海南大学
毕业设计
题目：年产30万吨甲醇生产车间工艺初步设计学号：XXXX
姓名：XXX
年级：XXX
学院：材料与化工学院
系别：材料科学与工程系
专业：材料科学与工程
指导教师：XXXX
完成日期：XXXX
目录
目录 (2)
一、设计任务书 (3)
二、概述 (5)
三生产方案 (6)
四、工艺论证 (7)
五、物料衡算 (9)
六、能量衡算 (16)
七、设备选型和工艺计算 (21)
八、合成车间的设计 (27)
九、安全生产设计 (28)
十、非工艺专业要求 (28)
十一、三废处理 (29)
十二、经济效益评价 (31)
十三、设计结果评析 (30)
十四、心得体会与致谢 (35)
十五、参考文献 (36)
附录……………………………………………………………………………………图纸
一、设计任务书
（一）课程设计题目
年产30万吨甲醇生产车间工艺初步设计
（二）设计条件
1 原料来源：天然气，海南天然气厂供
2 产品：甲醇（一级）
3生产能力：30万t/a
4 热源条件：
加热剂：天然气燃烧及生产过程的废热
冷却剂：循环水，进口温度≤30℃出口温度≤40℃
5 生产时间：全年连续生产330天，每天工作24小时，三班制。
6 生产厂址：洋浦工业开发区
7 当场天候温度：最高40℃，最低8℃，平均18—25℃
（三）设计任务
1．甲醇（工业一级）生产方法确定、工艺流程设计与论证
2．技术指标、工艺参数和操作条件确定与说明
3．工艺计算——物料衡算、热量衡算（应用SI制）
4．生产设备设计计算与选型。
重点：合成塔和换热器设计计算与选型
5．设计结果汇总表
（1）技术指标、工艺参数和操作条件汇总表
（2）物料衡算汇总表
（3）热量衡算汇总表
（4）生产设备配置汇总表
6．设计绘图（计算机CAD绘制）
（1）带控制点工艺原理流程图一张（A3）。
（2）合成塔工艺条件图或结构尺寸图一份（A3）。
（3）换热器结构示意简图一张（A3）。
（4）生产车间平面、立面布置图一份（A3）。
要求：设计绘图：图形、图标、图幅符合《机械制图标准》要求。
7．设计说明书编写
内容包括：设计任务书，目录，生产方案、工艺流程设计与论证，工艺技术参数、操作条件设计说明，工艺计算，生产设备设计与选型，设计结果汇总，环保措施或方案，经济效益估算，设计结果评析，参考文献，设计附表附图等。（四）设计进度与时间安排
设计选题与准备阶段：2007年11月12日--- 2007年11月23日；
设计实质进行阶段：2008年2月27日--- 2008年5月28日。
1.查阅文献，完成开题报告 3周（07.11.12—07.11.23 ）
2.文献检索、资料查阅 3周（08.2.27—08.
3.17）
3. 甲醇生产工艺流程设计选择与论证 2周（08.3.18—08.3.31）
4.工艺计算2周（08.4.1—08.4.14）
5. 定型设备的选择与非定型设备的设计计算 2周（08.4.15—08.4.28 ）
6．甲醇生产车间设备布置 2周（08.4.29—08.5.12 ）
7. 设计绘图 1周（08.5.13—08.5.19 ）
8. 环保设计、经济效应估算、设计评析 3天（08.5.20—08.5.22 ）
9. 编写设计说明书、核对校正、检查 1周（08.5.23—08.5.26 ）
10.答辩准备 2天（08.5.27—08.5.28 ）
二、概述[1]
甲醇，分子式CH3OH，又名木醇或木精，纯品为无色透明略带乙醇香气的挥发性液体，粗品刺鼻难闻。有毒，饮用后能使双目失明。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nD(20℃)1.3287，表面张力（25℃）45.05mN/m，蒸气压（20℃）12.265kPa，粘度（20℃）0.5945mPa?s。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，爆炸极限为6.0%～36.5%（体积比）。
1923年德国BASF公司率先用合成气在高压下实现甲醇的工业化生产，直至1965年，其期间这种高压法工艺是合成甲醇的唯一方法。于1966年后，随着甲醇工业化生产的发展，各种甲醇生产方法相继出现。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英国的ICI工艺、德国的Lurgi工艺和日本的三菱瓦斯化学公司（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H
2/（CO＋CO
2
）比的原料气，在价格上能够与天
然气原料竞争。
我国甲醇工业化生产始于1957年。50年代末在吉林、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95千吨／年低压法装置，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200千吨／年甲醇生产装置在上海太平洋化工公司顺利投产，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。
甲醇是一种极重要的有机化工原料，也是一种燃料，是碳-化学的基础产品，在国民经济中占有十分重要的地位。近年来，随着甲醇下游产品的开发，特别是甲醇燃料的推广应用，使甲醇的需求逐年大幅度上升。为了更好地满足经济发展对甲醇产品的需求，较好的利用天然气资源，选择“甲醇生产工艺设计”作为毕业设计课题，目的在于通过对该课题的设计，掌握和熟悉甲醇生产过程各环节，更好地开展甲醇生产方法研究和开发甲醇生产工艺，为资源利用、产品优化探索新途径。
本设计选用的课题：“30万t/a甲醇生产车间工艺初步设计”。依据“任务书”规定的设计内容，进行生产方案、工艺流程设计，工艺计算和生产设备设计等。本设计遵循：“符合国情、技术先进、经济环保”的原则，在综合分析诸多甲醇生产方法的基础上，采用“以天然气为原料，经脱硫-二段转化-合成气，在低压下、固定管板列管合成塔中合成甲醇”的技术路线；精甲醇的生产采用：“三塔精馏工艺”。此外，即严格控制“三废”的排放、空气中甲醇的含量以及保证生产安全、环境卫生等方面参照国内外先进经验和方法。
三、生产方案与工艺流程设计
3.1生产方案确定
在天然气经加热到380℃—400℃时，进入填装有钴钼催化剂和氧化锌的脱硫罐中脱去硫化氢及有机硫，使硫含量降到0.5微克每克以下，接着原料气配入水蒸气后于400℃下进入转化炉的对流段，进一步预热到500℃—520℃，然后进入装有镍催化剂的转化管，在管内继续被管外的燃烧气加热，进行转化反应。离开转化管底部的温度为800℃—820℃，经吸收一些热量以后，使温度升到850℃—860℃，并配入少量水蒸气，然后与450℃的红旗混合进入二段转化炉，在顶部燃烧区燃烧，放热，温度升到1200℃左右[6]。再通过催化剂床层继续转化并吸热，然后离开二段转化炉，即得
所需合成气，合成气此时成分含量为CH4 0.19%，H268.81%，CO27.07% ，CO23.45% ，N20.33% ，Ar0.09%。然后合成气经热量吸收后，被压缩到5.14Mpa，加热为225℃后输入固定管板列管合成塔反应，合成塔出口甲醇浓度为3.0—4%。出塔合成气与入塔气换热后进入甲醇冷却器。用水冷却至40℃以下以冷凝出甲醇。合成气于分离甲醇后循环使用。甲醇分离器出来的粗甲醇经过三塔精馏，产品纯度可达到99.9%，即得合格的精甲醇产品。
3-2工艺流程设计与论证
经综合分析甲醇生产的各种工艺路线，本设计选用：以天然气为原料，经脱硫-二段转化-合成气，在低压下、固定管板列管合成塔中合成甲醇；精甲醇的生产采用“三塔精馏工艺”的技术路线。
3-2-1 工艺流程简图
图1天然气甲醇的简单工艺流程
工艺流程简述：首先是采用凯洛格法气化工艺将原料天然气转化为合成气；原料天然气先用ZnO脱硫，再通过二段转化炉变为合成气；其次就是甲醇的合成，将合成气加压到5.14Mpa，升温到225℃后输入列管式等温反应器中，在C302催化剂的作用下合成甲醇，再就是甲醇的精馏，本工艺采用三塔精馏工艺将粗甲醇精制得到精甲
醇「7」。
3-2-2 C302甲醇催化剂的主要特性：
催化剂的主要化学组成：CuO≥50%.ZnO≥25%n . Al2O3≥4%，还添加少量助剂.杂质Na2O < 0. 2%；催化剂外形尺寸Ф5 mm×5mm；堆密度1. 2—1.5kg/L；机械破碎强度>100N/cm2。
3-2-3甲醇精馏工艺流程
1、工艺流程简图：
（？）
2、工艺流程简述：
