2023年年产3万吨甲醇合成工艺毕业设计.doc

湖南化工职业技术学院毕业设计〔论文〕 年产3万吨甲醇合成工艺 【】：甲醇是一种透明、无色、易燃、有毒的液体，略带酒精味。熔点－97.8度，沸点64.8度，闪点12.22度，自燃点47度，相对密度0.7915(20度/4度)，爆炸极限下限6%，上限36.5%，能与水、乙醇、乙醚、苯、丙酮和大多数有机溶剂相混溶。作为及其重要的有机化工原料，是碳一化学工业的根底产品，在国民经济中占有重要地位。长期以来，甲醇都是被作为农药，医药，染料等行业的工业原料，但随着科技的进步与开展，甲醇将被应用于越来越多的领域。 本文主要以投资本钱，生产本钱，产品收率为依据，并用一系列计算和合成甲醇的原理与其他方法进行比照。选择中压法为本设计生产甲醇的工艺，用CO和H2在加热压力下，在催化剂作用下合成甲醇的生产工艺。 关键字：甲醇 中压法 本钱 合成工艺 【Abstract】 Methanol is a kind of transparent, colorless, inflammable, poisonous liquid, slightly alcohol flavor. Melting point - 97.8 degrees, boiling point 64.8 degrees, flash point 12.22 degrees, spontaneous combustion point 47 degrees, relative density 0.7915 (20 degrees / 4 degrees), explosion limit floor 6%, cap yesterday, can with water, ethanol, ethyl ether, benzene, acetone and most organic solvents mixed to dissolve. As its important organic chemical raw materials, is a carbon based products, chemical industry in the national economy plays an important role. Long-term since, methanol were as pesticides, medicine, dyestuff industry industrial raw materials, but along with the technological progress and development, methanol will be used by more and more fields. This paper concentrates on the investment cost, the production cost, product yield as the basis, and a series of calculation and methanol synthesis theory and other methods are compared. Choice for this design method of medium-voltage produce methanol process, use CO and H2 in heating, under pressure in under the action of methanol synthesis catalyst production process. 37 目 录 1 总 论 4 1.1 概述 4 1.2 甲醇的合成方法 5 1.3 甲醇的合成路线 6 1.5 本设计的主要方法及原理 7 2生产工艺及主要设备计算 9 2.1 甲醇生产的物料平衡计算 9 2.1.1 合成塔物料平衡计算 9 2.1.2 粗甲醇精馏的物料平衡计算 16 2.2 甲醇生产的能量平衡计算 19 2.2.1 合成塔能量计算 19 2.2.2 常压精馏塔能量衡算 20 2.3 主要设备计算及选型 23 2.3.1 常压精馏塔计算 23 2.3.2 初估塔径 25 2.3.3 理论板数的计算 27 2.3.4 塔板流体力学验算 30 2.3.5 常压塔主要尺寸确定 32 2.3.6 辅助设备 34 3.主设备图及工艺流程图 35 参考文献 36 1 总 论 1.1 概述 1. 生产的开展 1〕 世界甲醇工业的开展 总体上说，世界甲醇工业从90年代开始经历了1991-1998的供需平衡，1998-1999的供大于求，从2023年初至今的供求根本平衡三个根本阶段。[1]据Nexant Chen Systems公司的最新统计，全球2023年甲醇生产能力为4226.5万t/a[2]以下是最近几年的甲醇需求统计。 