年产20万吨甲醇合成工艺设计.doc

1、毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目：年产 20 万吨甲醇合成工艺设计姓 名： 编 号： 平顶山工业职业技术学院年 月 日平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 专业 煤炭深加工与利用 任 务 下 达 日 期 年 月 日设计（论文）开始日期 年 月 日设计（论文）完成日期 年 月 日设计（论文）题目： A编制设计 B设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 系（部）主 任 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录化工系系煤炭深加工与利用专业，学生 于 年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 年产 20 万吨甲醇合成工艺设计 专题（论文）

2、题目： 年产 20 万吨甲醇合成工艺设计 指导老师： 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第 页共 页学生姓名： 专业 煤炭深加工与利用 年级 毕业设计（论文）题目： 年产 20 万吨甲醇合成工艺设计 评 阅 人： 指导教师： （签字） 年 月 日成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日毕业设计（论文）及答辩评语： 平顶山工业职业技术学院毕业设计说

3、明书（论文）第 1 页摘要世界基础有机化工原料中,甲醇消费仅次于乙烯丙烯和苯,在化工生产中有重要的作用.甲醇合成是现代工业的新兴行业，许多行业已经把甲醇已经应用的很广泛了，本设计以煤化工剩余煤气为原料，根据现代先进合成工艺为基础，结合国内外先进的合成工艺和国内的煤原料现状和实际情况,选用主流甲醇合成中压合成技术; 以煤气为原料，提取高纯度甲醇用于工业及其他行业。本设计运用最新的科研成果在有关单位和老师的帮助下形成此设计。关键词：甲醇合成；中压合成；煤气；平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 2 页AbstractIn order to satisfy economic develop

4、ments demands for methanol , have launched the methanol project of this 200,000t/a. Main content that design to carry on craft prove, supplies weighing apparatus regard as with heat weighing apparatus charging etc The principle of the design in line with according with the national conditions, techn

5、ologically advanced and apt, economy, protecting environment,. Coals is adopted as raw materials; the craft of GSP gasification is utilized to make water gas; the craft of NHD purification is utilized to purify the syngas; tubular average -temperature reaction is utilized to synthesize methanol keep

6、ing in low pressure; the rectification craft of three towers is utilized to rectify methanol; In addition control the discharge of the three wastes strictly, fully utilize used heat, reduce energy consumption, guarantee the personal security and hygiene. Keyword: Methanol, synthesis, rectification.平

7、顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 3 页目录第 1 章 概述 .41.1 甲醇性质 .41.2 甲醇用途 .41.3 甲醇生产工艺的发 .41. 4 甲醇生产原料 5第 2 章 工艺流程设计 .62.1 合成甲醇工艺的选择 .62.1.1 甲醇合成塔的选择 62.1.2 催化剂的选用 62.1.3 合成工序工艺操作条件的确定与论证 82.2 粗甲醇的精馏 .82.2.1 精馏原理 92.2.2 精馏工艺和精馏塔的选择 92.2.3 精馏塔的选择 92.2.4 生产工艺参数 9第 3 章 工艺流程 .103.1 甲醇合成工艺流程 .103.2 甲醇精馏工艺流程 .103.3 氨吸收制

8、冷流程 11第 4 章 工艺计算 .124.1 物料衡算 .124.1.1 精馏工段 124.1.2 合成工段 134.2 能量衡算 .184.2.1 煤发电量 184.2.2 合成工段 18第 5 章 主要设备的计算和选型 .225.1 甲醇合成塔的设计 .225.2 水冷器的工艺设计 .255.3 循环压缩机的选型 .285.4 气化炉的选型 .285.5 甲醇合成厂的主要设备一览表 .28第 6 章 合成车间设计 .296.1 厂房的整体布置设计 .296.2 合成车间设备布置的设计 .29第 7 章 设计结果评价 .30参考文献 .31致 谢 .32平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书

9、（论文）第 4 页第 1 章 概述1.1 甲醇性质甲醇俗称木醇、木精，英文名为 methanol，分子式 CH3OH。是一种无色、透明、易燃、有毒、易挥发的液体，略带酒精味；分子量 32.04，相对密度 0.7914(d420)，蒸气相对密度1.11(空气 =1)，熔点-97.8 ，沸点 64.7，闪点（开杯） 16，自燃点 473，折射率(20)1.3287，表面张力（25）45.05mN/m，蒸气压（20）12.265kPa，粘度（20）0.5945mPas。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮类和大多数其他有机溶剂混溶。蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限 6.036.5（体积比） 。化学性质较活

