【正文】 淋降篩板都屬于逆流塔板。 針對(duì)板式塔，其塔板類型 按照塔內(nèi)氣、液的流動(dòng)方式，可將塔板分為錯(cuò)流塔板和逆流塔板兩大類。 在工業(yè)生產(chǎn)中，一般情況下，當(dāng)處理物料量很大時(shí)多采用板式塔，塔徑在 以下時(shí)一般采用填料塔。 填料塔里裝有一定高度填料層，液體從塔頂沿著填料表面往下流，氣體逆流向上流，氣、液兩相接觸密切來進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱。 板式塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的塔板，氣體以鼓泡狀、泡沫狀、蜂窩狀、或者噴射 形式穿過板上的液層，進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱?？梢娫O(shè)計(jì)好的精餾塔是保證工序的優(yōu)先條件。 精餾塔的介紹和選擇 對(duì)于精餾工序來說，精餾塔是是該工序進(jìn)行的重要條件，設(shè)計(jì)性能良好的精餾設(shè)備，必然可以為精餾過程創(chuàng)造良好的條件。但是對(duì)加壓塔的設(shè)備要求卻提高了，長遠(yuǎn)來看，總的效益還是很明顯的。常壓塔塔頂生成低壓高純度的甲醇?xì)怏w，進(jìn)入常壓塔冷凝器降溫冷凝后一部分回流到塔內(nèi)，一部分作為產(chǎn)品冷卻后送往儲(chǔ)槽，常壓塔塔底殘液再做處理。在加壓塔塔頂位置形成高純度甲醇蒸汽，這些蒸汽作為常壓塔的塔底再沸器的熱源，甲醇蒸汽冷凝后通過加壓泵再送回到塔頂回流槽，其中一部分送往加壓塔塔頂作為回流液，而另外一部分冷卻后作為產(chǎn)品儲(chǔ)存。這樣不僅節(jié)約了加熱蒸汽，而且也節(jié)省冷卻用水，有效的利用了熱能。采用三塔精餾的目的就是為了更合理的利用能量，達(dá)到節(jié)能目的。 8 但是很明顯，兩個(gè)塔的能量消耗要高于單塔精餾，所以提高能量的利用、節(jié)約能耗是對(duì)該流程的一個(gè)展望。原料液從預(yù)塔塔底輸送到主塔進(jìn)料口，高級(jí)醇從加料板以下側(cè)線引出，含微量甲醇的水從塔底排除，而精甲醇則從塔頂處冷凝取出。同時(shí)為了減少塔頂所排出氣體中甲醇的損失，可以在塔頂設(shè)置冷凝器二級(jí)冷凝。 預(yù)精餾塔分離輕組分和溶解的氣體，如氫氣、一氧化碳、二氧 化碳等，塔頂大部分的水和甲醇回流。 銅基催化劑合成粗甲醇的雙塔精餾 圖 雙塔精餾工藝流程圖 甲醇精餾的雙塔流程是最為普遍應(yīng)用的方式。其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約投資，而且減少了熱能的損耗。而銅系催化劑在較低壓力和溫度下合成甲醇，含有還原性的雜質(zhì)很少，無需要化學(xué)凈化，也可以獲得高穩(wěn)定性的精甲醇，因而簡化了工藝流程，降低的生產(chǎn)成本。工業(yè)上，采用精制粗甲醇的方法原則是：首先，精餾是必要過程，不論使用的是什么催化劑、原料氣和合成條件制得的粗甲醇，都含有相 6 當(dāng)多的有機(jī)雜質(zhì)和水，需要通過蒸餾的方法得到脫出；其次，粗甲醇一般情況呈弱酸性，需要用堿液中和；第三，根據(jù)粗甲醇原料也中還原性雜質(zhì)的含量和對(duì)精甲醇的質(zhì)量要求，決定是否需要用化學(xué)方法進(jìn)行處理。 總之，要以蒸餾法為主，除去粗甲醇中絕大部分的有機(jī)物和水。例如粗甲醇中含有還原性雜質(zhì)，雖然采取萃取蒸餾的方法分離，但殘留在甲醇中的部分將繼續(xù)影響其高錳酸鉀值，若不除去繼續(xù)蒸餾，則必然會(huì)造成精餾設(shè)備的復(fù)雜性、增加 甲醇的損失、增加能耗等。一般可在預(yù)精餾塔中脫出輕組分，再于主精餾塔中脫出重組分和水。將粗甲醇精餾為純組分，需要一個(gè)或者幾個(gè)串聯(lián)精餾塔。整個(gè)精制過程工業(yè)上習(xí)慣稱為粗甲醇的精餾 。為了獲得高純度的甲醇，則必須采用精餾工藝來進(jìn)行提純，清除所有雜質(zhì)。 甲醇精餾方法的選擇 甲醇精餾的概述 甲醇合成反應(yīng)的生成與合成的反應(yīng)條件密切相關(guān)，即使參加反應(yīng)的元素只有碳、氫、氧三種，但往往由于合成反應(yīng)條件，如壓力、溫度、催化劑、反應(yīng)氣體組成以及催化劑中的微量雜質(zhì)的作用，均可以是合成反應(yīng)偏離主反應(yīng)，生成各種副產(chǎn)物，也即甲醇中的雜質(zhì)成分。國家《煤化工產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》已經(jīng)表明，以煤基合成甲醇作為主要內(nèi) 容的新型煤化工必將進(jìn)一步快速發(fā)展，以煤氣化作為核心多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)特別是煤基甲醇 燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)必將獲得空前發(fā)展。將甲醇轉(zhuǎn)化為烯烴和汽油的工業(yè)化進(jìn)程也取得了重大進(jìn)展，為甲醇的進(jìn)一步轉(zhuǎn)為石油的大宗基礎(chǔ)產(chǎn)品的工業(yè)化運(yùn)行創(chuàng)造了有利條件，也必將使甲醇的消費(fèi)大增。 2020 年國家標(biāo)準(zhǔn)委連續(xù)發(fā)布了甲醇燃料及 M85 甲醇汽油兩個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)， M15 甲醇汽油等系列的國家標(biāo)準(zhǔn)也即將頒布，這些國家標(biāo)準(zhǔn)的頒布和實(shí)施必將進(jìn)一 步促進(jìn)和加快甲醇燃料的規(guī)范發(fā)展。