年產8 萬噸甲醇裝置的Aspen Plus 模擬及工藝設計

1、 年產8 萬噸甲醇裝置的Aspen Plus 模擬及工藝設計 畢業(yè)設計（論文）內容： 1、工藝流程設計 2、物能衡算 3、設備計算 4、物料流程圖 畢業(yè)設計（論文）專題部分： 甲醇合成反應器 預精餾塔 指 導 教 師： 教研室主任： 院 長： 簽字 簽字 簽字 年 年 年 月 月 月 日 日 日 i 內容摘要 本文是對年產 8 萬噸甲醇裝置的 Aspen 模擬及工藝設計。本設計依據錦西天燃氣有限責任公司甲醇生產工段的工藝過程，在實際生產理論的基礎上，制定合理可行的設計方案。 本文主要闡述了甲醇在國民經濟中的地位和作用、工業(yè)生產方法、生產原理、工藝流程。采用 Aspen 對主要設備如：混合器、反

2、應器、閃蒸塔、換熱器、精餾塔等進行物料衡算，對甲醇反應器，進料-產品第一換熱器，冷卻器等六個設備進行熱量衡算，并對甲醇反應器和換熱器進行設備計算。并使用CAD 繪制相應的工藝流程圖。最后對此工藝過程的安全及環(huán)保問題做了簡要說明。 關鍵詞：甲醇；Aspen 模擬；工藝設計；反應器；精餾塔； ii Abstract In this paper, This is an update to 80,000 t/Aspen simulation of methanol plant and process design. This design was based on Jinxi natural gas

3、Corporation Limited section petrochemical ethylene plant of methanol production process, in theory on the basis of actual production, develop reasonable feasible design. This article mainly on the status and role of methanol in the national economy, industrial production method, principle, technolog

4、ical process of production. Aspen on major equipment such as: flashing Tower, mixers, reactors, heat exchangers, distillation, such as material balance, on methanol reactor, feed-product of the first heat exchanger, cooler heat six devices such as accountancy, and device evaluation methanol reactor

5、and heat exchangers. And using CAD drawing the flow chart.In the last, make a short illumination for the problem of security and environmentalist. Keywords: Methanol; Aspen simulation; design; reactor;rectify; iii 目錄 內容摘要 . i Abstract . ii 目錄 . iii 1 文獻綜述 . 1 1.1 甲醇在國民經濟中的地位和作用 . 1 1.2 甲醇在國內外的發(fā)展動向 .

6、 1 1.2.1 生產技術 . 1 1.2.2 技術發(fā)展動向 . 1 1.3 甲醇的市場需求狀況 . 2 2 工藝概述 . 3 2.1 甲醇的性質 . 3 2.1.1 甲醇的物理性質 . 3 2.1.2 甲醇的化學性質 . 3 2.2 生產方法的評述及選擇 . 3 2.2.1 高壓法 . 3 2.2.2 低壓法 . 4 2.2.3 中壓法 . 4 2.3 合成甲醇催化劑的種類及性能 . 4 2.3.1 幾種國外催化劑種類及性能 . 4 2.3.2 幾種國內催化劑的性狀 . 5 2.4 甲醇的生產原理. 6 2.4.1 合成反應原理 . 6 2.4.2 精餾工藝原理 . 7 2.5 工藝流程描述

7、 . 7 3 物能衡算 . 8 3.1 物性數據 . 8 3.2 設計依據 . 8 3.3 Aspen 模擬循環(huán)系統(tǒng)的物料衡算 . 8 3.3.1 進料組分的摩爾百分數 . 8 3.3.2 Aspen 模擬工藝流程圖的設備一覽表 . 9 表3.3 合成甲醇裝置的Aspen 的模擬設備統(tǒng)計表 . 9 3.3.3 Aspen 模擬工藝流程的數據衡算表 . 11 4 設備計算 . 20 4.1 反應器R301 . 20 4.1.1 反應器設計依據 . 20 4.1.2 反應器的計算依據 . 20 4.1.3 反應器R301 . 22 4.1.4 反應器的設計Aspen 模擬流程圖 . 22 4.1.

