年产24万吨甲醇合成实用工艺设计.docx

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年产24万吨甲醇合成实用工艺设计

年产24万吨甲醇合成工艺设计

TheDesignof240,000t/aMethanolSynthesisProcess

摘要Ⅰ

AbstractⅡ

引言1

第1章甲醇的性质及其用途2

1.1甲醇的性质2

1.1.1甲醇的物理性质2

1.1.2甲醇的化学性质2

1.2甲醇的用途3

1.3甲醇工业的现状及发展4

1.3.1全球甲醇工业现状及发展趋势4

1.3.2我国甲醇工业发展5

1.3.3甲醇生产技术的发展6

第2章甲醇合成工艺原理及方法8

2.1甲醇合成原理8

2.2甲醇合成反应热力学8

2.3甲醇的合成方法及流程8

2.3.1木材干馏法8

2.3.2液相法制备甲醇8

2.3.3气相合成甲醇法9

第3章设计衡算和主要设备设计13

3.1物料衡算13

3.2热量衡算20

3.3主要设备选型及计算21

3.3.1传热面积的确定22

3.3.2传热管数的确定22

3.3.3合成塔壳体径的确定23

3.3.4合成塔壳体厚度的确定23

3.3.5合成塔封头的确定23

3.3.6折流板的确定24

3.3.7管板的确定24

3.3.8定距管的确定24

3.3.9支座的确定24

结论25

致26

参考文献27

年产24万吨甲醇合成工艺设计

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24万t/a的甲醇项目。

本设计介绍了甲醇生产方法中的木材干馏法，液相法和气相法中的高、中、低压法，从国外现状考虑，本设计采用气相低压法。

本设计采用德国Lurgi公司的甲醇合成工艺，合成塔选用该工艺中管壳式合成塔，对合成工段进行了工艺计算，包括物料衡算及能量衡算；设备计算包括对合成塔设备选型及指标计算。

关键词：

甲醇合成物料衡算热量衡算合成塔

TheDesignof240,000t/aMethanolSynthesisProcess

Abstract:

Methanolisanextremelyimportantorganicchemicalrawmaterials,isalsoafuel,itplaysaveryimportantpositioninthenationaleconomy.Inrecentyears,withthedevelopmentofaffiliatedproductsofMethanol,especiallytheuseofMethanolfuel,thedemandofMethanolisincreasingquickly.Inordertomeettheneedsofeconomicdevelopmentformethanol,thisprojecthasbeenmade.Lumberdrydistillation,liquidphasemethod,gasphasemethodofmethanolproductionhavebeenintroducedinthisdesign.Consideringfromthesituationathomeandabroad,thegasphaselowpressuremethodbeenhasbeenusedinthisdesign.

MethanolsynthesisprocessofGermanylurgicompanyhasbeenusedinmydesign,thesynthesistoweroftubularhasbeenchoseninthisdesign,Ihavetaketheprocessofsynthesissectionincalculation,includingmaterialcalculationandenergybalancecalculations;calculationofsynthesistowerequipmentincludingequipmentselectionandevaluation

Keywords:

Methanol;Synthesis;Materialbalancecalculate;Heatbalancecalculate;Synthetictower

引言

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。

甲醇生产所用的原料有煤、石油、天然气等，生产工序主要包括造气、脱硫、脱碳、精制、压缩与合成等。

我用的甲醇生产工艺主要有：

ICI低压甲醇合成工艺、Lurgi低压甲醇合成工艺、TEC的新型反应器以及正趋向成熟的液相法甲醇合成工艺。

合成工段是甲醇生产中的最为关键的一步，合成工段能有效安全运转是整个厂能正常运行的基础。

因此，根据生产需要，必须选择合适的生产流程、控制一定的工艺条件，满足工艺生产要求。

第1章甲醇的性质及其用途

1.1甲醇的性质

1.1.1甲醇的物理性质[1]

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（100mmHg21.2℃），蒸气与空气混合物爆炸极限为6.0%-36.5%（体积）。

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。

甲醇燃烧时无烟，火焰呈蓝色。

1.1.2甲醇的化学性质[1]

