年產(chǎn)30萬(wàn)噸煤制甲醇合成工段初步設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 PAGE18 / NUMPAGES18目錄 TOC o 1-1 h z t 標(biāo)題 3,3,樣式3,2 HYPERLINK l _Toc323638985第1章概述 PAGEREF _Toc323638985 h 4HYPERLINK l _Toc3236389861.1甲醇性質(zhì) PAGEREF _Toc323638986 h 4HYPERLINK l _Toc3236389871.2甲醇用途 PAGEREF _Toc323638987 h 4HYPERLINK l _Toc3236389881.3甲醇生產(chǎn)工藝的發(fā) PAGEREF _Toc323638988 h 4HYPERLINK l _T

2、oc3236389891. 4甲醇生產(chǎn)原料 PAGEREF _Toc323638989 h 5HYPERLINK l _Toc323638990第2章工藝流程設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc323638990 h 6HYPERLINK l _Toc3236389912.1合成甲醇工藝的選擇 PAGEREF _Toc323638991 h 6HYPERLINK l _Toc3236389922.1.1甲醇合成塔的選擇 PAGEREF _Toc323638992 h 6HYPERLINK l _Toc3236389932.1.2催化劑的選用 PAGEREF _Toc323638993 h 6HYPE

3、RLINK l _Toc3236389942.1.3合成工序工藝操作條件的確定與論證 PAGEREF _Toc323638994 h 8HYPERLINK l _Toc323639000第3章工藝流程 PAGEREF _Toc323639000 h 10HYPERLINK l _Toc3236390013.1甲醇合成工藝流程 PAGEREF _Toc323639001 h 10HYPERLINK l _Toc323639004第4章工藝計(jì)算 PAGEREF _Toc323639004 h 12HYPERLINK l _Toc3236390054.1物料衡算 PAGEREF _Toc323639

4、005 h 12HYPERLINK l _Toc3236390074.1.1合成工段 PAGEREF _Toc323639007 h 13HYPERLINK l _Toc3236390084.2能量衡算 PAGEREF _Toc323639008 h 18HYPERLINK l _Toc3236390094.2.1煤發(fā)電量 PAGEREF _Toc323639009 h 18HYPERLINK l _Toc3236390104.2.2合成工段 PAGEREF _Toc323639010 h 18HYPERLINK l _Toc323639011第5章主要設(shè)備的計(jì)算和選型 PAGEREF _To

5、c323639011 h 22HYPERLINK l _Toc3236390125.1甲醇合成塔的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc323639012 h 22HYPERLINK l _Toc3236390135.2水冷器的工藝設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc323639013 h 25HYPERLINK l _Toc3236390145.3循環(huán)壓縮機(jī)的選型 PAGEREF _Toc323639014 h 28HYPERLINK l _Toc3236390155.4氣化爐的選型 PAGEREF _Toc323639015 h 28HYPERLINK l _Toc3236390165.5甲醇合成廠的主

6、要設(shè)備一覽表 PAGEREF _Toc323639016 h 28HYPERLINK l _Toc323639017第6章合成車間設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc323639017 h 29HYPERLINK l _Toc3236390186.1廠房的整體布置設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc323639018 h 29HYPERLINK l _Toc3236390196.2合成車間設(shè)備布置的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc323639019 h 29HYPERLINK l _Toc323639020第7章設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)價(jià) PAGEREF _Toc323639020 h 30HYPERLINK l _To

7、c323639021參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc323639021 h 31HYPERLINK l _Toc323639022致 PAGEREF _Toc323639022 h 32第1章 概述1.1甲醇性質(zhì)甲醇俗稱木醇、木精，英文名為methanol，分子式CH3OH。是一種無(wú)色、透明、易燃、有毒、易揮發(fā)的液體，略帶酒精味；分子量32.04，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(20)1.3287，表面力（25）45.05mN/m，蒸氣壓（20）12.265kPa，粘度（20）0.594

8、5mPas。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮類和大多數(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6.036.5（體積比）?；瘜W(xué)性質(zhì)較活潑，能發(fā)生氧化、酯化、羰基化等化學(xué)反應(yīng)。1.2甲醇用途甲醇是重要有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料，廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工，塑料，醫(yī)藥，林產(chǎn)品加工等領(lǐng)域。甲醇主要用于生產(chǎn)甲醛，消耗量要占到甲醇總產(chǎn)量的一半，甲醛則是生產(chǎn)各種合成樹脂不可少的原料。用甲醇作甲基化 HYPERLINK :/.hc360 /html/zt_shiji.htm t _blank 試劑可生產(chǎn) HYPERLINK :/info.coatings.hc360 /html/ztbxisuan.html t

