1、 PAGE18 / NUMPAGES18目錄 TOC o 1-1 h z t 標題 3,3,樣式3,2 HYPERLINK l _Toc323638985第1章概述 PAGEREF _Toc323638985 h 4HYPERLINK l _Toc3236389861.1甲醇性質 PAGEREF _Toc323638986 h 4HYPERLINK l _Toc3236389871.2甲醇用途 PAGEREF _Toc323638987 h 4HYPERLINK l _Toc3236389881.3甲醇生產工藝的發 PAGEREF _Toc323638988 h 4HYPERLINK l _T

2、oc3236389891. 4甲醇生產原料 PAGEREF _Toc323638989 h 5HYPERLINK l _Toc323638990第2章工藝流程設計 PAGEREF _Toc323638990 h 6HYPERLINK l _Toc3236389912.1合成甲醇工藝的選擇 PAGEREF _Toc323638991 h 6HYPERLINK l _Toc3236389922.1.1甲醇合成塔的選擇 PAGEREF _Toc323638992 h 6HYPERLINK l _Toc3236389932.1.2催化劑的選用 PAGEREF _Toc323638993 h 6HYPE

3、RLINK l _Toc3236389942.1.3合成工序工藝操作條件的確定與論證 PAGEREF _Toc323638994 h 8HYPERLINK l _Toc323639000第3章工藝流程 PAGEREF _Toc323639000 h 10HYPERLINK l _Toc3236390013.1甲醇合成工藝流程 PAGEREF _Toc323639001 h 10HYPERLINK l _Toc323639004第4章工藝計算 PAGEREF _Toc323639004 h 12HYPERLINK l _Toc3236390054.1物料衡算 PAGEREF _Toc323639

4、005 h 12HYPERLINK l _Toc3236390074.1.1合成工段 PAGEREF _Toc323639007 h 13HYPERLINK l _Toc3236390084.2能量衡算 PAGEREF _Toc323639008 h 18HYPERLINK l _Toc3236390094.2.1煤發電量 PAGEREF _Toc323639009 h 18HYPERLINK l _Toc3236390104.2.2合成工段 PAGEREF _Toc323639010 h 18HYPERLINK l _Toc323639011第5章主要設備的計算和選型 PAGEREF _To

5、c323639011 h 22HYPERLINK l _Toc3236390125.1甲醇合成塔的設計 PAGEREF _Toc323639012 h 22HYPERLINK l _Toc3236390135.2水冷器的工藝設計 PAGEREF _Toc323639013 h 25HYPERLINK l _Toc3236390145.3循環壓縮機的選型 PAGEREF _Toc323639014 h 28HYPERLINK l _Toc3236390155.4氣化爐的選型 PAGEREF _Toc323639015 h 28HYPERLINK l _Toc3236390165.5甲醇合成廠的主

6、要設備一覽表 PAGEREF _Toc323639016 h 28HYPERLINK l _Toc323639017第6章合成車間設計 PAGEREF _Toc323639017 h 29HYPERLINK l _Toc3236390186.1廠房的整體布置設計 PAGEREF _Toc323639018 h 29HYPERLINK l _Toc3236390196.2合成車間設備布置的設計 PAGEREF _Toc323639019 h 29HYPERLINK l _Toc323639020第7章設計結果評價 PAGEREF _Toc323639020 h 30HYPERLINK l _To

7、c323639021參考文獻 PAGEREF _Toc323639021 h 31HYPERLINK l _Toc323639022致 PAGEREF _Toc323639022 h 32第1章 概述1.1甲醇性質甲醇俗稱木醇、木精，英文名為methanol，分子式CH3OH。是一種無色、透明、易燃、有毒、易揮發的液體，略帶酒精味；分子量32.04，相對密度0.7914(d420)，蒸氣相對密度1.11(空氣=1)，熔點-97.8，沸點64.7，閃點（開杯）16，自燃點473，折射率(20)1.3287，表面力（25）45.05mN/m，蒸氣壓（20）12.265kPa，粘度（20）0.594

