年產(chǎn)20萬噸甲醇(天然氣)合成裝置工藝設(shè)計

前言生產(chǎn)甲醇的方法有多種,早期用木材或木質(zhì)素干餾法制甲醇的方法,今天在工業(yè)上已經(jīng)被淘汰了.氯甲烷水解法也可以生產(chǎn)甲醇,但因水解法價格昂貴,沒有得到工業(yè)上的應(yīng)用.甲烷局部氧化法可以生產(chǎn)甲醇,這種制甲醇的方法工藝流程簡單,建設(shè)投資節(jié)省,但是,這種氧化過程不易控制,常因深度氧化生成碳的氧化物和水.而使原料和產(chǎn)品受到很大損失.因此甲烷局部氧化法制甲醇的方法仍未實現(xiàn)工業(yè)化.但它具有上述優(yōu)點,國外在這方面的研究—直沒有中斷.應(yīng)該是一個很有工業(yè)前途的制取甲醇的方法。第1章國內(nèi)外開展現(xiàn)狀近年來，中國甲醇市場非?；鸨杭状純r格持續(xù)高位，甲醇生產(chǎn)裝置開工率不斷提高，各地甲醇新建工程陸續(xù)開工。出現(xiàn)這種局面的原因，一是甲醇傳統(tǒng)消費領(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；二是新的消費領(lǐng)域，如醇醚燃料、甲醇制烯烴等由于開展前景廣闊，也引發(fā)了國內(nèi)對甲醇裝置的投資熱。1.1、甲醇開展前景2005年，我國消費甲醇666萬噸，進口甲醇136萬噸，出口5.4萬噸，凈進口130萬噸。同年，國內(nèi)甲醇產(chǎn)能720萬噸，產(chǎn)量536萬噸，開工率74.4%。

