【正文】 平均溫差：由 得：傳熱面積由《典型化工單元操作設備設計》附表查得所需型號F1200Ⅵ，具體參數(shù)如下： 選定換熱器相關參數(shù)項目規(guī)格項目規(guī)格殼程/mm1200管子尺寸/mmφ25公稱壓強/Mpa管長/m9公稱面積/m2中心排管子數(shù)21管程數(shù)6管子排列方法三角形 加熱器的選型，升溫至100℃，107KJ，106W，取傳熱系數(shù) 熱源： 200℃ → 100℃ 冷源 ：100℃ ← 50℃ 平均溫差：由 得：傳熱面積由《典型化工單元操作設備設計》附表查得所需型號F1200Ⅵ，具體參數(shù)如下： 選定換熱器相關參數(shù)項目規(guī)格項目規(guī)格殼程/mm1200管子尺寸/mmφ25公稱壓強/Mpa管長/m6公稱面積/m2中心排管數(shù)22管程數(shù)2管子排列方法三角形 分離器的設計采用絲網(wǎng)除沫分離器，其具有比表面積大，質(zhì)量輕，空隙大以及使用方便等優(yōu)點。所設計的封頭最大使用壓力：，該設計符合要求。(3)合成塔殼體材質(zhì)采用18MnMoNbR低合金鋼鋼材，壁厚的計算公式： 其中封頭與殼體采用雙面對接焊，100%無損檢測，故焊接系數(shù)殼程通入的是合成氣，取設計壓力，外徑，查得在225℃下的許用應力為，由此計算得合成塔殼體的計算壁厚：，取附加厚度C =，則名義壁厚，圓整后去厚度為40mm。所設計的封頭最大使用壓力： 折流板和管板的選擇及設計采用弓形折流板，材質(zhì)為16MnR，折流板高度為。 合成塔的壁厚設計合成塔殼體材質(zhì)采用18MnMoNbR低合金鋼鋼材，壁厚的計算公式： 其中封頭與殼體采用雙面對接焊，100%無損檢測，故焊接系數(shù)殼程通入的是飽和水蒸氣，查得240℃，取設計壓力，外徑，查得在255℃下的許用應力為（插值法），由此計算得合成塔殼體的計算壁厚：，取附加厚度C =，則名義壁厚，圓整后去厚度為65mm。（1）甲醇分離器進口的熱量由工藝流程得：甲醇分離器進口的熱量與水冷器出口的熱量相等，即（2） 甲醇分離器出口氣相的熱量分離器出口的氣相即為水冷器出口的氣相，則分離器氣相的熱量為：（3） 甲醇分離器出口液相的熱量分離器出口的液相即為水冷器出口的液相，則分離器液相的熱量為：6 合成工段的設備選型和設計 催化劑的使用量由合成段物料衡算得：，合成塔的空速為13000m3/(m3催化劑 水冷器的熱量衡算 入水冷器的熱量由工藝流程得：出換熱器的出合成塔氣體等于入水冷器的熱量即： 出水冷器的熱量出換熱器的出合成塔氣體經(jīng)水冷器進一步冷卻后，溫度由85℃降至40℃。K)，則由 得：水蒸氣的用量： 合成塔的熱量平衡表氣體氣體顯熱反應熱熱損失蒸汽吸收合計入塔氣kj/h108108108出塔氣kj/h108107108108 合成氣換熱器的熱量衡算 合成氣入換熱器的熱量入換熱器的合成氣溫度為60℃，查《化學化工物性數(shù)據(jù)手冊》得各組分的比熱容，由，計算得各組分帶進換熱器的熱量如下表所示： 合成氣帶進的熱量氣體CH3OHH 2COCO2N2ArCH4熱容kJ/（kmolk）104105105104104104104則每小時入塔熱量： 所以總熱量 合成塔的反應熱由得：各組分生成的熱量如下 甲醇合成塔內(nèi)反應熱氣體CH3OH( CH3 )2OC4H9OHCH4CO生成熱kJ/mol－生成量kmol/h反應熱kJ/h108105104106107則合成塔每小時生成的反應熱： 合成塔出塔熱量計算查《化學化工物性數(shù)據(jù)手冊》、： 組分氣體定壓熱容氣體CH3OHH 2COCO2N2ArCH4熱容kJ/（kmol 貯罐氣組成由粗甲醇中溶解氣體量可以計算貯罐氣組成?？