【正文】 色度（鉑 — 鈷），號 ≤ 5 10 密度（ 200C）， g/cm3 ～ ～ 溫度范圍 (0℃ ,)，℃ 沸程（包括 177。 二甲醚圖 32 精餾工藝流程 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 第 4 章 工藝計算 本設(shè)計參閱某化學(xué)公司的甲醇合成廠的工藝參數(shù)資料。 由甲醇精餾來的精甲醇貯存到精甲醇貯槽（ V9101A， B）中。 產(chǎn)品精甲醇由精甲醇泵（ P8008A， B）從精甲醇計量槽（ V8007A， B）送至甲醇罐區(qū)裝置。預(yù)精餾塔（ T8001）底部粗甲醇液經(jīng)加壓塔進料泵（ P8004A,B）進入加壓精餾塔（ T8002），加壓塔再沸器（ E8005）以 低壓蒸汽作為熱源，加壓塔塔頂餾出甲醇氣體（ ， 122℃）經(jīng)常壓塔再沸器（ E8007A， B）后，甲醇氣被冷凝，精甲醇回到加壓塔回流槽（ V8004），一部分精甲醇經(jīng)加壓塔回流泵（ P8005A， B），回到加壓精餾塔（ T8002）作為 回流液，另一部分經(jīng)加壓塔甲醇冷卻器（ E8006）冷卻后進入精甲醇計量槽（ V8007A， B）中。弛放氣減壓后去燃氣發(fā)電系統(tǒng)；甲醇膨脹槽（ V7003）頂部排出的膨脹氣去燃料氣系統(tǒng)。 甲醇合成塔（ R7001）出來的合成氣（ 255℃， ），經(jīng)入塔氣預(yù)熱器（ E7001），甲醇水冷器（ E7002A， B），進入甲醇分離器（ V7002），粗甲醇在此被分離。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第 3 章 甲醇生產(chǎn)工藝流程 甲醇合成工藝流程 來自脫碳裝置的新鮮氣（ 40℃， ）與循環(huán)氣一起經(jīng)甲醇合成氣壓縮機（ C7001）壓縮至 后，經(jīng)過入塔氣預(yù)熱器（ E7001）加熱到 225℃，進入甲醇合成塔（ R7001）內(nèi)，甲醇合成氣在催化劑作用下發(fā)生 。調(diào)節(jié)惰性氣體的含量，可以改變觸媒床層的溫度分布和系統(tǒng)總體壓力。惰性氣體的存在引起 CO、 CO H2 分壓的下降?？账龠^低，結(jié)炭等副反應(yīng)加劇，空速過高，系統(tǒng)阻力加大或合成系統(tǒng)投資加大，能耗增加，催化劑的更換周期縮短。（ 2）甲醇合成是放熱反應(yīng)，依靠反應(yīng)熱來維持床層溫度。由于反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率高，單位甲醇合成所需要的循環(huán) 量 較少，所以氣體循環(huán)的動力消耗小。一般來說，催化劑活性愈高，對同樣的生產(chǎn)負荷所需的接觸時間就愈短，空速愈大。在使用鋅 鉻催化劑的高壓合成裝置中，原料氣含二氧化碳 4～5％時，催化劑壽命與生產(chǎn)能力不受影響，合成設(shè)備操作穩(wěn)定而且可以自熱，但是粗甲醇含水量為 14～ 16％。 （ 3）氣體組成 氫與一氧化碳合成甲醇的化學(xué)當(dāng)量比為 2，與二氧化碳合成甲醇的化學(xué)當(dāng)量比為 3，當(dāng)一氧化碳與二氧化碳都有時，對原料氣中氫碳比 要求為 f=（ H2CO2） /(CO+CO2)=～,當(dāng) 原料氣組成偏離上述值 時應(yīng)調(diào)節(jié)氫碳比 ，原料氣 中 氫氣過多 時 ，需要 在轉(zhuǎn)化前或轉(zhuǎn)化后加入二氧化碳調(diào)節(jié)合理氫碳比 ；當(dāng) 氫碳比太低 時 ，需要設(shè)置變換工序使過量的一氧化碳變換為氫氣，再將過量的二氧化碳除去。早期的高壓法合成甲醇工藝采用的是鋅基催化劑，由于活性差，需要在高溫高壓下操作，其操作壓力為 25～ 35Mpa，操作溫度350～ 420℃。設(shè)計采用的甲醇合成塔為列管式等溫反應(yīng)器，管間走的是沸騰水，可以副產(chǎn)蒸汽，床層內(nèi)溫差很小，接近最佳溫度操作曲線。甲醇合成催化床層的操作溫度主要是由催化劑的活性溫度區(qū)決定的。因此，選擇合適的操作溫度對甲 醇合成至關(guān)重要，所以必須兼顧上述兩個方面，溫度過低達不到催化劑的活性溫度，則反應(yīng)不能進行。廣泛應(yīng)用于氣體吸收、蒸餾、萃取等操作。精餾塔選用的是 板式塔 ， 塔內(nèi)填充適當(dāng)高度的填料，以增加兩種流體間的接觸表面。