8、5mPas。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮類和大多數其他有機溶劑混溶。蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限6.036.5（體積比）。化學性質較活潑，能發生氧化、酯化、羰基化等化學反應。1.2甲醇用途甲醇是重要有機化工原料和優質燃料，廣泛應用于精細化工，塑料，醫藥，林產品加工等領域。甲醇主要用于生產甲醛，消耗量要占到甲醇總產量的一半，甲醛則是生產各種合成樹脂不可少的原料。用甲醇作甲基化 HYPERLINK :/.hc360 /html/zt_shiji.htm t _blank 試劑可生產 HYPERLINK :/info.coatings.hc360 /html/ztbxisuan.html t

9、_blank 丙烯酸甲酯、對苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醇羰基化可生產醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有機合成中間體，它們是制造各種染料、藥品、 HYPERLINK :/info.chem.hc360 /html/zt_nongyao1.htm t _blank 農藥、炸藥、 HYPERLINK :/info.beauty.hc360 /Html/zt_xiangshui.htm t _blank 香料、噴漆的原料，目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重視。甲醇也是一種重要的有機溶劑，其溶解性能優于乙醇，可用于調制油漆。作為一種良好的萃取劑，甲醇在分析化學中可用于一些物質的

10、分離。甲醇還是一種很有前景的清潔能源，甲醇燃料以其安全、廉價、燃燒充分，利用率高、環保的眾多優點，替代汽油已經成為車用燃料的發展方向之一；另外燃料級甲醇用于供熱和發電，也可達到環保要求。甲醇還可經生物發酵生成甲醇蛋白，富含 HYPERLINK :/info.pharmacy.hc360 /html/zt/weishengsu.html/index.htm t _blank 維生素和蛋白質，具有營養價值高而成本低的優點，用作飼料添加劑，有著廣闊的應用前景。1.3甲醇生產工藝的發展甲醇是醇類中最簡單的一元醇。1661年英國化學家R.波義耳首先干餾后的液體產物中發現甲醇，故甲醇俗稱木精、木醇。在自然

11、界只有某些樹葉或果實中含有少量的游離態甲醇，絕大多數以酯或醚的形式存在。1857年法國的M貝特洛在 HYPERLINK :/.hc360 /html/zt/xianweijing/index.htm t _blank 實驗室用一氯甲烷在堿性溶液中水解也制得了甲醇。1923年德國BASF公司首先用合成氣在高壓下實現了甲醇的工業化生產，直到1965年，這種高壓法工藝是合成甲醇的唯一方法。1966年英國 HYPERLINK :/info.coatings.hc360 /html/zt/ztdulux/index.htm t _blank ICI公司開發了低壓法工藝，接著又開發了中壓法工藝。1971年

12、德國的Lurgi公司相繼開發了適用于天然氣渣油為原料的低壓法工藝。由于低壓法比高壓法在能耗、裝置建設和單系列反應器生產能力方面具有明顯的優越性，所以從70年代中期起，國外新建裝置大多采用低壓法工藝。世界上典型的甲醇合成工藝主要有ICI工藝、Lurgi工藝和三菱瓦斯化學公司(MCC)工藝。目前，國外的液相甲醇合成新工藝具有 HYPERLINK :/info.service.hc360 /html/zt/uk_trade/index.htm t _blank 投資省、熱效率高、生產成本低的顯著優點，尤其是LPMEOHTM工藝，采用漿態反應器，特別適用于用現代氣流床煤氣化爐生產的低H2(COCO2)

13、比的原料氣，在價格上能夠與天然氣原料競爭。我國的甲醇生產始于1957年，50年代在、和等地建成了以煤或焦炭為原料來生產甲醇的裝置。60年代建成了一批中小型裝置，并在合成氨工業的基礎上開發了聯產法生產甲醇的工藝。70年代維尼綸廠引進了一套以乙炔尾氣為原料的95 kt/a低壓法裝置，采用英國ICI技術。1995年12月，由化工部第八和化工聯合設計的200 kt/a甲醇生產裝置在太平洋化工公司順利投產，標志著我國甲醇生產技術向大型化和國產化邁出了新的一步。2000年，林達公司開發了擁有完全自主 HYPERLINK :/info.news.hc360 /html/zt/ztjmdt_zmmy_zscq