甲醇含有一个甲基与一个羟基，是最简单的饱和脂肪醇，具有脂肪醇的化学性质，即可进行氧化、酯化、羰基化、胺化、脱水等反应。

1.1.2.1氧化反应

如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。

CH3OH+0.5O2→HCHO+H2O

甲醛进一步氧化生成甲酸：

HCHO+0.5O2→HCOOH

甲醇完全燃烧时氧化成CO2和H2O，放出大量热：

2CH3OH+3O2→2CO2+4H2O

1.1.2.2酯化反应

如甲醇可与多种无机酸和有机酸发生脂化反应。

甲醇和硫酸发生酯化反应生成硫酸氢甲酯，硫酸氢甲酯经加热减压蒸馏生成重要的甲基化试剂硫酸二甲酯

CH3OH+H2SO4→CH3OSO2OH+H2O

2CH3OSO2OH→CH3OSO2OCH3+H2SO4

甲醇和硝酸作用生成硝酸甲酯：

CH3OH+HNO3→CH3NO3+H2O

甲醇和甲酸反应生成甲酸甲酯：

CH3OH+HCOOH→HCOOCH3+H2O

1.1.2.3羰基化反应

如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：

CH3OH+COCl2→CH3OCOCL+HCl

CH3OCOCl+CH3OH→（CH3O）2CO+HCl

1.1.2.4胺化反应

如在压力5～20MPa，温度370～420℃下，以活性氧化铝或分子筛作催化剂，甲醇和胺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、二甲胺和三甲胺产品。

CH3OH+NH3→CH3NH2+H2O

2CH3OH+NH3→（CH3）2NH+2H2O

3CH3OH+NH3→（CH3）3N+3H2O

1.1.2.5脱水反应

如甲醇在高温和酸性催化剂如ZSM-5，γ-Al2O3作用下分子间脱水生成二甲醚：

2CH3OH→（CH3）2O+H2O

1.1.2.6裂解反应

如在酮催化剂上，甲醇可裂解成CO和H2：

CH3OH→CO+2H2

1.1.2.7氯化反应

如甲醇和氯化氢在ZnO/ZrO催化剂上发生氯化反应生成一氯甲烷：

CH3OH+HCl→CH3Cl+H2O

1.2甲醇的用途[33]

甲醇是重要的一碳化工基础产品和有机化工原料，而且是重要的溶剂，广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。

近年来，随着技术的发展和能源结构的改变，甲醇化工已成为洁净能源的重要组成部分。

此外，甲醇还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；甲醇是容易运输的清洁燃料，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到节约芳烃，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，间接开辟了由煤转换为汽车燃料的途径。

甲醇是直接合成乙酸的原料，孟山都公司实现了在较低压力下甲醇和一氧化碳合成乙酸的工艺。

甲醇可直接用于还原铁矿石，得到高质量的海绵铁。

特别是近年来C

化学工业的发展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、乙酸乙烯、乙酐、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。

甲醇的消费已超过其传统用途，潜在的耗用量远远超过其化工用途，渗透到国民经济的各个部门。

今后甲醇的发展速度将更为迅速。

1.3甲醇工业的现状及发展

1.3.1全球甲醇工业现状及发展趋势[23]

从2000年起，世界甲醇生产能力出现了甲醇史上最短时间最大规模的增长。

2000年，世界甲醇总产能达3803万吨，需求量为2817万吨/年，装臵开工率为76.5%；2004年，世界甲醇总产能达到4060万吨/年，产量为3300万吨，装臵平均开工率为81.3%；2006年，世界甲醇总生产能力接近4800万吨，总需求达3680万吨；2007年以来，全球甲醇产能不断快速提高，至2010年底全球甲醇产能近1亿吨。

同时，需求量与产量也在稳步提升。

近年来全球甲醇需求年均增长率超过4%，相当于新建一座世界规模甲醇厂的年产量。

下图是全球甲醇规模和需求的条形折线图：

图1.1全球甲醇规模和需求

近几年全球甲醇供需基本平衡，但生产和消费格局已发生了重大变化。

全球甲醇产能和产量的增长主要来自亚洲和中东等低成本地区，欧美等高成本地区不仅没有增长，有的还在减小。

现在以中国等发展中国家为代表的亚太国家，作为甲醇新兴市场潜在应用不断开发。

国际舆论普遍认为，5年以后，这一地区可能成为决定世界甲醇市场发展方向的极具影响力的因素，其正在成为一支不可忽视的中坚力量。

近期世界甲醇价格的预测将取决于中国煤基甲醇生产的经济性。

世界甲醇生产格局的变化带来了消费格局的重大变化，工业发达国家和地区如美国、西欧、日本等已由过去的甲醇自产自给转变为主要进口国，而拉丁美洲、东欧（俄罗斯）、中东及非洲却成为甲醇主要出口国。

未来国际甲醇市场的主要不利因素为国际上甲醇新建装置大量涌现，产能增长速度过快，今后5年中投产的甲醇产能将超过1800万吨，这些新增产能主要分布于南美、远东和澳大利亚。

产能增长过快会对现有市场造成一定冲击，使市场价格产生波动。

总的来看，未来甲醇的需求增长为每年500万吨，而未来新增的产能还不会在短期造成供需失衡的局面，加之甲醇生产成本不断提高，未来甲醇市场价格会保持