年产15万吨甲醇合成工艺大学本科毕业论文.doc

年产15万吨甲醇合成工艺设计The Design of Methanol Synthesis Process of 150kt/a目录摘要 Abstract引 言1第一章 概 述2 1.1甲醇的设计背景2 1.1.1甲醇的性质2 1.1.2甲醇的用途2 1.2 甲醇生产的发展4 1.2.1甲醇工业的发展4 1.2.2甲醇生产相关技术的发展4 1.3 甲醇合成工艺原理5 1.4甲醇的合成方法5 1.4.1.常用的合成方法5 1.4.2 合成方法的选择6第二章 工艺流程设计6 2.1 合成工艺流程介绍7 2.2工艺条件的选择8第三章 合成工艺设计计算10 3.1物料衡算11 3.1.1合成塔物料衡算11 3.1.2分离器物料衡算15 3.2 甲醇生产的能量平衡计算16 3.2.1合成塔热量衡算16 3.2.2水冷器热量衡算19第四章 设备计算及选型22 4.1 甲醇合成塔设备工艺计算22 4.1.1确定流体流量22 4.2 传热面积的确定23 4.3催化剂用量的确定23 4.4设备参数计算23 4.4.1传热管数的确定23 4.4.2合成塔壳体直径的确定23 4.4.3 合成塔壳体厚度的确定24 4.4.4合成塔封头的确定24 4.4.5管子拉脱力的计算25 4.5折流板的确定26 4.6塔体工艺设计参数验算26 4.6.1热流量核算26 4.6.2传热面积核算27结 论29致 谢30参考文献31附 录33附录A工艺流程图33附录B 设备图33. 年产15万吨甲醇合成工艺的设计摘要:甲醇（Methanol）又名木醇，木酒精，甲基氢氧化物，是一种最简单的饱和醇，化学式为CHO。甲醇是由煤气化或天然气转化生成合成气合成的化工产品，它既是一种重要的、需求量巨大的基本有机化工原料，也是一种新型的清洁能源。甲醇应用逐渐扩展到石油替代领域，围绕甲醇产品开发出了烯烃等新的替代石油产品。本设计是以煤为原料生产甲醇，合成塔选用Lurgi低压甲醇合成塔。此塔形似列管式换热器，在塔内列管中装填催化剂，管间为沸腾水，原料气进入塔内列管中发生一系列化学反应；由要求的年产量，计算合成塔物料衡算、热量衡算、相关参数的经验估算或实验资料，经由计算分析确定各个设备的技术参型。通过热量衡算，可知甲醇合成塔中放热量234299021.2KJ/h。通过对主体设备甲醇合成塔的设计计算，确定壳体直径2500mm，厚度为23mm。合成塔内列管尺寸,总数目2687,管长9000mm, 管子分布采用正三角形排列关键词：甲醇；低压法；合成塔；衡算1The Design of Methanol Synthesis Process of 150kt/aAbstract: Methanol, also known as wood alcohol, wood alcohol, methyl hydroxide, is one of the easiest saturated alcohol. The chemical formula of methanol is CHO. Methanol is a chemical product which transformed from coal gasification or natural gas to produce synthesis gas. It is not only an important and a huge demand for basic organic chemical raw materials, but also a new type of clean energy. The application of methanol is gradually extended to the field of oil alternatives, meanwhile, olefins and other new alternative petroleum products have been developed around the methanol products.he design is based on coal as raw materials to produce methanol, and choses the Lurgi low pressure methanol synthetic tower as synthesis reactor. The synthesis tower is similar in form of column tube type heat exchanger, which the catalyst loading in the lumen of tube, and the boiling water flowing from