【正文】 ℃）粘度μPa計(jì)算時(shí)以100%甲醇計(jì)，占預(yù)塔進(jìn)料量3%。Cp） （517）式中：G′′F—冷凝器出口液體各組分的摩爾流量；kmol/h；Cp—各液體組分的比熱容，J/（mol?℃）；于是，根據(jù)表517和表518，計(jì)算冷凝液體帶走熱量為表521。假設(shè)T出塔=℃，即450K。根據(jù)表5表511得氨合成塔生產(chǎn)最終平衡，見表512。⑤查表，壓力為10106Pa，在30℃時(shí)，每1t粗甲醇中溶解的反應(yīng)氣組分如表53。第五章 甲醇合成工序工藝計(jì)算甲醇合成工段流程簡(jiǎn)圖如圖51所示。粗甲醇中雜質(zhì)種類較多，為了制備合格精甲醇產(chǎn)品，必須將雜質(zhì)除去。ICl法所用的合成塔為熱壁多段冷激式，每段催化劑層上部裝有菱形冷激氣分配器，使冷激氣均勻地進(jìn)入催化劑層，用以調(diào)節(jié)塔內(nèi)溫度。反應(yīng)過程中除生成甲醇外，還伴隨發(fā)生一系列副反應(yīng)，生成烴、醇、醚、醛、酸等眾多甲醇衍生物。流程：由氣化來的粗水煤氣經(jīng)氣液分離器分離掉氣體夾帶的水分后，進(jìn)入氣體過濾器除去雜質(zhì)，然后分成兩股，一部分（約為53%）進(jìn)入原料氣預(yù)熱器與變換氣換熱至305℃左右進(jìn)入變換爐，與自身攜帶的水蒸汽在耐硫變換催化劑作用下進(jìn)行變換反應(yīng)，出變換爐的高溫氣體經(jīng)蒸汽過熱器與甲醇合成及變換副產(chǎn)的中壓蒸汽換熱、過熱中壓蒸汽，自身溫度降低后在原料氣預(yù)熱器與進(jìn)變換的粗水煤氣換熱，溫度約338℃進(jìn)入中壓蒸汽發(fā)生器，溫度降至275℃之后，與另一部分未變換的粗水煤氣（約為47%）混合，一起進(jìn)入低壓蒸汽發(fā)生器溫度降至182℃，然后進(jìn)入脫鹽水加熱器、水冷卻器最終冷卻到42℃進(jìn)入低溫甲醇洗吸收系統(tǒng)。兩塔精餾UGI高壓合成甲醇栲膠法脫硫CO部分變換煤Texco煤氣化 精甲醇低溫甲醇洗 栲膠法脫硫壓縮圖31 30kt/a粗甲醇總流程示意圖煤的氣化是以煤或煤焦為原料，與氣化劑（空氣、富氧空氣、工業(yè)純氧、水蒸氣、氫等）在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)將煤或煤焦中的有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)槊簹獾倪^程。截至2010年初，內(nèi)蒙古已查明煤炭資源儲(chǔ)量7323億t，居全國(guó)第一位。精制過程包括精餾與化學(xué)處理。所以是一個(gè)很有工業(yè)前途的制取甲醇的方法。第一章 甲醇概況甲醇是簡(jiǎn)單的飽和脂肪醇，分子式為CH3OH。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目：30kt/a粗甲醇聯(lián)醇法合成、精餾工藝設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué) 院：化工學(xué)院系 別：化學(xué)工程系專 業(yè)：化學(xué)工程與工藝班 級(jí)：指導(dǎo)教師： 摘 要甲醇是一種重要的有機(jī)化工原料，應(yīng)用廣泛，可以用來生產(chǎn)甲醛、合成橡膠、甲胺、氯甲烷、醋酸等一系列有機(jī)化工產(chǎn)品。它是重要的化工原料和清潔燃料，用途廣泛，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。 目前工業(yè)上幾乎都是采用一氧化碳、二氧化碳加壓催化氫化法合成甲醇。化學(xué)處理主要用堿破壞在精餾過程中難以分離的雜質(zhì)，并調(diào)節(jié)PH。內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)以無煙煤為主，煤種齊全，具有發(fā)熱量高、含硫量低、熱穩(wěn)定性較好等特點(diǎn)，是良好的化工用煤、氣化用煤，可供建設(shè)優(yōu)質(zhì)無煙煤基地。氣化煤氣可作為工業(yè)燃料、城市煤氣和化工合成氣等。