10、泼，能发生氧化、酯化、羰基化等化学反应。1.2 甲醇用途甲醇是重要有机化工原料和优质燃料，广泛应用于精细化工，塑料，医药，林产品加工等领域。甲醇主要用于生产甲醛，消耗量要占到甲醇总产量的一半，甲醛则是生产各种合成树脂不可少的原料。用甲醇作甲基化试剂可生产丙烯酸甲酯、对苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醇羰基化可生产醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有机合成中间体，它们是制造各种染料、药品、农药、炸药、香料、喷漆的原料，目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重视。甲醇也是一种重要的有机溶剂，其溶解性能优于乙醇，可用于调制油漆。作为一种良好的萃取剂，甲醇在分析化学中可用于一些物质的分离。

11、甲醇还是一种很有前景的清洁能源，甲醇燃料以其安全、廉价、燃烧充分，利用率高、环保的众多优点，替代汽油已经成为车用燃料的发展方向之一；另外燃料级甲醇用于供热和发电，也可达到环保要求。甲醇还可经生物发酵生成甲醇蛋白，富含维生素和蛋白质，具有营养价值高而成本低的优点，用作饲料添加剂，有着广阔的应用前景。1.3 甲醇生产工艺的发展甲醇是醇类中最简单的一元醇。1661 年英国化学家 R.波义耳首先干馏后的液体产物中发现甲醇，故甲醇俗称木精、木醇。在自然界只有某些树叶或果实中含有少量的游离态甲醇，绝大多数以酯或醚的形式存在。1857 年法国的 M贝特洛在实验室用一氯甲烷在碱性溶液中水解也制得了甲醇。192

12、3 年德国 BASF 公司首先用合成气在高压下实现了甲醇的工业化生产，直到 1965 年，平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 5 页这种高压法工艺是合成甲醇的唯一方法。1966 年英国 ICI 公司开发了低压法工艺，接着又开发了中压法工艺。1971 年德国的 Lurgi 公司相继开发了适用于天然气渣油为原料的低压法工艺。由于低压法比高压法在能耗、装置建设和单系列反应器生产能力方面具有明显的优越性，所以从 70 年代中期起，国外新建装置大多采用低压法工艺。世界上典型的甲醇合成工艺主要有 ICI 工艺、Lurgi 工艺和三菱瓦斯化学公司(MCC)工艺。目前，国外的液相甲醇合成新工艺具有

13、投资省、热效率高、生产成本低的显著优点，尤其是 LPMEOHTM 工艺，采用浆态反应器，特别适用于用现代气流床煤气化炉生产的低 H2(CO CO 2)比的原料气，在价格上能够与天然气原料竞争。我国的甲醇生产始于 1957 年，50 年代在吉林、兰州和太原等地建成了以煤或焦炭为原料来生产甲醇的装置。60 年代建成了一批中小型装置，并在合成氨工业的基础上开发了联产法生产甲醇的工艺。70 年代四川维尼纶厂引进了一套以乙炔尾气为原料的 95 kt/a 低压法装置，采用英国 ICI 技术。1995 年 12 月，由化工部第八设计院和上海化工设计院联合设计的 200 kt/a 甲醇生产装置在上海太平洋化工

14、公司顺利投产，标志着我国甲醇生产技术向大型化和国产化迈出了新的一步。2000 年，杭州林达公司开发了拥有完全自主知识产权的 JW 低压均温甲醇合成塔技术，打破长期来被 ICI、Lurgi 等国外少数公司所垄断拥的局面，并在2004 年获得国家技术发明二等奖。2005 年，该技术成功应用于国内首家焦炉气制甲醇装置上。1. 4 甲醇生产原料合成甲醇的工业生产是以固体（如煤、焦炭）、液体（如原油、重油、轻油）或气体（如天然气及其它可燃性气体）为原料，经造气、净化（脱硫）变换，除二氧化碳，配制成一定配比的合成气。在不同的催化剂存在下，选用不同的工艺条件可单产甲醇（分高、中、低压法），或与合成氨联产甲醇

