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1、I 摘摘 要要 甲醇不单单是一种有机物燃料也是化工生产的重要原料，有很大的市场。 且随着甲醇汽油在国内的推广使用，未来甲醇的下游需要量肯定会大量增加。 甲醇汽油的推广及劣质煤生产甲醇都能缓解现在的环境问题。甲醇不仅作为最 有希望代替汽油的清洁燃料，而且由于其在许多工业生产中使用范围广，使的 人们越来越关注甲醇的发展。甲醇反应合成塔是合成甲醇的过程中最重要的一 个设备，它的选择是否经济、合理将直接影响甲醇生产。本设计选用的甲醇合 成塔是德国 Lurgi 公司的固定管板列管甲醇合成反应器双塔并联生产，采用低 压合成法工艺，使用国产的 XNC-98 型催化剂进行设计。 本论文对年产 40 万吨甲醇合
2、成塔进行设计。对合成塔进行了物料和热量 衡算。 关键词：关键词：甲醇；合成塔；设计；衡算 II 目目 录录 摘要.I 目录.II 第一章 绪 论.1 1.2 甲醇的性质及用途 .1 1.2.1 甲醇的性质 .1 1.2.2 甲醇的用途 .1 1.3 国内外研究现状 .2 1.4 设计的目的和意义 .3 第二章 甲醇的合成.5 2.1 制备方法 .5 2.2 甲醇合成工艺的选择 .5 2.3 甲醇合成塔的选择 .6 2.3.1 国内外常用的甲醇合成反应器 .6 2.3.2 甲醇合成塔的选用原则 .7 2.4 甲醇合成催化剂的选用 .7 第三章 工艺计算.10 3.1 甲醇合成工艺 .10 3.2
3、 甲醇合成塔的物料衡算 .10 3.2.1 基础数据 .10 3.2.2 合成塔的物料衡算 .11 3.3 热量衡算 .18 3.3.1 合成塔的热平衡计算 .18 3.3.2 甲醇水冷器的热量计算 .21 第 4 章 甲醇合成塔的设计计算.24 4.1 甲醇合成工艺参数 .24 4.2 传热面积的计算 .24 4.3 催化剂用量的计算 .24 III 4.4 传热管数的计算 .24 4.5 管子排列方式，管间距的计算 .25 4.6 壳体直径的计算 .25 4.7 合成塔壳体厚度的计算 .25 4.8 合成塔封头的计算 .26 4.9 封头与壳体的连接形式 .26 4.10 反应管与管板的连
4、接结构设计 .26 4.11 管法兰的选用 .26 4.12 管子拉脱力的计算 .26 4.13 折流板的计算 .28 4.14 管板的计算 .28 4.15 容器的开孔补强 .28 4.16 支座的计算 .28 4.17 人孔的计算 .28 结论.30 参考文献.31 致谢.33 1 第一章第一章 绪绪 论论 1.2 甲醇的性质及用途 1.2.1 甲醇的性质 甲醇（Methanol，CHOH）又名木醇是重要的化工原料和燃料，是结构最为简 单的饱和一元醇1。常温常压下熔点-93.9；沸点为 64.72；密度 0.7914g/cm3。易挥发的无色透明液体且有特殊香味3。甲醇具有很强的毒性，人 体
5、中毒最低剂量约为 600mg（以 60kg 为基准计算） 。甲醇的性质决定了它能与水 和大多数有机溶剂混溶，故可用作有机物的萃取剂。甲醇具有较为活跃化学性质， 可由一氧化碳与氢气发生反应制取，结构式如下： 图 1-2-1 甲醇 1.2.2 甲醇的用途 目前，甲醇作为基本的化工原料不单单是用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷等多 种有机产品而已，尤其在精细化工；医药；农林产品加工等行业也使用广泛。同 时甲醇本身也是一种能源，甲醇燃料富含氧，它的燃烧过程比汽油彻底，可以明 显降低排放尾气中 CH、CO 及 NO 含量，由于这个原因甲醇-汽油的混合燃料也越 X 来越受国内外政府和环保机构的关注。 甲醇可用作清
