【正文】 synthesis。 Methanol is refined by three towers distillation process, and this process choose to design the atmospheric distillation tower, which packing column height is 17800mm, the diameter of tower is 1600 mm, the total height is 25640mm。此外嚴(yán)格控制三廢的排放，充分利用廢熱，降低能耗，保證人員安全與衛(wèi)生。本設(shè)計(jì)采用低壓下利用 Lurgi 工藝 合成甲醇 。為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)甲醇的需求，開展了此 15 萬 t/a的甲醇項(xiàng)目。 年產(chǎn) 15 萬噸甲醇工藝設(shè)計(jì) With an Annual Production Capacity of 150 Thousand Tons of Methanol Process Design I 年產(chǎn) 15 萬噸甲醇工藝設(shè)計(jì) 摘要 ： 甲醇是一種極重要的有機(jī)化工原料，也是一種燃料，是碳一化學(xué)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。近年來，隨著甲醇下屬產(chǎn)品的開發(fā)，特別是甲醇燃料的推廣應(yīng)用 [1]，甲醇的需求大幅度上升。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是進(jìn)行物料衡算 、 熱量衡算 和主要設(shè)備的計(jì)算 。三塔精餾工藝精制甲醇，并對(duì)常壓精餾塔進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出塔徑為 1600mm、填料層高度為 17800mm、塔高為 25640mm 的填料精餾塔 。 關(guān)鍵詞 : 工藝流程；甲醇合成；氣體精餾 II With an Annual Production Capacity of 150 Thousand Tons of Methanol Process Design Abstract: Methanol is a kind of very important anic raw materials, also a kind of fuel and the basis of chemicals products. Methanol occupies an important position in national economy. With the development of methanol affiliate products, especially the application of methanol fuel [1], the demand of methanol is rising sparkly. In order to meet the need of economic development of methanol, we carry out the project of 150 thousand t/a methanol. The main content of design are material balance, energy balance and the design of main equipment. The Lurgri technique is used for synthesizing methanol。 In addition to strictly control the “three waters” emissions, this process make full use of water heat, reduce the energy consumption and safeguard personnel safety and hygiene. Key word: technological process。 the methanol distillation 1 引言 甲醇是當(dāng)代中國煤制化學(xué)品中最具代表性的產(chǎn)品，產(chǎn)能大、使用范圍廣、后續(xù)產(chǎn)品多、大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)成熟，無疑是煤化工產(chǎn)業(yè)最重要的產(chǎn)品。 