2000年，我國甲醇產(chǎn)能只有348萬噸，表觀消費量為329.4萬噸。從2000年至2005年的5年間，我國甲醇產(chǎn)能年均增長率為15.6%，表觀消費量年均增長率為15.1%。目前，我國甲醇消費主要集中在甲醛、醋酸、醇醚等領(lǐng)域。中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會提供的調(diào)研報告顯示，2006年，我國甲醇生產(chǎn)、消費繼續(xù)同步增長。據(jù)了解，石化協(xié)會收集了兩局部數(shù)據(jù)：一是國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)顯示，2006年國內(nèi)共有甲醇生產(chǎn)企業(yè)142家，產(chǎn)能合計為1036萬噸，產(chǎn)量為762.3萬噸。二是經(jīng)過其他途徑得到的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)顯示，除上述142家甲醇企業(yè)外，我國還有25個已投產(chǎn)的甲醇工程，產(chǎn)能合計308.4萬噸，產(chǎn)量為112.4萬噸。在這25個工程中，有的是2006年建成投產(chǎn)或者完成技術(shù)改造的，由于投產(chǎn)時間較晚，實際產(chǎn)量不大；有的是因為技術(shù)等方面的原因?qū)е麻_工率缺乏，產(chǎn)量較低。綜合這兩局部數(shù)據(jù)可知：2006年我國共有甲醇生產(chǎn)企業(yè)167家，產(chǎn)能合計1344.4萬噸，產(chǎn)量874.7萬噸。2006年，我國進口甲醇112.7萬噸，出口19萬噸，凈進口量94萬噸，表觀消費量968.4萬噸，甲醇消費同比增長45%。由此可見，2006年國內(nèi)甲醇供給存在著一定的缺口，需要進口來彌補。據(jù)統(tǒng)計，“十一五〞期間我國新建、擬建甲醇工程共42個〔不包括二甲醚、甲醇制烯烴生產(chǎn)企業(yè)自身配套的甲醇生產(chǎn)裝置〕。其中，“十一五〞期間可以投產(chǎn)的工程為35個，產(chǎn)能合計1198萬噸/年。另外7個工程尚處于前期工作階段，尚未開工建設(shè)，“十一五〞期間能不能投產(chǎn)暫不確定。這7個工程產(chǎn)能共計670萬噸/年。預(yù)計到“十一五〞末期，我國甲醇生產(chǎn)企業(yè)將為200家左右，產(chǎn)能將到達(dá)2500萬噸/年至3200萬噸/年。近年來，煤化工國產(chǎn)化技術(shù)裝備相繼取得突破，醇醚燃料、甲醇制烯烴等新興煤化工產(chǎn)業(yè)方興未艾，再加上甲醛、醋酸等傳統(tǒng)下游產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步開展，我國甲醇需求量不斷提高。甲醇主要下游產(chǎn)品需求分析如下：甲醛：甲醛是甲醇的主要下游產(chǎn)品，2005年甲醛消費約占甲醇總消費量的45%。根據(jù)全國甲醛行業(yè)協(xié)作組提供的數(shù)據(jù)顯示，2005年我國甲醛產(chǎn)能為1231.6萬噸，產(chǎn)量為791.0萬噸。2005年甲醛生產(chǎn)消耗甲醇301萬噸，2006年增加到381萬噸。目前，我國甲醛主要用于三醛膠〔脲醛膠、酚醛膠和三聚氰胺甲醛膠〕的生產(chǎn)，其次用于生產(chǎn)二苯基甲烷二異氰酸酯〔MDI〕，其他作為季戊四醇和聚甲醛〔POM〕等產(chǎn)品的原料。據(jù)專家預(yù)測，“十一五〞期間用于木材加工、室內(nèi)裝飾裝修的三醛膠仍是中國甲醛最大的消費領(lǐng)域，其對于甲醛的需求量將穩(wěn)步增長。此外，隨著煙臺萬華、上海拜爾等多套MDI裝置的落成，MDI行業(yè)對甲醛的需求量將會大大增加。POM是重要的工程塑料，市場需求量將會逐年增長。中國化工、云天化等廠家都在新建或改擴建POM裝置，隨著這些裝置的投產(chǎn)，甲醛消費量也會同步增加。其它產(chǎn)品，如烏洛托品、多元醇等對于甲醛的需求量也會有不同程度的增長。據(jù)全國甲醛行業(yè)協(xié)作組預(yù)測，截至2023年，我國將新增甲醛產(chǎn)能約200萬噸/年，總產(chǎn)能將到達(dá)約1400萬噸/年，產(chǎn)量約1000萬噸/年。按生產(chǎn)1噸甲醛需要0.47噸甲醇計算，屆時甲醛生產(chǎn)大約需要消耗甲醇470萬噸。醋酸：甲醇另一主要用途是生產(chǎn)醋酸。根據(jù)全國醋酸行業(yè)協(xié)作組提供的數(shù)據(jù)顯示，2005年我國甲醇羰基合成法制醋酸產(chǎn)能約為90萬噸，產(chǎn)量76.6萬噸，消耗甲醇49萬噸；2006年產(chǎn)能約為140萬噸，產(chǎn)量118.3萬噸，消耗甲醇76萬噸。我國醋酸主要消費領(lǐng)域是醋酸乙烯/聚乙烯醇、醋酸酯類、醋酐、對苯二甲酸〔PTA〕、氯乙酸等。預(yù)計“十一五〞期間，受聚酯和滌綸工業(yè)快速開展的帶動，PTA需求將有較大幅度的增長，其對醋酸的需求也會同步增長。另外，醋酸酯類替代苯類作溶劑，有利于環(huán)境保護，將在涂料等行業(yè)中有開展空間。氯乙酸、醋酸纖維、醋酐行業(yè)對于醋酸的需求量也會有不同程度的增長。醋酸乙烯與乙烯共聚樹脂也有巨大的市場。預(yù)計2023年，醋酸市場需求約500萬噸。由于甲醇羰基法制醋酸生產(chǎn)工藝先進，且技術(shù)國產(chǎn)化程度較高，“十一五〞期間新建醋酸工程均采用羰基合成法生產(chǎn)工藝。據(jù)統(tǒng)計，我國羰基法醋酸擬建工程共有20個，其中于“十一五〞期間可以建成投產(chǎn)的有12個，產(chǎn)能累計305萬噸/年。其它8個工程由于剛剛開展工作或工作進度緩慢，“十一五〞期間能不能形成實際產(chǎn)能還是未知數(shù)，這8個工程設(shè)計能力260萬噸/年。假設(shè)只考慮12個工程可建成投產(chǎn)，那么2023年我國羰基法醋酸生產(chǎn)能力可到達(dá)445萬噸；假設(shè)20個工程可以全部建成投產(chǎn)，2023年我國羰基法醋酸產(chǎn)能可到達(dá)705萬噸。假設(shè)開工率按85%計，屆時羰基法醋酸產(chǎn)量將到達(dá)378萬～600萬噸。按生產(chǎn)1噸醋酸需要0.6噸甲醇計算，那么需要消耗甲醇227萬～360萬噸。醇醚燃料和甲醇制烯烴：開展醇醚燃料有利于緩解我國石油供需矛盾，是近期替代能源工作的重點。如果甲醇汽油標(biāo)準(zhǔn)能夠在2023年制定完畢，而且國家允許甲醇汽車上市，同時加油站等配套系統(tǒng)能夠得到完善，那么預(yù)計2023年我國M85～M100的甲醇汽車將到達(dá)1萬輛左右，按每輛汽車每年消耗20噸甲醇計算，那么共需要消耗甲醇20萬噸。另外，預(yù)計到2023年我國將有2000萬噸汽油摻燒甲醇，假設(shè)比例按15%計算，那么需要300萬噸甲醇。以上兩局部共需要甲醇320萬噸。二甲醚具有無污染、燃燒熱值高等優(yōu)點，不但可以用作民用燃料，還能夠作為柴油替代產(chǎn)品。目前，我國已經(jīng)具備93萬噸/年的二甲醚生產(chǎn)能力〔全部是外購甲醇生產(chǎn)二甲醚〕。由于二甲醚生產(chǎn)技術(shù)國產(chǎn)化程度較高，預(yù)計“十一五〞期間開展空間較大。繼上海市二甲醚公交車投入試運行之后，北京、武漢等地也有意引進二甲醚公交車進行試運行。根據(jù)全國醇醚協(xié)會統(tǒng)計，“十一五〞期間在建的二甲醚工程共有14個，產(chǎn)能合計419萬噸/年。其中配套有甲醇的工程產(chǎn)能合計90萬噸/年；需要外購甲醇的工程產(chǎn)能合計329萬噸/年。假設(shè)外購甲醇的二甲醚生產(chǎn)能力中有70%可以在2023年年底前建成，加上現(xiàn)有能力93萬噸/年，屆時需要外購甲醇的二甲醚產(chǎn)能總計為323萬噸/年；假設(shè)能夠全部建成，那么外購甲醇的二甲醚產(chǎn)能將到達(dá)422萬噸/年。預(yù)計到“十一五〞末期，生產(chǎn)二甲醚將需要市場采購甲醇480萬～600萬噸/年。目前國際油價仍處于高位運行，相對于石油法烯烴而言，煤制烯烴具有一定的本錢優(yōu)勢。同時，煤制烯烴也符合我國“少油富煤〞的能源形勢。預(yù)計“十一五〞期間甲醇制烯烴將會有一定的開展空間。目前，我國共有6個甲醇制烯烴在建和擬建工程，烯烴產(chǎn)能合計為325萬噸/年，共計消耗甲醇996萬噸/年。但是由于這些甲醇制烯烴工程自身都配套有甲醇生產(chǎn)裝置，所以不會外購甲醇，對我國的甲醇市場需求不會產(chǎn)生影響。作為燃料添加劑的MTBE，由于市場需求比擬穩(wěn)定，“十一五〞期間對于甲醇的需求量不會有大幅度的增長。預(yù)計2023年，MTBE將消耗甲醇50萬噸。其他：2005年我國農(nóng)藥、醫(yī)藥行業(yè)共消費甲醇74萬噸，其他行業(yè)如染料、溶劑以及甲胺、氯甲烷等有機原料行業(yè)共消費甲醇112.4萬噸。根據(jù)專家預(yù)測，“十一五〞期間，我國農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料等行業(yè)對于甲醇的需求將會相對穩(wěn)定；用于生產(chǎn)其他有機化工產(chǎn)品和用作溶劑的甲醇，其消費量的增長也不會太大。預(yù)計“十一五〞末期，上述行業(yè)對于甲醇的需求量約為260萬～300萬噸/年。綜上所述，預(yù)計2023年我國甲醇需求量約為1800萬～2100萬噸?！笆晃濞暭状脊┬枨闆r預(yù)測根據(jù)上面的統(tǒng)計，“十一五〞期間，我國將至少新增甲醇產(chǎn)能1200萬噸/年，假設(shè)其余7個擬建工程能夠順利投產(chǎn)，那么還要增加670萬噸/年的甲醇產(chǎn)能。2023年，我國甲醇產(chǎn)能將到達(dá)2542萬～3212萬噸。假設(shè)開工率按70%計算，屆時產(chǎn)量將到達(dá)1780萬～2248萬噸；假設(shè)開工率按80%計算，產(chǎn)量將到達(dá)2033萬～2570萬噸。

