【正文】 m3 64..96 129..92 194..88 33 Nm3 34 Nm3 35 Nm3 氣體溶解 Nm3 0 擴(kuò)散損失 Nm3 合計(jì) Nm3 消耗組成 %(v) 設(shè)新鮮氣量為 G 新鮮氣 ,馳放氣為新鮮氣的 9%。從世界范圍看，甲醇生產(chǎn)工藝主要采用氣相甲醇合成工藝，德國(guó)的 Lurgi工藝和英國(guó) ICI 工藝大約占 70%以上 [33]。 優(yōu)點(diǎn)：催化劑床層溫差較小、單程轉(zhuǎn)化率較高（可達(dá) 50%）、催化 劑使用壽命較長(zhǎng)（ 4年～ 5 年 ）、熱能利用合理、設(shè)備緊湊，開停車方便，合成反應(yīng)過(guò)程中副反應(yīng)少 ，甲醇質(zhì)量高 。 ICI 法低壓甲醇合成工藝流程： 工藝流程特點(diǎn)：相對(duì)低的溫度和壓力下操作，節(jié)省能耗，同時(shí)抑制甲烷化反應(yīng)及其他副反應(yīng)；采用多段冷激式合成塔，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，催化劑裝卸方便，使用壽命長(zhǎng)。因此發(fā)展了壓力為 10MPa 左右的甲醇中壓合成法。反應(yīng)器可用間歇式或連續(xù)式。由于甲醇的需要量與日俱增，木材干餾法不能滿足需要。 液相合成工藝 傳統(tǒng)甲醇合成采用氣相工藝，不足之處是原料單程轉(zhuǎn)化率低，合成氣凈化成本高，能耗高。內(nèi)蒙古、河南、山西、陜西、重慶等地憑借其資源優(yōu)勢(shì)，將成為甲醇生產(chǎn) 企業(yè)最為青睞的地區(qū)；山東、河北等傳統(tǒng)的甲醇生產(chǎn)大省，受資源總量和環(huán)境容量的制約，產(chǎn)能擴(kuò)張速度將有所放緩。因此，發(fā)展天然氣化工產(chǎn)業(yè)，在原料供應(yīng)保障程度、產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力等方面均不如煤化工產(chǎn)業(yè)。 1991 年，我國(guó)的生產(chǎn)能力僅為 70 萬(wàn)噸，截止 20xx 年底，我國(guó)甲醇產(chǎn)能已達(dá) 740 萬(wàn)噸， 117 家生產(chǎn)企業(yè)共生產(chǎn)甲醇 萬(wàn)噸， 20xx 年甲醇產(chǎn)量達(dá)到 500 萬(wàn)噸，比 20xx 年增長(zhǎng) %，進(jìn)口量 萬(wàn)噸，因此下降 %?，F(xiàn)在以中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家為代表的亞太國(guó)家，作為甲醇新興市場(chǎng)潛在應(yīng)用不斷開發(fā)。甲醇的消費(fèi)已超過(guò)其傳統(tǒng)用途，潛在的耗用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其化工用途，滲透到國(guó) 民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。 CH3OH+NH3 → CH3NH2+H2O 2CH3OH+NH3 → （ CH3） 2NH+2H2O 3CH3OH+NH3 → （ CH3） 3N+3H2O 脫水反應(yīng) 如甲醇在高溫和酸性催化劑如 ZSM5，γ Al2O3 作用下分子間脫水生成二甲醚： 2CH3OH → （ CH3） 2O+H2O 裂解反應(yīng) 如在酮催化劑上，甲醇可裂解成 CO 和 H2： CH3OH → CO+2H2 氯 化反應(yīng) 如甲醇和氯化氫在 ZnO/ZrO 催化劑上發(fā)生氯化反應(yīng)生成一氯甲烷： CH3OH+HCl → CH3Cl+H2O 甲醇的用途 [33] 甲醇是重要的一碳化工基礎(chǔ)產(chǎn)品和有機(jī)化工原料，而且是重要的溶劑，廣泛用于有機(jī)合成、染料、醫(yī)藥、涂料和國(guó)防等工業(yè)。 第 1章 甲醇的性質(zhì)及其用途 甲醇的性質(zhì) 甲醇的物理性質(zhì) [1] 甲醇是一種無(wú)色、透明、易燃、易揮發(fā)的有毒液體，略有酒精氣味。Synthetic tower 引 言 甲醇用途廣泛，是基礎(chǔ)的有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)甲醇的需求，開展了此 24 萬(wàn) t/a 的甲醇項(xiàng)目。 