内蒙古化工职业学院
毕业设计（论文）
题目年产十万吨甲醇合成工段工艺设计
专业应用化工技术
班级化工11-6班
姓名田慧
学号 111016060 指导教师张晓蕾
济源职业技术学院毕业设计（论文）
目录
摘要 (1)
第一章综述 (2)
1.1 甲醇在经济发展中的地位与作用 (2)
1.2 甲醇生产相关技术的发展 (2)
1.3 甲醇合成生产方法的综述及选择 (3)
1.3.1 高压法 (3)
1.3.2 低压法 (3)
1.3.3 中压法 (3)
1.3.4 合成方法的选择 (3)
第二章甲醇合成工段设计 (4)
2.1 甲醇的性质 (4)
2.1.1 甲醇的物理性质 (4)
2.1.2 甲醇的化学性质 (4)
2.2甲醇合成工段设计 (6)
2.2.1 甲醇合成反应的主要原理及特点 (6)
2.2.2 甲醇合成工艺条件的选择 (6)
2.2.3 工艺流程的确定 (8)
第三章工艺计算 (10)
3.1甲醇生产的物料平衡计算 (10)
3.1.1合成塔物料平衡计算 (10)
3.2 热量衡算 (16)
3.2.1 甲醇合成塔的热平衡计算 (16)
3.2.2水冷器热量衡算 (19)
第四章设备的选型 (23)
4.1 合成塔 (23)
4.2辅助设备 (25)
4.2.1 热交换器 (25)
4.2.2其它设备 (25)
致谢 (27)
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参考文献 (28)
附录一甲醇合成流程图 (29)
附录二合成塔 (30)
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摘要
甲醇是一种重要的有机化工原料，应用广泛，可以用来生产甲醛，合成橡胶、甲胺、对苯二甲酸二甲酯、甲基苯烯酸甲酯、氯甲烷、醋酸、甲基叔丁基醚等一系列有机化工产品，而且还可以加入汽油掺扰或代替汽油作为动力燃料以及由用来合成甲醇蛋白。随着当今世界石油资源的日益减少和甲醇单位成本的降低，用甲醇作为新的石化原料来源已经成为一种趋势。
此外甲醇还可以用来生产能较好解决能源和污染之间矛盾的“21世纪的绿色燃料”二甲醚（DME）。
本文依据年产10万吨甲醇的工艺，设计年产10万吨甲醇的合成工段工艺。
关键词：原料气甲醇合成塔合成
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第一章 综述
1.1 甲醇在经济发展中的地位与作用
甲醇生产过程比较简单，原料来源多样,煤、石脑油和天然气均可制甲醇。甲醇用途广泛,它的下游产品多达几百种。近年来由于世界各国环保意识的加强,特别是美国国会于1990年11月15日通过清洁空气法修正案以后,甲醇的身价备增,全球甲醇的需求增长加快。
甲醇用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工，塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲酯等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入汽油掺烧。甲醇和氨反应可以制造一甲胺。
近年来，随着技术的发展和能源结构的改变，甲醇又开辟了许多新的用途。甲醇是较好的人工合成蛋白的原料，蛋白转化率较高，发酵速度快，无毒性，价格便宜；目前，世界上已有年产10万吨甲醇制蛋白的工业装置在运转，年产30万吨的大型装置已经设计。甲醇是容易输送的清洁燃料，可以单独或与汽油混合作为汽车燃料，用它作为汽油添加剂可起节约芳烃、提高辛烷值的作用，汽车制造业将成为耗用甲醇的巨大部门；由甲醇转化为汽油方法的研究成果，从而开辟了由煤转换为汽车燃料的途径。甲醇是直接合成醋酸的原料。甲醇可直接用于还原铁矿（甲醇可以预先分解为CO 、H 2，也可以不作预分解），得到高质量的海绵铁。特别是近年来碳一化学工业的发展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酸酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇树脂等产品，正在研究开发和工业化中。甲醇化工已成为化学工业中一个重要的领域。
1.2 甲醇生产相关技术的发展 （1）二次转化和自转化工艺
合成气发生占甲醇装置总投资的50％~60％，所以许多工程公司将其视为技术改进重点。已经形成的新工艺主要是Synetix(前ICI)的先进天然气加热炉转化工艺(AGHR)、Lurgi 的组合转化工艺(CR)和Topse 的自热转化工艺(ATR)。
（2）新甲醇反应器和合成技术
大型甲醇生产装置必须具备与其规模相适应的甲醇反应器和反应技术。传统甲醇合成反应器有ICI 的冷激型反应器、Lungi 的管壳式反应器、Topsdpe 的径向流动反
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应器等 近期出现的新合成甲醇反应器有日本东洋工程(TEC)的MRF —Z 反应器等，而反应技术方面则出现了Lurgi 推出的水冷一气冷相结合的新流程。
（3）引进膜分离技术的反应技术
通常的甲醇合成工艺中，未反应气体需循环返回反应器，而KPT 则提出将未反应气体送往膜分离器，并将气体分为富含氢气的气体，前者作燃料用，后者返回反应器。
（4）液相合成工艺
传统甲醇合成采用气相工艺，不足之处是原料单程转化率低、合成气净化成本高、能耗高。相比之下，液相合成由于使用了比热容高、导热系数大的长链烷烃化合物作反应介质，可使甲醇合成在等温条件下进行。
1.3 甲醇合成生产方法的综述及选择 1.3.1 高压法
高压法（19.6－29.4MPa ）：是最初生产甲醇的方法，采用锌铬催化剂，反应温度360－400℃，压力19.6－29.4MPa 。高压法由于原料和动力消耗大，反应温度高，生成粗甲醇中有机杂质含量高，而且投资大，其发展长期以来处于停顿状态。
1.3.2 低压法
低压法（5.0－8.0MPa ）：是20世纪60年代后期发展起来的甲醇合成技术。低压法基于高活性的铜系催化剂，其活性明显高于锌铬催化剂，反应温度低（240-270℃）。在较低压力下可获得较高的甲醇收率，且选择性好，减少了副反应，改善了甲醇质量，降低了原料的消耗。此外，由于压力低，动力消耗降低很多，工艺设备制造容易。
1.3.3 中压法
中压法（9.8－12.0MPa ）：随着甲醇工业的大型化，如采用低压法势必导致工艺管道和设备较大，因此在低压法的基础上适当提高合成压力，即发展成为中压法。中压法仍采用高活性的铜系催化剂，反应温度与低压法相同，但由于提高了压力，相应的动力消耗略有增加。
1.3.4 合成方法的选择
本设计所采用的合成方法：比较以上三者的优缺点，以投资成本，生产成本，产品收率为依据，选择低压法为生产甲醇的工艺，用CO 和H 2在加热压力下，在催化剂作用下合成甲醇，其主要反应式为：CO+H 2→CH 3OH 。
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第二章 甲醇合成工段设计
2.1 甲醇的性质
2.1.1 甲醇的物理性质
无色、透明、高度挥发、易燃液体。略有酒精气味。分子式 CH 3OH 、分子量32.04、相对密度0.792(20/4℃)、熔点-97.8℃、沸点64.5℃、闪点 12.22℃、自燃点463.89℃、蒸气密度 1.11、蒸气压 13.33KPa(100mmHg 21.2℃)。蒸气与空气混合物爆炸下限 6～36.5% 。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃和许多其他有机溶剂相混溶。遇热、明火或氧化剂易着火。遇明火会爆炸，在空气中甲醇蒸汽的爆炸极限6.0～36.5%（体积）。甲醇是最常用的有机溶剂之一。与水互溶且体积缩小，能与乙醇、乙酸等多种有机溶剂互溶，甲醇为有毒化工产品。有显著的麻醉作用，对视神经危害最为严重，吸入浓的甲醇蒸汽时会出沉醉、头痛、恶心、呕吐、流泪、视力模糊和眼痛等，需要数日才能恢复，空气中允许浓度为0.05mg/l,极限允许浓度在空气中为2000ppm 。