“十一五〞期間，甲醛、醋酸等產(chǎn)品對于甲醇的需求量相對穩(wěn)定，不會有太大的變化。對甲醇需求影響最大的還是醇醚燃料領(lǐng)域，尤其是甲醇燃料。如果國家甲醇汽油、二甲醚相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及政策能夠及時出臺，那么甲醇燃料的市場需求量將大幅度上升，2023年我國甲醇需求量將會到達(dá)甚至超過2100萬噸。屆時，我國甲醇的生產(chǎn)和需求將根本平衡。如果甲醇汽油、二甲醚相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和政策無法公布或出臺時間較晚，甲醇燃料市場需求將會受到很大限制，屆時我國甲醇需求量將只有1800萬噸，甚至更少。考慮到近幾年來，我國甲醇出口呈逐年增長趨勢，“十一五〞期間，如果國內(nèi)甲醇行業(yè)出現(xiàn)過剩苗頭，那么可以考慮鼓勵企業(yè)出口甲醇。假設(shè)到時候國際甲醇市場形勢良好，我國甲醇出口比擬順利，出口量增長幅度也比擬大，那么我國甲醇供需也會根本平衡或稍有過剩。假設(shè)甲醇出口不順利或增長幅度不大，屆時國內(nèi)甲醇將明顯過剩。甲醇作為重要的根底有機化工原料，在化工產(chǎn)品中有著廣泛的應(yīng)用。隨著世界化學(xué)工業(yè)的開展，特別是中國及亞太地區(qū)經(jīng)濟的持續(xù)高速開展，甲醇消費市場正在迅速擴大。同時，國內(nèi)對甲醇燃料汽油的提倡以及甲醇燃料電池的研制成功，不但為我國甲醇產(chǎn)品開拓了更為廣闊的市場，而且也為我國甲醇產(chǎn)業(yè)提供了進一步開展的良好機遇。從近幾年我國甲醇工業(yè)的開展來看，良好的宏觀經(jīng)濟環(huán)境和下游需求的高速增長使我國的甲醇工業(yè)繼續(xù)保持著穩(wěn)定快速的增長態(tài)勢，2005年國內(nèi)甲醇表觀消費量到達(dá)666.2萬噸，同比增長16.3%，1995～2005年期間，甲醇消費量的年均增長速度為15.11%，良好的需求環(huán)境，使用我國的甲醇市場尚處于快速成長階段。進入2006年在國內(nèi)經(jīng)濟形勢大好、甲醇需求增長以及國內(nèi)外甲醇市場價格暴漲的影響，2006年1-12月國內(nèi)甲醇的表觀消費量到達(dá)了856萬噸，同比2005年相比增長了22.4%。比前5年的年均增長率提高10%。增長速度加快的原因，除去常規(guī)的甲醛、醋酸、MTBE等行業(yè)需求穩(wěn)步增加外，呼聲高漲的甲醇燃料行業(yè)應(yīng)該是需求增長的主要動力。目前我國有甲醇生產(chǎn)企業(yè)200多家，主要集中在幾個較大的生產(chǎn)企業(yè)，其產(chǎn)能均在10萬噸/年左右，2005年我國甲醇總產(chǎn)能約為650萬t/a，裝置開工率為82.41%。目前，國內(nèi)最大的甲醇單套裝置規(guī)模為40萬t/a，主要的生產(chǎn)企業(yè)有榆林天然氣化工公司、四川維尼綸廠、上海焦化、藍(lán)天集團光山化工公司、大慶油田化工公司和內(nèi)蒙古蘇里格化工公司等，生產(chǎn)規(guī)模一般在18萬～40萬t/a。中海油海南60萬t/a裝置和日本三菱瓦斯在重慶建設(shè)的85萬t/a裝置是我國目前在建的最大甲醇裝置，2005年國內(nèi)甲醇企業(yè)累計生產(chǎn)甲醇535.6萬噸，同比增長28.6%，2006年1-12月產(chǎn)量為762.3萬噸，同比增長34%，行業(yè)依存度也由去年同期的18.67%降至10.95%，同比下降7.72%。盡管我國甲醇產(chǎn)業(yè)開展迅速，但也存在不少問題，主要表現(xiàn)為企業(yè)多、規(guī)模小、管理機制僵化、效率低、費用高、效益差、秩序混亂等。2006～2023年，全世界將有近4000萬t/a甲醇產(chǎn)能投產(chǎn)，屆時甲醇行業(yè)必將面臨劇烈的市場競爭。國內(nèi)甲醇生產(chǎn)企業(yè)假設(shè)要在競爭中保持不敗，或在甲醇行業(yè)中有立足之地，就必須認(rèn)清競爭的內(nèi)外部環(huán)境和自身的優(yōu)勢、劣勢，制定合理的開展戰(zhàn)略和競爭戰(zhàn)略。1.2、甲醇汽油開展前景由于目前經(jīng)濟大開展及汽車保有量的增加，我國汽柴油的供給已出現(xiàn)嚴(yán)重短缺。國家為緩解石油資源的短缺狀況曾提出乙醇的使用，并在黑龍江、吉林、河南、遼寧、安徽全部地區(qū)及河北、山東、江蘇、湖北4省局部地區(qū)進行封閉使用。但是，由于3.3噸糧食才能生產(chǎn)1噸乙醇，本錢很高，而且我國糧食并不富裕，糧食平安線4.7億噸。在2003年，我國僅產(chǎn)糧食4.3億噸，缺口4-5千萬噸，隨著人口的增長及可耕面積的進一步減少，用糧食轉(zhuǎn)化為乙醇作為汽油替代燃料的現(xiàn)實作用并不是很大。我國作為一個地處溫帶氣候的國家，生物質(zhì)能源并不是很豐富，加之人口眾多，環(huán)境保護的任務(wù)非常艱巨，所以像巴西用豐富的生物質(zhì)做原料轉(zhuǎn)化成為乙醇作為汽柴油的補充對我國來說并沒有多大的借鑒意義。所以用乙醇汽油作為替代燃料對解決我國目前的能源緊張狀況還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。第2章甲醇合成的主要設(shè)備和合成工藝2.1、甲醇合成的主要設(shè)備甲醇合成反響器是甲醇合成系統(tǒng)的最重要的設(shè)備，也稱甲醇轉(zhuǎn)化器或甲醇合成塔。甲醇合成的兩個根本反響：化工商務(wù)網(wǎng)%s!G4}'~'?+V;l2J2CCO＋2H2＝CH3OH＋96.69kJ/mol〔常壓25℃〕CO2＋3H2＝CH3OH＋H2O＋49.53kJ/mol；〔常壓25℃從上式可以看出，甲醇合成反響是一個可逆的強放熱反響過程。因此甲醇合成反響器的設(shè)計必須符合兩個最根本的條件：一是能及時將反響熱移走，使合成反響平衡盡可能接近反響平衡曲線，同時防止因反響熱的積累而燒壞催化劑；二是盡可能的提高高壓空間的利用率，多裝催化劑，以提高甲醇合成反響器的生產(chǎn)能力?？v觀國內(nèi)外的固定床式甲醇合成反響器，盡管其內(nèi)部結(jié)構(gòu)多種多樣，但其設(shè)計的主要指導(dǎo)思想不外乎上述兩種設(shè)計思想。從眾多的結(jié)構(gòu)形式上，我們可以按氣體在塔內(nèi)的流向不同，將它們分為軸向流式、徑向流式、軸徑向流混合式〔簡稱軸徑向式〕；按其移熱的方式不同，我們可以將它們分為直接冷激式〔簡稱冷激式〕、間冷式、冷激間冷組合式〔簡稱組合式〕；按所用的冷卻介質(zhì)的不同，我們可以將它們分為氣冷式和水冷式兩種；按移熱構(gòu)件〔或設(shè)備〕的位置可分為塔內(nèi)移熱式和塔外移熱式。目前國內(nèi)外低壓合成工藝有多種形式，工藝過程大致相同，技術(shù)都比擬成熟，主要區(qū)別在于各種工藝所采用的反響器不同，催化床層的溫控方式也不同?？偟内厔菔窍虼純糁蹈?，副產(chǎn)品中壓蒸汽，投資省、操作靈活、方便的方向開展。比擬常用又冷激式、列管等溫式以及冷管反響器。2.1.1、工藝對甲醇合成反映器的要求①甲醇合成是放熱反響，因此，合成反響器的結(jié)構(gòu)應(yīng)能保證在反響過程中及時將反響放出的熱量移出，以保持反映溫度盡量接近理想溫度分布。②甲醇合成是在催化劑作用下進行，生產(chǎn)能力與催化劑的裝填量成正比例關(guān)系，所以要充分利用合成塔的容積，盡量多裝催化劑，以提高設(shè)備的生產(chǎn)能力。③高空速能獲得高產(chǎn)率，但氣體通過催化劑床層的壓力降必然會增加，因此應(yīng)使合成塔的流體阻力盡可能小，防止局部阻力過大的結(jié)構(gòu)。同時，要求合成反響器結(jié)構(gòu)必須簡單，緊湊，鞏固，氣密性好，便于拆卸，檢修。④盡量組織熱量交換，充分利用反響余熱，降低能耗。⑤合成反響器應(yīng)能防止氫，一氧化碳，甲醇，有機酸及羰基物高溫下對設(shè)備的腐蝕。⑥便于操作控制和工藝參數(shù)調(diào)節(jié)2.1.2、合成反響器的結(jié)構(gòu)與材質(zhì)甲醇合成反響器的結(jié)構(gòu)形式較多，根據(jù)反響熱移出方式不同，可分為絕熱式和等溫式兩大類；按照冷卻方式不同，可分為直接冷卻的冷激式和間接冷卻的列管式兩大類。以下介紹低壓法合成甲醇所采用的冷激式和列管式兩種反響器。1、冷激式絕熱反響器這類反響器把反響床層分為假設(shè)干絕熱段，段間直接參加冷的原料氣使反響氣冷卻，故稱之為冷激式絕熱反響器。冷激式絕熱甲醇合成反響器如圖二。該類型甲醇合成反響器的主要結(jié)構(gòu)特點是在各段催化劑床層之間設(shè)一冷激分布器，通過冷激分布器使冷氣體與熱氣體在其內(nèi)直接混合，到達(dá)降低反響氣溫度的目的。由于其移熱方式為冷熱氣體直接混合式移熱，因此具有傳熱系數(shù)高、換熱效果好，且結(jié)構(gòu)簡單、維修工作量少、控制手段靈活、操作穩(wěn)定可靠，特別適于大型化裝置等優(yōu)點。該類型的甲醇合成反響器的主要技術(shù)關(guān)鍵是：冷激分布器的設(shè)計。冷激分布器的工作原理是利用其混合空間的低阻力將熱氣體引入混合空間，利用噴嘴調(diào)節(jié)冷氣體的噴出速度與角度，以到達(dá)在混合空間內(nèi)冷熱氣體得以充分的混合與傳熱。由于冷熱氣體為直接混合式傳熱，因此傳熱效率高，效果好；另一方面，由于該類型塔的塔內(nèi)移熱是通過參加的冷激氣量進行調(diào)節(jié)的，因此它的適應(yīng)性特別強，可以根據(jù)塔內(nèi)各段催化劑床層的反響情況來決定參加冷激氣的多少，操控手段較為靈活，操作穩(wěn)定可靠。冷激分布器的關(guān)鍵技術(shù)：〔1〕混合空間的設(shè)計。衡量冷熱氣體的混合均勻度的指標(biāo)是混合因子，影響混合因子的因素主要有混合空間的大小、形狀及冷熱氣體的流速等?！?〕噴嘴的設(shè)計。噴嘴的設(shè)計主要根據(jù)混合空間內(nèi)氣體流速及流動狀態(tài)的要求，其設(shè)計的主要參數(shù)有：噴嘴的數(shù)量、角度、噴孔的大小及不等距等?！?〕通過對冷激分布器截面形狀的設(shè)計可以保證混合的氣體在進入下一段催化劑床層時，氣體仍然可以均勻分布。

