利用二氧化碳生產(chǎn)甲醇的工藝流程設(shè)計開題報告

1、無西安交通大學西安交通大學畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文文題題目：目：利用二氧化碳生產(chǎn)甲醇的工藝流程設(shè)計利用二氧化碳生產(chǎn)甲醇的工藝流程設(shè)計指導教師；指導教師；學生姓名：學生姓名：李巖李巖院校學號：院校學號：專專業(yè)：業(yè)：化學工程與工藝化學工程與工藝無畢業(yè)論文開題報告書院校西安交通大學專業(yè)化學工程與工藝姓名李巖院校學號：論文（設(shè)計）題目利用二氧化碳生產(chǎn)甲醇的工藝流程設(shè)計一、選題的背景、意義二氧化碳是工業(yè)的主要排放物,是引起全球溫室效應的氣體之一,更是一種重要的碳資源。二氧化碳的活化及利用引起了人們越來越強烈的關(guān)注。1除了提高資源使用效率(低碳經(jīng)濟)外,二氧化碳的捕集、 封存及再利用(CCS)技術(shù)受到廣泛關(guān)注

2、。該技術(shù)不僅可以減少大氣中二氧化碳的濃度,降低溫室氣體的排放和減少環(huán)境污染,而且可以得到高純度二氧化碳并成為制造化學品的含碳原料,變廢為寶,增加經(jīng)濟效益。該技術(shù)是控制溫室氣體排放,實現(xiàn)含碳資源循環(huán)利用的應用途徑之一。針對世界石油儲備量的減少,這越來越涉及到碳氫化合物和碳原料等這些源頭,例如,天然氣在工業(yè)加工2-4,有效地取代石油,必須開發(fā)高度評價的生產(chǎn)技術(shù),在此基礎(chǔ)上5-6生產(chǎn)的主要產(chǎn)品是化學產(chǎn)品、石油化工合成產(chǎn)品和清潔汽車燃料。各種以二氧化碳作為原料或中間體的新產(chǎn)品和新技術(shù)正不斷被研發(fā)出,也進一步拉動了二氧化碳的捕集技術(shù)的發(fā)展。 可以預見,二氧化碳的捕集將配合二氧化碳的再利用成為降低成本的普

3、遍方法。甲醇是重要的有機化工原料,是 Cl 化學的基礎(chǔ)物質(zhì),甲醇產(chǎn)量僅次子合成氨、乙烯、丙烯和苯,居第 5 位,在我國其即將躍為第 1 位。7隨著能源結(jié)構(gòu)的改變,甲醇有未來燃料的候補燃料之稱,甲醇易傳輸,可以單獨或與汽油混合作為汽車燃料,用它作為汽油添加劑可起節(jié)約芳烴、提高辛烷值的作用,甲醇將成為 21 世紀有競爭力的可選清潔燃料8-10。從甲醇出發(fā)生產(chǎn)的化工產(chǎn)品達數(shù)百種。隨著節(jié)約能源和保護環(huán)境上升為基本無國策,以及節(jié)能減排工作的進一步深入,可持續(xù)發(fā)展日益重要,甲醇將再次被研究人員重視,以致于有關(guān)甲醇的下游產(chǎn)品及技術(shù)發(fā)展的更加透徹,從而甲醇的市場會變的更大?；ち鞒棠M軟件出現(xiàn)于上世紀 50

4、年代末,現(xiàn)已成為進行化工過程設(shè)計的強大工具。這類軟件包含強大的熱力學和單元操作模塊,并配有龐大的物性數(shù)據(jù)庫,既可進行單個的設(shè)備計算,也可計算整個化工生產(chǎn)流程。 現(xiàn)在化工過程模擬軟件已經(jīng)廣泛地被應用于化工過程的設(shè)計、測試、優(yōu)化和過程的整合。其主要代表作是由美國ASPEN TECH 公司于上世紀 80 年代推向市場的大型通用流程模擬系統(tǒng)?Aspen Plus。該軟件具有完備的物性數(shù)據(jù)庫,備有全面、廣泛的化工單元操作模型,能方便地構(gòu)成各種化工生產(chǎn)流程,提供一套功能強大的模型分析工具,它用嚴格和最新的計算方法,進行化工單元和全流程的模擬運算?；み^程模擬或流程模擬是根據(jù)化工過程的數(shù)據(jù),諸如物料的壓力、

5、溫度、流量、組成和有關(guān)的工藝操作條件、工藝規(guī)定、產(chǎn)品規(guī)格以及一定的設(shè)備參數(shù),如蒸餾板的板數(shù)、進料位置等,采用適當?shù)哪M軟件,將一個由許多個單元過程組成的化工流程用數(shù)學模型描述,用計算機模擬實際的生產(chǎn)過程,并在計算機上通過改變各種有效條件得到所需要的結(jié)果。其中包括原材料消耗、公用工程消耗和產(chǎn)品、副產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量等重要數(shù)據(jù)。無二、國內(nèi)外研究二氧化碳生產(chǎn)甲醇的工藝研究CO?本身呈現(xiàn)極大的化學惰性,要在較溫和的條件下實現(xiàn) CO?加氫的高效轉(zhuǎn)化,關(guān)鍵在于開發(fā)高活性的催化劑。國外已經(jīng)開發(fā)出了成熟的 CO?加氫合成甲醇的催化劑,國內(nèi)還處于研究階段。CO?加氫合成甲醇過程中 H?的來源是一個大問題,如果通過