8、5 反應器的設計和靈敏度分析 . 23 4.2 換熱器的設計 . 28 iv 4.2.1 換熱器設計概述 . 28 4.2.2 管殼式換熱器的簡介 . 29 4.2.3 換熱器E302 . 30 4.3 精餾塔塔T401 . 34 4.3.1 精餾塔的設計依據 . 34 4.3.2 精餾塔的設計的Aspen 的模擬流程圖 . 35 4.3.3 精餾塔T401 的設計和靈敏度的分析 . 35 4.3.4 精餾塔設計. 39 5 設計結論 . 48 5.1 設計結論 . 48 5.2 安全問題的設計. 48 5.3 三廢處理 . 48 5.4 廠址的選擇 . 49 致謝 . 51 參考文獻 . 5

9、2 附錄 . 53 沈陽化工大學學士學位論文 1 文獻綜述 1 1 文獻綜述 1.1 甲醇在國民經濟中的地位和作用 甲醇，又名：木精、木酒精；英文名：Methanol；分子式 CH 3 OH；分子量:32; 是一種無色、易燃、易揮發(fā)的有度液體，常溫下對金屬無腐蝕性（鉛、鋁除外），略有酒精氣味。 甲醇是多種有機產品的基本原料和重要溶劑，是基礎的有機化工原料和優(yōu)質燃料。廣泛應用有機合成、燃料、醫(yī)藥、涂料和國防等工業(yè)。甲醇可用來制造甲醛、醋酸、氯甲烷、硫酸二甲酯等多種有機產品。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。甲醇和氨反應可以制造一甲胺。在國民經濟發(fā)展中具有重要的地位和作用。 1

10、.2 甲醇在國內外的發(fā)展動向 1.2.1 生產技術 1661 年，德國的Robert Boyle 發(fā)現焦木酸中含有一種“中性物質”，稱其為木精 “Wood Alcohol”。1734 年，Damds 和P' eligt 從焦木酸中分離出甲醇，并測定了甲醇的相對分子質量。1857 年，Berthelot 用氯甲烷在堿性溶液中水解首次通過化學方法合成了甲醇。 甲醇的大規(guī)模工業(yè)化生產是從 20 世紀 20 年代高壓法合成甲醇的工業(yè)實現開始的。1913 年，德國BASF 公司在其高壓合成氨的實驗裝置上進行了CO 和H2 合成含氧化合物的研究，并于1923 年在德國Leuna 建成了世界上第一座

11、年產3000 t 合成甲醇的生產裝置，并成功投產。1927 年，美國Commerical Solvent 公司建成了世界第一座利用CO2 和H2 合成甲醇的工業(yè)裝置，并投入工業(yè)生產。 1.2.2 技術發(fā)展動向 高壓法合成甲醇工業(yè)投資大，生產成本高。為此世界各國都在探求能夠降低合成壓力的工業(yè)生產方法。英國ICI 公司和德國Lurgi 公司分別成功的研制出中低壓甲醇合成催化劑，降低了反應壓力，促進了甲醇生產的高速發(fā)展。1966 年，ICI 公司使用 Cu-Zn-Al 氧化物催化劑，成功實現了操作壓力為5 MPa 的CO 和H2 合成甲醇的生產 沈陽化工大學學士學位論文 1 文獻綜述 2 工藝，該過

12、程稱為ICI 低壓法。1972 年，ICI 公又成功實現了10 MPa 的中壓甲醇合成工藝。1970 年，德國Lirgi 公司采用Cu-Zn-Mn 或Cu-Zn-Mn-V，Cu-Zn-Al-V 氧化物銅基催化劑，成功地建成了年產4000 t 甲醇的低壓生產裝置，該法稱為Lurgi 低壓法。與此同時，世界其他化學公司也競相開發(fā)自己的中低壓甲醇合成工藝，建立甲醇合成置，但ICI 和Lurgi 中低壓法合成工藝是普遍采用的合成技術。 甲醇的制備是一個多相反應過程，還發(fā)生生成烴、高碳醇、醚、醛、酯及單質碳等一系列副反應。我國甲醇生產主要是以煤炭為原料，生產的主要方法是合成法。較早的甲醇合成采用高壓合成

