【正文】 是可逆放熱反應(yīng)，為使反應(yīng)達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)迅速移走反應(yīng)熱，本設(shè)計(jì)采用Lurgi管殼式反應(yīng)器，管程走反應(yīng)氣，殼程走4MPa的沸騰水合成塔水冷器甲醇分離塔循環(huán)器粗甲醇　　　　　　　馳放氣 圖11　合成合序配置原則甲醇合成的工藝流程（圖①）這個(gè)流程是德國(guó)Lurgi公司開(kāi)發(fā)的甲醇合成工藝，流程采用管殼式反應(yīng)器，催化劑裝在管內(nèi)，反應(yīng)熱由管間沸騰水放走，并副產(chǎn)高壓蒸汽， MPa (以1：5的比例混合) 循環(huán)，混合氣體在進(jìn)反應(yīng)器前先與反應(yīng)后氣體換熱，升溫到220 ℃左右，然后進(jìn)入管殼式反應(yīng)器反應(yīng)，反應(yīng)熱傳給殼程中的水，產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽包，出塔氣溫度約為 250 ℃，含甲醇7%左右，經(jīng)過(guò)換熱冷卻到40 ℃，冷凝的粗甲醇經(jīng)分離器分離。分離粗甲醇后的氣體適當(dāng)放空，控制系統(tǒng)中的惰性氣體含量。這部分空氣作為燃料，大部分氣體進(jìn)入透平壓縮機(jī)加壓返回合成塔，合成塔副產(chǎn)的蒸汽及外部補(bǔ)充的高壓蒸汽一起進(jìn)入過(guò)熱器加熱到50 ℃，帶動(dòng)透平壓縮機(jī)，透平后的低壓蒸汽作為甲醇精餾工段所需熱源。 合成甲醇的目的和意義 甲醇是極為重要的有機(jī)化工原料，在化工、醫(yī)藥、輕工、紡織及運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)都有廣泛的應(yīng)用，其衍生物產(chǎn)品發(fā)展前景廣闊。目前甲醇的深加工產(chǎn)品已達(dá)120多種，我國(guó)以甲醇為原料的一次加工產(chǎn)品已有近30種。在化工生產(chǎn)中，甲醇可用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺、甲基叔丁基醚（MTBE）、聚乙烯醇（PVA）、硫酸二甲酯、對(duì)苯二甲酸二甲酯（DMT）、二甲醚、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲醇等。以甲醇為中間體的煤基化學(xué)品深加工產(chǎn)業(yè)：從甲醇出發(fā)生產(chǎn)煤基化學(xué)品是未來(lái)C1化工發(fā)展的重要方向。比如神華集團(tuán)發(fā)展以甲醇為中間體的煤基化學(xué)品深加工，利用先進(jìn)成熟技術(shù)，發(fā)展“甲醇－醋酸及其衍生物”；利用國(guó)外開(kāi)發(fā)成功的MTO或MTP先進(jìn)技術(shù)，發(fā)展“甲醇－烯烴及衍生物”的2大系列。作為替代燃料：近幾年，汽車工業(yè)在我國(guó)獲得了飛速發(fā)展，隨之帶來(lái)能源供應(yīng)問(wèn)題。石油作為及其重要的能源儲(chǔ)量是有限的，而甲醇燃料以其安全、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。我國(guó)政府已充分認(rèn)識(shí)到發(fā)展車用替代燃料的重要性，并開(kāi)展了這方面的工作。隨著C1化工的發(fā)展，由甲醇為原料合成乙二醇、乙醛和乙醇等工藝正日益受到重視。甲醇作為重要原料在敵百蟲、甲基對(duì)硫磷和多菌靈等農(nóng)藥生產(chǎn)中，在醫(yī)藥、染料、塑料和合成纖維等工業(yè)中都有著重要的地位。甲醇還可經(jīng)生物發(fā)酵生成甲醇蛋白，用作飼料添加劑，有著廣闊的應(yīng)用前景。 本設(shè)計(jì)的主要方法及原理 造氣工段：使用二步法造氣 CH4+H2O(氣)→CO+ kJ/mol CH4+O2→CO2+2H2+ kJ/mol CH4+O2→CO+2H2+ kJ/mol CH4+2O2→CO2+2H2O+ kJ/mol合成工段5MPa下銅基催化劑作用下發(fā)生一系列反應(yīng) 主反應(yīng) ： CO+2H2→CH3OH+ kJ/kmol副反應(yīng)： 2CO+4H2→(CH3O)2+H2O+ kJ/kmol CO+3H2→CH4+ H2O+ kJ/kmol 4CO+8H2→C4H9OH+3H2O+ kJ/kmol(A) CO+H2→CO + kJ/kmol除（A）外，副反應(yīng)的發(fā)生，都增大了CO的消耗量，降低了產(chǎn)率，故應(yīng)盡量減少副反應(yīng)。