【正文】 醇?xì)怏w溫度為 1500C，壓力為 ，常壓塔再沸器出口管道甲醇?xì)怏w溫度為 1150C，壓力為 MPa，兩根管道需要加膨脹節(jié)來(lái)克服管道的熱脹冷縮。但在膨脹節(jié)材料選用時(shí)，許多廠家認(rèn)為只要是不銹鋼材料即可，其實(shí)，最佳的材料選用應(yīng)當(dāng)用 316L 不銹鋼材料。因?yàn)?304 不銹鋼對(duì)甲醇?xì)獾哪透g性能要差些，而 316L 不銹鋼對(duì)甲醇?xì)獾哪透g性能要好一些。 第 2 章 甲醇生產(chǎn)的工藝計(jì)算 化工生產(chǎn)的工藝計(jì)算主要有物料平衡和熱量平衡計(jì)算。化工工藝計(jì)算是作為化工工藝過(guò)程的設(shè)計(jì)、工藝管路的選擇及生產(chǎn)管理、工藝條件選擇的主要依據(jù)；對(duì)于平衡原料、產(chǎn)品產(chǎn) 量，選擇最佳工藝條件，確定操作控制指標(biāo)，合理利用手產(chǎn)中的廢料，廢氣，廢熱都有重要作用。 第 節(jié) 甲醇生產(chǎn)的物料平衡計(jì)算 甲醇生產(chǎn)中，原料氣的量與組成在一定范圍內(nèi)是根據(jù)物料平衡計(jì)算和生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行調(diào)節(jié)整，如原料氣中氫、一氧化碳、氮的比例等。在生產(chǎn)過(guò)程中，也會(huì)產(chǎn)生不需要的或者有害的組分，如硫化物、二氧化碳、甲烷、氬氣等，這些組分有些可通過(guò)計(jì)算得外，有的還必須在生產(chǎn)過(guò)程中測(cè)定。 為了最終求得合成甲醇和合成氨所需要的總原料氣量，保持反應(yīng)及平衡的組分比例，聯(lián)醇工藝從原料氣制造開(kāi)始，經(jīng)脫衡、變換、脫碳、合成甲醇、銅洗 耳恭聽(tīng)至合成氨，使原料氣制造到最后合成氨的全過(guò)程達(dá)到平衡。 計(jì)算年產(chǎn) 400kt，醇氨比 40%。在合成塔后排放 CH4,Ar 分別占合成氣的 %和 %，年工作日按 300d。原料液甲醇含量： 84%(質(zhì)量分?jǐn)?shù) )，原料液溫度： 45℃ 設(shè)計(jì)要求：塔頂?shù)募状己坎恍∮?99%(質(zhì)量分?jǐn)?shù) ) 塔底的甲醇含量不大于 %(質(zhì)量分?jǐn)?shù) ) 產(chǎn)品粗甲醇的組成（質(zhì)量為）： 甲醇（ CH3OH） 84% 二甲醚（（ CH3） 2O） % 高級(jí)醇（ C4H9OH） % 高級(jí)烷烴（ C8H18） % 水（ H2O） 5% 產(chǎn)量分配為： 合成氨 60kt/a, t/d 粗甲醇 400000t/a, t/d 計(jì)算實(shí)現(xiàn)合成氨產(chǎn)量計(jì)劃所需要原料氣（醇后氣）的量： （ 1）參加反應(yīng)理論耗氣量 根據(jù)反應(yīng)方程式： 1 H2＋ N2=NH3 則耗氫氣為： 1 =55764kmol/h= =（ 2）原料氣中惰性氣含量為 －（ 1247。 424＋ ） =其中 CH4 為 , Ar 為 （ 3）在壓力為 30106Pa, 溫度為 30。 C。液氨中氫氮?dú)馊芙鈸p失： 查物性手冊(cè)表 [7]，在上述狀況下液氨中氫氮?dú)馊芙饬糠謩e為： H2 ；N2， 32Nm3/t。 則每小時(shí)在液氮中氫氮氯溶解損失分別為： Nm3/h 和 Nm3/h。 （ 4）液氨在貯罐氣中的擴(kuò)散損失 查物性手冊(cè)表，在 106Pa 、 。 C 時(shí)，氫氨混合氣中氨的平衡濃度為 %，則貯罐氣中氨損失（ G氨損）為 = Nm3/h G氨損 =36。 