15、（联醇法）。将合成后的粗甲醇经预精镏脱除甲醚，再精镏而得成品甲醇。自 1923 年开始工业化生产以来，甲醇合成的原料路线经历了很大变化。20 世纪 50 年代以前多以煤和焦碳为原料；50 年代以后，以天然气为原料的甲醇生产流程被广泛应用；进入 60 年代以来，以重油为原料的甲醇装置有所发展。对于我国，从资源背景看，煤炭储量远大于石油、天然气储量，随着石油资源紧缺、油价上涨，因此在大力发展煤炭洁净利用技术的背景下，在很长一段时间内煤是我国甲醇生产最重要的原料 4 。平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 6 页第 2 章 工艺流程设计图 1 煤制甲醇的简单工艺流程首先是采用 GSP 气化

16、工艺将原料煤气化为合成气；然后通过变换和 NHD 脱硫脱碳工艺将合成气转化为满足甲醇合成条件的原料气；第三步就是甲醇的合成，将原料气加压到5.14Mpa，加温到 225后输入列管式等温反应器，在 XNC-98 型催化剂的作用下合成甲醇，生成的粗甲醇送入精馏塔精馏，得到精甲醇。然后利用三塔精馏工艺将粗甲醇精制得到精甲醇。2.1 合成甲醇工艺的选择甲醇合成的典型工艺主要是：低压工艺（ICI 低压工艺、Lurgi 低压工艺） 、中压工艺、高压工艺。甲醇合成工艺中最重要的工序是甲醇的合成，其关键技术是合成甲醇催化剂的和反应器，设计采用用的是低压合成工艺。2.1.1 甲醇合成塔的选择目前，国内外的大型甲

17、醇合成塔塔型较多，归纳起来可分为五种： （1）冷激式合成塔（2）冷管式合成塔（3）水管式合成塔（4）固定管板列管合成塔（5）多床内换热式合成塔综上所述和借鉴大型甲醇合成企业的经验， （大型装置不宜选用激冷式和冷管式） ，设计选用固定管板列管合成塔。这种塔内甲醇合成反应接近最佳温度操作线，反应热利用率高，虽然设备复杂、投资高，但是由于这种塔在国内外使用较多，具有丰富的管理和维修经验，技术也较容易得到；外加考虑到设计的是年产 20 万吨的甲醇合成塔（日产量为 650 吨左右） ，塔的塔径和管板的厚度不会很大，费用也不会很高，所以本设计采用了固定管板列管合成塔。2.1.2 催化剂的选用（1）甲醇合成

18、催化剂甲醇合成合 成 气 净 化 甲醇精馏煤 制 合 成 气平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 7 页经过长时间的研究开发和工业实践，广泛使用的合成甲醇催化剂主要有两大系列：一种是以氧化铜为主体的铜基催化剂，一种是以氧化锌为主体的锌基催化剂。锌基催化剂机械强度好.耐热性好，对毒物敏感性小，操作的适宜温度为 350400，压力为 2532MPa(寿命为 23 年)；铜基催化剂具有良好的低温活性，较高的选择性，通常用于低、中压流程。耐热性较差，对硫、氯及其化合物敏感，易中毒。操作的适宜温度为 220270，压力为515MPa(一般寿命为 23 年)。通过操作条件的对比分析，可知使用铜基

19、催化剂可大幅度节省投资费用和操作费用，降低成本。随着脱硫技术的发展，使用铜基催化剂己成为甲醇合成工业的主要方向，锌基催化剂已于 80 年代中期淘汰。表 1 国内外常用铜基催化剂特性对比 10组分/ 操作条件催化剂型号CuO ZnO Al2O3 压力/MPa 温度/英国 ICI 51-3 60 30 10 7.8-11.8 190270德国 LG104 51 32 4 4.9 210240美国 C79-2 - - - 1.5-11.7 220330丹麦 LMK 40 10 - 9.8 220270中国 C302 系列 51 32 4 5.0-10.0 210280中国 XCN-98 52 20

