年產(chǎn)30萬噸甲醇生產(chǎn)車間工藝初步設(shè)計(jì)

1、年產(chǎn)20萬噸甲醇生產(chǎn)車間工藝初步設(shè)計(jì)題 目：年產(chǎn)20萬噸甲醇生產(chǎn)車間工藝初步設(shè)計(jì) 學(xué) 號(hào)： 200902180389 姓 名： 張釗 年 級(jí)： 2009級(jí) 學(xué) 院： 東營職業(yè)學(xué)院 系 別： 工業(yè)工程系 專 業(yè)： 石油化工生產(chǎn)技術(shù) 指導(dǎo)教師： 李玉娟 完成日期： 第一步、 設(shè)計(jì)任務(wù)書第二步、總結(jié) 概述第三步設(shè)計(jì)生產(chǎn)方案第四步、 工藝論證第五步 物料衡算第六步、 能量衡算第七步、 設(shè)備選型和工藝計(jì)算第八步、 合成車間的設(shè)計(jì)第九步九、安全生產(chǎn)設(shè)計(jì)十、第十步非工藝專業(yè)要求第十一步三廢處理第十二步、經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)第十三步、設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)析第十四步、心得體會(huì)與致謝一、設(shè)計(jì)任務(wù)書（一）課程設(shè)計(jì)題目年產(chǎn)20萬噸甲醇

2、生產(chǎn)車間工藝初步設(shè)計(jì)（二）設(shè)計(jì)條件1 原料來源：天然氣，海南天然氣廠供 2 產(chǎn)品：甲醇（一級(jí)）3生產(chǎn)能力：3萬t/a4 熱源條件：加熱劑：天然氣燃燒及生產(chǎn)過程的廢熱冷卻劑：循環(huán)水，進(jìn)口溫度30 出口溫度405 生產(chǎn)時(shí)間：全年連續(xù)生產(chǎn)330天，每天工作24小時(shí)，三班制。6 生產(chǎn)廠址：洋浦工業(yè)開發(fā)區(qū)7 當(dāng)場天候溫度：最高40， 最低8，平均1825（三）設(shè)計(jì)任務(wù)1甲醇（工業(yè)一級(jí)）生產(chǎn)方法確定、工藝流程設(shè)計(jì)與論證2技術(shù)指標(biāo)、工藝參數(shù)和操作條件確定與說明3工藝計(jì)算物料衡算、熱量衡算 （應(yīng)用si制）4生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算與選型。 重點(diǎn)：合成塔和 換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算與選型5設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表 （1）技術(shù)指標(biāo)、工藝參數(shù)

3、和操作條件匯總表（2）物料衡算匯總表（3）熱量衡算匯總表（4）生產(chǎn)設(shè)備配置匯總表6設(shè)計(jì)繪圖（計(jì)算機(jī)cad繪制）（1）帶控制點(diǎn)工藝原理流程圖一張（a3）。 （2）合成塔工藝條件圖或結(jié)構(gòu)尺寸圖 一份（a3）。（3） 換熱器結(jié)構(gòu)示意簡圖一張（a3）。（4）生產(chǎn)車間平面、立面布置圖一份（a3）。要求：設(shè)計(jì)繪圖：圖形、圖標(biāo)、圖幅符合機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)要求。7設(shè)計(jì)說明書編寫 內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)任務(wù)書，目錄，生產(chǎn)方案、工藝流程設(shè)計(jì)與論證，工藝技術(shù)參數(shù)、操作條件設(shè)計(jì)說明，工藝計(jì)算，生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)與選型，設(shè)計(jì)結(jié)果匯總，環(huán)保措施或方案，經(jīng)濟(jì)效益估算，設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)析，參考文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)附表附圖等。（四）設(shè)計(jì)進(jìn)度與時(shí)間安排設(shè)計(jì)選題與準(zhǔn)

4、備階段：2012年3月1日- 2012年4月23日；設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)進(jìn)行階段：2012年3月27日- 2008年5月28日。1. 查閱文獻(xiàn)，完成開題報(bào)告 3周（07.11.1207.11.23 ）2. 文獻(xiàn)檢索、資料查閱 3周（08.2.2708.3.17）3. 甲醇生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)選擇與論證 2周（08.3.1808.3.31）4.工藝計(jì)算 2周（08.4.108.4.14）5.定型設(shè)備的選擇與非定型設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算 2周（08.4.1508.4.28 ）6甲醇生產(chǎn)車間設(shè)備布置 2周（08.4.2908.5.12 ）7. 設(shè)計(jì)繪圖 1周（08.5.1308.5.19 ）8. 環(huán)保設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)估算、設(shè)

