【正文】 22 第四章 .設(shè)備計(jì)算及選型 設(shè)備是化工工藝運(yùn)作的載體，選擇合適的設(shè)備，對于提高生產(chǎn)率，降低原料，能是的消耗有著重要的作用。k 表 甲醇合成塔入塔熱量 氣體 熱容 kJ/(kmol k? ) 氣量 (kmol/h) 入塔熱量 kJ/( kh? ) 甲醇 氫氣 一氧化碳 二氧化碳 氮?dú)? 甲烷 入塔熱量合計(jì)為 kJ/( kh? )， 所以 ?1Q =?=③ 塔內(nèi)反應(yīng)熱的計(jì)算 以甲醇反 應(yīng)為例： CO + 2H2 → CH 3OH + 反應(yīng)熱： Qr=生成熱 生成量 =103 =103KJ/h 18 表 甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)熱 氣體 生成熱 (kJ/mol) 生成量 (kmol/h) 反應(yīng)熱 (kJ/h) 甲醇 103 二甲醚 103 異丁醇 103 甲烷 103 一氧化碳 103 反應(yīng)熱合計(jì) ?rQ =103kJ/h ④ 塔出口氣體總熱量計(jì)算 出塔熱 =出塔量 熱容 設(shè)出口溫度 T 出 =255℃ ，以 CO2為例計(jì)算： 出塔熱 = = 表 甲醇生產(chǎn)入塔氣流量及組成 單位： Nm3/h 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 CH3OH H2O 流量：Nm3/h Kmol/h 組成(V)% 又由 G 出塔 = G 循環(huán)氣 G 消耗 ＋ G 生成 據(jù)表 、 、得表 。 13 表 馳放氣組成 組分 H2 CO CO2 CH4 N2 CH3OH H2O Mol% G 新鮮氣 ＝ G 消耗氣 +G 馳放氣 =G 消耗氣 + G 新鮮氣 =+ G 新鮮氣 所以： G 新鮮氣 ＝ Nm3/h 新鮮氣組成見表 表 甲醇合成新鮮氣組成 組分 H2 CO CO2 N2 總計(jì) Nm3/h 組成 mol% 100 測得：甲醇合成塔出塔氣中含甲醇 %。 忽略原料氣帶入份，根據(jù) ② 、 ③ 、 ④ 得反應(yīng) ⑤ 生成的水的量為：? = kmol/h，即在 CO 逆變換中生成的 H2O 為 kmol/h，即 。在甲醇合成生產(chǎn)中，空速一般控制在 10000～ 20200h1? 。此時(shí)，合成塔空速常由循環(huán)機(jī)動(dòng)力、合成系統(tǒng)阻力等因素決定。為了避免惰性氣體的積累，必須將部分循環(huán)器從反應(yīng)系統(tǒng)中排出，以使反應(yīng)系統(tǒng)中惰性氣體含量保持在一定濃度范圍。對于低壓法合成甲醇，二氧化碳含量體積分?jǐn)?shù)為 5%時(shí)甲醇收率最好。增加氫氣 濃度，可以提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率。一氧化碳含量高，不僅對溫度控制不利，而且也會(huì)引起羰基鐵在催化劑上的聚集，使催化劑失去活性，故一般采用氫過量。但是增加壓力要消耗能量，而且還受設(shè)備強(qiáng)度限制，因此需要綜合各項(xiàng)因素確定合理的操作壓力。由于合成甲醇是放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱必須及時(shí)移走，否則易使催化劑升溫過高，不僅會(huì)導(dǎo)致副反應(yīng)的增加，而 9 且會(huì)使催化劑因發(fā)生熔結(jié)現(xiàn)象使活性下降。 C。 實(shí)際生產(chǎn)中的操作溫度取決于一系列因素，如催化劑、壓力、原料氣的組成、空間速率和設(shè)備使用情況等，尤其取決于催化劑的活性溫度。這部分空氣作為燃料，大部分氣體進(jìn)入透平壓縮機(jī)加壓返回合成塔，合成塔副產(chǎn)的蒸汽及外部補(bǔ)充的高壓蒸汽一起進(jìn)入預(yù)熱器加熱到 50℃ ，帶動(dòng)透平壓縮機(jī)，透平后的低壓蒸汽作為甲醇精餾工段所需熱源。 煤氣經(jīng)加熱爐預(yù)熱后在反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化后得到合成氣（ H2 和 CO），然后經(jīng)換熱冷卻后脫硫，使含硫量不超過 106，然后經(jīng)水冷卻分離出冷凝水后進(jìn)入合成氨壓縮機(jī)，壓縮至壓力略低于 5MPa，與循環(huán)氣混合后再經(jīng)壓縮至 5MPa，進(jìn)入合成反應(yīng)器反應(yīng)。 目前，甲醇的生產(chǎn)方法還主要有 ① 甲烷直接氧化法： 2CH4+O2→2CH 3OH.②由一氧化碳和氫氣合成甲醇， ③ 液化石油氣氧化法 6 合成方法的選擇 本 設(shè)計(jì)所采用的合成方法：比較以上三者的優(yōu)缺點(diǎn)，以投資成本，生產(chǎn)成本，產(chǎn)品收率為依據(jù)，選擇低壓法為 生產(chǎn)甲醇的工藝，用 CO 和 H2在加熱壓力下，在催化劑作用下合成甲醇。