1、目錄1 概 述·11.1甲醇發(fā)展現(xiàn)狀·11.2甲醇的發(fā)展前景·11.3甲醇合成·21.3.1甲醇合成方法及設(shè)備簡介·21.3.2甲醇合成工藝流程簡介·21.4甲醇合成催化劑的選擇·32 合成工段工藝計算·42.1合成工段物料衡算·42.1.1設(shè)計條件及參數(shù)·52.1.2合成工段物料衡算·52.2合成工段熱量衡算·112.2.1合成塔的熱量計算·112.2.2入塔氣換熱器的熱量計算·132.2.3水冷器熱量的計算·143 主要設(shè)備的工藝計算和設(shè)備選

2、型·163.1甲醇合成塔的設(shè)計選型·163.1.1傳熱面積計算·163.1.2催化劑用量計算·163.1.3傳熱管數(shù)計算·163.1.4合成塔殼體直徑計算·163.1.5合成塔殼體厚度計算·173.1.6合成塔封頭計算·173.1.7管子拉脫力計算·173.1.8折流板計算·183.1.9 管板計算·183.1.10 支座計算·183.1.11合成塔設(shè)計匯總表·183.2 甲醇合成工段設(shè)備一覽表·19年產(chǎn) 10萬噸甲醇合成工段的工藝設(shè)計1 概述1.1 甲醇

3、發(fā)展現(xiàn)狀隨著我國國民經(jīng)濟(jì)不斷穩(wěn)定的發(fā)展，不管是能源生產(chǎn)總量還是需求總量都在不斷增長。7O 年代兩次石油危機(jī)和石油價格的不斷上漲，讓世界各國充分認(rèn)識到當(dāng)今社會將是能源結(jié)構(gòu)逐步向多元化結(jié)構(gòu)發(fā)展的時代1 。目前， 人類己經(jīng)面臨著石油及天然氣這一寶貴的化石能源在不斷的枯竭，根據(jù)我國提出的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，需要合理有效地利用資源?！叭庇汀⑸贇?、富煤”的客觀現(xiàn)實，意味著今后30 年內(nèi)，我國一次能源消費(fèi)以煤為主的格局不會改變。 但是我們?nèi)绻€是沿用落后技術(shù)，把煤直接燃燒用于發(fā)電和其它工業(yè)目的，不斷擴(kuò)大低效、 高污染應(yīng)用技術(shù)中煤的用量，則同樣是難以為繼的，同時對環(huán)境的污染將是難以估量的。 因此，充分利用豐

4、富的煤炭資源，大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)和新一代煤化工技術(shù)是非常必要的， 既對我國合理利用資源、有效利用能源和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實，又對保護(hù)國家能源安全具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義2 。近年來，我國甲醇市場非常紅火，甲醇價格持續(xù)上漲，甲醇生產(chǎn)裝置開工率不斷提高，各地甲醇新建項目陸續(xù)開工。出現(xiàn)這種局面的原因，一是甲醇傳統(tǒng)消費(fèi)領(lǐng)域，如甲醛、醋酸等產(chǎn)品的產(chǎn)量穩(wěn)步提升，對甲醇的需求量逐步增加；二是新的消費(fèi)領(lǐng)域，如醇醚燃料、甲醇制烯烴等由于發(fā)展前景廣闊，也引發(fā)了國內(nèi)對甲醇裝置的投資熱3 。我國甲醇生產(chǎn)以煤為主要原料， 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不盡合理，裝置規(guī)模偏小， 企業(yè)數(shù)目過多， 原料路線和工藝技術(shù)五花八門。由于對醇醚燃料

5、需求的高度期待，我國甲醇發(fā)展過熱，幾乎“遍地開花”。據(jù)報導(dǎo)， 20002007 年我國甲醇產(chǎn)能年均增長率為24.8%， 2007年我國共有甲醇生產(chǎn)企業(yè)177 家，總規(guī)模已突破每年 1600 萬噸， 2010年總產(chǎn)能達(dá)到每年3000 萬噸。我國規(guī)劃中的甲醇產(chǎn)能已超過同期世界其他各國的總產(chǎn)能。煤基甲醇是資源消耗型產(chǎn)品，是低附加值產(chǎn)品， 而依靠大量出口來消化過剩的產(chǎn)能是不合理的4 。1.2 甲醇的發(fā)展前景甲醇作為最有希望代替汽油的并且將成為二十一世紀(jì)有競爭力的可選清潔燃料，具有非常好的發(fā)展前景。所以專家認(rèn)為，必須開拓甲醇作為車用燃料的用途，即發(fā)展甲醇汽車才能使甲醇取得較好的經(jīng)濟(jì)效益5 。甲醇汽油是符

