【正文】 物的轉(zhuǎn)化率高，單位甲醇合成所需要的循環(huán) 量 較少，所以氣體循環(huán)的動力消耗小。當(dāng)空速增大時，將使出口氣體中醇含量降低，即醇凈值降低，催化劑床層中既定部位的醇含量與 平衡濃度增大，反應(yīng)速度也相應(yīng)增大。由于醇凈值降低的程度比空速增大的倍數(shù)要小，從而合成塔的生產(chǎn)強(qiáng)度在增加空速的情況下有所提高，因此可以增大空速以增加產(chǎn)量。但實際生產(chǎn)中也不能太大，否則會帶來一系列的問題：（ 1）提高空速，意味著循環(huán)氣量的增加，整個系統(tǒng)阻力增加，使得壓縮機(jī)循環(huán)功耗增加。（ 2）甲醇合成是放熱反應(yīng)，依靠反應(yīng)熱來維持床層溫度。那么若空速增大，單位體積氣體產(chǎn)生的反應(yīng)熱隨醇凈值的下降而減少?？账龠^大，催化劑溫度就難以維持，合成塔不能維持自熱則可能在不啟用加熱爐的情況下使床層溫度跨掉。 國產(chǎn)銅基催化劑，一般要求 氣體空速在 8000～20200h1之間。空速過低，結(jié)炭等副反應(yīng)加劇，空速過高，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，在一個相對較小的范圍內(nèi)變化。 XCN98 的空速要求為 6000～ 15000h1，本設(shè)計空速定為 12020 h1。 （ 5） 惰性氣體（ CH N Ar）的影響 合成 系統(tǒng)中惰性氣體含量的高低，影響到合成氣中有效氣體成分的高低。惰性氣體的存在引起 CO、 CO H2 分壓的下降。合成系統(tǒng)中惰性氣體含量，取決于進(jìn)入合成系統(tǒng)中新鮮氣中惰性氣 體的多少和從合成系統(tǒng)排放的氣量的多少。排放量過多，增加新鮮氣的消耗量，損失原料氣的有效成分。排放量過少則影響合成反應(yīng)進(jìn)行。調(diào)節(jié)惰性氣體的含量，可以改變觸媒床層的溫度分布和系統(tǒng)總體壓力。當(dāng)轉(zhuǎn)化率過高而使合成塔出口溫度過高時，提高惰氣含量可以解決溫度過高的問題。此外，在給定系統(tǒng)壓力操作下，為了維持一定的產(chǎn)量，必須確定適當(dāng)?shù)亩铓夂?，從而選擇（馳放氣）合適的排放量。 再生產(chǎn)操作初期，催化劑活性較高，循環(huán)氣中惰性氣體含量可控制在20%30%，在生產(chǎn)操作后期，催化劑活性降低，循環(huán)氣中惰性氣體含量一般控制在15%25%。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第 3 章 甲醇生產(chǎn)工藝流程 甲醇合成工藝流程 來自脫碳裝置的新鮮氣（ 40℃， ）與循環(huán)氣一起經(jīng)甲醇合成氣壓縮機(jī)（ C7001）壓縮至 后，經(jīng)過入塔氣預(yù)熱器（ E7001）加熱到 225℃，進(jìn)入甲醇合成塔（ R7001）內(nèi)，甲醇合成氣在催化劑作用下發(fā)生 。 甲醇合成塔（ R7001）為列管式等溫反應(yīng)器，管內(nèi)裝有 XNC98 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，通過列管管壁傳給鍋爐水，產(chǎn)生大量中壓蒸汽（ 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 內(nèi)反應(yīng)趨于恒定，且反應(yīng)溫度也可通過副產(chǎn)蒸汽的壓力來調(diào)節(jié)。 甲醇合成塔（ R7001）出來的合成氣（ 255℃， ），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 。甲醇分離器（ V7002）分離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）出來的循環(huán)氣在加壓前排放一部分弛放氣，以保持整個循環(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)。 合格的鍋爐給水來自變換裝置；循環(huán)冷卻水來自界區(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。