【正文】 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。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。 C。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。增加氫氣 濃度，可以提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率。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。在甲醇合成生產(chǎn)中，空速一般控制在 10000～ 20200h1? 。 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(jiàn)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(cè)得：甲醇合成塔出塔氣中含甲醇 %。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 = = 塔體工藝設(shè)計(jì)參數(shù)驗(yàn)算 熱流量核算 27 （ 1）傳熱系數(shù)計(jì)算 管外沸騰數(shù) 0? =535C FGCGLLSLLLPLS d)p g( ??? ）（）（ ???? ? =( K?2m ) 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) iii red0 2 PR??? qm =， G=（ m2 合成塔的設(shè)計(jì)選型， 采用管殼式反應(yīng)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)。s health system: future trends and prospects.. [J].Dimensions in health service,1984,61(1) 31 [22]Ellison G. A silicone delivery system for producing binge and continuous ethanol intoxication in rats.. [J].Pharmacology, Biochemistry and Behavior,1981,14(2) 32 附 錄 附錄 A 工藝流程圖 附錄 B 設(shè)備圖 。主要設(shè)計(jì)結(jié)果有以下幾個(gè)方面： ， 粗甲醇中甲醇含量 %， 年產(chǎn)甲醇15 萬(wàn)噸時(shí)，每年以 300 個(gè)工作日計(jì)算，需時(shí)產(chǎn)粗甲醇 。封頭內(nèi)徑為 2500+2? 43= 2586mm,圓整后取 2600mm,由封頭厚度計(jì)算公式： δ=ctic PDP ???][4 式中 :cP = iD =2600mm ?= t][? =190MPa(取殼體溫度為 C?50 ) 則 S=2600? ??? = 取 2C =1mm， 1C =1mm,圓整后取 S=23mm,所以封頭為 DN2600? 23 25 管子拉脫力的計(jì)算 在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力 Ldopfqp ??? 式中： f= 2a do?? =? 22 ?? = P= L=100mm 則 pq = ??? = 溫差應(yīng)力導(dǎo)致的每平方米脹接周邊上的拉脫力 tq =Ld dd o iot ?? ?4 )(22? 式中： t? =ststAAttaE??1)( tA = )( 22io dd ??n= )2732( 22 ?? 2687 = 2mm sA =?D? nS =? 4300? 43 =337550 2mm t? =3 3 7 5 5 06 2 2 2 4 2 .0 2 51 10101 8 66????? ? = 則 tq = 100324 )2732( 22?? ?? = 已知 st TT? ， st pp? tT 、 ST 分別為管壁溫度和殼壁溫度； tp 為管程壓力 ； sp 為殼程壓力，所以可知 tq 與 pq 的作用力同向，則合拉力 q=? [q]，因此，拉脫力在許用 范圍內(nèi)。 15 甲醇合成塔 分離器 貯 罐 冷 凝 表 甲醇分離器出口氣體組成、流量：?jiǎn)挝唬?Nm3/h 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 損失 8 0 出氣 14102 89 16250 42 出液 56 組成mol% 重量kg 8 根椐計(jì)算結(jié)果，可畫出甲醇生產(chǎn)物流圖，如：圖 甲醇生產(chǎn) 流程 圖 甲醇生產(chǎn) 流程 圖 16 甲醇生產(chǎn)的能量平衡計(jì)算 合成塔熱量衡算 ① 計(jì)算公式 全塔熱平衡方程為： Q r ???? ???? 