甲醇的一般性质列于表2-1
表2-1 甲醇的一般性质
性 质 数 据 性 质 数 据 密度 g/ml （0℃)
0.8100 临界压力 Pa 79.54×105 沸点 ℃ 64.5～64.7 蒸汽压 Pa （20℃) 1.2879×104 熔点 ℃ -97.8 黏度 Pa·s（20℃) 5.945×10-4 自燃点（空气中℃) 473 膨胀系数（20℃)
0.00119
临界温度 ℃ 240 爆炸性（空气中） 6.0～36.5%（Vol ）
蒸发潜热 kJ/mol （64.7℃）
35.295
腐蚀性
除铅、铝外，常温
下无腐蚀性
2.1.2 甲醇的化学性质
甲醇具有脂肪醇的化学性质，即可进行氧化、酯化、羰基化，氨化、脱水等反应。甲醇裂解产生CO 和H 2，是制备CO 和H 2的重要化学方法。
（1）氧化反应 甲醇在电解银催化剂上可被空气氧化成甲醛，是重要的工业制备甲醛的方法。
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CH 3OH+ 0.5HO 2→HCHO + H 2O
甲醇完全燃烧时氧化成CO 和HO ，放出大量的热：
CH 3OH +O 2→CO 2+ H 2O + 726.55 kJ/mol
（2）酯化反应 甲醇和硝酸作用生成硝酸甲酯
CH 3OH +HNO 3→CH 3NO 3+ H 2O
（3） 羰基化反应 甲醇和光气发生羰基化反应生成氯甲酸甲酯，进一步反应生成碳酸二甲酯：
CH 3OH + COCl 2→CH 3OCOCl + HCl CH 3OCOCl + CH 3OH →（CH 3O ）2CO
（4） 胺化反应 在压力5～20Mpa,温度370～420℃下，以活化氧化铝或分子筛催化剂，甲醇和氨发生反应生成一甲胺，二甲胺和三甲胺的混合物，经精馏分离可得一甲胺，二甲胺和三甲胺一甲胺，二甲胺和三甲胺产品。
CH 3OH + NH 3→CH 3NH 2 + H 2O 2CH 3OH + NH 3→(CH 3）2NH + 2H 2O 3CH 3OH + NH 3→(CH 3）3+ 3H 2O
（5）脱水反应 甲醇在高温和酸性催化剂如ZSM-5，r-Al 2O 3 作用下分子间脱水生成二甲醚：
2CH 3OH →(CH 3）2O+H 2O
（6）裂解反应 在铜催化剂上，甲醇可裂解成CO 和H 2：
CH 3OH →CO+H 2
(7 ) 氯化反应 甲醇和氯化氢在Zn/ZrO 催化剂上发生氯化反应生成一氯甲烷：
CH 3OH+HCl →CH 3Cl+H 2O
氯甲烷和氯化氢在CH 3Cl 2 / ZrO 2催化剂作用下进一步发生氧氯化反应生成二氯甲烷和三氯甲烷。
CH 3Cl 2+HCl+0.5O 2→CHCl 3 +H 2O CH 3OH+HCl+0.5O 2→CH 2Cl 2 +H 2O
(8 ) 其他反应 甲醇和苯在3.5MPa ，350～380℃反应条件下，在催化剂的作用下可生成甲苯：
CH 3OH+C 6H 6→C 6H 5CH 3+H 2O
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220℃，20MPa 下，甲醇在钴催化剂的作用下发生同系化发反应生成乙醇：
CH 3OH+CO+H 2→CH 3CHOH+H 2O
2.2甲醇合成工段设计
2.2.1 甲醇合成反应的主要原理及特点 造气工段：使用二步法造气
CH 4+H 2O(气)→CO+3H 2-205.85 kJ/mol CH 4+O 2→CO 2+2H 2+109.45 kJ/mol CH 4+
2
1
O 2→CO+2H 2+35.6 kJ/mol CH 4+2O 2→CO 2+2H 2O+802.3 kJ/mol
合成工段：5MPa 下铜基催化剂作用下发生一系列反应 主反应 ： CO+2H 2→CH 3OH+102.37 kJ/kmol
副反应： 2CO+4H 2→(CH 3O)2+H 2O+200.3 kJ/kmol CO+3H 2→CH 4+ H 2O+115.69 kJ/kmol
4CO+8H 2→C 4H 9OH+3H 2O+49.62 kJ/kmol------------(A) CO+H2→CO +H2O-42.92 kJ/kmol
除（A ）外，副反应的发生，都增大了CO 的消耗量，降低了产率，故应尽量减少副反应。
2.2.2 甲醇合成工艺条件的选择 1．反应温度
反应温度影响反应速度和选择性。由合成气合成甲醇的反应为可逆放热反应，其总速度是正、逆反应速度之差。随着反应温度的增加，正、逆反应的速度都要增加，但是吸热方向（逆反应）反应速度增加的更多。因此，可逆放热反应的总速度的变化有一个最大值，此最大值对应的温度即为“最适宜温度”，它可以从反应速度方程式计算出来。
实际生产中的操作温度取决于一系列因素，如催化剂、压力、原料气组成、空间速度和设备使用情况等，尤其取决于催化剂。高压法锌铬催化剂上合成甲醇的操作温度是低于最适宜温度的。在催化剂使用初期为380～390℃，后期提高到390～420℃。
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温度太高，催化剂活性和机械强度很快下降，而且副反应严重。低、中压合成时，铜催化剂特别不耐热，温度不能超过300℃，而200℃以下反应速度又很低，所以最适宜温度确定为240～270℃。反应初期，催化剂活性高，控制在240℃，后期逐渐升温到270℃。
合成甲醇反应属放热反应，反应热必须及时移出，以避免催化剂升温过高产生烧结现象，使催化剂活性下降，同时避免副反应增加。因此在低压法合成甲醇时，必须严格控制反应温度，及时有效地移走反应热。
2.反应压力
一氧化碳加氢合成甲醇的主反应与副反应相比，是分子数减少最多而平衡常熟最小的反应，故压力增加，对加快反应速度和增加平衡浓度都十分有利。
合成反应所需压力与催化剂类型，反应温度等都有较密切的关系。当使用ZnO-Cr 2O 3作催化剂时，由于活性低，反应温度较高，则相应的反应压力也需较高（约为30MPa ），以增加反应温度。当使用CuO-ZnO-Al 2O 3为催化剂时，由于活性较高，相应的反应温度较低，则反应压力也需较低（约为5MPa ）。
3．原料气组成
原料气中氢气和一氧化碳的比例对一氧化碳生成甲醇的转化率也有较大影响，生产一般采用氢过量。氢过量可以抑制高级醇、高级烃和还原性物质的生成，提高粗甲醇的浓度和纯度。同时，过量的氢可以起到稀释作用，且因氢的导热性能好，有利于防止局部过热和控制整个催化剂床层的温度。但是，氢过量太多会降低反应设备的生产能力。工业生产上采用铜基催化剂的低压法甲醇合成，一般控制氢气与一氧化碳的摩尔比为（2.2~3.0）：1。
原料气中有一定含量的二氧化碳时，可以降低反应峰值温度。对于低压法合成甲醇，二氧化碳含量体积分数为5%时甲醇收率最好。此外，二氧化碳的存在也可抑制二甲醚的生成。
原料气中有氮及甲烷等惰性物存在时，使氢气及一氧化碳的分压降低，导致反应转化率下降。反应系统中的惰性气体含量保持在一定浓度范围。工业生产上一般控制循环气量为新鲜原料气量的3.5~6倍。
4.空速
合成甲醇的空速大小，影响反应的选择性和转换率。合适的空速与催化剂的活性和反应温度有关。一般来说，空速低，物料接触时间较长，不仅会加速副反应的发生，
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合成
塔
水冷器
甲醇分离塔
循环器
生成高级醇，另一方面也会使催化剂生产能力下降。空速高，可提高催化剂生产能力，减少副反应，提高甲醇产品浓度。但空速太高，单程转换率降低甲醇浓度降低，分离难度加大。一氧化碳加氢合成甲醇用铜基催化剂的低压法，适宜的空速10000h-1左右［Nm 3/ （m 3催化剂·h ）］。
2.2.3 工艺流程的确定
甲醇的合成是可逆放热反应，为使反应达到较高的转化率，应迅速移走反应热，本设计采用Lurgi 管壳式反应器，管程走反应气，壳程走4MPa 的沸腾水。
经过净化的原料气，经预热加压，于5 Mpa 、220 ℃下，从上到下进入Lurgi 反应器，在铜基催化剂的作用下发生反应，出口温度为250 ℃左右，甲醇7%左右，因此，原料气必须循环，则合成工序配置原则为图2-1。