紤]到粗甲醇精制過程中有一定的損耗，為保證設計的生產(chǎn)任務，合成工段的物料衡算以粗甲醇最終重量55萬噸計算。塔頂分出甲醚及少量的甲醇，大部分甲醇有塔釜出來進入加壓精餾塔進行甲醇的分離，塔頂采出接近一半的精甲醇產(chǎn)品，其余甲醇和剩余的雜質(zhì)產(chǎn)物有塔釜出來進入常壓精餾塔，塔頂分離出精甲醇，水、異丁醇這些雜質(zhì)產(chǎn)物由塔釜排出進入廢水處理工段進行處理。合成塔出塔氣溫度約為 255 ℃，%，經(jīng)過水冷卻器換熱冷卻到40 ℃，冷凝的粗甲醇經(jīng)分離器分離。吸收了少量COH2S和COS的NHD貧液從脫碳塔（T4001）上塔底部出來后返回到NHD脫硫工段。出再生塔（T3003）填料段的再生氣經(jīng)塔上部的旋流板，用塔頂回流的40℃的冷凝液洗滌冷卻到106℃左右進入酸性氣水冷器（E3006）冷卻到40℃，經(jīng)酸性氣分離器（V3005）分離掉酸性氣中夾帶水分，使酸性氣中含H2S25%，進入硫回收工段。從濃縮塔底出來底NHD富液由脫硫水力透平（HT3001）回收能量后進入脫硫高壓閃蒸槽（V3004），(A)，出口閃蒸氣去脫碳閃壓機。除去H2S的煤氣稱之為燃氣脫硫氣，與進塔的煤氣在氣體換熱器E3001A,B換熱，℃升至30℃，為滿足燃氣發(fā)電對硫含量的要求，燃氣脫硫氣首先進入預脫硫槽R3001脫除H2S氣體，然后在精脫硫槽預熱器E3008中被變換氣加熱到80℃，進入精脫硫槽R3002A,B，精脫硫槽上部裝水解催化劑，下部裝精脫硫劑，精脫硫后的氣體（H2S+COS20ppm）返回到燃氣熱回收系統(tǒng)。聚乙二醇二甲醚溶劑的分子式為CH3O(C2H40)nCH3。來自脫硫系統(tǒng)的發(fā)電煤氣，溫度80℃，進入發(fā)電氣加熱器（E2007），溫度升至230℃，然后去發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電用。(A)，216℃左右，（V2003）和中溫換熱器（E2002）溫度升高至240℃進入預變換爐（R2001）后分成兩部分：一部分進入變換爐（R2002），變換爐內(nèi)裝兩段耐硫變換觸媒，二段間配有煤氣激冷管線，%（干），溫度為393℃左右進入中溫換熱器（E2002），溫度降為332℃，與旁路調(diào)節(jié)的水解氣混合進入變換氣第一廢熱鍋爐（E2003），(A)飽和蒸汽，使變換氣溫度降至為208℃進入變換氣第二廢熱鍋爐（E2004），(A)低壓蒸汽，出口變換氣溫度約為197℃左右，進入第一水分離器（V2004），分離出的冷凝液去冷凝液閃蒸槽（V2007），變換氣去脫硫再沸器及氨吸收制冷再沸器。氣化爐冷激室里的渣粒固化成玻璃狀，通過鎖斗系統(tǒng)排出。氣化原料與氣化劑（氧氣和蒸汽）經(jīng)燒嘴同時噴入氣化爐（R1001）內(nèi)的反應室，然后在高溫(1 4001 600℃)、高壓（4. 0 MPa)下發(fā)生快速氣化反應，產(chǎn)生以CO和H2為主要成分的熱粗煤氣。