【正文】 25 期 [11] 肖海成，李影輝，徐顯明，郭繼寧，張忠濤，孔繁華 .甲醇合成反應(yīng)器概述 [J].云南化工 2020 年 8 月第 29 卷第 4 期 [12] Gee , Alain Goeppert , Prakash 著 ,胡金波譯 .Beyond Oil and Gas :The Methanol Economy [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2020 [13] MA Hong fang， YING Wei yong， FANG Ding ye .Study on methanol synthesis from coal—based syngas[J] Journal Of Coal Science amp。 1 5 1 ( 1 4 % ) ( ) 9 2 8 7 .23 4 2 .5 3 0 0 0 0 0c ? ? ? ? ? ? ?萬元 已知設(shè)備運雜費為總設(shè)備投資費用的 8% 則設(shè)備總投資為 11 ( 1 8 % ) 9 2 8 7 .2 1 .0 8 1 0 0 3 0 .1 8CC??? ? ? ? ?萬元 成本估算 各種成本費用估算 原料成本 原料煤費用 =（ ?5000）噸 /年 450 元 /噸 =765 萬元 /年 燃燒動力費用 電： 元 /度 電費： 178 萬元 /年 水： 元 /噸 水費： 75 萬元 /年 工人工資及附加費 工人工資 =年個人平均工資 工人人數(shù) =5036515= 萬元 /年 附加費 =14%= 萬元 /年 人工費 =＋ = 萬元 /年 基本折舊費和大修基金 基本折舊費 34 固定資產(chǎn)折舊率 = %1 0 01 ??固定資產(chǎn)折舊年限 資產(chǎn)折舊率= %10015%41 ?? = % 固定資產(chǎn)原值 =基建投資 50%＋建設(shè)期利息 =1238350%+123836% = 萬元 /年 固定資產(chǎn)基本折舊費 = 萬元 % = 萬元 /年 大修基金 大修基金 =固定資產(chǎn)原值 5% = 萬元 5% = 萬元 /年 車間經(jīng)費 車間經(jīng)費 =（燃料動力費＋人工費＋基本折舊 費＋大修基金） 5% =（ 178+75＋ ＋ +） 5% = 萬元 /年 企業(yè)管理費 企業(yè)管理費 =車間經(jīng)費 ?????? ?1%517% 企業(yè)管理費 = ?????? ?1%517% = 萬元 /年 成本估算費用 總的成本費用為 萬元 /年 收入、稅金和利潤 收入、稅金和利潤的計算 銷售收入 假設(shè)產(chǎn)品全部出賣，即銷售量＝生產(chǎn)量。 投資估算 總投資費用估算 (采用指數(shù)估計法 ) nSSFFxfCC ?????????? 212121 )1( 式中 : 1C ——擬建工廠的投資費用，萬元； 2C ——已知工廠投資費用 (取 C2=202000)，萬元； f ——地區(qū)建設(shè)投資系數(shù)，取 f =1； 1F ——擬建工廠的建設(shè)年份的價格指數(shù)，取 1F =； 2F ——已知工廠的建設(shè)年份的價格指數(shù)，取 2F =； 33 1S ——擬建工廠的生產(chǎn)規(guī)模，取 1S =5000 噸 /年； 2S ——已知工廠的生產(chǎn)規(guī)模，取 2S =300000 噸 /年； N ——規(guī)模指數(shù)，取 N =； x ——間接投資費用系數(shù)，取 x =4%。另一方面有助于解決石油資源貧乏不能滿足我國國民經(jīng)濟發(fā)展需要的問題 ,對保障國家能源供應(yīng)安全具有十分重要的意義。 回收利用廢甲醇催化劑 目前甲醇催化劑主要是銅基催化劑，含有銅、鋅、鋁、鉻等，其中 CuO、 ZnO 等含量較高約為 40％左右， Al2O3 含量約為 10％左右，這些有色金屬如不加以回收即浪費了資源還污染環(huán)境。殘液中的甲醇等在造氣爐中燃燒分解為 CO、 COH2 和 H2O 等。這部分氣體經(jīng)處理，回收到壓縮機一段或二段進口，可以作為合成甲醇的原料氣。 31 3 按化工部《甲醇生產(chǎn)安全操作規(guī)程》的規(guī)定，定期、定點進行塵毒監(jiān)測，超標(biāo)必須整改。 2 依靠科學(xué)技術(shù)，提高防毒水平。 有毒物質(zhì)中毒的預(yù)防 化工生產(chǎn)具有的特點是：易燃易爆、有毒、有腐蝕性物質(zhì)較多，高溫、高壓設(shè)備多，所以化工生產(chǎn)必須正確組織。