13、工藝，由于操作壓力高、動力消耗大、設備復雜、產品質量差等缺點，現已逐步被淘汰。目前大都采用（中）低壓工藝來合成甲醇。 1.3 甲醇的市場需求狀況 我國甲醇生產已有40 年的歷史，目前已形成390 萬t/a 的生產能力，生產企業(yè)有 200 多家。2002 年我國甲醇產量達到210.95 萬t，表觀消費量為390.0 萬t,自給率為 54%。但由于單套裝置能力較小、經濟技術水平落后，使得產品成本高，企業(yè)效益差。萬噸級以上的廠家只有幾十家，十萬噸級以上規(guī)模的就更少。 隨著國內甲醇消費市場走強，生產能力、產量、表觀消費量大幅增加，進口量也逐年提高，各企業(yè)看好甲醇市場，紛紛準備新建或擴建甲醇項目。其中較

14、大的有海南 60 萬t/a、四川（瀘天化）40 萬t/a、山東30 萬t/a、山西（長治）20 萬t/a、陜西（韓城）20 萬 t/a，內蒙（蘇格里）18 萬 t/a 等，若這些裝置全部按計劃投產，屆時我國甲醇生產能力將達到 500 萬 t/a，由于中小裝置及能耗高、效益差的裝置不斷關閉，預計實際有效產能約為 400 萬 t/a?，F已有多家以煤或天然氣為原料的甲醇項目在籌建之中。 沈陽化工大學學士學位論文 2 工藝概述 3 2 工藝概述 2.1 甲醇的性質 2.1.1 甲醇的物理性質 甲醇，又名：木精、木酒精；英文名：Methanol；分子式CH3OH；分子量:32，相對密度0.792(20/

15、4)，熔點-97.8，沸點64.5，燃燒熱725.76KJ/mol，閃點12.22，自燃點463.89，蒸氣密度1.11，蒸汽壓 13.33KPa(100mmHg 21.2)，蒸氣與空氣混合物爆炸極限636.5 %（體積比），能與水、乙醇、乙醚、苯、酮、鹵代烴和許多其他有機溶劑相混溶，但是不與石油醚混溶，遇熱、明火或氧化劑易燃燒。揮發(fā)途中也會使物體油漆表面遭腐蝕。 2.1.2 甲醇的化學性質 甲醇含有一個甲基與一個羥基，是最簡單的飽和脂肪醇，具有脂肪醇的化學性質，即可進行氧化、酯化、羰基化、胺化、脫水等反應。甲醇可以與一系列物質反應，所以甲醇在工業(yè)上有著十分廣泛的應用。甲醇裂解產生CO 和H2

16、，是制備CO 和H2 的重要化學方法。 甲醇在電解銀催化劑上可被空氣氧化成甲醛，是重要的工業(yè)制備甲醛的方法。甲醇可與多無機酸和有機酸發(fā)生脂化反應。甲醇和光氣發(fā)生羰基化反應生成氯甲酸甲酯。在壓力520 MPa，溫度370420 下，以活性氧化鋁或分子篩作催化劑，甲醇和胺發(fā)生反應生成一甲胺、二甲胺和三甲胺的混合物，經精餾分離可得一甲胺、二甲胺和三甲胺產品。甲醇在高溫和酸性催化劑如 ZSM-5， -Al2O3 作用下分子間脫水生成二甲醚等。 2.2 生產方法的評述及選擇 用天然氣制甲醇高壓法、中壓法、低壓法三種方法。 2.2.1 高壓法 高壓工藝流程一般指的是使用鋅鉻催化劑,在 300400,30M

