【正文】 一維均相模擬的研究方法，為了 使反應(yīng)沿反應(yīng)管徑向的影響可以忽略，所取管內(nèi)徑大小應(yīng)在30mm～ 70mm 之間，本設(shè)計(jì)取 反應(yīng)管的規(guī)格為 Φ 38 2mm 進(jìn)行模擬。 甲醇合成反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 催化劑選擇 C301 型，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下表。 設(shè)計(jì)依據(jù)：反應(yīng)器殼層中冷料為 230℃ ， 的沸騰水， 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，反應(yīng)器出口冷卻水的汽化率取 左右 。21 bntD c ??? t’ 為管心距大約 ，取 t’ =48mm nc為中心排管數(shù) ， ???? Nn c b’ 管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離，一般 b’ =（ 1～ ） d0=51mm。 根據(jù)產(chǎn)品的要求進(jìn)行調(diào)試反應(yīng)器的設(shè)計(jì)參數(shù)，然后 用靈敏度分析的方式 進(jìn)行設(shè)計(jì)參 數(shù)的校核?？紤]到我國(guó)甲醇合成催化劑的研究開發(fā)水平已處于世界前列，且銅系催化劑（如 C30 C302）已是國(guó)內(nèi)甲醇合成企業(yè)主要選擇的催化劑之一，并且此次設(shè)計(jì)選用 C301 催化劑，這里對(duì) C301 甲醇合成催化劑反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究進(jìn)行闡述。 生產(chǎn)甲醇的原料 不同原料生產(chǎn)甲醇的比較 目前，我國(guó)甲醇生產(chǎn)主要以天然氣和煤為原料，其次是其他過程的副產(chǎn)氣，如甲烷部分氧化制乙炔的尾氣、焦?fàn)t氣等。 中國(guó)生產(chǎn)甲醇工藝特點(diǎn) ① 與國(guó)外主要 以天然氣為原料不同，主要以煤為原料，并且長(zhǎng)在積極發(fā)展以高硫劣質(zhì)煤為原料的工藝技術(shù)。其余部分與 ICI低壓甲醇類似。 等溫合成塔 :副產(chǎn)中壓蒸汽的管殼式合成塔 ,中壓蒸汽壓力為 ～ ,單塔生產(chǎn)能力最高可達(dá) 1200MTPD， 設(shè)備投資高。日產(chǎn) 2020 噸甲醇裝置 ,合成壓力約為 。 ④ TEC 甲醇技術(shù)特點(diǎn) 合成工藝采用 ICI 低壓甲醇技術(shù)。因此 ,精餾消耗的低壓蒸汽很少。高壓過熱蒸汽用于驅(qū)動(dòng)合成壓縮機(jī)蒸汽透平 ,抽出中壓蒸汽用作裝置內(nèi)使用 。國(guó)際上廣泛采用的先進(jìn)的甲醇生產(chǎn)工藝技術(shù)主要有 :DAVY(原 ICI)、 TOPSOE、 Uhde、 Lurgi 公司甲醇技術(shù)等 ,不同甲醇技術(shù)的消耗及能耗差異不大 ,其主要的差異在于所采用的主要設(shè)備甲醇合成塔的類型 不同。 燃料電池：直接以甲醇為燃料，以甲醇和氧的電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能自發(fā)地轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電技術(shù)稱之為直接甲醇燃料電池（ DMFC）。 聚乙烯醇（ PVA） 生產(chǎn)聚乙烯醇的工藝路線按原料分，有乙烯法和乙炔法兩類。目前國(guó)內(nèi) DMF 生產(chǎn)行業(yè)五巨頭（浙江江山、華魯恒升、安陽九天、安徽淮南、章丘日月）總的 DMF 產(chǎn)能接近年產(chǎn) 50 萬噸，均采用一步法工藝。 甲醇蛋白 甲醇蛋白是以甲醇為基 質(zhì)生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白。由于 DMS 的高毒性和對(duì)設(shè)備的高腐蝕性，工業(yè)上都逐漸采用 DMC 來替代 DMS。 甲烷氯化物（ CMS）：甲烷氯化物 (ＣＭＳ )是一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷 (氯仿 )和四氯化碳的總稱 ,是重要的有機(jī)氯產(chǎn)品。 甲胺 甲胺是一種重要的脂肪胺，以液氨和甲醇為原料，在催化條件下 ，通過加壓精餾分離不同結(jié)構(gòu)的系列產(chǎn)品（一甲胺、二甲胺、三甲胺），是基本的有機(jī)化工原料之一。另外， 2020 年將新增二甲醚產(chǎn)能 萬噸。近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展 ，甲醛產(chǎn)量每年以 ％的速度增長(zhǎng)，年需原料甲醇 100 萬噸以上。 