the shell side. A series of chemical reactions that occur when the feed gas through into column tube of the tower. By the requirements of the annual output, the material balance, heat balance, and experience estimates or experimental data of relevant parameters are calculated to analyze and determine the technical parameters of each device. By the heat balance, it shows that exothermic heat of methanol synthetic tower is 234,299,021.2 KJ/h. Through the design calculations of main equipment methanol synthesis tower, determining the bodys diameter is 2,500 millimetre, and thickness is 23 millimetre. The synthetic tower tube size, the total number of 2687,length 9000mm, the distribution of the equilateral triangle arrangementKeywords: Methanol; Low tension method; Synthetic tower; Balance1引 言 甲醇是极为重要的有机化工原料，是碳一化学工业的基础产品，在国民经济中占有十分重要的意义。甲醇化工是许多工业国家竟相开发的一个十分重要的领域。它的研究与发展对于各国工业有着深远的影响。甲醇化工是碳一化学工业的一个分支，碳一化学工业是指以分子中含有一个碳原子的化合物(如CO、CO2、CH4、CH3OH、HCOOH、HCN及其衍生体系)为原料，以有机合成化学和催化化学为手段制造有机化工产品的化学工业的总称。固体原料煤炭、液体原料石脑油和渣油、气体原料天然气和油田气等经部分氧化法或蒸汽转化法可制得合成气。合成气的主要成分是CO和H2。CO加氢可制得甲醇，这就构成了碳一化工的基本原料。由于甲醇的生产工艺简单，反应条件温和，技术容易突破，甲醇系列产品有着广泛的用途，世界各国都把甲醇作为碳一化学工业的重要研究开发领域。现在甲醇已成为新一代能源的重要起始原料，生产一系列深度加工产品。甲醇作为重要有机化工原料和优质燃料，主要用于制造甲醛、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。此外甲醇还广泛应用于精细化工，塑料，医药，林产品加工等领域的基本有机化工原料，可开发出100多种高附加值化工产品，尤其深加工后作为一种新型清洁燃料和加入汽油掺烧，其发展前景越来越广阔。随着社会发展以及甲醇对人们需求量的发展趋势，甲醇在生活经济中占有十分重要的意义，本设计主要是甲醇生产中合成工段的工艺设计。第一章 概 述1.1甲醇的设计背景 1.1.1甲醇的性质甲醇，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CHOH。醇是由烃基和羟基两部分组成。按烃基的类型，醇可分为饱和醇、不饱和醇、脂环醇和芳香醇。按醇分子中所含羟基的数目可分为一元醇、二元醇和三元醇。二元醇以上统称多元醇。甲醇是有机物醇类中最简单的一元饱和醇。甲醇化学性质较活泼，具有脂肪族伯醇的一般性质，能发生氧化、酯化、羰基化等化学反应，其连有羟基的碳原子上的三个氢原子均可被一一氧化，或脱氢生成甲醛，再氧化成甲酸，甲酸氧化的最终产物是二氧化碳和水。甲醇不具酸性，同时其分子组成虽有能作为碱性特征的羟基，但也不呈碱性，对酚酞及石蕊均呈中性。试剂甲醇常密封保存在棕色瓶中置于较冷处。物理化学属性：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，熔点-97.8，沸点64.5，自燃点463.89蒸气密度1.11，蒸汽压13.33KPa(100mmHg21.2),蒸汽与空气混合物爆炸下限636.5%，能与水、乙醇、乙醚、苯、酮和其他有机溶剂相混溶，遇热、明火或氧化剂易燃烧。 甲醇(CH3OH)是一种挥发性液体。甲醇与水互溶，在汽油中也有较大的溶解度。甲醇剧毒，易燃烧，其蒸气与空气的混合物在一定范围内会发生爆炸。