来自甲醇合成装置的粗甲醇（40℃，0.4MPa），通过预塔进料泵，经粗甲醇预热器加热至65℃，进入预精馏塔，预塔再沸器用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作为该塔回流液。预精馏塔底部粗甲醇液经加压塔进料泵进入加压精馏塔，加压塔再沸器以1.3MPa低压蒸汽作为热源，加压塔塔顶馏出甲醇气体（0.6MPa,122℃）经常压塔再沸器后，甲醇气被冷凝，精甲醇回到加压塔回流槽，一部分精甲醇经加压塔回流泵, 回到加压精馏塔作为回流液，另一部分经加压塔甲醇冷却器冷却后进入精甲醇计量槽中。加压精馏塔塔底釜液（0.6MPa ，125℃）进入常压精馏塔，进一步精馏。常压塔再沸器以加压精馏塔塔顶出来的甲醇气作为热源。常压精馏塔顶部排出精甲醇气（0.13MPa ，67℃），经常压塔冷凝冷却器冷凝冷却后一部分回流到常压精馏塔，另一部分打到精甲醇计量槽内贮存。产品精甲醇由精甲醇泵从精甲醇计量槽送至精甲醇贮罐装置。
3、工艺说明：
（1）为防止粗甲醇中含有的甲酸、二氧化碳等腐蚀设备，在预塔进料泵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。
（2）甲醇精馏系统各塔排出的不凝气进入燃料气系统。
（3）由常压精馏塔底部排出的精馏残液经废水冷却器冷却至40℃后，由废水泵送到生化处理装置。
（4）由甲醇精馏来的精甲醇贮存到精甲醇贮槽中。精甲醇贮槽为两台30000m3的固定贮罐，贮存量按15天产量计。
五、物料衡算
5-1 工艺技术参数
5-1-1 合成工段的工艺参数[2][3]
参阅某化学工程公司的甲醇合成厂的工艺参数资料。具体数据为入塔压力5.14MPa，出塔压力4.9 MPa，副产品蒸汽压力3.9 MPa，入塔温度225℃，出塔温度255℃。年产300000吨甲醇，年开工日为330天，日产为909.09吨，建设期为2年。5-1-2产品质量标准
本产品（精甲醇）执行国家GB338—92标准，具体指标见表1：[4]
表1 产品指标
5-1-3 原料天然气规格[5]
原料天然气的成份分析为V% ：CH4 97.93、C2H6 0.71 、C3H8 0.04、CO2 0.74 、N2 0.56 其他杂质0.02。
5-2 精馏工段
工厂设计为年产精甲醇30万吨，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37.89吨，即37.89 t/h。
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%。则入预精馏塔的粗甲醇中甲醇量37.89 / 0.97=39.06t/h。由粗甲醇的组成通过计算可得下表：
表2 粗甲醇组成
注：设计中的体积都为标准状态下的体积
计算方法：粗甲醇 =39.06 / 0.9340 = 41.82 t/h
二甲醚 = 41.82×1000×0.42% = 175.64 kg/h 即3.81 kmol/h 85.5 m 3/h 高级醇（以异丁醇计）= 41.82×1000×0.26% = 108.72kg/h 即 1.47kmol/h , 32.91 m 3/h
高级烷烃（以辛烷计）=41.82×1000×0.32% = 133.83 kg/h 即1.17kmol/h 26.28m 3/h
水= 41.82×1000×5.6% = 2341.92 kg/h 即130.08kmol/h 2913.54 m 3/h
图2合成物料流程图
5-3 合成工段
5-3-1 合成塔中发生的化学反应:
主反应 CO+2H 2=CH 3OH (1)
出塔气
入塔气
粗甲醇
出分离器气体
循环气
弛放气
新鲜气
CO2+3H2=CH3OH +H2O (2)
副反应2CO+4H2=（CH3O）2+H2O (3)
CO+3H2=CH4+H2O (4)
4CO+8H2=C4H9OH+3H2O (5)
CO2+H2=H2O+CO (6)
8CO+17H2=C8H18+8H2O (7)
5-3-2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2.85 kmol/h ，63.57 m3/h。
5-3-3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：
130.08－2.85－3.81－1.47×3－1.17×8 = 109.59 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（6）中由二氧化碳反应生成了109.59 kmol/h，即2454.81 m3/h的水和一氧化碳。5-3-4 粗甲醇中气体溶解量查表5Mp a、40℃时，每一吨粗甲醇中溶解其他组成如下表：
表3每吨粗甲醇中合成气溶解情况
则粗甲醇中的溶解气体量为：
H2 = 41.82×4.364 = 182.50 m3/h 即8.16kmol/h
CO=41.82×0.815= 34.08 m3/h 即1.53kmol/h
CO2 =41.82×7.780 = 325.26m3/h 即14.52kmol/h
N2 =41.82×0.365 =15.27m3/h 即0.69kmol/
Ar =41.82×0.243 = 10.17m3/h 即0.15 kmol/h
CH4 =41.82×1.680 = 70.23 m3/h 即3.15kmol/h
5.3.5 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 =（182.5+325.26+34.08+15.27+10.17+70.23）×0.037014=23.7kg/h
即 0.74 kmol/h，16.58 m3/h
5.3.6 合成反应中各气体的消耗和生成情况
表4 弛放气组成
表5合成反应中消耗原料情况
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合成反应中生成物情况
表7其他情况原料气消耗
注：G 为驰放气的量，m3/h。
5.3.7 新鲜气和弛放气气量的确定
CO 的各项消耗总和= 新鲜气中CO 的量，即
24878.79+171.00+63.57+131.61+210.30－2454.81+34.08+16.56+0.61%G+9.16%G =23051.1+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
新鲜气中惰性气体（N2 + Ar）百分比保持在0.42%，反应过程中惰性气体的量保持不变，（N2 + Ar）=25.44+4.03%G，则
79534.08+1.0183G=（25.44+4.03%G）/0.42%
解得G = 8566.80m3/h，即弛放气的量为8566.80 m3/h ，由G 可得到新鲜气的量88257.66 m3/h
由弛放气的组成可得出下表9和表10。
表9 弛放气组成
表10 新鲜气组成(合成气)
5.3.8 循环气气量的确定
G1 =G 3+G4+G5+G6－G7－G8
式中：G1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= 24878.79+16.56+0.61%×8566.80=24947.60
G6= 85.50+85.50+63.57+63.57+32.91+98.7+26.28+210.30+2454.81+2454.81=5575.8
G7=24878.79+4976.58+16.56+33.12+0.61%×8566.80×3=74842.83
G8=171.00+342.00+63.57+190.71+131.61+263.28+210.30+446.91+2454.81+2454.81=67 28.94
已知出塔气中甲醇含量为5.84%，则
（G 4×0.61%+8566.80×0.61%+24878.79+16.56）/ G1=0.0584
解得G4= 434921.07m3/h
循环气气量计算汇总见表11
表11 循环气组成
5.3.9 循环比，CO及CO2单程转化率的确定
循环比R= G4/G 3 =434921.07/88257.66=4.93
CO单程转化率：(23017.02+52.26)/(23888.07+39838.77)=0.3620 即36.2% CO2单程转化率：2454.81/(3046.53+13526.04)=0.1481 即14.81%
5.3.10 入塔气和出塔气组成
G1 =G 3+G4+G5+G6－G7－G8=472268.82m3/h ;21083.34 kmol/h
G2= G3+G4 =523178.7m3/h ;23356.2 kmol/h G2 为入塔气气量
