【正文】 于我國 ， 我國能源資源現(xiàn)狀是缺油、少氣、富煤。 它是較好的人工合成蛋白的原料 ， 經(jīng)微生物發(fā)酵可生產(chǎn)甲醇蛋白 ， 富含維生素和蛋白質(zhì) ，具有 蛋白轉(zhuǎn)化率高 ， 發(fā)酵速度快 ， 無毒性 ， 價格便宜 ， 營養(yǎng)價值高的優(yōu)點 ， 是頗有發(fā)展前景的飼料 添加劑 ， 能廣泛用于牲畜、家禽、魚類的飼養(yǎng)。甲醇不僅是重要的化工原料 ， 而且還是性能優(yōu)良的能源和車用燃料。 甲醇的用途 甲醇可作為有機化工原料、有機溶劑 ， 也可作為防凍劑。 CH3Cl2+HCl+ 2→CHCl 3 +H2O CH3OH+HCl+ 2→CH 2Cl 2+H2O (8 ) 其他反應 甲醇和苯在 ， 350～ 380℃ 反應條件下 ， 在催化劑的作用下可生成甲苯： CH3OH+C6H6→C 6H5CH3+H2O 220℃ ， 20MPa 下 ， 甲醇在鈷催化劑的作用下發(fā)生同系化發(fā)反應生成乙醇： CH3OH+CO+H2→CH 3CHOH+H2O 隨著甲醇合成工藝的日益完善 ， 生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大和合成原料的多樣化 ， 甲醇參與的新的化學反應不斷地被發(fā)現(xiàn)和研究 ， 將大大豐富甲醇化學的內(nèi)容?！?］ 粘度（ 20℃ /Pa 近幾十年來 ， 特別是我國甲醇工業(yè)的發(fā)展 ， 生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴大 ， 下游產(chǎn)品種類不斷增加 ， 社會需求越來越大 ， 可開發(fā)出 100 多種高附加值化工產(chǎn)品 ， 尤其深加工后作為一種新型清潔燃料和加入汽油摻燒 ， 其發(fā)展前景越來越 廣闊 ]2[ 。通過物料衡算可知要生產(chǎn) 22 萬 t/a 的甲醇 ，即 ， 需要 ；通過熱量衡算可知 甲醇合成塔反應放出熱量為 ， 熱量損失為 ， 蒸汽吸收為 KJ/h；通過對主體設備甲醇合成塔的設計選型 ， 選擇管殼式反應器 ， 確定殼體直徑 2600mm， 厚度 46mm，合成塔高度 120xxmm， 傳熱管 根數(shù)為 2797 根， 選用規(guī)格為 Ф32， 長度為9000mm的不銹鋼管 。 參考文獻 ............................................. 33 附錄 ................................................. 35 I 年產(chǎn) 22 萬噸甲醇合成工藝設計 摘要 ： 甲醇是一種長久使用的傳統(tǒng)化工產(chǎn)品 ， 同時也是一種符合現(xiàn)代 “清潔工藝 ”要求的環(huán)保型化工原料 ， 受到了國內(nèi)外化工界的廣泛重視。 Through to the main equipment design selection, methanol synthesis tower choose tubular reactor, determine shell diameter 2600 millimetre , thickness is 46 millimetre, synthetic tower height 120xx millimetre, The number of the pipe is 2797 root, specifications stainless steel tube for Ф 32 x and 9000 millimetre is choosed. Keywords: methanol synthesis process 1 引言 甲醇是一種有著廣泛用途的重要的有機化工原料 ， 甲醇工業(yè)生產(chǎn)對其他相關工業(yè)和國民經(jīng)濟的發(fā)展都有著重要 意義。 