【正文】 ，可知甲醇合成塔中放熱量為 。k = 另外，空速增大到一定程度后，催化劑溫度將不能維持。 原料氣中氫氣和一氧化碳的比例對一氧化碳生成甲醇的轉(zhuǎn)化率也有較大影響。 C左右；而對 CuOZnOAl2O3 催化劑，最適宜的溫度為 220～ 270。中壓法仍采用高活性的銅基催化劑，反應溫度與低壓法相同，但由于提高了壓力，相應的動力消耗略有增加。 1991 年 ，我國的生產(chǎn)能力僅為 70 萬噸，截止 2020 年底，我國甲醇產(chǎn)能已達 740 萬噸， 117家生產(chǎn)企業(yè)共生產(chǎn)甲醇 萬噸， 2020 年甲醇產(chǎn)量達到 500 萬噸，比 2020年增長 %，進口量 萬噸，因此下降 %。 甲醇是極為重要的有機化工原料，在化工、醫(yī)藥、輕工、紡織及運輸?shù)刃袠I(yè)都有廣泛的應用，其衍生物產(chǎn)品發(fā)展前景 廣闊 ?；瘜W分子式為 CH3 OH。s diameter is 2,500 millimetre, and thickness is 23 millimetre. The synthetic tower tube size, the total number of 2687,length 9000mm, the distribution of the equilateral triangle arrangement Keywords: Methanol。 通過熱量衡算，可知甲醇合成塔中放熱量。此外甲醇還廣泛應用于精細化工，塑料，醫(yī)藥，林產(chǎn)品加工等領域的基本有機化工原料，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。甲醇劇毒，易燃燒，其蒸氣與空氣的混合物在一定范圍內(nèi)會發(fā)生爆炸 。我國 DMTO 技術(shù)的開發(fā)成 功，開辟了傳統(tǒng)石油化工之外的烯烴生產(chǎn)新途徑，拓展了甲醇在化工領域中的新用途 。在較低壓力下可獲得較高的甲醇收率，且選擇性好，減少了副反應，改善了甲醇質(zhì)量，降低了原料消耗。 實際生產(chǎn)中的操作溫度取決于一系列因素，如催化劑、壓力、原料氣的組成、空間速率和設備使用情況等，尤其取決于催化劑的活性溫度。一氧化碳含量高，不僅對溫度控制不利，而且也會引起羰基鐵在催化劑上的聚集，使催化劑失去活性，故一般采用氫過量。此時，合成塔空速常由循環(huán)機動力、合成系統(tǒng)阻力等因素決定。 表 甲醇生產(chǎn)入塔氣流量及組成 單位： Nm3/h 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 CH3OH H2O 流量：Nm3/h Kmol/h 組成(V)% 又由 G 出塔 = G 循環(huán)氣 G 消耗 ＋ G 生成 據(jù)表 、 、得表 。 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 、能量消耗、生產(chǎn)成本等方面具有顯著的優(yōu)越性。 綜上所述，該設計基本滿足要求，需經(jīng)過進一步的完善才能用于生產(chǎn)。k） 氣量 (kmol/h) 出塔熱量 KJ/(h 物料衡算 合成塔物料衡算 已知：年產(chǎn) 150000 噸精甲醇，每年以 300 個工作日計。工業(yè)生產(chǎn)上采用銅基催化劑的低壓法甲醇合成，一般控制氫氣與一氧化碳的摩爾比為 (～ ):1。一般為了使催化劑有較長的壽命，反應初期宜采用較低溫度，使用一段時間后再升至適宜溫度。技術(shù)路線： 甲醇生產(chǎn)的第一個工序是要獲取甲醇的原料氣，首先原料氣應是氣體，其次是它必須含有氫氣和一氧化碳，或者可以經(jīng)過處理轉(zhuǎn)化為氫氣和一氧化碳的組分，再次，氣體中有害成分應盡量少，并容易被清除掉。 （ 2）新甲醇反應器和合成技術(shù) 大型甲醇生產(chǎn)裝置必須具備與其規(guī)模相適應的甲醇反應器和反應技術(shù)。甲醇主要有以下幾個方面的用途 ： ① 甲醇作為化工基本原料 甲醇作為重要的化工原料，以甲醇為原 料可以生產(chǎn)許多重要的有機化合物，甲醇的深加工產(chǎn) 品目前已達 120 多種，我國以甲醇為原料的一次加工產(chǎn)品已有30 多種。按醇分子中所含羥基的數(shù)目可分為一元醇、二元醇和三元醇。 