17、Pa 高溫高壓下合成甲醇的過程。自從 1923 年第一次用這種方法合成甲醇成功后,差不多有 50 年的時間,世界上合成甲醇生產都沿用這種方法,僅在設計上有某些細節(jié)不同,例如甲醇合成 沈陽化工大學學士學位論文 2 工藝概述 4 塔內移熱的方法有冷管型連續(xù)換熱式和冷激型多段換熱式兩大類,反應氣體流動的方式有軸向和徑向或者二者兼有的混合型式,有副產蒸汽和不副產蒸汽的流程等.近幾年來,我國開發(fā)了 25-27MPa 壓力下在銅基催化劑上合成甲醇的技術,出口氣體中甲醇含量4左右,反應溫度230-290。 2.2.2 低壓法 ICl 低壓甲醇法為英國ICl 公司在1966 年研究成功的甲醇生產方法.從而打破

18、了甲醇合成的高壓法的壟斷，這是甲醇生產工藝上的一次重大變革，它采用 51-1 型銅基催化劑,合成壓力 5Mpa。ICl 法所用的合成塔為熱壁多段冷激式，結構簡單，每段催化劑層上部裝有菱形冷激氣分配器，使冷激氣均勻地進入催化劑層，用以調節(jié)塔內溫度.低壓法合成塔的型式還有聯邦德國 Lurgi 公司的管束型副產蒸汽合成塔及美國電動研究所的三相甲醇合成系統(tǒng)。70 年代，我國輕工部四川維尼綸廠從法國 Speichim 公司引進了一套以乙炔尾氣為原料日產300 噸低壓甲醇裝置(英國ICI 專利技術)。80 年代齊魯石化公司第二化肥廠引進了聯邦德國Lurge 公司的低壓甲醇合成裝置 2.2.3 中壓法 中壓

19、法是在低壓法研究基礎上進一步發(fā)展起來的,由于低壓法操作壓力低,導致設備體積相當龐大,不利于甲醇生產的大型化.因此發(fā)展了壓力為 10MPa 左右的甲醇合成中壓法.它能更有效地降低建廠費用和甲醇生產成本.例如 ICI 公司研究成功了 51-2 型銅基催化劑,其化學組成和活性與低壓合成催化劑51-1型差不多,只是催化劑的晶體結構不相同,制造成本比51-1型高貴.由于這種催化劑在較高壓力下也能維持較長的壽命,從而使 ICI 公司有可能將原有的 5MPa 的合成壓力提高到 l0MPa,所用合成塔與低壓法相同也是四段冷激式，其流程,其流程和設備與低壓法類似. 2.3 合成甲醇催化劑的種類及性能 2.3.1

20、 幾種國外催化劑種類及性能 1I.C.I.51-1 型甲醇合成催化劑 該催化劑的化學組成為 CuO 60%，ZnO 30%,Al2O3 10%.形狀及顆粒為 5.406 3.6mm圓柱形顆粒，堆密度為1.31.3kg/L；操作溫度210270，操作壓力可低于 6.2Mpa。由于該催化劑毒物敏感，因此要求合成氣中不含硫化物（小于0.06ml/mm3）, 沈陽化工大學學士學位論文 2 工藝概述 5 氯化物，重金屬（鐵銹），堿金屬及砷。催化劑的空時甲醇產率為 0.30.4t/(m3h), 壽命在兩年以上，一般可達到4 年。 2Tops eMK-101 型甲醇合成催化劑 該催化劑具有高活性，高選擇性，

21、高穩(wěn)定性的特點，進口溫度為220，經兩年操作，活性保持穩(wěn)定。引起催化劑選擇性惡化的條件為高溫，高壓，高 CO/H2 比，高CO/CO2 比，低空速。該催化劑具有活性高，選擇性高（副產物低），強度高，允許合成器組成范圍寬，穩(wěn)定性好，活性下降緩慢，低溫活性好，達到同樣空時產量的操作溫度比一般催化劑低等特點。要求操作壓力為5150Mpa，溫度200300。 3德國南方化學集團G79-7GL 甲醇合成催化劑 該催化劑是與齊魯公司大型甲醇裝置配套的甲醇合成催化劑，催化劑特點：活性高，在230條件時具有高活性，時空收率大于2.3Nm3/(m3h)；使用壽命長（4 年以上）；副反應小，粗甲醇中雜質少；抗側壓