粗甲醇
驰放气
图2-1 合成合序配置原则
甲醇合成的工艺流程：
这个流程是德国Lurgi 公司开发的甲醇合成工艺，流程采用管壳式反应器，催化剂装在管内，反应热由管间沸腾水放走，并副产高压蒸汽，甲醇合成原料在离心式透平压缩机内加压到5.2 MPa (以1：5的比例混合) 循环，混合气体在进反应器前先与反应后气体换热，升温到220℃左右，然后进入管壳式反应器反应，反应热传给壳程中的水，产生的蒸汽进入汽包，出塔气温度约为250℃，含甲醇7%左右，经过换热冷却到40℃，冷凝的粗甲醇经分离器分离。分离粗甲醇后的气体适当放空，控制系统中的惰性气体含量。这部分空气作为燃料，大部分气体进入透平压缩机加压返回合成塔，合成塔副产的蒸汽及外部补充的高压蒸汽一起进入预热器加热到50℃，带动透平压缩机，透平后的低压蒸汽作为甲醇精馏工段所需热源。
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图2-2 Lurgi低压法甲醇合成工艺流程
1.透平压缩机
2.热交换器
3.锅炉水预热器
4.水冷却器
5.甲醇合成塔
6.泡气包
7.甲醇分离器
8.粗甲醇贮槽
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第三章 工艺计算
工艺计算作为化工工艺设计，工艺管道，设备的选择及生产管理，工艺条件选择的主要依据，对平衡原料，产品质量，选择最佳工艺条件，确定操作控制指标，合理利用生产的废料，废气，废热都有重要作用。
3.1甲醇生产的物料平衡计算
3.1.1合成塔物料平衡计算
本次设计中甲醇的生产能力为年产十万吨粗甲醇，精甲醇的成分见表3-1
表3-1粗甲醇组成
物料名称 甲醇 二甲醚 正丁醇 水 组成(wt%)
90.00
0.01
1.45
8.55
甲醇合成的主副反应:
主反应： CO+2H 2→CH 3OH+102.37KJ/mol 副反应： 2CO+4H 2→(CH 3)2O+H 2O+200.39KJ/mol
CO+3H 2→CH 4+H 2O+115.69KJ/mol 4CO+8H 2→CH 4H 9OH+H 2O +49.62KJ/mol CO 2+H 2→CO+H 2O －42.92KJ/mol
合成塔出塔气中含 CH 3OH ：2.88% 进合成塔气体压力 30×106 贮罐气压力 1.6×10 温度T 25℃
本次设计中的工作制度为年工作日300天，三班制生产。 本次设计中粗甲醇每小时产量：100000/300×24＝8000.00kg/h 1、一吨粗甲醇为例进行物料衡算
表3-2新鲜气体的组成见表
物料名称 CO 2 CO H 2 CH 4 N 2 组成(V%)
2.83%
28.20%
65.8%
1.40%
1.77%
水冷器后循环气组成见表3-3
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表3-3水冷器后循环气组成
物料名称 CO 2 CO H 2
CH 4 N 2 组成(V%)
1.50%
8.93%
68.57%
10.80%
10.20%
以循环气组成为根据由《固氮工艺计算法》P295图X 、XI 、XII 查得混合气在粗甲醇的溶解量见表3-4。
表3-4混合气在粗甲醇的溶解量
组分 V Nm 3/T Nm 3/h Kmol/t Kmol/h Kg/t Kg/h
wt
CO 2 0.1471 5.82 40.42 0.26 1.81 11.43 79.38 0.4092 CO 0.1061
4.20
29.17
0.19 1.30 5.25 36.46 0.1879 H 2 0.4915 19.45 135.07 0.87 6.05 1.74 12.09 0.0622 CH 4 0.1466 5.80 40.28 0.26 1.80 4.14 28.75 0.1483 N 2 0.1087
4.30
29.86
0.19 1.34 5.38
37.36 0.1924
总计
1.0000 39.57 274.80 1.77 1
2.30
27.94 194.04 1.0000
以H 2求解过程为例：
循环气中H 2的含量为68.56%，由《固氮工艺计算法》P 295图XI 查得每吨粗甲醇中溶解量H 2量为19.50。
因此 V %=19.45/39.57×100%=49.15% 换算为质量： 19.45/22.4×2=1.74kg/t 所以 Wt%=1.74/27.94×100%=6.22% 每小时溶解气量
19.45×6.944=135.07Nm 3/h 1.74×6.944=12.09kg/h 12.09/2=6.045kmol/h
一吨粗甲醇中各组分含量计算： 以甲醇含量计算为例： 1000×90.00%=900.00kg/t 粗
（900.00÷32）×22.4=630.00Nm 3/t 粗 根据甲醇合成的主副反应：
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CO+2H 2 → CH 3OH (1-1) 2CO+4H 2 → (CH 3)2O+H 2O (1-2) CO+3H 2 → CH 4+H 2O (1-3) 2CO+4H 2 → CH 4H 9OH+H 2O (1-4) CO 2+H 2 → CO+H 2O (1-5) 根据上述反应方程式可写出下列物料平衡方程式： I VFKF = VkKk +Kp +Ku II VFmF + m = VKmK + mp III W = A + m + 3I + Ku IV VFnF = VKnK + Np
V VFCF + Ku = VKCK + Cp + L + 2A + m + 4I VI VFhF = VKhK + Hp + 2L + 4A + 3m + 8I + Ku 式中： VF —新鲜气容积，Nm 3/T 粗； KF —新鲜气体中CO 2的百分含量，V%； Vk —放空气容积，Nm 3/T 粗； Kk —放空气中CO 2的百分含量，V%； Kp —产物中CO 2的量，Nm 3/T 粗； Ku —CO 2的量，Nm 3/T 粗 ；
VF —新鲜气中甲烷的百分含量，V%； M —式（1-3）中生成的CH 4量，Nm 3/T 粗； mK —放空气中CH 4的百分含量，V%； mp —产物中CH4的量，Nm 3/T 粗； W —生成水的量，Nm 3/T 粗； A —(CH 3)2O 的量，Nm 3/T ·粗； I —C 4H 9OH 的量，Nm 3/T ·粗；
nF —新鲜气中N 2的百分含量， V% ； nK —循环气中N 2的百分含量，V%； Np —产物中N 2的量，Nm 3/T ·粗； CF —新鲜气中CO 的百分含量， V%； CK —循环气中CO 的百分含量，V%；
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Cp —产物中CO 的量，Nm 3/T ·粗； L —CH 3OH 的量，Nm 3/T ·粗； hF — 新鲜气中H 2的百分含量，V%； hK —循环气中H 2的百分含量，V%； Hp —产物中H 2的量，Nm 3/T ·粗。 根据惰性组分的组成平衡可设： i = nK + mK 1－i = CK + hK + KK
由以上6个方程式引入辅助变量B 、D ，可解得：
1) nK=nF ×{(1＋3i －KK)B －(I －KK)D}÷{(CF ＋hF ＋4mF ＋4nF)B －(nF ＋mF －KF)D}
2) mK=i －nK
3) VK=D ÷{nK(CF ＋hF ＋4mF ＋4nF)÷nF －(1＋3i －Ku)} 4) VF=VKnK/nF ＋Np/nF 5) m=VKmK ＋mp －VFmF 6) Ku=W －(A ＋m ＋3I)
7) CF=CKVK －(Ku －Cp －L －2A －m －4I)÷VF 其中：
D=Cp ＋Hp ＋3L ＋6A ＋12I ＋4mP －Hp(CF ＋hF ＋4mF)÷nF B=mP ＋A ＋3I ＋NP(KF-mF)÷nF －Kp －W 将已知数据代入进行物料衡算得：
