【正文】 H2ONH3合計(jì)工藝條件：ⅰ.進(jìn)塔氣體溫度平均按40℃計(jì)算；Ⅱ.冷凝器氣體出口溫度與液體溫度相等，都為33℃；Ⅲ.冷卻水溫度為27℃，冷卻回水為40℃；Ⅳ.系統(tǒng)熱損失為5%。（6）由全塔熱平衡方程∑Q入塔＋∑Q 反應(yīng)=∑Q出塔求出出塔氣體溫度T出塔+= T出塔+T出塔=℃，相對(duì)誤差為：（－）100%/ = % %誤差在允許范圍內(nèi)，假設(shè)成立，合成塔熱量平衡。表520 冷凝器出口各氣體組分的顯熱組分COCO2H2N2CH4ArCH3OH合計(jì)比熱容，J/（mol?℃）氣量，Nm3/h kmol/h熱量，kJ/（h?℃）表521 冷凝器出口液體熱量組分CH3OH（CH3）2OC4H9OHC8H18H2O合計(jì)液體比熱容，kJ/（kg?℃）流量，kg/h熱量，kJ/（h?℃）表522 冷凝器熱平衡表帶入熱量，kJ/h帶出熱量，kJ/h氣體顯熱冷凝熱合計(jì)氣體顯熱液體帶熱冷卻水帶熱合計(jì)⑤冷凝器用水量已知：冷凝器冷卻水溫度為27℃，回水溫度為40℃。③殘液排放量：包括水、堿、甲醇及高沸點(diǎn)物等，其中甲醇含量為1%，計(jì)算時(shí)以水計(jì)。Ⅴ.計(jì)算平均溫度差暫按單殼程雙管程考慮，先求逆流平均溫度差甲醇 65→40冷卻水 35←25Δt 30℃ 15℃計(jì)算R、P 由R、P值查圖可知，〉則===℃Ⅵ.選K值，估算傳熱面積，參考附錄二十六，取K=1800W/（m2表71 物性參數(shù)[12]名稱密度ρKg/m^3定壓比熱CpKJ/（Kg于是Q余熱=Q入熱Q出熱= =則用水量G1==每t粗醇脫除輕餾分需冷卻水量（G′1）為=、熱量衡算（1）進(jìn)料量：包括預(yù)后甲醇和回流液①主塔進(jìn)料量=預(yù)塔總出料量輕餾分預(yù)塔初餾物=②回流液量：回流比取進(jìn)料量的2倍，總進(jìn)料量=主塔進(jìn)料量+回流液量 =+=（2）出料量①高沸點(diǎn)物采出量：物中含甲醇83%，水及其它高沸點(diǎn)物為17%（計(jì)算時(shí)以水計(jì)）。根據(jù)表59各組分的流量及熱容，計(jì)算冷凝器出口氣體顯熱，列表為520。/hKmol/h入塔熱量，kJ/（h?℃）根據(jù)計(jì)算條件，入塔氣溫為40℃，40=（3）塔內(nèi)反應(yīng)熱的計(jì)算反應(yīng)方程式如式（52）～（57）則合成甲醇過(guò)程中各組分反應(yīng)熱如表515所示。表58 甲醇合成塔出塔氣流量及組成組分COCO2H2N2CH4ArCH3OHC4H9OH（CH3）2OC8H18H2O合計(jì)入塔氣流量，Nm3/h合成反應(yīng)消耗，Nm3/h反應(yīng)生成物，Nm3/h出塔氣流量，Nm3/h組成，%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)分離器損失氣量，Nm3/h出分離器氣體流量，Nm3/h0（全溶）組成，%粗甲醇在中間貯槽減壓放出的馳放氣流量與組成如表510。表52 合成氨生產(chǎn)耗用醇后氣量及其組成耗用量氣體組成，Nm3/hH2N2CO2COCH4ArCH3OH小計(jì)合成氨反應(yīng)精煉損耗液氨中溶解損耗氨擴(kuò)散損耗惰性氣續(xù)表52 合成氨生產(chǎn)耗用醇后氣量及其組成氣體組成，Nm3/hH2N2CO2COCH4ArCH3OH小計(jì)合計(jì)醇后氣組成，%（3）生產(chǎn)甲醇所需原料氣量①合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)：主反應(yīng)：CO+2H2→CH3OH+（52）副反應(yīng)：2CO+3H2→（CH3）2O+H2O+（53） CO+3H2→CH4+H2O+（54） 