甲醇可作為 “功能 ”儲(chǔ)備來補(bǔ)充石油的不足。從 2020 年 7 月以來，我國投資體制的改革，國家不再審批投資項(xiàng)目，但全國各地?cái)M上和新上煤化工項(xiàng)目很多，大部分都以煤基合成甲醇作為主要路線。特別是近年來，由于國際油價(jià)的節(jié)節(jié)攀升，煤化工工業(yè)對(duì)發(fā)揮我國豐富的煤炭資源優(yōu)勢，以此補(bǔ)充我國油氣資源的不足與滿足對(duì)化工產(chǎn)品的需求，保障能源安全，推動(dòng)煤炭清潔利用，促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。 進(jìn)入 21 世紀(jì)后，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，甲醇既可以作為有機(jī)化工原料，例如制備醋酸、甲醛、 二甲醚等等，又可以作為清潔的液體燃料替代品，從而得到了大量的推廣使用，甲醇作為作為煤化工的主要產(chǎn)品也得到了快速的發(fā)展，生產(chǎn)能力直線上升，而且生產(chǎn)技術(shù)不斷提高。到了 80 年代中期，齊魯?shù)诙S又引進(jìn) Lurgi 公司低壓甲醇合成裝置，用渣油作為原料。到 60 年代后，上海吳涇化工廠先后建設(shè)了以焦炭和石腦油作為原料的甲醇合成裝置， 南京化學(xué)工業(yè)公司研究院因研制了合成氨聯(lián)醇用的中壓銅基催化劑而推動(dòng)了合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇工業(yè)的發(fā)展。而現(xiàn)在，拉丁美洲和中東等地區(qū)已經(jīng)發(fā)展成為世界甲醇的生產(chǎn)集中地和全球甲醇主要出口地。 世界范圍內(nèi)甲醇的生產(chǎn)和消費(fèi)格局正在變化。 甲醇裝置正向大型化發(fā)展，國外一共有甲醇生產(chǎn)裝置進(jìn) 110 套，每套的年平均生產(chǎn)能力都超過 ，年總達(dá)到了 64Mt，在其中年生產(chǎn)能力超過 的裝置近 32 套，總生產(chǎn)能力約為 30Mt，目前正建設(shè)的大型裝置的總生產(chǎn)能力可達(dá) 26Mt[10]。煤作為制備甲醇原料氣的傳統(tǒng)原料，由于氣化和氣體的凈化比較復(fù)雜，生產(chǎn)成本相對(duì)較高，但對(duì)于缺少油氣但是富煤的國家和地區(qū)，例如我國，這樣就成了主要的原料路線，大約占了 90%。 50 年代以后，石油和天然氣資源大量開采，特別是儲(chǔ)量很豐富、廉價(jià)的天然 氣蒸汽轉(zhuǎn)化技術(shù)的快速發(fā)展使生產(chǎn)甲醇原料氣的成本大大降低，稱為甲醇合成的主要原料路線。 隨著甲醇合成技術(shù)不斷發(fā)展和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，原料也發(fā)生了很大的變化，由原來以煤和焦炭氣化生產(chǎn)路線發(fā)展到目前以天然氣和煤作為主要的合成路線。與此同時(shí)，世界其他的化學(xué)公司也相繼開發(fā)自己的中低壓甲醇合成工藝，建設(shè)甲醇合成裝置，但是 ICI 和Lurgi 中低壓法合成工藝發(fā)展的最快。為此，世界各國一直在探求可以降 3 低合成壓力的工業(yè)生產(chǎn)方法。由于經(jīng)濟(jì)方面的原因，該裝置 1951 年停止使用 [9]。 1927 年，美國的 Commerical Solvent 公司建成世界第一座以一氧化碳和氫氣作為原料合成甲醇的工業(yè)裝置，并且投入工業(yè)生產(chǎn)。 1965 年采用這樣的方法生產(chǎn)的甲醇已經(jīng)達(dá)到了 萬噸。 1913 年，德國 BASF 公司在高壓合成氨的實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行一氧化碳和氫氣合成含氧化合物的研究，于1923 年在德國 Leuna 建成世界上第一座年產(chǎn) 3000 噸合成甲醇生產(chǎn)裝置，并成功投產(chǎn)。 1934 年， Damds 和 P’eligt一起從焦木酸中分離出了甲醇，并且測定了甲醇的分子量。除去焦油的焦木酸可以通過精餾分離出天然的甲醇和乙酸，這是生產(chǎn)甲醇的最古老的方法 。到了 1661 年，德國的 Robert Boyle 發(fā)現(xiàn)焦木酸含有一種 “中性物質(zhì) ”，稱它為木醇（ Wood Alcohol）。 我國甲醇的消費(fèi)增長也很快，從 1957 年的 ，到 1970 年的 83kt，再到 1990 年的 660kt、 1991 年的 780kt，而 1995 年已經(jīng)達(dá)到 ， 1996 年達(dá)到 ， 2020 年7200kt， 2020 年實(shí)際產(chǎn)量達(dá)到 11260kt，到了 2020 年全年產(chǎn)量達(dá)到近 11160kt，新增甲醇裝置 18 套， 新增產(chǎn)能約為 850 萬噸，而且各地還在籌劃建設(shè)的甲醇產(chǎn)能高達(dá) 4320 萬噸，其中相當(dāng)一部分是配套生產(chǎn)其他煤化工產(chǎn)品的 [8]。 1982 年全世界的甲醇產(chǎn)量不足 103kt，而 1990 年超過了 103kt，更甚者 1995 年達(dá)到了 103kt ，同年世界甲醇的消費(fèi)總量為 103kt。 甲醇工業(yè)的發(fā)展及現(xiàn)狀 甲醇的消費(fèi)量 80 年代以來，世界的甲醇總需求量增長很快，平均年增長率約 8%。