【正文】 eeds of economic development for methanol,this project has been dry distillation,liquid phase method,gas phase method of methanol production have been introduced in this from the situation at home and abroad, the gas phase low pressure method been has been used in this design. Methanol synthesis process of Germany lurgi pany has been used in my design,the synthesis tower of tubular has been chosen in this design,I have take the process of synthesis section in calculation,including material calculation and energy balance calculations。近年來，隨著甲醇下屬產(chǎn)品的開發(fā)，特別是甲醇燃料的推廣應(yīng)用，甲醇的需求大幅度上升。為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)甲醇的需求，開展了此 24 萬 t/a 的甲醇項(xiàng)目。calculation of synthesis tower equipment including equipment selection and evaluation Key words:Methanol。Synthetic tower 引 言 甲醇用途廣泛，是基礎(chǔ)的有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。 甲醇生產(chǎn)所用的原料有煤、石油、天然氣等，生產(chǎn)工序主要包括造氣、脫硫、脫碳、精制、壓縮與合成等。 第 1章 甲醇的性質(zhì)及其用途 甲醇的性質(zhì) 甲醇的物理性質(zhì) [1] 甲醇是一種無色、透明、易燃、易揮發(fā)的有毒液體，略有酒精氣味。 甲醇的化學(xué)性質(zhì) [1] 甲醇含有一個(gè)甲基與一個(gè)羥基，是最簡單的飽和脂肪醇，具有脂肪醇的化學(xué)性質(zhì)，即可進(jìn)行氧化、酯化、羰基化、胺化、脫水等反應(yīng)。 CH3OH+NH3 → CH3NH2+H2O 2CH3OH+NH3 → （ CH3） 2NH+2H2O 3CH3OH+NH3 → （ CH3） 3N+3H2O 脫水反應(yīng) 如甲醇在高溫和酸性催化劑如 ZSM5，γ Al2O3 作用下分子間脫水生成二甲醚： 2CH3OH → （ CH3） 2O+H2O 裂解反應(yīng) 如在酮催化劑上，甲醇可裂解成 CO 和 H2： CH3OH → CO+2H2 氯 化反應(yīng) 如甲醇和氯化氫在 ZnO/ZrO 催化劑上發(fā)生氯化反應(yīng)生成一氯甲烷： CH3OH+HCl → CH3Cl+H2O 甲醇的用途 [33] 甲醇是重要的一碳化工基礎(chǔ)產(chǎn)品和有機(jī)化工原料，而且是重要的溶劑，廣泛用于有機(jī)合成、染料、醫(yī)藥、涂料和國防等工業(yè)。甲醇是直接合成乙酸的原料，孟山都公司實(shí)現(xiàn)了在較低壓力下甲醇和一氧化碳合成乙酸的工藝。甲醇的消費(fèi)已超過其傳統(tǒng)用途，潛在的耗用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其化工用途，滲透到國 民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。同時(shí)，需求量與產(chǎn)量也在穩(wěn)步提升。現(xiàn)在以中國等發(fā)展中國家為代表的亞太國家，作為甲醇新興市場潛在應(yīng)用不斷開發(fā)。 未來國際甲醇市場的主要不利因素為國際上甲醇新建裝置大量涌現(xiàn)，產(chǎn)能增長速度過快，今后 5 年中投產(chǎn)的甲醇產(chǎn)能將超過 1800 萬噸，這些新增產(chǎn)能主要分布于南美、遠(yuǎn)東和澳大利亞。 1991 年，我國的生產(chǎn)能力僅為 70 萬噸，截止 20xx 年底，我國甲醇產(chǎn)能已達(dá) 740 萬噸， 117 家生產(chǎn)企業(yè)共生產(chǎn)甲醇 萬噸， 20xx 年甲醇產(chǎn)量達(dá)到 500 萬噸，比 20xx 年增長 %，進(jìn)口量 萬噸，因此下降 %。目前，我國甲醇消費(fèi)主要集中在甲醛、醋酸、醇醚等領(lǐng)域。因此，發(fā)展天然氣化工產(chǎn)業(yè)，在原料供應(yīng)保障程度、產(chǎn)品競爭力等方面均不如煤化工產(chǎn)業(yè)。 另外，河北、陜西、山西等省份的甲醇產(chǎn)能也都超過了 100 萬噸 /年，四川省的甲醇產(chǎn)能也接近 100 萬噸 /年。內(nèi)蒙古、河南、山西、陜西、重慶等地憑借其資源優(yōu)勢，將成為甲醇生產(chǎn) 企業(yè)最為青睞的地區(qū)；山東、河北等傳統(tǒng)的甲醇生產(chǎn)大省，受資源總量和環(huán)境容量的制約，產(chǎn)能擴(kuò)張速度將有所放緩。 二次轉(zhuǎn)化和自轉(zhuǎn)化工藝 合成氣發(fā)生占甲醇裝置總投資的 50%— 60%，所以許多工程公司將其視為技術(shù)改進(jìn)重點(diǎn)。 