4CO+8H2→C4H9OH+3H2O+（55） CO2+H2→CO+（56） 8CO+17H2→C8H18+8H2O+（57）②根據(jù)粗甲醇組分，算得各組分的生成量為甲醇（CH3OH）3790kg/h%=，二甲醚[（CH3）2O]3790kg/h%=，雜醇（C4H9OH）3790kg/h%=，烴類（C8H18）3790kg/h%=，水（H2O）3790kg/h%=,③生產(chǎn)中測(cè)得，按反應(yīng)式（54）每生產(chǎn)1t粗甲醇，；，=?；厥諒U甲醇催化劑的利用方法，可制取金屬銅，制取氧化銅，制取硫酸銅，制取微量元素肥料和重制甲醇催化劑。兩者主要區(qū)別在于三塔流程多設(shè)置有一個(gè)加壓操作（～）的主精餾塔，加壓塔塔頂甲醇蒸汽冷凝熱用作常壓精餾塔塔底再沸器熱源，減少蒸汽和冷卻水消耗，目前在三塔精餾的基礎(chǔ)上又增加了回收塔，進(jìn)一步回收常壓精餾塔塔底排出的含少量甲醇的廢水，提高產(chǎn)品收率并減少?gòu)U水污染物產(chǎn)生量。ICl低壓甲醇法為英國(guó)ICl公司在1966年研究成功的甲醇生產(chǎn)方法。當(dāng)合成氣中有CO2時(shí)，也可合成甲醇?；瘜W(xué)反應(yīng)是如下：CO+H2O→H2+CO2在氣化爐內(nèi)，粉煤在高溫下與純氧進(jìn)行燃燒和部份氧化反應(yīng)，生產(chǎn)出粗煤氣經(jīng)洗滌后送到脫硫工段利用濕式栲膠法將硫化物脫除，半水煤氣經(jīng)脫硫后進(jìn)入變換工段進(jìn)行耐硫變換，將CO氣體部分轉(zhuǎn)化為CO2和H2，以調(diào)節(jié)合適的氫碳比，變換后的變換氣經(jīng)低溫甲醇洗進(jìn)行凈化，原料氣中的 H2S、CO2 及各種有機(jī)硫等雜質(zhì)被脫除，得到的凈化氣送入壓縮工段進(jìn)行加壓，壓縮氣隨后被送往甲醇合成工段合成甲醇，生成的粗甲醇經(jīng)冷卻、分離后送往精餾工段進(jìn)行甲醇精制，粗甲醇首先被送往預(yù)塔脫出輕組分，經(jīng)脫醚后的預(yù)后甲醇被送往主塔進(jìn)行粗甲醇精餾，主塔上部側(cè)線采出精甲醇。[3]內(nèi)蒙古具有豐富的區(qū)域優(yōu)勢(shì)與資源優(yōu)勢(shì)。隨著甲醇合成催化劑技術(shù)的不斷發(fā)展，目前總的趨勢(shì)是由高壓向低、中壓發(fā)展。因此甲烷部分氧化法制甲醇的方法仍未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。制造甲醇粗原料氣的主要固體燃料選的是煤與焦炭，用煤和焦炭制甲醇的工藝路線包括燃料的氣化、氣體的脫硫、變換、脫碳及甲醇合成與精制。本設(shè)計(jì)對(duì)甲醇性質(zhì)用途，國(guó)內(nèi)外甲醇工業(yè)現(xiàn)狀，生產(chǎn)方法、原料及廠址選擇以及環(huán)保做了簡(jiǎn)單介紹，并且通過(guò)全廠工藝流程概述、煤的氣化、氣體的脫硫、變換、脫碳、合成氣壓縮、甲醇合成以及甲醇精餾八個(gè)方面。我國(guó)是一個(gè)富煤、少氣、缺油的國(guó)家，合成法制甲醇的原料是煤，或者是石油，或者是天然氣，所以，考慮到國(guó)家能源安全的問(wèn)題，我國(guó)大力發(fā)展以煤為原料合成甲醇。天然氣、石腦油、重油、煤及其加工產(chǎn)品（焦炭、焦?fàn)t煤氣）、乙炔尾氣等均可作為生產(chǎn)甲醇合成氣的原料。