14、/index.htm t _blank 知識產權的JW低壓均溫甲醇合成塔技術，打破長期來被ICI、Lurgi等國外少數公司所 HYPERLINK :/info.oil.hc360 /html/zt/longduan/index.htm t _blank 壟斷擁的局面，并在2004年獲得國家技術發明二等獎。2005年，該技術成功應用于國首家焦爐氣制甲醇裝置上。1. 4甲醇生產原料合成甲醇的工業生產是以固體（如煤、焦炭）、液體（如原油、重油、輕油）或氣體（如天然氣與其它可燃性氣體）為原料，經造氣、凈化（脫硫）變換，除二氧化碳，配制成一定配比的合成氣。在不同的催化劑存在下，選用不同的工藝條件可單產甲

15、醇（分高、中、低壓法），或與合成氨聯產甲醇（聯醇法）。將合成后的粗甲醇經預精鎦脫除甲醚，再精鎦而得成品甲醇。自1923年開始工業化生產以來，甲醇合成的原料路線經歷了很大變化。20世紀50年代以前多以煤和焦碳為原料；50年代以后，以天然氣為原料的甲醇生產流程被廣泛應用；進入60年代以來，以重油為原料的甲醇裝置有所發展。對于我國，從資源背景看，煤炭儲量遠大于石油、天然氣儲量，隨著石油資源緊缺、油價上漲，因此在大力發展煤炭潔凈利用技術的背景下，在很長一段時間煤是我國甲醇生產最重要的原料4。第2章 工藝流程設計甲醇合成合成氣凈化甲醇精餾煤制合成氣圖1 煤制甲醇的簡單工藝流程首先是采用GSP氣化工藝將原

16、料煤氣化為合成氣；然后通過變換和NHD脫硫脫碳工藝將合成氣轉化為滿足甲醇合成條件的原料氣；第三步就是甲醇的合成，將原料氣加壓到5.14Mpa，加溫到225后輸入列管式等溫反應器，在XNC-98型催化劑的作用下合成甲醇，生成的粗甲醇送入精餾塔精餾，得到精甲醇。然后利用三塔精餾工藝將粗甲醇精制得到精甲醇。2.1合成甲醇工藝的選擇甲醇合成的典型工藝主要是：低壓工藝（ICI低壓工藝、Lurgi低壓工藝）、中壓工藝、高壓工藝。甲醇合成工藝中最重要的工序是甲醇的合成，其關鍵技術是合成甲醇催化劑的和反應器，設計采用用的是低壓合成工藝。2.1.1甲醇合成塔的選擇目前，國外的大型甲醇合成塔塔型較多，歸納起來可分

17、為五種： （1）冷激式合成塔（2）冷管式合成塔（3）水管式合成塔（4）固定管板列管合成塔（5）多床換熱式合成塔綜上所述和借鑒大型甲醇合成企業的經驗，（大型裝置不宜選用激冷式和冷管式），設計選用固定管板列管合成塔。這種塔甲醇合成反應接近最佳溫度操作線，反應熱利用率高，雖然設備復雜、投資高，但是由于這種塔在國外使用較多，具有豐富的管理和維修經驗，技術也較容易得到；外加考慮到設計的是年產20萬噸的甲醇合成塔（日產量為650噸左右），塔的塔徑和管板的厚度不會很大，費用也不會很高，所以本設計采用了固定管板列管合成塔。2.1.2催化劑的選用（1）甲醇合成催化劑經過長時間的研究開發和工業實踐，廣泛使用的合成

