【導(dǎo)讀】甲醇作為及其重要的有機(jī)化工原料，是碳—化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)品。國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。醇的需求幅度上升，用甲醇作為新的石化原料來(lái)源已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。成氣的制造、甲醇的合成好精制三部分。該設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是對(duì)甲醇合。成工段進(jìn)行物料衡算、熱量衡算和設(shè)備計(jì)算。該設(shè)計(jì)本著符合國(guó)情、經(jīng)。年產(chǎn)萬(wàn)噸甲醇的工藝設(shè)計(jì)年產(chǎn)萬(wàn)噸甲醇的合成工段工藝。

　　

【正文】 分離輕組分和溶解的氣體，如 H CO、 CO2。塔頂去除的氣體包括不凝性氣體、輕組分、水蒸氣以及甲醇。經(jīng)過(guò)冷凝，大部分水分和甲醇回流 入塔，同時(shí)從冷凝器抽一小部分冷凝液以減少揮發(fā)性較低的輕組分。 進(jìn)入主精餾塔后，進(jìn)一 步把高沸點(diǎn)的重餾分雜質(zhì)脫除，主要是水、異丁基油等。從塔頂或側(cè)線采出，經(jīng) 精餾甲醇冷卻器冷卻至常溫后， 就可得到純度在 %以上的符合國(guó)家指標(biāo)的精 甲醇產(chǎn)品。 工藝流程 低壓工藝流程是指采用低溫、低壓和高活性銅基催化劑，在 5MPa 左右壓力下，由合成氣合成甲醇的工藝流程，如圖 21所示。 沈 陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 工藝流程設(shè)計(jì) 20 圖 21 甲醇合成反應(yīng)流程示意框圖 設(shè)計(jì)采用 ASPEN PLUS 模擬不僅方便而且還更準(zhǔn)確，這也是未來(lái)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向，告別從前 人工計(jì)算的繁瑣，以及檢驗(yàn)時(shí)某一個(gè)數(shù)據(jù)的更改往往造成一系列數(shù)據(jù)的更改，避免不必要的麻煩。 設(shè)計(jì)采用低壓魯奇法進(jìn)行甲醇合成工藝模擬。 原料氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾除雜等單元操作后，進(jìn)入一級(jí)壓縮機(jī)壓縮，之后與未反應(yīng)的循環(huán)氣混合后進(jìn)入二級(jí)壓縮機(jī)壓縮，保證出口壓力 5Mpa 左右。物料進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)保證溫度在 210℃左右，為了合理運(yùn)用熱能，這里采用了原料和產(chǎn)品換熱的方式保證進(jìn)入反應(yīng)器的原料溫度，反應(yīng)器出口溫度經(jīng)換熱后并不滿足工藝要求，這時(shí)還需要繼續(xù)冷卻然后進(jìn)行閃蒸，這時(shí)放出一小部分馳放氣，防止不凝氣的積累，另 一大部分作為循環(huán)氣。剩下的液體部分繼續(xù)閃蒸，氣體部分送入燃燒爐燃燒或者做其他處理。液體部分經(jīng)換熱后送入預(yù)精餾塔進(jìn)行蒸餾，主要目的是塔頂分離出甲酸甲酯等輕組分，甲醇等重組分被送入主精餾塔進(jìn)行精餾，塔頂采出甲醇，經(jīng)過(guò)冷凝后存入產(chǎn)品儲(chǔ)罐，側(cè)線還可能采出其它醇。 沈 陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 工藝流程設(shè)計(jì) 21 工業(yè)上，甲醇的分離精制的流程可分為單塔、雙塔及三塔流程。此次設(shè)計(jì)要獲得質(zhì)量較高的甲醇，所以采用雙塔流程。 工藝操作參數(shù)確定 ASPEN PLUS 模擬過(guò)程主要是模型的選取，綜合操作條件部分的內(nèi)容，下面將設(shè)計(jì)中的主要設(shè)備參數(shù)列表如下。 