表12 入塔气组成
气体CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4
组成0.06% 79.11% 12.18% 3.17% 2.72% 0.70% 1.60%
气m3/h 2653.02 413887.5 63726.84 16572.57 14251.23 3646.80 8388.54 量kmol/h 13.32 18477.12 2844.96 739.86 636.21 162.81 386.49
表13 出塔气组成
气体H 2 CO CO2 N2 Ar CH3OH
组成76.29% 8.61% 2.93% 3.02% 0.77% 5.84%
气m3/h 360294.63 40657.56 13851.33 14251.23 3646.8 27600.63
量kmol/h 16084.59 1815.06 618.36 636.81 162.81 1232.16
气体CH4 （CH3O）2C4H9OH C18H18H2O
组成 1.79% 0.018% 0.007% 0.006% 0.62%
气m3/h 8452.11 85.5 32.91 26.28 2912.28
量kmol/h 377.28 3.81 1.47 1.17 130.02
计算过程：入塔气CO=循环气中CO+新鲜气中CO
即23888.79+39838.77=63726.84 m3/h
同理可得其他气体气量;
出塔气中CO=入塔气中C O－反应消耗的CO+反应中生成的CO
即 63726.84－24878.79－171.00－63.57－131.61－210.30－16.56－0.61%×8566.80+2454.81=40657.56 m 3/h
同理得其他气体气量
5.3.11 甲醇分离器出口气体组成的确定
分离器出口气体组分=循环气气体组分+弛放气气体组分；则分离器出口气体中CO 气量=循环气中CO + 弛放气中CO = 39838.68+784.71=40623.48 m 3/h 即 1813.56kmol/h ；同理可算得其他气体的气量。
表14 分离器出口气体组成
气体 CH 3OH H 2 CO CO 2 N 2 Ar CH 4 组成 0.61% 81.82% 9.16% 3.11% 3.21% 0.82% 1.89% 气m 3/h 2705.46 360112.02 40623.75 13792.80 14235.66 3636.87 8381.85 量kmol/h 120.78 16076.43 1813.56 615.75 635.52 162.36 374.19
表15 入塔气组成
气体 CH 3OH H 2 CO CO 2 N 2 Ar CH 4 组成 0.06% 79.11% 12.18% 3.17% 2.72% 0.70% 1.60% 气m 3/h 2653.02 413887.5 63726.84 16572.57 14251.23 3646.80 8388.54 量 kmol/h 13.32 18477.12 2844.96 739.86 636.21 162.81 386.49
5.4 原料计算
合成气总含C 量 a=13.32+2844.96+739.86+386.49=3984.63kmol/h 每立方米天然气中C 含量 ：
b =
?100
1（
010
.449760
.174.0097.440102.204.007.303553.171.0043.1671.093.97?+
?+?+?）
=0.044461kmol/m 3
则每小时天然气用量 C =a/b ≈8.96×104m 3/h 燃料用天然气 8.7×103 m 3/h ，总用量9.83×104 m 3/h
六、能量衡算
6.1合成工段热衡算
6.1-1 合成塔的热平衡计算
计算公式
全塔热平衡方程式为：∑Q1 +∑Qr = ∑ Q2 + ∑Q3+ Q （1）式中：Q1——入塔气各气体组分焓，kJ/h；
Qr ——合成反应和副反应的反应热，kJ/h；
Q2 ——出塔气各气体组分焓，kJ/h；
Q
3
——合成塔热损失，kJ/h；
Q——沸腾水吸收热量，kJ/h。
∑Q1=∑（G1×Cm1×Tm1）（2）
式中： G
1
——入塔气各组分流量，m3/h；
Cm
1
——入塔各组分的比热容，kJ/（m3.k）；
Tm
1
——入塔气体温度，k；
∑Q2=∑（G
2
×Cm2×Tm2）（3）
式中： G
2
——出塔气各组分流量m3/h；
Cm
2
——出塔各组分的热容，kJ/（m3.k）；
Tm
2
——出塔气体温度，k；
∑Qr= Qr1 +Qr2 +Qr3+ Qr4+ Qr5 +Qr6+ Qr7 （4）
式中：Qr
1、Qr
2、Qr
3
、Qr
4
、Qr5、Qr
6
、——分别为甲醇、甲烷、二甲醚、异丁醇、辛烷、水的生成热，kJ/h；
Qr7——二氧化碳逆变反应的反应热，kJ/h
Qr=Gr×△H （5）
式中： Gr——各组分生成量，kmol/h；
△H——生成反应的热量变化，kJ/mol
6.1.2入塔热量计算
通过计算可以得到5.14Mpa，225℃时各入塔气气体的热容，根据入塔气各气体组分量，算的甲醇合成塔入塔热量如下表：
表16甲醇合成塔入塔热量
气体CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4
热容kJ/（kmol.k）67.04 29.54 29.88 44.18 29.47 25.16 46.82
气量kmol /h 13.32 18477.12 2844.96 739.86 636.21 62.81 374.49
入塔热量kJ/（h.k）895.98 545814.12 85010.88 32687.01 18749.1 4096.29 17533.62 入塔热量合计为704784.00 kJ/（h.k）
所以∑Q1=704784.00×498.15＝3.511×108 kJ/h
6.1.3塔内反应热的计算
忽略甲醇合成塔中的反应(2)生成的热量,按反应(1)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、生成的热量如下表:
表17甲醇合成塔内反应热
气体CH3OH ( CH3 )2O C4H9OH C8H18CH4 CO
生成热kJ/mol 102.37 49.62 200.39 957.98 115.69 －42.92
生成量kmol /h 1220.25 3.81 1.47 1.14 130.08 109.59
反应热kJ/h 124916992.5 189052.20 294573.30 1120836.60 15048955.20－4703602.80
反应热合计∑Q1=1.369×108 kJ/h
6.1.4塔出口气体总热量计算
表18甲醇合成塔出塔气体组分热容和热量
气体H 2 CO CO2 N2 Ar CH3OH
热容kJ/（kmol.K）29.56 30.01 45.04 29.61 25.16 72.05
气量kmol/h 16084.59 1815.06 618.36 636.21 162.81 1232.16
出塔热量kJ/（h.k）475460.49 54469.95 27850.92 18834.63 162.81 1232.16 气体CH4 （CH3O）2C4H9OH C18H18H2O 合计
热容kJ/（kmol.K）48.14 18.03 19.23 101.73 36.25
气量kmol/h 377.28 3.81 1.47 1.14 130.02
出塔热量kJ/（h.k）18162.27 68.70 28.29 115.98 4713.24 692575.98
出塔气体温度255℃即528.15k
=692575.98×528.15＝3.658×108kJ/h
Q
2
6.1.5全塔热量损失的确定
全塔热损失为4%,即Q
=(∑Q1 +∑Qr)×4%=(3.511×108+1.369×108)
3
×4%=1.95×107 kJ/h
6.1.6沸腾水吸收热量的确定
由公式(1)可得Q=∑Q1 +∑Qr －∑ Q2 - ∑Q3=1.027×108kJ/h
表19 全塔热平衡表
气体气体显热反应热损失热蒸汽吸收热合计
入塔气体kJ/h 3.511×108 1.369 ×108 4.880×108
出塔气体kJ/h3.658×108 1.95×107 1.027×108 4.880×108
6.2 入塔气换热器的热量计算
6.2.1入换热器的被加热气体热量的确定