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 蒸汽弛放氣新鮮氣圖 31 合成工藝流程 甲醇精餾工藝流程 來自甲醇合成裝置的粗甲醇（ 40℃， ），通過預(yù)塔進(jìn)料泵（ P8002A,B），經(jīng)粗甲醇預(yù)熱器加熱至 65℃，進(jìn)入預(yù)精餾塔（ T8001），預(yù)塔再沸器（ E8004）用 的低壓蒸汽加熱，低沸點的雜質(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（ P8003A,B）作為該塔回流液。預(yù)精餾塔（ T8001）底部粗甲醇液經(jīng)加壓塔進(jìn)料泵（ P8004A,B）進(jìn)入加壓精餾塔（ T8002），加壓塔再沸器（ E8005）以 低壓蒸汽作為熱源，加壓塔塔頂餾出甲醇?xì)怏w（ ， 122℃）經(jīng)常壓塔再沸器（ E8007A， B）后，甲醇?xì)獗焕淠?，精甲醇回到加壓塔回流槽?V8004），一部分精甲醇經(jīng)加壓塔回流泵（ P8005A， B），回到加壓精餾塔（ T8002）作為 回流液，另一部分經(jīng)加壓塔甲醇冷卻器（ E8006）冷卻后進(jìn)入精甲醇計量槽（ V8007A， B）中。加壓精餾塔（ T8002）塔底釜液（ ， 125℃）進(jìn)入常壓精餾塔（ T8003），進(jìn)一步精餾。常壓塔再沸器（ E8007A， B）以加壓精餾塔（ T8002）塔頂出來的甲醇?xì)庾鳛闊嵩?。常壓精餾塔（ T8003）頂部排出精甲醇?xì)猓?， 67℃），經(jīng)常壓塔冷凝冷卻器（ E8008）冷凝冷卻后一部分回流到常壓精餾塔（ T8003），另一部分打到精甲醇計量槽（ V8007A，B）內(nèi)貯存。 產(chǎn)品精甲醇由精甲醇泵（ P8008A， B）從精甲醇計量槽（ V8007A， B）送至甲醇罐區(qū)裝置。 為防止粗甲醇中含有的甲酸、二氧化碳腐蝕設(shè)備，在預(yù)塔進(jìn)料泵（ P8002A， B）后東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 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。 甲醇精餾系統(tǒng)各塔排出的不凝氣去燃料氣系統(tǒng)。 由常壓精餾塔（ T8003）底部排出的精餾殘液經(jīng)廢水冷卻器（ E8009）冷卻至 40℃后，由廢水泵（ P8007A， B）送到生化處理裝置。 由甲醇精餾來的精甲醇貯存到精甲醇貯槽（ V9101A， B）中。精甲醇貯槽為兩臺10000m3的固定頂貯罐，貯存量按 15 天產(chǎn)量計。 當(dāng) 甲醇外運時，啟動精甲醇泵（ P9101A,B），將甲醇輸送到甲醇裝卸棧臺，通過火車鶴管進(jìn)入火車槽車，通過汽車鶴管進(jìn)入汽車槽車。 甲醇裝卸棧臺共設(shè)有 12 臺火車鶴管和 6臺汽車鶴管，根據(jù)精甲醇泵（ P9101A,B）的能力，至少有三臺槽車同時裝料。 二甲醚圖 32 精餾工藝流程 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 第 4 章 工藝計算 本設(shè)計參閱某化學(xué)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，出塔壓力 MPa，副產(chǎn)蒸汽壓力 MPa，入塔溫度 225℃，出塔 溫度 455℃。年產(chǎn) 30 萬噸甲醇，年開工日為 330 天，采用連續(xù)操作，則每小時精甲醇的產(chǎn)量為 噸，即 t/h。 本產(chǎn)品（精甲醇）執(zhí)行國家《 GB338— 92》標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)見表 41。 表 41 甲醇《 GB338— 92》 項 目 指標(biāo) 優(yōu)等品 一等品 合格品 色度（鉑 — 鈷），號 ≤ 5 10 密度（ 200C）， g/cm3 ～ ～ 溫度范圍 (0℃ ,)，℃ 沸程（包括 177。 ），℃ ≤ 高錳酸鉀試驗， min ≥ 50 30 20 水溶性試驗 澄清 — 水分含量， % ≤ — 酸度（以 HCOOH 計）， % ≤ 或堿度（以 NH3計）， % ≤ 羰基化合物含量（以 CH2O 計）， % ≤ 蒸發(fā)殘渣含量， % ≤ 物料衡算 精餾工段 精餾工段 通過三塔高效精餾工藝，精甲醇的純度 可達(dá)到 %，符合精甲醇國家一級標(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 為 。