6、化石資源生產(chǎn)氫氣必定副產(chǎn)大量的 CO?達不到本質(zhì)利用 CO?目的。 如果工廠有多余的氫氣和 CO?可以采用該合成方法合成甲醇。 由于受到熱力學的限制,CO?加氫合成甲醇反應的轉(zhuǎn)化率很低,生產(chǎn)工藝中必須考慮原料氣循環(huán)利用的問題。 采用 CO?和 H?合成甲醇的流程包括原料精制、甲醇合成、甲醇精餾這 3 個主要的步驟。由于 CO?和 H?合成甲醇反應生產(chǎn)的水量較大,所以甲醇的精餾過程能耗會偏高。成甲醇反應生產(chǎn)的水量較大,所以甲醇的精餾過程能耗會偏高。目前研究 CO?加氫合成甲醇工藝的單位較多,均處于對催化荊和反應條件的研究。 該工藝 CO?的轉(zhuǎn)化率較低.甲醇的產(chǎn)率低,限制了其工業(yè)化生產(chǎn)裝置的建設(shè)。

7、 今后應加強提高 CO?的括性、 增大甲醇的選擇性、 新型催化劑及裝置工業(yè)化等關(guān)鍵技術(shù)的研究。超細負載型催化劑園具有比表面積大、分散度高和熱穩(wěn)定性好的特點,將成為一種發(fā)展苊勢,是今后研究的方向。CO?加氫制甲醇的工藝流程和設(shè)備與傳統(tǒng)甲醇合成工藝相比差別不大,投資、成本較低。 國內(nèi)僅有一家以 CO?為原料生產(chǎn)甲醇的廠家,但不是直接加氧,國外已有多家二氧化碳催化加氫直接轉(zhuǎn)化為甲醇工業(yè)化的實倒。CO?制甲醇既可緩解溫室效應,又可節(jié)約能源,無論從經(jīng)濟、環(huán)境還是社會角度,都具有十分美好的前景,因此,國內(nèi)更應該加強這方面的研究工作。無三、課題設(shè)計方案主要說明：研究（設(shè)計）的基本內(nèi)容、觀點及擬采取的研究途徑

8、和方法設(shè)計內(nèi)容本設(shè)計主要設(shè)計內(nèi)容為,通過 Aspen-plus 軟件模擬出二氧化碳加氫合成甲醇的工藝流程圖,以及計算出本工藝相關(guān)的物料衡算、熱量橫衡算以及主要設(shè)備的選型。2. 主要設(shè)計過程2.1 初值估算2.2 采用 RadFrac 進行嚴格精餾驗證3. 設(shè)計結(jié)果3.1 主要工藝流程圖的設(shè)計結(jié)果3.2 物料衡算3.3 熱量衡算四、計劃進度安排主要說明：起止時間及分階段的進度要求。1.起止時間：2016 年 5 月 20 日2016 年 9 月 26 日2.分階段要求（1）2016 年 5 月 20 日2016 年 6 月 23 日，確定指導教師名單，對學生進行系統(tǒng)性的畢業(yè)論文寫作方法的指導，安

9、排選題以及文獻搜集工作。（2）2016 年 6 月 23 日2016 年 7 月 11 日，根據(jù)畢業(yè)論文的寫作方向撰寫開題報告，提出問題、總結(jié)前人的研究成果以及確定研究的思路與方法。（3）2016 年 7 月 15 日2016 年 8 月 1 日，形成畢業(yè)論文的初稿，提交指導老師審閱，并根據(jù)論文存在的問題安排下一步的指導工作。（4）2016 年 8 月 1 日2016 年 8 月 15 日，指導教師對學生撰寫畢業(yè)論文的完整性、邏輯嚴密性、存在的問題等進行審核并提出修改意見，學生修改后定稿并提交指導教師。五、主要參考文獻無1 周媛,任軍,李忠.焦爐煤氣合成燃料甲醇發(fā)展前景分析.西工第 27 卷第 2 期.2 煤基合成燃料工藝學 曾蒲君、王承憲編 /中國礦業(yè)大學出版社.3 王 莉 . 合 成 甲 醇 催 化 劑 的 研 究 進 展 . 西 南 化 工 研 究 設(shè) 計 院 .2005,06.4 王平堯.甲醇合成反應器的分析與選擇.中國石化集團四川維尼綸廠.5 曹湘洪.重視甲醇制乙烯丙烯的技術(shù)開發(fā), 大力開拓天然氣新用途, 2004.6 馬愛山, 等譯. 世界能源展望. 北京: 地質(zhì)出版社, 2001: 13-20, 69- 83.7 謝克昌, 李忠編著