年產(chǎn)30萬噸甲醇畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）年產(chǎn)30萬噸甲醇畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要甲醇是由co和h2合成的，本設(shè)計(jì)分析了操作條件：溫度、壓力、原料氣組成、空速和惰性氣體對(duì)甲醇生產(chǎn)的影響，本設(shè)計(jì)采用煤為原料，通過gsp氣化工藝將原料煤氣轉(zhuǎn)化為合成氣，通過變換和nhd脫硫脫碳工藝把合成氣轉(zhuǎn)化為滿足甲醇合成條件的原料氣，在列管式等溫反應(yīng)器中合成甲醇，本設(shè)計(jì)采用xnc-98型催化劑，利用三塔精餾工藝將生成的粗甲醇精制后得到精甲醇。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括能量衡算和主要設(shè)備的選型，能量衡算有物料衡算和熱量衡算，主要設(shè)備包括甲醇合成塔和精餾塔。 關(guān)鍵詞：甲醇；合成；精餾33 abstractmethanol consists o

2、f co and h2，this design analysis the effects of operation conditions: temperature, pressure, the gas material composition, airspeed and inert gas , this design uses the coal as raw material, through the gsp gasification process will raw materials gas into snags, through the transformation and nhd de

3、sulfurization process into the decarburization snags methanol synthesis conditions meet gas material, in the tube type of methanol synthesis isothermal reactor, this design uses the xnc-98 type catalyst, use three tower distillation process will create the thick methanol blended get fine methanol. t

4、he design of the main contents include energy calculation and major equipment selection, energy balance calculations have material calculation and heat balance calculations, the main equipment including methanol synthesis tower and rectifying tower. key words：methanol；synthesis；rectification目 錄第1章 概

5、述1第2章 工藝簡(jiǎn)介及影響因素2 2.1甲醇合成工藝簡(jiǎn)介2 2.2操作條件對(duì)反應(yīng)過程的影響2第3章 甲醇生產(chǎn)工藝流程5 3.1甲醇合成工藝流程5 3.2 甲醇精餾工藝流程6第4章 工藝計(jì)算8 4.1物料衡算8 4.2能量衡算16第五章 主要設(shè)備的計(jì)算和選型21 5.1甲醇合成塔的設(shè)計(jì)21 5.2甲醇精餾塔的設(shè)計(jì)23參考文獻(xiàn)32致 謝33第1章 概述由于我國(guó)石油資源短缺，能源安全已經(jīng)成為不可回避的現(xiàn)實(shí)問題，尋求替代能源已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵。甲醇不僅是重要的化工原料，而且還是性能優(yōu)良的能源和車用燃料。隨著石油和天然氣價(jià)格的迅速上漲，煤制甲醇更加具有優(yōu)勢(shì)。本設(shè)計(jì)遵循“工藝先進(jìn)、技術(shù)可靠、配置科學(xué)

6、、安全環(huán)保”的原則，結(jié)合甲醇的性質(zhì)特征設(shè)計(jì)年產(chǎn)30萬噸煤制甲醇的生產(chǎn)。甲醇由h2和co合成，是最簡(jiǎn)單的飽和一元醇，俗稱木醇、木精，化學(xué)式ch3oh,無色澄清液體,微有乙醇樣氣味,易揮發(fā),易流動(dòng)；燃燒時(shí)無煙有藍(lán)色火焰；能與多種化合物形成共沸混合物。本次設(shè)計(jì)主要包括三個(gè)部分，第一部分是甲醇合成的工藝流程，第二部分是能量衡算，第三部分是主要設(shè)備的計(jì)算和選型。第一部分有甲醇合成工藝和甲醇精餾工藝。甲醇合成流程可概述為：首先采用gsp氣化工藝將原料煤氣轉(zhuǎn)化為合成氣，然后通過變換和nhd脫硫脫碳工藝把合成氣轉(zhuǎn)化為滿足甲醇合成條件的原料氣，接著在xnc-98型催化劑的作用下合成甲醇，最后將生成的粗甲醇利用三

7、塔精餾工藝精制后得到精甲醇。第二部分包括物料衡算和能量衡算。第三部分主要是甲醇合成塔和精餾塔的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用固定管板列管合成塔，這種合成塔就是一臺(tái)列管換熱器，催化劑在管內(nèi)，管間（殼程)是沸騰水，將反應(yīng)熱用于副產(chǎn)3.0mpa4.0mpa的中壓蒸汽。精餾是利用不同物質(zhì)的揮發(fā)度不同，將液體混合物進(jìn)行多次部分氣化，同時(shí)又把產(chǎn)生的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分離到所要求組分的操作過程。甲醇精餾采用三塔精餾工藝，其具有精餾能耗低，操作穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量還等突出優(yōu)點(diǎn)，但操作相對(duì)比較復(fù)雜。精餾塔選用的是板式塔，塔內(nèi)填充適當(dāng)高度的填料，以增加兩種流體間的接觸表面。例如應(yīng)用于氣體吸收時(shí)，液體由塔的上部通過分布器進(jìn)入，

