【正文】 需求量則逐年降低。 表 1 甲醇物性參數(shù)表 項(xiàng)目 單位 數(shù)值 項(xiàng)目 單位 數(shù)值 沸點(diǎn)（ 105Pa ） ℃ ～ 凝固點(diǎn) ℃ 97～ 臨界壓力 MPa 臨界溫度 ℃ 240 爆炸上限 % 爆炸下限 % 6 最小點(diǎn)火能量 MJ 相對分子量 1 表 2 甲醇飽和蒸汽溫度與壓力平衡表 (1mmHg = ) 溫度℃ 蒸 汽 壓mmHg 溫度℃ 蒸汽 壓mmHg 溫度℃ 蒸汽壓mmHg 20 96 130 6242 30 160 140 8071 40 150 10336 50 406 160 13027 60 625 170 16292 44 1 760 180 20209 40 2 70 927 190 24615 30 4 80 1341 200 29787 20 8 90 1897 210 35770 10 100 2621 220 42573 0 110 3561 230 50414 10 120 4751 240 59660 化學(xué)性質(zhì) 甲醇不具酸性，也不具堿 性，對酚酞和石蕊均呈中性。在火場中，受熱的容器有爆炸危險(xiǎn)，其蒸汽比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇明火會引起回燃，屬危險(xiǎn)性類別；試劑甲醇常密封保存在棕色瓶中置于較冷處 。甲醇水溶液的密度隨甲醇濃度和溫度的增加而減小；甲醇水溶液的沸點(diǎn)隨液相中甲醇濃度的增加而降低。常溫常壓下，純甲醇是無色透明、易燃、極易揮發(fā)且略帶醇香味、刺激性氣味的有毒液體。然后查閱國標(biāo)，對換熱器進(jìn)行選型，應(yīng)用嚴(yán)格法進(jìn)行模擬，得到總傳熱系數(shù)和實(shí)際的換熱面積，再加以校核，確定最后的換熱器的型號。本文還運(yùn)用 CAD 軟件，繪制帶控制點(diǎn)的甲醇工藝流程圖，根據(jù)設(shè)備計(jì)算和設(shè)備的選型結(jié)果，根據(jù)廠址的選擇環(huán)境，對工廠主要設(shè)備進(jìn)行了平立面布置圖的繪制。運(yùn)用 Aspen Plus 對整個(gè)工藝進(jìn)行了完整的模擬并針對每個(gè)設(shè)備進(jìn)行了分別的設(shè)備計(jì)算。本文介紹了甲醇工業(yè)的發(fā)展歷程。 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。總體上說，世界甲醇工業(yè)從 90 年代開始經(jīng)歷了 19911998 的供需平衡， 19981999 的供大于求，從 2020 年初至今的供求基本平衡三個(gè)基本階段。針對目前甲醇的生產(chǎn)已經(jīng)非常成熟的情況和國內(nèi)外甲醇生產(chǎn)工藝的分析，本設(shè)計(jì)采用低壓魯奇法進(jìn)行甲醇合成，采用國內(nèi)廣泛使用的 C301 型銅基催化劑，精餾部分采用 三塔流程，一個(gè)預(yù)精餾塔和兩 個(gè) 主 精餾塔。根據(jù)國標(biāo) 150 ，國標(biāo) 151 和 Aspen Plus 的設(shè)備計(jì)算結(jié)果對壓力容器，換熱器等設(shè)備進(jìn)行了選型。 換熱器針對的是 換熱器 E301，它 采用的是管殼式換熱器 ,嚴(yán)格意義上講是一個(gè)浮頭式換熱器 ,原 因是物料前后溫差較大 ,所以選取浮頭式換熱器。 塔設(shè)備針對加壓 精餾塔 ，它 采用 F1 型重閥型浮閥塔，起初先通過簡捷法進(jìn)行 Aspen 模擬，進(jìn)而確定分離要求，通過分離要求來確定大致的塔板數(shù)，進(jìn)行嚴(yán)格法的 Aspen 模擬 ，通過靈敏度分析選取合適的摩爾回流比、塔板數(shù)以 及進(jìn)料位置 ，最后進(jìn)行塔設(shè)備的計(jì)算。甲醇能和水以任意比互溶，但不形成共沸物，能和多數(shù)常用的有機(jī)溶劑 (乙醇、乙醚、丙酮、苯等 )混溶，并形成恒沸點(diǎn)混合物。