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年产30万吨甲醇生产车间工艺初步设计

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：3万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H2/（CO＋CO2）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
天然气脱硫

天然气变为合成气
甲醇合成
甲醇精馏

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
项 目
指标
优等品
一等品
合格品
色度（铂—钴），号 ≤
5
10
密度（200C），g/cm3
0.791—0.792
0.791—0.793
沮度范围(00C,101325Pn),0C
沸程（包括64.6±0.10C）,0C ≤
64.0-65.5
0.8
1.0
1.5
高锰酸钾试验，min ≥
50
30
20
水溶性试验
澄清

水分含量，% ≤
0.10
0.15

酸度（以HCOOH计），% ≤
或碱度（以NH3计），% ≤
0.0015
0.003
0.005
0.0002
0.0008
0.0015
羰基化合物含量（以CH2O计），% ≤
0.002
0.005
0.01
蒸发残渣含量，% ≤
0.001
0.003
0.005

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
组分
百分比
产量
甲醇
93.40%
1220.25kmol/h 即 27333.6m3/h
二甲醚
0.42%
3.81 kmol/h 即 85.5 m3/h
高级醇（以异丁醇计）
0.26%
1.47kmol/h 即32.91 m3/h
高级烷烃（以辛烷计）
0.32%
1.17kmol/h 即26.28m3/h
水
5.6%
130.08kmol/h 即 2913.54 m3/h
粗甲醇
100%
41.82t/h
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 m3/h
高级醇（以异丁醇计）= 41.82×1000×0.26% = 108.72kg/h 即 1.47kmol/h , 32.91 m3/h
高级烷烃（以辛烷计）=41.82×1000×0.32% = 133.83 kg/h 即1.17kmol/h 26.28m3/h
水= 41.82×1000×5.6% = 2341.92 kg/h 即130.08kmol/h 2913.54 m3/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+2H2=CH3OH (1)
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5Mpa、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
气体
H2
CO
CO2
N2
Ar
CH4
溶解量（m3/t粗甲醇）
4.364
0.815
7.780
0.365
0.243
1.680
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
气体
CH3OH
H2
CO
CO2
N2
Ar
CH4
组成
0.61%
81.82%
9.16%
3.11%
3.21%
0.82%
1.89%

表5合成反应中消耗原料情况
消耗项
单位
消耗原料气组分
CO
CO2
H2
N2
Ar
反应（1）
m3/h
24878.79

49757.58

反应（3）
m3/h
171.0

342.00

反应（4）
m3/h
63.57

190.71

反应（5）
m3/h
131.61

263.28

反应（6）
m3/h
210.30

反应（7）
m3/h
（2454.81）
2454.81
2454.81

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
生成项
单位
生成物组分
CH4
CH3OH
（CH3O）2
C4H9OH
C18H18
H2O
反应（1）
m3/h

24878.79

反应（3）
m3/h

85.50

85.50
反应（4）
m3/h
63.57

63.57
反应（5）
m3/h

32.91

98.70
反应（6）
m3/h

26.28
210.30
反应（7）
m3/h

2454.81
表7其他情况原料气消耗
消耗项
单位
消耗原料气组分
CO
CO2
H2
N2
Ar
CH4
粗甲醇中溶解
m3/h
34.08
325.26
182.50
15.27
10.17
70.23
扩散的甲醇
m3/h
16.56

33.15

弛放气
m3/h
9.16%×G
3.11%×G
81.20%×G
3.21%×G
0.82%×G
1.89%×G
驰放气中甲醇
m3/h
0.61%×G

1.22%×G

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
组分
单位
CO
CO2
H2
N2
Ar
CH4
气量
m3/h
23051.1
+9.77%G
2780.07+
3.11%G
53672.1+
82.42%G
15.27+
3.21%G
10.17+
0.82%G
6.66+
1.89%G
新鲜气
m3/h
79534.08+1.0183G
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
气体
CH3OH
H2
CO
CO2
N2
Ar
CH4
组成
0.61%
81.82%
9.16%
3.11%
3.21%
0.82%
1.89%
气量m3/h
52.26
6956.22
784.71
266.46
274.98
70.29
161.88

表10 新鲜气组成(合成气)
气体
CH4
H2
CO
CO2
N2
Ar
组成
0.19%
68.81%
27.07%
3.45%
0.33%
0.09%
气量m3/h
168.54
60731.58
23888.07
3046.53
290.25
80.43

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=6728.94
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
气体
CH3OH
H 2
CO
CO2
N2
Ar
CH4
组成
0.61%
81.82%
9.16%
3.11%
3.21%
0.82%
1.89%
气量m3/h
2653.02
353155.92
39838.77
13526.04
13960.98
3566.37
8220.00
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）2 C4H9OH C18H18 H2O
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CO－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 m3/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 m3/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 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4
组成 0.61% 81.82% 9.16% 3.11% 3.21% 0.82% 1.89%
气m3/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 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

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=（）=0.044461kmol/m3
则每小时天然气用量 C=a/b≈8.96×104m3/h
燃料用天然气 8.7×103 m3/h，总用量9.83×104 m3/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；
Q3 ——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： G1——入塔气各组分流量，m3/h；
Cm1 ——入塔各组分的比热容，kJ/（m3.k）；
Tm1——入塔气体温度，k；
∑Q2=∑（G2×Cm2×Tm2） （3）
式中： G2——出塔气各组分流量m3/h；
Cm2 ——出塔各组分的热容，kJ/（m3.k）；
Tm2—— 出塔气体温度，k；
∑Qr= Qr1 +Qr2 +Qr3+ Qr4+ Qr5 +Qr6+ Qr7 （4）
式中： Qr1、Qr2 、Qr3、 Qr4、 Qr5 、Qr6、——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 C8H18 CH4 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