5、計(jì)評(píng)析 3天（08.5.2008.5.22 ）9. 編寫設(shè)計(jì)說明書、核對(duì)校正、檢查 1周（08.5.2308.5.26 ）10.答辯準(zhǔn)備 2天（08.5.2708.5.28 ） 二、概述1甲醇，分子式ch3oh，又名木醇或木精，純品為無色透明略帶乙醇香氣的揮發(fā)性液體，粗品刺鼻難聞。有毒，飲用后能使雙目失明。相對(duì)密度0.7914(d420)，蒸氣相對(duì)密度1.11(空氣=1)，熔點(diǎn)-97.8，沸點(diǎn)64.7，閃點(diǎn)（開杯）16，自燃點(diǎn)473，折射率nd(20)1.3287，表面張力（25）45.05mn/m，蒸氣壓（20）12.265kpa，粘度（20）0.5945mpas。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮

6、類和大多數(shù)其他有機(jī)溶劑混溶。蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限為6.0%36.5%（體積比）。 1923年德國basf公司率先用合成氣在高壓下實(shí)現(xiàn)甲醇的工業(yè)化生產(chǎn)，直至1965年，其期間這種高壓法工藝是合成甲醇的唯一方法。于1966年后，隨著甲醇工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，各種甲醇生產(chǎn)方法相繼出現(xiàn)。1966年英國ici公司開發(fā)了低壓法工藝，接著又開發(fā)了中壓法工藝。1971年德國的lurgi公司相繼開發(fā)了適用于天然氣渣油為原料的低壓法工藝。由于低壓法比高壓法在能耗、裝置建設(shè)和單系列反應(yīng)器生產(chǎn)能力方面具有明顯的優(yōu)越性，所以從70年代中期起，國外新建裝置大多采用低壓法工藝。世界上典型的甲醇合成工藝主要有英國

7、的ici工藝、德國的lurgi工藝和日本的三菱瓦斯化學(xué)公司（mcc）工藝。目前，國外的液相甲醇合成新工藝具有投資省、熱效率高、生產(chǎn)成本低的顯著優(yōu)點(diǎn)，尤其是lpmeohtm工藝，采用漿態(tài)反應(yīng)器，特別適用于用現(xiàn)代氣流床煤氣化爐生產(chǎn)的低h2/（coco2）比的原料氣，在價(jià)格上能夠與天然氣原料競爭。我國甲醇工業(yè)化生產(chǎn)始于1957年。50年代末在吉林、蘭州和太原等地建成了以煤或焦炭為原料來生產(chǎn)甲醇的裝置。60年代建成了一批中小型裝置，并在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上開發(fā)了聯(lián)產(chǎn)法生產(chǎn)甲醇的工藝。70年代四川維尼綸廠引進(jìn)了一套以乙炔尾氣為原料的95千噸年低壓法裝置，采用英國ici技術(shù)。1995年12月，由化工部第八設(shè)

8、計(jì)院和上?；ぴO(shè)計(jì)院聯(lián)合設(shè)計(jì)的200千噸年甲醇生產(chǎn)裝置在上海太平洋化工公司順利投產(chǎn)，標(biāo)志著我國甲醇生產(chǎn)技術(shù)向大型化和國產(chǎn)化邁出了新的一步。2000年，杭州林達(dá)公司開發(fā)了擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的jw低壓均溫甲醇合成塔技術(shù)，打破長期來被ici、lurgi等國外少數(shù)公司所壟斷的局面，并在2004年獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。2005年，該技術(shù)成功應(yīng)用于國內(nèi)首家焦?fàn)t氣制甲醇裝置上。甲醇是一種極重要的有機(jī)化工原料，也是一種燃料，是碳-化學(xué)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。近年來，隨著甲醇下游產(chǎn)品的開發(fā)，特別是甲醇燃料的推廣應(yīng)用，使甲醇的需求逐年大幅度上升。為了更好地滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)甲醇產(chǎn)品的需求，較好

9、的利用天然氣資源，選擇“甲醇生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)”作為畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，目的在于通過對(duì)該課題的設(shè)計(jì)，掌握和熟悉甲醇生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)，更好地開展甲醇生產(chǎn)方法研究和開發(fā)甲醇生產(chǎn)工藝，為資源利用、產(chǎn)品優(yōu)化探索新途徑。本設(shè)計(jì)選用的課題：“30萬t/a甲醇生產(chǎn)車間工藝初步設(shè)計(jì)”。依據(jù)“任務(wù)書”規(guī)定的設(shè)計(jì)內(nèi)容，進(jìn)行生產(chǎn)方案、工藝流程設(shè)計(jì)，工藝計(jì)算和生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)等。本設(shè)計(jì)遵循：“符合國情、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)環(huán)保”的原則，在綜合分析諸多甲醇生產(chǎn)方法的基礎(chǔ)上，采用“以天然氣為原料，經(jīng)脫硫-二段轉(zhuǎn)化-合成氣，在低壓下、固定管板列管合成塔中合成甲醇”的技術(shù)路線；精甲醇的生產(chǎn)采用：“三塔精餾工藝”。此外，即嚴(yán)格控制“三廢”的排放、空氣