20、8 5.010.0 200290从表的对比可以看出，国产催化剂的铜含量已提 50%以上。制备工艺合理，使该催化剂的活性、选择性、使用寿命和机械强度均达到国外同类催化剂的先进水平，并且价格较低。（2）XNC-98 甲醇合成催化剂简介：XNC-98 型催化剂是四川天一科技股份有限公司研制和开发的新产品。目前已在国内 20多套大、中、小型工业甲醇装置上使用,运行情况良好。它是一种高活性、高选择性的新催化剂。用于低温、低压下由碳氧化物与氢合成甲醇，具有低温活性高、热稳定性好的特点。常用操作温度 200290 ,操作压力 5.010.0 MPa。催化剂主要物化性质：催化剂由铜、锌和铝等含氧化合物组成。外

21、 观： 有色金属光泽的圆柱体堆积密度： 1.31.5kg/L外型尺寸： 5(4.55)mm径向抗压强度：200N/cm催化剂活性和寿命：平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 8 页在该催化剂质量检验规定的活性检测条件下，其活性为：230时：催化剂的时空收率1.20 kg/(L.h)250时：催化剂的时空收率1.55 kg/(L.h)在正常情况下，使用寿命为 2 年以上。2.1.3 合成工序工艺操作条件的确定与论证（1）操作温度甲醇合成催化床层的操作温度主要是由催化剂的活性温度区决定的。设计中采用的甲醇合成催化剂为国产的铜系 XCN-98，由它的性质可知：适合使用的温度范围为 2002

22、90。（2）操作压力近年来普遍使用的铜基甲醇合成催化剂，其活性温度范围在 200300，有较高的活性，对于规模小于 30 万吨/a 的工厂，操作压力一般可降为 5Mpa 左右；对于超大型的甲醇装置，为了减少设备尺寸，合成系统的操作压力可以升至 10Mpa 左右。设采用的是低压法（入塔压强为 5.14MPa）合成甲醇。（3）气体组成对于甲醇合成原料气，即合成工序的新鲜气，应维持 f=（H 2-CO2）/(CO+CO 2)=2.10 2.15,并保持一定的 CO2。由于新鲜气中（H 2-CO2）/(CO+CO 2)略大于 2，而反应过程中氢与一氧化碳、二氧化碳的化学计量比分别为 2:1 和 3:1

23、，因此循环气中（H 2-CO2）/(CO+CO2)远大于 2。合成塔中氢气过量，对减少副反应是有利的。甲醇合成过程中，需要一定的二氧化碳存在以保持催化剂的高活性。一般不超过 5%。（4）空速:空速不仅是一个和合成回路气体循环量相关联的工艺控制参数，也是一个影响综合经济效益的变量。甲醇合成过程中，首先甲醇合成塔内的气体空速必须满足催化剂的使用要求，国产铜基催化剂，一般要求气体空速在 800020000h -1 之间。空速过低，结炭等副反应加剧，空速过高，系统阻力加大或合成系统投资加大，能耗增加，催化剂的更换周期缩短。空速的选择需要根据每一种催化剂的特性，在一个相对较小的范围内变化。XCN-98

24、的空速要求为600015000h -1，本设计空速定为 12000 h-1。2.2 粗甲醇的精馏在甲醇合成时，因合成条件如压力、温度、合成气组成及催化剂性能等因素的影响，在产生甲醇反应的同时，还伴随着一系列的副反应。所得产品除甲醇为，还有水、醚、醛、酮、酯、烷烃、有机酸等几十种有机杂质。由于甲醇作为有机化工的基础原料，用它加工的铲平种类很多，因此对甲醇的纯度均有一定的要求。甲醇的纯度直接影响下游产品的质量、消耗、平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 9 页安全生产及生产过程中所用的催化剂的寿命。所以粗甲醇必须提纯。2.2.1 精馏原理精馏是将沸点不同的组分所组成的混合液，在精馏塔中，