表 全球主要地區(qū)甲醇消費(fèi)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(guó)） 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(jì) 3020（ 100) 3060(100) 3100(100) 3180(100) 按地區(qū)分 亞洲 920(30) 940(31) 990(32) 1040(33) 北美 1000(33) 1000(33) 980(31) 970(31) 西歐 630(21) 640(21) 650(21) 670(21) 其他 470(16) 480(16) 490(16) 500(16) 需求合計(jì) 3020(100) 3060(100) 3110(100) 3180(100) 從上表可以看出，到 2020 年為止，甲醇仍主要用于制造甲醛和 MTBE。與氧化劑接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或引起燃燒。 文獻(xiàn)綜 述 甲醇性質(zhì)簡(jiǎn)介 物理性質(zhì) 甲醇是最簡(jiǎn)單的飽和一元醇，俗稱 “木精 ”、 “木醇 ”，其分子式為 CH3OH，分子量為 。根據(jù)國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)非工藝條件中的環(huán)境，安全，貯存，運(yùn)輸方面進(jìn)行了確定。 本文是采用 Aspen Plus 軟件對(duì)甲醇工藝進(jìn)行模擬和探究，首先從甲醇的用途 和甲醇的市場(chǎng)入手闡明甲醇的重要性。我國(guó)的甲醇工業(yè)經(jīng)過十幾年的發(fā)展，生產(chǎn)能力 也 得到了很大提高。在計(jì)算換熱器的過程中，分別根據(jù)管殼式換熱器標(biāo)準(zhǔn) JB/4714， JB/4715， JB/4716 對(duì)每個(gè)換熱器進(jìn)行了確定。 全文最后 根據(jù)對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程的制作，最終得出了設(shè)計(jì)結(jié)果，制作了設(shè)備一覽表，設(shè)計(jì)結(jié)論等一系列總結(jié)性的結(jié)論。甲醇燃燒時(shí)無煙，其燃燒時(shí)顯藍(lán)色火焰。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 t/a 以下是最近幾年的甲醇需求統(tǒng)計(jì)。它最大的用途是生產(chǎn)酚醛樹脂、黏合劑及其它有機(jī)化學(xué)品。其中需外購(gòu)甲醇的共 23 家，產(chǎn)能合計(jì) 萬噸；自配甲醇裝置的共 7 家，產(chǎn)能合計(jì) 萬噸。 2020 年我國(guó) MTBE 產(chǎn)量估計(jì)為 170 萬噸。我國(guó)甲酸甲酯年生產(chǎn)能力約在 5 萬噸，需求量約為 8 萬噸。工業(yè)上主要用作甲基化劑、制藥、染料和香料等工業(yè)。 對(duì)苯二甲酸二甲酯（ DMT） 白色針狀晶體 ,熔點(diǎn) ℃，沸點(diǎn) 284℃，易升華， DMT 由對(duì)苯二甲酸與甲醇酯化而得。 DMF的工業(yè)生產(chǎn)主要有甲酸 酯化二步法，甲醇脫氫二步法和一步法。預(yù)計(jì) 2020 年國(guó)內(nèi)乙二醇總需求量約 617 萬噸， 2020 年約需要 677 萬噸。以上兩部分共需要甲醇 320 萬 t。 甲醇工藝技術(shù) 國(guó)外生產(chǎn)甲醇的工藝技術(shù) 目前 ,國(guó)外以天然氣為原料生產(chǎn)的甲醇占 92%,以煤為原料生產(chǎn)的甲醇 %,因此國(guó)外公司的甲醇技術(shù)均集中于天然氣制甲醇。轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的廢熱與轉(zhuǎn)化爐煙氣廢熱 ,用于產(chǎn)生 、 510℃ 高壓過熱蒸汽。三塔精餾流程的預(yù)精餾塔和加壓精餾塔的再沸器熱源來自轉(zhuǎn)化氣的余熱。采用三塔或四塔 (包括回收塔 )工藝技術(shù)。合成壓力與甲醇裝置能力有關(guān)。合成廢熱回收方式 :預(yù)熱鍋爐給水 ,設(shè)備投資低。采用副產(chǎn)蒸汽的螺旋管式等溫合成塔 ,管內(nèi)為鍋爐水 ,中壓蒸汽壓力為 ～ ,氣體阻力降低。但是聯(lián)醇生產(chǎn)的不足之處是生產(chǎn)規(guī)模小，對(duì)于原料煤的質(zhì)量要求高，所以這樣生產(chǎn)甲醇成本很高。這樣，不僅可以采用世界先進(jìn)工藝技術(shù)降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品產(chǎn)量，更主要的是可以適應(yīng)多種煤種，利用高硫劣質(zhì)煤炭。 