本次設(shè)計(jì)主要對(duì)甲醇的物性、用途及國內(nèi)外生產(chǎn)消費(fèi)現(xiàn)狀進(jìn)行分析， 對(duì)其現(xiàn)有各種生產(chǎn)工藝做簡要介紹及比對(duì)，重點(diǎn)探究 Lurgi 工藝（管殼式甲醇合成工藝），對(duì)甲醇的生產(chǎn)、分離及提純階段精餾塔進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，分析全塔正常操作時(shí)的工作原理、影響因素、操作條件等最佳操作點(diǎn)，并根據(jù)物性及操作條件等綜合因素對(duì)塔進(jìn)行選型、設(shè)計(jì)，通過物料衡算、熱量衡算做出我認(rèn)為年產(chǎn) 15 萬噸甲醇最理想的設(shè)計(jì)方案。是一種無色、透明、易燃、有毒、易揮發(fā)的液體，略 帶酒精味 。 3287，表面張力（ 25℃ ） ，蒸氣壓（ 20℃ ） 12。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮類和大多數(shù)其他有機(jī)溶劑混溶?；瘜W(xué)性質(zhì)較活潑，能發(fā)生氧化、酯化、羰基化等化學(xué)反應(yīng)。甲醇主要用于生產(chǎn)甲醛，消耗量要占到甲醇總產(chǎn)量的一半，甲醛則是生產(chǎn)各種合成樹脂不可少的原料。甲醇羰基化可生產(chǎn)醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有機(jī)合成中間體，它們是制造各種染料、藥品、 農(nóng)藥 、炸藥、 香料 、噴漆的原料，目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重視。作為一種良好的萃取劑，甲醇在分析化學(xué)中可用于一些物質(zhì)的分離。另外燃料級(jí)甲醇用于供熱和發(fā)電，也可達(dá)到環(huán)保要求。 甲醇生產(chǎn)工藝的發(fā)展 甲醇是醇類中最簡單的一元醇。波義耳首先在 木材 干餾后的液體產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)甲醇，故甲醇俗稱木精、木醇。 1857 年法國的 M 1923 年德國 BASF 公司首先用合成氣在高壓下實(shí)現(xiàn)了甲醇的工業(yè)化生產(chǎn)，直到 1965 3 年，這種高壓法工藝是合成甲醇的唯一方法。 1971 年德國的 Lurgi 公司相繼開發(fā)了適用于天然氣－渣油為原料的低壓法工藝。世界上典型的甲醇合成工藝主要有 ICI 工藝、 Lurgi 工藝和三菱瓦斯化學(xué)公司 (MCC)工藝 。 我國的甲醇生產(chǎn)始于 1957 年， 50 年代在吉林、蘭州和太原等地建成了以煤或焦炭為原料來生產(chǎn)甲醇的裝置 [3]。 70 年代四川維尼綸廠引進(jìn)了一套以乙炔尾氣為原料的 95 kt/a低壓法裝置，采用英國 ICI 技術(shù) [4]。 2020 年，杭州林達(dá)公司開發(fā)了擁有完全自主 知識(shí)產(chǎn)權(quán) 的 JW低壓均溫甲醇合成塔技術(shù)，打破長期來被 ICI、 Lurgi 等國外少數(shù)公司所 壟斷擁的局面，并在 2020 年獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng) [6]。 設(shè)計(jì)的依據(jù) 本設(shè)計(jì)選用的課題： “年產(chǎn) 15 萬噸甲醇生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì) ”。本設(shè)計(jì)遵循： “符合國情、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)環(huán)保 ”的原則，在綜合分析諸多甲醇生產(chǎn)方法的基礎(chǔ)上，采用 “以煤、煤焦為原 料，經(jīng)脫硫二段轉(zhuǎn)化 合成氣，在管殼式合成塔合成甲醇 ”的技術(shù)路線，精甲醇的生產(chǎn)采用 “三塔精餾工藝 ”。 4 第二章 生產(chǎn)方案與工藝流程設(shè)計(jì) 生產(chǎn)方案確定 煤、煤焦經(jīng)氣化制得煤氣，煤氣經(jīng)熱交換回收熱進(jìn)入變換，變換反應(yīng)后，進(jìn)行脫硫脫碳，脫除對(duì)合成甲醇工藝流程不利的氣體，然后經(jīng)過壓縮、加熱使原料氣體滿足合成甲醇需要的條件后送入合成塔，由于合成甲醇工藝單程轉(zhuǎn)化率較低，未反應(yīng)氣體需要循環(huán)壓縮機(jī)壓縮，再 次進(jìn)入合成塔中合成甲醇。 