10、中甲醇的含量以及保證生產(chǎn)安全、環(huán)境衛(wèi)生等方面參照國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和方法。三、生產(chǎn)方案與工藝流程設(shè)計(jì)3.1生產(chǎn)方案確定在天然氣經(jīng)加熱到380400時(shí)，進(jìn)入填裝有鈷鉬催化劑和氧化鋅的脫硫罐中脫去硫化氫及有機(jī)硫，使硫含量降到0.5微克每克以下，接著原料氣配入水蒸氣后于400下進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐的對(duì)流段，進(jìn)一步預(yù)熱到500520，然后進(jìn)入裝有鎳催化劑的轉(zhuǎn)化管，在管內(nèi)繼續(xù)被管外的燃燒氣加熱，進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)。離開轉(zhuǎn)化管底部的溫度為800820，經(jīng)吸收一些熱量以后，使溫度升到850860，并配入少量水蒸氣，然后與450的紅旗混合進(jìn)入二段轉(zhuǎn)化爐，在頂部燃燒區(qū)燃燒，放熱，溫度升到1200左右6。再通過催化劑床層繼續(xù)轉(zhuǎn)化并吸

11、熱，然后離開二段轉(zhuǎn)化爐，即得所需合成氣，合成氣此時(shí)成分含量為ch4 0.19%，h268.81%，co27.07% ，co23.45% ，n20.33% ，ar0.09%。然后合成氣經(jīng)熱量吸收后，被壓縮到5.14mpa，加熱為225后輸入固定管板列管合成塔反應(yīng)，合成塔出口甲醇濃度為3.04%。出塔合成氣與入塔氣換熱后進(jìn)入甲醇冷卻器。用水冷卻至40以下以冷凝出甲醇。合成氣于分離甲醇后循環(huán)使用。甲醇分離器出來的粗甲醇經(jīng)過三塔精餾，產(chǎn)品純度可達(dá)到99.9%，即得合格的精甲醇產(chǎn)品。3-2工藝流程設(shè)計(jì)與論證 經(jīng)綜合分析甲醇生產(chǎn)的各種工藝路線，本設(shè)計(jì)選用：以天然氣為原料，經(jīng)脫硫-二段轉(zhuǎn)化-合成氣，在低壓下

12、、固定管板列管合成塔中合成甲醇；精甲醇的生產(chǎn)采用“三塔精餾工藝”的技術(shù)路線。3-2-1 工藝流程簡圖天然氣脫硫天然氣變?yōu)楹铣蓺饧状己铣杉状季s圖1天然氣甲醇的簡單工藝流程工藝流程簡述：首先是采用凱洛格法氣化工藝將原料天然氣轉(zhuǎn)化為合成氣；原料天然氣先用zno脫硫，再通過二段轉(zhuǎn)化爐變?yōu)楹铣蓺?；其次就是甲醇的合成，將合成氣加壓?.14mpa，升溫到225后輸入列管式等溫反應(yīng)器中，在c302催化劑的作用下合成甲醇，再就是甲醇的精餾，本工藝采用三塔精餾工藝將粗甲醇精制得到精甲醇7。3-2-2 c302甲醇催化劑的主要特性： 催化劑的主要化學(xué)組成：cuo 50%.zno25%n . al2o3 4%，還

13、添加少量助劑.雜質(zhì)na2o 100n/cm2。3-2-3甲醇精餾工藝流程1、工藝流程簡圖： （？）2、工藝流程簡述：來自甲醇合成裝置的粗甲醇（40，0.4mpa），通過預(yù)塔進(jìn)料泵，經(jīng)粗甲醇預(yù)熱器加熱至65，進(jìn)入預(yù)精餾塔，預(yù)塔再沸器用0.4mpa的低壓蒸汽加熱，低沸點(diǎn)的雜質(zhì)如二甲醚等從塔頂排出，冷卻分離出水后作為燃料；回收的甲醇液通過預(yù)塔回流泵作為該塔回流液。預(yù)精餾塔底部粗甲醇液經(jīng)加壓塔進(jìn)料泵進(jìn)入加壓精餾塔，加壓塔再沸器以1.3mpa低壓蒸汽作為熱源，加壓塔塔頂餾出甲醇?xì)怏w（0.6mpa,122）經(jīng)常壓塔再沸器后，甲醇?xì)獗焕淠?，精甲醇回到加壓塔回流槽，一部分精甲醇?jīng)加壓塔回流泵, 回到加壓精餾塔