甲醇蒸汽和空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起爆炸。甲醇有很強(qiáng)的毒性，口服 5～ 10ml 可以引起嚴(yán)重中毒， 10ml 以上造成失明， 30ml 以上可致人死亡。 甲醇工業(yè)發(fā)展前景 世界甲醇工業(yè)的發(fā)展 總體上說，世界甲醇工業(yè)從 90 年代開始經(jīng)歷了 19911998 的供需平衡， 19981999的供大于求，從 2020 年初至今的供求基本平衡三個(gè)基本階段。亞洲 需求量增長比較迅速，與此相反，北美地區(qū)需求則在減少。 直接產(chǎn)品有：甲醛、冰醋酸、二甲醚（ DME）、 MTBE、甲胺、甲酸甲酯、甲烷氯化物（ CMS）、碳酸二甲酯（ DMC）、硫酸二甲酯、二甲基亞砜（ DMSO）、 MTO/MTP、甲醇蛋白 甲醛 甲醛是甲醇最重要的下游產(chǎn)品之一，也是最重要的基本有機(jī)化工原料之一。 冰醋酸 我國醋酸生產(chǎn)主要有羰化法、乙烯法及乙醇法，根據(jù)全國醋酸行業(yè)協(xié)作組提供的數(shù)據(jù)顯示， 2020 年我國甲醇羰基合成法制醋酸產(chǎn)能約為 90 萬 t，產(chǎn)量 萬 t，消耗甲醇 49 萬 t； 2020 年產(chǎn)能約為 140 萬 t，產(chǎn)量 萬 t，消耗甲醇 76 萬 t。 二甲醚（ DME） 據(jù)統(tǒng)計(jì)，到 2020 為止，我國共有二甲醚生產(chǎn)企業(yè) 30 家，產(chǎn)能合計(jì) 261 萬噸 /年，產(chǎn)量 130 萬噸。另外，它還作為清洗劑，用于高精密儀器（電子儀器）表面的清洗。由 MTBE 及MTBE 裂解制取高純異丁烯，生產(chǎn)高技術(shù)含量、高附加值、市場前景較好的丁基橡膠、甲基丙烯酸甲酯、聚異丁烯等精細(xì)化工產(chǎn)品也被市場看好。一甲胺、二甲胺和三甲胺等都是化學(xué)工業(yè)、農(nóng)藥、醫(yī)藥及涂料的中間體，有相當(dāng)大的市場前景。目前 MF 主要用于生產(chǎn)甲酰胺、二甲基甲酰胺（ DMF）、甲酸以及為數(shù)眾多的高附加值精細(xì)化工產(chǎn)品，如：丙二酸酯系列產(chǎn)品，乙醇酸及其下游產(chǎn)品、甘氨酸等。甲烷氯化物（ CMS）的工業(yè)生產(chǎn)是以甲醇和氯氣為主要原料，采用直接氯化生產(chǎn)工藝，近年來我國 CMS 生產(chǎn)發(fā)展較快 ,總生產(chǎn)能力超過 25 萬 t/a。 硫酸二甲酯（ DMS） 分子式（ CH3O） 2SO2，無色，略有洋蔥氣味的油狀液體，高毒 ，是可疑的人類致癌物。 二甲基亞砜（ DMSO） 是極為重要的非質(zhì)子極性溶劑和重要的精細(xì)化工產(chǎn)品，一向被譽(yù)為：“萬能溶媒”，在國外稱為“萬能藥”，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、石油、化工、有機(jī)合成、電子、涂料、冶金、染料和高分子材料等許多化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域，并且一些新的用途還在不斷被發(fā)現(xiàn)。目前還沒有工業(yè)化生產(chǎn)裝置，可以預(yù)見，隨著高油價(jià)的到來， MTO/MTP 將很快實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。目前國內(nèi)蛋白飼料的實(shí)際缺口達(dá) 1200 萬噸。乙烯樹脂和乙炔等的溶劑。甲醇制甲醛再轉(zhuǎn)化為乙二醇的路線，鑒于合成氣制甲醇技術(shù)和甲醇生產(chǎn)甲醛技術(shù)都已經(jīng)非常成熟，因而該工藝很有開發(fā)前景。加上防凍液等 5%的需求。 甲基丙烯酸甲酯：目前生產(chǎn)甲基丙烯酸甲酯（ MMA）主要的生產(chǎn)工藝路線是：先將 ACH 轉(zhuǎn)化為甲基丙烯酰胺硫酸鹽，然后再水解、酯化生成甲基丙烯酸酯。