22、強度高，不易粉碎；還原后收縮率低小于 3%；抗毒能力強。催化劑效果：單程轉化率高；循環(huán)比?。ㄐ∮?）；出口甲醇濃度高，12%14%（V）；甲醇產率高；碳轉化率高（大于99%）；能源與原料消耗低；催化劑用量少，為傳統(tǒng)的50%。 2.3.2 幾種國內催化劑的性狀 1C207 型銅基催化劑 該催化劑主要用于1013Mpa 下的聯醇生產，也可以用于2530Mpa 下的甲醇合成。該催化劑為銅、鋅、鋁的氧化物，易吸潮及吸收空氣中的硫化物，應密封貯存。其使用溫度范圍235315，最佳使用溫度范圍為240270。 2C301 型銅基催化劑 該催化劑外觀為黑色光澤圓柱體，粒徑為 5mm065mm，顆粒密度 3.

23、63g/ml,使用溫度范圍為230285。 表2.1 C301 催化劑參數性能表 溫度/ 壓 力 /Mpa 型狀 規(guī) 格 直徑/m 規(guī) 格 高/m 顆 粒 當量 直 徑 /m 顆 粒 密度/kg/m 3 孔隙率 堆 積 密度/kg/m 3 空速/h 230-285 5 圓柱體 0.005 0.005 0.003062 3630 0.5 1650 10000 3C303 型銅基催化劑 沈陽化工大學學士學位論文 2 工藝概述 6 該催化劑是Cu-Zn-Cr 型低溫甲醇催化劑。外觀為棕黑色圓柱狀 4.5mm064.5mm 顆粒，顆粒密度為2.0-2.2kg/L。 本設計采用國產C301 型銅基催化劑

24、。 2.4 甲醇的生產原理 2.4.1 合成反應原理 甲醇合成是在5.0MPa 壓力下，在催化劑的作用下，氣體中的一氧化碳、二氧化碳與氫反應生成甲醇，基本反應式為： 2 4 2 2 2 4 2 2 2 6 2 2 4 2 2 2 3 4 2 2 O H C H CO O H O CH H CO O H O H C H CO O CH H CO 以銅為主體的銅基催化劑，對于甲醇合成具有極高的選擇性，而且在不太高的壓力及溫度下，要求合成氣的凈化要徹底，否則其活性將很快喪失，它的耐熱性也較差，要求維持催化劑在最佳的穩(wěn)定的溫度下操作。 銅基催化劑一般可在 210-280下操作，視催化劑的型號及反應器型

25、式不同，其最佳操作溫度范圍與略有不同。管殼式反應器的最佳操作溫度在 230-260之間。在銅基催化劑上合成甲醇，合適的操作壓力是 5.010.0MPa，對于合成氣中二氧化碳較高的情況，壓力的提高對提高反應速度有比較明顯的效果。合成氣的成份對甲醇合成反應的影響較大，由前述反應式可見，要降低能耗，應采用適量的二氧化碳濃度的合成氣，若合成氣中二氧化碳含量過高，會加重精餾工序的負擔并增加了能耗，但二氧化碳含量太低，會導致催化劑活性和轉化率過低。 理論的合成新鮮氣成份，應滿足以下比值：氫碳比f=（H2-CO2）/（CO+CO2） =2.05，實際操作中氫碳比應適當增大,大約在2.052.15 之間。空速

26、一般控制在8000 10000h-1 左右。 甲醇合成是強烈的放熱反應，必須在反應過程中不斷的將熱量移走，反應才能正常進行，管殼式反應器利用管子與殼體間副產中壓蒸汽來移走熱量，這樣，合成反應適宜的溫度條件維持就幾乎全依賴于副產品中壓蒸汽壓力操作的正常與穩(wěn)定。 精甲醇的精餾過程是利用粗甲醇中各組分的揮發(fā)度不同，而且不形成共沸物。利用多次部分汽化和部分冷凝的方法，以達到完全分離各組分的目的。 沈陽化工大學學士學位論文 2 工藝概述 7 2.4.2 精餾工藝原理 從合成工段出來的粗甲醇物料,經過初步的分離,進入精餾工段。本設計選用的是雙塔精餾工藝。 在雙塔流程中,物料先以飽和液體的狀態(tài)進入第一個塔,