表 32 ASPEN PLUS 模擬主要設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表 序號(hào) 設(shè)備位號(hào) 設(shè)備名稱 模型 操作條件及設(shè)計(jì)參數(shù) 1 C201A 一級(jí)壓縮機(jī) 等熵 出口壓力： 2 M201A 混合器 原料：循環(huán)氣大約 1： 左右（體積） 3 C201B 二級(jí)壓縮機(jī) 等熵 出口壓力： 4 M201B 分離器 分離率： 5 E301 入塔氣預(yù)熱器 雙物流 管式，熱物流出口溫度 118℃ 6 R301 甲醇合成反應(yīng)器 按化學(xué)計(jì)量組成 溫度： 230℃壓力： Mpa 反應(yīng)： CO+2H2→ CH4O， CO 轉(zhuǎn)化率： % CO2+3H2→ CH4O + H2O， CO2轉(zhuǎn)化率： % 2CO+2H2→ C2H4O2， CO 轉(zhuǎn)化率 ： % 2CO+4H2→ C2H6O + H2O， CO 轉(zhuǎn)化率： % 7 E302 甲醇水冷器 溫度： 40℃壓力： Mpa 8 V301 甲醇分離器 壓力： 9 V302 閃蒸罐 溫度： 40℃壓力： 10 E401 粗甲醇預(yù)熱器 溫度： 60℃壓力： 11 T401 預(yù)蒸餾塔 校核型 塔頂冷凝器壓力： 塔壓降： 塔板數(shù)： 40 塔頂流出速率： 20kmol/h，回流比： ，進(jìn)料板位置： 12 12 P401 主塔 進(jìn)料泵 出口壓力： 13 T402 主蒸餾塔 校核型 塔頂冷凝器壓力： 塔壓降： 塔板數(shù)： 70 塔頂流出速率： 900kmol/h，回流比： ，進(jìn)料板位置： 30 14 E402 產(chǎn)品冷卻器 溫度： 40℃，壓力： 主要物流物能衡算結(jié)果表 1 2 摩爾流量 摩爾分?jǐn)?shù) 質(zhì)量流量 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 摩爾流量 摩爾分?jǐn)?shù) 質(zhì)量流量 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 一氧化碳 二氧化碳 氫氣 甲烷 氮?dú)? 氬氣 甲醇 0 0 0 0 0 0 0 0 水 乙醇 0 0 0 0 0 0 0 0 甲酸甲脂 0 0 0 0 0 0 0 0 總摩爾流量 kmol/hr 總質(zhì)量流量 kg/hr 總體積流量 cum/hr 溫度 ℃ 40 壓力 MPa 氣相分?jǐn)?shù) % 1 1 液相分?jǐn)?shù) % 0 0 摩爾熱焓 kJ/kmol 質(zhì)量熱焓 kJ/kg 熱焓 GJ/hr 摩爾熵值 J/kmolK 質(zhì)量熵值 J/kgK 摩爾密度 kmol/cum 質(zhì)量密度 kg/cum 平均分子量 1 3 4 摩爾流量 摩爾分?jǐn)?shù) 質(zhì)量流量 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 摩爾流量 摩爾分?jǐn)?shù) 質(zhì)量流量 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 一氧化碳 二氧化碳 氫氣 甲烷 氮?dú)? 氬氣 甲醇 水 乙醇 甲酸甲脂 總摩爾流量 kmol/hr 總質(zhì)量流量 kg/hr 總體積流量 cum/hr 溫度 ℃ 壓力 MPa 氣相分?jǐn)?shù) % 1 1 液相分?jǐn)?shù) % 0 0 摩爾熱焓 kJ/kmol 質(zhì)量熱焓 kJ/kg 熱焓 GJ/hr 摩爾熵值 J/kmolK 質(zhì)量熵值 J/kgK 摩爾密度 kmol/cum 質(zhì)量密度 kg/cum 平均分子量 1 5 6 摩爾流量 摩爾分?jǐn)?shù) 質(zhì)量流量 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 摩爾流量 摩爾分?jǐn)?shù) 質(zhì)量流量 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 一氧化碳 二氧化碳 氫氣 甲烷 氮?dú)? 氬氣 甲醇 水 乙醇 甲酸甲脂 總摩爾流量 kmol/hr 總質(zhì)量流量 kg/hr 總體積流量 cum/hr 溫度 ℃ 200 230 壓力 MPa 氣相分?jǐn)?shù) % 1 1 液相分?jǐn)?shù) % 0 0 摩爾熱焓 kJ/kmol 質(zhì)量熱焓 kJ/kg 熱焓 GJ/hr 摩爾熵值 J/kmolK 質(zhì)量熵值 J/kgK 摩爾密度 kmol/cum 質(zhì)量密度 kg/cum 平均分子量 1 7 8 摩爾流量 摩爾分?jǐn)?shù) 質(zhì)量流量 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 摩爾流量 摩爾分?jǐn)?shù) 質(zhì)量流量 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 一氧化碳 二氧化碳 氫氣 甲烷 氮?dú)? 氬氣 甲醇 水 乙醇 甲酸甲脂 總摩爾流量 kmol/hr 總質(zhì)量流量 kg/hr 總體積流量 cum/hr 溫度 ℃ 40 壓力 MPa 氣相分?jǐn)?shù) %