【正文】 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) 7 120 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 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(chóng)、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+21 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 8 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+2H2? CH3OH(g) 這是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，熱效應(yīng) ? ? m olKJKH / 9 8 ??? 。 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) ? ? m olKJKH / 9 8 ??? 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˙ ① CO+H˙ → HCO˙ ② HCO˙ +H˙ → H2CO˙˙ H2CO˙˙ +2H˙ → CH3OH+3˙ CH3OH˙ → CH3OH+˙ 反應(yīng)為①，②控制。即吸附控制。 9 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： 1000 00 1000 24? ?? Kg/h 時(shí)產(chǎn)粗甲醇： 1 3 8 8 8 .8 9 9 9 .9 5 % 1 4 7 8 5 .3 39 3 .8 9 %? ? 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+2H2? CH3OH+ KJ/mol ?? ① 副反應(yīng)： 2CO+4H2? (CH3)2O+H2O+ KJ/mol ?? ② CO+3H2? CH4+H2O+ KJ/mol ?? ③ 10 4CO+8H2? C4H9OH+3H2O+ KJ/mol ?? ④ CO2+H2? CO+ KJ/mol ?? ⑤ 生產(chǎn)中，測(cè)得每生產(chǎn) 1 噸粗甲醇生成甲烷 Nm3,即 kmol，故 CH4每小時(shí)生成量為： ? = Nm3，即 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，即在 CO 逆變換中生成的 H2O 為 kmol/h，即 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 H2 CO CO2 N2 Ar CH4 溶解度 Nm3/t 甲醇 0 Nm3/h 0 《甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展》華東工學(xué)院出版社 .1990 據(jù)測(cè)定： 35 ℃時(shí)液態(tài)甲醇中釋放 CO、 CO H2 等混合氣中每 立方米含 g甲醇，假定溶解氣全部釋放，則甲醇擴(kuò)散損失為： (++++)? = kg/h 即 ， 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) CO H2 CO2 N2 CH4 CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 消耗 生成 ①式 kmol Nm3 ② kmol 11 式 Nm3 ③式 kmol Nm3 ④式 kmol Nm3 ⑤式 kmol Nm3 氣體溶解 Nm3 0 擴(kuò)散損失 Nm3 0 合計(jì) Nm3 消耗組成 %(v) 生成質(zhì)量 kg 生成組成 %(wt) 100 12 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 H2 CO CO2 CH4 N2 Ar CH3OH H2O Mol% 《甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展》華東工學(xué)院出版社 .1990 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 H2 CO CO2 N2 總計(jì) Nm3 組成mol% 100 測(cè)得：甲醇合成塔出塔氣中含甲醇 %。根椐表 2表 24，設(shè)出塔氣量為 G出塔 。又知醇后氣中含醇 %。 所以： 出塔 醇后G G% 9 4 4 4 ? =% 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 25 甲醇生產(chǎn)循環(huán)氣量及組成 13 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH H2O 合計(jì) 流量：Nm3/h 組成 %(V) 100 G 入塔 = G 循環(huán)氣 +G 新鮮氣 =+ = Nm3/h 由表 24 及表 25 得到表 26。 表 26 甲醇生產(chǎn)入塔氣流量及組成 單位： Nm3/h 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH H2O 合計(jì) 流量：Nm3/h 組成(V)% 100 又由 G 出塔 = G 循環(huán)氣 G 消耗 ＋ G 生成 據(jù)表 2 2得表 27。 表 27 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH H2O C4H9OH (CH3)2O 合計(jì) 入塔 消耗 生成 14 出塔 組成(V) 100 甲醇分離器出 口氣體和液體產(chǎn)品的流量、組成見(jiàn)表 28。 表 28 甲醇分離器出口氣體組成、流量：?jiǎn)挝唬?Nm3/h 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 合計(jì) 損失 0 出氣 17144.482 52 85 22 33 20853.369 270230.013 組成(V)% 100 出液 19444.39 33 06 組成mol%