第三部分主要是甲醇合成塔 和 精餾塔 的設(shè)計。 本次設(shè)計主要包括三個部分，第一部分是甲醇合成的工藝流程，第二部分是能量衡算，第三部分是主要設(shè)備的計算和選型。甲醇不僅是重要的化工原料，而且還是性能優(yōu)良的能源和車用燃料。東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 年產(chǎn) 30 萬噸甲醇畢業(yè)設(shè)計 摘 要 甲醇是由 CO 和 H2合成的，本設(shè)計分析了操作條件：溫度、壓力、原料氣組成、空速和惰性氣體對甲醇生產(chǎn)的影響，本設(shè)計采用煤為原料，通過 GSP 氣化工藝將原料煤氣轉(zhuǎn)化為合成氣，通過變換和 NHD 脫硫脫碳工藝把合成氣轉(zhuǎn)化為滿足甲醇合成條件的原料氣，在列管式等溫反應(yīng)器中合成甲醇，本設(shè)計采用 XNC98型催化劑，利用三塔精餾工藝將生成的粗甲醇精制后得到精甲醇。隨著石油和天 然氣價格的迅速上漲，煤制甲醇更加具有優(yōu)勢。第一部分有甲醇合成工藝和甲醇精餾工藝。本設(shè)計采用固定管板列管合成塔，這種合成塔就是一臺列管換熱器，催化劑在管內(nèi)，管間（殼程 )是沸騰水，將反應(yīng)熱用于副產(chǎn) ～ 的中壓蒸汽。例如應(yīng)用于氣體吸收時，液體由塔的上部通過分布器進入，沿填料表面下降。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第 2 章 工藝 簡介 及影響因素 甲醇合成工藝 簡介 合 成 塔馳 放 氣中 壓 蒸 汽鍋 爐 給 水 新 鮮 氣過 熱 蒸 汽去 鍋 爐 甲 醇 合 成 工 段 工 藝 流程 圖粗 甲 醇 去 精 餾氫 循 環(huán)分 離器合 成 操 作 條 件1 . 反 應(yīng) 壓 力 ：5 . 0 M P a2 . 反 應(yīng) 溫 度 ：2 5 0 ~ 2 7 0 ℃ 3 . 流 量 ： 出 口 6 9 9 . 8 k m o l / h 入 口 7 8 3 . 6 k m o l / h2 . 2 4 M P a5 . 0 M P a2 1 5 ℃ 5 . 0 M P a2 8 5 ℃ 圖 11 甲醇合成工藝流程圖 操作條件對反應(yīng)過程的影響 （ 1）溫度 在甲醇合成反應(yīng)過程中，溫度對于反應(yīng)混合物的平衡和速率都有很大影響。溫度太高不僅增加了副反應(yīng)，消耗了原料氣，而且反應(yīng)過快，溫度難以控制，容易使催化劑衰老失活。操作溫度的控制同樣是一個操作費用的控制問題，在設(shè)計中，需要延長催化劑的使用壽命，防止催化劑的迅速老化和活性衰減速度加快。設(shè)計中采用的甲醇合成催化劑為國產(chǎn)的銅系XCN98，由它的性質(zhì)可知：適合使用的溫度范圍為 200～ 290℃ 。較高的壓力和溫度下，一氧化碳和氫生成甲烷、異丁醇等副產(chǎn)物，這些副反應(yīng)的反應(yīng)熱高于甲醇合成反應(yīng)，使床層溫度提高，副反應(yīng)加速，如果不及時控制，會造成溫度猛升而損壞催化劑。 甲醇 合成 原料氣中應(yīng)保持一定量的二氧化碳，一定量二氧化碳的存在能促進銅基催化劑上甲醇合成的反應(yīng)速率，適量二氧化碳可使催化劑呈現(xiàn)高活性，此外，在二氧化碳存在下，甲醇合成的熱效應(yīng)比無二氧化碳時熱效應(yīng)要小，催化床溫度易于控制，這對防止生產(chǎn)過程中催化劑超溫及延長催化劑壽命是有利的。因此，對于鋅 鉻催化劑上甲醇合成反應(yīng)，原料氣中二氧化碳低東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 于 5％為宜。甲醇合成所選用的空速的大小，既涉及合成反應(yīng)的醇凈值、合成塔的生產(chǎn)強度、循環(huán)氣量的大小和系統(tǒng)壓力降的大小，又涉及到反應(yīng)熱的綜合利用。當(dāng)空速增大時，將使出口氣體中醇含量降低，即醇凈值降低，催化劑床層中既定部位的醇含量與 平衡濃度增大，反應(yīng)速度也相應(yīng)增大。那么若空速增大，單位體積氣體產(chǎn)生的反應(yīng)熱隨醇凈值的下降而減少?？账俚倪x擇需要根據(jù)每一種催化劑的特性，在一個相對較小的范圍內(nèi)變化。合成系統(tǒng)中惰性氣體含量，取決于進入合成系統(tǒng)中新鮮氣中惰性氣 體的多少和從合成系統(tǒng)排放的氣量的多少。當(dāng)轉(zhuǎn)化率過高而使合成塔出口溫度過高時，提高惰氣含量可以解決溫度過高的問題。 