B=5.80＋0.097＋3×4.329＋4.30×(2.83－1.40)÷1.77－5.82－106.40=－89.862Nm 3/t 粗
D=4.20＋19.45＋3×630.00＋6×0.097＋12×4.329＋4×5.80－4.30×(28.20＋65.80＋4×1.40)÷1.57
=1716.59 Nm 3/t 粗 分离后气体中N 2含量：
nk=1.77%×{[1＋3×(10.80%＋10.20%)－28.30%] ×(－89.862)－(21.00%－1.5×1716.59)÷[(28.20%＋65.80%＋4×1.77%)×(－89.862)－(1.77%＋1.40%－2.83%) ×1716.59
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-14-
=8.345%
循环气中CH 4的含量：
mK=i －nK=10.20%＋10.80%－8.345%=12.655% 放空气的量N9： V6=VK
=1716.59÷[8.345%×(28.20%＋65.80%＋4×1.40%＋4×1.77%)÷1.77%－(1＋3×0.21－0.015)]
=502.716 Nm 3/t 粗 新鲜气体的量N1 ：
N1=VF=(502.716×8.345%＋4.30)÷1.77% =2613.09 Nm 3/t 粗 反应生成CH 4的量： m=VKmK ＋mp －VFmF
= 502.716×12.655%＋5.80－2613.09×1.40% = 32.84 Nm 3/t 粗 参加反应的CO 2的量： Ku=W －(A ＋m ＋3I)
=106.40－(0.097＋32.84＋3×4.329=60.48Nm 3/t 粗 新鲜气体中CO 的量：
CF={CKVK － (Ku －CP －L －2A －m －4I)}÷VF
=[8.93%×502.716－(60.476－4.20－630.00－2×0.097－32.42－4×4.329)]÷2613.09=25.58%
新鲜气中H 2的百分含量：
hF=(502.716×68.57%＋19.45＋60.476＋8×4.329＋3×32.42＋4×0.097＋2×630.00)÷2613.09=69.53%
循环气系统中不同点气体容积的确定。 合成塔后气体的容积：
V3=甲醇蒸汽的体积/合成塔出口气体混合物中甲醇的百分含量 =630.00÷2.88%=21875.00 Nm 3/T 粗 甲醇分离器后气体的体积:
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N8=N3－N6－N7=21875.00－740.83－39.57 =21094.60 Nm 3/T 粗 循环气体积：
N10=N8－N9=21094.60-502.72=20591.88 Nm 3/T 粗 入塔气体积：
N2=N1＋N10=2613.09＋20591.88=23204.97 Nm 3/T 粗 放空气体积：
N9=VK=502.716 Nm 3/T 粗 反应中消耗的H 2的量： NH 2反应=2L ＋4A ＋3M ＋8I ＋Ku
=2×630.00＋4×0.097＋3×32.42＋8×4.329＋60.476 =1452.756 Nm 3/T 粗
反应过程中消耗=L ＋2A ＋M ＋4I ＋Ku
=630.00＋2×0.097＋32.42＋4×4.329－60.476 =619.454 Nm 3/T 粗
由上述计算结果入塔气为67248.69kg/h ，出塔气为66717.49kg/h 。 [(|出－入|)/入]×100%
=[(67248.69－66717.49)÷66717.49]×100%=0.796% 在允许的误差范围内，可以认为物料平衡。
从甲醇分离器出来的粗甲醇中溶有一定量气体，当进入低压设备粗甲醇贮罐时，压力太大，降低会有一定量气体从粗甲醇中驰放出来，称驰放气，遗留在粗甲醇中另一部分气体随粗甲醇进入精馏工程。
弛放量N7=194.03－30.08=163.95kg/h 各组分含量见表3-5，以H 2计算为例:
表3-5驰放气各组分含量
组分 V Nm 3/T Nm 3/h Kmol/T Kmol/h Kg/T Kg/h wt
CO 2 0.1470 4.83 33.54 0.22 1.08 9.48 65.84 0.4092 CO 0.1061
3.48
24.17
0.16 1.11 4.35 30.21 0.1879 H 2 0.4917 16.14 112.09
0.72
5.00
1.44
10.00 0.0622
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CH 4 0.1465 4.81 33.41 0.21 1.46 3.44 23.89 0.1483 N 2 0.1086
3.57
24.79
0.16 1.11 4.46
30.97 0.1924
总计
1.0000 3
2.83 228.00 1.47
9.76
23.17 160.91 1.0000
163.59×6.22%=10.20kg/h 10.20÷2=5.1kmol/h
5.1×22.4=114.24Nm 3/hCO 的量
3.2 热量衡算
3.2.1 甲醇合成塔的热平衡计算 1、全塔热平衡式
∑Q 入＋∑Qr=∑Q 出＋∑Qf 式中：∑Q 入—入塔气热量，KJ/h ； ∑Q 出—出塔气热量，KJ/h ； ∑Qr —合成塔反应热，KJ/h ； ∑Qf —合成塔热损失，KJ/h 。 ∑Q 入=∑(G 入·Cm 入·Tm 入) ∑Q 出=∑(G 出·Cm 出·Tm 出)
式中：G 入·G 出—进出合成塔物料量，Kmol/h ； Cm 入·Cm 出—进出合成塔各组分热容，KJ/Kmol ·℃； Tm 入·Tm 出—进出合成塔气体温度，℃； Qri —各组分生成量，Kmol/h ； ΔH —反应热，KJ/Kmol ； ∑Qr=Qr 1＋Qr 2＋Qr 3＋Qr 4＋Qr 5 2、比热的计算
出塔气中各组分的热容由《固氮工艺计算法》P304表V2查得.在p=300atm 时气体混合物组分的热量见表3-6：Kcal/Kmol ·℃。
表3-6气体混合物热容
组分
CO 2
CO
H 2 CH 4 N 2
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0 ℃ 9.00 7.32 7.14 13.40 7.46 45 ℃ 9.32 8.46 7.13 13.20 8.77 50 ℃
9.35
8.59
7.13
13.20
8.69
出塔气个组分热容见表3-7
表3-7出塔气各组分热容
组分 CO 2 CO H 2 N 2 CH 4 (CH 3)2O CH 3OH C 4H 9OH 1000C 9.69 8.82 7.12 8.77 1300C 9.89 8.55 7.11 8.12 14.70 13.30 13.51 14.75 2000C 10.34
7.91
7.08
7.77
CP 2=CP 2CO 2V 2-CO 2＋CP 2COV 2-CO ＋CP 2H 2V 2-H 2＋CP 2CH 4V 2-CH 4＋CP 2N 2V 2-N 2＋CP 2(CH 3)2OV 2-(CH 3)2O ＋CP 2CH 3OHV 2-CH 3OH ＋Cp 2C 4H 9OHV 2-C 4H 9OH ＋Cp 2H 2OV 2-H 2O =9.89×1.47%＋8.55×8.63%＋7.11×66.21%＋14.7×10.44%＋8.12×9.85%＋13.51×0%＋13.30×2.88%＋14.75×0.02%＋11.21×0.49% =8.37kcal/kmol ·℃ =35.00KJ/kmol ·℃ 3、入塔热量
设入塔平均气温T 入=45℃，以CO 2为例计算 入塔热=入塔量×热量
=118.69×9.32=1106.19kcal/h ·℃ = 4623.87KJ/h ·℃
对甲醇合成塔各组分热容和热量见表3-8
表3-8气体混合物热容