表20入换热器被加热气体各组分热容和显热
气体CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4
热容kJ/（kmol.k）95.87 29.25 29.44 38.47 29.47 25.18 39.66
气量kmol /h 13.32 18477.12 2844.96 739.86 636.21 162.81 374.49
热量kJ/（h.k）1276.98 540455.76 83755.62 28462.41 18749.1 4096.29 14852.28
合计：入换热器的被加热气体热量为691648.44 kJ/（h.k），入口温度为40℃，
691648.44×313.15=2.166×108 kJ/h
6.2.2出换热器的被加热气体热量的确定
出换热器的被加热气体显热=入合成塔气体的显热，即3.511×108kJ/h
6.2.3入换热器的热气体热量的确定
入换热器的加热气体显热=出合成塔气体的显热，即3.658×108kJ/h
6.2.4出换热器的热气体热量的确定
被加热气体吸收的热量=出换热器的被加热气体显热－入换热器的被加热气体显热=3.511×108－2.166×108=1.345×108kJ/h ，所以
出换热器的加热气体显热量=入换热器的加热气体显热－被加热气体吸收的热量=3.658×108－1.345×108=2.313×108kJ/h
6.2.5 出换热器的加热气体的温度的确定
假设出换热器的加热气体各组分热容与出塔时相同，则出口温度为
2.313×108/6.916×105=33
3.95k 即 60.8℃
6.3 水冷器热量的计算
6.3.1 水冷器热平衡方程
Q1+Q2=Q3+Q4+Q5
式中：Q1——入换热器气体显热，KJ/h；
Q2——气体冷凝放热，KJ/h；
Q3——出水冷器气体显热，KJ/h；
Q4——粗甲醇液体显热，KJ/h；
Q5——冷却水吸热，KJ/h。
6.3.2水冷器入口气体显热的确定
水冷器入口气体的显热=入塔气换热器出口加热气体的显热，即2.313×108kJ/h 6.3.3水冷器出口气体显热的确定
表21水冷器出口气体各组分热容和热量
气体CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4
热容kJ/（kmol.k）95.87 29.25 29.44 38.47 29.47 25.18 39.66
气量kmol /h 120.78 16076.43 1813.56 615.75 635.52 162.36 120.78
热量kJ/（h.k）11579.19 470235.57 53391.21 23687.91 18728.76 4084.98 14840.37
合计：水冷器出口气体显热596547.99 kJ/（h.k）；出口温度40℃，
出口气体显热=596547.99×313.15＝1.868×108 kJ/h
6.3.4 出水冷器的粗甲醇液体热量的确定
表22粗甲醇中液体组分气化热和液体热容
组分（CH3O）2C4H9OH C18H18H2O CH3OH
化学工程与工艺专业毕业设计-年产30万吨甲醇生产工艺初步设计
海南大学 毕业设计 题目：年产30万吨甲醇生产工艺初步设计学号：20060124059 姓名：胡文涛 年级：2006级 学院：材料与化工学院 系别：化工系 专业：化学工程与工艺 指导教师：张德拉徐树英 完成日期：2010年5月20日
摘要 甲醇是简单的饱和脂肪醇，分子式为CH3OH。它是重要的化工原料和清洁燃料，用途广泛，在国民经济中占有十分重要的地位。近些年，随着甲醇下游产品的开发及甲醇作为燃料的推广，甲醇的需求量大幅增长。因此，经过分析比较各种生产原料、合成工艺后，本设计采用焦炉煤气为原料年产30万吨甲醇，以满足国内需求。 设计遵循“技术先进、工艺成熟、经济合理、安全环保”等原则，在充分论证国内外各种先进生产方法、工艺流程和设备配置基础上，选用以原料气经“栲胶脱硫、干法脱硫、甲烷转化、催化合成、三塔精馏”工艺路线生产甲醇。设计的重点工艺流程设计论证，甲醇合成工段及三塔精馏工段的工艺计算及设备设计选型。主要设备合成塔选用Lurgi塔，常压精馏塔选用浮阀塔。此外，在设计中充分考虑环境保护和劳动安全的同时，以减少“三废”排放，加强“三废”治理，确保安全生产，消除并尽可能减少工厂生产对职工的伤害。 关键词：煤气脱硫转化合成精馏工艺设计
一．总论 1．概述 1.1甲醇的性质 甲醇是饱和醇系列中的代表，在常温常压下，纯甲醇是无色、不流动、易挥发、可燃的有毒液体，有类似于乙醇的性质。甲醇可与水、丙酮、醇类、酯类及卤代烷类等很多有机溶剂互溶，但不能与脂肪烃类化合物互溶。甲醇是最简单的饱和脂肪醇，具有脂肪醇的化学性能，其化学性很活泼，如氧化反应、氨化反应、酯化反应、羟基化反应、卤化反应、脱水反应、裂解反应等。其主要物理性质如下表： 表1-1 甲醇的主要物理性质[1]项目数值项目数值液体密度／ kg·m－3 793.1 临界常数 蒸汽密度／kg·m－31.43 临界温度 ﹙T c﹚／℃ 240 沸点／℃64.65 临界压力 ﹙p c﹚／MPa 7.97 熔点／℃－ 97.8 生成热／kJ·mol －1 闪点／℃气体﹙25℃﹚－ 201.22 开杯法16.0 液体﹙25℃﹚－ 238.73 闭杯法12.0 燃烧热／kJ·mol
太原理工大学化学化工学院 《化工设计》课程设计讲明书 年产20万吨甲醇制二甲醚生产工艺初步设计
学生学号：2009002273 学生姓名：武晓佩 专业班级：化工工艺0904 指导教师：郑家军 起止日期： 2012.11.26～2012.12.21
化工设计课程设计任务书
摘要 作为LPG和石油类的替代燃料，目前二甲醚(DME)倍受注目。DME 是具有与LPG的物理性质相类似的化学品，在燃烧时可不能产生破坏环境的气体，能廉价而大量地生产。与甲烷一样，被期望成为21世纪的能源之一。目前生产的二甲醚差不多上由甲醇脱水制得，即先合成甲醇，然后经甲醇脱水制成二甲醚。甲醇脱水制二甲醚分为液相法和气相法两种工艺，本设计采纳气相法制备二甲醚工艺。将甲醇加热蒸发，甲醇蒸气通过γ-AL2O3催化剂床层,气相甲醇脱水制得二甲醚。气相法的工艺过程要紧由甲醇加热、蒸发、甲醇脱水、二甲醚冷凝及精馏等组成。要紧完成以下工作： 1）精馏用到的二甲醚分离塔和甲醇回收塔的塔高、塔径、塔板布置等的设计； 2）所需换热器、泵的计算及选型； 关键词：二甲醚，甲醇，工艺设计。
Abstract: As LPG and oil alternative fuel, DME has drawn attentions at present. Physical properties of DME is similar for LPG, and don’t produce combustion gas to damage the environment, so, It can be produced largely. Like methane, DME is expected to become 21st century energy resources., DME is prepared by methanol dehydration, namely, synthetic methanol first and then methanol dehydration to dimethyl etherby methanol dehydration. Methanol dehydration to DME is divided into two kinds of liquid phase and gas-phase process. This design uses a process gas of dimethyl ether prepared by dimethyl. Heating methanol to evaporation, methanol vapor through the γ-AL2O3catalyst bed, vapor methanol dehydration to dimethyl etherby. This process is made of methanol process heating, evaporation, dehydration of methanol, dimethyl ether condensation and distillation etc. Completed for the following work: 1) Distillation tower used in separation of dimethyl ether and methanol recovery , column height of tower ,diameter, arrangement of column plate etc; 2) The calculation and selection of heat exchanger, pump;