序號(hào) 設(shè)備位號(hào) 設(shè)備名稱(chēng) 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： 2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 入塔器預(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→CH 4O， CO轉(zhuǎn)化率： % CO2+3H2→CH 4O + H2O， CO2轉(zhuǎn)化率： % 2CO+2H2→C 2H4O2， CO轉(zhuǎn)化率： % 2CO+4H2→ C 2 H6O + 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： ： 板數(shù)： 塔頂與進(jìn)料的比值 ，回流比 ： 60，進(jìn)料板位置： 5， 出口壓力： 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)： 17，塔頂與進(jìn)料比值 ： ，回流比：50，進(jìn)料板位置： 9， 出口壓力： 14 E402 產(chǎn)品冷卻器 溫度： 40℃ ， 壓力： 沈 陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 工藝流程設(shè)計(jì) 22 主要設(shè)備 主要設(shè)備包括反應(yīng)器、精餾塔、冷卻換熱設(shè)備、壓 縮機(jī)和泵、催化劑等五類(lèi)。 ⑴ 反應(yīng)器類(lèi) ①轉(zhuǎn)化爐 是合成氣制備工序的核心設(shè)備 ,其國(guó)產(chǎn)化情況也分三類(lèi) :一是完全可立足于國(guó)產(chǎn)化的技術(shù)且國(guó)內(nèi)已有類(lèi)似設(shè)備 。二是可立足于國(guó)產(chǎn)化但國(guó)內(nèi)尚無(wú)同類(lèi)設(shè)備 。三是實(shí)現(xiàn)中小型的國(guó)產(chǎn)化 ,但大型化裝置需進(jìn)一步攻關(guān)。這三類(lèi)方案均不需開(kāi)發(fā)或引進(jìn)技術(shù)。 ②甲醇合成塔 建議采用華東理工大學(xué)和蘭州設(shè)計(jì)院合作開(kāi)發(fā)的甲醇合成塔型式 ,即多段徑向冷激型甲醇合成塔或絕熱 管束型甲醇合成塔。 ⑵ 精餾塔類(lèi) 多為浮閥塔 ,國(guó)內(nèi)已完全可自行設(shè)計(jì)制造。 ⑶ 冷卻換熱設(shè)備類(lèi) 均為普通的換熱器 ,不需引進(jìn) 。 ⑷ 壓縮機(jī)類(lèi) 均為離心式 ,國(guó)內(nèi)均能自行設(shè)計(jì)和制造。 ⑸ 催化劑類(lèi) 均立足于國(guó)內(nèi)自行生產(chǎn)的催化劑。 甲醇合成塔的類(lèi)型很多，由于甲醇合成反應(yīng)時(shí)一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱效應(yīng)大，為使反應(yīng)始終處于小高的速度下，必須及時(shí)移走這些熱量，因此，按不同的移熱方法，可分為冷管型連續(xù)換熱式和冷繳型多段換熱式兩大類(lèi)：按反應(yīng)氣流動(dòng)的方式有軸向和徑向，或者二者兼有的混合型。 甲醇合成塔主要由外筒、 內(nèi)件和電加熱器三部分組成。外筒是一個(gè)高壓容器，一般由多層鋼板卷焊而成繞帶統(tǒng)制而成。內(nèi)件是由催化劑筐好換熱器兩 部分組成。 精餾塔是粗甲醇精餾工序的關(guān)鍵設(shè)備，它直接制約著生產(chǎn)裝置的產(chǎn)品質(zhì)量、消耗、 生產(chǎn)能力及對(duì)環(huán)境的影響。所以要根據(jù)企業(yè)的實(shí)際條件選擇合適的高效精餾塔。目前沈 陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 工藝流程設(shè)計(jì) 23 常用的精餾塔主要有四種塔型：泡罩塔，浮閥塔，填料塔和新型垂直 篩板塔。其各自結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)如下 ： ⑴ 泡罩塔 泡罩塔十多層板式塔，每層塔板上裝有一個(gè)活多個(gè)炮罩。該 類(lèi)型塔塔板效率高，操作彈性大，塔阻力小，但單位面積的生產(chǎn)能力低，設(shè)備體 積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資較大。