组分 CO 2 CO H 2 CH 4 N 2 0 ℃ 9.00 7.32 7.14 13.40 7.46 45 ℃ 9.32 8.46 7.13 13.20 8.77 50 ℃
9.35
8.59
7.13
13.20
8.69
煤制甲醇工艺流程化设计 主反应为：C + O 2 → C O + C O 2 + H 2 → C H 3O 副反应为： 1 造气工段 （1）原料：由于甲醇生产工艺成熟,市场竞争激烈,选用合适的原料就成为项目的关键,以天然气和重油为原料合成工艺简单，投资相对较少，得到大多数国家的青睐，但从我国资源背景看，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，在大力发展煤炭洁净利用技术的形势下，应该优先考虑以煤为原料,所以本设计选用煤作原料。 图1-1 甲醇生产工艺示意图 （2）工艺概述：反应器选择流化床，采用水煤浆气化激冷流程。原料煤通过粉碎制成65%的水煤浆与99.6%的高压氧通过烧嘴进入气化炉进行气化反应，产生的粗煤气主要成分为CO ，CO 2，H ２等。 2423CO H CH H O +?+2492483CO H C H OH H O +?+222CO H CO H O +?+
2 净化工段 由于水煤浆气化工序制得粗煤气的水汽比高达1.4可以直接进行CO变换不需加入其他水蒸气，故先进行部分耐硫变换，将CO转化为CO2，变换气与未变换气汇合进入低温甲醇洗工序，脱除H2S和过量的CO2，最终达到合适的碳氢比，得到合成甲醇的新鲜气。 CO反应式： CO+H O=CO+H 222 3 合成工段 合成工段工艺流程图如图1。 合成反应要点在于合成塔反应温度的控制，另外，一般甲醇合成反应10～15Mpa的高压需要高标准的设备，这一项增加了很大的设备投资，在设计时，选择目前先进的林达均温合成塔，操作压力仅5.2MPa，由于这种管壳式塔的催化剂床层温度平稳均匀，反应的转化率很高。在合成工段充分利用自动化控制方法，实行连锁机制，通过控制壳程的中压蒸汽的压力，能及时有效的掌控反应条件，从而确保合成产品的质量。 合成主反应： CO+2H=CH OH 23 主要副反应： CO+3H=CH OH+H O 2232 4 精馏工段 精馏工段工艺流程图见图2。 合成反应的副产主要为醚、酮和多元醇类，本设计要求产品达质量到国家一级标准，因此对精馏工艺的合理设计关系重大，是该设计的重点工作。设计中选用双塔流程，对各物料的进出量和回流比进行了优化，另外，为了进一步提高精甲醇质量，从主塔回流量中采出低沸点物继续进预塔精馏，这一循环流程能有效的提高甲醇的质量。
年30万吨甲醇合成工段换热器的设计 摘要 本次设计主要内容是对以煤为原料合成甲醇的工艺设计。根据神华宁夏煤业集团煤 制油净化合成厂甲醇合成车间其甲醇合成工段换热器的设计为基础，选定毕业设计题目为年产30 万吨甲醇合成工段换热器进行初步设计。 本设计主要研究目的是是通过对换热器的设计，掌握换热器的内部结构以及换热器在实际中的应用，熟悉实习企业该工段的工艺流程。 本设计采用的方法是有内插法，物料衡算，试差法，查图法等。 通过本次设计得到的结论：甲醇的进出口温度分别为；T1=60℃，T2=40℃；冷却水的进出口温度分别为：t1=20℃，t2=28℃；流体的流向为逆流；换热管根数为：n=94根；换热管长为：L=18m；换热管径为：D=400mm；计算出的换热管面积为：A=43.5m2；折流板的间距为：B=250mm，折流板数为：N B=23 块。 关键词: 粗甲醇；冷却器；折流板
目录 1绪论 (1) 1.1甲醇简介 (1) 1.2甲醇工艺简介 (2) 1.2.1工业上合成甲醇的主要工艺 (2) 1.2.1甲醇合成工艺简介 (3) 1.3换热器简介 (3) 1.3.1套管式换热器 (3) 1.3.2管壳式换热器 (4) 1.3.3固定管板式换热器 (4) 1.3.4浮头式换热器 (4) 1.3.5板式换热器 (5) 1.4本设计的目的和意义 (5) 1.5本设计的任务和内容 (5) 2 换热器的设计条件 (7) 2.1设计任务及操作条件 (7) 3 换热器的工艺设计 (8) 3.1确定设计方案 (8) 3.1.1热负荷及冷却水用量的计算 (8) 3.1.2确定流体的定性温度 (8) 3.2估算换热面积 (8) 3.2.1计算平均温差 (8) 3.2.2估算换热面积 (9) 3.3换热器的选型及结构尺寸的确定 (9) 3.3.1换热器的选型 (9) 3.3.2管内流速 (10) 3.3.3折流板 (10) 3.4核算换热器的流动阻力 (10) 3.4.1管程流体阻力 (11) 3.4.2壳程流体阻力 (12) 3.5核算总传热系数 (14) 3.5.1壳程对流传热系数 (14) 3.5.2管程对流传热系数 (14) 3.5.3总传热系数 (15) 3.6面积裕度 (15) 3.7核算壁温 (15) 4 附属设备选型及计算 (17) 4.1筒体壁厚的计算 (17) 4.2封头厚度计算 (18) 4.3管板设计 (20) 4.4法兰设计 (20)
编号：SY-AQ-03551 ( 安全管理) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 甲醇合成塔入塔人员安全规定Safety regulations for personnel entering methanol synthesis tower
甲醇合成塔入塔人员安全规定 导语：进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。在安全管 理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关 系更直接，显得更为突出。 1.入塔人员条件：必须是身体健康、心理素质好，具备安全救护知识和自救能力的人。 2.合成塔必须与外系统进行有效的隔离，并工艺处理合格后，方可打开人孔。 3.现场拉好警戒线，无关人员一律不得进入。 4.准备好灭火器材及消防水。 5.120救护车及专业医护人员由合成车间在指定地点现场待命。（综合部负责） 6.加一空气软管在上管板上部，距离上管板300mm，尽量增加塔内管箱上部的Ｏ2含量，以创造安全环境。 7.按照规定办理各种作业票证，动火作业前须做可燃气体 （H2+CO≤0.2%）分析,合格后方可执行动火作业，灭火器材配备齐全。
8.办理设备内作业安全票证，严格落实安全施工条件。 9.由安检部人员、监护人员和佩带者共同检查，保证正压式呼吸器使用前完好。作业人员佩带后自行确认完好后，经合成车间安全人员再次检查确认，最后经安监部专职安全人员现场检查确认佩带合格后方可入塔正式作业。 10.塔内人员工作时间不得超过30分钟。塔内人员一人作业，一人监护；监护人员位置在溜槽附近，便于处置突发事情。工作时动作不要做大幅度摆动，避免呼吸器脱落漏气。 11.塔内作业人员应时刻注意避免安全绳、长管呼吸器气管缠绕热电偶，以免发生事情后抢救人员不好施救，耽误抢救时间。 12.塔外设专门双人监护，塔外监护人员视线时刻不离塔内作业人员，若有意外情况，设备内作业人员与塔外监护人员通过声光报警器联系。（声光报警器由机电部负责落实） 13．现场监护人员发现塔内出现异常情况，立即将塔内作业人员拉出。 14．用轴流风机吹扫自人孔出来的氮气，人员不应站在下风向。