液相合成工藝 傳統(tǒng)甲醇合成采用氣相工藝，不足之處是原料單程轉(zhuǎn)化率低，合成氣凈化成本高，能耗高。 CO2 + 3H2 ? CH3OH(g) + H2O （ 27） 這也是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，熱效應(yīng) ? ? ??? KH kJ/kmol 甲醇的合成方法及流程 木材干餾法 [19] 在 1924 年以前，甲醇幾乎全部是用木材分解干餾來生產(chǎn)的。由于甲醇的需要量與日俱增，木材干餾法不能滿足需要。 液相法使用了熱容高、導(dǎo)熱系數(shù)大的石蠟類長鏈烴類等化合物作為反應(yīng)介質(zhì)，使甲醇的合成反應(yīng)在等溫條件下進(jìn)行，同時(shí)由于分散在液相介質(zhì)中的催化劑的比表面積非常大，所以加速了反應(yīng)過程，降低了反 應(yīng)溫度和壓力。反應(yīng)器可用間歇式或連續(xù)式。 高壓法： 高壓法即用二氧化碳與氫在高溫 （ 340－ 420℃） 高壓 （ － ） 下用鋅 鉻氧化物催化劑合成甲醇。因此發(fā)展了壓力為 10MPa 左右的甲醇中壓合成法。 低壓法： 即用一氧化碳與氫氣為原料在低壓（ ）和 250℃左右的溫度下，采用銅基催 化劑（ CuZnCr）合成甲醇 。 ICI 法低壓甲醇合成工藝流程： 工藝流程特點(diǎn)：相對(duì)低的溫度和壓力下操作，節(jié)省能耗，同時(shí)抑制甲烷化反應(yīng)及其他副反應(yīng)；采用多段冷激式合成塔，結(jié)構(gòu)簡單，催化劑裝卸方便，使用壽命長。分離粗甲醇后的氣體適當(dāng)放空，控制系統(tǒng)中的惰性氣體含量。 優(yōu)點(diǎn)：催化劑床層溫差較小、單程轉(zhuǎn)化率較高（可達(dá) 50%）、催化 劑使用壽命較長（ 4年～ 5 年 ）、熱能利用合理、設(shè)備緊湊，開停車方便，合成反應(yīng)過程中副反應(yīng)少 ，甲醇質(zhì)量高 。但所使用的催化劑不同，因而操作壓力和操作溫度等 級(jí)不同，反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)也就有所不同。從世界范圍看，甲醇生產(chǎn)工藝主要采用氣相甲醇合成工藝，德國的 Lurgi工藝和英國 ICI 工藝大約占 70%以上 [33]。 第 3 章 設(shè)計(jì)衡算和主要設(shè)備設(shè)計(jì) 物料衡算 合成塔物料衡算 已知：年產(chǎn) 24 萬噸精甲醇，每年以 300 個(gè)工作日計(jì)。 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 ， 表 甲醇生產(chǎn)消耗物量及組成 表 甲醇生產(chǎn)生成物量及組成 消耗方式 單位 CO H2 CO2 N2 合計(jì) 31 Nm3 32 Nm3 64..96 129..92 194..88 33 Nm3 34 Nm3 35 Nm3 氣體溶解 Nm3 0 擴(kuò)散損失 Nm3 合計(jì) Nm3 消耗組成 %(v) 設(shè)新鮮氣量為 G 新鮮氣 ,馳放氣為新鮮氣的 9%。 消耗方式 單位 CH4 CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 合計(jì) 31 Nm3 32 Nm3 64..96 33 Nm3 34 Nm3 35 Nm3 合計(jì) Nm3 生成質(zhì)量 kg 生成組成 %(wt) 100 所以：出塔醇后G G% ? =% G 醇后 =G 新鮮 ?(G 醇 ＋ G 副 ＋ G 擴(kuò) )+GCH4 (37) =+ = Nm3/h 所以： G 出塔 ＝ Nm3/h G 循環(huán)氣 = G 出塔 G 醇后 G 生成 +GCH4G 溶解 (38) =+ = Nm3/h 甲醇生產(chǎn)循環(huán)氣量及組成見表 表 甲醇生產(chǎn)循環(huán)氣量及組成 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 (39) =+ = Nm3/h 由表 及表 得到表 。 表 貯罐氣組成、流量 組成 CO CO2 H2 CH4 Ar CH3OH N2 合計(jì) 流量：Nm3/h 0 組成：(V)% 0 100 由表 到表 可得表 ， 。 表 5MPa， 220℃ 下入塔氣除 (CH3OH)熱容 [11] 組分 CO CO2 H2 N2 Ar CH4 合計(jì) 流量：Nm3 比熱：kJ/kmol℃ / 熱量：kJ/℃ 220℃時(shí)甲醇的焓值為 kJ/kmol，流量為 Nm3。目前世界上使用最多的是 公司的多段冷激爐和 Lurgi公司的副產(chǎn)蒸汽管殼型合成塔。其特點(diǎn)為 ① 床層溫度平穩(wěn) ② 能準(zhǔn)確，靈敏的控制反應(yīng)溫度 ③ 以較高位能回收反應(yīng)熱 ④ 出口甲醇含量較高 ⑤ 設(shè)備緊湊，開工方便 ⑥ 可避免石蠟等副產(chǎn)物生成 ⑦ 避免羰基化合物生成 ⑧ 壓降小，所需外部能量少 傳熱面積的確定 4Mpa 時(shí)水蒸汽的溫度為 250℃，即視為殼程出塔溫度，即殼程水的定性溫度為 T1?2 20250? ?135℃ 管程混合物為 T22220250?? ?235℃ 平均傳熱溫差為 22025020250ln )220250()20250(TTln2121 ??????? ????? TTT M ℃ (3 13) 傳熱量 Q 傳 = kJ/h 合成塔內(nèi)總傳熱系數(shù)取 K=2800W/m2.℃ 1 傳熱面積為 A= ???? MTKQ 傳m2 (314) 傳熱管數(shù)的確定 傳熱管選用Ф 32 ，長度 10000mm的鋼管，材質(zhì)為 0