8、沿填料表面下降。氣體則由塔的下部通過孔隙逆流而上，與液體密切接觸而相互作用。結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，檢修比較方便。廣泛應(yīng)用于氣體吸收、蒸餾、萃取等操作。 第2章 工藝簡(jiǎn)介及影響因素2.1甲醇合成工藝簡(jiǎn)介圖1-1 甲醇合成工藝流程圖2.2操作條件對(duì)反應(yīng)過程的影響 （1）溫度在甲醇合成反應(yīng)過程中，溫度對(duì)于反應(yīng)混合物的平衡和速率都有很大影響。對(duì)于反應(yīng)來說，溫度升高會(huì)使分子的運(yùn)動(dòng)加快，分子間的有效碰撞增多，并使分子克服化合時(shí)的阻力的能力增大，從而增加了分子有效結(jié)合的機(jī)會(huì)，使甲醇合成反應(yīng)的速度加快。但是，由于一氧化碳加氫生成甲醇的反應(yīng)和由二氧化碳加氫生成甲醇的反應(yīng)均為可逆的放熱反應(yīng)，對(duì)于可逆放熱反應(yīng)來講，溫度升高

9、固然使反應(yīng)速率常數(shù)增大，但平衡常數(shù)的數(shù)值將會(huì)降低。因此，選擇合適的操作溫度對(duì)甲醇合成至關(guān)重要，所以必須兼顧上述兩個(gè)方面，溫度過低達(dá)不到催化劑的活性溫度，則反應(yīng)不能進(jìn)行。溫度太高不僅增加了副反應(yīng)，消耗了原料氣，而且反應(yīng)過快，溫度難以控制，容易使催化劑衰老失活。一般工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)溫度取決于催化劑的活性溫度，不同催化劑其反應(yīng)溫度不同。另外為了延長(zhǎng)催化劑壽命，反應(yīng)初期宜采用較低溫度，使用一段時(shí)間后再升溫至適宜溫度。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(qū)決定的。操作溫度的控制同樣是一個(gè)操作費(fèi)用的控制問題，在設(shè)計(jì)中，需要延長(zhǎng)催化劑的使用壽命，防止催化劑的迅速老化和活性衰減速度加快。一般而言，

10、在催化劑的使用初期，反應(yīng)溫度維持在較底的數(shù)值，隨著使用時(shí)間的增加，逐步提高反應(yīng)溫度。例如副產(chǎn)蒸汽型等溫甲醇合成塔采用國(guó)產(chǎn)銅系催化劑，使用前期，可控制床層零點(diǎn)溫度230240，熱點(diǎn)溫度260左右；后期，可控制床層零點(diǎn)溫度260270，熱點(diǎn)溫度290。設(shè)計(jì)采用的甲醇合成塔為列管式等溫反應(yīng)器，管間走的是沸騰水，可以副產(chǎn)蒸汽，床層內(nèi)溫差很小，接近最佳溫度操作曲線。設(shè)計(jì)中采用的甲醇合成催化劑為國(guó)產(chǎn)的銅系xcn-98，由它的性質(zhì)可知：適合使用的溫度范圍為200290。（2）壓力 壓力是甲醇合成反應(yīng)過程的重要工藝條件之一。甲醇合成反應(yīng)時(shí)分子數(shù)變少，因此增加壓力對(duì)反應(yīng)有利，由于壓力高，組分的分壓提高，因而催化

11、劑的生產(chǎn)強(qiáng)度也提高，操作壓力的選用與催化劑的活性有關(guān)。早期的高壓法合成甲醇工藝采用的是鋅基催化劑，由于活性差，需要在高溫高壓下操作，其操作壓力為2535mpa，操作溫度350420。較高的壓力和溫度下，一氧化碳和氫生成甲烷、異丁醇等副產(chǎn)物，這些副反應(yīng)的反應(yīng)熱高于甲醇合成反應(yīng)，使床層溫度提高，副反應(yīng)加速，如果不及時(shí)控制，會(huì)造成溫度猛升而損壞催化劑。近年來普遍使用的銅基甲醇合成催化劑，其活性溫度范圍在200300，有較高的活性，對(duì)于規(guī)模小于30萬噸/a的工廠，操作壓力一般可降為5mpa左右；對(duì)于超大型的甲醇裝置，為了減少設(shè)備尺寸，合成系統(tǒng)的操作壓力可以升至10mpa左右。本設(shè)計(jì)采用的是低壓法（入塔