25、同时多次部分气化和多次部分冷凝，使其分离成纯态组分的过程。其分离的原理如下：对于由沸点不同的组分组成的混合液，加热到一定温度，使其部分气化，并将气相与液相分离。因低沸点组分易于气化，则所得气相中低沸点组分含量高于液相中的含量，而液相中高沸点组分含量，较气相中高。若将气相混合蒸汽再部分冷凝下来，将冷凝液再加热到一定温度，使其部分气化，并将气相与液相分离，则所得气相冷凝液中的低沸点组分又高于原气相冷凝液。如此反复，低沸点组分不断提高。道最后制得接近纯态的低沸点组分。2.2.2 精馏工艺和精馏塔的选择甲醇精馏按工艺主要分为三种：双塔精馏工艺技术、带有高锰酸钾反应的精馏工艺技术和三塔精馏工艺技术。双塔

26、精馏工艺技术由于具有投资少、建设周期短、操作简单等优点，被我国众多中、小甲醇生产企业所采用。其在联醇装置中得到了迅速推广。带有高锰酸钾反应的精馏工艺技术仅在单醇生产中用锌铬为催化剂的产品中有应用。近年来.随着甲醇合成铜基催化剂的广泛应用和气体净化水平的提高。粗甲醇生产中的副反应减少和杂质的降低，此工艺流程己经很少采用。三塔精馏工艺技术是为减少甲醇在精馏中的损耗和提高热利用率，而开发的一种先进、高效和能耗较低的工艺流程。近年来在大、中型企业中得到了推广和应用。2.2.3 精馏塔的选择精馏塔市粗甲醇精馏工序的关键设备，它直接制约着生产装置的产品质量、消耗、生产能力及对环境的影响。所以要根据企业的实

27、际条件选择合适的高效精馏塔。四种塔中填料塔和新型垂直筛板性质更加优越，同时考虑到新型垂直筛板是一种新型塔，目前使用很少，技术难得，而填料塔使用较普遍，技术非常成熟，所以设计选用了填料塔。2.2.4 生产工艺参数预塔：入塔温度 65，塔顶放空温度 40，预精馏后甲醇比重维持在 0.87，预精馏后甲醇 pH 值宜控制在 8 ；加压塔：塔底釜液压强 0.6Mpa，温度 125，塔顶气体压强 0.6Mpa ，温度 122，常压塔：塔顶气体压强 0.13Mpa，温度 67。平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 10 页第 3 章 工艺流程3.1 甲醇合成工艺流程来自脱碳装置的新鲜气（40，3.

28、4MPa）与循环气一起经甲醇合成气压缩机（C7001）压缩至 5.14MPa 后，经过入塔气预热器（E7001）加热到 225，进入甲醇合成塔（R7001）内，甲醇合成气在催化剂作用下发生如下反应：CO + 2H2 = CH3OH + QCO2 + 3H2 = CH3OH + H2O + Q甲醇合成塔（R7001）为列管式等温反应器，管内装有 XNC-98 型甲醇合成催化剂，管外为沸腾锅炉水。反应放出大量的热，通过列管管壁传给锅炉水，产生大量中压蒸汽（3.9MPa 饱和蒸汽） ，减压后送至蒸汽管网。副产蒸汽确保了甲醇合成塔内反应趋于恒定，且反应温度也可通过副产蒸汽的压力来调节。甲醇合成塔（R7

29、001）出来的合成气（255，4.9MPa） ，经入塔气预热器（E7001） ，甲醇水冷器（E7002A，B） ，进入甲醇分离器（V7002 ） ，粗甲醇在此被分离。分离出的粗甲醇进入甲醇膨胀槽（V7003） ，被减压至 0.4MPa 后送至精馏装置。甲醇分离器（V7002）分离出的混合气与新鲜气按一定比例混合后升压送至甲醇合成塔（R7001）继续进行合成反应。从甲醇分离器（V7002）出来的循环气在加压前排放一部分弛放气，以保持整个循环回路惰性气体恒定。弛放气减压后去燃气发电系统；甲醇膨胀槽（V7003 ）顶部排出的膨胀气去燃料气系统。合格的锅炉给水来自变换装置；循环冷却水来自界区外部。汽包

30、（V7001）排污，经排污膨胀槽（V7006）膨胀减压后就地排放。3.2 甲醇精馏工艺流程来自甲醇合成装置的粗甲醇（40，0.4MPa） ，通过预塔进料泵（P8002A,B） ，经粗甲醇预热器加热至 65，进入预精馏塔（ T8001） ，预塔再沸器（E8004）用 0.4MPa 的低压蒸汽加热，低沸点的杂质如二甲醚等从塔顶排出，冷却分离出水后作为燃料；回收的甲醇液通过预塔回流泵（P8003A,B ）作为该塔回流液。预精馏塔（T8001 ）底部粗甲醇液经加压塔进料泵（P8004A,B）进入加压精馏塔（T8002） ，加压塔再沸器（E8005）以 1.3MPa 低压蒸汽作为热源，加压塔塔顶馏出甲醇