27、一般稱為預精餾塔，塔頂分離出的主要成分為甲酸甲酯、CO、CO 2 等的輕組分,塔底組成一般為甲醇和水的混合物。隨后,物料再經過第二塔,稱為主精餾塔，分離產品和工藝廢液。 預精餾塔的主要任務是分離從上一工段未分離完全的輕組分,降低主精餾塔的分離負荷。而主精餾塔的主要的任務就是分離甲醇和水,回收物料中的重醇(主要是乙醇)。產品甲醇的純度在99%以上。 2.5 工藝流程描述 由外界來的2.7MPa 天然氣混合物首先從1 進入天然氣壓縮機C201A，在加壓到 3.5Mpa,然后與循環(huán)氣26 混合進入M201 混合器，再一次進入天然氣壓縮機C201B，加壓至 5.4MPa，然后經過 E301A 的加熱，

28、使原料氣的溫度升高到 200,壓力為 5.35Mpa，后進入R301 反應器反應，這時由于選的催化劑是C301,而其的溫度范圍為 230到285,故這時的反應器的溫度設置為230,出來的混合氣體經過E301B 冷凝器使其溫度降為102,壓力為5.15Mpa，為了在閃蒸塔里能夠更好的閃蒸，在這之前在加入冷凝器 E302 使溫度降為 40,壓力 5.1Mpa，冷凝后的混合氣體經過閃蒸塔 V301,在壓力為5Mpa 下閃蒸，這時會有一部分混合物循環(huán)，循環(huán)氣經過物料10 在分離器 M202 中分離，這時分離器的回流比為 0.6165，而大部分混合物料經過物料 11 送入后續(xù)精餾部分，在進入之前，混合氣

29、體經過換熱器E401 的換熱，使溫度為60, 壓力為 0.17Mpa，這時的混合氣體就開始進入精餾部分，于是混合氣體通過精餾塔 T401 這時的重組分主要是甲醇而輕組分主要是甲酸甲酯，故經過T401 主要是分離出甲酸甲酯，這時可以塔頂的壓力為0.16Mpa，塔釜的壓力為0.18Mpa，精餾后的混合物，輕組分則通過物料 15 而進行處理，分離的重組分則經過混合物料 16 由泵 P401 打入下一個精餾塔T402,進一步的精餾，這時的輕組分為甲醇，重組分則是水，故可以得到精制的甲醇。 沈陽化工大學學士學位論文 3 物能橫算 8 3 物能衡算 3.1 物性數據 表3.1 物性數據表 序 號 組分 分

30、子式 分子量 常壓 沸點 1 氮氣 N 2 28.0134 -195.8 2 氬氣 Ar 39.9480 -185.87 3 氧氣 O 2 31.9988 -182.98 4 甲烷 CH 4 16.0423 -162.15 5 乙烯 C 2 H 4 28.0530 -103.71 6 乙烷 C 2 H 6 30.0688 -88.6 7 二氧碳 CO 2 44.0095 -78.45 8 環(huán)氧烷 C 2 H 4 O 44.0524 10.4 9 乙醛 CH 3 CHO 44.0524 20.4 10 水 H 2 O 18.0152 100 11 乙二醇 C 2 H 6 O 2 62.0676

31、197.3 3.2 設計依據 1設計任務：年產8 萬噸甲醇裝置的Aspen 模擬及工藝設計； 2年工作時間：300 天； 3CO 單程轉化率：34.8% CO 2 單程轉化率：12.09%。 3.3 Aspen 模擬循環(huán)系統(tǒng)的物料衡算 3.3.1 進料組分的摩爾百分數 表3.2 原料氣的摩爾組成 組分 CO CO2 H2 CH4 N2 Ar H2O CH4O C2H4O2 C2H6O 摩爾百分數 0.1659 0.0924 0.6923 0.0396 0.0063 0.0002 0.0033 沈陽化工大學學士學位論文 3 物能橫算 9 3.3.2 Aspen 模擬工藝流程圖的設備一覽表 表3.