6、合我國國情的替代能源之一，不僅符合國家節(jié)能減排政策的要求， 而且因甲醇汽油可部分替代石油，在一定程度上相當(dāng)于擴(kuò)大了我國石油戰(zhàn)略儲備。 與此同時， 推廣甲醇汽油， 一方面可以釋放我國每年2000 多萬噸的甲醇產(chǎn)能，改變我國甲醇產(chǎn)能嚴(yán)重過剩的局面，提高甲醇生產(chǎn)企業(yè)的開工率。另一方面， 甲醇汽油的生產(chǎn)成本低，甲醇汽油價格更為優(yōu)惠，更適用于老百姓的需求，更經(jīng)濟(jì)實惠6 。我國現(xiàn)在提出了四個石油替代路徑：天然氣替代、電動力替代、 生物燃料替代和煤基燃料替代，煤基燃料替代包括煤制天然氣、甲醇、二甲醚、合成油等。煤基醇醚燃料更具有大規(guī)模、基地化推廣的現(xiàn)實性， 是最實用、經(jīng)濟(jì)的選擇。由于甲醇在我國已經(jīng)有一定規(guī)模

7、的生產(chǎn)，另外甲醇的投資成本低， 無論甲醇汽油生產(chǎn)技術(shù)還是甲醇車輛生產(chǎn)技術(shù)都已經(jīng)非常成熟了。如果甲醇汽油1作為車用燃料相比于其他能源具有一定的優(yōu)勢，甲醇汽油也是一種液體燃料，好多特性和汽油雷同，但比汽油更安全、更節(jié)能、更環(huán)保。此外，甲醇汽油可直接利用現(xiàn)在所有中石油和中石化的輸配系統(tǒng)進(jìn)行快速推廣，推廣渠道會相對便捷一些，推廣成本也非常小7 。1.3 甲醇合成1.3.1 甲醇合成方法及設(shè)備簡介目前甲醇生產(chǎn)技術(shù)主要采用中壓法和低壓法兩種工藝，并且以低壓法為主，這兩種方法生產(chǎn)的甲醇約占世界甲醇產(chǎn)量的80%以上 8 。高 壓 法： (19.6-29.4Mpa)是最 初 生 產(chǎn) 甲 醇的 方 法 ， 采 用

8、鋅 鉻 催 化 劑， 反 應(yīng) 溫 度360-400 ，壓力 19.6-29.4Mpa 。高壓法由于原料和動力消耗大，反應(yīng)溫度高，生成粗甲醇中有機(jī)雜質(zhì)含量高，而且投資大，其發(fā)展長期以來處于停頓狀態(tài)。低壓法： (5.0-8.0 Mpa)是 20 世紀(jì) 60 年代后期發(fā)展起來的甲醇合成技術(shù)，低壓法基于高活性的銅基催化劑，其活性明顯高于鋅鉻催化劑，反應(yīng)溫度低(240-270 ) 。在較低壓力下可獲得較高的甲醇收率，且選擇性好， 減少了副反應(yīng)， 改善了甲醇質(zhì)量，降低了原料消耗。此外，由于壓力低，動力消耗降低很多，工藝設(shè)備制造容易9 。中壓法： (9.8-12.0Mpa)隨著甲醇工業(yè)的大型化，如采用低壓法

9、勢必導(dǎo)致工藝管道和設(shè)備較大， 因此在低壓法的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高合成壓力，即發(fā)展成為中壓法。中壓法仍采用高活性的銅基催化劑， 反應(yīng)溫度與低壓法相同，但由于提高了壓力， 相應(yīng)的動力消耗略有增加10 。甲醇的生產(chǎn)方法還主要有： 甲烷直接氧化法、 由一氧化碳和氫氣合成甲醇、 液化石油氣氧化法 11 。比較以上三者的優(yōu)缺點(diǎn)，以投資成本，生產(chǎn)成本，產(chǎn)品收率為依據(jù)，選擇低壓法為生產(chǎn)甲醇的工藝， 用 CO和 H2 在加熱壓力下， 在催化劑作用下合成甲醇， 其主要反應(yīng)式為： CO+H2 C4H9OH。1.3.2 甲醇合成工藝流程簡介本設(shè)計采用焦?fàn)t煤氣合成的甲醇。工藝流程如下：焦?fàn)t煤氣氣柜脫硫處理甲烷轉(zhuǎn)化儲罐精餾甲醇