9、_blank 丙烯酸甲酯、對(duì)苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醇羰基化可生產(chǎn)醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有機(jī)合成中間體，它們是制造各種染料、藥品、 HYPERLINK :/info.chem.hc360 /html/zt_nongyao1.htm t _blank 農(nóng)藥、炸藥、 HYPERLINK :/info.beauty.hc360 /Html/zt_xiangshui.htm t _blank 香料、噴漆的原料，目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重視。甲醇也是一種重要的有機(jī)溶劑，其溶解性能優(yōu)于乙醇，可用于調(diào)制油漆。作為一種良好的萃取劑，甲醇在分析化學(xué)中可用于一些物質(zhì)的

10、分離。甲醇還是一種很有前景的清潔能源，甲醇燃料以其安全、廉價(jià)、燃燒充分，利用率高、環(huán)保的眾多優(yōu)點(diǎn)，替代汽油已經(jīng)成為車用燃料的發(fā)展方向之一；另外燃料級(jí)甲醇用于供熱和發(fā)電，也可達(dá)到環(huán)保要求。甲醇還可經(jīng)生物發(fā)酵生成甲醇蛋白，富含 HYPERLINK :/info.pharmacy.hc360 /html/zt/weishengsu.html/index.htm t _blank 維生素和蛋白質(zhì)，具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高而成本低的優(yōu)點(diǎn)，用作飼料添加劑，有著廣闊的應(yīng)用前景。1.3甲醇生產(chǎn)工藝的發(fā)展甲醇是醇類中最簡(jiǎn)單的一元醇。1661年英國(guó)化學(xué)家R.波義耳首先干餾后的液體產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)甲醇，故甲醇俗稱木精、木醇。在自然

11、界只有某些樹葉或果實(shí)中含有少量的游離態(tài)甲醇，絕大多數(shù)以酯或醚的形式存在。1857年法國(guó)的M貝特洛在 HYPERLINK :/.hc360 /html/zt/xianweijing/index.htm t _blank 實(shí)驗(yàn)室用一氯甲烷在堿性溶液中水解也制得了甲醇。1923年德國(guó)BASF公司首先用合成氣在高壓下實(shí)現(xiàn)了甲醇的工業(yè)化生產(chǎn)，直到1965年，這種高壓法工藝是合成甲醇的唯一方法。1966年英國(guó) HYPERLINK :/info.coatings.hc360 /html/zt/ztdulux/index.htm t _blank 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

12、德國(guó)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(guó)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ICI工藝、Lurgi工藝和三菱瓦斯化學(xué)公司(MCC)工藝。目前，國(guó)外的液相甲醇合成新工藝具有 HYPERLINK :/info.service.hc360 /html/zt/uk_trade/index.htm t _blank 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)

13、比的原料氣，在價(jià)格上能夠與天然氣原料競(jìng)爭(zhēng)。我國(guó)的甲醇生產(chǎn)始于1957年，50年代在、和等地建成了以煤或焦炭為原料來(lái)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年代維尼綸廠引進(jìn)了一套以乙炔尾氣為原料的95 kt/a低壓法裝置，采用英國(guó)ICI技術(shù)。1995年12月，由化工部第八和化工聯(lián)合設(shè)計(jì)的200 kt/a甲醇生產(chǎn)裝置在太平洋化工公司順利投產(chǎn)，標(biāo)志著我國(guó)甲醇生產(chǎn)技術(shù)向大型化和國(guó)產(chǎn)化邁出了新的一步。2000年，林達(dá)公司開發(fā)了擁有完全自主 HYPERLINK :/info.news.hc360 /html/zt/ztjmdt_zmmy_zscq