Balance 1 引 言 甲醇是極為重要的有機化工原料，是碳一化學工業(yè)的基礎產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟中占有十分重要的意義。甲醇應用 逐漸擴展到石油替代領域，圍繞甲醇產(chǎn)品開發(fā)出了烯烴等新的替代石油產(chǎn)品。由于甲醇的生產(chǎn)工藝簡單，反應條件溫和，技術(shù)容易突破，甲醇系列產(chǎn)品有著廣泛的用途，世界各國都把甲醇作為碳一化學工業(yè)的重要研究開發(fā)領域。分子量 ，相對密度 ，熔點 ℃ ，沸點 ℃ ，自燃點 ℃蒸氣密度 ，蒸汽壓 (℃ ),蒸汽與空氣混合物爆炸下限6～ %，能與水、乙醇、乙醚、苯、酮和其他有機溶劑相混溶，遇 熱、明火或氧化劑易燃燒。由甲醇制甲醛是甲醇最主要的消費領域之一，目前約占甲醇總消費量的 37～ 40%， 2020 年我國甲醛生產(chǎn)對甲醇的需求量約 220萬噸，近期甲醛對甲醇的需求量將以每年 10%的速度繼續(xù)增長。 高壓法： ()是最初生產(chǎn)甲醇的方法，采用鋅鉻催化劑，反應溫度 360400℃ ，壓力 。 再經(jīng)閃蒸除去輕組分（分離出的氣體含大量的氫和一氧化碳， 返回循環(huán) 壓縮機），得到的甲醇（還含有）送精餾塔精制（除去重組分，如乙醇、高級醇、水等） 8 圖 甲醇合成的工藝流程 工藝條件的選擇 為了減少副反應，提高收率，選擇適宜的工藝條件非常重要，工藝條件主要有溫度，壓力，原料氣組成，空速等。用 ZnOCr2O3 催化劑時，反應溫度高，由于受平衡限制，必須采用高壓，以提高其推動力。工業(yè)上一般控制循環(huán)氣量為新鮮原料氣量的 ～ 6 倍。根椐表 、表 ，設出塔氣量為 G出塔 。s ），雷諾系數(shù) Re 按下式計算 6200Re ?? liGd? ??? ? iipir CP ?? )/( 5 8 2 KmWi ??? 總傳熱系數(shù) Kc 按以下公式計算 mwOioOC AAAARRAAK ????????????????????????? i0ioi11 Kc =(m2 .℃ ) 傳熱面積核算 需要傳熱面積 Ac =mt??CK? Ac = 3 ??? 實際傳熱面積 A實 = 面積裕度 H=(A實 Ac )/Ac H=()/=30％ 所以換熱面積合適。 D. Canada39。 甲醇合成塔設備工藝計算 （ 1）甲醇合成氣流量 據(jù)年產(chǎn) 24萬噸／年甲醇， 甲醇合成工段甲醇合成塔出塔氣中， 甲醇質(zhì)量流量為(按甲醇回收率為 90％計 )： 甲醇的質(zhì)量流量 = 1000150000 ?? ? =甲醇的摩爾流量 = =因反應器出口中含甲醇 ％左右 ,又由理想氣體狀態(tài)方程 ,5MPa,225℃ 時 PRTnvm? m ol/ )( m L?? ???? 混合氣體積流量 h/??? （ 2）甲醇合成 氣熱量流量 甲醇合成反應熱與溫度關(guān)系式為： ?rQ = 一 — + 310? T 一 112926 310? 3T 其中， T為絕對溫度， K在 275℃ 時， Q= 98648． 3 J／ mol， 甲醇合成過程中其單位時間產(chǎn)熱量為： Φ= )4q. OCHTQ （ Φ==／ h= ， 即殼程鍋爐沸騰水需移走熱量 Φ= （ 3）鍋爐沸騰水流量計算 取殼程流體的出口氣化率 eX =0． 024，計算循環(huán)水流量 q ： 23 e0 ??? 0 2 9 9 9 0 1 2 40 2 8 8 5 5 1 3 2 2 7 2 0q 3 ?? ?? h/ 0 2 9 9 0q 3m ????? 傳熱面積的確定 傳熱溫度為 C30? ，傳熱量為 ，合成塔內(nèi)的總傳熱系數(shù)取為289W/( Cm??2 ) 由公式 Q=KA mt? 得 A=mtKQ? = 3 6 0 0302 8 9 .7 8 1 0 0 066 4 1 5 6 1 4 5 .8 ?? ? =2050 2m 催化劑用量的確定 入塔氣空速 12020 1?h ，入塔氣量 hm/3 ，所以催化劑體積為 = 3m 設備參數(shù)計算 傳熱管數(shù)的確定 傳熱管選用 ?? ，長度 9000mm 的雙相不銹鋼換熱鋼管，材質(zhì)為00Cr18Ni5Mo3Si2 鋼 由公式 A=? d? L? n 得， n= LdA ?? = 2050 ?? =2687 合成塔殼體直徑的確定 合成塔內(nèi)管 子分布采用正三角形排列，管間距 a=40mm,殼體直徑： LbaDi 2)1( ??? 式中： a=40 24 b= ? == L=125mm 所以， iD =40?