12、壓強(qiáng)為5.14mpa）合成甲醇。（3）氣體組成氫與一氧化碳合成甲醇的化學(xué)當(dāng)量比為2，與二氧化碳合成甲醇的化學(xué)當(dāng)量比為3，當(dāng)一氧化碳與二氧化碳都有時(shí)，對(duì)原料氣中氫碳比要求為f=（h2-co2）/(co+co2)=2.102.15,當(dāng)原料氣組成偏離上述值時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)氫碳比，原料氣中氫氣過多時(shí)，需要在轉(zhuǎn)化前或轉(zhuǎn)化后加入二氧化碳調(diào)節(jié)合理氫碳比；當(dāng)氫碳比太低時(shí)，需要設(shè)置變換工序使過量的一氧化碳變換為氫氣，再將過量的二氧化碳除去。甲醇合成原料氣中應(yīng)保持一定量的二氧化碳，一定量二氧化碳的存在能促進(jìn)銅基催化劑上甲醇合成的反應(yīng)速率，適量二氧化碳可使催化劑呈現(xiàn)高活性，此外，在二氧化碳存在下，甲醇合成的熱效應(yīng)比無二氧化

13、碳時(shí)熱效應(yīng)要小，催化床溫度易于控制，這對(duì)防止生產(chǎn)過程中催化劑超溫及延長(zhǎng)催化劑壽命是有利的。但是，當(dāng)二氧化碳含量過高時(shí)，會(huì)造成粗甲醇中含水量增多降低壓縮機(jī)生產(chǎn)能力，增加氣體壓縮與精餾粗醇的能耗。二氧化碳在原料氣中的最佳含量，應(yīng)根據(jù)甲醇合成所用的催化劑與甲醇合成操作溫度作相應(yīng)調(diào)整。在使用鋅-鉻催化劑的高壓合成裝置中，原料氣含二氧化碳45時(shí)，催化劑壽命與生產(chǎn)能力不受影響，合成設(shè)備操作穩(wěn)定而且可以自熱，但是粗甲醇含水量為1416。因此，對(duì)于鋅-鉻催化劑上甲醇合成反應(yīng)，原料氣中二氧化碳低于5為宜。在采用銅基催化劑時(shí)，原料氣中二氧化碳可適當(dāng)增加，可使塔內(nèi)總放熱量減少，以保護(hù)銅基催化劑不致過熱，延長(zhǎng)催化劑使

14、用壽命。 （4）空速空速的大小意味著氣體與催化劑接觸時(shí)間的長(zhǎng)短，在數(shù)值上，空速與接觸時(shí)間互為倒數(shù)。一般來說，催化劑活性愈高，對(duì)同樣的生產(chǎn)負(fù)荷所需的接觸時(shí)間就愈短，空速愈大。甲醇合成所選用的空速的大小，既涉及合成反應(yīng)的醇凈值、合成塔的生產(chǎn)強(qiáng)度、循環(huán)氣量的大小和系統(tǒng)壓力降的大小，又涉及到反應(yīng)熱的綜合利用。當(dāng)甲醇合成反應(yīng)采用較低的空速時(shí)，氣體接觸催化劑的時(shí)間長(zhǎng)，反應(yīng)接近平衡，反應(yīng)物的單程轉(zhuǎn)化率高。由于單位時(shí)間通過的氣量小，總的產(chǎn)量仍然是低的。由于反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率高，單位甲醇合成所需要的循環(huán)量較少，所以氣體循環(huán)的動(dòng)力消耗小。當(dāng)空速增大時(shí)，將使出口氣體中醇含量降低，即醇凈值降低，催化劑床層中既定部位的醇含

15、量與平衡濃度增大，反應(yīng)速度也相應(yīng)增大。由于醇凈值降低的程度比空速增大的倍數(shù)要小，從而合成塔的生產(chǎn)強(qiáng)度在增加空速的情況下有所提高，因此可以增大空速以增加產(chǎn)量。但實(shí)際生產(chǎn)中也不能太大，否則會(huì)帶來一系列的問題：（1）提高空速，意味著循環(huán)氣量的增加，整個(gè)系統(tǒng)阻力增加，使得壓縮機(jī)循環(huán)功耗增加。（2）甲醇合成是放熱反應(yīng)，依靠反應(yīng)熱來維持床層溫度。那么若空速增大，單位體積氣體產(chǎn)生的反應(yīng)熱隨醇凈值的下降而減少?？账龠^大，催化劑溫度就難以維持，合成塔不能維持自熱則可能在不啟用加熱爐的情況下使床層溫度跨掉。國(guó)產(chǎn)銅基催化劑，一般要求氣體空速在800020000h-1之間。空速過低，結(jié)炭等副反應(yīng)加劇，空速過高，系統(tǒng)阻