10、合成合成氣壓縮圖 1-1焦?fàn)t煤氣制甲醇工藝流程圖焦?fàn)t煤氣經(jīng)過氣柜，在氣柜中緩沖穩(wěn)壓，選擇低溫低壓的方式，壓力為5.56Mpa.;然后焦?fàn)t煤氣中S 含量較高，必須用加H2 轉(zhuǎn)化有機(jī)硫工藝，將焦?fàn)t氣脫硫處理；然后將焦?fàn)t2煤氣純氧部分氧化催化轉(zhuǎn)化甲烷，氧氣與焦?fàn)t煤氣不完全燃燒，放出大量熱， 甲烷與氫氣吸收熱量反應(yīng)，最終產(chǎn)物為CO、H 、CO；將合成的凈化原料氣壓縮，送去合成塔合成甲醇12。22設(shè)計合成甲醇選用低壓5.56Mpa 方法合成，選用銅系催化劑，用Lurgi合成工藝，合成好的粗甲醇， 將其送往精餾塔， 進(jìn)一步提高精甲醇質(zhì)量， 從主塔回流量中采出低沸點(diǎn)物繼續(xù)進(jìn)塔精餾，這一循環(huán)流程提高甲醇收率1

11、3 。最后合成甲醇成品，將其儲罐保存。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)溫度溫和、壓力低，副反應(yīng)少、時空收率高，單程轉(zhuǎn)化率較高，熱能利用合理，因此循環(huán)氣量減少，這樣降低了循環(huán)回路中管件閥門的費(fèi)用和循環(huán)壓縮機(jī)的能耗；Lurgi合成反應(yīng)器開車方便，只要將4MPa蒸汽通過合成塔殼程即可加熱列管內(nèi)的催化劑，達(dá)到催化劑的活性溫度便可通入合成氣進(jìn)行甲醇合成 14 。但是，該反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較困難，而且裝卸催化劑也不方便，這是它的缺點(diǎn)。甲醇合成工段的工藝流程如下：原料氣5 Mpa250合成塔壓縮機(jī)換熱器220循環(huán)氣循環(huán)器甲醇分離塔冷凝器馳放氣粗甲醇Lurgi工藝流程圖1-2甲醇的合成是可逆放熱反應(yīng)，為使反應(yīng)達(dá)到較高的轉(zhuǎn)

12、化率，應(yīng)迅速移走反應(yīng)熱，本設(shè)計采用 Lurgi 工藝甲醇合成管殼式反應(yīng)器，催化劑裝在管內(nèi)，反應(yīng)熱由管間沸騰水放走，并副產(chǎn)高壓蒸汽， 甲醇合成原料在離心式透平壓縮機(jī)內(nèi)加壓到5MPa( 以 1：5 的比例混合 )循環(huán)，混合氣體在進(jìn)反應(yīng)器前先與反應(yīng)后氣體換熱，升溫到220左右，然后進(jìn)入管殼式反應(yīng)器反應(yīng)，反應(yīng)熱傳給殼程中的水，產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽包，出塔氣溫度約為250 ，含甲醇 7%左右，經(jīng)過換熱冷卻到 40 ，冷凝的粗甲醇經(jīng)分離器分離15 。分離粗甲醇后的氣體適當(dāng)放空，控制系統(tǒng)中的惰性氣體含量。這部分空氣作為燃料，大部分氣體進(jìn)入透平壓縮機(jī)加壓返回合成塔，合成塔副產(chǎn)的蒸汽及外部補(bǔ)充的高壓蒸汽一起進(jìn)入過熱

