【正文】 ： 聯(lián)醇法制甲醇 華東理工大學(xué) 王凱摘 要甲醇是最簡單的化學(xué)品之一，它應(yīng)用廣泛，是重要的化工基礎(chǔ)原料和清潔液體原料，主要應(yīng)用于有機合成、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、涂料、汽車和國防等工業(yè)中，可以用來合成一系列有機化工產(chǎn)品。本設(shè)計詳細論述了甲醇的物理和化學(xué)性質(zhì)以及它的用途，國內(nèi)外甲醇生產(chǎn)的發(fā)展史及前景，甲醇的生產(chǎn)方法，高壓法、中壓法、低壓法和各方法的優(yōu)缺點及可行性。分析并比較了天然氣制甲醇，煤、焦炭制甲醇，油制甲醇和聯(lián)醇生產(chǎn)制甲醇的工藝對比，詳細說明聯(lián)醇生產(chǎn)的工藝流程，是充分利用了現(xiàn)有的合成氨生產(chǎn)裝備，在其基礎(chǔ)上只需增加甲醇合成和精餾兩套設(shè)備即可生產(chǎn)甲醇。聯(lián)醇生產(chǎn)重點的工藝條件是除了必須滿足最基本的甲醇生產(chǎn)的反應(yīng)條件外，還一定要滿足合成氨生產(chǎn)的基本需要。此設(shè)計中包含了甲醇合成、精餾工段的工藝設(shè)計、工藝計算，包括物料平衡計算和熱量平衡計算，即物料在整個工藝過程中的質(zhì)量守恒和熱量守恒。本設(shè)計著重介紹了甲醇合成大概的工藝流程、煤的氣化、氣體的脫硫及變換、脫碳、合成氣的壓縮、甲醇的合成以及甲醇精餾。設(shè)計中繪制有設(shè)備一覽表，精餾工段工藝流程圖及甲醇精餾塔的CAD圖。關(guān)鍵詞：甲醇；聯(lián)醇；精餾；合成Abstract Methanol is one of the most simple chemicals. It is widely used, is an important basic chemical raw material and clean liquid raw materials, mainly used in organic synthesis, dye, medicine, pesticide, paint, automotive and defense industry can used to synthesize a series of organic chemical products. This design is discussed in detail the physical and chemical properties of methanol and its uses, history and Prospect of the development of domestic methanol production, methanol production process, high pressure, medium pressure method, low voltage method and the method of the advantages, disadvantages and feasibility. Analysis and parison of natural gas, methanol, coal, coke, methanol, oil to methanol and alcohol production of methanol process parison, a detailed description of the joint, the alcohol production process makes full use of the existing ammonia production equipment, is only needed to increase methanol synthesis and distillation two sets of equipment for the production of methanol on the basis. The technological conditions of the production of the alcohol are the basic need to meet the basic need of the ammonia production except for the basic methanol production conditions.. This design contains methanol synthesis and distillation section in the process design, process calculation, including the calculation of material balance and heat balance calculation, the material in the whole process of conservation of mass and heat conservation. The calculation of some heat transfer equipment