31、气体（0.6MPa，122 ）经常压塔再沸器（E8007A，B）后，甲醇气被冷凝，精甲醇回到加压塔回流槽（V8004 ） ，一部分精甲醇经加压塔回流泵（P8005A，B） ，回到加压精馏塔（T8002）作为回流液，另一部分经加压塔甲醇冷却器平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 11 页（E8006）冷却后进入精甲醇计量槽（V8007A，B ）中。加压精馏塔（T8002 ）塔底釜液（0.6MPa，125 ）进入常压精馏塔（T8003） ，进一步精馏。常压塔再沸器（E8007A，B）以加压精馏塔（T8002）塔顶出来的甲醇气作为热源。常压精馏塔（ T8003）顶部排出精甲醇气（0.13M

32、Pa，67 ） ，经常压塔冷凝冷却器（E8008）冷凝冷却后一部分回流到常压精馏塔（T8003） ，另一部分打到精甲醇计量槽（V8007A，B）内贮存。产品精甲醇由精甲醇泵（P8008A，B）从精甲醇计量槽（V8007A，B）送至甲醇罐区装置。为防止粗甲醇中含有的甲酸、二氧化碳腐蚀设备，在预塔进料泵（P8002A，B）后的粗甲醇溶液中配入适量的烧碱溶液，用来调节粗甲醇溶液的 PH 值。甲醇精馏系统各塔排出的不凝气去燃料气系统。由常压精馏塔（T8003）底部排出的精馏残液经废水冷却器（ E8009）冷却至 40后，由废水泵（P8007A，B ）送到生化处理装置。由甲醇精馏来的精甲醇贮存到精甲醇贮

33、槽（V9101A，B）中。精甲醇贮槽为两台10000m3 的固定顶贮罐，贮存量按 15 天产量计。当甲醇外运时，启动精甲醇泵（P9101A,B） ，将甲醇输送到甲醇装卸栈台，通过火车鹤管进入火车槽车，通过汽车鹤管进入汽车槽车。甲醇装卸栈台共设有 12 台火车鹤管和 6 台汽车鹤管，根据精甲醇泵（P9101A,B）的能力，至少有三台槽车同时装料。3.3 氨吸收制冷流程由净化装置（NHD 脱硫脱碳工段）及醋酸装置来的气氨（-15 ，0.22MPaA） ，进入本装置，经过冷器（E2503）与出工段的液氨换热，升到 23.8进入吸收器（R2501AB、 R2502AB） ，被由溶液热交换器（ E250

34、2A，B）来的稀氨水（47 ）吸收为浓氨水（37） 。其吸收反应热由冷却水带出。浓氨水由氨水泵（P2501A、B）加压，经溶液热换热器，与来自精馏塔塔釜稀氨水（140 ）换热，升到 114，进入精馏塔（T2501A 、B）中部进行精馏。蒸出的气氨经塔顶回流冷凝器，进入氨冷凝器（E2504AD） ，冷凝为液氨，进入液氨贮槽，然后液氨经过冷器换热，过冷到 16.9送到用户。来自 NHD 脱硫工段的变换气（182） ，进入本工段再沸器（E2501A，B）后，再经冷凝液分离器（V2504A，B）后返回到变换甲烷工段，为精馏氨水提供热源。由精馏塔出来的氨水，经（立式）膜式再沸器，蒸出气氨及稀氨水混合液，

35、返回到精馏塔。稀氨水由塔底出来进入溶液热交换器。整个装置形成气氨吸收，浓氨水精馏，冷凝液平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 12 页氨的循环系统，为用户提供冷量。来自合成、净化的循环水装置的循环冷却水，分别进入吸收器，冷凝器，塔顶回流冷却器，分别移出氨的反应热和冷凝热。第 4 章 工艺计算4.1 物料衡算4.1.1 精馏工段工厂设计为年产精甲醇 20 万吨，开工时间为每年 330 天，采用连续操作，则每小时精甲醇的产量为 25.25 吨，即 25.25 t/h。精馏工段通过三塔高效精馏工艺，精甲醇的纯度可达到 99.9%，符合精甲醇国家一级标准。三塔精馏工艺中甲醇的收率达 97%。