為了滿足經(jīng)濟發(fā)展對甲醇的需求 ， 開展了此 年產(chǎn) 22 萬 噸 的甲醇 合成工藝 項目。K］ 103 表面張力（ 20℃ /(N/cm) 105 折射率（ 20℃ ） 蒸氣潛能（ ℃ ） /（ kJ/mol） 熔融熱 /(kJ/mol) 自燃點 /℃ 空氣 473 氧氣 461 臨界溫度 /℃ 240 臨界壓力 /Pa 105 臨界體積 /（ mL/mol) 臨界壓縮系數(shù) 燃燒熱 /(kJ/mol) 25℃ 液體 25℃ 氣體 生成熱 /(kJ/mol) 25℃ 液體 25℃ 氣體 膨脹系數(shù)（ 20℃ ） 腐蝕性 常溫下無腐蝕性 鉛、鋁例外 空氣中爆炸性 /％ ～ 3 甲醇是最簡單的飽和脂肪醇 ， 具有脂肪醇的化學性質(zhì) ， 即可進行氧化、酯化、羰基化 ，氨化、脫水等反應 ]4[ 。慢性中毒反應為：眩暈、昏睡、頭痛、耳鳴、視力減退、消化障礙。目前 ， 用甲醇合成乙二醇、乙醛、 乙酸也日益受到重視?？梢詥为毣蚺c汽油混合作為汽車燃料 ， 用它作為汽油添加劑可起節(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 。特別是近年來碳一化學工業(yè)的發(fā)展 ， 甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酸酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇樹脂等產(chǎn)品 ，正在研究開發(fā)和工業(yè)化中。 另一方面 ， 從資源背景看 ， 我國煤炭儲量遠大于石油、天然氣儲量 ， 且隨著氣化凈化技術的發(fā)展和甲醇作為車用潔凈 燃料的應用及石油資源緊缺、油價上漲 ， 因此在很長一段時間內(nèi)煤將是我國甲醇生產(chǎn)最重要的原料。 1857 年法國的 M 甲醇生產(chǎn)相關技 術的展望 隨著甲醇的應用越來越普遍，在今后一段時間里生產(chǎn)甲醇的技術會更加成熟，優(yōu)越。 根據(jù)以上所介紹的甲醇物化性質(zhì)、主要用途、發(fā)展前景等，我們可以看出其在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要地位，在國民經(jīng)濟中的重要意義。 中壓法 ( Mpa)：隨著甲醇工業(yè)的大型化 ， 如采用低壓法勢必導致工藝管道和設備較大 ， 因此在低壓法的基礎上適當提高合成壓力 ， 即發(fā)展成為中壓法。 粗甲醇 馳放氣 圖 21 合成工序配置原則 新鮮氣 10 包 圖 22 Lurgi 低壓法甲醇合成工藝流程 這個流程是德國 Lurgi 公司開發(fā)的甲醇合成工藝 ， 流程采用管殼式反應器 ， 催化劑裝在管內(nèi) ， 反應熱由管間沸騰水放走 ， 并副產(chǎn)中壓蒸汽 ]19[ 。弛放氣減壓后送去燃氣發(fā)電系統(tǒng)；甲醇膨脹槽頂部排出的膨脹氣送去燃料氣系統(tǒng)。 按氣體在催化劑床的流向可分為：軸向式、徑向式和軸徑復合型。由于逆流式與合成反應的放熱不相適應 ， 即床層出口處溫差最大 ， 但這時反應放熱最小 ， 而在床層上部反應最快、放熱最多 ，但溫差卻又最小 ， 為克服這種不足 ， 冷管改為并流或 U 形冷管。進一步強化傳熱 ， 即反應熱通過列管傳給殼程沸騰水 ， 而同時又通過列管中心的冷氣管傳給進塔的冷氣。這種合成塔由于列管需用特種不銹鋼 ， 因而是造價非常高的一種。