全球主要地区甲醇消费构成 2023年 2023年 2023年 2023年 按用途分 甲醛 940(31) 970(32) 1010(32) 1050(33) MTBE 830(28) 810(26) 780(25) 760(22) (其中美国〕 470(16) 430(14) 340(11) 270(8) 醋酸 270(9) 290(9) 300(10) 310(10) MMA 90(3) 90(3) 100(3) 100(3) 其他 880(29) 900(29) 930(30) 970(30) 需求合计 3020〔100) 3060(100) 3100(100) 3180(100) 按地区分 亚洲 920(30) 940(31) 990(32) 1040(33) 北美 1000(33) 1000(33) 980(31) 970(31) 西欧 630(21) 640(21) 650(21) 670(21) 其他 470(16) 480(16) 490(16) 500(16) 需求合计 3020(100) 3060(100) 3110(100) 3180(100) 从上表可以看出，到2023年为止，甲醇仍主要用于制造甲醛和MTBE。用于制造甲醛的甲醇用量随年份成增长趋势，而MTBE 的需求量那么逐年降低。亚洲需求量增长比拟迅速，与此相反，北美地区需求那么在减少。 2〕 我国甲醇工业开展 我国的甲醇工业经过十几年的开展，生产能力得到了很大提高。1991年，我国的生产能力仅为70万吨，截止2023年底，我国甲醇产能已达740万吨，117家生产企业共生产甲醇440.65万吨，2023年甲醇产量到达500万吨，比2023年增长22.2%，进口量99.1万吨，因此下降3.1%。 1.2 甲醇的合成方法 1.常用的合成方法 当今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。 高压法：(19.6-29.4Mpa)是最初生产甲醇的方法，采用锌铬催化剂，反响温度360-400℃，压力19.6-29.4Mpa。高压法由于原料和动力消耗大，反响温度高，生成粗甲醇中有机杂质含量高，而且投资大，其开展长期以来处于停顿状态。 低压法：(5.0-8.0 Mpa)是20世纪60年代后期开展起来的甲醇合成技术，低压法基于高活性的铜基催化剂，其活性明显高于锌铬催化剂，反响温度低(240-270℃)。在较低压力下可获得较高的甲醇收率，且选择性好，减少了副反响，改善了甲醇质量，降低了原料消耗。此外，由于压力低，动力消耗降低很多，工艺设备制造容易。 中压法：(9.8-12.0 Mpa)随着甲醇工业的大型化，如采用低压法势必导致工艺管道和设备较大，因此在低压法的根底上适当提高合成压力，即开展成为中压法。中压法仍采用高活性的铜基催化剂，反响温度与低压法相同，但由于提高了压力，相应的动力消耗略有增加。 2.本设计所采用的合成方法 比拟以上三者的优缺点，以投资本钱，生产本钱，产品收率为依据，选择中压法为生产甲醇的工艺，用CO和H2在加热压力下，在催化剂作用下合成甲醇，其主要反响式为：CO+ H2→CH3OH 1.3 甲醇的合成路线 1．常用的合成工艺 虽然开发了高活性的铜基催化剂，合成甲醇从高压法转向低压法，完成了合成甲醇技术的一次重大飞跃，但仍存在许多问题：反响器结构复杂；单程转化率低，气体压缩和循环的耗能大；反响温度不易控制，反响器热稳定性差。所有这些问题向人们揭示，在合成甲醇技术方面仍有很大的潜力，更新更高的技术等待我们去开发。 2．本设计的合成工艺 合成塔 水冷器 甲醇别离塔 循环器 经过净化的原料气，经预热加压，于5 Mpa、220 ℃下，从上到下进入Lurgi反响器，在铜基催化剂的作用下发生反响，出口温度为250 ℃左右，甲醇7%左右，因此，原料气必须循环，那么合成工序配置原那么为图2-2。 甲醇的合成是可逆放热反响，为使反响到达较高的转化率，应迅速移走反响热，本设计采用Lurgi管壳式反响器，管程走反响气，壳程走4MPa的沸腾水 粗甲醇　　　　　驰放气 图1-1　合成合序配置原那么 甲醇合成的工艺流程〔图①〕 这个流程是德国Lurgi公司开发的甲醇合成工艺，流程采用管壳式反响器，催化剂装在管内，反响热由管间沸腾水放走，并副产高压蒸汽，甲醇合成原料在离心式透平压缩机内加压到5.2 MPa (以1：5的比例混合) 循环，混合气体在进反响器前先与反响后气体换热，升温到220 ℃左右，然后进入管壳式反响器反响，反响热传给壳程中的水，产生的蒸汽进入汽包，出塔气温度约为 250 ℃，含甲醇7%左右，经过换热冷却到40 ℃，冷凝的粗甲醇经别离器别离。别离粗甲醇后的气体适当放空，控制系统中的惰性气体含量。这局部空气作为燃料，大局部气体进入透平压缩机加压返回合成塔，合成塔副产的蒸汽及外部补充的高压蒸汽一起进入过热器加热到50 ℃，带动透平压缩机，透平后的低压蒸汽作为甲醇精馏工段所需热源。 1.5 本设计的主要方法及原理 造气工段：使用二步法造气 CH4+H2O(气)→CO+3H2-205.85 kJ/mol CH4+O2→CO2+2H2+109.45 kJ/mol CH4+O2→CO+2H2+35.6 kJ/mol CH4+2O2→CO2+2H2O+802.3 kJ/mol 合成工段 5MPa下铜基催化剂作用下发生一系列反响 主反响 ： CO+2H2→CH3OH+102.37 kJ/kmol 副反响： 2CO+4H2→(CH3O)2+H2O+200.3 kJ/kmol CO+3H2→CH4+ H2O+115.69 kJ/kmol 4CO+8H2→C4H9OH+3H2O+49.62 kJ/kmol------------(A) CO+H2→CO +H2O-42.92 kJ/kmol 除〔A〕外，副反响的发生，都增大了CO的消耗量，降低了产率，故应尽量减少副反响。 反响热力学 一氧化碳加氢合成甲醇的反响式为 CO+2H2CH3OH(g) 这是一个可逆放热反响，热效应。 当合成气中有CO2时，也可合成甲醇。