工藝流程設(shè)計(jì)與論證 經(jīng)綜合分析甲醇生產(chǎn)的各種生產(chǎn)路線，本設(shè)計(jì)選用：以煤、煤焦為原料，經(jīng)脫硫二段轉(zhuǎn)化 合成氣，在管殼式合成塔中合成甲醇，精甲醇的生產(chǎn)采用 “三塔精餾工藝 ”的技術(shù)路線。原料煤氣先用ZnO 脫硫， 再通過二段轉(zhuǎn)化爐變?yōu)楹铣蓺?。 甲醇合成工藝流程簡述 現(xiàn)在國內(nèi)大多數(shù)采用 Lurgi 工藝采用管殼式合成塔，管內(nèi)填裝催化劑，管間為~ 的沸騰水，反應(yīng)氣體走管內(nèi)，反應(yīng)熱經(jīng)管壁傳遞給管間的沸水，產(chǎn)生蒸汽。 甲醇合成氣經(jīng)壓縮機(jī)升至 ，與循環(huán)氣以 1:5 的比例混合經(jīng)熱交換器加熱至 220~230℃ ，含甲醇 7%左右、溫度約 250℃ 的出塔氣，經(jīng)換熱冷卻 85℃ ，再經(jīng)水冷卻，進(jìn)分離塔分離，得到的粗甲醇進(jìn)入甲醇儲(chǔ)罐 。在實(shí)際生產(chǎn)中為了是合成回路中的惰性氣體含量維持在一定范圍內(nèi)，再進(jìn)循環(huán)機(jī)前馳放一股未反應(yīng)的氣體作為燃料，絕 5 大部分氣體進(jìn)入壓縮機(jī)與新鮮的合成氣混合返回合成塔循環(huán)使用。由于傳熱面與床層體積比大，傳熱迅速，床層同平面溫度小，有利于延長催化劑壽命，并允許原料氣中含較高的 CO?？梢曰厥崭呶粺崮埽芰亢侠砝?。設(shè)備緊湊，開停車方便 。 銅基催化劑的主要特征 銅基催化劑是一種低溫低壓甲醇合成催化劑 [8]，其主要成分為 CuO/ZnO/Al2O3，低中壓法操作溫度為 210~300 度，壓力為 5Mpa~10Mpa，比傳統(tǒng)的合成工藝溫度低得多，對(duì)甲醇平衡有利。（ 2）選擇性好，大于 99%，之雜質(zhì)只有微量的甲烷、二甲醚、甲酸甲酯，易于得到高純度的精甲醇 。 甲醇精餾工藝流程簡述 [9] 來自甲醇合成裝置的粗甲醇（ 74℃ ， ），通過預(yù)塔進(jìn) 料泵，進(jìn)入預(yù)精餾塔，預(yù)塔再沸器用 的低壓蒸汽加熱，低沸點(diǎn)的雜質(zhì)如二甲醚等從塔頂排出，冷卻分離出水后作為燃料 。預(yù)精餾塔底部粗甲醇液經(jīng)加 6 壓塔進(jìn)料泵進(jìn)入加壓精餾塔，加壓塔再沸器以 低壓蒸汽作為熱源，加壓塔塔頂餾出甲醇?xì)怏w（ ， 122℃ ）經(jīng)常壓塔再沸器后，甲醇?xì)獗焕淠?，精甲醇回到加壓塔回流槽，一部分精甲醇?jīng)加壓塔回流泵， 回到加壓精餾塔作為回流液，另一部分經(jīng)加壓塔甲醇冷卻器冷卻后進(jìn)入精甲醇計(jì)量槽中。常壓塔再沸器以加壓精餾塔塔頂出來的甲醇?xì)庾鳛闊嵩础．a(chǎn)品精甲醇由精甲醇泵從精甲醇計(jì)量槽送至精甲醇貯罐裝置。 （ 2）甲醇精餾系統(tǒng)各塔排出的不凝氣進(jìn)入燃料氣系統(tǒng)。 （ 4）由甲醇精餾來的精甲醇貯存到精甲醇貯槽中。 8 第三章 物料衡算 合成工段物料衡算 已知：年產(chǎn) 150000 噸精甲醇，每年以 300 個(gè)工作日計(jì)。 忽略原料氣帶入份，根據(jù)（ 32）、（ 33）、（ 34）得反應(yīng)（ 35）生成的水的量為：?= kmol/h，即在 CO 逆變換中生成的 H2O 為 kmol/h，即 [13]。 9 表 ， 40℃ 時(shí)氣體在甲醇中的溶解度 組分 H2 CO CO2 N2 Ar CH4 溶解度 Nm3/t 0 Nm3/h 0 據(jù)測(cè)定： 35 ℃ 時(shí)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(kuò)散損失為： (++++)? = kg/h 即 ， Nm3/h。 表 甲醇生產(chǎn)消耗物量及組成 消耗方式 單位 消耗物料量 CO H2 CO2 N2 （ 31）式 kmol Nm3 （ 32）式 kmol Nm3 （ 33）式 kmol Nm3 （ 34）式 kmol Nm3 （ 35）式 kmol Nm3 氣體 溶解 Nm3 0 擴(kuò)散損失 Nm3 0 合計(jì) Nm3 消耗組成 %(v) 10 表 甲醇生產(chǎn)物量及組成 消耗方式 單位 生成物料量 合計(jì) CH4 CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 消耗 生成 （ 31）式 kmol Nm3 （ 32）式 kmol Nm3 (33)式 kmol Nm3 (34)式 kmol Nm3 (35)式 kmol Nm3 氣體溶解 Nm3 擴(kuò)散損失 Nm3 合計(jì) Nm3 生成質(zhì)量 kg