14、作為回流液，另一部分經(jīng)加壓塔甲醇冷卻器冷卻后進(jìn)入精甲醇計(jì)量槽中。加壓精餾塔塔底釜液（0.6mpa ，125）進(jìn)入常壓精餾塔，進(jìn)一步精餾。常壓塔再沸器以加壓精餾塔塔頂出來的甲醇?xì)庾鳛闊嵩础３壕s塔頂部排出精甲醇?xì)猓?.13mpa ，67），經(jīng)常壓塔冷凝冷卻器冷凝冷卻后一部分回流到常壓精餾塔，另一部分打到精甲醇計(jì)量槽內(nèi)貯存。產(chǎn)品精甲醇由精甲醇泵從精甲醇計(jì)量槽送至精甲醇貯罐裝置。3、工藝說明：（1）為防止粗甲醇中含有的甲酸、二氧化碳等腐蝕設(shè)備，在預(yù)塔進(jìn)料泵后的粗甲醇溶液中配入適量的燒堿溶液，用來調(diào)節(jié)粗甲醇溶液的ph值。（2）甲醇精餾系統(tǒng)各塔排出的不凝氣進(jìn)入燃料氣系統(tǒng)。（3）由常壓精餾塔底部排出的精

15、餾殘液經(jīng)廢水冷卻器冷卻至40后，由廢水泵送到生化處理裝置。（4）由甲醇精餾來的精甲醇貯存到精甲醇貯槽中。精甲醇貯槽為兩臺(tái)30000m3的固定貯罐，貯存量按15天產(chǎn)量計(jì)。五、物料衡算5-1 工藝技術(shù)參數(shù)5-1-1 合成工段的工藝參數(shù)23 參閱某化學(xué)工程公司的甲醇合成廠的工藝參數(shù)資料。具體數(shù)據(jù)為入塔壓力5.14mpa，出塔壓力4.9 mpa，副產(chǎn)品蒸汽壓力3.9 mpa，入塔溫度225，出塔溫度255。年產(chǎn)300000噸甲醇，年開工日為330天，日產(chǎn)為909.09噸，建設(shè)期為2年。5-1-2產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)本產(chǎn)品（精甲醇）執(zhí)行國家gb33892標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)見表1：4 表1 產(chǎn)品指標(biāo)項(xiàng) 目指標(biāo)優(yōu)等品一

16、等品合格品色度（鉑鈷），號(hào) 510密度（200c），g/cm30.7910.7920.7910.793沮度范圍(00c,101325pn),0c沸程（包括64.60.10c）,0c 64.0-65.50.81.01.5高錳酸鉀試驗(yàn)，min 503020水溶性試驗(yàn)澄清水分含量，% 0.100.15酸度（以hcooh計(jì)），% 或堿度（以nh3計(jì)），% 0.00150.0030.0050.00020.00080.0015羰基化合物含量（以ch2o計(jì)），% 0.0020.0050.01蒸發(fā)殘?jiān)浚? 0.0010.0030.0055-1-3 原料天然氣規(guī)格5原料天然氣的成份分析為v% ：ch4 97

17、.93、c2h6 0.71 、c3h8 0.04、 co2 0.74 、n2 0.56 其他雜質(zhì)0.02。5-2 精餾工段工廠設(shè)計(jì)為年產(chǎn)精甲醇30萬噸，開工時(shí)間為每年330天，采用連續(xù)操作，則每小時(shí)精甲醇的產(chǎn)量為37.89噸，即37.89 t/h。通過三塔高效精餾工藝，精甲醇的純度可達(dá)到99.9%，符合精甲醇國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。三塔精餾工藝中甲醇的收率達(dá)97%。則入預(yù)精餾塔的粗甲醇中甲醇量37.89 / 0.97=39.06t/h。由粗甲醇的組成通過計(jì)算可得下表： 表2 粗甲醇組成組分百分比產(chǎn)量甲醇93.40% 1220.25kmol/h 即 27333.6m3/h 二甲醚0.42%3.81 kmo

18、l/h 即 85.5 m3/h高級(jí)醇（以異丁醇計(jì)）0.26%1.47kmol/h 即32.91 m3/h高級(jí)烷烴（以辛烷計(jì)）0.32%1.17kmol/h 即26.28m3/h水5.6%130.08kmol/h 即 2913.54 m3/h粗甲醇100%41.82t/h注：設(shè)計(jì)中的體積都為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積計(jì)算方法：粗甲醇 =39.06 / 0.9340 = 41.82 t/h二甲醚 = 41.8210000.42% = 175.64 kg/h 即3.81 kmol/h 85.5 m3/h高級(jí)醇（以異丁醇計(jì)）= 41.8210000.26% = 108.72kg/h 即 1.47kmol/h ,

19、 32.91 m3/h高級(jí)烷烴（以辛烷計(jì)）=41.8210000.32% = 133.83 kg/h 即1.17kmol/h 26.28m3/h水= 41.8210005.6% = 2341.92 kg/h 即130.08kmol/h 2913.54 m3/h圖2合成物料流程圖5-3 合成工段5-3-1 合成塔中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng):主反應(yīng) co+2h2=ch3oh (1)co2+3h2=ch3oh +h2o (2) 副反應(yīng) 2co+4h2=（ch3o）2+h2o (3) co+3h2=ch4+h2o (4) 4co+8h2=c4h9oh+3h2o (5) co2+h2=h2o+co (6) 8co