(8)氣化成本低，投資少。水冷壁使用壽命長，正常使用時維護量很少，運行周期長。對煤的灰熔點的適用范圍比其他氣化工藝更寬，即使是高水份、高灰分、高硫含量和高灰熔點的煤種也能使用。GSP工藝技術是20世紀70年代末由GDR(原民主德國)開發(fā)并投入商業(yè)化運行的大中型煤氣化技術。故原料其中硫含量越低越好。揮發(fā)分與煤的變質(zhì)過程有關，揮發(fā)分高，制得的煤氣的甲烷等碳氫化合物的含量高。煤中的水分是指煤所含有的游離水（開采、運輸、堆放過程所沾上的水）、吸附水（凝膠水、表面吸附水、毛細孔吸附水和礦物質(zhì)結晶水）和化合水，它關系到煤的熱值和實用價值。因此，在甲醇合成生產(chǎn)中，空速控制在10000~30000h之間。此外原料氣之中含有一定量的CO2，可以減少反應熱量的放出，利于床層溫度的控制，同時還抑制二甲醚的生成。氫氣和一氧化碳合成甲醇的物質(zhì)的量之比為2，與二氧化碳反應的物質(zhì)的量的比為3，當CO與CO2都存在時，對原料氣，即合成工序的新鮮原料氣中氫碳比的要求為[]：=~。而且甲醇的平衡濃度也不是隨壓力而成線性增加，當壓力增至某一定數(shù)值時，平衡常數(shù)將趨于穩(wěn)定。本次設計采用銅基催化劑，活性溫度為240270℃，所以整個催化劑層的溫度應控制在這個溫度范圍內(nèi)，若溫度過高，副反應產(chǎn)物的含量會增多。對于化學反應來說，溫度升高有利于甲醇合成反應速率的加快。從50年代開始，很多國家著手進行低溫甲醇催化劑的研究工作。冷凝后的精甲醇進入回流罐，一部分作為加壓塔回流，一部分作為精甲醇產(chǎn)品出裝置；加壓塔塔底的甲醇、高沸組分、水等進入常壓塔，常壓塔頂餾出精甲醇產(chǎn)品，在進料板下方設置側線抽出，抽出物主要為甲醇、水和高沸點組分，進入甲回收塔再回收甲醇，塔底廢水進入生化系統(tǒng)處理；回收塔設有側線抽出，主要抽出物為高沸點醇類，以保證回收塔塔頂精甲醇質(zhì)量和塔底廢水中總醇含量要求，塔底廢水送生化處理。同樣，常壓塔塔頂出的精甲醇一部分作為回流，一部分與加壓塔產(chǎn)品混合進入甲醇產(chǎn)品儲槽。塔頂經(jīng)部分冷凝后的大部分甲醇、水及少量雜質(zhì)留在液相作為回流返回塔，二甲醚等輕組分(初餾分)及少量的甲醇、水由塔頂逸出，塔底含水甲醇則由泵送至主精餾塔。（1）單塔流程描述單塔流程為粗甲醇產(chǎn)品經(jīng)過一個塔就可以采出產(chǎn)品。如微量鐵在反應中生成的羰基鐵[Fe(CO)5]混在粗甲醇中與甲醇共沸，很難處理掉，影響精甲醇的質(zhì)量。但水與其中的許多有機雜質(zhì)混溶，或形成水甲醇有機物的多元恒沸物，是徹底分離水分變得困難，同時難免與有機雜質(zhì)甚至甲醇一起排除，甚至造成精制過程中甲醇的流失。： 不同生產(chǎn)方法粗甲醇組成 粗甲醇中雜質(zhì)的分類粗甲醇中所含有的雜質(zhì)種類很多，根據(jù)其性質(zhì)可以歸納為一下幾類：有機雜質(zhì)包含了醇、酮、醛、醚、酸、烷烴等有機物，根據(jù)其沸點的不同。粗甲醇精制為精甲醇，主要采用精餾的方法，并根據(jù)粗甲醇的組成，在精制過程中，還可以采用化學凈化與吸附等方法，其整個精制過程工業(yè)上習慣稱為粗甲醇的精餾。聯(lián)醇生產(chǎn)時在壓縮機五段出口與銅洗工段進口之間增加一套甲醇的合成裝置，包括甲醇合成塔、循環(huán)機、水冷器、分離器和粗甲醇貯槽等相關設備。