is also included.. This design mainly introduces the process of methanol synthesis probably, coal gasification, gas desulfurization and transform, decarburization, synthetic gas pression, methanol synthesis and methanol distillation. In the design of drawing equipment list, CAD distillation process flow diagram and synthesis reactor and separator.Key words: methanol。 Al alcohol。 Distillation。 synthetic目錄第一章 緒論 1 甲醇的性質(zhì)及應(yīng)用 1 甲醇的理化性質(zhì) 1 1 2 甲醇合成甲醛 2 甲醇汽油 3 甲醇蛋白 3 甲醇合成醋酸 3 甲醇工業(yè)的發(fā)展概況 4 4 5 5第二章 甲醇的生產(chǎn)方法及比較 7 甲醇生產(chǎn)方法的介紹 7 甲醇合成反應(yīng)式 7 7 9 高壓法甲醇合成工藝流程 9 中壓法甲醇合成工藝流程 10 低壓法甲醇合成工藝流程 10 聯(lián)醇工藝生產(chǎn)甲醇 11 聯(lián)醇生產(chǎn)的特點和意義 11 聯(lián)醇生產(chǎn)的要求 11 我國的聯(lián)醇工藝 12 不同原料合成甲醇 12 以煤為原料合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇 12 以天然氣為原料合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇 13 以渣油為原料合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇 14第三章 聯(lián)醇生產(chǎn)的工藝設(shè)計 15 聯(lián)醇工藝的特點 15 聯(lián)醇工藝的要求 16 聯(lián)醇反應(yīng)溫度的選擇 17 聯(lián)醇反應(yīng)壓力的選擇 20 進塔氣體組分控制 21 空速的控制 22 一氧化碳與氫的比例控制 24 聯(lián)醇生產(chǎn)中催化劑的選擇 25第四章 環(huán)境保護 27 甲醇生產(chǎn)對環(huán)境的污染 27 對水源的污染 27 對大氣的污染 27 環(huán)境保護 27 廢氣回收再利用 27 稀甲醇液的回收再利用 28 甲醇催化劑的回收再利用 29第五章 聯(lián)醇生產(chǎn)中的設(shè)計與計算 30 物料衡算 30 熱量衡算 33 精餾塔的計算 35 理論塔板數(shù)與實際塔板數(shù)的計算 35 物料衡算 35 q線方程 36 36 精餾段操作線方程的確定 36 精餾段和提餾段氣液流量的確定 36 提餾段操作線方程的確定 37 圖解法計算 37 操作溫度的計算 37 全塔效率的計算 37 實際塔板數(shù)NP 38 塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算 38 操作壓力Pm 38 密度及流量 39 表面張力的計算 40 液相黏度 41 塔和塔板的主要工藝尺寸的計算 41 塔徑 41 塔的有效高度 43 整體塔高 43 溢流裝置 43 堰長 43 出口堰高 43 降液管的寬度與面積的計算 44 塔板布置 44 塔板流體力學(xué)的計算 45 霧沫夾帶量的驗算 46 液泛 47 第一章 緒論 甲醇的性質(zhì)及應(yīng)用 甲醇的理化性質(zhì) 甲醇是非常簡單的飽和脂肪酸，分子式是CH3OH，在常溫常壓下條件下，純的甲醇為無色透明﹑易揮發(fā)﹑可燃﹑略帶有醇香味的有毒液體。甲醇可以與水及乙醇﹑乙醚等很多有機液體無限的互溶，但是不能與脂肪烴類的化合物相互溶，甲醇蒸氣與空氣混合可以形成爆炸性的混合物，%%（體積）。甲醇是非常簡單的飽和脂肪醇，它具有脂肪醇的基本化學(xué)性質(zhì)，即可進行氧化﹑胺化﹑酯化﹑羰基化﹑脫水等反應(yīng)。甲醇裂解會產(chǎn)生CO和H2，是制備CO和H2的重要化學(xué)方法。 甲醇的基本性質(zhì)性質(zhì)數(shù)據(jù)性質(zhì)數(shù)據(jù)密度(0℃)導(dǎo)熱系數(shù)103J/（cmsK）相對密度表面張力105 N/cm沸點℃℃折射率（20℃）熔點﹣℃蒸發(fā)潛熱閃點16℃(開口容器),12℃(閉口容器)燃燒熱 kJ/mol（液） kJ/mol(氣)自燃點473℃(空氣中),461℃(氧氣中)生成熱 kJ/mol（液） kJ/mol（氣）臨界溫度240℃熔融熱 kJ/mol臨界壓力105 Pa膨脹系數(shù)（20℃）臨界體積腐蝕性常溫?zé)o腐蝕性臨界壓縮系數(shù)爆炸性%%（體積）蒸氣壓104 Pa黏度104 Pas傳統(tǒng)的甲醇的應(yīng)用領(lǐng)域主要是用來生產(chǎn)甲醛，甲醛可以用來生產(chǎn)膠粘劑，其主要應(yīng)用于木材加工產(chǎn)業(yè)；其次是用來作模塑料、紡織物﹑涂料及紙張等的處理劑，其中用于木材加工方面的膠粘劑大約占其消費總量的80%左右。