20、+17h2=c8h18+8h2o (7) 5-3-2工業(yè)生產(chǎn)中測得低壓時(shí)，每生產(chǎn)一噸粗甲醇就會(huì)產(chǎn)生1.52 m3 （標(biāo)態(tài)）的甲烷，即設(shè)計(jì)中每小時(shí)甲烷產(chǎn)量為2.85 kmol/h ，63.57 m3/h。5-3-3由于甲醇入塔氣中水含量很少，忽略入塔氣帶入的水。由反應(yīng)（3）、（4）、（5）、（6）得出反應(yīng)（2）、（7）生成的水分為：130.082.853.811.4731.178 = 109.59 kmol/h 由于合成反應(yīng)中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要發(fā)生逆變反應(yīng)生成一氧化碳，且入塔氣中二氧化碳的含量一般不超過5%，所以計(jì)算中忽略反應(yīng)（2）。則反應(yīng)（6）中由二氧化碳反應(yīng)生成了109.5

21、9 kmol/h，即2454.81 m3/h的水和一氧化碳。5-3-4 粗甲醇中氣體溶解量查表5mpa、40時(shí)，每一噸粗甲醇中溶解其他組成如下表：表3每噸粗甲醇中合成氣溶解情況氣體h2coco2n2arch4溶解量（m3/t粗甲醇）4.3640.8157.7800.3650.2431.680則粗甲醇中的溶解氣體量為： h2 = 41.824.364 = 182.50 m3/h 即8.16kmol/h co=41.820.815= 34.08 m3/h 即1.53kmol/hco2 =41.827.780 = 325.26m3/h 即14.52kmol/hn2 =41.820.365 =15.2

22、7m3/h 即0.69kmol/ar =41.820.243 = 10.17m3/h 即0.15 kmol/hch4 =41.821.680 = 70.23 m3/h 即3.15kmol/h5.3.5 粗甲醇中甲醇擴(kuò)散損失 40時(shí),液體甲醇中釋放的溶解氣中,每立方米含有37014g的甲醇,假設(shè)減壓后液相中除二甲醚外,其他氣體全部釋放出，則甲醇擴(kuò)散損失g =（182.5+325.26+34.08+15.27+10.17+70.23）0.037014=23.7kg/h 即 0.74 kmol/h，16.58 m3/h5.3.6 合成反應(yīng)中各氣體的消耗和生成情況表4 弛放氣組成氣體ch3ohh2co

23、co2n2arch4組成0.61%81.82%9.16%3.11%3.21%0.82%1.89%表5合成反應(yīng)中消耗原料情況 消耗項(xiàng)單位消耗原料氣組分coco2h2n2ar反應(yīng)（1）m3/h24878.7949757.58反應(yīng)（3）m3/h171.0342.00反應(yīng)（4）m3/h63.57190.71反應(yīng)（5）m3/h131.61263.28反應(yīng)（6）m3/h210.30反應(yīng)（7）m3/h（2454.81）2454.812454.81注：括號(hào)內(nèi)的為生成量；反應(yīng)（1）項(xiàng)不包括擴(kuò)散甲醇和弛放氣中甲醇消耗的原料氣量表6合成反應(yīng)中生成物情況生成項(xiàng)單位生成物組分ch4ch3oh（ch3o）2c4h9oh

24、c18h18h2o反應(yīng)（1）m3/h24878.79反應(yīng)（3）m3/h85.5085.50反應(yīng)（4）m3/h63.5763.57反應(yīng)（5）m3/h32.9198.70反應(yīng)（6）m3/h26.28210.30反應(yīng)（7）m3/h2454.81表7其他情況原料氣消耗消耗項(xiàng)單位消耗原料氣組分coco2h2n2arch4粗甲醇中溶解m3/h34.08325.26182.5015.2710.1770.23擴(kuò)散的甲醇m3/h16.5633.15弛放氣m3/h9.16%g3.11%g81.20%g3.21%g0.82%g1.89%g馳放氣中甲醇m3/h0.61%g1.22%g注：g 為馳放氣的量，m3/h。5

25、.3.7 新鮮氣和弛放氣氣量的確定co 的各項(xiàng)消耗總和 = 新鮮氣中co 的量，即 24878.79+171.00+63.57+131.61+210.302454.81+34.08+16.56+0.61%g+9.16%g=23051.1+9.77%g同理，原料氣中其他各氣體的量=該氣體的各項(xiàng)消耗總和，由此可得新鮮氣體中各氣體流量，如下表：表8新鮮氣組成組分單位coco2h2n2arch4氣量m3/h23051.1+9.77%g2780.07+3.11%g53672.1+82.42%g15.27+3.21%g10.17+0.82%g6.66+1.89%g新鮮氣m3/h79534.08+1.018