此外，由于壓力低，不僅動力消耗比高壓法降低很多，而且工藝設備的制造也比高壓法容易，投資得以降低。 日本新瀉公司中壓合成甲醇工藝（3）低壓法（—)是20世紀60年代后期發(fā)展起來的甲醇合成技術，由英國ICI公司研究得出。高壓法雖然有70多年的歷史，但是，由于原料及動力消耗大，反應溫度高，生成粗甲醇中有機雜質(zhì)含量高，而且投資大，成本高，其發(fā)展長期以來處于停滯狀態(tài)。甲醇合成的主反應是：CO+2H2CH3OH 在合成反應中，合成氣制甲醇工藝按壓力分為高壓、中壓和低壓法[10]。甲醇在新興替代能源領域，大有作為。；以甲醇為原料經(jīng)羰化反應直接合成醋酸也已經(jīng)工業(yè)化。甲醇是最基本的有機化工原料，自身產(chǎn)業(yè)鏈長，涉及化工、建材、能源、醫(yī)藥、農(nóng)藥等眾多行業(yè)，在國民經(jīng)濟中具有重要地位。為了解決石油資源不足的問題，許多國家正研究充分利用煤和天然氣資源，發(fā)展合成甲醇工業(yè)，以甲醇代替燃料或進一步合成汽油，也可以從甲醇出發(fā)合成乙醇，然后進行乙醇脫水生產(chǎn)乙烯，以替代石油生產(chǎn)乙烯的原料路線，或從甲醇直接制取乙烯、丙烯等低級烯烴[7，8，9]。目前全國已有山西、上海、浙江、新疆、陜西、四川、甘肅、內(nèi)蒙古等省區(qū)在進行甲醇燃料試點及推廣工作。隨著脫硫技術的發(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。目前，世界上新建或擴建的甲醇裝置幾乎都采用低壓法或中壓法，其中尤以中壓法為最多，如日本新瀉工場的中壓法生產(chǎn)甲醇。而且選擇性好，減少了副反應，改善了甲醇質(zhì)量，降低了原料的消耗。 德國Lurgi低壓法甲醇合成流程圖(4) 中國獨創(chuàng)聯(lián)醇工藝由中國研究的聯(lián)醇工藝，實際上也是一種中壓合成甲醇的方法，所謂聯(lián)醇，就是與合成氨聯(lián)合生產(chǎn)甲醇，這是一種合成氣凈化的工藝，以代替合成氨生產(chǎn)中銅氨液脫除微量碳氧化物而開發(fā)的一種新工藝。 粗甲醇的精制原理粗甲醇精制工序的目的脫除粗甲醇中的雜質(zhì)，制備符合質(zhì)量標準要求的甲醇。粗甲醇的組成是很復雜的，用色譜或色譜—質(zhì)譜聯(lián)合分析的方法將粗甲醇進行定量和定性分析，可以看到除甲醇和和水以外，還含有醇、醛、酮、酸、酯、烷烴等有機雜質(zhì)。粗甲醇中的水是一種特殊的雜質(zhì)，水的含量僅次于甲醇，水與甲醇的分離是比較容易的。粗甲醇中除了含有合成反應中生成的雜質(zhì)以外，含有從生產(chǎn)系統(tǒng)中夾帶的機械雜質(zhì)以及微量的其他雜質(zhì)。），℃ ≤高錳酸鉀試驗，min ≥503020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，% ≤ 其他主要工業(yè)國家甲醇質(zhì)量標準指標美國ASTM美國Federal日本三菱 特級前蘇聯(lián)AA級高級品相對密度餾程（)/℃蒸餾量/%純度/%酸度/%醛酮/%高錳酸鉀試驗/min503010060水分/%不揮發(fā)物/%乙醇/% 幾種典型的甲醇精制工藝流程甲醇精餾的工藝流程有多種，可分為單