【正文】 公司創(chuàng)始人、國(guó)內(nèi)氨（甲醇）合成塔 技術(shù)方面國(guó)家級(jí)專(zhuān)家、國(guó)內(nèi)知名學(xué)者呂仲明教授幾十年的研究結(jié)果，擁有國(guó)內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，結(jié)構(gòu)形式如圖五。 關(guān)于冷激分布器的設(shè)計(jì)，前文已經(jīng)詳述，這里不再重述，僅對(duì)魚(yú)鱗式徑向流分布器的設(shè)計(jì)作一簡(jiǎn)要介紹。 （ 3）合成氣在魚(yú)鱗式徑向流分布器中流程短，流速低，阻力小。 、合成工藝 、高壓法合成甲醇的工藝流程 從甲醇分離器出來(lái)的液體甲醇減壓至 ～ 后送入粗甲醇中間槽。一路經(jīng)主線（主閥）由塔頂進(jìn)入，并沿塔壁與內(nèi)件之間的環(huán)隙流至塔底，再經(jīng)塔內(nèi)下部的熱交換器預(yù)熱后，進(jìn)入分氣盒；另一路經(jīng)過(guò)副線（副閥）從塔底進(jìn)入，不經(jīng)熱交換器而直接進(jìn)入分氣盒。循環(huán)壓縮機(jī)為單段離心式壓縮機(jī)，它與合成氣壓縮機(jī)一樣都采用氣輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。由于強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，必須迅速移出熱量，流程中采用在催化劑層中直接加入冷原料的冷激法，保持溫度在 240～ 270℃ 之間。 粗甲醇中甲醇含量約 80%，其余大部分是水。產(chǎn)品精甲醇的純度可達(dá) %（質(zhì)量）。 天然氣經(jīng)脫硫后送入蒸汽轉(zhuǎn)化爐。反應(yīng)器內(nèi)裝有銅基催化劑。冷凝的粗甲醇送入精制塔精制。 化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第 3 章 甲醇生產(chǎn)的物料衡算 、所需觸媒容積的物料衡算 、所需觸媒容積的物料衡算 1222( 2 )W V W Vggkk? ? ? 式中： 2g—— 粗甲醇的量， kg/h WV —— 空間速度， 40000 1h? V —— 觸媒容積， 3 3m 1k —— 合成塔出口甲醇容積百分?jǐn)?shù)， 3% 2k —— 合成塔人口甲醇容積百分?jǐn)?shù)， % 設(shè)甲醇合成部分的生產(chǎn)能力為每年 5 萬(wàn)噸甲醇，每年為 330 個(gè)工作日時(shí)，其生產(chǎn)能力 為 : 5000 *100 0 * 24 ? kg/h 考慮到副反應(yīng)，引入分?jǐn)?shù) ，便可由方程式1222( 2 )W V W Vggkk? ? ?確定 V . 2212(1 2 ) * 1 .0 6()V Wg kkk??? 2 63 13 .1 3 19 7 /32 kg hg ?? （式中 32 為甲醇的分子式） 340000 17 85 /22 .4V kg hm?? ∴所需觸媒容積 319 7 *1 .0 6 85 * 0. 03V m?? 合成塔的數(shù)目： ~ 23 ? 化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 、粗甲醇合成循環(huán)的物料衡算計(jì)算 參考《甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展》假定粗甲醇的組成： 粗甲醇組成： 甲醇 二甲醚 異丁醇 水 Wt% 90 將粗甲醇中各組分含量分別與不同單位列表于下表 粗甲醇中各組分含量 31 成分 Wt% Kg/h Kmol/h N m3/h V% 分子式 甲醇 90 32 二甲醚 46 異丁醇 74 水 18 總計(jì) 100 100 — 解：甲醇每小時(shí)產(chǎn)量 90%=每小時(shí)產(chǎn)甲醇的物質(zhì)的體積 5681 .82 6 /32 km ol h? 每小時(shí)產(chǎn)純甲 醇的體積 = N m3/h 每小時(shí)產(chǎn)甲醇的體積分?jǐn)?shù) % 1% ?? 設(shè)新鮮氣組成為： CO2 CO H2 CH4 N2 % % % % % 設(shè)水冷器循環(huán)組成： CO2 CO H2 CH4 N2 % % % % % 解：水冷器循環(huán)氣組成： CO2 % 查《化工工藝設(shè)計(jì)思考習(xí)題集》 110P 圖 1 m3氣體 /噸甲醇 CO %查《化工工藝設(shè)計(jì)思考習(xí)題集》 110P 圖 2 m3氣體 /噸甲醇 H2 %查《化工工藝設(shè)計(jì)思考習(xí)題集》 110P 圖 3 m3氣體 /噸甲醇 CH4 %查《化工工藝設(shè)計(jì)思考習(xí)題集》 110P 圖 1 m3氣體 /噸甲醇 化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 N2 %查《化工工藝設(shè)計(jì)思考習(xí)題集》 110P 圖 2 m3氣體 /噸甲醇 粗甲醇中溶解的氣體各組分含量 32 組分 N m3/t V% Kg/t Wt% Kg/h 二氧化碳 一氧化碳 11 氫氣 甲烷 6 15 氮?dú)? 