年產3萬噸甲醇合成工藝畢業(yè)設計-文庫吧
2025-06-10 06:43 本頁面
【正文】 下發(fā)生反應，出口溫度為250 ℃左右，甲醇7%左右，因此，原料氣必須循環(huán)，則合成工序配置原則為圖22。甲醇的合成是可逆放熱反應，為使反應達到較高的轉化率，應迅速移走反應熱，本設計采用Lurgi管殼式反應器，管程走反應氣，殼程走4MPa的沸騰水粗甲醇 馳放氣 圖11 合成合序配置原則甲醇合成的工藝流程（圖①）這個流程是德國Lurgi公司開發(fā)的甲醇合成工藝，流程采用管殼式反應器，催化劑裝在管內，反應熱由管間沸騰水放走，并副產高壓蒸汽， MPa (以1：5的比例混合) 循環(huán)，混合氣體在進反應器前先與反應后氣體換熱，升溫到220 ℃左右，然后進入管殼式反應器反應，反應熱傳給殼程中的水，產生的蒸汽進入汽包，出塔氣溫度約為 250 ℃，含甲醇7%左右，經(jīng)過換熱冷卻到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，大部分氣體進入透平壓縮機加壓返回合成塔，合成塔副產的蒸汽及外部補充的高壓蒸汽一起進入過熱器加熱到50 ℃，帶動透平壓縮機，透平后的低壓蒸汽作為甲醇精餾工段所需熱源。 本設計的主要方法及原理 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 主反應 ： CO+2H2→CH3OH+ kJ/kmol副反應： 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，副反應的發(fā)生，都增大了CO的消耗量，降低了產率，故應盡量減少副反應。反應熱力學一氧化碳加氫合成甲醇的反應式為 CO+2H2CH3OH(g)這是一個可逆放熱反應，熱效應。 當合成氣中有CO2時，也可合成甲醇。 CO2 + 3H2 CH3OH(g) + H2O這也是一個可逆放熱反應，熱效應合成法反應機理 本反應采用銅基催化劑，5 MPa，250 ℃左右反應，清華大學高森泉，朱起明等認為其機理為吸附理論，反應模式為：H2+2˙→2H˙ ①CO+H˙→HCO˙②HCO˙+H˙ →H2CO˙˙H2CO˙˙+2H˙→CH3OH+3˙CH3OH˙→ CH3OH+˙ 反應為①，②控制。即吸附控制。2生產工藝及主要設備計算工藝計算作為化工工藝設計，工藝管道，設備的選擇及生產管理，工藝條件選擇的主要依據(jù)，對平衡原料，產品質量，選擇最佳工藝條件，確定操作控制指標，合理利用生產的廢料，廢氣，廢熱都有重要作用。 甲醇生產的物料平衡計算 合成塔物料平衡計算已知：年產100000噸精甲醇，每年以300個工作日計。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]：%重組分[以異丁醇C4H9OH計]：%水：%所以：時產精甲醇：Kg/h 時產粗甲醇： 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合成甲醇的化學反應為：主反應：CO+2H2CH3OH+ KJ/mol …… ①副反應：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生產中， Nm3, kmol，故CH4每小時生成量為：= Nm3， kmol/h， Kg/h。忽略原料氣帶入份，根據(jù)②、③、④得反應⑤生成的水的量為：= kmol/h， kmol/h， Nm3/h。 MPa，40℃時各組分在甲醇中的溶解度列表于表21表21 ，40℃時氣體在甲醇中的溶解度組分H2COCO2N2ArCH4溶解度Nm3/t甲醇0Nm3/h0 《甲醇生產技術及進展》據(jù)測定：35 ℃時液態(tài)甲醇中釋放CO、CO g甲醇，假定溶解氣全部釋放，則甲醇擴散損失為：(++++)= kg/h， Nm3/h。根據(jù)以上計算，則粗甲醇生產消耗量及生產量及組成列表22。 表22 甲醇生產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COH2CO2N2CH4CH3OHC4H9OH(CH3)2OH2O消耗生成①式kmolNm3②式kmolNm3③式kmolNm3④式kmolNm3⑤式kmolNm3氣體溶解Nm30擴散損失Nm30合計Nm3消耗組成%(v)生成質量kg生成組成%(wt)100設新鮮氣量為G新鮮氣,馳放氣為新鮮氣的9%[1]。表23 馳放氣組成組分H2COCO2CH4N2ArCH3OHH2OMol% 《甲醇生產技術及進展》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新鮮氣組成見表24表24 甲醇合成新鮮氣組成組分H2COCO2N2總計Nm3組成mol%100測得：%。根椐表2表24，設出塔氣量為G出塔。%。所以： =% G醇后=G新鮮(G醇＋G副＋G擴)+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=+ =甲醇生產循環(huán)氣量及組成見表25表25 甲醇生產循環(huán)氣量及組成組分COCO2H2N2CH4
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