36、则入预精馏塔的粗甲醇中甲醇量 25.25 / 0.97=26.03t/h。由粗甲醇的组成通过计算可得下表： 表 2 粗甲醇组成组分 百分比 产量甲醇 93.40% 813.50kmol/h 即 18222.40m3/h 二甲醚 0.42% 2.53 kmol/h 即 57.00 m3/h高级醇（以异丁醇计） 0.26% 0.98kmol/h 即 21.94 m3/h高级烷烃（以辛烷计） 0.32% 0.78kmol/h 即 17.52m3/h水 5.6% 86.72kmol/h 即 1942.36m3/h粗甲醇 100% 28.87t/h注；设计中的体积都为标准状态下计算方法:粗甲醇 =26.

37、03 / 0.9340 = 27.87 t/h二甲醚 =27.870.42% = 117.05 kg/h 即 2.53 kmol/h ，57.00 m 3/h高级醇（以异丁醇计）= 27.870.26% = 72.48kg/h 即 0.98kmol/h ，21.94m 3/h高级烷烃（以辛烷计）=27.870.32% = 89.22 kg/h 即 0.78kmol/h，17.52m 3/h水 =27.875.6% = 1561.28 kg/h 即 86.72kmol/h，1942.36m 3/h平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 13 页图图 2 合成物料流程图4.1.2 合成工段

38、（1）合成塔中发生的反应:主反应 CO+2H2=CH3OH （1） CO2+3H2=CH3OH +H2O （2） 副反应 2CO+4H2=（CH 3O） 2+H2O （3） CO+3H2=CH4+H2O （4） 4CO+8H2=C4H9OH+3H2O （5）8CO+17H2=C18H18+8H2O （6）出 塔 气入 塔 气粗 甲 醇出 分 离 器 气 体 循 环 气弛 放 气新 鲜 气平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 14 页CO2+H2=CO+H2O （7） （2）工业生产中测得低压时，每生产一吨粗甲醇就会产生 1.52 m3（标态）的甲烷，即设计中每小时甲烷产量为 1.90

39、 kmol/h ，42.38m 3/h。由于甲醇入塔气中水含量很少，忽略入塔气带入的水。由反应（3） 、 （4） 、 （5） 、 （6）得出反应（2） 、 （7）生成的水分为；86.721.902.540.9830.788 =73.06 kmol/h 由于合成反应中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要发生逆变反应生成一氧化碳，且入塔气中二氧化碳的含量一般不超过 5%，所以计算中忽略反应（2） 。则反应（7）中二氧化碳生成了 73.06 kmol/h，即 1636.54 m3/h 的水和一氧化碳。（3） 粗甲醇中的溶解气体量粗甲醇中气体溶解量查表 5Mpa、40时，每一吨粗甲醇中溶解其他组成如下

40、表 20 ：表 3 1 吨粗甲醇中合成气溶解情况气体 H2 CO CO2 N2 Ar CH4溶解量（m 3/t 粗甲醇） 4.364 0.815 7.780 0.365 0.243 1.680CO= 28.874.364 = 22.72m3/h 即 1.02kmol/hCO2 = 28.874.364 = 216.84m3/h 即 9.68kmol/hN2 = 28.874.364 = 10.18m3/h 即 0.46kmol/Ar = 28.874.364 = 6.78m3/h 即 0.30 kmol/hCH4 = 28.874.364 = 46.82 m3/h 即 2.10kmol/h（4

41、）粗甲醇中甲醇扩散损失40时,液体甲醇中释放的溶解气中,每立方米含有 37014g 的甲醇,假设减压后液相中除二甲醚外,其他气体全部释放出，则甲醇扩散损失G =（121.64+22.72+216.84+10.18+6.78+46.82）0.03714=15.80kg/h 即 0.50 kmol/h，11.04 m 3/h（5） 合成反应中各气体的消耗和生成情况表 4 弛放气组成气体 CH3OH H2 CO CO2 N2 Ar CH4则 粗甲醇中的溶解气体量为：H2 = 28.874.364 = 121.64 m3/h 即 5.44 kmol/h平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 1