18、甲醇催化劑主要有兩大系列：一種是以氧化銅為主體的銅基催化劑，一種是以氧化鋅為主體的鋅基催化劑。鋅基催化劑機械強度好.耐熱性好，對毒物敏感性小，操作的適宜溫度為350400，壓力為2532MPa(壽命為23年)；銅基催化劑具有良好的低溫活性，較高的選擇性，通常用于低、中壓流程。耐熱性較差，對硫、氯與其化合物敏感，易中毒。操作的適宜溫度為220270，壓力為515MPa(一般壽命為23年)。通過操作條件的對比分析，可知使用銅基催化劑可大幅度節省投資費用和操作費用，降低成本。隨著脫硫技術的發展，使用銅基催化劑己成為甲醇合成工業的主要方向，鋅基催化劑已于80年代中期淘汰。表1 國外常用銅基催化劑特性對

19、比10催化劑型號組分/操作條件CuOZnOAl2O3壓力/MPa溫度/英國ICI 51-36030107.8-11.8190270德國LG104513244.9210240美國C79-2-1.5-11.7220330丹麥LMK4010-9.8220270中國C302系列513245.0-10.0 210280中國XCN-985220 85.010.0 200290從表的對比可以看出，國產催化劑的銅含量已提50%以上。制備工藝合理，使該催化劑的活性、選擇性、使用壽命和機械強度均達到國外同類催化劑的先進水平，并且價格較低。（2）XNC-98甲醇合成催化劑簡介：XNC-98型催化劑是天一科技股份研制

20、和開發的新產品。目前已在國20多套大、中、小型工業甲醇裝置上使用,運行情況良好。它是一種高活性、高選擇性的新催化劑。用于低溫、低壓下由碳氧化物與氫合成甲醇，具有低溫活性高、熱穩定性好的特點。常用操作溫度200290,操作壓力5.010.0 MPa。催化劑主要物化性質：催化劑由銅、鋅和鋁等含氧化合物組成。外觀：有色金屬光澤的圓柱體堆積密度：1.31.5kg/L外型尺寸：5(4.55)mm徑向抗壓強度：200N/cm催化劑活性和壽命：在該催化劑質量檢驗規定的活性檢測條件下，其活性為：230時：催化劑的時空收率1.20 kg/(L.h)250時：催化劑的時空收率1.55 kg/(L.h)在正常情況下

21、，使用壽命為2年以上。2.1.3合成工序工藝操作條件的確定與論證（1）操作溫度甲醇合成催化床層的操作溫度主要是由催化劑的活性溫度區決定的。設計中采用的甲醇合成催化劑為國產的銅系XCN-98，由它的性質可知：適合使用的溫度圍為200290。（2）操作壓力近年來普遍使用的銅基甲醇合成催化劑，其活性溫度圍在200300，有較高的活性，對于規模小于30萬噸/a的工廠，操作壓力一般可降為5Mpa左右；對于超大型的甲醇裝置，為了減少設備尺寸，合成系統的操作壓力可以升至10Mpa左右。設采用的是低壓法（入塔壓強為5.14MPa）合成甲醇。（3）氣體組成對于甲醇合成原料氣，即合成工序的新鮮氣，應維持f=（H2

22、-CO2）/(CO+CO2)=2.102.15,并保持一定的CO2。由于新鮮氣中（H2-CO2）/(CO+CO2)略大于2，而反應過程中氫與一氧化碳、二氧化碳的化學計量比分別為2:1和3:1，因此循環氣中（H2-CO2）/(CO+CO2)遠大于2。合成塔中氫氣過量，對減少副反應是有利的。甲醇合成過程中，需要一定的二氧化碳存在以保持催化劑的高活性。一般不超過5%。（4）空速:合成塔水冷器甲醇分離塔循環器空速不僅是一個和合成回路氣體循環量相關聯的工藝控制參數，也是一個影響綜合經濟效益的變量。甲醇合成過程中，首先甲醇合成塔的氣體空速必須滿足催化劑的使用要求，國產銅基催化劑，一般要求氣體空速在8000