甲醇合成塔（ R7001）為列管式等溫反應(yīng)器，管內(nèi)裝有 XNC98 型 甲醇合成催化劑，管外為沸騰鍋爐水。分離出的粗甲醇進入甲醇膨脹槽（ V7003），被減壓至 。 合格的鍋爐給水來自變換裝置；循環(huán)冷卻水來自界區(qū)外部。加壓精餾塔（ T8002）塔底釜液（ ， 125℃）進入常壓精餾塔（ T8003），進一步精餾。 為防止粗甲醇中含有的甲酸、二氧化碳腐蝕設(shè)備，在預(yù)塔進料泵（ P8002A， B）后東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 的粗甲醇溶液中配入適量的燒堿溶液，用來調(diào)節(jié)粗甲醇溶液的 PH 值。精甲醇貯槽為兩臺10000m3的固定頂貯罐，貯存量按 15 天產(chǎn)量計。具體數(shù)據(jù)為入塔壓力，出塔壓力 MPa，副產(chǎn)蒸汽壓力 MPa，入塔溫度 225℃，出塔 溫度 455℃。 ），℃ ≤ 高錳酸鉀試驗， min ≥ 50 30 20 水溶性試驗 澄清 — 水分含量， % ≤ — 酸度（以 HCOOH 計）， % ≤ 或堿度（以 NH3計）， % ≤ 羰基化合物含量（以 CH2O 計）， % ≤ 蒸發(fā)殘渣含量， % ≤ 物料衡算 精餾工段 精餾工段 通過三塔高效精餾工藝，精甲醇的純度 可達到 %，符合精甲醇國家一級標準。 表 42 粗甲醇組成 組分 百分比 產(chǎn)量 甲醇 % 二甲醚 % kmol/h 即 m3/h 高級醇（以異丁醇計） % 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 續(xù)表 42 組分 百分比 產(chǎn)量 高級烷烴（以辛烷計） % 水 % 粗甲醇 100% 注：設(shè)計中的體積都為標準狀態(tài)下 圖 41 合成物料流程圖 合成工段 合成塔中發(fā)生的反應(yīng) 主反應(yīng) CO+2H2=CH3OH （ 1） CO2+3H2=CH3OH +H2O （ 2） 副反應(yīng) 2CO+4H2=（ CH3O） 2+H2O （ 3） CO+3H2=CH4+H2O （ 4） 4CO+8H2=C4H9OH+3H2O （ 5） 8CO+17H2=C18H18+8H2O （ 6） CO2+H2=CO+H2O （ 7） 粗甲醇的合成 出塔氣入塔氣粗甲醇出分離器氣體循環(huán)氣弛放氣新鮮氣東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 工業(yè)生產(chǎn)中測得低壓時，每生產(chǎn)一噸粗甲醇就會產(chǎn)生 m3（標態(tài)）的甲烷，即設(shè)計中每小時甲烷產(chǎn)量為 V 甲烷 =V0 M= =， 。 粗甲醇中的溶解氣體量 粗甲醇中氣體溶解量查表 5MPa、 40℃ 。 表 49 弛放氣組成 氣體 CH3OH H2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 % % % % % % % 氣量 m3/h 表 410 新鮮氣組成 (合成氣 ) 氣體 CH4 H2 CO CO2 N2 Ar 組成 % % % % % % 氣量 m3/h 循環(huán)氣量的確定 循環(huán)氣氣量的確定 G1 =G 3+G4+G5+G6－ G7－ G8 式中： G1 為出塔氣氣量 ； G 3 新鮮氣氣量 ； G4 循環(huán)氣氣量 ； G5 主反應(yīng)生成氣量； G6 副反應(yīng)生成氣量； G7 主反應(yīng)消耗氣量； G8 副反應(yīng)消耗氣量； 循環(huán)氣氣量計算匯總見下表。 出塔氣中 CO=入塔氣中 CO－反應(yīng)消耗的 CO+反應(yīng)中生成的 CO = － － － － － － － % += m3/h 同理得其他氣體氣量。 變換氣體積百分含量為： H2 %； CO %； CO2 % ； N2 %； Ar %； NH3 %； CH4 %； H2S %； COS %。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 用來發(fā)電的水解氣氣量 =水解氣－用來調(diào)節(jié) CO 濃度的水解氣氣量 =－ =， 已知了水解氣和預(yù)變換氣的氣量和兩者的哥 組分含量，通過計算可得水解氣和預(yù)變換氣組成如下兩個表： 表 417 水解氣的組成 氣體 H2 CO CO2 N2 Ar 組成