年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计 摘要 甲醇是一种极重要的有机化工原料，也是一种燃料，是碳一化学的基础产品，在国民经济中占有十分重要的地位。近年来，随着甲醇下属产品的开发，特别是甲醇燃料的推广应用，甲醇的需求大幅度上升。为了满足经济发展对甲醇的需求，开展了此20万t/a的甲醇项目。设计的主要内容是进行工艺论证，物料衡算和热量衡算等。本设计本着符合国情、技术先进和易得、经济、环保的原则，采用煤炭为原料；利用GSP气化工艺造气；NHD净化工艺净化合成气体；低压下利用列管均温合成塔合成甲醇；三塔精馏工艺精制甲醇；此外严格控制三废的排放，充分利用废热，降低能耗，保证人员安全与卫生。 关键词：甲醇、合成、精馏。
abstract Methanol is a kind of extremely important organic industrial chemicals, and a kind of fuel too, it is the basic products of the chemistry of carbon one. It is very important in national economy. In recent years, with the development of the products that are made from methanol, especially the popularization and application of the fuel of methanol, the demand for the methanol rises by a large margin. In order to satisfy economic development's 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, technologically 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 keeping 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. 目录
设计任务书 设计（论文）题目：年产40万吨甲醇合成工艺 设 学院：内门古化工职业学院 专业：应用化工技术 班级：应化09-4班 学生：张琦 指导教师：杨志杰李秀清
1．设计（论文）的主要任务及目标 (1) 结合专业知识和工厂实习、分析选定合适的工艺参数。 (2) 进行工艺计算和设备选型能力的训练。 (3) 进行工程图纸设计、绘制能力的训练。 2．设计（论文）的基本要求和内容 (1) 本车间产品特点及工艺流程。 (2) 主要设备物料、热量衡算、结构尺寸计算及辅助设备的选型计算。 (3) 参考资料 3．主要参考文献 [1] 谢克昌、李忠.甲醇及其衍生物.北京.化学工业出版社.2002.5～7 [2] 冯元琦.联醇生产.北京.化学工业出版社.1989.257～268. [3] 柴诚敬、张国亮。化工流体流动与传热。北京。化学工业出版社。2000.525-530 4．进度安排 设计（论文）各阶段名称起止日期 1 收集有关资料 20111-01-28~2010-02-11 2 熟悉资料，确定方案 2010-02-12~2010-02-26 3 论文写作 2010-02-27~2010-03-19 4 绘制设计图纸 2010-03-20~2010-04-03 5 准备答辩 2010-4-10 目录 摘要 (1) 第1章甲醇精馏的工艺原理 (2) 第1.1节基本概念 (2) 第1.2节甲醇精馏工艺 (3) 1.2.1 甲醇精馏工艺原理 (3) 1.2.2 主要设备和泵参数 (3) 1.2.3膨胀节材料的选用 (6) 第2章甲醇生产的工艺计算 (7) 第2.1节甲醇生产的物料平衡计算 (7) 第2.2 节生产甲醇所需原料气量 (9) 2.2.1生产甲醇所需原料气量 (9) 第2.3节联醇生产的热量平衡计算 (15) 2.3.1甲醇合成塔的热平衡计算 (15) 2.3.2甲醇水冷器的热量平衡计算 (18) 第2.4节粗甲醇精馏物料及热量计算 (21) 2.4.1 预塔和主塔的物料平衡计算 (21) 2.4.2 预塔和主塔的热平衡计算 (25)
优秀论文审核通过未经允许切勿外传 毕业设计任务书 题目：年产30万吨煤制甲醇生产工艺毕业设计函授站：甘肃石化技师学院 专业：化工工艺 班级： 10高级化工工艺 学生姓名：胡文花 指导教师：王广菊
2013年02月03 毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目：年产30万吨煤制甲醇生产工艺毕业设计 函授站：甘肃函授站专业：应用化工技术（工业分析与检验） 班级：甘化专111 （甘分专111）学生姓名：胡文花 指导教师（含职称）：王广菊老师 1．设计（论文）的主要任务及目标 甲醇是一种极重要的有机化工原料，也是一种燃料，是碳化学的基础产品，在国民经济中占有十分重要的地位。近年来，随着甲醇下属产品的开发，特别是甲醇燃料的推广应用，甲醇的需求大幅度上升。为了满足经济发展对甲醇的需求，开展了此20万ta 的甲醇项目。 2．设计（论文）的基本要求和内容 首先是采用GSP气化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。 3.主要参考文献 ［1］徐振刚，宫月华，蒋晓林.CSP加压气流床气化技术及其在中国的应用前景[J].洁净煤技术，1998，（3）:15～18. ［2］李大尚.GSP技术是煤制合成气(或H2)工艺的最佳选择[J].煤化工,2005，（3）:1～6. ［3］林民鸿，张全文，胡新田.NHD法脱硫脱碳净化技术.化学工业与工程技术，1995年，第3期. ［4］李琼玖，唐嗣荣，等.近代甲醇合成工艺与合成塔技术(下)[J].化肥设计，2004，42(1):3～8. ［5］陈文凯，吴玉塘，梁国华，于作龙.合成甲醇催化剂的研究进展.石油化工,1997年，第26卷. ［6］唐志斌，王小虎，付超，于新玲.新型低压甲醇合成催化剂XNC-98的工业应用.石化技术与应用，第5期，第23卷.
1.4.2 甲醇精馏的典型工艺流程甲醇精馏产生工艺有多种，分为单塔精馏，双塔精馏，三塔精馏与四塔精馏(即三塔加回收塔) (1) 单塔流程描述 采用铜系催化剂低压法合成甲醇,由于粗甲醇中不仅还原性杂质的含量大大减少,而且二甲醚的含量几十倍地降低,因此在取消化学净化的同时,可将预精馏及甲醇-水-重组分的分离在一台主精馏塔内同时进行,即单塔流程,就能获得一般工业上所需要的精甲醇。单塔流程更适用于合成甲基燃料的分离,很容易获得燃料级甲醇。 单塔流程(见图1.1)为粗甲醇产品经过一个塔就可以采出产品。粗甲醇塔中部加料口送入,轻组分由塔顶排出,高沸点的重组分在进料板以下若塔板处引出,水从塔底排出,产品甲醇在塔顶以下若干块塔板引出。 (2) 双塔流程描述 双塔工艺是由脱醚塔,甲醇精馏塔或者主塔组成。主塔在工厂中产量在100万吨/年以下,仅仅能提供简单的过程,所以设备和投资较低。 传统的工艺流程，是最早用于30MPa压力下以锌铬催化剂合成粗甲醇的精制。主要步骤有：中和、脱醚、预精馏脱轻组分杂质、氧化净化、主精馏脱水和重组分，最终得到精甲醇产品。在传统工艺流程上，取消脱醚塔和高锰酸钾的化学净化，只剩下双塔精馏(预精馏塔和主精馏塔)。其高压法锌铬催化剂合成甲醇和中、低压法铜系催化剂合成甲醇都可适用。 从合成工序来的粗甲醇入预精馏塔，此塔为常压操作。为了提高预精馏塔后甲醇的稳定性，并尽可能回收甲醇，塔顶采用两级冷凝。塔顶经部分冷凝后的