可見，甲醇作發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，經(jīng)濟(jì)上是合理的，所以可以代替汽油作為輪船、機(jī)車、飛機(jī)的燃料，也可以做發(fā)電廠輪機(jī)的燃料。甲醇和燃料油相比是一類廉價(jià)、辛烷值高（高達(dá) 110）、熱效率高、對(duì)環(huán)境的污染小的液體燃料 。含有豐富的維生素和蛋白質(zhì)，營養(yǎng)價(jià)值超過糧食和大豆油餅，成本比魚粉便宜，無毒，收率高 [5]。此外，甲醇低壓羰基化制備乙酸的技術(shù)在近年來也發(fā)展很快，已經(jīng)成為生產(chǎn)乙酸的主要方法 [4]。此外，在合成材料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、香料、染料和油漆等工業(yè)中，甲醇是不可缺少的溶劑和原 料。相關(guān)反應(yīng)諸多，例如其氧化反應(yīng)、酯化反應(yīng)、鹵化反應(yīng)、脫水反應(yīng)、甲基化反應(yīng)等等。它相關(guān)的部分物理性質(zhì)如表 。 Atmospheric tower 1 第一章 緒 論 甲醇的性質(zhì) 甲醇的 物理性質(zhì) 甲醇是最簡單的飽和一元醇，化學(xué)式為： CH3OH，在常溫常壓下，單質(zhì)甲醇是無色、易揮發(fā)、有酒精氣味的有毒液體。 Process design。所以本設(shè)計(jì)以三塔精餾工藝為依據(jù)，通過物料衡算、能量衡算，設(shè)備選型， 最后得到常壓精餾塔塔徑 ，塔高為 ，共 32 塊塔板，塔板板間距為 。本設(shè)計(jì)需要將原料粗甲醇精制到含醇量 %的純度。 第一章 緒 論 ....................................................................................................................1 甲醇的性質(zhì) ..............................................................................................................1 甲醇的物理性質(zhì) ...................................................................................................1 甲醇的化學(xué)性質(zhì) ...................................................................................................1 甲醇的用途 ..............................................................................................................1 甲醇工業(yè)的發(fā)展及現(xiàn)狀 ..........................................................................................2 甲醇的消費(fèi)量 .......................................................................................................2 世界甲醇工業(yè)發(fā)展概況 .......................................................................................2 中國甲醇工業(yè)發(fā)展概況與發(fā)展前景 ...................................................................4 甲醇精餾方法的選擇 ..............................................................................................5 甲醇精餾的概述 ...................................................................................................5 甲醇精餾方法 .......................................................................................................5 第二章 精餾工藝流程的設(shè)計(jì) ......................................................................................7 甲醇精餾工藝流程比較 ..........................................................................................7 銅基催化劑合成粗甲醇的單塔精餾 ...................................................................7 銅基催化劑合成粗甲醇的雙塔精餾 ...................................................................7 銅基催化劑合成粗甲醇的三塔精餾 .......