13、器加熱到50 ，帶動透平壓縮機(jī)，透平后的低壓蒸汽作為甲醇精餾工段所需熱源。1.4甲醇合成催化劑的選擇目前國內(nèi)外甲醇合成工藝使用的銅系催化劑生產(chǎn)廠家和型號較多：國外典型的有ICI公司 ICI51-7銅系催化劑，托普索公司MK-101 低壓甲醇催化劑等；國內(nèi)主要有四川天一科技（西南化工研究院）生產(chǎn)的XNC-98以及南化院生產(chǎn)的C306、 C307 新型低壓甲醇催化劑，其主要性能見下表：3表 1-1目前甲醇合成常用的幾種催化劑性能表16相對時空收率操作條件操作空速 /h-1催化劑型號210230 250270 壓力 /MPa溫度 /XNC-981.001.001.001.005.010.019029

14、012000ICI-51-70.860.960.981.00-12000MK-1010.880.910.960.959.822027010000ICI51-30.800.870.880.937.811.819027010000C79-05-GL0.700.760.850.941.511.7220330-國外的甲醇催化劑的使用效果總體來說優(yōu)于國內(nèi)的這是不爭的事實，其反應(yīng)壓力較低，出口氣體中的醇凈值較高、雜質(zhì)少， 使用壽命長 （一般可達(dá)到國內(nèi)催化劑使用壽命的兩倍），但價格國內(nèi)使用企業(yè)很難接受，往往兩倍還要高。國產(chǎn)的兩家甲醇催化劑廠（西南院及南化院）的產(chǎn)品性能基本相當(dāng)，差異很小，他們的致命弱點(diǎn)在于都

15、存在不同程度的結(jié)蠟現(xiàn)，給操作會帶來一定的麻煩。但其性價比還是可觀的，因此，本項目采用國產(chǎn)甲醇催化劑。下面是國內(nèi)兩種典型催化劑的性能對比：表 1-2 XNC-98 型與 C 型催化劑的性能對比表合成塔進(jìn)口溫度生產(chǎn)能力比表面積甲醇空時產(chǎn)率 g/ml 催化劑 ·h催化劑型號初期末期kg/L ·hm2/g初活性耐熱后活性C3072102251.05901101.31.0XCN-9820023011001601.21.55通過對比，并結(jié)合生產(chǎn)實際可見，XCN-98 型催化劑具有以下優(yōu)點(diǎn)：適用溫區(qū)寬， 使用壽命長。 合成塔進(jìn)口溫度可調(diào)溫區(qū)，C 型催化劑為15，而 XCN-98型則為 3

16、0，隨著可調(diào)溫區(qū)的增加，催化劑的使用壽命也相應(yīng)延長。比表面積大，與合成氣接觸的更完全，單位質(zhì)量催化劑反應(yīng)效率更高。耐熱后 XCN-98 型催化劑的活性上升，甲醇的空時產(chǎn)率增加，比 C307 高出 50%左右。綜上所述，天一科技研制開發(fā)的XCN-98 型催化劑等多項指標(biāo)均優(yōu)于C307，其性價比相對較高，因而本設(shè)計選用XCN-98 型催化劑 17 。 合成工段工藝計算2.1 合成工段物料衡算2.1.1 設(shè)計條件及參數(shù)已知：年產(chǎn)10 萬噸精甲醇，每年以（330）個工作日計。4表 2-1 各物質(zhì)的摩爾質(zhì)量組分COCO2H 2CH 4N2 CH 3OH(CH 3) 2OC 4 H9OHH 2 O摩爾質(zhì)量

17、（ g/mol ）28 442162832467418精甲醇中甲醇含量：99.95%表 2-2 粗甲醇組成組分甲醇二甲醚重組分水百分含量93.86%0.20%0.03%5.91%4時產(chǎn)精甲醇：151018.94t / h33024時產(chǎn)粗甲醇：18.9499.9%20.16t / h93.86合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)為：主反應(yīng) CO+2H 2 =CH 3OH式（）副反應(yīng) 2CO+4H 2= (CH3)2O+H 2O式（）CO+3H 2 =CH 4+H 2O式（）4CO+8H2= C HOH+3H2O式（）49CO2+H 2= CO+H 2O式（）2.1.2 合成工段物料衡算（）根據(jù)粗甲醇組分，算得各組