大部分甲醇、水及少量杂质留在液相作为回流返回塔，二甲醚等轻组分(初馏分)及少量的甲醇、水由塔顶逸出，塔底含水甲醇则由泵送至主精馏塔。主精馏塔操作压力稍高于预精馏塔，但也可以认为是常压操作，塔顶得到精甲醇产品，塔底含微量甲醇及其它重组分的水送往水处理系统（见图1.2）。 (3) 三塔流程描述 三塔工艺是由脱醚塔，加压精馏塔和常压精馏塔组成，形成二效精馏与二甲醇精馏塔甲醇产品的镏出物的混合物。三塔流程（见图1.3）的主要特点是，加压塔塔顶冷凝潜热用作常压塔塔釜再沸器的热源，形成双效精馏二效精馏，因此热量交换在加压塔顶部和常压塔底部之间进行。这种形式节省大约30%~40%的能源，同时降低了循环冷却水的速度。 从合成工序来的粗甲醇入预精馏塔，在塔顶除去轻组分及不凝气，塔底含水甲醇由泵送加压塔。加压塔操作压力为57bar(G)，塔顶甲醇蒸气全凝后，部分作为回流经回流泵返回塔顶，其余作为精甲醇产品送产品储槽，塔底含水甲醇则进常压塔。同样，常压塔塔顶出的精甲醇一部分作为回流，一部分与加压塔产品混合进入甲醇产品储槽。 (4) 四塔流程描述 四塔流程（见图1.4）包含预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔和甲醇回收塔。粗甲醇经换热后进入预精馏塔，脱除轻组分后(主要为不凝气、二甲醚等)，塔底甲醇及高沸点组分加压后进入加压精馏塔，加压精馏塔顶的气相进入冷凝蒸发器，利用加压精馏塔和常压精馏塔塔顶、塔底的温差，为常压塔塔底提供热源，同时对加压塔塔顶气相冷凝。冷凝后的精甲醇进入回流罐，一部分作为加压塔回流，一部分作为精甲醇产品出装置，加压塔塔底的甲醇、高沸组分、
年产50万吨甲醇合成工艺初步设计 摘要 本设计重点讨论了合成方案的选择，首先介绍了国内外甲醇工业的现状、甲醇原料的来源和甲醇本身的性质及用途。其次介绍了合成甲醇的基本原理以、影响合成甲醇的因素、甲醇合成反应速率的影响。在合成方案里面主要介绍了原料路线、不同原料制甲醇的方法、合成甲醇的三种方法、生产规模的选择、改善生产技术来进行节能降耗、引进国外先进的控制技术，进一步提高控制水平，来发展我国甲醇工业及简易的流程图。在工艺条件中，主要介绍了温度、压力、氢与一氧化碳的比例和空间速度。主要设备冷激式绝热反应器和列管式等温反应器介绍。最后进行了简单的物料衡算。 关键词:甲醇，合成塔
一、综述 (一)国内外甲醇工业现状 甲醇是重要的化工原料，应用广泛，主要用于生产甲醛，其消耗量约占甲醇总量的30%～40%;其次作为甲基化剂，生产甲胺、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基叔丁基醚、对苯二甲酸二甲酯;甲醇羰基化可生产醋酸、酸酐、甲酸甲酯、碳酸二甲酯等。其次，甲醇低压羰基化生产醋酸，近年来发展很快。随着碳化工的发展，由甲醇出发合成乙二醇、乙醛、乙醇等工艺正在日益受到重视。国内甲醇装置规模普遍较小，且多采用煤头路线，以煤为原料的约占到78%;单位产能投资高，约为国外大型甲醇装置投资的2倍，导致财务费用和折旧费用高，这些都会影响成本。据了解，我国有近200家甲醇生产企业，但其中10万吨/年以上的装置却只占20%，最大的甲醇生产装置产能也就是60万吨/年，其余80%都是10万吨/年以下的装置。根据这样的装置格局，业内普遍估计，目前我国甲醇生产成本大约在1400,1800元/吨(约200美元/吨)，一旦出现市场供过于求的局面，国内甲醇价格有可能要下跌到约2000元/吨，甚至更低。这对产能规模小，单位产能投资较高的国内大部分甲醇生产企业来讲会加剧增。 而以中东和中南美洲为代表的国外甲醇装置普遍规模较大。目前国际上最大规模的甲醇装置产能以达到170万吨/年。2008年4月底，沙特甲醇公司170万吨/年的巨型甲醇装置在阿尔朱拜勒投产，使得
课题名称：年产3万吨甲醇合成工艺设 计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
毕业设计设计题目：年产10万吨甲醇精馏工段工艺设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
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年产30万吨粗甲醇精馏工段的设计毕业论文目录 第1章总论 (1) 1.1 概述 (1) 1.1.1意义及作用 (1) 1.1.2 国外现状 (1) 1.1.3 产品性质与特点 (4) 1.1.4 产品的生产方法概述 (5) 1.2 设计依据 (5) 1.3 设计规模 (6) 1.4 原料及产品规格 (6) 1.4.1 主要原料规格及技术指标 (6) 1.4.2 产品规格 (6) 第2章设计方案 (8) 2.1 工艺原理 (8) 2.2甲醇精馏工艺论证 (8) 2.2.1精馏工艺和精馏塔的选择 (8) 2.2.2单塔精馏工艺 (8) 2.2.3双塔精馏工艺 (9) 2.2.4三塔精馏工艺 (10) 2.2.5双塔与三塔精馏技术比较 (11)
2.2.6精馏塔的选择 (12) 2.3工艺流程简述 (13) 第3章工艺设计计算 (16) 3.1工艺参数 (16) 3.2 物料衡算的意义和作用 (17) 3.2.1 物料衡算 (17) 3.2.2 总物料衡算表 (20) 3.3热量衡算 (21) 3.3.1预塔热量衡算 (23) 3.3.2主塔热量衡算 (25) 3.3.3常压精馏塔能量衡算 (27) 3.4热量衡算表 (31) 第4章主要设备的工艺计算及选型 (32) 4.1理论板数的计算 (32) 4.1.1常压塔理论塔板计算 (32) 4.2常压精馏塔主要尺寸的计算 (34) 4.2.1常压精馏塔设计的主要依据和条件 (34) 4.2.2初估塔径 (36) 4.2.3塔件设计 (38) 4.2.4塔板流体力学验算 (41) 4.2.5 负荷性能 (43) 4.2.6常压塔主要尺寸确定 (46)
煤制甲醇合成工艺 毕业设计
资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。 毕业设计 题目：年产20万吨煤制甲醇生产工艺初步设计学号： 姓名： 年级：09煤化工 学院： 系别:煤化工系 专业：煤化工指导教师： 完成日期：5月14日
摘要 甲醇是一种极重要的有机化工原料, 也是一种燃料, 是碳一化学的基础产品, 在国民经济中占有十分重要的地位。近年来, 随着甲醇下属产品的开发, 特别是甲醇燃料的推广应用, 甲醇的需求大幅度上升。为了满足经济发展对甲醇的需求, 开展了此20 万t/a 的甲醇项目。设计的主要内容是进行工艺论证, 物料衡算和热量衡算等。本设计本着符合国情、技术先进和易得、经济、环保的原则, 采用煤炭为原料; 利用GSP 气化工艺造气; NHD 净化工艺净化合成气体; 低压下利用列管均温合成塔合成甲醇; 三塔精馏工艺精制甲醇; 另外严格控制三废的排放, 充分利用废热, 降低能耗, 保证人员安全与卫生。 关键词: 甲醇、合成。
目录 1总 论 ............................................................... ? (4) 1.1 甲醇性质 (4) 1.2 甲醇用途 (4) 1.3 醇生产原 料 (4) 2 甲醇的合 成 (5) 2.1 甲醇合成的基本原 理 (5) 2.1.1 甲醇合成反应步骤 (5) 2.1.2 合成甲醇的化学反 应 (5)
2.1.3 甲醇合成反应的化学平 衡 (6) 3 甲醇合成的催化 剂 (6) 3.1 工业用甲醇合成催化 剂 (7) 4 甲醇合成的工艺条 件 (9) 4.1 反应温度 (9) 4.2 压力 (10) 4.3 空速 (10) 4.4 气体组 成 (11) 5 甲醇合成的工艺流 程 (12) 5.1 甲醇合成的方法 (12) 5.2 甲醇合成塔的选
甲醇合成原理方法与工艺 图1煤制甲醇流程示意图 煤气经过脱硫、变换，酸性气体脱除等工序后，原料气中的硫化物含量小于0.1mg／m3。进入合成气压缩机，经压缩后的工艺气体进入合成塔，在催化剂作用下合成粗甲醇，并利用其反应热副产3.9MPa中压蒸汽，降温减压后饱和蒸汽送入低压蒸汽管网，同时将粗甲醇送至精馏系统。 一、甲醇合成反应机理 自CO加氢合成甲醇工业化以来，有关合成反应机理一直在不断探索和研究之中。早期认为合成甲醇是通过CO在催化剂表面吸附生成中间产物而合成的，即CO是合成甲醇的原料。但20世纪70年代以后，通过同位素示踪研究，证实合成甲醇中的原子来源于CO2，所以认为CO2是合成甲醇的起始原料。为此，分别提出了CO和CO2合成甲醇的机理反应。但时至今日，有关合成机理尚无定论，有待进一步研究。 为了阐明甲醇合成反应的模式，1987年朱炳辰等对我国C301型铜基催化剂，分别对仅含有CO或CO2或同时含有CO和CO2三种原料气进行了甲醇合成动力学实验测定，三种情况下均可生成甲