冷激分布器設(shè)計與計算的依據(jù)是流體動力學(xué)、熱力學(xué)及實驗測定與放大。其結(jié)構(gòu)特點：〔1〕埋于相鄰兩段催化劑床層之間，但并不使二者截然分開，催化劑可以自由流動，便于裝卸；〔2〕該冷激分布器結(jié)構(gòu)簡單，裝卸及維修方便。

該類型塔的主要缺點：冷激氣的參加不可防止地“沖稀〞了反響氣中生成物的濃度，且因催化劑床層為全軸向床層，因此塔阻力較大。2、列管式等溫反響器列管式等溫反響器的優(yōu)點是溫度易于控制，單程轉(zhuǎn)化率高，循環(huán)氣量小，能量利用較經(jīng)濟，反響器生產(chǎn)能力大，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊。列管式等溫甲醇合成反響器如圖三。該類型甲醇合成反響器的主要結(jié)構(gòu)形式類似于列管式換熱器，通常有管內(nèi)裝催化劑、管外為鍋爐水，以及管外裝催化劑、管內(nèi)走水兩種結(jié)構(gòu)形式，另外還有一種使用雙套管的甲醇合成反響器〔該塔為日本三菱重工業(yè)公司和三菱瓦斯化學(xué)公司共同開發(fā)的超轉(zhuǎn)化率合成塔〕，催化劑裝填于內(nèi)外管間的環(huán)形空間中，鍋爐水在管間循環(huán)，內(nèi)管走冷氣。列管式甲醇合成反響器的移熱方式是冷卻介質(zhì)通過列管與反響氣之間進行間接換熱，其冷卻介質(zhì)為未反響氣或鍋爐水。該類型反響器的主要優(yōu)點：單位體積催化劑床層的傳熱面積較大，床層溫差變化小，操作平穩(wěn)，熱能利用合理。主要缺點：設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，對材料及制造要求較高，設(shè)備投資大；催化劑裝卸較困難；高壓空間的利用率低，催化劑裝填系數(shù)小〔僅35％〕，單塔生產(chǎn)能力小，大型化難度大；除MRF塔為徑向塔外，其余塔型均為全軸向塔，塔阻力較大。3、均溫型冷管甲醇合成反響器

均溫型冷管甲醇合成反響器如圖四。該類型甲醇合成反響器的主要結(jié)構(gòu)特點是采用螺旋式冷管或U形冷管〔目的是為了消除冷管的熱應(yīng)力〕埋于催化劑床層中，通過管內(nèi)的冷卻介質(zhì)與管外的催化劑進行連續(xù)間接熱交換，以到達(dá)及時移出反響熱的目的，冷卻介質(zhì)為鍋爐水或未反響氣。

該類型合成塔的主要優(yōu)點：均溫操作，減少了對催化劑的熱應(yīng)力，從而提高了它的使用壽命；單位體積催化劑床層的傳熱面積相對較大，床層溫差變化小，操作較平穩(wěn)。