關(guān)鍵詞： 甲 醇 合成 物料衡算 熱量衡算 合成塔 The Design of 240,000 t/a Methanol Synthesis Process Abstract:Methanol is an extremely important anic chemical raw materials,is also a fuel, it plays a very important position in the national recent years,with the development of affiliated products of Methanol,especially the use of Methanol fuel,the demand of Methanol is increasing order to meet the needs of economic development for methanol,this project has been dry distillation,liquid phase method,gas phase method of methanol production have been introduced in this from the situation at home and abroad, the gas phase low pressure method been has been used in this design. Methanol synthesis process of Germany lurgi pany has been used in my design,the synthesis tower of tubular has been chosen in this design,I have take the process of synthesis section in calculation,including material calculation and energy balance calculations。甲醇和氨反應(yīng)可以制造一甲胺。甲醇燃燒時(shí)無(wú)煙，火焰呈藍(lán)色。甲醇是較好的人工合成蛋白的原料，蛋白轉(zhuǎn)化率較高，發(fā)酵速度快，無(wú)毒性，價(jià)格便宜；甲醇是容易運(yùn)輸?shù)那鍧嵢剂?，可以單?dú)或與汽油混合作為汽車燃料，用它作為汽油添加劑可起到節(jié)約芳烴，提高辛烷值的作用，汽車制造業(yè)將成為耗用甲醇的巨大部門；由甲醇轉(zhuǎn)化為汽油方法的 研究成果，間接開辟了由煤轉(zhuǎn)換為汽車燃料的途徑。 20xx年，世界甲醇總產(chǎn)能達(dá) 3803 萬(wàn)噸，需求量為 2817 萬(wàn)噸 /年，裝臵開工率為 %； 20xx年，世界甲醇總產(chǎn)能達(dá)到 4060 萬(wàn)噸 /年，產(chǎn)量為 3300 萬(wàn)噸，裝臵平均開工率為 %； 20xx年，世界甲醇總生產(chǎn)能力接近 4800 萬(wàn)噸，總需求達(dá) 3680 萬(wàn)噸； 20xx 年以來(lái)，全球甲醇產(chǎn)能不斷快速提高，至 20xx 年底全球甲醇產(chǎn)能近 1 億噸。世界甲醇生產(chǎn)格局的變化帶來(lái)了消費(fèi)格局的重大變化，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)如美國(guó)、西歐、日本等已由過(guò)去的甲醇自產(chǎn)自給轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕M(jìn)口國(guó)，而 拉丁美洲、東歐（俄羅斯）、中東及非洲卻成為甲醇主要出口國(guó)。 20xx 年至 20xx 年的 8 年間，我國(guó)甲醇產(chǎn)能年均增長(zhǎng)率達(dá)到 25%，表觀消費(fèi)量年均增長(zhǎng)率也達(dá)到 18%。 國(guó)內(nèi)甲醇企業(yè)布局現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) （ 1） 國(guó)內(nèi)甲醇產(chǎn)能布局現(xiàn)狀 [37] 20xx 年，國(guó)內(nèi)甲醇產(chǎn)能最大的省份是山東，產(chǎn)能超過(guò) 300 萬(wàn)噸 /年，約占全國(guó)甲醇總產(chǎn)能的 15%；其次是河南和內(nèi)蒙古，產(chǎn)能分別為 300 萬(wàn)噸 /年和 240 萬(wàn)噸 /年。最小規(guī)模的是智利甲醇項(xiàng)目，產(chǎn)能也達(dá) 84 萬(wàn) t/a，一些上世紀(jì)末還稱得上經(jīng)濟(jì)規(guī)模的 60萬(wàn) t/a 裝置因失去競(jìng)爭(zhēng)力而紛紛關(guān)閉。 