14、/index.htm t _blank 知識(shí)產(chǎn)權(quán)的JW低壓均溫甲醇合成塔技術(shù)，打破長(zhǎng)期來(lái)被ICI、Lurgi等國(guó)外少數(shù)公司所 HYPERLINK :/info.oil.hc360 /html/zt/longduan/index.htm t _blank 壟斷擁的局面，并在2004年獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。2005年，該技術(shù)成功應(yīng)用于國(guó)首家焦?fàn)t氣制甲醇裝置上。1. 4甲醇生產(chǎn)原料合成甲醇的工業(yè)生產(chǎn)是以固體（如煤、焦炭）、液體（如原油、重油、輕油）或氣體（如天然氣與其它可燃性氣體）為原料，經(jīng)造氣、凈化（脫硫）變換，除二氧化碳，配制成一定配比的合成氣。在不同的催化劑存在下，選用不同的工藝條件可單產(chǎn)甲

15、醇（分高、中、低壓法），或與合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇（聯(lián)醇法）。將合成后的粗甲醇經(jīng)預(yù)精鎦脫除甲醚，再精鎦而得成品甲醇。自1923年開始工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，甲醇合成的原料路線經(jīng)歷了很大變化。20世紀(jì)50年代以前多以煤和焦碳為原料；50年代以后，以天然氣為原料的甲醇生產(chǎn)流程被廣泛應(yīng)用；進(jìn)入60年代以來(lái)，以重油為原料的甲醇裝置有所發(fā)展。對(duì)于我國(guó)，從資源背景看，煤炭?jī)?chǔ)量遠(yuǎn)大于石油、天然氣儲(chǔ)量，隨著石油資源緊缺、油價(jià)上漲，因此在大力發(fā)展煤炭潔凈利用技術(shù)的背景下，在很長(zhǎng)一段時(shí)間煤是我國(guó)甲醇生產(chǎn)最重要的原料4。第2章 工藝流程設(shè)計(jì)甲醇合成合成氣凈化甲醇精餾煤制合成氣圖1 煤制甲醇的簡(jiǎn)單工藝流程首先是采用GSP氣化工藝將原

16、料煤氣化為合成氣；然后通過(guò)變換和NHD脫硫脫碳工藝將合成氣轉(zhuǎn)化為滿足甲醇合成條件的原料氣；第三步就是甲醇的合成，將原料氣加壓到5.14Mpa，加溫到225后輸入列管式等溫反應(yīng)器，在XNC-98型催化劑的作用下合成甲醇，生成的粗甲醇送入精餾塔精餾，得到精甲醇。然后利用三塔精餾工藝將粗甲醇精制得到精甲醇。2.1合成甲醇工藝的選擇甲醇合成的典型工藝主要是：低壓工藝（ICI低壓工藝、Lurgi低壓工藝）、中壓工藝、高壓工藝。甲醇合成工藝中最重要的工序是甲醇的合成，其關(guān)鍵技術(shù)是合成甲醇催化劑的和反應(yīng)器，設(shè)計(jì)采用用的是低壓合成工藝。2.1.1甲醇合成塔的選擇目前，國(guó)外的大型甲醇合成塔塔型較多，歸納起來(lái)可分

17、為五種： （1）冷激式合成塔（2）冷管式合成塔（3）水管式合成塔（4）固定管板列管合成塔（5）多床換熱式合成塔綜上所述和借鑒大型甲醇合成企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，（大型裝置不宜選用激冷式和冷管式），設(shè)計(jì)選用固定管板列管合成塔。這種塔甲醇合成反應(yīng)接近最佳溫度操作線，反應(yīng)熱利用率高，雖然設(shè)備復(fù)雜、投資高，但是由于這種塔在國(guó)外使用較多，具有豐富的管理和維修經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)也較容易得到；外加考慮到設(shè)計(jì)的是年產(chǎn)20萬(wàn)噸的甲醇合成塔（日產(chǎn)量為650噸左右），塔的塔徑和管板的厚度不會(huì)很大，費(fèi)用也不會(huì)很高，所以本設(shè)計(jì)采用了固定管板列管合成塔。2.1.2催化劑的選用（1）甲醇合成催化劑經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究開發(fā)和工業(yè)實(shí)踐，廣泛使用的合成