主要缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造困難，焊點較多，易泄漏；由于冷管束的存在，催化劑裝填均勻度難以保證；特別是使用未反響氣作為冷卻介質(zhì)時，由于未反響氣與催化劑床層的溫差較大，存在一定的“冷壁效應(yīng)〞，影響了催化劑的使用效率。另外，由于該類型塔為全軸向塔，因此塔阻力較大，大型化的潛力相對較小。4、GC型軸徑向多層絕熱式甲醇合成反響器軸徑向多層絕熱式甲醇合成反響器是軸向、徑向催化劑床層結(jié)構(gòu)，移熱方式為直接冷激+間接換熱的組合式甲醇合成反響器。該類型反響器是南京國昌化工科技創(chuàng)始人、國內(nèi)氨〔甲醇〕合成塔技術(shù)方面國家級專家、國內(nèi)知名學(xué)者呂仲明教授幾十年的研究結(jié)果，擁有國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)，結(jié)構(gòu)形式如圖五。

該類型塔的主要結(jié)構(gòu)特點：間接換熱與直接換熱相結(jié)合，軸向流與徑向流相結(jié)合的一種全新甲醇合成反響器。在催化劑床層的一、二段之間采用直接換熱式，提高了換熱效率，簡化了結(jié)構(gòu)；在催化劑床層的二、三段及三、四段之間采用間接式換熱，防止了冷激式換熱對反響氣的“沖稀〞作用，提高了合成率；在反響器內(nèi)氣體的流動方式上，采用軸向流與徑向流相結(jié)合的特點，使整塔的阻力僅為全軸向合成反響器的40％～60％。該類型塔的技術(shù)關(guān)鍵：一是冷激分布器的設(shè)計；二是魚鱗式徑向流分布器的設(shè)計。

關(guān)于冷激分布器的設(shè)計，前文已經(jīng)詳述，這里不再重述，僅對魚鱗式徑向流分布器的設(shè)計作一簡要介紹。魚鱗式徑向流分布器的工作原理：首先利用不等徑小孔的不等距布置對氣體進行一次分布，其次是利用魚鱗式徑向流分布器上的切線孔來改變氣體進出催化劑筐的角度，對氣體進行二次分布，以提高氣體分布的均勻度。魚鱗式徑向流分布器的技術(shù)關(guān)鍵：〔1〕不等徑、不等距小孔的開孔與分布；