與合成氨聯(lián)合生產(chǎn)甲醇簡(jiǎn)稱聯(lián)醇，是一種以替代我國(guó)不少合成氨生產(chǎn)用銅氨液脫除微量碳氧化物而開(kāi)發(fā)的新工藝。因此該項(xiàng)目有充分的原料、資源和技術(shù)保證。氣化工藝在很大程度上影響煤化工產(chǎn)品的成本和效率，采用高效、低耗、無(wú)污染的煤氣化工藝（技術(shù)）是發(fā)展煤化工的重要前提，其中反應(yīng)器便是工藝的核心，可以說(shuō)氣化工藝的發(fā)展是隨著反應(yīng)器的發(fā)展而發(fā)展的，為了提高煤氣化的氣化率和氣化爐氣化強(qiáng)度，改善環(huán)境，新一代煤氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)總的方向，氣化壓力由常壓向中高壓（ MPa）發(fā)展；氣化溫度向高溫（1500～1600℃）發(fā)展；氣化原料向多樣化發(fā)展；固態(tài)排渣向液態(tài)排渣發(fā)展。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)、外常采用的脫碳技術(shù)，可供煤氣脫碳工藝選擇的脫碳工藝有主要有低溫甲醇洗技術(shù)（Rectisol）和聚乙二醇二甲醚法 NHD（Selexol）。管殼式反應(yīng)器的最佳操作溫度在230～260℃之間。80年代，齊魯石化公司第二化肥廠引進(jìn)了聯(lián)邦德國(guó)Lurge公司的低壓甲醇合成裝置。如果生產(chǎn)能力在100kt/a以上，則采用三塔精餾。表51 粗甲醇組成（%w）物料名稱CH3OH（CH3）2OC4H9OHC8H18H2O組成（%w）解：據(jù)題意，產(chǎn)量分配為合成氨70000t/a，；粗甲醇30000t/a。上式中（CH3）（53）生成的（CH3），即二甲醚全溶，所以二甲醚在減壓后的釋放量為0。（1）全塔熱平衡方程式∑Q入＋∑Qr=∑Q出＋∑Qf （59） ∑Q入=∑（G入全塔熱平衡如表517所示。則：冷凝器需冷卻水量為：第六章 甲醇精餾工序工藝計(jì)算、熱量衡算預(yù)塔操作條件：%（以二甲醚計(jì)）、%、%（包括高沸點(diǎn)乙醇、烷烴等雜質(zhì)、計(jì)算時(shí)以水計(jì)）。設(shè)殘液排放量為xkg/h，則方程式為 x=預(yù)后甲醇中的水量+堿量+殘液中甲醇含量高沸點(diǎn)物采出量中水含量 x=++解得：x=其中含甲醇=1%= ④成品精甲醇量：即采出精甲醇量精甲醇量=預(yù)后甲醇量低沸點(diǎn)物采出量高沸點(diǎn)物采出甲醇含量殘液中甲醇含量 ==⑤回流流量：于是，主塔進(jìn)、出物料平衡表如表65。℃）=（S選==）Ⅶ.初選換熱器型號(hào)由于兩流體溫差小于50℃，可選用固定管板式換熱器，初選換熱器型號(hào)為：JB/T4715—92，主要參數(shù)如表72。（1）估算傳熱面積，初選換熱器型號(hào)①基本物性數(shù)據(jù)的查取回流液的定性溫度 ℃冷卻水的定性溫度 ℃物性參數(shù)如表71。冷凝水進(jìn)冷凝器溫度為25℃；出冷凝器溫度為35℃。Cp）T出口 （516）式中：G′F—冷凝器出口各氣體組分摩爾流量；kmol/h；Cp—出口氣體各組分比熱容，J/（mol?℃）；T出口—冷凝器出口氣體溫度，℃。表514 甲醇合成塔入塔各組分的比熱容和熱量組分COCO2H2N2CH4ArCH3OH合計(jì)比熱容，kJ/（kmol?℃）入塔量Nm179。