26、3g新鮮氣中惰性氣體（n2 + ar）百分比保持在0.42%，反應(yīng)過程中惰性氣體的量保持不變，（n2 + ar）=25.44+4.03%g， 則 79534.08+1.0183g=（25.44+4.03%g）/0.42%解得 g = 8566.80m3/h， 即弛放氣的量為8566.80 m3/h ，由g 可得到新鮮氣的量88257.66 m3/h由弛放氣的組成可得出下表9和表10。表9 弛放氣組成氣體ch3ohh2coco2n2arch4組成0.61%81.82%9.16%3.11%3.21%0.82%1.89%氣量m3/h52.266956.22784.71266.46274.9870.2

27、9161.88表10 新鮮氣組成(合成氣)氣體ch4h2coco2n2ar組成0.19%68.81%27.07%3.45%0.33%0.09%氣量m3/h168.5460731.5823888.073046.53290.2580.435.3.8 循環(huán)氣氣量的確定g1 =g 3+g4+g5+g6g7g8式中：g1 為出塔氣氣量 ； g 3 新鮮氣氣量 ；g4 循環(huán)氣氣量 ；g5 主反應(yīng)生成氣量； g6 副反應(yīng)生成氣量；g7 主反應(yīng)消耗氣量； g8 副反應(yīng)消耗氣量；g5= 24878.79+16.56+0.61%8566.80=24947.60g6= 85.50+85.50+63.57+63.57

28、+32.91+98.7+26.28+210.30+2454.81+2454.81=5575.8g7=24878.79+4976.58+16.56+33.12+0.61%8566.803=74842.83g8=171.00+342.00+63.57+190.71+131.61+263.28+210.30+446.91+2454.81+2454.81=6728.94已知出塔氣中甲醇含量為5.84%，則 （g 40.61%+8566.800.61%+24878.79+16.56）/ g1=0.0584解得g4= 434921.07m3/h循環(huán)氣氣量計(jì)算匯總見表11表11 循環(huán)氣組成氣體ch3ohh

29、2coco2n2ar ch4組成0.61%81.82%9.16%3.11%3.21%0.82%1.89%氣量m3/h2653.02353155.9239838.7713526.0413960.983566.378220.005.3.9 循環(huán)比， co及 co2單程轉(zhuǎn)化率的確定循環(huán)比r= g4/g 3 =434921.07/88257.66=4.93co單程轉(zhuǎn)化率：(23017.02+52.26)/(23888.07+39838.77)=0.3620 即 36.2%co2單程轉(zhuǎn)化率：2454.81/(3046.53+13526.04)=0.1481 即 14.81%5.3.10 入塔氣和出塔氣組

30、成g1 =g 3+g4+g5+g6g7g8=472268.82m3/h ;21083.34 kmol/hg2= g3+g4 =523178.7m3/h ;23356.2 kmol/h g2 為入塔氣氣量表12 入塔氣組成氣體 ch3oh h 2 co co2 n2 ar ch4組成 0.06% 79.11% 12.18% 3.17% 2.72% 0.70% 1.60%氣m3/h 2653.02 413887.5 63726.84 16572.57 14251.23 3646.80 8388.54量 kmol/h 13.32 18477.12 2844.96 739.86 636.21 162.

31、81 386.49表13 出塔氣組成氣體 h 2 co co2 n2 ar ch3oh組成 76.29% 8.61% 2.93% 3.02% 0.77% 5.84%氣m3/h 360294.63 40657.56 13851.33 14251.23 3646.8 27600.63量 kmol/h 16084.59 1815.06 618.36 636.81 162.81 1232.16氣體 ch4 （ch3o）2 c4h9oh c18h18 h2o 組成 1.79% 0.018% 0.007% 0.006% 0.62% 氣m3/h 8452.11 85.5 32.91 26.28 2912.2

32、8量 kmol/h 377.28 3.81 1.47 1.17 130.02計(jì)算過程：入塔氣co=循環(huán)氣中co+新鮮氣中co即23888.79+39838.77=63726.84 m3/h同理可得其他氣體氣量;出塔氣中co=入塔氣中co反應(yīng)消耗的co+反應(yīng)中生成的co即 63726.8424878.79171.0063.57131.61210.3016.560.61%8566.80+2454.81=40657.56 m3/h同理得其他氣體氣量5.3.11 甲醇分離器出口氣體組成的確定 分離器出口氣體組分=循環(huán)氣氣體組分+弛放氣氣體組分；則分離器出口氣體中co氣量=循環(huán)氣中co + 弛放氣中co

33、 = 39838.68+784.71=40623.48 m3/h 即 1813.56kmol/h ；同理可算得其他氣體的氣量。表14 分離器出口氣體組成氣體 ch3oh h 2 co co2 n2 ar ch4組成 0.61% 81.82% 9.16% 3.11% 3.21% 0.82% 1.89%氣m3/h 2705.46 360112.02 40623.75 13792.80 14235.66 3636.87 8381.85量kmol/h 120.78 16076.43 1813.56 615.75 635.52 162.36 374.19表15 入塔氣組成氣體 ch3oh h 2 co