〔2〕魚鱗筒的開孔大小、間距與角度；

〔3〕不開孔段的長度。

魚鱗式徑向流分布器的結(jié)構(gòu)特點是：

〔1〕氣流從切線方向進出催化劑床層，可以最低限度減少催化劑層的死角；

〔2〕氣流分布通過調(diào)節(jié)不等孔徑和孔數(shù)，以及魚鱗板的再分布特性加以控制，保證了徑向流的均勻分布。

〔3〕合成氣在魚鱗式徑向流分布器中流程短，流速低，阻力小。合成塔類型冷激式列管式冷管式軸徑向式氣體流動方式軸向軸向軸向軸徑向移熱方式直接冷激式間接換熱式間接換熱式組合式移熱介質(zhì)合成氣鍋爐水合成氣合成氣催化劑裝填系數(shù)0.7～0.8～0.350.65～0.7～0.7合成壓力MPa5.0～10.05.0～8.05.0～13.05.0～13.0反響溫度℃230～270230～250225～250225～270合成塔阻力大大大低設(shè)備尺寸設(shè)備較大較大緊湊緊湊技術(shù)特點調(diào)溫方便；副產(chǎn)低壓蒸汽適用于高CO；副產(chǎn)中壓蒸汽適用于高惰性氣的合成氣；副產(chǎn)低壓蒸汽適應(yīng)性能強，調(diào)溫方便；副產(chǎn)低壓蒸汽設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單復(fù)雜復(fù)雜簡單對材料的要求低高中低設(shè)備造價低高中低大型化潛力大中中大5、反響器材質(zhì)合成氣中含有氫和一氧化碳，氫氣在高溫高壓下會和鋼材發(fā)生脫碳反響〔即氫分子擴散到金屬內(nèi)部，和金屬材料中的碳發(fā)生反響生成甲烷逸出現(xiàn)象〕，會大大降低鋼材的性能。一氧化碳在高溫高壓下易和鐵發(fā)生作用生成五羰基鐵，引起設(shè)備腐蝕，對催化劑也有一定的破壞作用。為防止反響器被腐蝕，保護反響器機械強度，一般采用耐腐蝕的特種不銹鋼〔如1Cr18Ni18Ti)加工制造。2.2、合成工藝2.2.1、高壓法合成甲醇的工藝流程從甲醇別離器出來的液體甲醇減壓至0.98～1.568MPa后送入粗甲醇中間槽。由甲醇別離器出來的氣體，壓力降至30MPa左右，送循環(huán)壓縮機以補充壓力損失，使氣體循環(huán)使用。為防止惰性氣體〔N2、Ar及CH4〕在反響系統(tǒng)中積累，在甲醇別離器后設(shè)有放空管，以維持循環(huán)氣中惰性氣體含量在15%～20%左右。原料氣分兩路進入合成塔。一路經(jīng)主線〔主閥〕由塔頂進入，并沿塔壁與內(nèi)件之間的環(huán)隙流至塔底，再經(jīng)塔內(nèi)下部的熱交換器預(yù)熱后，進入分氣盒；另一路經(jīng)過副線〔副閥〕從塔底進入，不經(jīng)熱交換器而直接進入分氣盒。在實際生產(chǎn)中可用副閥來調(diào)節(jié)催化層的溫度，使H2和CO能在催化劑的活性溫度范圍內(nèi)合成甲醇。2.2.2、中壓法合成甲醇的工藝流程天然氣經(jīng)加熱爐〔1〕加熱后，進入轉(zhuǎn)化爐〔2〕發(fā)生局部氧化反響生成合成氣，合成氣經(jīng)廢熱鍋爐〔3〕和加熱器〔4〕換熱后，進入脫硫器〔5〕，脫硫后的合成氣經(jīng)水冷卻和汽液別離器〔7〕，別離除去冷凝水后進入合成氣三段離心式壓縮機〔8〕，壓縮至稍低于5MPa。從壓縮機第三段出來的氣體不經(jīng)冷卻，與別離器出來的循環(huán)氣混合后，在循環(huán)壓縮機〔9〕中壓縮到稍高于5MPa的壓力，進入合成塔〔10〕。循環(huán)壓縮機為單段離心式壓縮機，它與合成氣壓縮機一樣都采用氣輪機驅(qū)動。合成塔頂尾氣經(jīng)轉(zhuǎn)化后含CO2量稍高，在壓縮機的二段后，將氣體送入CO2吸收塔〔23〕，用K2CO3溶液吸收局部CO2，使合成氣中CO2保持在適宜值。吸收了CO2的K2CO3溶液用蒸汽直接再生，然后循環(huán)使用。合成塔中填充CuO-ZnO-Al2O3催化劑，于5MPa壓力下操作。由于強烈的放熱反響，必須迅速移出熱量，流程中采用在催化劑層中直接參加冷原料的冷激法，保持溫度在240～270℃之間。經(jīng)合成反響后，氣體中含甲醇3.5%～4%〔體積〕，送入加熱器〔11〕以預(yù)熱合成氣，塔〔10〕釜部物料在水冷器〔12〕中冷卻后進入別離器〔13〕。粗甲醇送中間槽〔14〕，未反響的氣體返回循環(huán)壓縮機〔9〕。為防止惰性氣體的積累，把一局部循環(huán)氣放空。粗甲醇中甲醇含量約80%，其余大局部是水。此外，還含有二甲醚及可溶性氣體，稱為輕餾分。水、酯、醛、酮、高級醇稱為重餾分。以上混合物送往脫輕組分塔〔16〕，塔頂引出輕餾分，塔底物送甲醇精餾塔〔20〕，塔頂引出產(chǎn)品精甲醇，塔底為水，接近塔釜的某一塔板處引出含異丁醇等組分的雜醇油。產(chǎn)品精甲醇的純度可達(dá)99.85%〔質(zhì)量〕。2.2.3、德國Lurgi低壓合成甲醇的工藝流程德國Lurgi公司于1971年開發(fā)了以天然氣為原料的低壓法工藝。該方法采用管殼式反響器，在銅基催化劑及在200～300℃、4.05～5.07MPa下合成甲醇。是目前工業(yè)上廣泛采用的一種甲醇生產(chǎn)方法。天然氣經(jīng)脫硫后送入蒸汽轉(zhuǎn)化爐。天然氣在銅基催化劑作用下，轉(zhuǎn)化為含CO、CO2、H2和惰性氣體的合成氣，轉(zhuǎn)化后的合成氣與未轉(zhuǎn)化的進料氣一起進入純氧自熱式轉(zhuǎn)化爐中，在約3.3MPa和960℃Lurgi公司的低壓法合成甲醇工藝的優(yōu)點是：〔1〕采用列管式等溫反響器，管內(nèi)填充催化劑，水在管間沸騰，反響熱以高壓蒸汽的形式被帶走，用于驅(qū)動透平壓縮機。由于填充催化劑的管外被沸騰水所包圍，因此催化劑溫度分布均勻。反響器在低負(fù)荷或短時間局部超負(fù)荷時也能平安操作，催化劑不至于發(fā)生過熱反響；〔2〕催化劑熱穩(wěn)定性高，溫度在200℃第3章甲醇生產(chǎn)的物料衡算3.1、所需觸媒容積的物料衡算3.1.1、所需觸媒容積的物料衡算式中：——粗甲醇的量，kg/h——空間速度，40000——觸媒容積，3——合成塔出口甲醇容積百分?jǐn)?shù)，3%——合成塔人口甲醇容積百分?jǐn)?shù)，1.0%設(shè)甲醇合成局部的生產(chǎn)能力為每年5萬噸甲醇，每年為330個工作日時，其生產(chǎn)能力為:kg/h考慮到副反響，引入分?jǐn)?shù)1.06，便可由方程式確定.〔式中32為甲醇的分子式〕∴所需觸媒容積合成塔的數(shù)目：3.2、粗甲醇合成循環(huán)的物料衡算計算參考《甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進展》假定粗甲醇的組成：粗甲醇組成：甲醇二甲醚異丁醇水Wt%900.061.08.94將粗甲醇中各組分含量分別與不同單位列表于下表粗甲醇中各組分含量3-1成分Wt%Kg/hKmol/hNm3/hV%分子式甲醇905681.82177.563977.3484.6132二甲醚0.063.790.0821.840.0446異丁醇1.063.130.8519.040.4174水8.94564.3931.36702.4614.9418總計1006313.13209.854700.68100—解：甲醇每小時產(chǎn)量6313.13×90%=5681.82kg/h每小時產(chǎn)甲醇的物質(zhì)的體積每小時產(chǎn)純甲醇的體積177.56×=3977.34Nm3/h每小時產(chǎn)甲醇的體積分?jǐn)?shù)設(shè)新鮮氣組成為：CO2COH2CH4N22.83%27.0%67.21%1.39%1.57%設(shè)水冷器循環(huán)組成：CO2COH2CH4N21.5%8.93%68.57%10.8%10.2%解：水冷器循環(huán)氣組成：CO21.5%查《化工工藝設(shè)計思考習(xí)題集》圖15.8m3CO8.93%查《化工工藝設(shè)計思考習(xí)題集》圖24.4m3H268.5%查《化工工藝設(shè)計思考習(xí)題集》圖319.5m3CH410.8%查《化工工藝設(shè)計思考習(xí)題集》圖15.9m3N210.2%查《化工工藝設(shè)計思考習(xí)題集》圖24.4m3粗甲醇中溶解的氣體各組分含量3-2組分Nm3/tV%Kg/tWt%Kg/h二氧化碳5.814.511.3940.2671.91一氧化碳4.4115.519.4434.72氫氣19.548.751.746.1510.98甲烷6154.2815.1327.02氮氣4.310.755.3819.0233.96總計4010028.29100178.59解：<1>每噸粗甲醇中溶解CO2量為：×100%=14.5%每噸粗甲醇中溶解CO2的質(zhì)量：×44=11.39kg/t〔粗〕每噸粗甲醇中溶解CO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)×100%=40.26%每小時溶解CO2的體積5.8Nm3/t××=36.62Nm3/h每小時溶解CO2的質(zhì)量11.39kg/t××=71.91kg/h每小時溶解CO2的物質(zhì)的量=1.63kmol/h<2>每噸粗甲醇中溶解CO的體積為×100%=11%每噸粗甲醇中溶解CO的質(zhì)量4.4×5.5kg/h〔粗〕每噸粗甲醇中溶解CO質(zhì)量分?jǐn)?shù)×100%=19.44%每小時溶解CO的體積4.4Nm3/t××=27.78Nm3/h每小時溶解CO的質(zhì)量5.5kg/t〔粗〕××=34.72kg/h每小時溶解CO的物質(zhì)的量=1.24kmol/h1噸粗甲醇中各組分含量甲醇質(zhì)量含量1000×=900kg/t甲醇體積含量900×=630Nm3/t二甲醚質(zhì)量含量1000kg×=0.6kg/t二甲醚體積含量 