在較低壓力下可獲得較高的甲醇收率，且選擇性好，減少了副反應(yīng)，改善了甲醇質(zhì)量，降低了原料消耗。特別是生成甲醇的反應(yīng)是一個(gè)強(qiáng)放熱，不利于反應(yīng)溫度的控制，而且生成甲醇不能隨產(chǎn)品冷凝，甲醇在循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)，更不利于主反應(yīng)的化學(xué)平衡和反應(yīng)速率 甲醇的合成方法 當(dāng)今甲醇生產(chǎn)技術(shù)主要采用中壓法和低壓法兩種工藝，并且以低壓法為主，這兩種方法生產(chǎn)的甲醇約占世界甲醇產(chǎn)量的 80%以上 [3]。 （ 3）引進(jìn)膜分離技術(shù)的反應(yīng)技術(shù) 通常的甲醇合成工藝中，未反應(yīng)氣體需循環(huán)返回反應(yīng)器，而 KPT 則提出將未反應(yīng)氣體送往膜分離器，并將氣體分為富含氫氣的氣體，前者作燃料用，后 者返回反應(yīng)器。 甲醇生產(chǎn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 （ 1）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)。我國 DMTO 技術(shù)的開發(fā)成 功，開辟了傳統(tǒng)石油化工之外的烯烴生產(chǎn)新途徑，拓展了甲醇在化工領(lǐng)域中的新用途 。 ③ 甲醇作 為精細(xì)化工與高分子化工的主要原料 甲醇作為基本有機(jī)化工原料之一，主要用于生產(chǎn)酚醛樹脂、甲醛塑料等高分子材料和粘合劑等精細(xì)化工產(chǎn)品。其中，以甲醇為原料采用羰基化法生產(chǎn)醋酸，是目前最具競爭力的醋酸生產(chǎn)方法 , 所消費(fèi)甲醇約占全球甲醇消費(fèi)總量的 7%。 甲醇應(yīng)用十分廣泛，在石油化工、醫(yī)藥、輕紡、生物化工以及能源、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)均有廣泛用途，在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位 [1]。甲醇劇毒，易燃燒，其蒸氣與空氣的混合物在一定范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生爆炸 。 物理化學(xué)屬性：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。甲醇是有機(jī)物醇類中最簡單的一元飽和醇。醇是由烴基和羥基兩部分組成。此外甲醇還廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工，塑料，醫(yī)藥，林產(chǎn)品加工等領(lǐng)域的基本有機(jī)化工原料，可開發(fā)出 100 多種高附加值化工產(chǎn)品，尤其深加工后作為一種新型清潔燃料和加入汽油摻燒，其發(fā)展前景越來越廣闊。 CO 加氫可制得甲醇，這就構(gòu)成了碳一化工的基本原料。它的研究與發(fā)展對于各國工業(yè)有著深遠(yuǎn)的影響。 Low tension method。 通過熱量衡算，可知甲醇合成塔中放熱量。甲醇是由煤氣化或天然氣轉(zhuǎn)化生成合成氣合成的化工產(chǎn)品，它既是一種重要的、需求量巨大的基本有機(jī)化工原料，也是一種新型的清潔能源。 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................... 30 附 錄 ........................................................................................................................................... 33 附錄 A 工藝流程圖 ............................................................................................................... 33 附錄 B 設(shè)備圖 ...................................................................................................................... 33 . I 年產(chǎn) 15 萬噸甲醇合成工藝的設(shè)計(jì) 摘要 :甲醇（ Methanol）又名木醇，木酒精，甲基氫氧化物，是一種最 簡單的飽 和醇，化學(xué)式為 CH 4 O。