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1、分类号： TQ223.12 年产65万吨甲醇合成工段工艺设计目 录摘要1设计任务21.概述31.1甲醇的性质与用途31.2甲醇的发展现状31.3合成甲醇的目的与意义42.甲醇合成工段设计42.1甲醇合成方法的选择42.2甲醇合成反应工艺条件的确定82.3工艺流程的确定123.合成工段工艺计算133.1甲醇合成工段物料衡算133.2甲醇合成工段热量衡算214.主要设备的工艺计算和设备选型274.1甲醇合成塔的设计选型274.2辅助设备的设计选型325.甲醇合成工段安全技术与环境保护355.1有毒物质的预防355.2甲醇的贮存366.设计结果汇总386.1合成工段主要设备一览表386.2符号说明一
2、览表38结束语39参考文献39致谢40附录42年产65万吨甲醇合成工段工艺设计李 婧（西安文理学院，化学工程学院，西安，710065）摘要:本设计遵循“技术先进，工艺成熟，经济合理，安全环保”的原则，结合甲醇的性质特征，采用德国Lurgi公司开发的低压合成法，进行以煤为原料年产65万吨甲醇合成工艺设计。设计的主要内容是甲醇合成工段的工艺论证、物料衡算和热量衡算、工艺计算及设备设计选型，并绘制了合成反应器结构图，工艺流程图，设备平面布置图等。关键词：甲醇；合成；工艺设计 The process design of methanol synthesis section with annual pr
3、oduction of 650000 tons methanolLi Jing（School of Chemical Engineering, Xian University ,Xian, 710065）Abstract: Thedesign is according to the principles of “advancedtechnology,technology mature, economicalrationality,safetyandenvironmentalprotection”. This design adopts low pressuresynthesis technol
4、ogy of GermanLurgicompany combined with the characteristics of the methanol. The design with annual capacity of 650000 tons of methanol synthesis process is taking coal as raw material. The designmain content are processdemonstration,material balancecalculationsandheat balancecalculations, process c
5、alculation andequipment selection and so on. And draw the synthesis reactor structure, process flow diagram, equipment layout, etc.Keywords: methanol ; synthesis; process design设计任务设计题目：年产65万吨甲醇合成工段工艺设计设计条件项目生产量650000吨 / 年操作条件操作温度自选操作压力氢碳比压缩比空速催化剂设备工作日300天 / 年，24h连续运行设计内容和要求序号设计内容要求1工艺设计选择合适的工艺流程、工艺
6、条件2工艺计算物料衡算、热量衡算等3塔设备设计甲醇合成反应器工艺尺寸设计计算4换热器传热面积的计算、规格选型5水冷器传热面积的计算、规格选型6分离器传热面积的计算、规格选型7.汽包传热面积的计算、规格选型8.压缩机压缩机规格选型9.绘图绘制合成反应器结构图，合成工段工艺流程图，设备平面布置图10.编写设计说明书目录、引言、设计内容、设备选型、设计结果一览表、结束语11.参考文献十篇以上相关的中文文献和两篇英文文献1.概述1.1甲醇的性质与用途1.1.1 甲醇性质甲醇俗称木醇、木精，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(
7、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(20)1.3287，表面张力（25）45.05mN/m，蒸气压（20）12.265kPa，粘度（20）0.5945mPas。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6.036.5（体积比）。化学性质较活泼，能发生氧化、酯化、羰基化等化学反应1。 1.1.2甲醇用途甲醇是重要有机化工原料和优质燃料，广泛应用于精细化工，塑料，医药，林产品加工等领域。甲醇主要用于生产甲醛，消耗量要占到甲醇总产量的一半，甲醛则是生产各种合成树脂不可少的原