反應(yīng)熱力學(xué)一氧化碳加氫合成甲醇的反應(yīng)式為 CO+2H2CH3OH(g)這是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，熱效應(yīng)。 當(dāng)合成氣中有CO2時(shí)，也可合成甲醇。 CO2 + 3H2 CH3OH(g) + H2O這也是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，熱效應(yīng)合成法反應(yīng)機(jī)理 本反應(yīng)采用銅基催化劑，5 MPa，250 ℃左右反應(yīng)，清華大學(xué)高森泉，朱起明等認(rèn)為其機(jī)理為吸附理論，反應(yīng)模式為：H2+2˙→2H˙ ①CO+H˙→HCO˙②HCO˙+H˙ →H2CO˙˙H2CO˙˙+2H˙→CH3OH+3˙CH3OH˙→ CH3OH+˙反應(yīng)為①，②控制。即吸附控制。2 生產(chǎn)工藝及主要設(shè)備計(jì)算工藝計(jì)算作為化工工藝設(shè)計(jì)，工藝管道，設(shè)備的選擇及生產(chǎn)管理，工藝條件選擇的主要依據(jù)，對(duì)平衡原料，產(chǎn)品質(zhì)量，選擇最佳工藝條件，確定操作控制指標(biāo)，合理利用生產(chǎn)的廢料，廢氣，廢熱都有重要作用。 甲醇生產(chǎn)的物料平衡計(jì)算 合成塔物料平衡計(jì)算已知：年產(chǎn)100000噸精甲醇，每年以300個(gè)工作日計(jì)。精甲醇中甲醇含量(wt)：%粗甲醇組成(wt)：[Lurgi低壓合成工藝]甲醇：%輕組分[以二甲醚(CH3)2O計(jì)]：%重組分[以異丁醇C4H9OH計(jì)]：%水：%所以：時(shí)產(chǎn)精甲醇：Kg/h 時(shí)產(chǎn)粗甲醇： Kg/h根據(jù)粗甲醇組分，算得各組分的生成量為：甲醇(32)： Kg/h 二甲醚(46)： Kg/h kmol/h Nm3/h異丁醇(74)： Kg/h kmol/h Nm3/h水(18)： Kg/h kmol/h Nm3/h合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)為：主反應(yīng)：CO+2H2CH3OH+ KJ/mol …… ①副反應(yīng)：2CO+4H2(CH3)2O+H2O+ KJ/mol …… ② CO+3H2CH4+H2O+ KJ/mol …… ③ 4CO+8H2C4H9OH+3H2O+ KJ/mol …… ④ CO2+H2CO+ KJ/mol …… ⑤生產(chǎn)中， Nm3, kmol，故CH4每小時(shí)生成量為：= Nm3， kmol/h， Kg/h。忽略原料氣帶入份，根據(jù)②、③、④得反應(yīng)⑤生成的水的量為：= kmol/h， kmol/h， Nm3/h。 MPa，40℃時(shí)各組分在甲醇中的溶解度列表于表21表21 ，40℃時(shí)氣體在甲醇中的溶解度組分H2COCO2N2ArCH4溶解度Nm3/t甲醇0Nm3/h0 《甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展》據(jù)測(cè)定：35 ℃時(shí)液態(tài)甲醇中釋放CO、CO g甲醇，假定溶解氣全部釋放，則甲醇擴(kuò)散損失為：(++++)= kg/h， Nm3/h。根據(jù)以上計(jì)算，則粗甲醇生產(chǎn)消耗量及生產(chǎn)量及組成列表22。 　表22 甲醇生產(chǎn)消耗和生成物量及組成消耗方式單位消耗物料量生成物料量合計(jì)COH2CO2N2CH4CH3OHC4H9OH(CH3)2OH2O消耗生成①式kmolNm3②式kmolNm3③式kmolNm3④式kmolNm3⑤式kmolNm3氣體溶解Nm30擴(kuò)散損失Nm30合計(jì)Nm3消耗組成%(v)生成質(zhì)量kg生成組成%(wt)100設(shè)新鮮氣量為G新鮮氣,馳放氣為新鮮氣的9%[1]。表23　馳放氣組成組分H2COCO2CH4N2ArCH3OHH2OMol% 　　　《甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展》G新鮮氣＝G消耗氣+G馳放氣=G消耗氣+ G新鮮氣=+ G新鮮氣 所以：G新鮮氣＝ Nm3/h新鮮氣組成見(jiàn)表24表24　甲醇合成新鮮氣組成組分H2COCO2N2總計(jì)Nm3組成mol%100測(cè)得：%。根椐表2表24，設(shè)出塔氣量為G出塔。%。所以： =% G醇后=G新鮮(G醇＋G副＋G擴(kuò))+GCH4= += Nm3/h所以：G出塔＝G循環(huán)氣= G出塔G醇后G生成+GCH4G溶解=+ =甲醇生產(chǎn)循環(huán)氣量及組成見(jiàn)表25表