器等,其中微滤,超滤和反渗透这三类广泛应用于食品工业3。图 2-1 膜过滤分类图中国石油大学(北京)现代远程教育毕业设计(论文)中国石油大学(北京)现代远程教育毕业设计(论文)4膜分离的基本原理是利用聚合物中各气体成分的不同分辨率和扩散速度,在膜两侧的分压作用下,通过膜壁不同的穿刺速度进行分离。驱动力、膜表面和膜分离选择性构成膜分离的三个要素4。根据气体通过膜的速度,气体可以分为“快气”和“慢气”。常见的气体,如水蒸气、氢、氦、硫化氢和二氧化碳等气体被称为“快气体”、甲烷和其他碳水化合物、氮、一氧化碳和氩气等气体被称为“慢。

    12、气体”。膜的分类有很多标准。第一种分类方法是根据其性质分为生物膜和合成膜,这是最明显的分类。由于两种膜的结构和功能完全不同,这种分类方法反映了两种膜之间最根本的区别。它也可以按形状或结构分类,这种分类具有代表性。因为膜的结构决定了分离机理,这也决定了它的应用。根据这种分类方法,膜可分为对称膜(圆柱孔、多孔和均质)和不对称膜(多孔膜、带皮层的多孔膜和复合膜)。膜是任何膜工艺的核心部件。它可以被视为两相之间的选择性屏障或两相之间的界面。传统的无机分离膜是渗透汽化过程中应用最广泛的有机高分子膜材料,存在流量低、耐溶剂性差、使用寿命短等问题。与有机聚合物膜相比,陶瓷膜具有耐高温、耐化学腐蚀、机械强度高。

    13、、孔径分布均匀窄、微观结构可控、使用寿命长等独特优点。有机-无机复合膜的分离层采用无机多孔材料为载体进行聚合物的分离,这类材料常用多孔的二氧化硅、氧化铝纳滤或超滤膜作为载体来进行分离混合物或者有机物5。2.2 膜分离技术的特点膜分离技术的特点膜分离工艺是一种高效、环保的分离工艺。它有很多的优点,选择性分离强,对杂质分离彻底、可以解决“结蜡”聚集堵塞的问题,萃取乳化现象;减少溶剂的消耗,降低防爆等级,提高生产安全减少结晶次数,提高结晶效率和晶体品质;常温浓缩,不破坏热敏性成分,可脱盐降灰份,同时节能降耗纯物理过程,无化学反应,不改变药效成分;独特的错流式运行方式,无须添加助滤剂,可解决污染堵塞难。

    14、题简化工序,缩短周期,提高生产效率和收率;先进的组件化设计,膜材料更换方便,操作内简单;动化控制,降低劳动容强度,实现清洁生产;提高水的利中国石油大学(北京)现代远程教育毕业设计(论文)中国石油大学(北京)现代远程教育毕业设计(论文)5用,减少用水,降低废水产生,减轻环保压力。当然,膜分离技术也有缺点,首先,膜表面容易受到污染,被污染的膜,它的分离性能被降低,不被污染就需要用合适的清洗方式对膜表面进行清洗;二是在不可控因素下,膜的稳定性、耐药性、耐热性和耐溶剂性都容易受到影响,而导致分离效果低下;第三,现用的分离膜分离技术并不能完全分离所有的组分,需要与其他分离技术相结合,共同实现分离目的,但。

    15、综合的膜组件价格较高6。中国石油大学(北京)现代远程教育毕业设计(论文)中国石油大学(北京)现代远程教育毕业设计(论文)6第第三三章章 膜分离技术在甲醇中的应用膜分离技术在甲醇中的应用3.1 应用机理应用机理甲醇合成的驰放气作为膜分离器的原料气,利用膜分离技术对其中的氢气进行回收,氢气与甲醇合成的比例进行调解生成氢碳比。在甲醇合成反应过程中,氢碳比必须在 2 到 2.05 之间,而进入甲醇合成系统的低温甲醇洗涤装置的氢碳比必须仅在 1.9 到 1.95 之间7。合成甲醇的过程中容易因为这些气体而发生其他的副反应,比如一些碳氢化合物再生产过程中,高碳链的组分会形成“结蜡”现象,这些“结蜡”与煤炭。

    16、接触后造成阻塞、降低活性、阻碍生产过程、造成产品质量低下。用膜分离技术对氢气进行回收的过程是利用高分子聚合物中不同气体组分(水蒸气、氢、氦、硫化氢、二氧化碳、甲烷、氮、一氧化碳和氩等气体)的不同溶解和扩散速率。在分离膜两侧不同的压力作用下,不通气体组分穿透膜壁的速率不同而进行分离。3.2 驰放气回收原理驰放气回收原理在甲醇合成装置的生产过程中,由于合成中产生的气体中含有一部分惰性气体。惰性气体聚集在一块只有,在合成过程中会严重降低甲醇的合成效率。为了提高和成效率,需要在合成装置生产过程中对惰性气体浓度最高的位置提取合成气流,合成气在甲醇合成塔中反应后,经水冷器冷却,分离器进行气液分离,形成气液混合物,获得压力约为 9到 9.9mpaG 的废气,作为原料气送入膜分离系统回收氢气,确保合成装置高效连续运行8。膜分离的工艺流程分为两部分:一部分是预处理(水洗塔、气液分离器和加热)另一部分是膜分离。原料气首先进入水洗塔,与预热的脱盐水逆流接触进行洗涤,以去除吹扫气中的甲醇。水洗后的净化气进入气液分离器,进一步去除气体中的雾,然后进入壳体原料气加热装置,将洗涤后的原料气加热至露点温度以上 65。。

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