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 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 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生产下游装置，以天然气代煤制甲醇工程被列为禁止类，这将进一步增加煤制甲醇的成本，并削弱国内甲醇行业的竞争力。以上是在经济全球化的大背景下的国内甲醇行业的大致行情，可以说外部政策是良好的，需要考虑的是如何在国际贸易中提升自身竞争力以及如何向下游产品链进行延伸。 发展醇醚燃料有利于缓解我国石油供需矛盾，是近期替代能源工作的重点。如果甲醇汽油标准能够在2008 年制定完毕，而且国家允许甲醇汽车上市，同时加油站等配套系统能够得到完善，则预计2018年我国M85- M100的甲醇汽车将达到1万辆左右，需要消 耗燃料甲醇320 万吨＜其中甲醇直接掺烧300 万吨）。 二甲醚具有无污染、燃烧热值高等优点，不但可以用作民用燃料，还能够作为柴油替代产品。目前，我国已经具备93 万吨/年的二甲醚生产能力＜全部是外购甲醇生产二甲醚）。由于二甲醚生产技术国产化程度较高，预计“十一五”期间发展空间较大。继上海市二甲醚公交车投入试运行之后，北京、武汉等地也有意引进二甲醚公交车进行试运行。根据醇醚协会统计，“十一五”期间在建的二甲醚工程共有14 个，产能合计419 万 吨/ 年。其中配套有甲醇的工程产能合计90 万吨。需要外购甲醇的工程产能合计329 万吨。若外购甲醇的二甲醚生产能力中有70%可以在2018 年年底前建成，加上现有能力93 万吨,届时需要外购甲醇的二甲醚产能总计为323 万吨/ 年；若能够全部建成，则外购甲醇的二甲醚产能将达到 422 万吨/年。预计到“十一五”末期，生产二甲醚将需要市场采购甲醇480- 600 万吨。 作为燃料添加剂的MTBE由于市场需求比较稳定，“十一五”期间对于甲醇的需求 量不会有大幅度的增长。目前国际油价仍处于高位运行，相对于石油法烯烃而言，煤制 烯烃具有一定的成本优势。同时，煤制烯烃也符合我国“少油富煤”的能源形势。预计 “十一五”期间甲醇制烯烃将会有一定的发展空间。目前，我国共有个6甲醇制烯烃在 建和拟建工程，烯烃产能合计为325万吨/年，共计消耗甲醇996万吨/年。但是由于这
工艺流程说明 气体流程：来自脱硫脱碳工序的～3.0MPa(G)新鲜气经压缩至5.5Mpa后与来自循环气压缩机的出口气进循环气油分混合，循环气油分出口气(～54℃)去塔前换热器(E8101)预热；出塔前换热器的合成气(5.44MPa(G)，～200℃)，进入甲醇合成塔(R8101)催化床层反应,反应热由塔内换热器的中的热水移去，同时副产蒸汽(～1100kg/t醇)；出甲醇合成塔(R8101)的工艺气体温度(5.24MPa(G)，～225℃)，进入塔前换热器(E8101)预热进塔的合成气体；出塔前换热器的工艺气体(5.20MPa(G)，～91℃)进入蒸发水冷器(E8102)；出蒸发水冷器的气体(5.05MPa(G)，～37℃)进入甲醇分离器(S8101)；出甲醇分离器的粗甲醇送入甲醇膨胀槽(V8103)，出甲醇分离器的工艺气体(5.05 MPa(G)，～37℃)少部分去回收系统，大部分去循环气压缩机(K8102)于系统循环生产。 11.1甲醇合成塔 11.1.1 GC 型水冷板轴向甲醇合成反应器的先进性 （1）该甲醇合成反应器中内置了水冷板式换热器，催化剂床层的反应热由板式换热器中的热水移走；整个催化剂床层温度基本均衡,甲醇合成基本在等温条件下进行。 （2）GC型水冷板轴向甲醇合成反应器是用循环沸水移去反应热，反应时催化剂床层温差较小，达到接近等温反应的目的；副产饱和蒸汽量多(～1.1t/t醇)，压力高。 （3）GC型水冷板轴向合成反应器设计阻力＜0.4Mpa。 （4）操作简单(控制蒸汽压力)，易于控制。 11.1.2 GC 型水冷板轴向甲醇合成反应器设计条件 表6 甲醇合成反应器设计条件 主要设计条件 计算结果 备注 1.原料气量：63390 Nm3/h 2.合成塔进口气量：331847 Nm3/h 3.进塔气体成分 组分：H2 CO CO2 CH4 N2＋Ar CH3OH H2O V% :72.15、12.49、3.42、3.46、7.95、0.52、0.01 4.小时产醇量：28.94 t 5.正常运行压力：5.0～5.5 MPa(G)， 6.水冷折流板承受内压（设计值）≤2.5 MPa 7.水冷折流板承受外压（设计值）≤3.5 MPa 8. 运行阻力<0.4MPa 1.塔内件选用GC型水冷板轴向甲醇合成反应器 (合成塔φ3200)； 2.板式换热器设在合成塔内。
1绪论 引言 在国内天然气供应紧张和国际油价、天然气价格连续上涨情况下，国内许多公司将目光转向用煤生产天然气的项目，煤气化生产合成气，合成气通过一氧化碳变换和净化后，通过甲烷化反应生产天然气的工艺在技术上是成熟的，煤气化、一氧化碳变换和净化是常规的煤化工技术，甲烷化是一个有相当长应用历史的反应技术，工艺流程短，技术相对简单，对于合成气通过甲烷化反应生产甲烷这一技术和催化剂在国际上有数家公司可供选择。对于解决国内能源供应紧张局面的各种非常规石油和非常规天然气技术路线进行综合比较后判断，煤气化生产合成气、合成气进一步生产甲烷（代用天然气）项目是一种技术上完全可行的项目，在目前国际和国内天然气价格下，这个项目在财务上具有很好的生存能力和盈利能力。另外，作为天然气产品，依赖国内日趋完善的国家、地区天然气管网系统进行分配销售，使得天然气产品的市场空间巨大。充分利用国内的低热值褐煤、禁采的高硫煤或地处偏远运输成本高的煤炭资源，就地建设煤制天然气项目，进行煤炭转化天然气是一个很好的煤炭利用途径。 天然气的特性和用途 天然气系古生物遗骸长期沉积地下，经慢慢转化及变质裂解而产生之气态碳氢化合物，具可燃性，多在油田开采原油时伴随而出。天然气蕴藏在地下约3000—4000米之多孔隙岩层中，主要成分为甲烷，通常占85-95%；其次为乙烷、丙烷、丁烷等，比重，比空气轻，具有无色、无味、无毒之特性，天然气公司皆遵照政府规定添加臭剂，以资用户嗅辨。在石油地质学中，通常指油田气和气田气。其组成以烃类为主，并含有非烃气体。广义的天然气是指地壳中一切天然生成的气体，包括油田气、气田气、泥火山气、煤撑器和生物生成气等。按天然气在地下存在的相态可分为游离态、溶解态、吸附态和固态水合物。只有游离态的天然气经聚集形成天然气藏，才可开发利用。 天然气是生产氨和氢气的理想原料，由其制成的合成气能被更有效、更清洁、更经济地（通过蒸汽转化）生产和净化，而用其他普通原料制成的合成气就逊色得多。对采用合成气制成的碳产品而言，如甲醇、羰基醇和费—托法制成的烃，这类产品有个小缺点：蒸汽转化法制成的合成气中氢气比例通常太低。 天然气的世界储量依然十分丰富，但在工业发达、经济发展更成熟的地区天然气资源正趋于殆尽，只是最近这种趋势更明显。前几年的冬天，美国天然气价格在需求高峰期已达到高位，而今年冬天，因北海天然气产量下降，造成欧洲天
( 安全管理 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 甲醇合成塔入塔人员安全规定 (新版) Safety management is an important part of production management. Safety and production are in the implementation process
甲醇合成塔入塔人员安全规定(新版) 1.入塔人员条件：必须是身体健康、心理素质好，具备安全救护知识和自救能力的人。 2.合成塔必须与外系统进行有效的隔离，并工艺处理合格后，方可打开人孔。 3.现场拉好警戒线，无关人员一律不得进入。 4.准备好灭火器材及消防水。 5.120救护车及专业医护人员由合成车间在指定地点现场待命。（综合部负责） 6.加一空气软管在上管板上部，距离上管板300mm，尽量增加塔内管箱上部的Ｏ2含量，以创造安全环境。 7.按照规定办理各种作业票证，动火作业前须做可燃气体（H2+CO≤0.2%）分析,合格后方可执行动火作业，灭火器材配备齐全。
8.办理设备内作业安全票证，严格落实安全施工条件。 9.由安检部人员、监护人员和佩带者共同检查，保证正压式呼吸器使用前完好。作业人员佩带后自行确认完好后，经合成车间安全人员再次检查确认，最后经安监部专职安全人员现场检查确认佩带合格后方可入塔正式作业。 10.塔内人员工作时间不得超过30分钟。塔内人员一人作业，一人监护；监护人员位置在溜槽附近，便于处置突发事情。工作时动作不要做大幅度摆动，避免呼吸器脱落漏气。 11.塔内作业人员应时刻注意避免安全绳、长管呼吸器气管缠绕热电偶，以免发生事情后抢救人员不好施救，耽误抢救时间。 12.塔外设专门双人监护，塔外监护人员视线时刻不离塔内作业人员，若有意外情况，设备内作业人员与塔外监护人员通过声光报警器联系。（声光报警器由机电部负责落实） 13．现场监护人员发现塔内出现异常情况，立即将塔内作业人员拉出。 14．用轴流风机吹扫自人孔出来的氮气，人员不应站在下风向。