蒸汽在空氣中最高允許濃度為 。大量吸入會引起肺水腫，對人體的粘膜有刺激作用，引起角膜炎和結(jié)膜炎。易燃、易爆，其爆炸極限為 %～ 75%。 （ 2） 甲醇膨脹槽和壓縮機安排在一邊，主要考慮到它們笨重、體積大小等問題； （ 3） 為了便于流體流動甲醇分離器安裝在甲醇膨脹槽的頂上，水冷器安裝在甲醇分離器頂上。 （ 2）由于合成車間流程簡單，操作人數(shù)不多，因此在布置時可只安排控制室，廁所等生產(chǎn)輔助設(shè)施和行政設(shè)施，至于配電室﹑機修室﹑化驗室可以與其他車間共用，在此不做考慮。 表 2 GSP 氣化爐的規(guī)格 項目 中型 大型 特大型 規(guī)格 /MV 130 400 800 投煤量 /（ t/d） 720 2200 4400 氣化爐內(nèi)徑mm 2020 2900 3650 氣化路高度mm 3500 5250 6700 由物料計算已經(jīng)知道，每小時需要用煤 ，則每天用煤量為 。通過實際運行證明，該機組主要技術(shù)性能指標(biāo)達到國際先進水平。壓縮機由二缸三段十三級葉輪組成，壓縮機缸體為垂直部分結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部與氣體接觸處均為不銹鋼。 通過物料計算可以知道設(shè)計中壓縮機排氣量為 m3/h；排氣壓力為 MPa。 （ 10）開空補強 換熱器封頭和殼體上的接管都需要補強，在開空外面焊接上一塊與容器壁材料和厚度都相同的，即 20mm厚的 20R鋼板。 （ 8）管子拉脫力的計算 a 在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力 qp=pf/（ doL） 式中： f=（ ） d 02=322（ ） 252=396 P= L=50 表 2冷凝器 項目 管子 殼體 材質(zhì) ａ /（ 1/℃ ） E/MPa 尺寸 管子數(shù) 管間距 /mm 管殼壁溫差 /℃ 管子與管壁連接方式 脹接長度 20 鋼 106 106 Ф256000 690 32 18 開槽脹接 L=50 20R 鋼 106 106 Ф70020 qp=396/（ 2550） = 溫差應(yīng)力導(dǎo)致的每平方米脹接周邊上的拉脫力 qt 26 qt=σt（ do2di2） /（ 4doL ） 式中： σt=a E（ ttts） /（ 1+At/As） At=（ do2di2） n=（ 252202） 690= As=DSn=100020=62800 mm2 σt=10610618/（ 1+） = qt=（ 252202） /（ 42550） = 已知 Tt＞ Ts， pt＞ ps （ 9）折流板的設(shè)計 。 （ 3）管子的排列方式，管間距的確定 設(shè)計采用正三角形排列，取管間距為 a=32mm 。拉桿 Ф12，共 12 根，材料 Q235AF 鋼；定距管 Ф25。 （ 4）合成塔殼體直徑的確定 合成塔內(nèi)管子分布采用正三角形排列，管間距 a=40mm，殼體直徑： Di=a（ b1） +2L 式中 ： a = 40 b = = = L = 125mm 所以 Di=40（ ） +2125= 圓整后取為 1350 mm （ 5）合成塔殼體厚度的確定 殼體材料選用 13MNiMoNbR 鋼，計算壁后的公式為： S=PcDi/（ 2[σ] tФPc） 式中： Pc—— ； Di=1350mm； Ф= [σ]t =190Mpa（取殼體溫度為 50℃ ） S=1350（ 2190） = 取 C2=1mm ； C1=1mm，原整后取 S=24mm （ 6）合成塔封頭的確定 上下封頭均采用半球形封頭，材質(zhì)選用和筒體相同。 22 第五章 . 主要設(shè)備的計算和選型 甲醇合成塔的設(shè)計 （ 1）傳熱面積的確定 傳熱溫差為 10℃ ，傳熱量為 ，合成塔內(nèi)的總傳熱系數(shù)取為 （ m2.℃ ）。 同理可得其它氣體量 甲醇分離器出口氣體組成的確定 分離器出口氣體組分 =循環(huán)氣氣體組分 +弛放氣氣體組分；則分離器出口氣體中 CO氣量 =循環(huán)氣中 CO+弛放氣中 CO=+=；同理可算的其他氣體的氣量。則反應(yīng)（ 7）中二氧化碳生成了 Kmol/h，即 m3/h 的水和一氧化碳。則入預(yù)精餾塔的粗甲醇中甲醇量﹙ ﹚ / =。塔釜排出的預(yù)精餾后甲醇用泵打入主精餾塔，從主精餾塔塔頂蒸出精甲醇產(chǎn)品。C 以下進入甲醇分離器，粗甲醇與反應(yīng)尾氣分離。 