6、洗去油剂：甲醇是一种溶剂，其不仅可以溶解涂料、染料、醋酸纤 2 维素、硝酸纤维素等。还可溶解许多无机盐。 1.3 国内外研究现状 甲醇合成兴起于 20 世纪之初。20 世纪后半叶英国 ICI 公司研发出了低压甲 醇反应合成工艺。所有的中压法甲醇生产合成工艺和低压法甲醇生产合成工艺的 装置及过程大同小异主要区别是反应器的设计方式不相同以及反应热的移走和回 收办法不同。除此之外各种甲醇生产合成方法所用的催化剂也是各不相同。为了 更好的合成甲醇国内外设计开发了多种类型的甲醇合成塔。世界上目前的甲醇合 成装置多种多样，大致可归纳为以下几种：冷激式合成塔其代表为英国 ICI 公司 的工艺 此法结构简单易
7、于大型化，但已较少使用。固定管板列管合成塔，如德 国 Lungi 公司的甲醇生产合成方案。此法能有效除去的热量且副产中压蒸汽单程 转化率高，杂质生成少、触媒使用寿命长、碳的转化率高；但制作困难，投资高。 日本东洋工程的 MRF-Z 反应器（提高催化剂寿命、气体分布均匀、有利于实现 大型化；但其 MRF-Z 反应器结构麻烦制造成本高） 。 还有水管式合成塔、冷管式合成塔、多床内换热式合成塔以及丹麦 Topsdpe 公司的的径向流动反应合成方案。 另外还有，我们本国自己研发拥有自主知识产权的绝热等温混合型甲醇合成 方案。此反应器由西南化工研究设计院带头与华东理工和鲁南化肥厂联合开发。 反应器基本为
8、列管式反应器此套方案不单承继了 I.C.I 反应器催化剂装填系数大 和 Lurgi 反应器催化剂床层温差小的优点而且它的合成效率高于冷激型并可副产 低压蒸汽。已建成鲁南化肥年产 100000 吨甲醇和上海焦化年产 200000 吨甲醇项 目。且两个项目运行都非常成功。但因设备构造，安装温度计的位置只能在进出 口。所以对轴向温差难以进行控制且该装置成本略高，未建设过高于 200000 吨 规模合成塔，所以经验不足4。 虽然有种类如此之多的甲醇生产合成方案但一氧化碳单程转化率比较低，可 是近年国际上研发的一些新技术已慢慢克服了传统法合成甲醇工艺的缺点。新的 研究成果如 GSSTFR、RSIPR、气
9、-液相并存式反应器和浆态床甲醇生产合成方案。 1.4 设计的目的和意义 由于经济的飞速发展，人们对能源的需求越来越大，但一次能源如化石能源 3 石油、天然气却越来越少能源问题捉襟见肘。于是在化工、轻工、医药等许多工 业中广泛应用的，甲醇越来越受到人们的关注甲醇是重要的基础化工原料，在世 界范围内的化工产品中，其产量仅次于乙烯、丙烯和苯，居第四位。广泛用于有 机中间体、医药、农药、染料、涂料、塑料、合成纤维、合成橡胶等其它化工生 产中，并还用作溶剂和工业及民用燃料等。目前甲醇用于化工生产的产品达数百 种，主要衍生物有：甲醛、甲基叔丁基醚、醋酸、甲胺、二甲醚、甲酸甲酯、硫 酸二甲酯、对苯二甲酸二甲酯、甲基丙烯酸甲酯、氯甲烷类、合成燃料等。近二 十年来，世界甲醇工业与天然气的开发同步发展，新建装置大多建在天然气资源 丰富的国家或地区。由于这些国家或地区的需求有限，因此大量的甲醇出口到美 国、西欧和日本，而美国、西欧和日本的甲醇装置由于经济性的原因，已逐步减 产或关闭，转而进口甲醇。如日本曾是世界主要的甲醇生产国，到现在已无甲醇 生产，预计