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)
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
1 总论 1.1 概述 甲醇作为及其重要的有机化工原料，是碳一化学工业的基础产品，在国民经济中占有重要地位。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。 1）甲醇（英文名；Methanol，Methyl alcohol）又名木醇，木酒精，甲基氢氧化物，是一种最简单的饱和醇。化学分子式为CH3OH。 甲醇的性质；甲醇是一种无色、透明、易燃、易挥发的有毒液体，略有酒精气味。分子量32.04，相对密度0.792(20/4℃)，熔点-97.8℃，沸点64.5℃，闪点12.22℃，自燃点463.89℃，蒸气密度 1.11，蒸气压13.33KPa(100mmHg 21.2℃)，蒸气与空气混合物爆炸下限6～36.5 % ，能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃和许多其他有机溶剂相混溶，遇热、明火或氧化剂易燃烧。 甲醇的用途；甲醇用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工，塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入汽油掺烧。 甲醇的毒性及常用急救方法；甲醇被人饮用后，就会产生甲醇中毒。甲醇的致命剂量大约是70毫升。甲醇有较强的毒性，对人体的神经系统和血液系统影响最大，它经消化道、呼吸道或皮肤摄入都会产生毒性反应，甲醇蒸气能损害人的呼吸道粘膜和视力。急性中毒症状有：头疼、恶心、胃痛、疲倦、视力模糊以至失明，继而呼吸困难，最终导致呼吸中枢麻痹而死亡。慢性中毒反应为：眩晕、昏睡、头痛、耳鸣、现力减退、消化障碍。甲醇摄入量超过4克就会出现中毒反应，误服一小杯超过10克就能造成双目失明，饮入量大造成死亡。甲醇中毒，通常可以用乙醇解毒法。其原理是，甲醇本身无毒，而代谢产物有毒，因此可以通过抑制代谢的方法来解毒。甲醇和乙醇在人体的代谢都是同一种酶，而这种酶和乙醇更具亲和力。因此，甲醇中毒者，可以通过饮用烈性酒（酒精度通常在60度以上）的方式来缓解甲醇代谢，进而使之排出体外。而甲醇已经代谢产生的甲酸，可以通过服用小苏打（碳酸氢钠）的方式来中和。甲醇也容易引发大火。一旦发生火灾，救护人员必须穿戴防护服和防
甲醇合成塔的设计 The manuscript was revised on the evening of 2021
甲醇合成塔的设计 Design of carbinol Synthetic Tower 摘要：本文针对设备DN3400甲醇合成塔的设计要点进行了详细论述。详细介绍了大直径不带法兰的立式列管固定床甲醇合成塔材料和加热方式的选择，以及各主要部件结构的设计特点。 Abstract: This text introduces the main point of designing de DN3400 carbinol synthetic tower, describes the section of material and heating method used to fabricate large diameter- non-flange, vertical pipe line carbinol synthetic tower. This text also explains the structure design character of the main components and parts. 关键词：甲醇合成塔；工作原理；结构设计特点 Key Words: Carbinol synthetic tower working theory structure design character 1．引言 甲醇工业始20世纪初，到20世纪60年代，甲醇工业取得重大进展。1966年英国ICI公司首先推出了低压甲醇合成工艺—ICI工艺，此为低压法生产甲醇的开端。所有中、低压法甲醇装置工艺过程类似，在压力为~、温度205℃~275℃操作。各种工艺的主要区别在于反应器的设计、反应热的移走及回收利用方式的不同，另外，所用的催化剂亦有差异。 国内低压甲醇装置建设始于20世纪70年代，最早引进的是ICI公司的冷激型低压甲醇合成塔装置，数量不多。某公司年产50万吨甲醇合成装置采用华东理工大学“绝热—管壳外冷复合式反应器”专利技术，我公司设计、制造的甲醇合成塔是此项目的关键设备，其建成投产后，运行状况一 直良好，对兖矿高硫煤能够得到充分有效利用， 减少资源浪费，使煤炭行业向高附加值—化工方 向转化等方面，具有重要意义。现将该设备的主 要设计过程进行简单的介绍。 2．甲醇合成塔的工作原理 新鲜气在离心式透平压缩机内加压至(A),与循 环气以1：5比例混合（入塔气），经过与出塔 气换热并升温至230℃后，从顶部的入口进入甲 醇合成塔，经过装填一定粒径的(Cu-Zn-AL)催化 剂在换热管内，在催化剂的作用下，CO、CO2加 氢合成甲醇，反应热传给壳程的沸腾水，产生蒸
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
煤制甲醇工艺流程化设计 主反应为：C + O 2 → C O + C O 2 + H 2 → C H 3O 副反应为： 1 造气工段 （1）原料：由于甲醇生产工艺成熟,市场竞争激烈,选用合适的原料就成为项目的关键,以天然气和重油为原料合成工艺简单，投资相对较少，得到大多数国家的青睐，但从我国资源背景看，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，在大力发展煤炭洁净利用技术的形势下，应该优先考虑以煤为原料,所以本设计选用煤作原料。 图1-1 甲醇生产工艺示意图 （2）工艺概述：反应器选择流化床，采用水煤浆气化激冷流程。原料煤通过粉碎制成65%的水煤浆与99.6%的高压氧通过烧嘴进入气化炉进行气化反应，产生的粗煤气主要成分为CO ，CO 2，H ２等。 2 净化工段 由于水煤浆气化工序制得粗煤气的水汽比高达1.4可以直接进行CO 变换不需加入其他水蒸气，故先进行部分耐硫变换，将CO 转化为CO 2，变换气与未变换气汇合进入低温甲醇洗工序，脱除H 2S 和过量的CO 2，最终达到合适的碳氢比，得到合成甲醇的新鲜气。 CO 反应式： 222CO+H O=CO +H 2423CO H CH H O +?+2492483CO H C H OH H O +?+222CO H CO H O +?+
3 合成工段 合成工段工艺流程图如图1。 合成反应要点在于合成塔反应温度的控制，另外，一般甲醇合成反应10～15Mpa 的高压需要高标准的设备，这一项增加了很大的设备投资，在设计时，选择目前先进的林达均温合成塔，操作压力仅 5.2MPa ，由于这种管壳式塔的催化剂床层温度平稳均匀，反应的转化率很高。在合成工段充分利用自动化控制方法，实行连锁机制，通过控制壳程的中压蒸汽的压力，能及时有效的掌控反应条件，从而确保合成产品的质量。 合成主反应： 23CO+2H =CH OH 主要副反应： 2232CO +3H =CH OH+H O 4 精馏工段 精馏工段工艺流程图见图2。 合成反应的副产主要为醚、酮和多元醇类，本设计要求产品达质量到国家一级标准，因此对精馏工艺的合理设计关系重大，是该设计的重点工作。设计中选用双塔流程，对各物料的进出量和回流比进行了优化，另外，为了进一步提高精甲醇质量，从主塔回流量中采出低沸点物继续进预塔精馏，这一循环流程能有效的提高甲醇的质量。 合 成 塔 驰放气 中压蒸汽 锅炉给水 新鲜气 过热蒸汽去锅炉 甲醇合成工段工艺流 程图 粗甲醇去精馏 氢循环 分 离器 合成操作条件1. 反应压力：5.0MPa 2. 反应温度：250~270℃ 3. 流量： 出口 699.8 kmol/h 入口 783.6 kmol/h 2.24 MPa 5.0 MPa 215 ℃ 5.0 MPa 285℃ 图1 甲醇合成工艺流程图