另外，預(yù)計(jì)到 2020 年我國將有 2020 萬 t 汽油摻燒甲醇，若比例按 15%計(jì)算，則需要 300 萬 t 甲醇。 生物柴油 生物柴油是清潔的可再生能源，它以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黃連木等油料林木果實(shí)、工程微藻等油料水生植物以及動(dòng)物油脂、廢餐飲油等為原料制成的液體燃料，是優(yōu)質(zhì)的石油柴油代用品。 華北地區(qū)甲醇市場疲軟，主流價(jià)格在 20202400 元 /噸，其中，河北甲醇出廠價(jià)集中在 2400 元 /噸；山西甲醇主流價(jià)格在 22002300 元 /噸不等；內(nèi)蒙古地區(qū)甲醇企業(yè)出廠價(jià)格在 20502250 元 /噸。合成塔型式有 :第一種 ,激冷式合成塔 ,單塔生產(chǎn)能力大 ,出口甲醇濃度約為 4～ 6%vol。蒸汽系統(tǒng) :分為高壓 、中壓 、低壓 三級。其特點(diǎn)是合成塔為列管式 ,副產(chǎn)蒸汽 ,管內(nèi)是 Lurgi合成催化劑 ,管間是鍋爐水 ,副產(chǎn) ～ 壓蒸汽。 有時(shí)也采用兩塔精餾。其流程特點(diǎn)為 :采用軸向絕熱床層 ,塔間設(shè)換熱器 ,廢熱用于預(yù)熱鍋爐給水或飽和系統(tǒng)循環(huán)熱水。 日產(chǎn) 2020 噸甲醇裝置 ,合成壓力約為 8MPa。合成采用 ICI低壓甲醇合成催化劑。 ⑤ 三菱重工業(yè)公司甲醇技術(shù)特點(diǎn) 三菱甲醇技術(shù)與 ICI工藝相類似 ,其特點(diǎn)是 :采用 結(jié)構(gòu)獨(dú)特的超級甲醇合成塔。副產(chǎn) ～ 中壓蒸汽的合成塔 ,出口濃度可達(dá) 8～10%vol,合成系統(tǒng)循環(huán)量比傳統(tǒng)技術(shù)大為減少 ,所消耗補(bǔ)充氣最少。 CASALE 公司 ARC 合成塔 (多層軸徑向合成塔 ),單系列生產(chǎn)能力最高可達(dá)3000MTPD。設(shè)備投資低。 ⑦ 林德公司甲醇技術(shù)的特點(diǎn) 采用 ICI 低壓合成工藝及催化劑。后來，將其鋅鉻催化劑改為銅基催化劑，壓力降為 20～ 25Mpa，但仍然屬于 高壓法?！奥?lián)醇”的生產(chǎn)條件是：壓力 10～ 12Mpa，反應(yīng)溫度 220～ 330℃，采用銅基聯(lián)醇催化劑。國外以天然氣為原料生產(chǎn)甲醇，天然氣經(jīng)過氧化鋅脫硫后，硫含量在 ；國內(nèi)以煤炭為原料生產(chǎn)甲醇，合成氣中硫含量一般都在 1mg/kg 以上，這樣，很容易造成催化劑中毒，必須脫硫凈化降到 。迄今為止，中國的甲醇生產(chǎn)，還是以 20 萬噸以下的小規(guī)模為主， 但是，國家發(fā)改委 [2020]1350 號文件提出，要求新建甲醇廠的規(guī)模在 100 萬噸 /年以上。以年產(chǎn) 20 萬噸甲醇為例，就焦?fàn)t煤氣、天然氣、煤三種 不同原料制甲醇的消耗、成本、投資比較 。 物 能 衡 算 衡算依據(jù) 1．設(shè)計(jì)任務(wù)：年產(chǎn) 6萬噸 甲醇 2． 開工率 ： 320天 3． 甲醇的純度（摩爾） ： % 4． 原料氣與 循環(huán) 氣的比值 ： 1： （ 摩爾 ） 5． 原料氣組成 ： 表 31 原料氣組成 (mol %) 組分 CO CO2 H2 CH4 N2 Ar H2O 含量 6． 原料氣進(jìn)料流量： 7． 原料氣進(jìn)料溫度： 200℃ 8． 原料氣進(jìn)料壓力： 全流程 物 能 衡算 ASPEN PLUS 物 能 衡算流程圖 圖 31 ASPEN PLUS 物 能 衡算流程圖 ASPEN PLUS 模擬主要設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù) ASPEN PLUS 模擬過程主要是模型的選取，綜合操作條件部分的內(nèi)容，下面將設(shè)計(jì)中的主要設(shè)備參數(shù)列表如下 。