23、20000h-1之間?？账龠^低，結炭等副反應加劇，空速過高，系統阻力加大或合成系統投資加大，能耗增加，催化劑的更換周期縮短。空速的選擇需要根據每一種催化劑的特性，在一個相對較小的圍變化。XCN-98的空速要求為600015000h-1，本設計空速定為12000 h-1。 粗甲醇 馳放氣第3章 工藝流程3.1甲醇合成工藝流程來自脫碳裝置的新鮮氣（40，3.4MPa）與循環氣一起經甲醇合成氣壓縮機（C7001）壓縮至5.14MPa后，經過入塔氣預熱器（E7001）加熱到225，進入甲醇合成塔（R7001），甲醇合成氣在催化劑作用下發生如下反應：CO + 2H2 = CH3OH + QCO2 + 3

24、H2 = CH3OH + H2O + Q甲醇合成塔（R7001）為列管式等溫反應器，管裝有XNC-98型甲醇合成催化劑，管外為沸騰鍋爐水。反應放出大量的熱，通過列管管壁傳給鍋爐水，產生大量中壓蒸汽（3.9MPa飽和蒸汽），減壓后送至蒸汽管網。副產蒸汽確保了甲醇合成塔反應趨于恒定，且反應溫度也可通過副產蒸汽的壓力來調節。甲醇合成塔（R7001）出來的合成氣（255，4.9MPa），經入塔氣預熱器（E7001），甲醇水冷器（E7002A，B），進入甲醇分離器（V7002），粗甲醇在此被分離。分離出的粗甲醇進入甲醇膨脹槽（V7003），被減壓至0.4MPa后送至精餾裝置。甲醇分離器（V7002）分離

25、出的混合氣與新鮮氣按一定比例混合后升壓送至甲醇合成塔（R7001）繼續進行合成反應。從甲醇分離器（V7002）出來的循環氣在加壓前排放一部分弛放氣，以保持整個循環回路惰性氣體恒定。弛放氣減壓后去燃氣發電系統；甲醇膨脹槽（V7003）頂部排出的膨脹氣去燃料氣系統。合格的鍋爐給水來自變換裝置；循環冷卻水來自界區外部。汽包（V7001）排污，經排污膨脹槽（V7006）膨脹減壓后就地排放。第4章 工藝計算4.1物料衡算工廠設計為年產精甲醇30萬噸，開工時間為每年330天，采用連續操作，則每小時精甲醇的產量為37.88噸，即37.88t/h。精餾工段通過三塔高效精餾工藝，精甲醇的純度可達到99.9%，符

26、合精甲醇國家一級標準。三塔精餾工藝中甲醇的收率達97%。則入預精餾塔的粗甲醇中甲醇量37.88 / 0.97=39.05t/h。由粗甲醇的組成通過計算可得下表： 表2 粗甲醇組成組分百分比產量甲醇93.40% 1220.31kmol/h 即 27335m3/h 二甲醚0.42%3.82kmol/h 即 85.51m3/h高級醇（以異丁醇計）0.26%1.45kmol/h 即32.90 m3/h高級烷烴（以辛烷計）0.32%0.57kmol/h 即17.81m3/h水5.6%130.07kmol/h 即 2913.69m3/h粗甲醇100%41.81t/h注；設計中的體積都為標準狀態下計算方法:

27、粗甲醇 =39.05 / 0.9340 = 41.81 t/h二甲醚 =41.810.42% = 175.602 kg/h 即3.82 kmol/h ，85.51m3/h高級醇（以異丁醇計）= 41.810.26% = 108.71kg/h 即1.45kmol/h ，32.90m3/h高級烷烴（以辛烷計）=41.810.32% = 133.79 kg/h 即0.57kmol/h，12.81m3/h水 =41.815.6% = 2341.36kg/h 即130.07kmol/h，2913.69m3/h4.1.2合成工段（1）合成塔中發生的反應:主反應 CO+2H2=CH3OH （1） CO2+3