工作行为规范系列 甲醇合成塔入塔人员安全 规定 （标准、完整、实用、可修改）
编号：FS-QG-29805甲醇合成塔入塔人员安全规定Safety regulations for personnel entering the methanol synthesis tower 说明：为规范化、制度化和统一化作业行为，使人员管理工作有章可循，提高工作效率和责任感、归属感，特此编写。 1.入塔人员条件:必须是身体健康、心理素质好，具备安全救护知识和自救能力的人。 2.合成塔必须与外系统进行有效的隔离，并工艺处理合格后，方可打开人孔。 3.现场拉好警戒线，无关人员一律不得进入。 4.准备好灭火器材及消防水。 5.120救护车及专业医护人员由合成车间在指定地点现场待命。(综合部负责) 6.加一空气软管在上管板上部，距离上管板300mm，尽量增加塔内管箱上部的O2含量，以创造安全环境。 7.按照规定办理各种作业票证，动火作业前须做可燃气体(H2+CO≤0.2%)分析，合格后方可执行动火作业，灭火器材
配备齐全。 8.办理设备内作业安全票证，严格落实安全施工条件。 9.由安检部人员、监护人员和佩带者共同检查，保证正压式呼吸器使用前完好。作业人员佩带后自行确认完好后，经合成车间安全人员再次检查确认，最后经安监部专职安全人员现场检查确认佩带合格后方可入塔正式作业。 10.塔内人员工作时间不得超过30分钟。塔内人员一人作业，一人监护;监护人员位置在溜槽附近，便于处置突发事情。工作时动作不要做大幅度摆动，避免呼吸器脱落漏气。 11.塔内作业人员应时刻注意避免安全绳、长管呼吸器气管缠绕热电偶，以免发生事情后抢救人员不好施救，耽误抢救时间。 12.塔外设专门双人监护，塔外监护人员视线时刻不离塔内作业人员，若有意外情况，设备内作业人员与塔外监护人员通过声光报警器联系。(声光报警器由机电部负责落实) 13.现场监护人员发现塔内出现异常情况，立即将塔内作业人员拉出。 14.用轴流风机吹扫自人孔出来的氮气，人员不应站在
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
甲醇合成塔设 计说明书 目录 第一章：设计方案的确定与说明- 3 一、设计方案的确定 (3) 二、方案说明 (3)
第二章：设计计算与校核 (4) 一、工艺计算 (4) 二、主要接管尺寸计算 (6) 三、合成塔的总体结构 (7) 第三章：设计计算结果 (9)
第一章：设计方案的确定与说明- 一、设计方案的确定 传统的甲醇合成塔主要有一下几种：①三管并流合成塔②单管并流合成塔③I.C.I四段冷激式合成塔④三菱瓦斯的四段冷激式合成塔⑤多段径向甲醇合成塔⑥Lurgi式甲醇合成⑦轴径向甲醇合成塔 三管并流合成塔,内件结构简单、操作稳定，但从气体并流换热的特点出发，能起到冷管作用的仅是外管，而内管只是担负了输送气体的任务。 单管并流合成塔，冷管的输气管和冷管的端部都连接在环管上，而冷管与输气管的气量和传热情况都不相同，前者的温度要高得多，如不考虑膨胀，当受热后，冷管与环管的连接部位会因热应力而断裂，使合成塔操作恶化甚至无法生产。 Lurgi式合成塔，合成塔既是反应器也是废热锅炉，合成甲醇所产生的反应热由管外的沸腾水带走，管外沸腾水与汽包维持自然循环，汽包是那个装有压力的控制器，以维持恒定的压力，因此管外沸腾水的温度是恒定的，于是管内催化剂的温度也几乎是恒定的，因此当操作条件发生变化时（如循环机故障等），催化剂也没有超温的危险，仍然可以安全运转。 综合以上各甲醇合成塔的优缺点，选择Lurgi式合成塔作为甲醇合成的设备。 二、方案说明 Lurgi式合成塔，合成塔既是反应器也是废热锅炉，列管中装填C306型催化剂，合成气在列管中反应，合成甲醇所产生的反应热由管外的215℃，25 bar 的沸腾水带走。冷却水的流量通过流量调节阀进行调整，以精确控制反应器的温度，使其符合工艺要求。
第一章概述 1.1甲醇的用途及在化学工业中的地位 甲醇俗称“木精”，是重要的有机化工产品，也是重要的有机化工原料，其分子式为 CH OH,是碳化工的基础。甲醇产品除少量直接用于溶剂，抗凝剂和燃料外，绝大多数被用3 于生产甲醛，农药，纤维，医药，涂料等。 长期以来，人们一直把甲醇作为农药、染料、医药等工业的原料。随着科学技术的不 断发展与进步，突破了甲醇只作传统原料的范围，甲醇的应用领域不断地被开发出来，广 度与深度正在发生深刻变化。随着甲醛等下游产品的不断开发，甲醇在化学工业中的作用 必将越来越重要[1]。 1.2甲醇市场的状况及建厂的可行性 近几十年来，由于传统加工工业的发展和世界能源结构的变化，以甲醇为原料的新产 品的不断开发，世界对甲醇的生产和需求量都大幅增加，表1.1是世界甲醇市场状况，表 1.2是国内甲醇市场状况。 表1.1 世界甲醇生产能力及消耗量及开工率 Table 1.1 World methyl alcohol productivity and consumption, utilization of capacity 年度1987 1991 1993 1995 2000 2020 生产能力万T/年1999 2300 2470 2600 5000 20000 总消耗量万T/年1718 2010 2141 2390 开工率 % 86 87 86.7 92 表1.2 国内甲醇生产能力及消耗量 Table 1.2 Domestic methyl alcohol productivity and consumption 年度1985 1987 1990 1994 1995 2000 生产能力万T/年69 71.1 71.1 125.53 146.9 197.5 生产量万T/年44.3 49.5 64.0 100 消耗量70.7 120 121.4 200 根据预测，世界范围内的生产与需求将持续发展，主要原因是：甲醇下游产品市场的
煤制甲醇工艺设计 Prepared on 22 November 2020
煤制甲醇工艺流程化设计 主反应为：C + O 2 → C O + C O 2 + H 2 → C H 3O 副反应为： 1 造气工段 （1）原料：由于甲醇生产工艺成熟,市场竞争激烈,选用合适的原料就成为项目的关键,以天然气和重油为原料合成工艺简单，投资相对较少，得到大多数国家的青睐，但从我国资源背景看，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，在大力发展煤炭洁净利用技术的形势下，应该优先考虑以煤为原料,所以本设计选用煤作原料。 图1-1 甲醇生产工艺示意图 （2）工艺概述：反应器选择流化床，采用水煤浆气化激冷流程。原料煤通过粉碎制成65%的水煤浆与%的高压氧通过烧嘴进入气化炉进行气化反应，产生的粗煤气主要成分为CO ，CO 2，H ２等。 2 净化工段 由于水煤浆气化工序制得粗煤气的水汽比高达可以直接进行CO 变换不需加入其他水蒸气，故先进行部分耐硫变换，将CO 转化为CO 2，变换气与未变换气汇合进入低温甲 醇洗工序，脱除H 2S 和过量的CO 2，最终达到合适的碳氢比，得到合成甲醇的新鲜气。 CO 反应式： 222CO+H O=CO +H 3 合成工段 合成工段工艺流程图如图1。 合成反应要点在于合成塔反应温度的控制，另外，一般甲醇合成反应10～15Mpa 的高压需要高标准的设备，这一项增加了很大的设备投资，在设计时，选择目前先进的林达均温合成塔，操作压力仅，由于这种管壳式塔的催化剂床层温度平稳均匀，反应的转化率很高。在合成工段充分利用自动化控制方法，实行连锁机制，通过控制壳程的中压蒸汽的压力，能及时有效的掌控反应条件，从而确保合成产品的质量。 合成主反应： 23CO+2H =CH OH 主要副反应： 2232CO +3H =CH OH+H O 4 精馏工段 精馏工段工艺流程图见图2。 2423CO H CH H O +?+2492483CO H C H OH H O +?+
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