此塔形似列管式換熱器，在塔內(nèi)列管中裝填催化劑，管間為沸騰水，原料氣進(jìn)入塔內(nèi)列管中發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)； 由要求的年產(chǎn)量，計(jì)算合成塔物料衡算、熱量衡算、相關(guān)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)估算或?qū)嶒?yàn)資料， 經(jīng)由計(jì)算分析確定各個(gè)設(shè)備的技術(shù)參型。s diameter is 2,500 millimetre, and thickness is 23 millimetre. The synthetic tower tube size, the total number of 2687,length 9000mm, the distribution of the equilateral triangle arrangement Keywords: Methanol。甲醇化工是許多工業(yè)國家竟相開發(fā)的一個(gè)十分重要的領(lǐng)域。合成氣的主要成分是 CO 和 H2。 甲醇作為重要有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料，主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多種有機(jī)產(chǎn)品，也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的重要原料之一。化學(xué)分子式為 CH 3 OH。二元醇以上統(tǒng)稱多元醇。試劑甲醇常密封保存在棕色瓶中置于較冷處 。甲醇與水互溶，在汽油中也有較大的溶解度。 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 。由甲醇生產(chǎn)的重要有機(jī)化合物包括醋酸、甲醛、甲胺、甲烷氯化物、甲酸、甲酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、二甲醚、二甲基甲酰胺、二甲基亞楓、碳酸二甲酯、聚乙烯醇等。 由甲醇轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的二甲醚具有清潔、動(dòng)力性能好、污染少、易儲(chǔ)存等特點(diǎn)，綜合性能遠(yuǎn)優(yōu)于液化氣、天然氣、甲醇、乙醇等產(chǎn)品，其作為替代柴油燃料的市場空間廣闊。經(jīng)甲醇制烯烴工藝，甲醇可以轉(zhuǎn)化為基本石油化工原料乙烯、丙烯，并延伸加工成一系列衍生物。 1991 年 ，我國的生產(chǎn)能力僅為 70 萬噸，截止 2020 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， 2020 年甲醇產(chǎn)量達(dá)到 500 萬噸，比 2020年增長 %，進(jìn)口量 萬噸，因此下降 %。傳統(tǒng)甲醇合成反應(yīng)器有 ICI 的冷激型反應(yīng)器、 Lungi 的管殼式反應(yīng)器、 Topsdpe 的徑向流動(dòng)反應(yīng)器等 近期出現(xiàn)的新合成甲醇反應(yīng)器有日本東洋工程 (TEC)的 MRF— Z反應(yīng)器等，而反應(yīng)技術(shù)方面則出現(xiàn)了 Lurgi 推出的水冷一氣冷相結(jié)合的新流程。 甲醇合成工藝原理 銅基催化劑作用下發(fā)生一系列反應(yīng) 主反應(yīng)： CO+2H2?CH3OH+ KJ/mol …… ① 副反應(yīng)： 2CO+4H2?(CH3)2O+H2O+ KJ/mol …… ② CO+3H2?CH4+H2O+ KJ/mol …… ③ 4CO+8H2?C4H9OH+3H2O+ KJ/mol …… ④ CO2+H2?CO+ KJ/mol …… ⑤ 副反應(yīng)不僅消耗原料，而且影響甲醇的質(zhì)量和催化劑壽命。 低壓法： ( Mpa)是 20 世紀(jì) 60 年代后期發(fā)展起來的甲醇合成技術(shù)，低壓法基于高活性的銅基催化劑，其活性明顯高于鋅鉻催化劑，反應(yīng)溫度低(240270℃ )。中壓法仍采用高活性的銅基催化劑，反應(yīng)溫度與低壓法相同，但由于提高了壓力，相應(yīng)的動(dòng)力消耗略有增加。硫、氯、磷、等都是甲醇合成催化劑的毒性物質(zhì)，清除這些物質(zhì)，首先從 占毒物比例最大的硫著手，所以繼從原料氣制造得到合成原料氣之后，第二個(gè)工序就是脫硫、在脫硫過程中，其他毒物也應(yīng)大部分被脫除，原料氣初步得到凈化 [4]。然后在甲醇分離液態(tài)的甲醇與氣體分離， 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。合成甲醇反應(yīng)是一個(gè)