34、co2 n2 ar ch4組成 0.06% 79.11% 12.18% 3.17% 2.72% 0.70% 1.60%氣m3/h 2653.02 413887.5 63726.84 16572.57 14251.23 3646.80 8388.54量 kmol/h 13.32 18477.12 2844.96 739.86 636.21 162.81 386.495.4 原料計(jì)算合成氣總含c量 a=13.32+2844.96+739.86+386.49=3984.63kmol/h每立方米天然氣中c含量 ： b=（）=0.044461kmol/m3則每小時(shí)天然氣用量 c=a/b8.96104m3

35、/h燃料用天然氣 8.7103 m3/h，總用量9.83104 m3/h六、能量衡算 6.1合成工段熱衡算6.1-1 合成塔的熱平衡計(jì)算計(jì)算公式全塔熱平衡方程式為：q1 + qr = q2 + q3+ q （1）式中： q1入塔氣各氣體組分焓，kj/h； qr 合成反應(yīng)和副反應(yīng)的反應(yīng)熱，kj/h； q2 出塔氣各氣體組分焓，kj/h； q3 合成塔熱損失，kj/h； q沸騰水吸收熱量，kj/h。q1=（g1cm1tm1） （2）式中： g1入塔氣各組分流量，m3/h；cm1 入塔各組分的比熱容，kj/（m3.k）；tm1入塔氣體溫度，k；q2=（g2cm2tm2） （3）式中： g2出塔氣各組

36、分流量m3/h；cm2 出塔各組分的熱容，kj/（m3.k）；tm2 出塔氣體溫度，k；qr= qr1 +qr2 +qr3+ qr4+ qr5 +qr6+ qr7 （4）式中： qr1、qr2 、qr3、 qr4、 qr5 、qr6、分別為甲醇、甲烷、二甲醚、異丁醇、辛烷、水的生成熱，kj/h； qr7二氧化碳逆變反應(yīng)的反應(yīng)熱，kj/h qr=grh （5）式中： gr各組分生成量，kmol/h；h生成反應(yīng)的熱量變化，kj/mol6.1.2入塔熱量計(jì)算 通過計(jì)算可以得到5.14mpa，225時(shí)各入塔氣氣體的熱容，根據(jù)入塔氣各氣體組分量，算的甲醇合成塔入塔熱量如下表： 表16甲醇合成塔入塔熱量氣

37、體 ch3oh h 2 co co2 n2 ar ch4熱容kj/（kmol.k）67.04 29.54 29.88 44.18 29.47 25.16 46.82氣量kmol /h 13.32 18477.12 2844.96 739.86 636.21 62.81 374.49 入塔熱量kj/（h.k）895.98 545814.12 85010.88 32687.01 18749.1 4096.29 17533.62入塔熱量合計(jì)為704784.00 kj/（h.k） 所以q1=704784.00498.153.511108 kj/h6.1.3塔內(nèi)反應(yīng)熱的計(jì)算忽略甲醇合成塔中的反應(yīng)(2)生

38、成的熱量,按反應(yīng)(1)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、生成的熱量如下表:表17甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)熱氣體 ch3oh ( ch3 )2o c4h9oh c8h18 ch4 co 生成熱kj/mol 102.37 49.62 200.39 957.98 115.69 42.92生成量kmol /h 1220.25 3.81 1.47 1.14 130.08 109.59反應(yīng)熱kj/h 124916992.5 189052.20 294573.30 1120836.60 15048955.20 4703602.80反應(yīng)熱合計(jì)q1=1.369108 kj/h 6.1.4 塔出口氣體總熱量計(jì)算表

39、18甲醇合成塔出塔氣體組分熱容和熱量氣體 h 2 co co2 n2 ar ch3oh熱容kj/（kmol.k） 29.56 30.01 45.04 29.61 25.16 72.05氣量 kmol/h 16084.59 1815.06 618.36 636.21 162.81 1232.16出塔熱量kj/（h.k） 475460.49 54469.95 27850.92 18834.63 162.81 1232.16氣體 ch4 （ch3o）2 c4h9oh c18h18 h2o 合計(jì)熱容kj/（kmol.k） 48.14 18.03 19.23 101.73 36.25氣量 kmol/h

40、377.28 3.81 1.47 1.14 130.02 出塔熱量kj/（h.k）18162.27 68.70 28.29 115.98 4713.24 692575.98出塔氣體溫度255即528.15k q2=692575.98528.153.658108kj/h6.1.5全塔熱量損失的確定 全塔熱損失為4%,即q3=(q1 + qr)4%=(3.511108+1.369108)4%=1.95107 kj/h6.1.6沸騰水吸收熱量的確定由公式(1)可得q=q1 + qr q2 - q3=1.027108kj/h 表19 全塔熱平衡表氣體 氣體顯熱 反應(yīng)熱 損失熱 蒸汽吸收熱 合計(jì)入塔氣體