0.6×=0.292Nm3/t異丁醇質(zhì)量含量×1.0%=10.0kg/t異丁醇體積含量10.0×=3.027Nm3/t水的質(zhì)量含量1000×=89.4kg/t水的體積含量89.4×=111.25Nm3/t每噸甲醇中各組分的量3-3組分Wt%Kg/t(粗)Nm3/tV%分子式甲醇9090063084.6132二甲醚0.060.60.2920.0446異丁醇1.0103.0270.4174水8.9489.4111.2514.9418總計1001000744.57100—查閱《化工工藝設(shè)計思考習(xí)題集》〔修訂版〕甲醇合成系統(tǒng)的工藝物料平衡根本關(guān)系式合成甲醇的化學(xué)反響方程式：主反響：CO+2H2=CH3OH+102.5kj/mol〔1〕副反響：2CO+4H2=CH3OCH+H2O+200.2kj/mol〔2〕CO=3H2=CH4+H2O+115.6kj/mol〔3〕4CO+8H2=C4H9OH+49.62kj/mol〔4〕CO2+H2=CO+H2O-42.9kj/mol〔5〕由新鮮氣帶入的CO2量等于放空時消耗的CO2量，溶解在液態(tài)甲醇中的CO2量及按方程〔5〕參加反響時所消耗的CO2量之和。CO2平衡式=++〔6〕新鮮氣中的CH4量與按照反響〔3〕生成CH4量之和等于循環(huán)氣中的CH4量與產(chǎn)品的CH4量之和。CH4平衡式+M=+〔7〕在合成塔中生成二甲醚、甲烷、異丁醇和二氧化碳復(fù)原時生成的水，進入產(chǎn)品中，共有：水的平衡式W=A+M+3I+〔8〕隨新鮮氣帶來的氮，進入產(chǎn)品中的氮和循環(huán)氣中的氮，共有N2的平衡式=+〔9〕新鮮氣中所含的CO和按反響〔5〕由CO2生成的CO，分別處于循環(huán)氣中，液態(tài)甲醇節(jié)流時分出的弛放氣中，粗甲醇中，以及按反響〔3〕消耗掉的：CO的平衡式+=+++2++4〔10〕由新鮮氣帶來的氫處于產(chǎn)物節(jié)流時別離的氣體中，循環(huán)氣中和粗甲醇中：H2的平衡式=++2+4+3+8+(11)上述各個方程式中有8個未知數(shù)，即、、、、、、為了組成尚缺的兩個方程式，利用惰性氣體在循環(huán)氣中的含量i來建立這兩個方程式(12)(13)L聯(lián)立解上述各方程，求得未知量為：循環(huán)氣中氮氣含量：(14)循環(huán)氣中甲烷含量：〔15〕弛放氣量：〔16〕新鮮氣參加：(17)生成的甲烷量:〔18〕進行逆變換反響消耗的CO2量:(19)新鮮氣中CO的含量:(20)在這些方程中，兩個輔助量D與B分別等于(21)(22)上述各式的符號意義：V——生成1噸粗甲醇的氣體總?cè)莘e，標(biāo)m3/tN——氮量，標(biāo)m3/tn——氮氣含量，容積%——參加反響的CO2量,標(biāo)m3/tm——甲烷含量，容積%M——甲烷的生成量，標(biāo)m3/th——氫氣含量，容積%H——氫氣量，標(biāo)m3/tL——甲醇量，標(biāo)m3/tc——CO含量，容積%I——異丁醇量，標(biāo)m3/tW——生成的水量，標(biāo)m3/tC——CO量，標(biāo)m3/ti——循環(huán)氣中N2+CH4的容積百分?jǐn)?shù)符號腳注表示：P——產(chǎn)物K——循環(huán)氣F——新鮮氣根據(jù)以上數(shù)據(jù)及條件進行物料衡算=6.0+0.92+3×3.027+4.3×=-97.73Nm3/t=4.4+19.5+3×630+6×0.292+12×3.027+4×=4.4+19.5+1890+1.752+36.324+24-273.26=1702.72Nm3/t=10.2%+10.8%=21%=15.7%×=1.57%×=7.27%循環(huán)氣中甲烷含量：=21%-7.27%=13.73弛放氣量：===515.95Nm3/t新鮮氣體參加量Vf=Vknk/nF+NP/nf=515.95×7.27%/1.57%+4.3/1.57%=2663.14Nm3/t生成的甲烷的量M=VkMk+Mp-VfMf=515.98××1.39%=39.83Nm3/t進行逆變換反響消耗的CO2量Ku=W-(A+M+32)=111.25-(0.292+39.83+3×3.027_=62.05Nm3/t新鮮氣中CO的含量CF=CKVK－KN－CP－L－2A―M-42〕/VF=8.93%515.98－162.05－4.4－630－2×0.292－39.83－4×3.02/2663.143.2.1、循環(huán)氣子系統(tǒng)中不同點確實定以1噸粗CH3OH為基準(zhǔn)由每噸粗CH3OH中純甲醇的量計算合成t出塔后氣體總體積量即V3V3純甲醇體積/CH3OH=630/2.88%=21875Nm3/t甲醇合成塔出塔氣含CH3OH：2.88%進合成塔出塔氣壓力：30×106Pa甲醇別離器后氣體的總體積即循環(huán)氣體積：V9V9=V4－V5=V6+V10=V3－V7－V8=21875－40－744.57=21090.43Nm3/t出甲醇別離器后液體體積V5V5=V7+V8=40+744.75=784.57Nm3/t循環(huán)氣體積V10V10=V9－V6=21090.43－515.98=784.57Nm3/t進甲醇合成塔氣體的體積V2V2=V1－V10=VF+V10=2663.14+20574.45=23237.59Nm3/t⑥V1=VF=2663.14Nm3/t消耗CO的量為：VCO′=VCH3OH+2VCH3OCH3+VCH4+4VC4H9OH+VCO=630+2×0.292+239.83+4×2.027=682.52Nm3/t消耗H2VH2′=2.VCH3OH+4VCH3OCH3+3VCH4+8VC4H9OH+VCO=2×630+4×0。292+3×39。83+8×3.027+62.05=1466.92Nm3/t新鮮氣組成〔以1噸粗甲醇為基準(zhǔn)〕表3-4組分V%Nm3/tWt%kg/hNm3/tKmol/h分子量CO22.8375.37148.0511.52934.66475.8321.2444CO27719.05898.8169.935674.314539.45202.6528H267.211789.89159.8112.431008.911299.6504.452CH41.3937.0226.442.06166.92233.6910.4316N21.5741.8152.264.06329.92563.9411.7828總計1002663.141285.371008114.7116812.5750.55—以CO2為例：由于新鮮氣參加量V1=2663.14Nm3/tVCO′=2.83%×2663.14=75.37Nm3/tmCO2′=75.37×44/22.4=148.05kg/tWt%=148.05/1285.37=11.52%CO2質(zhì)量流量5000×148.05/330×24=934.66kg/hCO2體積流量934.66/44=21.24kmol/h每小時產(chǎn)CO2的體積934.66×22.4/44=475.83Nm3/h粗甲醇中各組分含量〔以1噸粗甲醇為基準(zhǔn)〕表3-5V8=744.57Nm3/t組分wt%Nm3/tkg/tV%kg/hNm3/tkmol/h分子量甲醇9063090084.615681.823977.34177.5632二甲醚0.060.2920.60.043.791.840.0846異丁醇13.02710.4163.1319.040.8574水8.94111.2598.414.94564.39702.4631.3518合計100744.5710001006313.134700.68209.84以CH3OH為例V8=744.57Nm3/t以1噸粗甲醇為基準(zhǔn)90%×744.57=670.11Nm3/t670.11×32/22.4=957.3kg/t957.3/1039.31×100%=92.38%6043.56/32=188.866043.5622.4/32=4230.49Nm3/h循環(huán)氣組成〔以1噸粗甲醇為基準(zhǔn)〕V10=20574.45組成V%Nm3/tkg/tWt%kg/hKmol/hNm3/h分子量CO21.5308.62606.227.243827.1586.981948.3744CO8.931837.32294.6227.4314498.86517.8211599.0928H268.5714107.901259.6315.047952.213976.1189064.752CH410.8222.041584.1718.9610020.01626.2514028.0116N210.22098.592623.2431.3316560.86591.4613248.6928合計10020574.458372.8810052859.095726.62129888.91------以CO