醇分離器出口氣體和液體產(chǎn)品流量與組成如表59。于是，生產(chǎn)合成氨所需醇后氣量如表52所示。（2）回收廢甲醇催化劑因?yàn)閺U甲醇催化劑中含有價(jià)值較高的銅鋅金屬，所以回收廢甲醇催化劑不僅可以廢物利用增加經(jīng)濟(jì)收入，還可降低生產(chǎn)成本。甲醇精餾工藝，有兩塔流程和三塔流程之分。近幾年來(lái)，我國(guó)開(kāi)發(fā)了25～27MPa壓力下在銅基催化劑上合成甲醇的技術(shù)，出口氣體中甲醇含量4％左右，反應(yīng)溫度230～290℃。[7]一氧化碳加氫合成甲醇的反應(yīng)式如下 CO+2H2?CH3OH（g） （38）這是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，熱效應(yīng)?Hθ298= 。因此合成甲醇用的原料氣中的一氧化碳必須部分變換成氫氣與二氧化碳，以調(diào)節(jié)到甲醇合成所需的適當(dāng)氫碳比，這一過(guò)程稱作一氧化碳變換?？偭鞒毯?jiǎn)述：原料煤首先制成煤漿，經(jīng)由煤漿給料泵送入Texaco氣化爐。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略觀點(diǎn)來(lái)看，世界煤的貯藏量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)天然氣和石油，我國(guó)情況更是如此，將來(lái)以煤制取甲醇的原料路線終將占主導(dǎo)地位。甲醇的合成是在高溫、高壓、催化劑存在下進(jìn)行的，是典型的復(fù)合氣固相催化反應(yīng)過(guò)程。而使原料和產(chǎn)品受到很大損失。甲醇的工藝設(shè)計(jì)對(duì)于甲醇實(shí)際生產(chǎn)是必不可少的，為此我們進(jìn)行了此次設(shè)計(jì)。詳細(xì)的闡述了30kt/a粗甲醇從原料到最終產(chǎn)品的工藝路線。甲醇又名木醇、木酒精，是一種透明、無(wú)色、易燃、有毒的液體，略帶酒精味。天然氣與石腦油的蒸氣轉(zhuǎn)化需在結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價(jià)很高的轉(zhuǎn)化爐中進(jìn)行。由于聯(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，因此投資省、上馬快，我國(guó)甲醇總產(chǎn)量的40%由聯(lián)醇生產(chǎn)。因此，本項(xiàng)目擬選擇無(wú)煙煤為原料。煤炭氣化工藝及氣化爐設(shè)備可按壓力、氣化劑、供熱方式等分類，通常按爐內(nèi)煤料與氣化劑接觸方式區(qū)分，主要有固定床、流化床與氣流床3種主要形式。低溫甲醇洗工藝是使用物理吸收法的酸性氣體凈化技術(shù)，使用冷甲醇作為酸性氣體吸收液，利用甲醇在60 ℃左右的低溫下對(duì)酸性氣體溶解度極大的特性，分段選擇性地吸收原料氣中的 H2S、CO2 及各種有機(jī)硫等雜質(zhì)，低溫甲醇洗工藝有林德和魯奇兩種，二者基本原理沒(méi)有根本區(qū)別，且技術(shù)都很成熟，只是在工藝流程設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)和工程實(shí)施上各有特點(diǎn)。在銅基催化劑上合成甲醇，～，對(duì)于合成氣中二氧化碳較高的情況，壓力的提高對(duì)提高反應(yīng)速度有比較明顯的效果。由于低壓法操作壓力低，導(dǎo)致設(shè)備體積龐大，不