28、H2=CH3OH +H2O （2） 副反應 2CO+4H2=（CH3O）2+H2O （3） CO+3H2=CH4+H2O （4） 4CO+8H2=C4H9OH+3H2O （5）8CO+17H2=C18H18+8H2O （6）CO2+H2=CO+H2O （7）（2）工業生產中測得低壓時，每生產一噸粗甲醇就會產生1.52 m3（標態）的甲烷，即設計中每小時甲烷產量為3.97 kmol/h ，63.55m3/h。由于甲醇入塔氣中水含量很少，忽略入塔氣帶入的水。由反應（3）、（4）、（5）、（6）得出反應（2）、（7）生成的水分為；130.073.973.821.4530.578 =113.37 km

29、ol/h 由于合成反應中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要發生逆變反應生成一氧化碳，且入塔氣中二氧化碳的含量一般不超過5%，所以計算中忽略反應（2）。則反應（7）中二氧化碳生成了113.37kmol/h，即2539.49 m3/h的水和一氧化碳。（3） 粗甲醇中的溶解氣體量粗甲醇中氣體溶解量查表5Mpa、40時，每一噸粗甲醇中溶解其他組成如下表 1噸粗甲醇中合成氣溶解情況氣體H2COCO2N2ArCH4溶解量（m3/t粗甲醇）4.3640.8157.7800.3650.2431.680則 粗甲醇中的溶解氣體量為： H2 = 41.814.364 =182.46 m3/h 即8.15kmol/

30、h CO= 41.810.815=34.07 m3/h 即1.52kmol/hCO2 = 41.817.780=325.28 m3/h 即14.52kmol/hN2 = 41.810.365= 15.26m3/h 即0.68kmol/Ar = 41.810.243=10.16 m3/h 即0.45kmol/hCH4 = 41.811.680= 70.24m3/h 即3.13kmol/h（4）粗甲醇中甲醇擴散損失 40時,液體甲醇中釋放的溶解氣中,每立方米含有37014g的甲醇,假設減壓后液相中除二甲醚外,其他氣體全部釋放出，則甲醇擴散損失G =（182.46+34.07+325.28+15.2

31、6+10.16+70.24）0.03714=23.67kg/h 即 0.74kmol/h，16.57m3/h（5） 合成反應中各氣體的消耗和生成情況表4 弛放氣組成氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4組成0.61%81.82%9.16%3.11%3.21%0.82%1.89%表5 合成反應中消耗原料情況 消耗項單位消耗原料氣組分COCO2H2N2Ar反應（1）m3/h2733554670反應（3）m3/h171.02342.04反應（4）m3/h63.55190.65反應（5）m3/h131.60262.32反應（6）m3/h102.48217.77反應（7）m3/h（2539.49）2

32、539.492539.49注：括號的為生成量；反應（1）項不包括擴散甲醇和弛放氣中甲醇消耗的原料氣量表6 合成反應中生成物情況生成項單位生成物組分CH4CH3OH（CH3O）2C4H9OHC18H18H2O反應（1）m3/h27335反應（3）m3/h85.5185.51反應（4）m3/h63.5563.55反應（5）m3/h32.9098.70反應（6）m3/h17.81142.48反應（7）m3/h2539.49表7 其他情況原料氣消耗消耗項單位消耗原料氣組分COCO2H2N2ArCH4粗甲醇中溶解m3/h34.07325.28182.4615.2610.1670.24擴散的甲醇m3/h1

33、6.5733.14弛放氣m3/h9.16%G3.11%G81.20%G3.21%G0.82%G1.89%G馳放氣中甲醇m3/h0.61%G1.22%G注：G為馳放氣的量，m3/h。（6） 新鮮氣和弛放氣氣量的確定CO的各項消耗總和 = 新鮮氣中CO的量，即27335+171.02+63.55+131.60+102.4-2539.49+34.07+16.57+0.61%G+9.16%G=25314.72+9.77%G同理 原料氣中其他各氣體的量=該氣體的各項消耗總和，由此可得新鮮氣體中各氣體流量，如下表：表8 新鮮氣組成組分單位COCO2H2N2ArCH4氣量m3/h25314.72+9.77%

34、G2864.77+3.11%G58437.87+82.42%G15.26+3.21%G10.16+0.82%G6.69+1.89%G新鮮氣m3/h86649.47+1.0183G新鮮氣中惰性氣體（N2 + Ar）百分比保持在0.42%，反應過程中惰性氣體的量保持不變，（N2 + Ar）=25.42+4.03%G，則 86649.47+1.0183G=（25.42+4.03%G）/0.42%解得 G=9396.95m3/h，即弛放氣的量為9396.95m3/h，由G可得到新鮮氣的量96218.38 m3/h由弛放氣的組成可得出下表表9 弛放氣組成氣體CH3OHH2COCO2N2ArCH4組成0.