18、甲醇催化劑主要有兩大系列：一種是以氧化銅為主體的銅基催化劑，一種是以氧化鋅為主體的鋅基催化劑。鋅基催化劑機(jī)械強(qiáng)度好.耐熱性好，對(duì)毒物敏感性小，操作的適宜溫度為350400，壓力為2532MPa(壽命為23年)；銅基催化劑具有良好的低溫活性，較高的選擇性，通常用于低、中壓流程。耐熱性較差，對(duì)硫、氯與其化合物敏感，易中毒。操作的適宜溫度為220270，壓力為515MPa(一般壽命為23年)。通過(guò)操作條件的對(duì)比分析，可知使用銅基催化劑可大幅度節(jié)省投資費(fèi)用和操作費(fèi)用，降低成本。隨著脫硫技術(shù)的發(fā)展，使用銅基催化劑己成為甲醇合成工業(yè)的主要方向，鋅基催化劑已于80年代中期淘汰。表1 國(guó)外常用銅基催化劑特性對(duì)

19、比10催化劑型號(hào)組分/操作條件CuOZnOAl2O3壓力/MPa溫度/英國(guó)ICI 51-36030107.8-11.8190270德國(guó)LG104513244.9210240美國(guó)C79-2-1.5-11.7220330丹麥LMK4010-9.8220270中國(guó)C302系列513245.0-10.0 210280中國(guó)XCN-985220 85.010.0 200290從表的對(duì)比可以看出，國(guó)產(chǎn)催化劑的銅含量已提50%以上。制備工藝合理，使該催化劑的活性、選擇性、使用壽命和機(jī)械強(qiáng)度均達(dá)到國(guó)外同類催化劑的先進(jìn)水平，并且價(jià)格較低。（2）XNC-98甲醇合成催化劑簡(jiǎn)介：XNC-98型催化劑是天一科技股份研制

20、和開發(fā)的新產(chǎn)品。目前已在國(guó)20多套大、中、小型工業(yè)甲醇裝置上使用,運(yùn)行情況良好。它是一種高活性、高選擇性的新催化劑。用于低溫、低壓下由碳氧化物與氫合成甲醇，具有低溫活性高、熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。常用操作溫度200290,操作壓力5.010.0 MPa。催化劑主要物化性質(zhì)：催化劑由銅、鋅和鋁等含氧化合物組成。外觀：有色金屬光澤的圓柱體堆積密度：1.31.5kg/L外型尺寸：5(4.55)mm徑向抗壓強(qiáng)度：200N/cm催化劑活性和壽命：在該催化劑質(zhì)量檢驗(yàn)規(guī)定的活性檢測(cè)條件下，其活性為：230時(shí)：催化劑的時(shí)空收率1.20 kg/(L.h)250時(shí)：催化劑的時(shí)空收率1.55 kg/(L.h)在正常情況下

21、，使用壽命為2年以上。2.1.3合成工序工藝操作條件的確定與論證（1）操作溫度甲醇合成催化床層的操作溫度主要是由催化劑的活性溫度區(qū)決定的。設(shè)計(jì)中采用的甲醇合成催化劑為國(guó)產(chǎn)的銅系XCN-98，由它的性質(zhì)可知：適合使用的溫度圍為200290。（2）操作壓力近年來(lái)普遍使用的銅基甲醇合成催化劑，其活性溫度圍在200300，有較高的活性，對(duì)于規(guī)模小于30萬(wàn)噸/a的工廠，操作壓力一般可降為5Mpa左右；對(duì)于超大型的甲醇裝置，為了減少設(shè)備尺寸，合成系統(tǒng)的操作壓力可以升至10Mpa左右。設(shè)采用的是低壓法（入塔壓強(qiáng)為5.14MPa）合成甲醇。（3）氣體組成對(duì)于甲醇合成原料氣，即合成工序的新鮮氣，應(yīng)維持f=（H2

22、-CO2）/(CO+CO2)=2.102.15,并保持一定的CO2。由于新鮮氣中（H2-CO2）/(CO+CO2)略大于2，而反應(yīng)過(guò)程中氫與一氧化碳、二氧化碳的化學(xué)計(jì)量比分別為2:1和3:1，因此循環(huán)氣中（H2-CO2）/(CO+CO2)遠(yuǎn)大于2。合成塔中氫氣過(guò)量，對(duì)減少副反應(yīng)是有利的。甲醇合成過(guò)程中，需要一定的二氧化碳存在以保持催化劑的高活性。一般不超過(guò)5%。（4）空速:合成塔水冷器甲醇分離塔循環(huán)器空速不僅是一個(gè)和合成回路氣體循環(huán)量相關(guān)聯(lián)的工藝控制參數(shù)，也是一個(gè)影響綜合經(jīng)濟(jì)效益的變量。甲醇合成過(guò)程中，首先甲醇合成塔的氣體空速必須滿足催化劑的使用要求，國(guó)產(chǎn)銅基催化劑，一般要求氣體空速在8000