321 ( 31) 式中： 1Q — 入塔氣各氣體組分焓， kJ/h rQ — 合成反應(yīng)和副反應(yīng)的反應(yīng)熱， kJ/h 2Q — 出塔氣各氣體組分焓， kJ/h 3Q — 合成塔熱損失， kJ/h Q — 沸騰水吸收熱量， kJ/h ?? ??? )( 1111 mm TCGQ (32) 式中： 1G — 入塔氣各組分流量， hm/3 1mC — 入塔氣各組分的比熱容， kJ/( km?3 ) 1mT — 入塔氣體溫度， K ?? ??? )( 2222 mm TCGQ (33) 式中： 2G — 出塔氣各組分流量， hm/3 2mC — 出塔氣各組分的比熱容， kJ/( km?3 ) 2mT — 出塔氣體溫度， K 7654321 rrrrrrrr ???????? (34) 式中： 1rQ 、 2rQ 、 3rQ 、 4rQ 、 5rQ 、 6rQ — 分別為甲醇、二甲醚、異丁醇、甲烷、辛烷的生成熱， kJ/h 7rQ — 二氧化碳逆變反應(yīng)的反應(yīng)熱， kJ/h HGQ rr ??? (35) 17 式中： rG — 各組分生成量， kmol/h H? — 生成反應(yīng)的熱量變化， kJ/mol ② 入塔熱量計(jì)算 通過(guò)計(jì)算可以得到 5MPa， C?225 時(shí)各入塔氣氣體的熱容，根據(jù)入塔氣各氣體組分量，算得甲醇合成塔入塔熱量如下表： 設(shè)入塔平均氣溫 T 入 =225℃ ，以 CO2 為例計(jì)算 入塔熱 =入塔量 熱容 == 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 。 如果采用較高的空速，催化劑的生產(chǎn) 強(qiáng)度雖可以提高，但是增大了預(yù)熱所需傳熱面積，出塔氣熱能利用價(jià)值降低，增大了循環(huán)氣體通過(guò)設(shè)備的壓力降及動(dòng)力消耗，并且由于氣體中反應(yīng)產(chǎn)物的濃度降低，增大了分離反應(yīng)產(chǎn)物的費(fèi)用。 原料氣中有氮及甲烷存在時(shí)，使氫氣和一氧化碳的分壓低，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率下降。同時(shí)，過(guò)量的氫可以起到稀釋作用，且因氫的導(dǎo)熱性能好，有利于防止局部過(guò)熱和控制整個(gè)催化劑床層溫度。 ② 反應(yīng)壓力 一氧化碳加氫合成甲醇的主反應(yīng)與副反應(yīng)相比，是物質(zhì)的量減少最多、而平衡常數(shù)最小的反應(yīng)，因此提高壓力對(duì)提高甲醇的平衡濃度和加快主反應(yīng)的速率都是有利的。對(duì) ZnOCr2O3 催化劑，最適宜溫度為 380。 經(jīng)換熱器與合成氣進(jìn)行熱交換后進(jìn)入水冷器，使產(chǎn)物甲醇冷凝。 中壓法： ( Mpa)隨著甲醇工業(yè)的大型化，如采用低壓法勢(shì)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。相比之下，液相合成由于使用了比熱容高、導(dǎo)熱系數(shù)大的長(zhǎng)鏈烷 5 烴化合物作反應(yīng)介質(zhì)，可使甲醇合成在等溫條件下進(jìn)行。據(jù)Nexant Chen Systems 公司的最新統(tǒng)計(jì)，全球 2020 年甲醇生產(chǎn)能力為 萬(wàn)t/a[2] (2）我國(guó)甲醇工業(yè)發(fā)展 我國(guó)的甲醇工業(yè)經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，生產(chǎn)能力得到了很大提高。由甲醇可以生產(chǎn)高標(biāo)號(hào)無(wú)鉛汽油，甲醇和異丁烯合成的甲基叔丁基醚是高辛烷值汽油添加劑，生產(chǎn) MTBE 消費(fèi)甲醇約占甲醇需求的 6%，甲醇還可摻燒汽油 (如 M1 M25)或直接用作汽車燃料 (M100)。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，它是僅次于烯烴和芳烴的基礎(chǔ)有機(jī)化工原料，其消費(fèi)量?jī)H次于乙烯、丙烯和苯，居第四位。甲醇不具酸性，同時(shí)其分子組成雖有能作為堿性特征的羥基，但也不呈堿性，對(duì)酚酞及石蕊均呈中性。 2 第一章 概 述 甲醇的設(shè)計(jì)背景 甲醇 的性質(zhì) 甲醇，又名木醇，木酒精，甲基氫氧化物，是一種最簡(jiǎn)單的飽和醇。固體原料煤炭、液體原料石腦油和渣油、氣體原料天然氣和油田氣等經(jīng)部分氧化法或蒸汽轉(zhuǎn)化法可制得合成氣。 合成塔 內(nèi) 列管尺寸 ?? ,總數(shù)目 2687,管長(zhǎng) 9000mm, 管子分布采用正三角形排列 關(guān)鍵詞 ：甲醇 ； 低壓法 ； 合成塔 ； 衡算