16、力加大或合成系統(tǒng)投資加大，能耗增加，催化劑的更換周期縮短?？账俚倪x擇需要根據(jù)每一種催化劑的特性，在一個(gè)相對(duì)較小的范圍內(nèi)變化。xcn-98的空速要求為600015000h-1，本設(shè)計(jì)空速定為12000 h-1。（5）惰性氣體（ch4、n2、ar）的影響合成系統(tǒng)中惰性氣體含量的高低，影響到合成氣中有效氣體成分的高低。惰性氣體的存在引起co、co2、h2分壓的下降。合成系統(tǒng)中惰性氣體含量，取決于進(jìn)入合成系統(tǒng)中新鮮氣中惰性氣體的多少和從合成系統(tǒng)排放的氣量的多少。排放量過多，增加新鮮氣的消耗量，損失原料氣的有效成分。排放量過少則影響合成反應(yīng)進(jìn)行。調(diào)節(jié)惰性氣體的含量，可以改變觸媒床層的溫度分布和系統(tǒng)總體壓

17、力。當(dāng)轉(zhuǎn)化率過高而使合成塔出口溫度過高時(shí)，提高惰氣含量可以解決溫度過高的問題。此外，在給定系統(tǒng)壓力操作下，為了維持一定的產(chǎn)量，必須確定適當(dāng)?shù)亩铓夂?，從而選擇（馳放氣）合適的排放量。再生產(chǎn)操作初期，催化劑活性較高，循環(huán)氣中惰性氣體含量可控制在20%-30%，在生產(chǎn)操作后期，催化劑活性降低，循環(huán)氣中惰性氣體含量一般控制在15%-25%。第3章 甲醇生產(chǎn)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(huán)氣一起經(jīng)甲醇合成氣壓縮機(jī)（c7001）壓縮至5.14mpa后，經(jīng)過入塔氣預(yù)熱器（e7001）加熱到225，進(jìn)入甲醇合成塔（r7001）內(nèi)，甲醇合成氣在催化劑作用下發(fā)生。甲

18、醇合成塔（r7001）為列管式等溫反應(yīng)器，管內(nèi)裝有xnc-98型甲醇合成催化劑，管外為沸騰鍋爐水。反應(yīng)放出大量的熱，通過列管管壁傳給鍋爐水，產(chǎn)生大量中壓蒸汽（3.9mpa飽和蒸汽），減壓后送至蒸汽管網(wǎng)。副產(chǎn)蒸汽確保了甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)趨于恒定，且反應(yīng)溫度也可通過副產(chǎn)蒸汽的壓力來調(diào)節(jié)。甲醇合成塔（r7001）出來的合成氣（255，4.9mpa），經(jīng)入塔氣預(yù)熱器（e7001），甲醇水冷器（e7002a，b），進(jìn)入甲醇分離器（v7002），粗甲醇在此被分離。分離出的粗甲醇進(jìn)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）分離出的混合氣與新鮮氣按一定比例混合后升壓

19、送至甲醇合成塔（r7001）繼續(xù)進(jìn)行合成反應(yīng)。從甲醇分離器（v7002）出來的循環(huán)氣在加壓前排放一部分弛放氣，以保持整個(gè)循環(huán)回路惰性氣體恒定。弛放氣減壓后去燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)；甲醇膨脹槽（v7003）頂部排出的膨脹氣去燃料氣系統(tǒng)。合格的鍋爐給水來自變換裝置；循環(huán)冷卻水來自界區(qū)外部。汽包（v7001）排污，經(jīng)排污膨脹槽（v7006）膨脹減壓后就地排放。圖3-1 合成工藝流程3.2 甲醇精餾工藝流程來自甲醇合成裝置的粗甲醇（40，0.4mpa），通過預(yù)塔進(jìn)料泵（p8002a,b），經(jīng)粗甲醇預(yù)熱器加熱至65，進(jìn)入預(yù)精餾塔（t8001），預(yù)塔再沸器（e8004）用0.4mpa的低壓蒸汽加熱，低沸點(diǎn)的雜質(zhì)如二