41、kj/h 3.511108 1.369 108 4.880108出塔氣體kj/h3.658108 1.95107 1.027108 4.8801086.2 入塔氣換熱器的熱量計(jì)算6.2.1入換熱器的被加熱氣體熱量的確定表20入換熱器被加熱氣體各組分熱容和顯熱氣體 ch3oh h 2 co co2 n2 ar ch4熱容kj/（kmol.k）95.87 29.25 29.44 38.47 29.47 25.18 39.66氣量kmol /h 13.32 18477.12 2844.96 739.86 636.21 162.81 374.49 熱量kj/（h.k） 1276.98 540455.7

42、6 83755.62 28462.41 18749.1 4096.29 14852.28合計(jì)：入換熱器的被加熱氣體熱量為691648.44 kj/（h.k），入口溫度為40， 691648.44313.15=2.166108 kj/h6.2.2出換熱器的被加熱氣體熱量的確定 出換熱器的被加熱氣體顯熱=入合成塔氣體的顯熱，即3.511 108kj/h6.2.3入換熱器的熱氣體熱量的確定 入換熱器的加熱氣體顯熱=出合成塔氣體的顯熱，即3.658108kj/h6.2.4出換熱器的熱氣體熱量的確定 被加熱氣體吸收的熱量=出換熱器的被加熱氣體顯熱入換熱器的被加熱氣體顯熱=3.5111082.166108

43、=1.345 108kj/h ，所以出換熱器的加熱氣體顯熱量=入換熱器的加熱氣體顯熱被加熱氣體吸收的熱量=3.6581081.345108=2.313108kj/h6.2.5 出換熱器的加熱氣體的溫度的確定 假設(shè)出換熱器的加熱氣體各組分熱容與出塔時(shí)相同，則出口溫度為 2.313108/6.916105=333.95k 即 60.86.3 水冷器熱量的計(jì)算6.3.1 水冷器熱平衡方程q1+q2=q3+q4+q5式中：q1入換熱器氣體顯熱，kj/h；q2氣體冷凝放熱，kj/h；q3出水冷器氣體顯熱，kj/h；q4粗甲醇液體顯熱，kj/h；q5冷卻水吸熱，kj/h。6.3.2水冷器入口氣體顯熱的確定

44、 水冷器入口氣體的顯熱=入塔氣換熱器出口加熱氣體的顯熱，即2.313108kj/h6.3.3水冷器出口氣體顯熱的確定表21水冷器出口氣體各組分熱容和熱量氣體 ch3oh h 2 co co2 n2 ar ch4熱容kj/（kmol.k）95.87 29.25 29.44 38.47 29.47 25.18 39.66氣量kmol /h 120.78 16076.43 1813.56 615.75 635.52 162.36 120.78熱量kj/（h.k）11579.19 470235.57 53391.21 23687.91 18728.76 4084.98 14840.37合計(jì)：水冷器出口

45、氣體顯熱596547.99 kj/（h.k）；出口溫度40，出口氣體顯熱=596547.99313.151.868108 kj/h6.3.4 出水冷器的粗甲醇液體熱量的確定表22粗甲醇中液體組分氣化熱和液體熱容組分 （ch3o）2 c4h9oh c18h18 h2o ch3oh 氣化熱kj/kg 531.75 577.81 307.05 2260.98 1117.93液體比熱容kj/(kg.) 2.638 2.596 2.26 4.187 2.72 表23出塔氣在水冷器中冷凝放熱量組分 （ch3o）2 c4h9oh c18h18 h2o ch3oh 冷凝量kg /h 175.65 108.72

46、 133.83 2341.92 39060放熱量kj/h 93401.88 62819.49 41092.50 5295034.29 43666345.8 合計(jì)：水冷器中冷凝放熱量為4.92107kj/h表24粗甲醇中各組分液體顯熱組分 （ch3o）2 c4h9oh c18h18 h2o ch3oh 液體比熱容kj/(kg.) 2.638 2.596 2.26 4.187 2.72 熱量kj/（h .） 463.35 282.24 302.46 9805.62 106243.20合計(jì)：粗甲醇中各組分液體顯熱=117096.87 kj/（h .），粗甲醇溫度40 即313.15k ，117096.87313.153.67107kj/h6.3.5 水冷器冷卻水吸熱的確定由水冷器熱平衡方程可得 q5 = q1+q2q3q4 即q5 =2.313108+4.921073.671071.868108=5.70107 kj/h6.3.6冷卻水用量的確定 入口冷卻水溫度20，出口冷卻水溫度35，平均比熱容4.187 kj/(kg.)=9.07105 kg/h 即 907t/h流程中并用了兩個(gè)相同的水冷器，所以每個(gè)水冷器用水量為453.5t/h，吸收熱量為2.85107