1.1.2甲醇的用途甲醇是由煤气化或天然气转化生成合成气合成的化工产品，它既是一种重要的、需求量巨大的基本有机化工原料，也是一种新型的清洁能源。在工业发达国家，它是仅次于烯烃和芳烃的基础有机化工原料，其消费量仅次于乙烯、丙烯和苯，居第四位。甲醇是极为重要的有机化工原料，在化工、医药、轻工、纺织及运输等行业都有广泛的应用，其衍生物产品发展前景广阔。 甲醇应用十分广泛，在石油化工、医药、轻纺、生物化工以及能源、交通运输等行业均有广泛用途，在国民经济中占有十分重要的地位1。近年来，随着石油资源储量的日趋减少，甲醇应用逐渐扩展到石油替代领域，围绕甲醇产品开发出了烯烃等新的替代石油产品，市场对醋酸、甲醛、二甲醚等甲醇下游产品需求量迅速扩大，产业发展明显加快，甲醇需求以年均12%左右的速度增长。甲醇主要有以下几个方面的用途：甲醇作为化工基本原料甲醇作为重要的化工原料，以甲醇为原料可以生产许多重要的有机化合物，甲醇的深加工产品目前已达120多种，我国以甲醇为原料的一次加工产品已有30多种。由甲醇生产的重要有机化合物包括醋酸、甲醛、甲胺、甲烷氯化物、甲酸、甲酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、二甲醚、二甲基甲酰胺、二甲基亚枫、碳酸二甲酯、聚乙烯醇等。其中，以甲醇为原料采用羰基化法生产醋酸，是目前最具竞争力的醋酸生产方法, 所消费甲醇约占全球甲醇消费总量的7%。甲醇作为新一代燃料甲醇是一种易燃易挥发的无色透明液体，具有与传统液体燃料极为相近的燃烧性能，辛烷值高，抗爆性能好，产品的运输、储存、分装加注和使用也与汽油、柴油燃料极为相似。由甲醇可以生产高标号无铅汽油，甲醇和异丁烯合成的甲基叔丁基醚是高辛烷值汽油添加剂，生产MTBE消费甲醇约占甲醇需求的6%，甲醇还可掺烧汽油(如M15、M25)或直接用作汽车燃料(M100)。由甲醇转化生产的二甲醚具有清洁、动力性能好、污染少、易储存等特点，综合性能远优于液化气、天然气、甲醇、乙醇等产品，其作为替代柴油燃料的市场空间广阔。甲醇作为精细化工与高分子化工的主要原料甲醇作为基本有机化工原料之一，主要用于生产酚醛树脂、甲醛塑料等高分子材料和粘合剂等精细化工产品。由甲醇制甲醛是甲醇最主要的消费领域之一，目前约占甲醇总消费量的3740%，2006年我国甲醛生产对甲醇的需求量约220万吨，近期甲醛对甲醇的需求量将以每年10%的速度继续增长。甲醛再经聚合反应生成的聚甲醛塑料是一种性能优良的工程塑料，在汽车工业及电器工业中有广泛的用途。经甲醇制烯烃工艺，甲醇可以转化为基本石油化工原料乙烯、丙烯，并延伸加工成一系列衍生物。我国DMTO技术的开发成功，开辟了传统石油化工之外的烯烃生产新途径，拓展了甲醇在化工领域中的新用途。1.2 甲醇生产的发展1.2.1甲醇工业的发展(1）世界甲醇工业的发展总体上说，世界甲醇工业从90年代开始经历了1991-1998的供需平衡，1998-1999的供大于求，从2000年初至今的供求基本平衡三个基本阶段1。据Nexant Chen Systems公司的最新统计，全球2004年甲醇生产能力为4226.5万t/a2(2）我国甲醇工业发展我国的甲醇工业经过十几年的发展，生产能力得到了很大提高。1991年，我国的生产能力仅为70万吨，截止2004年底，我国甲醇产能已达740万吨，117家生产企业共生产甲醇440.65万吨，2005年甲醇产量达到500万吨，比2004年增长22.2%，进口量99.1万吨，因此下降3.1%。1.2.2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5060，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MRFZ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 甲醇合成工艺原理铜基催化剂作用下发生一系列反应 主反应：CO+2H2CH3OH+102.37 KJ/mol 副反应：2CO+4H2(CH3)2O+H2O+200.39 KJ/mol CO+3H2CH4+H2O+115.69 KJ/mol 4CO+8H2C4H9OH+3H2O+49.62 KJ/mol CO2+H2CO+ H2O-42.92 KJ/mol 副反应不仅消耗原料，而且影响甲醇的质量和催化剂寿命。特别是生成甲醇的反应是一个强放热，不利于反应温度的控制，而且生成甲醇不能随产品冷凝，甲醇在循环系统中循环，更不利于主反应的化学平衡和反应速率1.4甲醇的合成方法1.4.1.常用的合成方法 当今甲醇生产技术主要采用中压法和低压法两种工艺，并且以低压法为主，这两种方法生产的甲醇约占世界甲醇产量的80%以上3。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。