醇，试验说明：在一定条件下，CO和CO2均可在铜基催化剂表面加氢生成甲醇。因此基于化学吸附的CO连续加氢而生成甲醇的反应机理被人们普遍接受。 对甲醇合成而言，无论是锌铬催化剂还是铜基催化剂，其多相(非匀相)催化过程均按下列过程进行： ①扩散——气体自气相扩散到气体一催化剂界面； ②吸附——各种气体组分在催化剂活性表面上进行化学吸附； ③表面吸附——化学吸附的气体，按照不同的动力学假说进行反应形成产物； ④解析——反应产物的脱附； ⑤扩散——反应产物自气体一催化剂界面扩散到气相中去。 甲醇合成反应的速率，是上述五个过程中的每一个过程进行速率的总和，但全过程的速率取决于最慢步骤的完成速率。研究证实，过程①与⑤进行得非常迅速，过程②与④的进行速率较快，而过程③分子在催化剂活性界面的反应速率最慢，因此，整个反应过程的速率取决于表面反应的进行速率。 提高压力、升高温度均可使甲醇合成反应速率加快，但从热力学角度分析，由于CO、C02和H2合成甲醇的反应是强放热的体积 缩小反应，提高压力、降低温度有利于化学平衡向生成甲醇的方向移动，同时也有利于抑制副反应的进行。 二、甲醇合成的主要反应 (1)甲醇合成主要反应 CH3OH CO+2H CO2CH3OH+H2O 同时CO2和H2发生逆变换反应 CO 2CO+H2O
目录 第1章概述 (1) 1.1甲醇性质 (1) 1.2甲醇用途 (2) 1.3甲醇生产工艺的发 (2) 1. 4甲醇生产原料 (3) 第2章工艺流程设计 (3) 2.1合成甲醇工艺的选择 (4) 2.1.1甲醇合成塔的选择 (4) 2.1.2催化剂的选用 (4) 2.1.3合成工序工艺操作条件的确定与论证 (6) 第3章工艺流程 (7) 3.1甲醇合成工艺流程 (7) 第4章工艺计算 (8) 4.1物料衡算 (8) 4.1.1合成工段 (9) 4.2能量衡算.................................................................................................................... 错误！未定义书签。 4.2.1煤发电量......................................................................................................... 错误！未定义书签。 4.2.2合成工段......................................................................................................... 错误！未定义书签。第5章主要设备的计算和选型............................................................................................ 错误！未定义书签。 5.1甲醇合成塔的设计.................................................................................................... 错误！未定义书签。 5.2水冷器的工艺设计.................................................................................................... 错误！未定义书签。 5.3循环压缩机的选型.................................................................................................... 错误！未定义书签。 5.4气化炉的选型............................................................................................................ 错误！未定义书签。 5.5甲醇合成厂的主要设备一览表................................................................................ 错误！未定义书签。第6章合成车间设计............................................................................................................ 错误！未定义书签。 6.1厂房的整体布置设计................................................................................................ 错误！未定义书签。 6.2合成车间设备布置的设计........................................................................................ 错误！未定义书签。第7章设计结果评价............................................................................................................ 错误！未定义书签。参考文献.................................................................................................................................. 错误！未定义书签。致谢 ....................................................................................................................................... 错误！未定义书签。 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
年产30万吨合成甲醇分厂设计
第一章概述 (4) 1.1项目概述 (4) 1.1.1项目名称 (4) 1.1.2项目简介 (4) 1.2设计依据及原则 (4) 1.2.1 设计依据 (4) 1.2.2 设计原则 (4) 1.3工艺特点 (5) 1.4产品方案 (5) 1.5主要物料规格及消耗 (6) 1.6排污要求 (6) 1.7公用工程 (6) 1.8厂址概况 (6) 1.9产品文献综述 (6) 1.9.1产品甲醇简介 (7) 1.10项目建设的目的及意义 (8) 第二章工艺方案的确定及流程模拟 (9) 2.1概述 (9) 2.2甲醇合成的反应及动力学分析 (9) 2.2.1 甲醇合成的反应 (9) 2.2.2 反应动力学分析 (10) 2.3合成工艺 (11) 2.3.1 甲醇生产工艺 (11) 2.3.2 工艺流程的确定 (14) 2.3.3 合成工序工艺操作条件的确定 (16) 2.3.4 催化剂 (17) 2.4工艺流程模拟 (18) 2.4.1 (18) 2.4.2 合成 (19) 2.4.3 分离工段 (20) 第三章物料衡算和热量衡算 (21) 3.1概述 (21) 3.2物料衡算的意义 (21) 3.3物料衡算遵循的原则 (21) 3.4物料衡算结果 (22) 3.4.1 全段工艺的物料衡算 (22) 3.5热量衡算 (33) 3.5.1热量衡算原则 (33) 3.5.2热量衡算 (34) 第四章设备设计及选型 (40) 4.1概述 (40)
4.2.1 列管式反应器内部结构及空速的计算 (40) 4.2.2 反应器内径、壁厚、外径的计算 (41) 4.2.3 反应器塔高的计算 (41) 4.3压缩机的选择 (41) 4.3.1 选型原则 (41) 4.3.2 选型介绍 (41) 4.4闪蒸罐设计 (42) 4.5精馏塔的选择 (42) 4.5.1 精馏段塔径的计算 (42) 4.5.2 提馏段塔径的计算 (44) 4.5.3 塔高的确定： (45) 4.6泵的选择 (45) 4.7换热器的选择 (46) 4.8回流罐，储罐的选择 (47) 4.9设备选型一览表 (48) 第五章总图及车间布置 (51) 5.1总图设计 (51) 5.1．1布置原则 (51) 5.1．2参照要求及标准 (51) 5.1.3 布局情况介绍 (51) 5.1.4反应车间 (55) 5.1.5辅助车间和公用工程 (55) 5.1.6 发展用地及绿化 (56) 5.1.7 其它布局说明 (56) 5.2车间布置 (57) 5.2.1车间布置依据 (57) 5.2.2车间布置原则 (57) 5.2.3 车间整体布置 (57) 5.2.4合成工段车间布置 (58) 第六章自动控制及仪表 (60) 6.1全厂自控水平和主要控制方案 (60) 6.1.1 概述 (60) 6.1.2 自控水平 (60) 6.1.3 主要控制方案 (60) 6.1.4 通讯网络 (61) 6.2仪表选型的确定 (61) 6.2.1 选型原则 (61) 6.2.2 控制室监控系统 (62) 6.3动力供应 (62) 6.3.1 仪表电源 (62) 6.3.2 仪表气源 (62) 6.4典型设备控制方案 (62)