32、3 合成甲醇裝置的Aspen 的模擬設備統(tǒng)計表 序號 設備代號 設備 參數 1 C201A 壓縮機 型號：等熵 壓力：3.5MPa 2 C201B 壓縮機 型號：等熵 壓力：5.4MPa 3 E301A 換熱器 溫度：200 壓力：5.35MPa 4 E301B 換熱器 溫度：102 壓力：5.15MPa 5 R301 反應器 溫度：230 壓力：5.15MPa 6 E302 換熱器 溫度：40 壓力：5.1MPa 7 V301 閃蒸塔 壓力：5MPa 8 V302 閃蒸塔 溫度：40 壓力：0.5MPa 9 B1 混合器 溫度：0 壓力：0MPa 10 B2 分離器 回流比：0.08 11

33、E401 換熱器 溫度：60 壓力：0.17MPa 12 T401 精餾塔 m R R ：1.8 輕關鍵組分： 甲酸甲脂：0.99999 重關鍵組分： 甲醇：0.000526 壓力： 塔頂：0.16Mpa 塔釜：0.18Mpa 分離方式：部分 13 T402 精餾塔 m R R ：1.8 輕關鍵組分： 甲醇：0.99999 重關鍵組分： 水：0.0005 壓力： 塔頂：0.16Mpa 塔釜：0.2Mpa 分離方式：部分 14 P404 泵 壓力：0.27Mpa 沈陽化工大學學士學位論文 3 物能橫算 10 C210A 1 2 C210B 3 M201 4 R301 5 7 E302 8 9 1

34、1 V302 E401 V301 10 13 14 T401 P404 15 16 T402 17 18 19 M202 25 26 12 E301 圖31 天然氣合成甲醇工藝流程圖 C201A：原料氣壓縮機；M201：混合器；C201B：反應氣壓縮機；E301A：反應氣加熱器；R301：甲醇合成器；E301B：氣體冷卻器；E302：二次冷卻器；V301：粗產品分離器；M202：放空閥；V302：CO 2 分離器；E401：換熱器；T401：輕組分分離塔；T402：粗甲醇精餾塔 沈陽化工大學學士學位論文 3 物能橫算 11 3.3.3 Aspen 模擬工藝流程的數據衡算表 表3.4 進料工段物

35、料衡算表 項目 物流號 1 2 3 4 組分 新鮮原料 原料壓縮氣 混合氣 預反應氣 質量 摩爾 質量 摩爾 質量 摩爾 質量 摩爾 流量（kg/hr） 百分比（%） 流量（kmol/hr） 百分比（%） 流量（kg/hr） 百分比（%） 流量（kmol/hr） 百分比（%） 流量（kg/hr） 百分比（%） 流量（kmol/hr） 百分比（%） 流量（kg/hr） 百分比（%） 流量（kmol/hr） 百分比（%） CO 13940.780 0.423 497.700 0.166 13940.780 0.423 497.700 0.166 23267.960 0.358 830.690 0.

36、140 23267.960 0.358 830.690 0.140 CO 2 12199.520 0.370 277.200 0.092 12199.520 0.370 277.200 0.092 26153.160 0.402 594.258 0.100 26153.160 0.402 594.258 0.100 H 2 4186.781 0.127 2076.900 0.692 4186.781 0.127 2076.900 0.692 8335.148 0.128 4134.744 0.695 8335.148 0.128 4134.744 0.695 CH 4 1905.880 0.0

37、58 118.800 0.040 1905.880 0.058 118.800 0.040 4952.983 0.076 308.736 0.052 4952.983 0.076 308.736 0.052 N 2 529.455 0.016 18.900 0.006 529.455 0.016 18.900 0.006 1378.957 0.021 49.225 0.008 1378.957 0.021 49.225 0.008 AR 23.969 0.001 0.600 0.000 23.969 0.001 0.600 0.000 62.380 0.001 1.562 0.000 62.3