由粗甲醇的組成通過計算可得表 42。 表 42 粗甲醇組成 組分 百分比 產(chǎn)量 甲醇 % 二甲醚 % kmol/h 即 m3/h 高級醇（以異丁醇計） % 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 續(xù)表 42 組分 百分比 產(chǎn)量 高級烷烴（以辛烷計） % 水 % 粗甲醇 100% 注：設(shè)計中的體積都為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 圖 41 合成物料流程圖 合成工段 合成塔中發(fā)生的反應(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） 8CO+17H2=C18H18+8H2O （ 6） CO2+H2=CO+H2O （ 7） 粗甲醇的合成 出塔氣入塔氣粗甲醇出分離器氣體循環(huán)氣弛放氣新鮮氣東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 工業(yè)生產(chǎn)中測得低壓時，每生產(chǎn)一噸粗甲醇就會產(chǎn)生 m3（標(biāo)態(tài)）的甲烷，即設(shè)計中每小時甲烷產(chǎn)量為 V 甲烷 =V0 M= =， 。 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： n =n7n4n33 n58 n6 =－ － － 3－ 8 = kmol 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%，所以計算中忽略反應(yīng)（ 2）。則反應(yīng)（ 7）中二氧化碳生成了 ，即 m3/h的水和一氧化碳。 粗甲醇中的溶解氣體量 粗甲醇中氣體溶解量查表 5MPa、 40℃ 。 得 每一噸粗甲醇中溶解其他組成如下表： 表 43 1噸粗甲醇中合成氣溶解情況 氣體 H2 CO CO2 N2 Ar CH4 溶解量（ m3/t 粗甲醇） 則每小時粗甲醇中的溶解氣體量為： H2 =MV1= = m3 即 CO=MV2= = m3 即 CO2 =MV3=4= = 即 N2 =MV4= = 即 Ar =MV5= = 即 kmol CH4 =MV6= = m3 即 粗甲醇中甲醇擴(kuò)散損失 40℃時 ,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 M1=(V1+V2+V3+V4+V5+V6) m0= （ +++++） = 即 kmol， m3 合成反應(yīng)中各氣體的消耗和生成情況 表 44 弛放氣組成 氣體 CH3OH H2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 % % % % % % % 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 表 45 合成反應(yīng)中消耗原料情況 消耗項 單位 消耗原料氣組分 CO CO2 H2 N2 Ar 反應(yīng)（ 1） m3/h — — — 反應(yīng)（ 3） m3/h — — — 反應(yīng)（ 4） m3/h — — — 反應(yīng)（ 5） m3/h — — — 反應(yīng)（ 6） m3/h — — — — 反應(yīng)（ 7） m3/h — — 注：括號內(nèi)的為生成量；反應(yīng)（ 1）項不包括擴(kuò)散甲醇和弛放氣中甲醇消耗的原料氣量 表 46 合成反應(yīng)中生成物情況 生成項 單位 生成物組分 CH4 CH3OH （ CH3O） 2 C4H9OH C18H18 H2O 反應(yīng)（ 1） m3/h — — — — — 反應(yīng)（ 3） m3/h — — — — 反應(yīng)（ 4） m3/h — — — — 反應(yīng)（ 5） m3/h — — — — 反應(yīng)（ 6） m3/h — — — — 反應(yīng)（ 7） m3/h — — — — — 表 47 其他情況原料氣消耗 消耗項 單位 消耗原料氣組分 CO CO2 H2 N2