100万吨/年甲醇的市场分析与 生产工艺设计 学生：何鹏邱宝成张建豪 一、市场分析 与其他人的合成工序不同，我首先将市场分析放在首位。这也是突出了市场分析对于生产规模的确定的重要作用，及时捕捉市场的准确动态与否决定了现代企业的生死存亡。能够从以往的公司兴衰历史中总结出经验与教训，在这个竞争如此激烈的时代显得更是十分必要。首先不得不承认一个严峻的事实：国内甲醇产能严重过剩！比较下表<表1-1）的产能与表观消费量的差距就会看出：表1-1 2006～2009年国内供需平衡情况及2018年预测 单位：万t
这对于建甲醇厂可能是个很大的打击，但是时代在向前发展，工业化日益发达，所需的这些基础化工原料的需求量也是在增长的。准确掌握市场动向，生产出符合需求的产品，积极拓展下游产业链，如醇醚燃料和煤基烯烃都是未来的主要发展方向，而且符合国家能源安全战略，这是企业得到良好发展必须具备的战略性意识。 当然肯定不止这些，目前全球主要的甲醇的生产地包括亚洲、中东地区、中南美洲<比较表1-2和1-3），而就消费量来说排在前三的是亚洲、北美和西欧，而中国作为亚洲经济发展的中心，已逐渐成为甲醇的最大消费国，每年的净进口量都在增加，这对于国内的企业来说无疑有了外在投资环境的先天优势。 资料显示，目前国内的甲醇年消耗量仅为2200万吨，国内甲醇企业目前开工率为64%，部分企业迫于出货压力，纷纷调低装置负荷。我国甲醇产能过剩严重且短期难以有所改变的现象亟待引起关注。与此同时，进口甲醇优势明显冲击国内行业，中东地区天然气资源丰富，所以他们主要用天然气为原料生产甲醇，成本低而且质量较好；国内的甲醇企业大多采用煤炭作为原料，与进口甲醇相比存在价格上的先天不足，从而当甲醇价格下跌时容易导致亏损。2018年，除少数企业盈利外，80%以上甲醇企业亏损或持平，甚至连综合成本最低的焦炉煤气制甲醇企业也因焦炭装置负荷率太低、原料供应不足而难以实现盈利。自2005年起国家发改委公布《天然气利用政策》指出，新建或扩建以天然气为原料生产甲醇及甲醇
· 中国矿业大学银川学院 本科毕业设计 （ 15 届） 题目年产8万吨甲醇精馏装置 工艺设计 : 系别化学工程系 专业班级化学工程与工艺（2）班 学生姓名曾豪 指导教师苗泽凯
教务处制 2015年4月25日^ 中文题目：年产8万吨甲醇精馏装置工艺设计毕业设计共54页 图纸共 4张 说明书共1页 完成日期：15年05月01日 答辩日期：15年05月16日 、 ;
《 ： 摘要 本设计是对年产8万吨甲醇精馏装置工艺设计，长期以来，甲醇都是被作为农药，医药，染料等行业的工业原料，但随着科技的进步与发展，甲醇将被应用于越来越多的领域，为了使甲醇的利用更有竞争力，以便得到更纯度的甲醇而设计，设计中所采用的方法，归纳统计法、逐板计算法、演绎推理法。 本设计是以板式塔作为气液传质设备进行原料的分离，通过对精馏工艺进行物料衡、热量衡算、附属设备的选型计算，得到工艺数据从而绘制精馏塔的负荷性能图，确定操作线，分析结果确定设计是否符合要求。 本设计进料组成：水含量%（摩尔分数，下同），甲醇含量%；塔釜产品组成：水含量%，甲醇含量%。通过设计得到的结论：泡点进料，精馏塔塔径，塔高,理论塔板数为19块，实际塔板数为38块，其实实际塔板数精馏段为21块，提馏段为17块，从第22块开始进料，全塔效率%。 本设计通过各工段的计算、分析、绘图，结果基本符合设计要求。 — 关键词：甲醇；精馏段；提馏段；板式塔；性能图。
; 目录 1 概述 (7) （ 甲醇的生产现状及应用 (7) 甲醇的合成方法及工艺 (7) 甲醇的合成所用的原料 (7) 甲醇合成方法 (7) 甲醇的生产工艺及进展 (8) 甲醇的精馏工艺 (8) 2 设计任务 (9) 设计内容 (9) , 本设计所选的工艺流程 (9) 操作条件的选择 (10) 设计依据 (11) 3 精馏工段的物料衡算 (12)
目录 1概述 (1) 1.1甲醇发展现状 (1) 1.2甲醇的发展前景 (1) 1.3甲醇合成 (2) 1.3.1甲醇合成方法及设备简介 (2) 1.3.2甲醇合成工艺流程简介 (2) 1.4甲醇合成催化剂的选择 (3) 2合成工段工艺计算 (4) 2.1合成工段物料衡算 (4) 2.1.1设计条件及参数 (5) 2.1.2合成工段物料衡算 (5) 2.2合成工段热量衡算 (11) 2.2.1合成塔的热量计算 (11) 2.2.2入塔气换热器的热量计算 (13) 2.2.3水冷器热量的计算 (14) 3主要设备的工艺计算和设备选型 (16) 3.1甲醇合成塔的设计选型 (16) 3.1.1传热面积计算 (16) 3.1.2催化剂用量计算 (16) 3.1.3传热管数计算 (16) 3.1.4合成塔壳体直径计算 (16) 3.1.5合成塔壳体厚度计算 (17) 3.1.6合成塔封头计算 (17) 3.1.7管子拉脱力计算 (17) 3.1.8折流板计算 (18)
3.1.9管板计算 (18) 3.1.10支座计算 (18) 3.1.11合成塔设计汇总表 (18) 3.2甲醇合成工段设备一览表 (19)
年产10万吨甲醇合成工段的工艺设计 1概述 1.1 甲醇发展现状 随着我国国民经济不断稳定的发展，不管是能源生产总量还是需求总量都在不断增长。7O年代两次石油危机和石油价格的不断上涨，让世界各国充分认识到当今社会将是能源结构逐步向多元化结构发展的时代[1]。目前，人类己经面临着石油及天然气这一宝贵的化石能源在不断的枯竭，根据我国提出的经济可持续发展的战略，需要合理有效地利用资源。“缺油、少气、富煤”的客观现实，意味着今后30年内，我国一次能源消费以煤为主的格局不会改变。但是我们如果还是沿用落后技术，把煤直接燃烧用于发电和其它工业目的，不断扩大低效、高污染应用技术中煤的用量，则同样是难以为继的，同时对环境的污染将是难以估量的。因此，充分利用丰富的煤炭资源，大力发展洁净煤技术和新一代煤化工技术是非常必要的，既对我国合理利用资源、有效利用能源和促进经济可持续发展具有重要的现实，又对保护国家能源安全具有深远的战略意义[2]。 近年来，我国甲醇市场非常红火，甲醇价格持续上涨，甲醇生产装置开工率不断提高，各地甲醇新建项目陆续开工。出现这种局面的原因，一是甲醇传统消费领域，如甲醛、醋酸等产品的产量稳步提升，对甲醇的需求量逐步增加；二是新的消费领域，如醇醚燃料、甲醇制烯烃等由于发展前景广阔，也引发了国内对甲醇装置的投资热[3]。我国甲醇生产以煤为主要原料，产业结构不尽合理，装置规模偏小，企业数目过多，原料路线和工艺技术五花八门。由于对醇醚燃料需求的高度期待，我国甲醇发展过热，几乎“遍地开花”。据报导，2000～2007年我国甲醇产能年均增长率为24.8%，2007年我国共有甲醇生产企业177家，总规模已突破每年1600万吨，2010年总产能达到每年3000万吨。我国规划中的甲醇产能已超过同期世界其他各国的总产能。煤基甲醇是资源消耗型产品，是低附加值产品，而依靠大量出口来消化过剩的产能是不合理的[4]。 1.2 甲醇的发展前景 甲醇作为最有希望代替汽油的并且将成为二十一世纪有竞争力的可选清洁燃料，具有非常好的发展前景。所以专家认为，必须开拓甲醇作为车用燃料的用途，即发展甲醇汽车才能使甲醇取得较好的经济效益[5]。甲醇汽油是符合我国国情的替代能源之一，不仅符合国家节能减排政策的要求，而且因甲醇汽油可部分替代石油，在一定程度上相当于扩大了我国石油战略储备。与此同时，推广甲醇汽油，一方面可以释放我国每年2000多万吨的甲醇产能，改变我国甲醇产能严重过剩的局面，提高甲醇生产企业的开工率。另一方面，甲醇汽油的生产成本低，甲醇汽油价格更为优惠，更适用于老百姓的需求，更经济实惠[6]。我国现在提出了四个石油替代路径：天然气替代、电动力替代、生物燃料替代和煤基燃料替代，煤基燃料替代包括煤制天然气、甲醇、二甲醚、合成油等。煤基醇醚燃料更具有大规模、基地化推广的现实性，是最实用、经济的选择。由于甲醇在我国已经有一定规模的生产，另外甲醇的投资成本低，无论甲醇汽油生产技术还是甲醇车辆生产技术都已经非常成熟了。如果甲醇汽油 1