42、5 页组成 0.61% 81.82% 9.16% 3.11% 3.21% 0.82% 1.89%表 5 合成反应中消耗原料情况消耗原料气组分 消耗项 单位CO CO2 H2 N2 Ar反应（1） m3/h 16585.86 33171.72反应（3） m3/h 114.00 228.00反应（4） m3/h 42.38 127.14反应（5） m3/h 87.74 175.52反应（6） m3/h 140.20 297.50反应（7） m3/h （1636.54） 1636.54 1636.54注：括号内的为生成量；反应（1）项不包括扩散甲醇和弛放气中甲醇消耗的原料气量表 6 合成反应中生成物

43、情况生成物组分生成项 单位CH4 CH3OH （CH 3O） 2 C4H9OH C18H18 H2O反应（1） m3/h 16585.86反应（3） m3/h 57.00 57.00反应（4） m3/h 42.38 42.38反应（5） m3/h 21.94 65.80反应（6） m3/h 17.52 140.20反应（7） m3/h 1636.54表 7 其他情况原料气消耗消耗原料气组分消耗项 单位CO CO2 H2 N2 Ar CH4粗甲醇中溶解 m3/h 22.72 216.84 121.64 10.18 6.78 46.82扩散的甲醇 m3/h 11.04 22.10弛放气 m3/h

44、9.16%G3.11%G81.20%G 3.21%G0.82%G1.89%G驰放气中甲醇 m3/h 0.61%G1.22%G注：G 为驰放气的量，m 3/h。（6） 新鲜气和弛放气气量的确定平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 16 页CO 的各项消耗总和 = 新鲜气中 CO 的量，即16585.86+114.00+42.38+87.74+140.201636.54+22.72+11.04+0.61%G+9.16%G=15367.40+9.77%G同理 原料气中其他各气体的量= 该气体的各项消耗总和，由此可得新鲜气体中各气体流量，如下表：表 8 新鲜气组成组分 单位 CO CO2 H

45、2 N2 Ar CH4气量 m3/h 15367.40+9.77%G1853.38+3.11%G35780.54+82.42%G10.18+3.21%G6.78+0.82%G4.44+1.89%G新鲜气 m3/h 53022.72+1.0183G新鲜气中惰性气体（N 2 + Ar）百分比保持在 0.42%，反应过程中惰性气体的量保持不变，（N 2 + Ar）=16.96+4.03%G，则 53022.72+1.0183G=（16.96+4.03%G）/0.42%解得 G=5711.20m3/h，即弛放气的量为 5711.20m3/h，由 G 可得到新鲜气的量 58838.44 m3/h由弛放气

46、的组成可得出下表表 9 弛放气组成气体 CH3OH H2 CO CO2 N2 Ar CH4组成 0.61% 81.82% 9.16% 3.11% 3.21% 0.82% 1.89%气量 m3/h 34.84 4637.48 523.14 177.64 183.32 46.86 107.92表 10 新鲜气组成气体 CH4 H2 CO CO2 N2 Ar组成 0.19% 68.81% 27.07% 3.45% 0.33% 0.09%气量 m3/h 112.36 40487.72 15925.38 2031.02 193.50 53.62（7）循环气气量的确定G1 =G 3+G4+G5+G6G 7

47、G 8式中：G 1 为出塔气气量 ； G 3 新鲜气气量 ； G4 循环气气量 ；G5 主反应生成气量； G6 副反应生成气量；G7 主反应消耗气量； G8 副反应消耗气量；G5= 16585.86+11.04+0.61%5711.20=16631.74 m3/hG6= 57.00+57.00+42.38+42.38+21.94+65.80+17.52+140.20+1636.54+1636.54=3717.30 m3/h平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 17 页G7=16585.86+3317.72+11.04+22.08+0.61%5711.203=49895.22 m3/hG8=114.00+228.00+42.38+127.14+87.74+175.48+140.20+297.94+1636.54+1636.54=4485.96 m3/h已知出塔气中甲醇含量为 5.84%，则（G 4