低压法：(5.0-8.0 Mpa)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基催化剂，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。中压法：(9.8-12.0 Mpa)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基催化剂，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。目前，甲醇的生产方法还主要有甲烷直接氧化法：2CH4+O22CH3OH.由一氧化碳和氢气合成甲醇，液化石油气氧化法1.4.2 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H2在加热压力下，在催化剂作用下合成甲醇。 第二章 工艺流程设计2.1 合成工艺流程介绍用低压发生产甲醇，催化剂是铜基催化剂。技术路线：甲醇生产的第一个工序是要获取甲醇的原料气，首先原料气应是气体，其次是它必须含有氢气和一氧化碳，或者可以经过处理转化为氢气和一氧化碳的组分，再次，气体中有害成分应尽量少，并容易被清除掉。硫、氯、磷、等都是甲醇合成催化剂的毒性物质，清除这些物质，首先从占毒物比例最大的硫着手，所以继从原料气制造得到合成原料气之后，第二个工序就是脱硫、在脱硫过程中，其他毒物也应大部分被脱除，原料气初步得到净化4。煤气经加热炉预热后在反应器中转化后得到合成气（H和CO），然后经换热冷却后脱硫，使含硫量不超过0.510-6，然后经水冷却分离出冷凝水后进入合成氨压缩机，压缩至压力略低于5MPa，与循环气混合后再经压缩至5MPa，进入合成反应器反应。 经过净化的原料气，经预热加压，于5 Mpa、225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5，出口温度为255左右，甲醇7%左右，因此，原料气必须循环，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，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 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，经过换热冷却到40，冷凝的粗甲醇经分离器分离。经换热器与合成气进行热交换后进入水冷器，使产物甲醇冷凝。然后在甲醇分离液态的甲醇与气体分离，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。再经闪蒸除去轻组分（分离出的气体含大量的氢和一氧化碳，返回循环压缩机），得到的甲醇（还含有）送精馏塔精制（除去重组分，如乙醇、高级醇、水等） 图2.1甲醇合成的工艺流程2.2工艺条件的选择 为了减少副反应，提高收率，选择适宜的工艺条件非常重要，工艺条件主要有温度，压力，原料气组成，空速等。反应温度反应温度是影响反应速率和选择性。合成甲醇反应是一个可逆放热反应，反应速率随温度的变化有一最大值，此最大值对应的温度即为最适宜反应温度。实际生产中的操作温度取决于一系列因素，如催化剂、压力、原料气的组成、空间速率和设备使用情况等，尤其取决于催化剂的活性温度。由于催化剂的活性不同，最适宜的反应温度也不同。对ZnO-Cr2O3催化剂，最适宜温度为380。C左右；而对CuO-ZnO-Al2O3催化剂，最适宜的温度为220270。C。最适宜温度与催化深度及催化剂的老化程度也有关。一般为了使催化剂有较长的寿命，反应初期宜采用较低温度，使用一段时间后再升至适宜温度。其后随着催化剂老化程度的增加，反应温度也需相应提高。由于合成甲醇是放热反应，反应热必须及时移走，否则易使催化剂升温过高，不仅会导致副反应的增加，而且会使催化剂因发生熔结现象使活性下降。尤其是使用铜基催化剂时，由于其热稳性较差，严格控制反应温度显得极其重要。反应压力一氧化碳加氢合成甲醇的主反应与副反应相比，是物质的量减少最多、而平衡常数最小的反应，因此提高压力对提高甲醇的平衡浓度和加快主反应的速率都是有利的。反应压力越高，甲醇生成量越多。但是增加压力要消耗能量，而且还受设备强度限制，因此需要综合各项因素确定合理的操作压力。用ZnO-Cr2O3催化剂时，反应温度高，由于受平衡限制，必须采用高压，以提高其推动力。而采用铜基催化剂时，由于其活性高，反应温度较低，反应压力也可相应降至510MPa。原料气组成甲醇合成反应原料气的化学计量比为H2:CO=2:1。一氧化碳含量高，不仅对温度控制不利，而且也会引起羰基铁在催化剂上的聚集，使催化剂失去活性，故一般采用氢过量。