合成氣進甲醇合成塔，再充填 C302 催化劑的管內(nèi)進行合成甲醇的反應(yīng)。C， 出爐轉(zhuǎn)化氣中殘余甲烷約 3%。C 后去精脫硫工序。 CO2 催化加氫合成甲醇需要消耗大量的氫氣和生成水，使氫氮比大幅降低，甚至使合成氨的氫氮比失調(diào)，因此聯(lián)醇工藝必須除去大部分的 CO2。 8 甲醇合成簡要流程示意圖及相應(yīng)的說明 圖 合成工段簡圖 氣的制備 聯(lián)醇生產(chǎn)制造原料氣的原料與合成氨生產(chǎn)的原料完全相同，主要為固體（焦炭、無煙煤）液體（石腦油、重油、渣油）氣體（天燃氣、焦?fàn)t氣、乙炔尾氣、高爐氣）等。對于聯(lián)醇來說，由于甲醇合成以后氣體要保持相當(dāng)量的氫去參加氨的合成，所以氫是過量的。 （ 4）要增加空速主要還是增加循環(huán)量，增加了能耗。 ③ 空間速度 決定空間速度（簡稱空速）有以下幾個條件： （ 1）甲醇合成塔熱平衡主要靠反應(yīng)熱與氣體流動來實現(xiàn)。 聯(lián)醇生產(chǎn)中合成壓力主要取決于以下兩個因素： （ 1） 催化劑選用。 ② 合成反應(yīng)壓力的選擇 提高壓力，對于合成甲醇的化學(xué)平衡有利，也有利于提高反應(yīng)速度，提高單位時間的甲醇產(chǎn)量。 合成工段的工藝條件 ① 合成反應(yīng)溫度的選擇 合成甲醇反應(yīng)屬于可逆放熱反應(yīng)，控制溫度 [4]是極其重要的因素。 第三章 . 工藝流程設(shè)計 設(shè)計任務(wù) 本設(shè)計模擬工業(yè)化生產(chǎn)中，年產(chǎn)量 6000 噸的低壓法冷激式甲醇合成工段工藝流程設(shè)計。隨著科學(xué)技術(shù)進步 ,―聯(lián)醇 ‖這一概念得到豐富和發(fā)展。 （ 4）聯(lián)產(chǎn)甲醇能耗降低明顯，每噸氨節(jié)電 節(jié)省蒸汽 ，折和能耗為 2020 萬KJ。因此，原料氣成分經(jīng)合成甲醇后必須滿足合成氨生產(chǎn)的需要。聯(lián)醇生產(chǎn)是在 13106Pa 壓力下，采用銅基催化劑，串聯(lián)在合成氨工藝之中，用合成氨原料氣中的 CO、 CO H2 合成甲醇。 為了降低能耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量，在對以上生產(chǎn)工藝進行改良的基礎(chǔ)上提出了聯(lián)醇生產(chǎn)工藝，即將合成甲醇與合成氨串聯(lián)起來。同時，未反應(yīng)的氣體又作為載熱體，把反應(yīng)熱不斷帶走，維持了熱平衡。又如 德國 Lurgi公司開發(fā)的甲醇合成工藝， 工藝如圖所示 圖 工藝流程簡圖 (3) 中壓法 (8~10MPa) 隨著甲醇工業(yè)規(guī)模的大型化 (目前已有日產(chǎn) 2020t 的裝置甚至更大單系列裝置 ) ,如采用低壓法 ,勢必導(dǎo)致工藝管道和設(shè)備較大 ,因此 ,在低壓法的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高合成壓力 ,即發(fā)展成為中壓法。銅系催化劑的活性明顯高于鋅鉻催化劑 ,反應(yīng)溫度低 (200～ 300℃ ) ,因此 ,在較低的壓力下可獲得較高的甲醇收率。隨著脫硫技術(shù)的發(fā)展 ,高壓法也在逐步采用活性高的銅系催化劑 ,以改善合成條件 ,達到提高效率和增產(chǎn)甲醇的目的。 表 近年我國的甲醇生產(chǎn)和消費組成 項目 2020 2020 2020 2020 2020 2020 2020 (預(yù)計） 產(chǎn)能 /Mt 30 產(chǎn)量 /Mt 16 進口量 /Mt 出口量 /Mt 表觀消費量 /Mt 第二章 . 生產(chǎn)方法的選擇 甲醇合成工藝簡介 甲醇合成工藝有氣相合成法和液相合成法。 表 全球主要地區(qū)甲醇消費構(gòu)成 2020 年 2020 年 2020 年 2020 年 按用途分 甲醛 940(31) 970(32) 1010(32) 1050(33) MTBE 830(28) 810(26) 780(25) 760(22) (其中美國） 470(16) 430(14) 340(11) 270(8) 醋酸 270(9) 290(9) 300(10) 310(10) MMA 90(3) 90(3) 100(3) 100(3) 其他 880(29) 900(29) 930(30) 970(30) 需求合計 3020（ 100) 3060(100)