總計(jì) 40 100 100 解： 1每噸粗甲醇中溶解 CO2量為： 100%=% 每噸粗甲醇中溶解 CO2的質(zhì)量： m 3/t22 .4 / N m 3kmol 44=（粗） 每噸 粗甲醇中溶解 CO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 100%=% 每小時(shí)溶解 CO2的體積 N m3/t 50000330 124 = N m3/h 每小時(shí)溶解 CO2的質(zhì)量 50000330 124 =每小時(shí)溶解 CO2的物質(zhì)的量 2每噸粗甲醇中溶解 CO 的體積為 100%=11% 每噸粗甲醇中溶解 CO 的質(zhì)量 （粗） 每噸粗甲醇中溶解 CO 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 100%=% 每小時(shí)溶解 CO 的體積 N m3/t 50000330 124 = N m3/h 每小時(shí)溶解 CO 的質(zhì)量 （粗） 50000330 124 = 每小時(shí)溶解 CO 的物質(zhì)的量 1噸粗甲醇中各組分含量 甲醇質(zhì)量含量 1000 90%1t =900kg/t 化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 甲醇體積含量 900 32=630 N m3/t 二甲醚質(zhì)量含量 1000kg 1t= 二甲醚體積含量 46= N m3/t 異丁醇質(zhì)量含量 1000kg1t %= 異丁醇體積含量 74= N m3/t 水的質(zhì)量含量 1000 1t= 水的體積含量 18= N m3/t 每噸甲醇中各組分的量 33 組分 Wt% Kg/t(粗 ) N m3/t V% 分子式 甲醇 90 900 630 32 二甲醚 46 異丁醇 10 74 水 18 總計(jì) 100 1000 100 — 查閱《化工工藝設(shè)計(jì)思考習(xí)題集》（修訂版）甲醇合成系統(tǒng)的工藝物料平衡基本關(guān)系式 合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)方程式： 主反應(yīng)： CO+2H2=CH3OH +（ 1） 副反應(yīng)： 2CO+4H2=CH3OCH+H2O + kj/mol （ 2） CO=3H2=CH4+H2O + kj/mol （ 3） 4CO+8H2=C4H9OH + kj/mol （ 4） CO2+H2=CO+H2O kj/mol （ 5） 由新鮮氣帶入的 CO2量等于放空時(shí)消耗的 CO2量，溶解在液態(tài)甲醇中的 CO2量及按方程（ 5）參加反應(yīng)時(shí)所消耗的 CO2量之和。 83+8 + = Nm3/t 化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 新 鮮 氣 組成 （ 以 1 噸粗甲醇為基準(zhǔn) ） 表 34 組分 V% Nm3/t /kgt Wt% kg/h Nm3/t Kmol/h 分子量 CO2 44 CO 27 28 H2 2 CH4 16 N2 28 總計(jì) 100 100 — 以 CO2 為例： 由于新鮮氣加入量 V1= Nm3/t VCO′ =% = Nm3/t mCO2′ = 44/=Wt%=CO2質(zhì)量流量 5000 24=CO2體積流量 每小時(shí)產(chǎn) CO2的體積 粗甲醇中各組分含量（以 1噸粗甲醇為基準(zhǔn)）表 35 V8= Nm3/t 組分 wt% Nm3/t kg/t V% kg/h Nm3/t kmol/h 分子量 甲醇 90 630 900 32 二甲醚 46 異丁醇 1 1 74 水 18 合計(jì) 100 1000 100 以 CH3OH 為例 V8= Nm3/t 以 1 噸粗甲醇為基準(zhǔn) 90% = 32/= 100%=% 50 00 95 7. 3 60 43 .5 6 /33 0 24 kg h? ?? 化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 ? 循環(huán)氣組成 （以 1噸粗甲醇為 基準(zhǔn)） V10= 組成 V% Nm3/t kg/t Wt% kg/h Kmol/h Nm3/h 分子量 CO2 44 CO 28 H2 2 CH4 16 N2 28 合計(jì) 100 100 以 CO2為例 % = Nm3/t ? = 100%=% 50000330 24? = = Kmol/h = Nm3/t 進(jìn)合成塔混合氣組成 V2= Nm3/t 組分 Nm3/t V% Kg/t Wt% kg/h Kmol/h Nm3/h Mol% CO2 CO 72047 H2 CH4 N2 合 100 100 100 化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 計(jì) V2=V1+V10=+= Nm3/t WCO22=WCO21+WCO210=+= Nm3/t mCO22=m CO21+m CO210=+=mCO22%= 100% ?=% GCO22=GCO21+GCO210=+=VCO22=VCO21+VCO210=+= Nm3/h VCO22%= 100%=% 進(jìn)水冷器混合氣組成 以 1噸粗甲醇為基礎(chǔ) V3= Nm3/t 組成 Nm3/t V% Kg/t Wt% Nm3/h kg/h Kmol/h 分子量 CO2 44 CO 28 H2 2 CH4 16 N2 28 CH3OH 630 900 32 (CH3)2O 46 C4H9OH 74 H2O 18 合計(jì) 100 100 — 甲醇分離器氣體組成（以 1 噸粗甲醇為基準(zhǔn)） V9= Nm3/t 組成 Mol%(v%) Nm3/t Kg/t Wt% Nm3/h kg/h Kmol/h 分子量 化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 氣CO2 44 CO 28 H2 2 CH4 16 N2 3133 28 合計(jì)