20、甲醚等從塔頂排出，冷卻分離出水后作為燃料；回收的甲醇液通過預(yù)塔回流泵（p8003a,b）作為該塔回流液。預(yù)精餾塔（t8001）底部粗甲醇液經(jīng)加壓塔進(jìn)料泵（p8004a,b）進(jìn)入加壓精餾塔（t8002），加壓塔再沸器（e8005）以1.3mpa低壓蒸汽作為熱源，加壓塔塔頂餾出甲醇?xì)怏w（0.6mpa，122）經(jīng)常壓塔再沸器（e8007a，b）后，甲醇?xì)獗焕淠?，精甲醇回到加壓塔回流槽（v8004），一部分精甲醇經(jīng)加壓塔回流泵（p8005a，b），回到加壓精餾塔（t8002）作為回流液，另一部分經(jīng)加壓塔甲醇冷卻器（e8006）冷卻后進(jìn)入精甲醇計(jì)量槽（v8007a，b）中。加壓精餾塔（t8002）塔底釜

21、液（0.6mpa，125）進(jìn)入常壓精餾塔（t8003），進(jìn)一步精餾。常壓塔再沸器（e8007a，b）以加壓精餾塔（t8002）塔頂出來的甲醇?xì)庾鳛闊嵩?。常壓精餾塔（t8003）頂部排出精甲醇?xì)猓?.13mpa，67），經(jīng)常壓塔冷凝冷卻器（e8008）冷凝冷卻后一部分回流到常壓精餾塔（t8003），另一部分打到精甲醇計(jì)量槽（v8007a，b）內(nèi)貯存。產(chǎn)品精甲醇由精甲醇泵（p8008a，b）從精甲醇計(jì)量槽（v8007a，b）送至甲醇罐區(qū)裝置。為防止粗甲醇中含有的甲酸、二氧化碳腐蝕設(shè)備，在預(yù)塔進(jìn)料泵（p8002a，b）后的粗甲醇溶液中配入適量的燒堿溶液，用來調(diào)節(jié)粗甲醇溶液的ph值。甲醇精餾系統(tǒng)各塔排

22、出的不凝氣去燃料氣系統(tǒng)。由常壓精餾塔（t8003）底部排出的精餾殘液經(jīng)廢水冷卻器（e8009）冷卻至40后，由廢水泵（p8007a，b）送到生化處理裝置。由甲醇精餾來的精甲醇貯存到精甲醇貯槽（v9101a，b）中。精甲醇貯槽為兩臺(tái)10000m3的固定頂貯罐，貯存量按15天產(chǎn)量計(jì)。當(dāng)甲醇外運(yùn)時(shí)，啟動(dòng)精甲醇泵（p9101a,b），將甲醇輸送到甲醇裝卸棧臺(tái)，通過火車鶴管進(jìn)入火車槽車，通過汽車鶴管進(jìn)入汽車槽車。甲醇裝卸棧臺(tái)共設(shè)有12臺(tái)火車鶴管和6臺(tái)汽車鶴管，根據(jù)精甲醇泵（p9101a,b）的能力，至少有三臺(tái)槽車同時(shí)裝料。圖3-2 精餾工藝流程第4章 工藝計(jì)算本設(shè)計(jì)參閱某化學(xué)公司的甲醇合成廠的工藝參數(shù)資

23、料。具體數(shù)據(jù)為入塔壓力5.14mpa，出塔壓力4.9 mpa，副產(chǎn)蒸汽壓力3.9 mpa，入塔溫度225，出塔溫度455。年產(chǎn)30萬噸甲醇，年開工日為330天，采用連續(xù)操作，則每小時(shí)精甲醇的產(chǎn)量為37.89噸，即37.89 t/h。本產(chǎn)品（精甲醇）執(zhí)行國(guó)家gb33892標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)見表4-1。表4-1 甲醇gb33892項(xiàng) 目指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品色度（鉑鈷），號(hào) 510密度（200c），g/cm30.7910.7920.7910.793溫度范圍(0,101.325pa)，沸程（包括64.60.10c）， 64.0-65.50.81.01.5高錳酸鉀試驗(yàn)，min 503020水溶性試驗(yàn)澄清水