這種塔內(nèi)甲醇合成反應接近最佳溫度操作線 ， 反應熱利用率高 ， 雖然設備復雜、投資高 ， 但是由于這種塔在國內(nèi)外使用較多 ， 具有豐富的管理和維修經(jīng)驗 ， 技術也較容易得到；外加考慮到設計的是年產(chǎn) 22 萬噸的甲醇合成塔（日產(chǎn)量為 700噸左右） ， 塔的塔徑和管板的厚度不會很大 ， 費用也不會很高 ， 所以本設計采用了固定管板 式 列管合成塔。設新鮮氣量為 G 新鮮氣 ， 馳放氣為新鮮氣的 9% ]23[ ，馳放氣組成與循環(huán)氣相同。 表 甲醇分離器出口氣體和液體組成、流量 （ 單位： Nm3/h） 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 合計 損失 出氣 組成(V)% 100 出液 組成mol% 100 重量kg 組成(wt)% 100 （ 14） 匯總物料平衡各過程 ， 得平衡匯總表 如下 20 表 甲醇生產(chǎn)物料平衡匯總表 組分 新鮮氣 入塔氣 循環(huán)氣 出塔氣 儲罐氣 流量 組成 流量 組成 流量 組成 流量 組成 流量 組成 Nm3 (v)% Nm3 (v)% Nm3 (v)% Nm3 (v)% Nm3 (v)% CO CO2 H2 0 0 N2 Ar CH4 CH3OH C4H9OH 微 (CH3)2O H2O 微 / 合計 100 100 100 100 100 熱量衡算 合成塔的熱平衡計算 已知條件：（ 1）合成塔入塔氣溫度為 225℃ ， 出塔氣溫度為 255℃ ， 殼層走 4MPa 的沸水。 殼、管壁溫差按 30℃ 計算。管子的間距應不小于 倍的管子外徑，通過查表 ]28[ ， 取管間距 a=40mm。 管法蘭的選用 由于管程介質(zhì)為易燃易爆的中度危害氣體，且管程和殼程的操作壓力均較高，為保證介質(zhì)不泄漏，管程和殼程的管法蘭均選用凹凸面長頸對焊法蘭。壓緊面采用槽型壓緊面，這種密封面適用于易燃、易爆、有毒的介質(zhì)以及有較高壓力的場合。通過 查表]28[ ， 傳熱管選用規(guī)格為 Ф32 ， 長度為 9000mm 的不銹鋼管 ， 材質(zhì)為 00Cr18Ni5Mo3Si2 鋼。 21 又有 ∑Q1=∑（ G1Cm1Tm1） （ 37） 式中： G1——入塔氣各組分流量 ， m3/h； Cm1 ——入塔各組分的比熱容 ， kJ/（ ）； Tm1——入塔氣體溫度 ， k； ∑Q2=∑（ G2Cm2Tm2） （ 38） 式中： G2——出塔氣各組分流量 m3/h； Cm2 ——出塔各組分的熱容 ， kJ/（ ）； Tm2—— 出塔氣體溫度 ， k； 又 ∑Qr= Qr1 +Qr2 +Qr3+ Qr4+ Qr5 （ 39） 式中： Qr Qr2 、 Qr Qr ——分別為甲醇、二甲醚、異丁醇、甲烷的生成熱 ，kJ/h； Qr5——二氧化碳逆變反應的反應熱 ， kJ/h Qr=Gr△ Hr （ 310） 式中： Gr——各組分生成量 ， kmol/h； △ Hr ——生成反應的熱量變化 ， kJ/mol 查手冊 ]21[ ， 通過計算可以得到 ， 225℃ 時各入塔氣氣體的熱容 ， 根據(jù)表 所得 的入塔氣各氣體組分量 ， 算得甲醇合成塔入塔熱量如下 表： 表 甲醇合成塔入塔熱量 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 合計 熱容 kJ/（ ） 氣量 kmol /h 入塔熱量 kJ/（ ） 根據(jù)計算條件 ， 入塔溫度為 225℃ ， 所以總熱量 ∑Q1== 在甲醇合成塔中 ， CO、 CO H2 按 反應 (1) (2)(3) (4) (5) 生成甲醇、二甲醚、異丁醇、甲烷 ， 二氧化碳還原成一氧化碳和水 ， 產(chǎn)生的熱量如下表 : 22 表 甲醇