18、分的生成量為：甲醇= 18922.176kg / h即 591.318kmol/h13245.5232 m3/h二甲醚=20.160.0020100040.32kg / h即 0.87kmol/h19.634 m3 /h異丁醇=20.160.000310006.048kg / h即 0.08kmol/h1.83m3 /h水 =20.16 0.0591 1000 1191.456kg / h即 66.192kmol/h 1482.7m3/h工業(yè)生產(chǎn)中，測得低壓時每生產(chǎn)一噸粗甲醇生成甲烷1.52Nm 3，故每小時生成量為：20.16 1.52=30.6432m 3 ，即 1.368kmol/h ，

19、 21.888 kg/h 。忽略原料氣帶入份，根據(jù)反應(yīng)（）、（）、（）得反應(yīng)（）生成的水的量為：66.192-0.87-0.083-1.368=61.554kmol/h ，即在 CO 逆變換中生成的 H O 為 61.554kmol/h，25即 1378.8 Nm 3/h。粗甲醇中氣體溶解量5Mpa 、40時，每一噸粗甲醇中溶解其他組成如下表：表 2-31 噸粗甲醇中合成氣溶解情況表氣體H 2COCO 2N 2ArCH4m3/t4.3640.8157.7800.3650.2431.680溶解量m3/h58.7010.96104.604.913.2722.60（粗甲醇）kmol/h2.620.4

20、94.670.220.151.01據(jù)測定： 40時 ,液體甲醇中釋放的 CO、 CO2、 H2 等混合氣中 ,每立方米含有37.14g 的甲醇 ,假設(shè)減壓后液相中除二甲醚外,其他氣體全部釋放出，則甲醇擴(kuò)散損失為：(58.70+10.96+104.64+4.91+3.27+22.60)37.14= 7.62kg / h1000即 0.71kmol/h ， 15.90m3/h（）合成反應(yīng)中氣體的消耗和生成情況6表 2-4合成反應(yīng)中消耗原料情況表消耗單消耗物料量合計消耗方式位COH 2CO2N2 等kmol/h591.3181182.636反應(yīng)m3/h13245.5226491.0439736.56

21、kmol/h1.743.48反應(yīng)m3/h39.26878.536117.804kmol/h1.3684.104反應(yīng)m3/h30.6491.93122.57kmol/h0.320.64反應(yīng)m3/h7.16814.33621.504kmol/h（ 61.55）61.5561.55反應(yīng)m3/h（1378.8）1378.81378.84136.4氣體溶解m3/h10.9658.70104.6430.78205.08擴(kuò)散損失m3/h5.3018.8524.15合計m3/h15373.9529365.711563.8430.7846334.28消耗組成%（ V）33.1863.383.3750.06610

22、0注：括號內(nèi)的為生成量；反應(yīng)項不包括擴(kuò)散甲醇和弛放氣中甲醇消耗的原料氣量7生成單方式位kmol/h反應(yīng)m3/hkmol/h反應(yīng)m3/hkmol/h反應(yīng)m3/hkmol/h反應(yīng)m3/hkmol/h反應(yīng)m3/h擴(kuò)散損失m3/hm3/h合計Kg/h生成組成%（ kg）表 2-5 合成反應(yīng)中生成物料情況表生成物料量生成合計CH4CH 3OHC4H 9OH(CH 3)2OH 2O591.31813245.5213245.520.870.8719.63419.63439.3681.3681.36830.6430.6461.280.080.241.835.497.3261.5541378.82757.6（

23、5.33）13245.521.8319.6341435.01414701.46418922.176.0540.321153.1420121.6894.040.030.205.73100（）新鮮氣和弛放氣氣量的確定表 2-6弛放氣組成表氣體CH 3OHH 2COCO2N2ArCH4組成0.61%81.20%9.16%3.11%3.21%0.82%1.89%CO 的各項消耗總和= 新鮮氣中CO 的量，即：15373.95+0.61%G+9.16%G=15373.95+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：8表 2-7新鮮氣組成表組分單

24、位COCO2H 2N 2ArCH4m3/h15373.95+1563.84+3.29365.71+4.91+3.27+2.15+氣量9.77%G11%G82.42%G3.21%G0.82%G1.89%G新鮮氣m3/h46313.83+1.0183G新鮮氣中惰性氣體 （ N2 + Ar ）百分比保持在0.42%，反應(yīng)過程中惰性氣體的量保持不變，（N 2 + Ar ） =24.45+4.03%G ，則46313.83+1.0183G = （ 8.18+4.03%G ） /0.42%解得 G=5172.756m 3/h，即弛放氣的量為5172.756m3/h，由 G 可得到新鮮氣的量51581.25