2為例1.5%×20574.45=308.62Nm3/t308.62=606.22kg/t×100%=7.24%606.22×=3827.15kg/h=86.98Kmol/h3827.15×=1948.37Nm3/t進合成塔混合氣組成V2=23237.59Nm3/t組分Nm3/tV%Kg/tWt%kg/hKmol/hNm3/hMol%CO2383.991.65754.277.814761.81108.222424.21.65CO2556.3511.003195.4333.0820233.177204716138.5411.00H215897.7968.411419.4414.708961.114480.56100364.4398.41CH42259.069.721613.6116.7110186.78636.6814261.79.72N22140.49.212675.527.7016890.78603.2413512.639.21合計23237.591009658.2510060973.86549.1714701.5100V2=V1+V10=2663.14+20574.45=23237.59Nm3/tWCO22=WCO21+WCO210=75.37+308.62=383.99Nm3/tmCO22=mCO21+mCO210=148.05+606.22=754.27kg/tmCO22%==7.81%GCO22=GCO21+GCO210=934.66+3827.15=4761.81kg/hVCO22=VCO21+VCO210=475.83+1948.37=2424.2Nm3/hVCO22%=×100%=1.65%進水冷器混合氣組成以1噸粗甲醇為根底V3=21810.75Nm3/t組成Nm3/tV%Kg/tWt%Nm3/hkg/hKmol/h分子量CO2321.941.48632.386.602032.453992.3090.7344CO1874.088.592342.624.4511831.3114789.14528.1828H214430.8766.611288.4713.4591103.988134.284067.142CH42298.8910.541642.0617.1414513.1910366.54647.2416N22140.49.812675.527.9313512.6316890.78603.2428CH3OH6302.899009.393977.275681.83177.5632(CH3)2O0.2920.00130.600.00631.893.790.0846C4H9OH3.0270.01410.00.1019.1163.130.8574H2O111.250.5189.400.93702.34564.3931.3518合計21810.751009581.01100137694.1660486.176147.04—甲醇別離器氣體組成〔以1噸粗甲醇為基準(zhǔn)〕V9=21090.43Nm3/t組成Mol%(v%)Nm3/tKg/tWt%Nm3/hkg/hKmol/h分子量氣CO21.5316.36621.427.241997.223926.1189.1644CO8.931883.372354.2127.4311889.9614862.44530.8028H268.5714461.711291.2215.0491298.678151.644075.822CH410.82277.772689.0331.3313580.9316976.20641.9616N210.22151.222689.03313313580.9316976.20606.2928合計10021090.438582.86100133146.6454184.735944.03—以CO2為例1.5%×21090.43=316.36Nm3/t316.36×=621.42kg/t×621.42=3923.11kg/h×316.36=1997.22Nm3/t×100%=7.24%進粗甲醇中間貯槽的組分V6=784.57Nm3/t組成Nm3/tV%Nm3/hKg/tWt%CO25.80.7436.6211.391.11CO4.40.5627.785.50.53H219.52.49123.11.740.17CH4600.7637.884.290.42N24.30.5527.155.380.52CH3OH63080.3397790087.52弛放氣的組成V7=40Nm3/t組成Nm3/tV%Kg/tWt%kg/hCO25.814.511.3940.2571.91CO4.4115.519.4334.72H219.548.751.746.1510.98CH46154.2915.1627.08N24.310.755.3819.0133.96合計401002830100178.65放空氣體各組成V6=VK515.98Nm3/t組成V%Nm3/tNm3/hKg/tWt%CO21.57.7448.8615.27.24CO8.9346.07290.857.5927.43H268.57353.8223431.5915.04CH410.855.73351.839.8118.96N210.252.63332.365.7931.33合計1005163257209.98100以CO2為例1.5%×515.98=7.74Nm3/t7.74×=48.86Nm3/t7.74×=15.20kg/t×100%=7.2415.20×=95.96kg/h進甲醇別離器氣液組成(1)V4=V9+V5=21090.43+784.57=21875Nm3/t組成液體Nm3/tV%Nm3/hKmol/hKg/tkg/hCO25.80.7436.621.6311.3971.91CO4.40.5627.781.245.534.72H219.52.49123.105.491.7410.98CH46.00.7637.881.694.2927.08N24.30.5527.151.215.3833.96液CH3OH63080.303977.27177.569005681.82(CH3)2O0.2920.031.840.080.603.79C4H9OH3.0270.3919.110.8510.063.13H2O111.2514.18702.3431.3589.39564.33合計784.571004953.09221.10108.296491.72進甲醇別離器氣液組成(2)V4=V9+V5=21090.43+784.57=21875Nm3/t組成循環(huán)氣體Nm3/tV%Nm3/hKmol/hKg/tkg/hCO2308.621.51948.3786.98606.223827.15CO1837.38.9311599.09517.822296.6214498.86H214107.9068.5789064.753976.11259.637952.21CH42222.0410.814028.01626.251587.1710020.01N22098.5910.213248.69591.462623.2416560.86液CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O合計20574.45100129888.915198.628372.8852859.093.2.2、物料平衡表甲醇合成塔的物料平衡表(1)組進料V2成Nm3/tNm3/hKg/tKg/hCO23842424.2754.3476.81CO255616139319520233.2H21589810036414198961.11CH4225914262161410186.9N2214013513267616890.8CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O合計23238146702965860973.8甲醇合成塔的物料平衡表(2)組出料V3成Nm3/tNm3/hKg/tKg/hCO2321.920326323992CO187411831234314789H2144319110412888134CH4229914513164210367N2214013513267616891CH3OH63039779005682(CH3)2O0.2921.890.63.79C4H9OH3.02719.111063.13H2O111.3702.389.4564.4合計218111E+05958160486相對誤差η=×100%=×100%=0.8%水冷器的物料平衡表組進料V3成Nm3/tNm3/hKg/tKg/hCO2321.920326323992.3CO187411831234314789H2144319110412888134.3CH4229914513164210367N221401353267616891CH3OH6304E+069005681.8(CH3)2O0.2921.890.63.79C4H9OH3.02719.111063.13H2O111.3702.389.4564.39合計218111E+05958160486相對誤差η=×100%=×100%=1.88%相對誤差η=×100%=×100%=-2.23%粗甲醇中間貯槽物料平衡表組進料V5出料V7出料V8成Nm3/tKg/tNm3/tKg/tKg/tCO25.811.395.811.39CO4.45.54.45.5H219.51.7419.51.74CH464.2964.29N24.35.384.35.38CH3OH63