該塔已經(jīng)逐漸被其他塔代替。 ⑵ 浮閥塔 浮閥塔的塔板結(jié)構(gòu)與泡罩相似，致 使浮閥代替了泡罩及其伸 氣管。該類(lèi)型塔板效率高，操作彈性大，操作適應(yīng)性強(qiáng)，單位面積生產(chǎn)能力大， 造價(jià)較低。但浮閥易損壞，維修費(fèi)用高，安裝要求高。目前該塔仍被廣泛使用， 但有使用逐漸減少的趨勢(shì)。 ⑶ 填料塔 填料塔是在塔內(nèi)裝填新型高效填料，如不銹鋼網(wǎng)波紋填料，每米填料相當(dāng) 5 塊以上的理論板。塔總高一般為浮閥塔的一半。該塔生產(chǎn)能力大， 壓降小，分離效果好，結(jié)果簡(jiǎn)單，維修量極小，相對(duì)投資較小，是目前使用較多 的塔型之一。 ⑷ 新型垂直篩板 新型垂直篩板的傳質(zhì)單元，是由塔板開(kāi)有升氣孔及罩 年產(chǎn) 5 萬(wàn)噸天然氣制甲醇生產(chǎn)工藝 初步設(shè)計(jì) 7 于其上的帽罩組成。該塔傳質(zhì)效率高，傳質(zhì)空間利用率好，處理能力大，操作彈 性大， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠， 投資小， 板液面梯度小， 液面橫向混合好無(wú)流動(dòng)傳質(zhì)死區(qū)。 綜合比較上面四種塔， 可以知道填料塔和新型垂直篩板性質(zhì)更加優(yōu)越， 同時(shí) 考慮到新型垂直篩板是一種新型塔，目前使用很少，技術(shù)難得，而填料塔使用較 普遍，技術(shù)非常成熟，所以設(shè)計(jì)選用了浮閥塔。沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院 第三章 物能衡算 24 第三章物能衡算 衡算依據(jù) 1．設(shè)計(jì)任務(wù)：年產(chǎn) 2．開(kāi)工率： 280天 3．甲醇的純度（摩爾）： % 4．原料氣與循 環(huán)氣的比值： 1： （摩爾） 5．原料氣組成： 表 31 原料氣組成 (mol%) 組分 CO CO2 H2 CH4 N2 Ar H2O 含量 6．原料氣進(jìn)料流量： 1300kmol/h 7．原料氣進(jìn)料溫度： 40℃ 8．原料氣進(jìn)料壓力： 全流程物能衡算 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院 第三章物能衡算 25 ASPEN PLUS 物能衡算流程圖 123456789121013141620191721C 2 0 1 AC 2 0 1 BR 3 0 1E 3 0 2V 3 0 1M 2 0 1 AM 2 0 1 BV 3 0 2E 4 0 1 P 4 0 1E 3 0 1T 4 0 2T 4 0 1E 4 0 2151811沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院 第三章物能衡算 26 表 32 主要物流能衡算結(jié)果表 A 1 3 4 5 6 摩爾 質(zhì)量 摩爾 質(zhì)量 摩爾 質(zhì)量 摩爾 質(zhì)量 摩爾 質(zhì)量 流量 分率 流量 分率 流量 分率 流量 分率 流量 分率 流量 分率 流量 分率 流量 分率 流量 分率 流量 分率 Kmol /h Kg/h Kmol /h Kg/h Kmol /h Kg/h Kmol /h Kg/h Kmol /h Kg/h CO 1881 4006 510685 062873 446.0989 773452 124077 052223 446.0989 773452 124077 052223 446.0989 773452 124077 052223 290.3524 545988 813575 749885 CO2 1697 2730 728508 216753 793.6861 8303 349665 463623 793.6861 8303 349665 463623 793.6861 8303 349665 463623 697.7283 327232 307846 363388 H2 8785 7552 177578 476388 368348 235868 743864 735931 368348 235868 743864 735931 368348 235868 743864 735931 30850 967982 622459 991171 CH4 64.880 4990 104069 747565 710