[6]以重油、煤與交友為原料值得的粗原料氣，經(jīng)脫硫變換后，尚含有相當(dāng)量的二氧化碳，CO2/CO太高，氣體組成不符合=～，而且經(jīng)變換后，COS、CS等有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為H2S，也需在送往合成工序前予以清除。①烴類：CO+3H2=CH4+H2O （310）②醇類：2CO+5H2=C2H6+2H2O （311）③醛類：CO+H2=HCHO （312）④醚類：2CO+4H2=CH3OCH3+H2O （313）⑤2CH3OH=HCOOCH3+2H2 （314）以銅為主體的銅基催化劑，對(duì)于甲醇合成具有極高的選擇性，而且在不太高的壓力及溫度下，要求合成氣的凈化要徹底，否則其活性將很快喪失，它的耐熱性也較差，要求維持催化劑在最佳的穩(wěn)定的溫度下操作。低壓法合成塔的型式還有聯(lián)邦德國(guó)Lurgi公司的管束型副產(chǎn)蒸汽合成塔及美國(guó)電動(dòng)研究所的三相甲醇合成系統(tǒng)。在工業(yè)生產(chǎn)中，主要是利用各組份的沸點(diǎn)不同，用精餾的方法將甲醇與其它組份分開，也就是同時(shí)并且多次地運(yùn)用部分汽化和部分冷凝的方法，以達(dá)到完全分離混合液中各組分的連續(xù)操作過程。弛放氣醇后氣分離器甲醇分離器 原料氣合成塔水冷器去銅洗循環(huán)氣循環(huán)壓縮機(jī)粗甲醇貯槽稀甲醇去精餾圖51 甲醇合成工段原則流程圖（1）設(shè)計(jì)條件本設(shè)計(jì)總氨：100kt/a，醇氨比：30%，粗甲醇產(chǎn)量是年產(chǎn)3萬t，惰性氣組成CH4：%，Ar：%，年工作日：330天。 表53 混合氣在粗甲醇中的溶解量組分COCO2H2N2CH4（CH3）2O小計(jì)溶解量Nm3/tNm3/h組成，%⑥粗甲醇馳放氣中甲醇的擴(kuò)散損失根據(jù)測(cè)定，在35℃時(shí)液態(tài)甲醇中釋放的CO、COH2等混合氣中。續(xù)表59 甲醇分離器出口氣體和液體產(chǎn)品流量與組成組分COCO2 H2N2CH4ArCH3OHC4H9OH（CH3）2OC8H18H2O合計(jì)出分離器液體量，Nm3/h（氣態(tài)）組成，%重量，kg/h組成，%表510 甲醇馳放氣流量與組成組分COCO2H2N2CH4CH3OH合計(jì)馳放氣流量，Nm3/h組成，%表511 精煉氣流量與組成組分H2N2CH4Ar合計(jì)精煉氣流量，Nm3/h組成，%表512 氨合成塔物料平衡表消耗分類反應(yīng)消耗或損耗反應(yīng)生成NH3合計(jì)H2N2CH4Ar精煉氣，Nm3/h溶解損耗，Nm3/h小計(jì)合成反應(yīng)消耗，Nm3/h吹出氣，Nm3/h氨擴(kuò)散損耗，Nm3/h合成氨產(chǎn)量，Nm3/h kg/h匯總物料平衡各過程，得平衡匯總表513。表516 甲醇合成塔出塔各組分的比熱和熱量組分COCO2H2N2CH4ArCH3OHC4H9OH（CH3）2OC8H18H2O合計(jì)比熱容，kJ/（kmol?℃）氣量Nm3/hkmol/h出塔熱kJ/（h?℃）（5）合成塔全塔熱損失計(jì)算由設(shè)定的計(jì)算條件給出全塔熱損失為5%，因此損失熱量為：Q熱損失 =（Q入塔+Q反應(yīng)）5%=（ + ） 5% = 5%=。因冷凝器出口液體溫度為33℃，故液體帶出熱量；Q′′出冷凝器=33=于是由冷卻水帶走熱量：Q冷卻水=+（+）=則冷凝器熱平衡如表522。其采出量為預(yù)塔進(jìn)料3%==經(jīng)計(jì)量后送預(yù)塔進(jìn)一步回收甲醇。s甲醇104冷卻水104②計(jì)算總傳熱系數(shù)Ⅰ.熱流量Q0==Ⅱ.平均傳熱溫差℃Ⅲ.冷卻水用量Wi=Ⅳ.確定流體的流徑熱流體為甲醇，冷流體為水，為使甲醇通過殼壁面向空氣中散熱提高冷卻效果，令甲醇走殼層，水走管程?！妫?dǎo)熱系kW/（m則其采出量為預(yù)塔進(jìn)料量3%==其中含甲醇=83%=含水=17%=②低沸點(diǎn)物采出量：%～99%，油溶性雜質(zhì)1%～%，～。因冷凝器氣體出口溫度為33℃，所以出口氣體熱量為Q′出冷凝器=33=④冷凝器出口氣體帶走熱量Q′′出冷凝器Q′′出冷凝器=∑（G′′F表515 甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)熱組分CH3OH（CH3）2OC4H9OHC8H18CH4CO合計(jì)生成熱kJ/mol生成量Nm3/hkmol/h反應(yīng)熱kJ/h（4）合成塔出口總熱量計(jì)算查手冊(cè)得甲醇合成塔出口狀態(tài)下各組分的比熱容，根據(jù)甲醇合成塔出口的物料流量制成的表，并按Q出塔=G出塔Cm入，分別計(jì)算出出塔各組分的熱量，如表516所示。