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和上述反應(yīng)機(jī)理，推導(dǎo)并回歸得到的冪函數(shù)型雙速率動(dòng)力學(xué)模型為： ? ? ? ?? ?hgm o lffRTr COOHCO ???????? ?? /154010e x p2187 2 ? （ 216） ? ? ? ?? ?hgm o lfffRTr OHCOHCO ????????? ?? ? /151550e x p860 222 ? （ 217） 式中 2121 HCOfm ffK f ???? (218) 322222HCOfOHm ffK ff ?? ??? (219) Kf為逸度表示的平衡常數(shù)， fi為 i組分的逸度。 采用一維均相模擬的研究方法，為了 使反應(yīng)沿反應(yīng)管徑向的影響可以忽略，所取管內(nèi)徑大小應(yīng)在30mm～ 70mm 之間，本設(shè)計(jì)取 反應(yīng)管的規(guī)格為 Φ 38 2mm 進(jìn)行模擬。 甲醇合成反應(yīng)器模擬結(jié)果 經(jīng)過反復(fù)模擬實(shí)驗(yàn)，最后確定反應(yīng)器的管長為 6m,根據(jù)甲醇合成全流程模擬中甲醇反應(yīng)器入口總流量 ，反應(yīng)管 規(guī)格 為 Φ 38 2mm,這樣的設(shè)定結(jié)果滿足反應(yīng)器出口的要求。 甲醇合成反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 催化劑選擇 C301 型，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下表。 通過模擬可以得到傳熱系數(shù)校核所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，列表 如下。 設(shè)計(jì)依據(jù)：反應(yīng)器殼層中冷料為 230℃ ， 的沸騰水， 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，反應(yīng)器出口冷卻水的汽化率取 左右 。 甲醇合成反應(yīng)器的附屬設(shè)備結(jié)構(gòu)計(jì)算 1. 汽包 汽包是低壓魯奇法合成甲醇很重要的附屬設(shè)備。21 bntD c ??? t’ 為管心距大約 ，取 t’ =48mm nc為中心排管數(shù) ， ???? Nn c b’ 管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離，一般 b’ =（ 1～ ） d0=51mm。 從圖 416 中可以清楚的得到催化劑 床層 的熱點(diǎn)溫度為 247 度左右，大約在距離反應(yīng)管進(jìn)口 處，與 管外冷卻介質(zhì)的溫差達(dá)到 17℃，比出口溫度高 6℃。 根據(jù)產(chǎn)品的要求進(jìn)行調(diào)試反應(yīng)器的設(shè)計(jì)參數(shù)，然后 用靈敏度分析的方式 進(jìn)行設(shè)計(jì)參 數(shù)的校核。 沈陽化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 設(shè)備計(jì)算 ? ?? ? ? ?? ?hgm o lfKfKfKffkrHHCOCOCOCOHCOCO ???? ?? /1 1 312122222 ? (220) ? ?? ? ? ?? ?hgm o lfKfKfKffkrHHCOCOCOCOHCOCO ???? ?? /1 1 42322222222? （ 221） 式中各反應(yīng)速率常數(shù)為： ? ?RTk /5 0 4 3 0e xp1 4 8 21 ?? (222) ? ?RTk /6 9 9 7 0e x p105 1 52 ???