25、m3/h。由弛放氣的組成可得出下表：表 2-8弛放氣組成氣體CH3OHH 2COCO2N2ArCH 4組成0.61%81.20%9.16%3.11%3.21%0.82%1.89%氣量 m3/h31.554200.28473.82160.87166.0542.41797.765表 2-9新鮮氣組成表氣體H2COCO2N2ArCH4組成68.82%26.82%3.78%0.31%0.09%0.18%氣量 m3/h35498.21613834.0911949.771159.90246.42392.846（）循環(huán)氣氣量的確定G 出塔 =G 新鮮氣 +G 循環(huán)氣 +G 生成 G 消耗即： G 出塔 =G

26、 循環(huán) +51581.25+20121.68 46334.28= G 4+25368.65測得：已知出塔氣中甲醇含量為5.84%，有：（G 循環(huán)氣 ×0.61%+31.55+1325.52+5.33 ） / G 出塔 =0.0584解得： G 循環(huán)氣 =225638.061； G 出塔 =251006.7119氣體CH3OHH 2COCO2N 2ArCH 4組成0.61%81.20%9.16%3.11%3.21%0.82%1.89%氣量 m3/h1376.39183218.05620668.447017.347242.981850.234264.56表 2-10 循環(huán)氣組成表（）入塔

27、氣和出塔氣組成的確定G 入塔= G 循環(huán)氣 +G 新鮮氣=51581.25+225638.061=277219.311 m3/h表 2-11 甲醇生產(chǎn)入塔氣流量及組成組分COCO2H 2N2CH4ArCH3OH合計流量：34502.5318967.111218716.2727402.8824357.4061896.6531376.39272923.96Nm 3/h組成12.163.2279.102.721.600.690.51100(V)%又由 G 出塔= G 入塔-G 消耗 G 生成 ，得 ：表 2-12出塔氣組成表氣體H 2COCO 2N 2ArCH3OH組成 %76.318.652.92

28、3.010.775.95氣量 m3/h189350.56219128.5817403.2717372.1021892.65314621.39氣體CH4(CH 3)2OC4 H9 OHH2O合計組成 %1.770.016.83 ×10 40.60100氣量 m3/h4365.04519.4851.681483.77245586.495（）甲醇分離器出口氣體組成確定10分離器出口氣體組分=循環(huán)氣氣體組分+弛放氣氣體組分；則分離器出口氣體中CO 氣量 =循環(huán)氣中 CO+ 弛放氣中CO；由此可算的其他氣體的氣量：表 2-13分離器出口氣體組成表組分CH3OHH2COCO 2N2ArCH4出氣

29、1407.94187626.05721165.754790.797417.261894.744367.175組成 (V)%0.6181.209.163.113.210.821.89分離器出口液體組分=出塔氣氣體組分出口氣氣體組分表 2-14 分離器出口液體組成表氣體CH3OH(CH 3)2 OC4H9OHH2O合計氣體 m3/h13221.9319.4851.681483.7714726.865質(zhì)量 kg/h18888.46540.0055.551192.3220126.34組成 %93.850.200.035.921002.2甲醇合成主要設(shè)備熱量衡算2.2.1 合成塔熱量計算已知：合成塔入塔

30、氣為220，出塔氣為 250，熱損失以5%計。合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)為：主反應(yīng) CO+2H2=CH 3OH+102.37kJ/mol式（ 1）副反應(yīng) 2CO+4H 2=(CH3)2O+H 2O+200.39kJ/mol式（ 2）CO+3H2=CH 4+H 2O+115.69 kJ/mol式（ 3）4CO+8H2=C H9OH+3H2O+49.62 kJ/mol式（ 4）4CO +H =CO+H O -42.92 kJ/mol式（ 5）222（）入塔氣熱量計算通過計算可以得到 5.0MPa ，220時各入塔氣氣體的熱容，根據(jù)入塔氣各氣體組分量，算的甲醇合成塔入塔熱量如下表 ：11表 2-15 5MP

31、a ，220下入塔氣（除 CH3OH ）熱容表組分COCO2H 2N 2CH4Ar合計流量：33191.7158798.715215871.6157415.6554365.0451899.3271542.09m3 /h比熱： kJ/kmol 30.1545.9529.3430.3547.0521.41熱量： kJ/h44675.461849.115282753.2710047.5559168.541815.405366509.385查得 220時甲醇的焓值為42248.46kJ/kmol ，流量為1376.39m3。所以 ：Q 入 =42248.46×1376.39 +366509.