38、80 0.001 1.562 0.000 CH 4 O 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 696.116 0.011 21.725 0.004 696.116 0.011 21.725 0.004 H 2 O 178.351 0.005 9.900 0.003 178.351 0.005 9.900 0.003 204.759 0.003 11.366 0.002 204.759 0.003 11.366 0.002 C 2 H 6 O 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

39、0.409 0.000 0.009 0.000 0.409 0.000 0.009 0.000 C 2 H 4 O 2 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 5.398 0.000 0.090 0.000 5.398 0.000 0.090 0.000 總計 32964.730 1 3000.000 1 32964.730 1 3000.000 1 65057.27 1 5952.404 1 65057.27 1 5952.404 1 沈陽化工大學學士學位論文 3 物能橫算 12 表3.5 反應工段物料衡算表項目 物流號 5 7 8 9

40、 組分 反應氣 反應器出口氣 冷卻后的反應氣 初分離氣 質量 摩爾 質量 摩爾 質量 摩爾 質量 摩爾 流量 （kg/hr） 百分比 （%） 流量 （kmol/hr） 百分比 （%） 流量 （kg/hr） 百分比 （%） 流量 （kmol/hr） 百分比 （%） 流量 （kg/hr） 百分比 （%） 流量 （kmol/hr） 百分比 （%） 流量 （kg/hr） 百分比 （%） 流量 （kmol/hr） 百分比 （%） CO 23267.960 0.358 830.690 0.140 15146.280 0.233 540.738 0.103 15146.280 0.233 540.738 0

41、.103 15146.280 0.233 540.738 0.103 CO 2 26153.160 0.402 594.258 0.100 22991.250 0.353 522.412 0.100 22991.250 0.353 522.412 0.100 22991.250 0.353 522.412 0.100 H 2 8335.148 0.128 4134.744 0.695 6732.470 0.103 3339.718 0.639 6732.470 0.103 3339.718 0.639 6732.470 0.103 3339.718 0.639 CH 4 4952.983 0.

42、076 308.736 0.052 4952.983 0.076 308.736 0.059 4952.983 0.076 308.736 0.059 4952.983 0.076 308.736 0.059 N 2 1378.957 0.021 49.225 0.008 1378.957 0.021 49.225 0.009 1378.957 0.021 49.225 0.009 1378.957 0.021 49.225 0.009 AR 62.380 0.001 1.562 0.000 62.380 0.001 1.562 0.000 62.380 0.001 1.562 0.000 6

43、2.380 0.001 1.562 0.000 CH 4 O 696.116 0.011 21.725 0.004 12260.960 0.188 382.651 0.073 12260.960 0.188 382.651 0.073 12260.960 0.188 382.651 0.073 H 2 O 204.759 0.003 11.366 0.002 1503.196 0.023 83.440 0.016 1503.196 0.023 83.440 0.016 1503.196 0.023 83.440 0.016 C 2 H 6 O 0.409 0.000 0.009 0.000 1

44、0.933 0.000 0.237 0.000 10.933 0.000 0.237 0.000 10.933 0.000 0.237 0.000 C 2 H 4 O 2 5.398 0.000 0.090 0.000 17.870 0.000 0.298 0.000 17.870 0.000 0.298 0.000 17.870 0.000 0.298 0.000 總計 65057.270 1 5952.404 1 65057.270 1 5229.016 1 65057.270 1 5229.016 1 65057.270 1 5229.016 1 沈陽化工大學學士學位論文 3 物能橫算

45、13 表3.6 循環(huán)工段物料衡算表 項目 物流號 10 26 25 11 組分 初分離氣 循環(huán)氣 放空氣 冷凝液 質量 摩爾 質量 摩爾 質量 摩爾 質量 摩爾 流量 （kg/hr） 百分比 （%） 流量 （kmol/hr） 百分比 （%） 流量 （kg/hr） 百分比 （%） 流量 （kmol/hr） 百分比 （%） 流量 （kg/hr） 百分比 （%） 流量 （kmol/hr） 百分比 （%） 流量 （kg/hr） 百分比 （%） 流量 （kmol/hr） 百分比 （%） CO 15128.260 0.291 540.094 0.113 9327.179 0.291 332.990 0.113 5801.688 0.291 20