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温度。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。增加氢气浓度，可以提高一氧化碳的转化率。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(2.23.0):1。由于二氧化碳的比热容较一氧化碳高，其加氢反应反应热效应却较少，故原料气中有一定二氧化碳含量时，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存在时，使氢气和一氧化碳的分压低，导致转化率下降。由于合成甲醇空速大，接触时间短，单程转化率低，只有10%15%，因此反应器中仍含有大量为转化的氢气及一氧化碳，必须循环利用。为了避免惰性气体的积累，必须将部分循环器从反应系统中排出，以使反应系统中惰性气体含量保持在一定浓度范围。工业上一般控制循环气量为新鲜原料气量的3.56倍。空间速率气体与催化剂接触时间的长短，通常以空间速率来表示，即单位时间内，每单位体积催化剂所通过的气体量。其单位是（标）/（催化剂）时，简写为h-1在甲醇生产中，气体一次通过合成塔仅能得到3%6%的甲醇，新鲜气的甲醇合成率不高，因此新鲜气必须循环使用。此时，合成塔空速常由循环机动力、合成系统阻力等因素决定。如果采用较低的空速，反应过程中气体混合物的组成与平衡组成较接近，催化剂的生产强度较低，但是单位甲醇产品所需循环气量较小，气体循环的动力消耗较少，预热未反应气体到催化剂进口温度所需换热面积较小，并且离开反应器气体的温度较高，其热能利用价值较高。如果采用较高的空速，催化剂的生产强度虽可以提高，但是增大了预热所需传热面积，出塔气热能利用价值降低，增大了循环气体通过设备的压力降及动力消耗，并且由于气体中反应产物的浓度降低，增大了分离反应产物的费用。另外，空速增大到一定程度后，催化剂温度将不能维持。在甲醇合成生产中，空速一般控制在1000020000h。 第三章 合成工艺设计计算 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物料衡算3.1.1合成塔物料衡算 已知：年产150000吨精甲醇，每年以300个工作日计。精甲醇中甲醇含量(wt)：99.95%粗甲醇组成(wt)：Lurgi低压合成工艺甲醇：93.89%轻组分以二甲醚(CH3)2O计：0.188%重组分以异丁醇C4H9OH计：0.026%水：5.896%所以：时产精甲醇：=20833.33Kg/h 时产粗甲醇：=22178.00 Kg/h根据粗甲醇组分，算得各组分的生成量为：甲醇(32)： 20833.33 Kg/h 651.05kmol/h 14583.33 Nm3/h二甲醚(46)：41.695 Kg/h 0.906kmol/h 20.304 Nm3/h异丁醇(74)：5.766Kg/h 0.078kmol/h 1.746 Nm3/h水(18)： 1307.61 Kg/h 72.65 kmol/h 1573.26 Nm3/h根据第一章的反应原理计算生产中，测得每生产1吨粗甲醇生成甲烷7.56 Nm3,即0.34 kmol，故CH4每小时生成量为：7.5614.78533=111.71 Nm3，即4.987 kmol/h，79.794 Kg/h。忽略原料气带入份，根据、得反应生成的水的量为：72.65-0.906-0.0783-4.983=66.527 kmol/h，即在CO逆变换中生成的H2O为66.527 kmol/h，即1490.20Nm3/h。 5.00 MPa，40时各组分在甲醇中的溶解度列表于表3.1表3.1 5.00Mpa，40时气体在甲醇中的溶解度组分H2COCO2N2ArCH4溶解度Nm3/t甲醇00.6823.4160.3410.3580.682Nm3/h01.0085.5010.5040.5291.008 据测定：35 时液态甲醇中释放CO、CO2、H2等混合气中每立方米含37.14 g甲醇，假定溶解气全部释放，则甲醇扩散损失为：(1.008+5.501+0.504+0.529+1.008)= 0.318 kg/h即0.0099kmol/h，0.223 Nm3/h。根据以上计算，则粗甲醇生产消耗量及生产量及组成列表3.2。