32、385 ×22022.4=83228062.82kJ（）出塔氣熱量計算出塔氣（除CH3OH）熱容見下表 ：表 2-16 5MPa， 250下出塔氣除 (CH 3OH) 熱容表組分COCO2H 2N 2Ar流量： m3/h212617184.805187656.667408.291894.44比熱： kJ/kmol 30.1346.5829.3930.4121.36熱量： kJ/h28599.5414940.9246215.59510057.411806.48組分CH4C4H 9OH(CH 3)2OH 2O合計流量： m3/h4365.0451.6819.4851483.7723127

33、6.36比熱： kJ/kmol 48.39170.9795.8583.49/熱量： kJ/h9429.6612.82583.375530.35316675.77查得 250時甲醇的焓值為46883.2kJ/kmol ，流量為14621.39m3/h。所以 ：Q 出 =46883.2×14621.39 +316675.77×25022.4=109771511.8kJ（）塔內(nèi)反應(yīng)熱的計算甲醇合成塔中按反應(yīng), , ,生成的熱量如下表：12表 2-17 甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)熱統(tǒng)計表氣體反應(yīng)反應(yīng)反應(yīng)反應(yīng)反應(yīng)合計生成熱102.37200.39115.6949.62-42.92kJ/mol生

34、成量 kmol591.3180.871.3680.0861.55655.186/h反應(yīng)熱 kJ/h60533223.6617433.93158263.923969.6-264172658071165.11（）全塔熱量損失的確定假設(shè)全塔熱損失為5%。可得： Q 熱損失 =( Q 入 Q 反反 ) ×5%=(83228062.82+ 58071165.11) ×5%=7064961.397kJ/h（）沸騰水吸收熱量的確定Q 傳= Q 入Q 反應(yīng) Q 出Q 熱損失= 83228062.82 58071165.11109771511.8 7064961.397=24462754.7

35、3kJ/h又 ：Q 傳 =G 熱水 r 熱水查化工工藝設(shè)計手冊得， 4MPa 下水的氣化潛熱為 409.7kmol/kg ，即 1706.08kJ/kg ，水蒸氣密度為 20.10kg/m 3所以 ：G 熱水 = 24462754.73 =14338.57 kg/h1706.08時產(chǎn)蒸氣 ： 14338.57=713.36m320.102.2.2 入塔氣換熱器的熱量計算（）入換熱器的被加熱氣體熱量13表 2-18 入換熱器被加熱氣體各組分熱容和顯熱統(tǒng)計表組分COCO 2H2N 2CH4ArCH 3OH合計流量： Nm3 /h34502.5318967.111218716.2727402.882

36、4357.4061896.6531376.392772119.33比熱： kJ/kmol 30.1669.6829.1330.1841.0623.185.73熱量： kJ/h44690.26527370.29280729.479991.2758001.2851958.6855288.76378030.03入換熱器的被加熱氣體熱量C1=378030.03kJ/（h.），溫度為40，可得：Q 入 =378030.03×40=15121201.2kJ/h（）出換熱器的被加熱氣體熱量出換熱器的被加熱氣體顯熱與入合成塔氣體的顯熱相等，可得Q 出=83228062.82kJ/h（）入換熱器的熱氣

37、體熱量入換熱器的加熱氣體顯熱與出合成塔氣體的顯熱相等，可得Q入=109771511.8kJ/h（）出換熱器的熱氣體熱量：熱損失以 5%計，故 ： Q 損=Q 出 ×5%=4161403.041kJ/h被加熱氣體吸收的熱量：Q 吸= Q 出Q 入Q 損=83228062.82 15121201.2 4161403.041=72268264.66kJ/h出換熱器的加熱氣體顯熱量：Q出=Q入Q吸=109771511.8 72268264.66=37503247.14 kJ/h（）出換熱器的加熱氣體的溫度假設(shè)出換熱器的熱氣體各組分熱容與出合成塔時相同，則：14631.435=372673.6