24、分含量，% 0.100.15酸度（以hcooh計(jì)），% 或堿度（以nh3計(jì)），% 0.00150.0030.0050.00020.00080.0015羰基化合物含量（以ch2o計(jì)），% 0.0020.0050.01蒸發(fā)殘?jiān)浚? 0.0010.0030.005 4.1物料衡算4.1.1精餾工段精餾工段通過三塔高效精餾工藝，精甲醇的純度可達(dá)到99.9%，符合精甲醇國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。三塔精餾工藝中甲醇的收率達(dá)97%。則入預(yù)精餾塔的粗甲醇中甲醇量為39.06t/h。由粗甲醇的組成通過計(jì)算可得表4-2。 表4-2 粗甲醇組成組分百分比產(chǎn)量甲醇93.40%1220.25kmol/h 即 27333.6m3

25、/h二甲醚0.42%3.81 kmol/h 即 85.5 m3/h高級(jí)醇（以異丁醇計(jì)）0.26%1.47kmol/h 即32.91 m3/h 續(xù)表4-2組分百分比產(chǎn)量高級(jí)烷烴（以辛烷計(jì)）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：設(shè)計(jì)中的體積都為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下圖4-1 合成物料流程圖4.1.2合成工段4.1.2.1 合成塔中發(fā)生的反應(yīng)主反應(yīng) co+2h2=ch3oh （1） co2+3h2=ch3oh +h2o （2） 副反應(yīng) 2co+4h2=（ch3o）2+h2o （3） co+3h2=c

26、h4+h2o （4） 4co+8h2=c4h9oh+3h2o （5） 8co+17h2=c18h18+8h2o （6） co2+h2=co+h2o （7） 4.1.2.2 粗甲醇的合成工業(yè)生產(chǎn)中測(cè)得低壓時(shí)，每生產(chǎn)一噸粗甲醇就會(huì)產(chǎn)生1.52 m3（標(biāo)態(tài)）的甲烷，即設(shè)計(jì)中每小時(shí)甲烷產(chǎn)量為v甲烷=v0m=1.5241.82=63.57m3，2.85kmol。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(yīng)（3）、（4）、（5）、（6）得出反應(yīng)（2）、（7）生成的水分為： n =n7-n4-n3-3n5-8n6=130.082.853.811.4731.178 = 109.59 kmol由于合成

27、反應(yīng)中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要發(fā)生逆變反應(yīng)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(jì)算中忽略反應(yīng)（2）。則反應(yīng)（7）中二氧化碳生成了109.59kmol/h，即2454.81 m3/h的水和一氧化碳。4.1.2.3 粗甲醇中的溶解氣體量粗甲醇中氣體溶解量查表5mpa、40。得每一噸粗甲醇中溶解其他組成如下表：表4-3 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 則每小時(shí)粗甲醇中的溶解氣體量為： h2 =mv1= 41.824.364 = 182.50 m3 即8.1

28、6kmol co=mv2=41.820.815= 34.08 m3 即1.53kmol co2 =mv3=4=1.827.780 = 325.26m3 即14.52kmol n2 =mv4=41.820.365 =15.27m3 即0.69kmolar =mv5=41.820.243 = 10.17m3 即0.15 kmolch4 =mv6=41.821.680 = 70.23 m3 即3.15kmol4.1.2.4 粗甲醇中甲醇擴(kuò)散損失 40時(shí),液體甲醇中釋放的溶解氣中,每立方米含有37014g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m1=(v1+v2+v3+v

29、4+v5+v6)m0=（182.5+325.26+34.08+15.27+10.17+70.23）0.037014=23.7kg 即 0.74 kmol，16.58 m34.1.2.5 合成反應(yīng)中各氣體的消耗和生成情況表4-4 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4-5 合成反應(yīng)中消耗原料情況消耗項(xiàng)單位消耗原料氣組分coco2h2n2ar反應(yīng)（1）m3/h24878.7949757.58反應(yīng)（3）m3/h171.0342.00反應(yīng)（4）m3/h63.57190.71反應(yīng)（5）m3/h131.61263

30、.28反應(yīng)（6）m3/h210.30反應(yīng)（7）m3/h 2454.812454.812454.81注：括號(hào)內(nèi)的為生成量；反應(yīng)（1）項(xiàng)不包括擴(kuò)散甲醇和弛放氣中甲醇消耗的原料氣量表4-6 合成反應(yīng)中生成物情況生成項(xiàng)單位生成物組分ch4ch3oh（ch3o）2c4h9ohc18h18h2o反應(yīng)（1）m3/h24878.79反應(yīng)（3）m3/h85.5085.50反應(yīng)（4）m3/h63.5763.57反應(yīng)（5）m3/h32.9198.70反應(yīng)（6）m3/h26.28210.30反應(yīng)（7）m3/h2454.81表4-7 其他情況原料氣消耗消耗項(xiàng)單位消耗原料氣組分coco2h2n2arch4粗甲醇中溶解m3