表3.2 甲醇生产消耗和生成物量及组成方式单位消耗物料量生成物料量COH2CO2N2CH4CH3OHC4H9OH(CH3)2OH2O式kmol/h651.051302.1651.05Nm3/h14583.5229167.0414583.52式kmol/h1.8123.6240.9060.906Nm3/h40.5981.1820.30420.304式kmol/h4.98714.9614.9874.987Nm3/h111.71335.13111.71111.71式kmol/h0.3120.6240.0780.234Nm3/h6.9913.981.7465.242式kmol/h-66.52766.52766.52766.527Nm3/h-1490,201490.201490.201490.20合计Nm3/h13251.3731087.531484.730.504110.7021458.121.74620.3041627.456设新鲜气量为G新鲜气,驰放气为新鲜气的9%1。表3.3驰放气组成组分H2COCO2CH4N2CH3OHH2OMol%79.316.293.504.793.190.610.01 G新鲜气G消耗气+G驰放气=G消耗气+0.09 G新鲜气=45934.836+0.09 G新鲜气 所以：G新鲜气50477.84 Nm3/h新鲜气组成见表3.4表3.4甲醇合成新鲜气组成组分H2COCO2N2总计Nm3/h34169.4614718.831587.022.5250477.84组成mol%67.69229.1593.1440.005100测得：甲醇合成塔出塔气中含甲醇7.12%。根椐表3.2、表3.4，设出塔气量为G出塔。又知醇后气中含醇0.61%。所以： =7.12% G醇后=G新鲜-(G醇G副G扩)+GCH4= 50477.84 - 45934.836+110.702=4653.706 Nm3/h所以：G出塔208779.16Nm3/hG循环气= G出塔-G醇后-G生成+GCH4-G溶解=208776.16-4653.706-3218.328+110.702-7.571=201007.257Nm3/h 甲醇生产循环气量及组成见表3.5表3.5 甲醇生产循环气量及组成组分COCO2H2N2CH4CH3OHH2O合计流量：Nm3/h12643.367035.25159418.866412.139628.251226.1420.10201007.257组成%(V)6.293.5079.313.194.790.610.01100G入塔= G循环气+G新鲜气=201007.257+50477.84=251485.097 Nm3/h由表3.4及表3.5得到表3.6。表3.6 甲醇生产入塔气流量及组成单位：Nm3/h组分COCO2H2N2CH4CH3OHH2O流量：Nm3/h27362.198622.27193588.326414.659628.251226.1420.10Kmol/h629.951162.367254.5434.77286.350.9173.56组成(V)%11.1993.42476.8162.5063.7620.4790.008又由G出塔= G循环气-G消耗G生成据表3.2、3.6、得表3.7。表3.7 甲醇生产出塔气流量及组成 单位：Nm3/h组分COCO2H2N2CH4CH3OHH2OC4H9OH(CH3)2O入塔27362.198622.27193588.326414.659628.25 1226.1420.10消耗13251.371484.7331087.530.5041.008生成111.711458.121627.4561.74620.304出塔14110.827137.54162500.796414.1469738.9522684.261647.5561.74620.3043.1.2分离器物料衡算甲醇分离器出口气体和液体产品的流量、组成见表3.8。 表3.8甲醇分离器出口气体组成、流量：单位：Nm3/h组分COCO2H2N2CH4CH3OHC4H9OH(CH3)2OH2O损失1.0085.05100.5041.0080.211出气14109.8127132.489162500.796413.6429737.9442684.049出液1458.121.74620.3041627.456组成mol%89.7370.0110.12510.127重量kg2083.045.7741.681307.78 根椐计算结果，可画出甲醇生产物流图，如：图3.1甲醇生产流程图甲醇合成塔分离器贮 罐冷 凝 1.新鲜气 3.循环气 2.入塔气 6.驰放气 5.醇后气 7.粗甲醇 3.1甲醇生产流程图3.2 甲醇生产的能量平衡计算3.2.1合成塔热量衡算计算公式全塔热平衡方程为： ( 3-1)式中：入塔气各气体组分焓，kJ/h 合成反应和副反应的反应热，kJ/h 出塔气各气体组分焓，kJ/h合成塔热损失，kJ/hQ 沸腾水吸收热量，kJ/h (3-2)式中： 入塔气各组分流量， 入塔气各组分的比热容，kJ/() 入塔气体温度， (3-3)式中： 出塔气各组分流量，出塔气各组分的比热容，kJ/() 出塔气体温度， (3-4)式中：、 分别为甲醇、二甲醚、异丁醇、甲烷、辛烷的生成热，kJ/h 二氧化碳逆变反应的反应热，kJ/h