其次是用來作甲基化試劑來生產(chǎn)甲胺、丙烯酸甲酯、甲烷氯化物、甲基丙烯酸甲酯、硫酸二甲酯和對苯二甲酸二甲酯等。新的甲醇應(yīng)用領(lǐng)域主要是用來生產(chǎn)燃油的添加劑，如甲基叔丁基醚、醋酐、醋酸、碳酸二甲酯、甲酸甲酯等。由甲醇催化合成的烴類化合物，合成乙二醇、乙醇、乙醛等技術(shù)都正在不斷的發(fā)展，有望實現(xiàn)其工業(yè)化的生產(chǎn)。甲醇是性能比較優(yōu)良的能源與車用的燃料。甲醇還可以被直接用作于汽車燃料中，也可以與汽油以一定的比例摻合在一起使用，還可直接用于柴油機和發(fā)電站，亦可經(jīng)過ZSM5分子篩催化劑而轉(zhuǎn)化為汽油，還可與異丁烯發(fā)生反應(yīng)而生成甲基叔丁基醚，用于汽油添加劑。甲醇燃料電池和甲醇混合燃料都將成為甲醇一個新的重要的應(yīng)用領(lǐng)域。 甲醇脫水縮合會生成二甲醚。二甲醚在常溫下是一種無色無味無毒、黏度較低、互溶性和穩(wěn)定性高的產(chǎn)品。易溶于水、乙醇、乙醚、氯仿、丙酮等很多溶劑。燃燒的時候火焰帶有光亮。甲醚有良好的環(huán)保性能，它可以代替氟利昂冷凍劑而應(yīng)用于制冷行業(yè)中。主要可以應(yīng)用于制造油漆、潤滑劑、脫模劑、衣服去垢劑、空氣清新劑、殺蟲劑和家具增亮劑等。二甲醚亦可以作為民用燃料來使用。還是柴油發(fā)動機的非常理想的替代品，最重要的是污染物排放量大大降低?，F(xiàn)在國內(nèi)外現(xiàn)有的生產(chǎn)二甲醚的主要方法是合成氣一步法及甲醇法[1]。但是合成氣一步法的生產(chǎn)技術(shù)不夠成熟，現(xiàn)主要依賴于甲醇法制取。 甲醇合成甲醛 甲醛通常下是無色的且?guī)в袔в刑厥獬粑兜目扇嫉臍怏w，它易溶于水。甲醛應(yīng)用范圍廣，主要用途是制造酚醛樹脂、聚甲醛樹脂及三聚氰胺甲醛樹脂，還可以應(yīng)用于生產(chǎn)維尼綸、化肥緩效劑等。甲醇催化制甲醛主要有三種途徑，甲醇氧化脫氫法、甲醇單純氧化法和甲醇單純脫氫法。前兩種是現(xiàn)在正在使用的工業(yè)生產(chǎn)甲醛方法，第三種是目前還處于研發(fā)狀態(tài)的生產(chǎn)較高濃度的甲醛的方法。 甲醇汽油 甲醇是一種很容易燃燒的液體，有很好的燃燒性能。甲醇的辛烷值非常高，抗爆性能優(yōu)良，比較適合作為高壓縮比的內(nèi)燃機的燃料，可以替代部分的汽油及柴油。甲醇易于運輸、貯存、添加等，是內(nèi)燃發(fā)動機的潔凈代替燃料，有著別的物質(zhì)無法比擬的超高優(yōu)越性。汽油中加入甲醇后，大大增加了汽油的含氧量，很大程度上提高了汽油的燃燒率，降低了汽油充分燃燒需要的空氣總量。同時也降低了汽車的尾氣的排放量，提高了發(fā)動機的總熱效率。隨著世界上石油消耗量的不斷上漲，石油的貯藏量又不斷下降，甲醇汽油的應(yīng)用前景將會非常廣闊。 甲醇蛋白 以甲醇作為原料而合成出來的甲醇蛋白被稱為第二代的單細胞蛋白，簡稱為SCP，是利用微生物可以在甲醇的營養(yǎng)源上進行發(fā)酵、繁殖和生產(chǎn)，從而可以得到菌體蛋白。和天然蛋白相比較而言，SCP的營養(yǎng)價值更高，其粗蛋白的含量都遠遠高于魚粉和大豆，并且它含有非常豐富的氨基酸、礦物質(zhì)及維生素，完全可以代替魚粉、大豆等作為家禽、家畜的喂養(yǎng)食物。甲醇蛋白最主要的應(yīng)用是作為家禽家畜飼料的營養(yǎng)添加劑。 甲醇合成醋酸 醋酸又名乙酸，純的醋酸是無色的水狀的液體，具有非常濃烈的帶有刺激性氣味，而且腐蝕性非常強。食醋的主要成分就是醋酸，醋酸蒸氣很容易著火，即可以和空氣相遇形成爆炸性的混合物。醋酸可以和水、乙醚、乙醇等有機溶劑相互溶。它廣泛應(yīng)用在化工，合成纖維、醫(yī)藥、橡膠、紡織皮革等領(lǐng)域中。 甲醇工業(yè)的發(fā)展概況1661年，德國的Robert Boyle從木材干餾的液體焦木酸中發(fā)現(xiàn)了含有一種“中性的物質(zhì)”，即甲醇，木材干餾被認為是制取甲醇的最古老的一種方法，到現(xiàn)在甲醇仍然被稱為木醇或者木精。1834年，杜馬（Dumas）與彼利哥（Peligot）成功制取了甲醇得純品。1857年，Berthelot又通過化學(xué)得方法用氯甲烷在堿性的溶液中水解而制得了甲醇。1934年，Damds與P’eligt從焦木酸中分離出了甲醇，并測定了它的相對分子質(zhì)量。 在20世紀的20年代，工業(yè)上已經(jīng)開始用高壓法來合成甲醇，這是工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)甲醇的開始。1913年，德國的BASF公司在高壓合成氨的實驗裝置上進行了一氧化碳與氫合成含氧的化合物的研究，并在1923年在德國的Leuna建成了世界上的第一座可以年產(chǎn)3000t的合成甲醇的生產(chǎn)裝置，并且成功投產(chǎn)。1966年，英國ICI公司發(fā)明低壓法生產(chǎn)甲醇