31、/h34.08325.26182.5015.2710.1770.23擴(kuò)散的甲醇m3/h16.5633.15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。4.1.2.6 新鮮氣和弛放氣氣量的確定co 的各項(xiàng)消耗總和 = 新鮮氣中co 的量，即 24878.79+171.00+63.57+131.61+210.302454.81+34.08+16.56+0.61%g+9.16%g=23051.1+9.77%g同理，原料氣中其他各氣體的量=該氣體的各項(xiàng)消耗總和，由此可得新鮮氣體中各氣

32、體流量，如表4-8。表4-8 新鮮氣組成組分單位coco2h2n2arch4氣量m3/h23051.1+9.77%g2780.07+3.11%g53672.1+82.42%g15.27+3.21%g10.17+0.82%g6.66+1.89%g新鮮氣m3/h79534.08+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，（n2 + ar）=25.44+4.03%g， 則 79534.08+1.0183g=（25.44+4.03%g）/0.42%解得弛放氣的量g =8566.80 m3/h ，由g 可得到新鮮氣的量為88257.66 m3

33、/h由弛放氣的組成可得出下表。表4-9 弛放氣組成氣體ch3ohh2coco2n2arch4組成0.61%81.82%9.16%3.11%3.21%0.82%1.89%氣量m3/h52.266956.22784.71266.46274.9870.29161.88表4-10 新鮮氣組成(合成氣)氣體ch4h2coco2n2ar組成0.19%68.81%27.07%3.45%0.33%0.09%氣量m3/h168.5460731.5823888.073046.53290.2580.434.1.2.7 循環(huán)氣量的確定循環(huán)氣氣量的確定g1 =g 3+g4+g5+g6g7g8式中：g1 為出塔氣氣量 ；

34、 g 3 新鮮氣氣量 ；g4 循環(huán)氣氣量 ；g5 主反應(yīng)生成氣量； g6 副反應(yīng)生成氣量；g7 主反應(yīng)消耗氣量； g8 副反應(yīng)消耗氣量；循環(huán)氣氣量計(jì)算匯總見下表。表4-11 循環(huán)氣組成氣體ch3ohh 2coco2n2ar ch4組成0.61%81.82%9.16%3.11%3.21%0.82%1.89%氣量m3/h2653.02353155.9239838.7713526.0413960.983566.378220.00循環(huán)比r= g4/g 3 =434921.07/88257.66=4.934.1.2.9 入塔氣和出塔氣組成g1 =g 3+g4+g5+g6g7g8=472268.82m3/

35、h ;21083.34 kmol/hg2= g3+g4 =523178.7m3/h ;23356.2 kmol/h g2 為入塔氣氣量表4-12 入塔氣組成氣體 ch3oh h2 co co2 n2 ar ch4組成 0.06% 79.11% 12.18% 3.17% 2.72% 0.70% 1.60%氣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4-13 出塔氣組成氣體 h2 co co2

36、n2 ar ch3oh組成 76.29% 8.61% 2.93% 3.02% 0.77% 5.84%氣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氣體 ch4 （ch3o）2 c4h9oh c18h18 h2o 組成 1.79% 0.018% 0.007% 0.006% 0.62% 氣m3/h 8452.11 85.5 32.91 26.28 2912.28量 kmol/h 377.28 3.81 1.47 1.17

37、130.02計(jì)算過程：入塔氣 co=循環(huán)氣中co+新鮮氣中co=23888.79+39838.77=63726.84 m3/h同理可得其他氣體氣量;出塔氣中co=入塔氣中co反應(yīng)消耗的co+反應(yīng)中生成的co= 63726.8424878.79171.0063.57131.61210.3016.560.61%8566.80+2454.81=40657.56 m3/h同理得其他氣體氣量。4.1.2.10 甲醇分離器出口氣體的組成 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co + 弛放氣co = 39838.68+784.71=40623.48 m3/h

38、 即 1813.56kmol/h ；同理可算得其他氣體的氣量。表4-14 分離器出口氣體組成氣體 ch3oh h2 co co2 n2 ar ch4組成 0.61% 81.82% 9.16% 3.11% 3.21% 0.82% 1.89%氣m3/h 2705.46 360112.02 40623.75 13792.80 14235.66 3636.87 8381.85量kmol/h 120.78 16076.43 1813.56 615.75 635.52 162.36 374.194.1.3變換凈化工段4.1.3.1 調(diào)節(jié)co濃度后的變換氣的確定調(diào)節(jié)co濃度后的變換氣在脫硫脫碳過程中，n2