醇后氣經(jīng)精煉得精煉氣流量與組成如表511。④忽略由原料氣帶入的水分，根據(jù)（53）、（54）、（55）、（57），求得反應(yīng)式（56）8=。本裝置建成投產(chǎn)后，正常生產(chǎn)時(shí)“三廢”應(yīng)按上述措施嚴(yán)格出理，并進(jìn)行檢測(cè)使其都能達(dá)到國(guó)家的有關(guān)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)本裝置的建設(shè)對(duì)周圍環(huán)境影響不會(huì)太大。雙塔工藝流程簡(jiǎn)單、裝置投資省，但能耗高；三塔流程相對(duì)較長(zhǎng)，但操作能耗較雙塔工藝低，從能耗和投資綜合考慮，大、中型規(guī)模生產(chǎn)三塔流程工藝具有優(yōu)越性，同時(shí)三塔精餾工藝環(huán)保效益優(yōu)于雙塔。從而打破了甲醇合成的高壓法的壟斷，這是甲醇生產(chǎn)工藝上的一次重大變革，它采用511型銅基催化劑，合成壓力5MPa。 CO2+3H2?CH3OH（g）+H2O （39）上式是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，熱效應(yīng)?Hθ298= 。 ?H=（37）在本工段將氣體中的CO部分變換成H2和CO2。該項(xiàng)目總工藝流程框圖如下圖31所示。內(nèi)蒙古自治區(qū)地域遼闊，煤炭資源豐富、煤種齊全、煤質(zhì)優(yōu)良。粗甲醇中存在水分、高級(jí)醇、醚、酮等雜質(zhì)，需要精制。但它具有上述優(yōu)點(diǎn)，國(guó)外在這方面的研究—直沒有中斷。由于本人水平有限，文中錯(cuò)誤疏漏之處在所難免，還望讀者不吝賜教。生產(chǎn)甲醇的方法很多，聯(lián)醇生產(chǎn)充分利用了現(xiàn)有合成氨生產(chǎn)裝置，只需增添甲醇合成與精餾兩套設(shè)備就可生產(chǎn)甲醇。近些年，隨著甲醇下游產(chǎn)品的開發(fā)及甲醇作為燃料的推廣，甲醇的需求量大幅增長(zhǎng)。典型的流程包括原料氣制造、原料氣凈化、甲醇合成、粗甲醇精餾等工序。精餾主要是除去易揮發(fā)組分，如二甲醚、以及難以揮發(fā)的組分，如乙醇高級(jí)醇、水等。同時(shí)，該投資廠也擁有成熟的煤化工技術(shù)。氣化過程的只要化學(xué)反應(yīng)如下：C+O2?CO2 ?H=（31）C+H2O?CO+H2 ?H=（32）C+O2?CO ?H=（33）C+2H2O?CO2+2H2 ?H=（34）C+CO2?2CO ?H=（35）C+2H2?CH4 ?H=（36）煤炭氣化技術(shù)雖有很多種不同的分類方法，但一般常用按生產(chǎn)裝置化學(xué)工程特征分類方法進(jìn)行分類，或稱為按照反應(yīng)器形式分類。因此在甲醇生產(chǎn)總流程中必須設(shè)置脫除二氧化碳（同時(shí)也可脫除殘余硫化氫）的工序，簡(jiǎn)稱脫碳工序。銅基催化劑一般可在210～280 ℃下操作，視催化劑的型號(hào)及反應(yīng)器型式不同，其最佳操作溫度范圍與略有不同。70年代，我國(guó)輕工部四川維尼綸廠從法國(guó)Speichim公司引進(jìn)了一套以乙炔尾氣為原料日產(chǎn)300t低壓甲醇裝置（英國(guó)ICI專利技術(shù)）。一般生產(chǎn)能力在100kt/a以下的，采用雙塔精餾。粗甲醇組成如表51所示。假設(shè)經(jīng)減壓后液相中溶解的氣體除二甲醚外全釋放，則甲醇擴(kuò)散損失G醇擴(kuò)散=（+++++0）=。表513 聯(lián)醇生產(chǎn)物料平衡匯總表組分①新鮮氣流量Nm3/h%②甲醇入塔氣流量Nm3/h%③甲醇循環(huán)氣流量Nm3/h%④甲醇出塔氣流量Nm3/h%⑤醇后氣流量Nm3/h%⑥甲醇馳放氣流量Nm3/h%⑦精煉氣流量Nm3/h%⑧吹出氣流量Nm3/h%⑨氨馳放氣流量Nm3/h%COCO2H2N2CH4Ar（CH3）2OCH3OHC4H9OHC8H18