38、7 kJ/ C2=316675.77 +85.73 ×出口溫度為 ： 37503247.1422.4=100.63372673 .672.2.3 水冷器熱量的計算（）水冷器入口氣體顯熱14水冷器入口氣體的顯熱與入塔氣換熱器出口加熱氣體的顯熱相等，可得：Q 入 =37503247.14kJ/h（）水冷器出口氣體顯熱表 2-19 入水冷器被冷卻氣體各組分熱容和顯熱統(tǒng)計表組分COCO2H2N2比熱 kJ/kmol 30.1669.6829.1330.18流量 m3/h212617184.805187656.667408.29熱量 kJ/h28628.0122349.88244037.499

39、81.345組分CH4ArCH3OH合計比熱 kJ/kmol 41.0623.185.73流量 m3/h4365.0451894.441409.505231180.93熱量 kJ/h8001.2851953.635394.495320346.075水冷器出口氣體顯熱C3=320346.075 kJ/（ h.k）；出口溫度40，Q 出=320346.075×40=12813843kJ/h（）出水冷器的粗甲醇液體熱量表 2-20 出水冷器被冷卻氣體各組分熱容和顯熱統(tǒng)計表氣體CH 3OH(CH 3) 2OC4H9OHH2 O合計氣體流量 m3/h13221.9319.4851.681483

40、.7714726.865液體質(zhì)量 kg/h18888.46540.0055.551192.3220126.34汽化熱 kJ/kg1117.90531.75577.812260.98冷凝放熱量 kJ/h21115415.0321272.6553206.852695811.6723835706.2液體比熱容 kJ/kg2.722.6382.5964.187液體顯熱 kJ/h.51376.62105.52513.744992.2456488.80粗甲醇中各組分液體顯熱C4=5648.80kJ/ （h .），粗甲醇溫度40Q 顯=56488.80 ×40=2259552.00kJ/h（）水冷

41、器冷卻水吸熱15由水冷器熱平衡方程可得：Q 吸 =Q 入+Q 放Q 顯Q 出，故：Q 吸 =37503247.14+ 23835706.2 2259552.00 12813843Q 吸=46265558.34kJ/h（）冷卻水用量假設(shè)入口冷卻水溫度20，出口冷卻水溫度35，平均比熱容4.187 kJ/(kg. )故冷卻水用量：Q=46265558.34/ （ 35 20） ×4.187）=736654.06kg/h =736.65t/h 主要設(shè)備的工藝計算和設(shè)備選型3.1 甲醇合成塔的設(shè)計選型3.1.1 傳熱面積傳熱溫差為20，傳熱量為24462754.73kJ/h ，合成塔內(nèi)的總傳

42、熱系數(shù)取為289.78W/（m2 .）。由公式 Q = kS Tm得 S= Q/（ K Tm） =24462754.73/（ 3.6 ×289.78 ×20）=1172.477 3.1.2 催化劑用量入塔氣空速取12000h-1 ，入塔氣量272923.96m3/h故催化劑體積為：272923.96/12000=22.74m 3。傳 熱 管 選 用 32× 2.5mm， 長 度9000mm的 鋼 管 ， 標(biāo) 準(zhǔn)GB4237 ， 鋼 號 為00Cr18Ni5Mo3Si2 。由公式 S3.14dLnS1172.4771537根得 n=3.140.0273.14dL9其

43、中因要安排拉桿需要減少12 根，實際管數(shù)為1549 根。3.1.4 合成塔殼體直徑合成塔內(nèi)管子分布采用正三角形排列，管間距a=40mm，殼體直徑：Dab12L式中： a = 40b= 1.1n1.1154943.29L = 125mm所以， D= 40( 43.291)2 1251942 mm ，取 D=2000 mm163.1.5 合成塔殼體厚度殼體材料選用18MnMoNbR鋼 (GB6654) ，計算壁后的公式為：S=PcDi /（ 2 t -Pc）式中： Pc5MPa ；Di=2000mm ； =0.85250=190Mpa （取殼體溫度為250）S=2000 ×5/（ 2×190 ×0.85-5） =31.44mm取C2=2mm；C1=0.25mm，原整后取S=35mm。3.1.6 合成塔封頭上下封頭均采用半球形封頭，材質(zhì)選用和筒體相同。封頭內(nèi)