8、料。用甲醇作甲基化试剂可生产丙烯酸甲酯、对苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醇羰基化可生产醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有机合成中间体，它们是制造各种染料、药品、农药、炸药、香料、喷漆的原料，目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重视。甲醇也是一种重要的有机溶剂，其溶解性能优于乙醇，可用于调制油漆。作为一种良好的萃取剂，甲醇在分析化学中可用于一些物质的分离。甲醇还是一种很有前景的清洁能源，甲醇燃料以其安全、廉价、燃烧充分，利用率高、环保的众多优点，替代汽油已经成为车用燃料的发展方向之一；另外燃料级甲醇用于供热和发电，也可达到环保要求。甲醇还可经生物发酵生成甲醇蛋白，富含维生素和蛋
9、白质，具有营养价值高而成本低的优点，用作饲料添加剂，有着广阔的应用前景。1.2甲醇的发展现状 甲醇在我国的发展最早开始于1957年，经过几十年的发展，我国陕西榆林天然气公司、上海焦化有限公司等地拥有甲醇生产装置的生产能力达到20万t/a，除此之外，苏里格天然气化工股份有限公司还有用一套生产18万t/a的甲醇生产装置。随着甲醇生产技术的发展，我国甲醇生产技术越来越高，生产工艺逐步成熟，生产规模渐渐扩大，特别是现如今的甲醇柴油、汽油等的出现成为一种经济、技术的代用燃料2。 据统计，2010年全球甲醇生产能力约7726万t/a，产量约4915万t。预计到2015年，全球甲醇产能将达12634万t/a
10、，年均增长率为10.3%。近年我国新增产能逐步向煤炭产地集中，同时以焦炉气为原料的甲醇产能增长迅速。2011年，国内甲醇企业数逾300家，产能达4700万t/a，同比增长22.4%；产能为2200万t，同比增长25.6%；表观消费量约2760万t，同比增长21.6%。现如今，甲醇生产已经成为我国重点发展工业3。1.3合成甲醇的目的与意义由于我国石油资源的短缺，能源安全已经成为不可回避的现实问题，需求替代能源已成为我国经济发展的关键。合成甲醇技术是煤化工技术在能源转换的背景下研究开发的，其宗旨是以水煤气为原料，扩大炭资源的使用范围，缓和石油危机。甲醇作为石油的补充已成为现实，发展甲醇工业对我国经
11、济发展具有重要的战略意义。甲醇是一种重要的化工产品，有很多用途，它是生产塑料、合成橡胶、农药、医药和染料的原料。为了解决石油资源不足的问题，许多国家正研究充分利用煤和天然气资源，发展合成甲醇工业，以甲醇代替燃料或进一步合成汽油，也可以从甲醇出发合成乙醇，然后进行乙醇脱水生产乙烯，以替代石油生产乙烯的原料路线，或从甲醇直接制取乙烯、丙烯等低级烯烃4。近年来，我国甲醇需求增长平稳，一部分来自于传统应用领域，如甲醛生产等，而新应用领域如醋酸及MTBE等则支撑着甲醇需求的增长。广义地说，甲醇应用可分为两大应用领域，即MTBE和化工应用。工业合成甲醇常用的方法有甲烷部分氧化法制甲醇和一氧化碳、二氧化碳加
12、压催化氢化制取甲醇的方法。后者在现今的工业上应用较广泛5。2.甲醇合成工段设计2.1甲醇合成方法的选择2.1.1合成甲醇工艺的选择 甲醇合成的主反应是：CO+2H2 CH3OH 在合成反应中，合成气制甲醇的工艺按压力分为高压、中压和低压法。目前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6。（1）高压法(2535MPa)是最初生产甲醇的方法，采用锌铬催化剂，反应温度300400，压力2535MPa。高压法由于原料及动力消耗大，反应温度高，生成粗甲醇中有机杂质含量高，而且投资大，成本高，其发展长期以来处于停滞状态。（2）中压法(1
13、525MPa)中压法采用高活性的铜系催化剂，反应温度与低压法相同，它具有与低压法相似的优点，但由于提高了压力，相应动力消耗略有增加。目前，世界上新建或扩建的甲醇装置几乎都采用低压法或中压法。（3）低压法（5.010.0MPa)是20世纪60年代后期发展起来的甲醇合成技术，由英国ICI公司研究得出。低压法基于高活性的铜系催化剂。铜系催化剂的活性明显高于锌铬催化剂，反应温度低(230270)，因此，在较低的压力下可获得较高的甲醇收率。而且选择性好，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，不仅动力消耗比高压法降低很多，而且工艺设备的制造也比高压法容易，投资得以降低。总之，低
14、压法比高压法有显著的优越性。表2.1 三种压力合成甲醇法的操作条件Tab. 2.1 three kinds of pressuresynthesisoperating conditions高压法中压法低压法操作压力，MPa253515255.010.0操作温度，300400250350230270催化剂Zn-CrCu-Zn-CrCu-Zn-Al或Cu-Zn-Cr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，本设计采用低压法合成甲醇。2.1.2甲醇合成塔的选择甲醇合成的主要设备是甲醇合成塔、水冷器、甲醇分离器等，甲醇合成塔是其核心设备，甲醇合成塔的形式基本决定了甲醇合成的系统装置。下面五种是大型低压甲醇装置常用的合成反应器7。（1）Lurgi管壳式甲醇合成反应器 Lurgi甲醇合成反应器是德国Lurgi公司研制的一种管束型副产蒸汽合成塔。Lurgi合成塔既是反应器，又是废热锅炉，合成塔内部类似于一般的列管式换热器，列管内装催化剂，管外为沸腾水，反应气体流经反应管，反应放热，热量通过管壁传给沸腾水，使其汽化，转变成蒸汽，管中心与沸腾水相差仅10左右。Lurgi管壳式甲醇合成反应器具有以下优点： 合成甲醇反应器催化剂床层内温度较为均匀，大部分床层温度在250255之间，温度变化小，催化剂使用寿命长，并允许原料气中含有较高的CO； 能准确、灵敏地控制反应温度，催