甲醇合成反應(yīng)熱力學(xué) [5] 一氧化碳加氫合成甲醇的反應(yīng)式為 CO+2H2 ? CH3OH(g) （ 26） 這是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，熱效應(yīng) ? ? ??? KH kJ/kmol 當(dāng)合成氣中有 CO2 時(shí)，也可合成甲醇。上世紀(jì) 70 年代起人們把甲醇的合成工藝研究轉(zhuǎn)移到液相法，初步實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。 以甲烷或者一氧化碳與氫氣的混合氣為原料氣合成甲醇的方法有高壓、中壓和低壓三種方法。該法的關(guān)鍵在于使用了一種新型銅基催化劑 （ CuZnAl） ，綜合利用指標(biāo)要比高壓法更好。 Lurgi 法低壓甲醇合成工藝流程：甲醇合成原料在離心式透平壓縮機(jī)內(nèi)加壓到 MPa (以 1： 5 的比例混合 ) 循環(huán)，混合氣體在進(jìn)反應(yīng)器前先與反應(yīng)后氣體換熱，升溫到220 ℃ 左右，然后進(jìn)入管殼式反應(yīng)器反應(yīng)，反應(yīng)熱傳給殼程中的水，產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽包，出塔氣溫度約為 250 ℃， 含甲醇 7%左右，經(jīng)過(guò)換熱冷卻到 40 ℃ ，冷凝的粗甲醇經(jīng)分離器分離。 以上三種方法的流程基本相同。這個(gè)流程是德國(guó) Lurgi 公司開發(fā)的甲醇合成工藝，流程采用管殼式反應(yīng)器，催化劑裝在管內(nèi)，反應(yīng)熱由管間沸騰水放走，并副產(chǎn)高壓蒸汽。又知 醇后氣中含醇 %。入塔氣熱容見 。反應(yīng)氣流經(jīng)反應(yīng)管，放出的熱量通過(guò)管壁傳給沸騰水，使其汽化，轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑴囟日羝? 合成塔設(shè)計(jì)匯總見表 名 稱 規(guī) 格 換熱面積 /m2 傳熱管 Ф32 00Cr18Ni5Mo3Si2 鋼 709 跟 筒體 Ф 2200 34 13MNiMoNbR 鋼 半球形封頭 Ф 2200 42 13MNiMoNbR 鋼 折流板 δ =4mm Q235A 鋼 4 塊 管板 Ф2200 50 Q235A 鋼 定距管 Ф 35 7 00Cr18Ni5Mo3Si2 鋼 支座 A 型耳式支座 結(jié) 論 甲醇 是一種極重要的有機(jī)化工原料，也是一種燃料，是碳一化學(xué)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。 由于時(shí)間短、工藝復(fù)雜，加上首次進(jìn)行這樣的大型設(shè)計(jì)，經(jīng)驗(yàn)不足且水平有限，在本次設(shè)計(jì)中，缺點(diǎn)、錯(cuò)誤在所難免，敬請(qǐng)各位老師指正。 本設(shè)計(jì)采用德國(guó) lurgi 公司的甲醇合成工藝，合成塔選用該工藝中管殼式合成塔，對(duì)合成工段進(jìn)行了工藝計(jì)算，包括物料衡算及能量衡算；設(shè)備計(jì)算包括對(duì)合成塔設(shè)備選型及指 標(biāo)計(jì)算。 合成塔殼體內(nèi)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（ 倍換熱管外徑），殼體直徑： Di=ai（ b1） +2L (316) 式中 b 為位于管對(duì)角線上的管數(shù) 即 b=29 (根 ) L 為管束中心線上的最外層管至殼體內(nèi)壁的距離，此處取 L=32mm ai 為管的中心距，即 ai=a+32=72mm 則 Di=72（ 291） +2 32=2080mm 圓整后取 2200mm 合成塔殼體厚度的確定 殼體材料選用 13MNiMoNbR 鋼，計(jì)算壁后的公式為： δ =PcDi/（ 2[σ ] tФ Pc） (317) 式中： Pc—— 4 = ； Di=2200mm； Ф = [σ ]t =190Mpa δ =2200 （ 2 190 ） = 取 C2=1mm ； C1=1mm 圓整后取 δ =34mm 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。 所以： Q 出 =? +?250 =+ = kJ 由反應(yīng)式得 :Q 反應(yīng) =[ ?+ ?+ ? + ?+ ?()] ?1000 =(+++)?1000 =210847840 kJ Q 熱損