（ ） +2 ??125 圓整后取為 2500mm 合成塔殼體厚度的確定 殼體材料選用 13MNiMoNbR 鋼，計算壁厚的公式為： δ=ctic PDP ?][2? 式中 :cP = iD =4300mm ?= t][? =190MPa(取殼體溫度為 C?50 ) 則 δ=2500? ??? = 取 2C =1mm， 1C =1mm,圓整后取 S=43mm 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。 12 MPa， 40℃ 時各組分在甲醇中的溶解度列表于表 表 ， 40℃ 時氣體在甲醇中的溶解度 組分 H2 CO CO2 N2 Ar CH4 溶解度 Nm3/t 甲醇 0 Nm3/h 0 據(jù)測定： 35 ℃ 時液態(tài)甲醇中釋放 CO、 CO H2 等混合氣中每立方米含 g 甲醇，假定溶解氣全部釋放，則甲醇擴散損失為： (++++)? = kg/h 即 ， Nm3/h。此外，二氧化碳的存在也可抑制二甲醚的生成。尤其是使用銅基催化劑時，由于其熱穩(wěn)性較差 ，嚴格控制反應溫度顯得極其重要。 經(jīng)過凈化的原料氣，經(jīng)預熱加壓，于 5 Mpa、 225℃ 下，從上到下進入 Lurgi反應器，在銅基催化劑的作用下發(fā)生反應 [5]，出口溫度為 255℃ 左右，甲醇 7%左右，因此，原料氣必須循環(huán)，甲醇的合成是可逆放熱反應，為使反應達到較高的轉(zhuǎn)化率，應迅速移走反應熱，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)高壓蒸汽，甲醇合成原料在離心式透平壓縮機內(nèi)加壓到 5 MPa (以 1： 5的比例混合 ) 循環(huán)，混合氣體在進反應器前先與反應后氣體換熱，升溫到 220℃ 左右，然后進入管殼式反應器反應，反應熱傳給殼程中的水，產(chǎn)生的蒸汽進入汽包，經(jīng)過換熱冷卻到 40℃ ，冷凝的粗甲醇經(jīng)分離器分離。 （ 4）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。 ② 甲醇作為新一代燃料 甲醇是一種 易燃易揮發(fā)的無色透明液體，具有與傳統(tǒng)液體燃料 極為相近的燃燒性能，辛烷值高，抗爆性能好，產(chǎn)品的運輸、儲存、分裝加注和使用也與汽油、柴油燃料極為相似。甲醇化學性質(zhì)較活潑，具有脂肪族伯醇的一般性質(zhì)，能發(fā)生氧化、酯化、羰基化等化學反應，其連有羥基的碳原子上的三個氫原子均可被一一氧化，或脫氫生成 甲醛，再氧化成甲酸，甲酸氧化的最終產(chǎn)物是二氧化碳和水。甲醇化工是碳一化學工業(yè)的一個分支，碳一化學工業(yè)是指以分子中含有一個碳原子的化合物 (如 CO、 COCH CH3OH、 HCOOH、 HCN 及其衍生體系 )為原料，以有機合成化學和催化化學為手段制造有機化工產(chǎn)品的化學工業(yè)的總稱。 年產(chǎn) 15萬噸甲醇合成工藝設計 The Design of Methanol Synthesis Process of 150kt/a 目錄 摘要 .............................................................................................................. Ⅰ Abstract ........................................................................................................... Ⅱ 引 言 ............................................................................................................................................. 1 第 一 章 概 述 ............................................................................................................................. 2 甲醇的設計背景 .................................