24 Nm3/h （ 5）醇后氣中尚有 %； %； CH3OH % 則每小時(shí)需要 G醇后氣為 = Nm3/h 其中： CO2 Nm3/h CO Nm3/h CH3OH Nm3/h 于是，生產(chǎn)合成氨所需醇后氣量如表 21表示 第 節(jié) 生產(chǎn)甲醇所需原料氣量 表 21 合成氨生成耗用醇后氣量及其組成 耗 用量 氣體組成， Nm3/h H2 N2 CO CO2 CH4 Ar CH3OH 小計(jì) 合成氨反應(yīng) — — — — — 精煉損耗 — — — — 液氨中溶解損耗 — — — — — 續(xù)表 21 合成氨生成耗用醇后氣量及其組成 耗用量 氣體組成， Nm3/h H2 N2 CO CO2 CH4 Ar CH3OH 小計(jì) 氨擴(kuò)散損耗 — — — — — 惰性氣 — — — — — 合計(jì) 醇后氣組成， % 100 生產(chǎn)甲醇所需原料氣量 （ 1）合成甲醇的化學(xué)反應(yīng) 主反應(yīng)： CO+2H2=CH3OH+(22) 副反應(yīng)： 2CO+3H2=(CH3)2O+H2O+ KJ/mol (23) CO+3H2=CH4+H2O+ KJ/mol (24) 4CO+8H2=C4H9OH+3H2O= KJ/mol (25) 8CO+17H2=C8H18+H2O+ KJ/mol (26) （ 2）粗甲醇組分，算得組分的生成量 甲醇（ CH3OH） ， Nm3/h 二甲醚（（ CH3） 2O） Kg/h 即 Kmol/h， Nm3/h 高級(jí)醇（ C4H9OH） Kg/h 即 Kmol/h， Nm3/h 高級(jí)烷烴（ C8H18） Kg/h 即 Kmol/h， Nm3/h 水（ H2O） Kg/h 即 Kmol/h， Nm3/h （ 3）生產(chǎn)測(cè)提，按反應(yīng)式（ 24）每生產(chǎn) 1t粗甲醇的同時(shí)， CH4生成量為 Nm3/h；即 KmolCH4/t 粗甲醇，所以 CH4小時(shí)生生成量為 ,即。 （ 4）忽略由原料氣帶走的水分，根據(jù)反應(yīng)式（ 23）、（ 24）、（ 25）、（ 27），求得反應(yīng)（ 26）生成的反應(yīng)水為： — — — 3 — 8= kmol/h 即在逆變換反應(yīng)中生成 kmol/h 的 CO 和 H2O （ 5）當(dāng)壓力為 10106Pa ，在 30℃ 時(shí)，每 1t粗甲醇中溶解反應(yīng)氣組成如表 22所示。 表 22 混合氣在粗甲醇中的溶解量 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 （ CH3） 2O 小計(jì) 溶解量 Nm3/t Nm3/h 組成， % 100 （ 6）粗甲醇弛放氣中甲醇的擴(kuò)散損失 根據(jù)測(cè)定，在 35。 C時(shí)液態(tài)甲醇中釋放的 CO、 CO H2等混合氣中，每含 甲醇。假設(shè)經(jīng)減壓生液相中溶解的氣體除二甲醚外全部釋放出來(lái)，則甲醇擴(kuò)散損失 G 醇擴(kuò)散為： （ +++++） =即 ， 式中 為二甲醚減壓后的釋放量。因?yàn)榉磻?yīng)式（ 22）生成的二甲醚有 Nm3/h,其中有 Nm3/h 溶入粗早醇被送往精餾，只有 Nm3/h 擴(kuò)散進(jìn)入氣相 （ 7）醇后氣中有 甲醇隨氣體帶入銅洗，合成氨產(chǎn)量為 ，帶入甲醇為 %= Nm3/h （ 8）綜合表 21和 22，即得進(jìn)入甲醇合成塔之新鮮氣量 G新鮮氣所組成，列表 23。 表 23進(jìn)早醇合成塔新鮮氣組成 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar 小計(jì) 合成甲醇消耗，Nm3/h 合成氨消耗，Nm3/h 新鮮氣消耗，Nm3/h、 21375038 30564.833 新鮮氣組成， % 100 （ 9）變換氣需要量 如果不計(jì)在水洗時(shí) CO、 CH Ar及 H2S 等溶解損失，單計(jì)算 H2， N2 的損失，查化工熱力學(xué)在壓力 10 6Pa, 30℃ 。 C, H2 和 N2在水中溶解度為 Nm3/t和 Nm3/t 水 已知水洗塔的氣水比為 10，則每小時(shí)洗滌用水量為 Nm3/h。 則 H2， N2 在水洗過(guò)程中的損耗為 H2： = Nm3/h N2： = Nm3/h 已知：變換氣中 CO2 含量（ G變 CO2）為： G變 CO2= Nm3/h 于是，進(jìn)水洗塔變換氣流量與組成如表 24所示。 