23、20000h-1之間。空速過(guò)低，結(jié)炭等副反應(yīng)加劇，空速過(guò)高，系統(tǒng)阻力加大或合成系統(tǒng)投資加大，能耗增加，催化劑的更換周期縮短?？账俚倪x擇需要根據(jù)每一種催化劑的特性，在一個(gè)相對(duì)較小的圍變化。XCN-98的空速要求為600015000h-1，本設(shè)計(jì)空速定為12000 h-1。 粗甲醇 馳放氣第3章 工藝流程3.1甲醇合成工藝流程來(lái)自脫碳裝置的新鮮氣（40，3.4MPa）與循環(huán)氣一起經(jīng)甲醇合成氣壓縮機(jī)（C7001）壓縮至5.14MPa后，經(jīng)過(guò)入塔氣預(yù)熱器（E7001）加熱到225，進(jìn)入甲醇合成塔（R7001），甲醇合成氣在催化劑作用下發(fā)生如下反應(yīng)：CO + 2H2 = CH3OH + QCO2 + 3

24、H2 = CH3OH + H2O + Q甲醇合成塔（R7001）為列管式等溫反應(yīng)器，管裝有XNC-98型甲醇合成催化劑，管外為沸騰鍋爐水。反應(yīng)放出大量的熱，通過(guò)列管管壁傳給鍋爐水，產(chǎn)生大量中壓蒸汽（3.9MPa飽和蒸汽），減壓后送至蒸汽管網(wǎng)。副產(chǎn)蒸汽確保了甲醇合成塔反應(yīng)趨于恒定，且反應(yīng)溫度也可通過(guò)副產(chǎn)蒸汽的壓力來(lái)調(diào)節(jié)。甲醇合成塔（R7001）出來(lái)的合成氣（255，4.9MPa），經(jīng)入塔氣預(yù)熱器（E7001），甲醇水冷器（E7002A，B），進(jìn)入甲醇分離器（V7002），粗甲醇在此被分離。分離出的粗甲醇進(jìn)入甲醇膨脹槽（V7003），被減壓至0.4MPa后送至精餾裝置。甲醇分離器（V7002）分離

25、出的混合氣與新鮮氣按一定比例混合后升壓送至甲醇合成塔（R7001）繼續(xù)進(jìn)行合成反應(yīng)。從甲醇分離器（V7002）出來(lái)的循環(huán)氣在加壓前排放一部分弛放氣，以保持整個(gè)循環(huán)回路惰性氣體恒定。弛放氣減壓后去燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)；甲醇膨脹槽（V7003）頂部排出的膨脹氣去燃料氣系統(tǒng)。合格的鍋爐給水來(lái)自變換裝置；循環(huán)冷卻水來(lái)自界區(qū)外部。汽包（V7001）排污，經(jīng)排污膨脹槽（V7006）膨脹減壓后就地排放。第4章 工藝計(jì)算4.1物料衡算工廠設(shè)計(jì)為年產(chǎn)精甲醇30萬(wàn)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37.88噸，即37.88t/h。精餾工段通過(guò)三塔高效精餾工藝，精甲醇的純度可達(dá)到99.9%，符

26、合精甲醇國(guó)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37.88 / 0.97=39.05t/h。由粗甲醇的組成通過(guò)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% 1220.31kmol/h 即 27335m3/h 二甲醚0.42%3.82kmol/h 即 85.51m3/h高級(jí)醇（以異丁醇計(jì)）0.26%1.45kmol/h 即32.90 m3/h高級(jí)烷烴（以辛烷計(jì)）0.32%0.57kmol/h 即17.81m3/h水5.6%130.07kmol/h 即 2913.69m3/h粗甲醇100%41.81t/h注；設(shè)計(jì)中的體積都為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下計(jì)算方法:

27、粗甲醇 =39.05 / 0.9340 = 41.81 t/h二甲醚 =41.810.42% = 175.602 kg/h 即3.82 kmol/h ，85.51m3/h高級(jí)醇（以異丁醇計(jì)）= 41.810.26% = 108.71kg/h 即1.45kmol/h ，32.90m3/h高級(jí)烷烴（以辛烷計(jì)）=41.810.32% = 133.79 kg/h 即0.57kmol/h，12.81m3/h水 =41.815.6% = 2341.36kg/h 即130.07kmol/h，2913.69m3/h4.1.2合成工段（1）合成塔中發(fā)生的反應(yīng):主反應(yīng) CO+2H2=CH3OH （1） CO2+3

28、H2=CH3OH +H2O （2） 副反應(yīng) 2CO+4H2=（CH3O）2+H2O （3） CO+3H2=CH4+H2O （4） 4CO+8H2=C4H9OH+3H2O （5）8CO+17H2=C18H18+8H2O （6）CO2+H2=CO+H2O （7）（2）工業(yè)生產(chǎn)中測(cè)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3.97 kmol/h ，63.55m3/h。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；130.073.973.821.4530.578 =113.37 km

29、ol/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(guò)5%，所以計(jì)算中忽略反應(yīng)（2）。則反應(yīng)（7）中二氧化碳生成了113.37kmol/h，即2539.49 m3/h的水和一氧化碳。（3） 粗甲醇中的溶解氣體量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 1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 = 41.814.364 =182.46 m3/h 即8.15kmol/

30、h CO= 41.810.815=34.07 m3/h 即1.52kmol/hCO2 = 41.817.780=325.28 m3/h 即14.52kmol/hN2 = 41.810.365= 15.26m3/h 即0.68kmol/Ar = 41.810.243=10.16 m3/h 即0.45kmol/hCH4 = 41.811.680= 70.24m3/h 即3.13kmol/h（4）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 =（182.46+34.07+325.28+15.2

31、6+10.16+70.24）0.03714=23.67kg/h 即 0.74kmol/h，16.57m3/h（5） 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CH3OHH2COCO2N2ArCH4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/h2733554670反應(yīng)（3）m3/h171.02342.04反應(yīng)（4）m3/h63.55190.65反應(yīng)（5）m3/h131.60262.32反應(yīng)（6）m3/h102.48217.77反應(yīng)（7）m3/h（2539.49）2

32、539.492539.49注：括號(hào)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）2C4H9OHC18H18H2O反應(yīng)（1）m3/h27335反應(yīng)（3）m3/h85.5185.51反應(yīng)（4）m3/h63.5563.55反應(yīng)（5）m3/h32.9098.70反應(yīng)（6）m3/h17.81142.48反應(yīng)（7）m3/h2539.49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/h34.07325.28182.4615.2610.1670.24擴(kuò)散的甲醇m3/h1

33、6.5733.14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。（6） 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27335+171.02+63.55+131.60+102.4-2539.49+34.07+16.57+0.61%G+9.16%G=25314.72+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/h25314.72+9.77%

34、G2864.77+3.11%G58437.87+82.42%G15.26+3.21%G10.16+0.82%G6.69+1.89%G新鮮氣m3/h86649.47+1.0183G新鮮氣中惰性氣體（N2 + Ar）百分比保持在0.42%，反應(yīng)過(guò)程中惰性氣體的量保持不變，（N2 + Ar）=25.42+4.03%G，則 86649.47+1.0183G=（25.42+4.03%G）/0.42%解得 G=9396.95m3/h，即弛放氣的量為9396.95m3/h，由G可得到新鮮氣的量96218.38 m3/h由弛放氣的組成可得出下表表9 弛放氣組成氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4組成0.

35、61%81.82%9.16%3.11%3.21%0.82%1.89%氣量m3/h57.327688.58860.76292.24301.6477.05177.60表10 新鮮氣組成氣體CH4H2COCO2N2Ar組成0.19%68.81%27.07%3.45%0.33%0.09%氣量m3/h182.8166207.8726046.313319.53317.5286.59（7）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；G

36、5= 27335+171.02+0.61%9396.95=27563.34m3/hG6= 85.51+85.51+63.55+63.55+32.90+98.70+17.8+142.48+2539.49+2539.49=5668.89 m3/hG7=27335+54670+171.02+342.04+0.61%9396.953=82347.98 m3/hG8=171.02+342.04+63.55+190.65+131.60+262.32+102.48+217.77+2539.49+2539.49=65604.41 m3/h已知出塔氣中甲醇含量為5.84%，則 （G40.61%+9396.950