35、61%81.82%9.16%3.11%3.21%0.82%1.89%氣量m3/h57.327688.58860.76292.24301.6477.05177.60表10 新鮮氣組成氣體CH4H2COCO2N2Ar組成0.19%68.81%27.07%3.45%0.33%0.09%氣量m3/h182.8166207.8726046.313319.53317.5286.59（7）循環氣氣量的確定G1 =G 3+G4+G5+G6G7G8式中：G1 為出塔氣氣量 ； G 3 新鮮氣氣量； G4 循環氣氣量 ；G5 主反應生成氣量； G6 副反應生成氣量；G7 主反應消耗氣量； G8 副反應消耗氣量；G

36、5= 27335+171.02+0.61%9396.95=27563.34m3/hG6= 85.51+85.51+63.55+63.55+32.90+98.70+17.8+142.48+2539.49+2539.49=5668.89 m3/hG7=27335+54670+171.02+342.04+0.61%9396.953=82347.98 m3/hG8=171.02+342.04+63.55+190.65+131.60+262.32+102.48+217.77+2539.49+2539.49=65604.41 m3/h已知出塔氣中甲醇含量為5.84%，則 （G40.61%+9396.950

37、.61%+27335+171.02）/ G1=0.0584解得G4= 547683.36m3/hG1=529181.58 m3/h表11 循環氣組成氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4組成 0.61% 81.82% 9.16% 3.11% 3.21% 0.82% 1.89%氣量m3/h 3228 432976.36 48473.03 16457.54 16986.72 4331.08 10001.53（8） 循環比，CO與 CO2單程轉化率的確定循環比R= G4/G 3 =547683.36/96218.38=5.69（9）入塔氣和出塔氣組成G1 =G 3+G4+G5+G

38、6G7G8=529181.58m3/h=23624.18 kmol/hG2= G3+G4 =643901.74m3/h= 28745.61kmol/h G2 為入塔氣氣量表12 入塔氣組成氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4組成 0.06% 79.11% 12.18% 3.17% 2.72% 0.70% 1.60%氣 m3/h 74519.34量 kmol/h 3326.75表13 出塔氣組成氣體 H 2 CO CO2 N2 Ar CH3OH組成 76.29% 8.61% 2.93% 3.02% 0.77% 5.84%氣m3/h 量 kmol/h 氣體 CH4 （CH3O

39、）2 C4H9OH C18H18 H2O 組成 1.79% 0.018% 0.007% 0.006% 0.62% 氣m3/h 量 kmol/h 計算過程: 入塔氣CO=循環氣中CO+新鮮氣中CO即48473.03 +26046.31=74519.34 m3/h同理可得其他氣體氣量;出塔氣中CO=入塔氣中CO反應消耗的CO+反應中生成的CO即74519.3427335171.0263.55131.60102.4816.579396.950.61%+2539.49=49181.28m3/h同理可得其它氣體量（10） 甲醇分離器出口氣體組成的確定分離器出口氣體組分=循環氣氣體組分+弛放氣氣體組分；則

40、分離器出口氣體中CO氣量=循環氣中CO+弛放氣中CO=48473.03+860.76=49333.79m3/h 即2202.40kmol/h ；同理可算的其他氣體的氣量。表14 分離器出口氣體組成氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4組成 0.61% 81.82% 9.16% 3.11% 3.21% 0.82% 1.89%氣m3/h 49333.79量 kmol/h 4.2能量衡算合成塔的熱平衡計算1）計算公式全塔熱平衡方程式為：Q1 + Qr = Q2 + Q3+ Q （1）式中： Q1入塔氣各氣體組分焓，kJ/h； Qr 合成反應和副反應的反應熱，kJ/h； Q2 出塔