表 24變換氣流量及組成 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar 小計(jì) 流量，Nm3/h 7373 組成， % 28 100 （ 10）甲醇合成塔出塔氣中含甲醇 %, 根據(jù)表 23，設(shè)甲醇塔出塔氣量斯社（ G 醇出塔）為 G醇出塔 = Nm3/h G醇循環(huán) =— — +— = Nm3/h 故得循環(huán)氣各組分的量如表 25所示 表 25甲醇塔循環(huán)氣量及其組成 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 流量， Nm3/h 組成， % 續(xù)表 25 甲醇塔循環(huán)氣量及其組成 組分 CH4 Ar CH3OH 小計(jì) 流量， Nm3/h 組成， % （ 11）甲醇合成塔玉塔氣量的計(jì)算 根據(jù) G入四醇塔 =G 新鮮氣 +G 循環(huán)氣，由表（ 23）和表（ 25）計(jì)算得甲醇合成塔入塔氣功（ G入甲醇塔）量，如表（ 26） （ 12）甲醇合成塔出塔氣流量能組成計(jì)算 因?yàn)?G醇出塔 =G醇入塔 — G 醇反應(yīng) +G 醇 — G醇副產(chǎn)物，根據(jù)（ 26），表 21，表 22得表 27為甲醇合成塔流量及組成及組成 表 26甲醇合成塔入塔氣量 組分 CO CO2 H2 N2 流量， Nm3/h 組成， % 續(xù)表 26 甲醇合成塔入塔氣量 組分 CH4 Ar CH3OH 小計(jì) 流量， Nm3/h 組成， % 100 表 27甲醇合成塔出塔氣流量及組成 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar 入塔氣流量，Nm3/h 合成反應(yīng)消耗， Nm3/h — — — 反應(yīng)生成物， Nm3/h — — — — — 出塔氣流量，Nm3/h 組成 % 續(xù)表 27 甲醇合成塔出塔氣流量及組成 組分 CH3OH C4H9OH （ CH3） 2O C8H18 H2O 合計(jì) 入塔氣流量， Nm3/h — — — — 合成反應(yīng)消耗， Nm3/h — — — — — 反應(yīng)生成物，Nm3/h 出塔氫流量，Nm3/h 369091 組成， % — — （ 13）醇分離器出口氣體和液體產(chǎn)品流量與組成如表 28所示。 表 28甲醇分離器出口氣體和液體產(chǎn)品流量與組成 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar 分離器損失氣量， Nm3/h — 出分離器氣體流量，Nm3/h 出分離器氣體組成， % 出分離器液體量， Nm3/h — — — — — — 出分離器液體組成， % — — — — — — 出分離器液體重量， Kg/h — — — — — — 出分離器液體組成， % — — — — — — 續(xù)表 28 甲醇分離器出口氣體和液體產(chǎn)品流量與組成 組分 CH3OH C4H9OH （ CH3） 2O C8H18 H2O 合計(jì) 分離器損失氣量， Nm3/h — — — — 出分離器氣體流量， Nm3/h — — — 出分離器氣體組成， % — — — — 100 出分離器液體量，Nm3/h 出分離器液體組成， % 100 出分離器液體重量，Kg/h 出分離器液體組成， % 100 （ 14）粗甲醇在中間儲(chǔ)槽減壓放出的弛放氣流量與組成如表 29 表 29 甲醇施放氣流量與組成 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 CH3OH 合計(jì) 施放氣流量， Nm3/h 組成， % 100 （ 15）醇后氣經(jīng)精煉氣流量與組成如表 210所示。 表 210 精煉氣流量組成 組分 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 精煉氣 流量， Nm3/h 組成 % （ 16）根據(jù)表 21，表 210 得氨合成塔生產(chǎn)最終平衡，見(jiàn)表 211 表 211 氨合成塔物料平衡表 消耗分類 H2 N2 CH4 Ar 反應(yīng)生成 NH3 合計(jì) 精煉氣， Nm3/h — — 溶液損耗， Nm3/h — — — — 小計(jì) — — 合成反應(yīng)消耗， Nm3/h — — — 吹出氣， Nm3/h — — 氨擴(kuò)散損耗， Nm3/h — — — — 合成氨產(chǎn)量， Nm3