37、.61%+27335+171.02）/ G1=0.0584解得G4= 547683.36m3/hG1=529181.58 m3/h表11 循環(huán)氣組成氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4組成 0.61% 81.82% 9.16% 3.11% 3.21% 0.82% 1.89%氣量m3/h 3228 432976.36 48473.03 16457.54 16986.72 4331.08 10001.53（8） 循環(huán)比，CO與 CO2單程轉(zhuǎn)化率的確定循環(huán)比R= G4/G 3 =547683.36/96218.38=5.69（9）入塔氣和出塔氣組成G1 =G 3+G4+G5+G

38、6G7G8=529181.58m3/h=23624.18 kmol/hG2= G3+G4 =643901.74m3/h= 28745.61kmol/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 74519.34量 kmol/h 3326.75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 量 kmol/h 氣體 CH4 （CH3O

39、）2 C4H9OH C18H18 H2O 組成 1.79% 0.018% 0.007% 0.006% 0.62% 氣m3/h 量 kmol/h 計(jì)算過(guò)程: 入塔氣CO=循環(huán)氣中CO+新鮮氣中CO即48473.03 +26046.31=74519.34 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74519.3427335171.0263.55131.60102.4816.579396.950.61%+2539.49=49181.28m3/h同理可得其它氣體量（10） 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

40、分離器出口氣體中CO氣量=循環(huán)氣中CO+弛放氣中CO=48473.03+860.76=49333.79m3/h 即2202.40kmol/h ；同理可算的其他氣體的氣量。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 49333.79量 kmol/h 4.2能量衡算合成塔的熱平衡計(jì)算1）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

41、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）l式中：Qr1、Qr2 、Qr3、 Qr4、 Qr5 、Qr6、分別為甲醇、二甲醚、異丁醇、甲烷、辛烷的生成熱，kJ/h； Qr7二氧化碳逆變反

42、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/mol2）入塔熱量計(jì)算 通過(guò)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15 甲醇合成塔入塔熱量氣體 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 13.3218477.122844.96739.86636.21162.81374.49入塔熱量kJ/（h.k） 595.32 363876

43、.08 56673.92 21791.34 12499.40 2731.86 11689.08入塔熱量合計(jì)為479856.00 kJ/（h.k） 所以 Q1=479856.00 747.225=358560399.6 kJ/h3）塔反應(yīng)熱的計(jì)算忽略甲醇合成塔中的反應(yīng)(2)生成的熱量，按反應(yīng)(1) (3) (4) (5) (6) (7)生成的熱量如下表:表16 甲醇合成塔反應(yīng)熱氣體 CH3OH ( CH3 )2OC4H9OH C8H18CH4 CO 生成熱kJ/mol 102.37 49.62 200.39 957.98 115.69 42.92生成量kmol /h 1220.253.811.4

44、71.14130.08109.56反應(yīng)熱kJ/h 124916992.5189052.2 294573.31092097.215048955.2 4701156.8反應(yīng)熱合計(jì)=136840513.6 kJ/h 4） 塔出口氣體總熱量計(jì)算表17 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 29.56 30.01 45.04 29.61 25.16 72.05氣量 kmol/h 16085.41815.06618.36636.21162.811232.16出塔熱量kJ/（h.k） 475484.42454469.9506 27850.9344 18838

45、.17814096.299692473.608氣體 CH4 （CH3O）2 C4H9OH C18H18 H2O 合計(jì)熱容 48.14 18.03 19.23 101.73 36.25氣量 kmol/h 377.28 3.811.471.14130.02出塔熱量kJ/（h.k） 18162.259268.694328.2681115.97224713.225696301.8135出塔氣體溫度255即528.15k Q2=696301.8135528.15=367751802.80002 kJ/h5）全塔熱量損失的確定 全塔熱損失為4%,即Q3=(Q1 + Qr)4%=(358560399.6+136840513.6)4%=19816036.528 kJ/h6）沸騰水吸收熱量的確定 由公式(1)可得Q=Q1 + Qr Q2 Q3=102652762.41 kJ/h（2）塔氣換熱器的熱量計(jì)算1）入換熱器的被加熱氣體熱量的確定表19 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 13.3218477.1228