39、+ ar量基本保持不變，則可以算得調(diào)節(jié)co濃度后的變換氣為：（274.98+70.28）/0.41%=84209.76m3/h調(diào)節(jié)co濃度后的變換氣的百分比為 ：h2 46.84% ；co 19.74%；co2 32.42%；n2 0.28%；ar 0.13%；ch4 0.04%；nh3 0.06%；h2s 0.48%；cos 0.01% 。通過計(jì)算可得調(diào)節(jié)co濃度后的變換氣組成：表4-15 調(diào)節(jié)co濃度后的變換氣組成氣體 h2 co co2 n2 ar 組成 46.84% 19.74% 32.45% 0.28% 0.13 % 氣量m3/h 39443.50 16622.86 27325.82

40、 235.79 109.47氣體 nh3 ch4 h2s cos 組成 0.06% 0.04% 0.45% 0.01%氣量m3/h 50.53 33.68 378.94 8.424.1.3.2 變換氣和調(diào)節(jié)co濃度的水解氣的確定水解氣體積百分含量為：h2 35.39%；co 45.91%；co2 17.87% ； n2 0.15%； ar 0.06%；nh3 0.05% ； ch4 0.06%； h2s 0.5%； cos 0.01%。變換氣體積百分含量為：h2 52.58%；co 6.00%；co2 40.06% ； n2 0.35%； ar 0.17%；nh3 0.07%； ch4 0.0

41、3%； h2s 0.47%；cos 0.01%。假設(shè)變換氣氣量為x，調(diào)節(jié)co濃度的水解氣氣量為y，則x+y=調(diào)節(jié)co濃度后的變換氣氣量，即x+y=84209.76 （1）再由co的守衡可得式：6%x+45.91%y=16622.86 （2）聯(lián)合（1）（2）可算的 x=55219.84m3/h ； y=28990.92m3/h所以變換氣氣量為55219.84m3/h，調(diào)節(jié)co濃度的水解氣氣量為28990.92m3/h。表4-16 變換氣組成氣體 h2 co co2 n2 ar 組成 52.85% 6.00% 40.06% 0.35% 0.17% 氣量m3/h 30288.08 3313.19 2

42、2121.07 193.27 93.87氣體 nh3 ch4 h2s cos 組成 0.07% 0.03% 0.47% 0.01%氣量m3/h 38.65 16.57 259.53 5.524.1.3.3 水解氣和預(yù)變換氣組成的確定 在變換爐中co的轉(zhuǎn)化率為85.88%，已知預(yù)變換氣中co的百分率和變換氣中co的含量，設(shè)預(yù)變換氣為a，則可得式：0.7a28.02%（1-85.88%）=3313.19 解得 a=119631.48 m3/h，即預(yù)變換氣氣量為119631.48m3/h。脫硫過程中ar也不變，30%預(yù)變換氣中ar=119631.480.30.11%=39.48m3/h，水解氣中ar

43、的百分率為0.06%，所以，水解氣氣量為39.48/0.06%即65797.31 m3/h 。用來發(fā)電的水解氣氣量=水解氣用來調(diào)節(jié)co濃度的水解氣氣量=65797.3128990.92=36806.39m3/h，已知了水解氣和預(yù)變換氣的氣量和兩者的哥組分含量，通過計(jì)算可得水解氣和預(yù)變換氣組成如下兩個(gè)表：表4-17 水解氣的組成氣體 h2 co co2 n2 ar 組成 35.39% 45.91% 17.87% 0.15% 0.06% 氣量m3/h 23285.67 30207.55 11757.98 98.70 39.48氣體 nh3 ch4 h2s cos 組成 0.05% 0.06% 0.

44、5% 0.01%氣量m3/h 32.90 39.48 328.90 6.59表4-18 預(yù)變換氣組成氣體 h2 co co2 n2 ar 組成 43.87% 28.02% 28.32% 0.24% 0.11% 氣量m3/h 52484.96 33522.42 33879.64 287.12 131.59氣體 nh3 ch4 h2s cos 組成 0.06% 0.05% 0.49% 0.01%氣量m3/h 71.78 59.82 586.19 11.964.1.3.4 水煤氣的確定 由gsp氣化工藝（原料煤為銅川煤）的氣化指標(biāo)可以知道水煤氣組成為：h2 34.30% ；co 45.43% ；co2 18.98 % ；n2 0.18 % ；ar 0.09% ；nh3 0.24 %；ch4 0.05%；h2s 0.70 %；cos 0.03% 。在預(yù)變換爐中co的轉(zhuǎn)