年产50万吨甲醇合成工艺初步设计Word格式文档下载.docx

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相对煤基甲醇技术，天然气转化技术成熟可靠，转化规模受甲醇规模影响较小，装置紧凑，占地面积小。

尽管近年来国际市场天然气价格也在上涨。

但国外甲醇生产企业依靠长期供应协议将价格影响因素将至最低。

而我国大部分甲醇生产以煤为原料，气化装置规模有限和占地面积大的先天缺陷制约着甲醇生产装置向大型化发展。

同时近年来煤炭价格的大幅度上涨对本来还具有一定成本优势的煤基甲醇生产较大影响，再加上煤基甲醇大多建在西部地区，运输费用较高。

种种因素进一步削弱了煤基甲醇的价格竞争力。

国外大型甲醇装置集中投产后，传统的销售渠道无法消化聚然增多的甲醇。

2010年之前，国外甲醇以低价冲击中国市场几无悬念。

甲醇合成工段设计基础数据

1.原料气组成

物料

CO

CO2

H2

CH4

N2

组成（V%）

28.2

2.83

65.8

1.4

1.77

2.粗甲醇组成

CH3OH

（CH3）2O

C4H9OH

H2O

组成（wt%）

93.86

0.20

0.03

5.91

3.粗甲醇中合成气溶解情况表

气体

Ar

溶解量

（m3/t粗甲

4.364

0.815

7.780

0.365

0.243

1.680

醇）

4.合成工艺条件

合成方法及工艺条件自行选择，工艺要体现绿色、环保、先进，并具有一定的经济性。

公用工程：

（1）热剂用蒸汽：

根据生产需要选用不同压力级别的蒸汽

（2）冷剂用循环冷却水：

上水温度可取25℃。

、甲醇合成的基本原理

（一）反应原理

1.主反应

CO+2H2=CH3OH

2副反应

2CO+3H2=（CH3）2O+H2O

CO+3H2=H2O+CH4

4CO+8H2=C4H9OH+3H2O

CO2+H2=CO+H2O

三、生产方案的选择

甲醇的生产技术发展很快，近年来以碳的氧化物与氢合成甲醇的方法在原料路线、工艺技术、节能降耗、生产规模、过程控制与优化等方面都有新的突破与进。

（一）原料路线

世纪50年代，甲醇生产所用的原料主要有煤、焦炭、焦炉气。

到20世纪60年代天然气逐渐成为制造甲醇的主要原料，因为它简化了流程、便于输送、降低了成本。

从甲醇生产的实际情况核算采用天然气为原料要比采用煤为原料投资降低35%，成本降低50%。

目前甲醇生产的路线大致有煤、石油、天然气和H2、CO（或CO2）的工业废气。

20国际上甲醇总产量中约有70%左右是以天然气为原料的。

另外使用

烃类加工副产气（乙炔尾气或乙烯裂解废气）则经济效果更显著，但数量有限，使其使用受到限制

一、工艺流程配置原则

受化学平衡的限制，通过甲醇合成反应器的气体中CO、CO2与氢不可能全部合成甲醇，合成塔出口气体中甲醇摩尔分率仅为3％～6％左右（单程转化率低），未反应的气体必须循环。

图1-1甲醇合成工艺流程框图

图1-2甲醇合成工艺流程示意图

粗甲醇中除了含甲醇外，还含有两大类杂质。

一类是溶于其中气体和易挥发的轻组分，如:

气体、一氧化碳、二氧化碳、二甲醚、乙醛、丙酮、甲酸甲酯和羰基铁等;

另一类是难挥发的重组分，如:

乙醇、高级醇、水等，可用两个精馏塔给予精馏。

粗甲醇首先进入脱除轻组分塔，塔顶分出轻组分，经冷凝后回收其中所含甲醇，不凝气被放空。

此塔一般为板式塔，约为40,50块塔板。

塔底液相进入甲醇精馏塔，塔顶采出产品甲醇，重组分乙醇、高级醇等杂醇油在塔的加料板下6,14块板处侧线气相采出，水由塔釜分出，经回收余热后送废水处理。

甲醇精馏塔为60,70块塔板。

由于低压法合成的甲醇杂质含量少，净化比较容易，利用双塔精制流程，便可以获得纯度（质量分数）高达99.85%的精制产品甲醇。

二、物料衡算

按反应CO计算，甲醇的产率86.75%，甲烷的产率0.27%，丁醇的产率0.011%，乙二醚的产率为0.12%，水的产率8.72%，其他成分4.129%

年工作时按照8000h计

500000t×

1000kg/8000h=62500kg/h

产物甲醇的=62500kg/95.95%=62468.5kg/h/32g/mol=1952.1kmol/h主反应一氧化碳的量=1952.1kmol/h

主反应氢气的量=1952.1mol/h×

4kg/kmol=3904kmol/h

原料一氧化碳加入量=2505.57kmol/h=70155.96kg/h

原料氢气加入量=5846.334kmol/h=11692.66kg/h原料氢气中含氮量=157.26kmol/h=4403.28kg/h

生成甲烷的量=131.0375kmol/h=2096.6kg/h

粗甲醇组成成分

kg/h

kmol/h

62468.5kg/h

1952.15

133.11

2.9

19.97

0.27

3933.41

218.52

总量

66555.24

2173.69

出料总量：

出料成分

2079.85

2096.60

131.04

680.79

340.40

1779.97

63.57

711.75

25.42

758.16

18.95

26701.05

606.84

总输出量

99283.56

3266.07

1kg原料气组质量:

11.768kg/kmol

原料气组成：

2505.01

251.39

5845.01

124.39

157.23

8883.00

70140.17

11061.11

11690.03

1989.79

4402.42

99283.51

三．能量衡算

3.1热量衡算相关计算公式

热平衡方程式为：

Q1QrQ2Q3Q4

式中：

Q1·

·

入塔气各气体组分热量kJ/h

Qr·

合成反应和副反应的反应热kJ/h

Q2·

出塔气各气体组分热量kJ/h

Q3·

合成塔热损失kJ/h

Q4·

蒸汽吸收的热量kJ/h

3.2合成塔入塔热量计算

查手册得在498.15K，5.2Mpa下各组分气体的定压热容如下表所示：

表组分气体定压热容

气体CH3OHH2COCO2N2ArCH4

热容65.8329.1230.5747.6930.2321.5447.61

由QiCpiGi得入塔气各组分的热量：

各组分带进合成器的热量

热容KJ/

65.83

29.12

30.57

47.69

30.23

47.61

（kmolk）

含量

14.02

5845.0

2505.

251.3

157.2

1

01

9

3

入塔热量

922.91

170206

76578

11988

4753.

5522.2

kJ/（h.k）

.69

.16

.798

06

则每小时入塔热量：

Q1=170206.69+76578.16+11988.79+4753.06+5522.21×

498.15-269

048.8809×

498.15=134026714.52KJ/h

3.2合成塔的反应热

（CH3）2O

CH4

生成热

97.73

49.62

200.39

115.69

-42.94

KJ/mol

生成量

131.09

2505.57

反应热

190783.

143.898

54.105

15160.01

-107460.3

kJ/h

62

8

56

则合成塔每小时生成的反应热：

Qr=190783.62+143.898+54.105+15160.018-107460.256=98681285kJ/h

3.3合成塔出塔热量计算

各组分带出合成塔的热量

热容

kJ/（kmol-k）

含量kmol/h

出塔热

kJ/（h-k）

67.82

12079.85

141055.43

29.13

2240.31

9915.85

30.69

1950.96

48.23

29267.89

30.32

770.73

201.45

18.85

406.478

49.23

6451099

96.30

279.27

169.35

45.7245

35.36

7726.8072

则每小时出塔热量：

Q2=（141055.43+9915.85+1950.96+28267.89+770.73+6451.099+4

06.478+279.27+45.7245+7726.8672）×

528.15k=104505198.2584kJ/h