41、氣各氣體組分焓，kJ/h； Q3 合成塔熱損失，kJ/h； Q沸騰水吸收熱量，kJ/h。Q1=（G1Cm1Tm1） （2）式中：G1入塔氣各組分流量，m3/h；Cm1 入塔各組分的比熱容，kJ/（m3.k）；Tm1入塔氣體溫度，k；Q2=（G2Cm2Tm2） （3）式中：G2出塔氣各組分流量m3/h；Cm2 出塔各組分的熱容，kJ/（m3.k）；Tm2 出塔氣體溫度，k；Qr= Qr1 +Qr2 +Qr3+ Qr4+ Qr5 +Qr6+ Qr7 （4）l式中：Qr1、Qr2 、Qr3、 Qr4、 Qr5 、Qr6、分別為甲醇、二甲醚、異丁醇、甲烷、辛烷的生成熱，kJ/h； Qr7二氧化碳逆變反

42、應的反應熱，kJ/h Qr=GrH （5）式中：Gr各組分生成量，kmol/h；H生成反應的熱量變化，kJ/mol2）入塔熱量計算 通過計算可以得到5.14Mpa，225時各入塔氣氣體的熱容，根據入塔氣各氣體組分量，算的甲醇合成塔入塔熱量如下表：表15 甲醇合成塔入塔熱量氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4熱容kJ/（kmol.k） 67.04 29.54 29.88 44.18 29.47 25.16 46.82氣量kmol /h 13.3218477.122844.96739.86636.21162.81374.49入塔熱量kJ/（h.k） 595.32 363876

43、.08 56673.92 21791.34 12499.40 2731.86 11689.08入塔熱量合計為479856.00 kJ/（h.k） 所以 Q1=479856.00 747.225=358560399.6 kJ/h3）塔反應熱的計算忽略甲醇合成塔中的反應(2)生成的熱量，按反應(1) (3) (4) (5) (6) (7)生成的熱量如下表:表16 甲醇合成塔反應熱氣體 CH3OH ( CH3 )2OC4H9OH C8H18CH4 CO 生成熱kJ/mol 102.37 49.62 200.39 957.98 115.69 42.92生成量kmol /h 1220.253.811.4

44、71.14130.08109.56反應熱kJ/h 124916992.5189052.2 294573.31092097.215048955.2 4701156.8反應熱合計=136840513.6 kJ/h 4） 塔出口氣體總熱量計算表17 甲醇合成塔出塔氣體組分熱容和熱量氣體 H 2 CO CO2 N2 Ar CH3OH熱容 29.56 30.01 45.04 29.61 25.16 72.05氣量 kmol/h 16085.41815.06618.36636.21162.811232.16出塔熱量kJ/（h.k） 475484.42454469.9506 27850.9344 18838

45、.17814096.299692473.608氣體 CH4 （CH3O）2 C4H9OH C18H18 H2O 合計熱容 48.14 18.03 19.23 101.73 36.25氣量 kmol/h 377.28 3.811.471.14130.02出塔熱量kJ/（h.k） 18162.259268.694328.2681115.97224713.225696301.8135出塔氣體溫度255即528.15k Q2=696301.8135528.15=367751802.80002 kJ/h5）全塔熱量損失的確定 全塔熱損失為4%,即Q3=(Q1 + Qr)4%=(358560399.6+136840513.6)4%=19816036.528 kJ/h6）沸騰水吸收熱量的確定 由公式(1)可得Q=Q1 + Qr Q2 Q3=102652762.41 kJ/h（2）塔氣換熱器的熱量計算1）入換熱器的被加熱氣體熱量的確定表19 入換熱器被加熱氣體各組分熱容和顯熱 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4熱容kJ/（kmol.k）95.87 29.25 29.44 38.47 29.47 25.18 39.66氣量kmol /h 13.3218477.1228