甲醇合成工段設(shè)計(jì)

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（摘要目前生產(chǎn)甲醇的主要原料是煤和天然氣，甲醇的生產(chǎn)工藝過程分為合成氣（氫和一氧化碳)的制造、甲醇的合成和精制3部分。用煤和焦炭制甲醇的工藝路線包括燃料的氣化、氣體的脫硫、變換、脫碳及甲醇合成與精制。本文設(shè)計(jì)了甲醇的合成和精餾工藝，設(shè)計(jì)中采用低壓法中的I.C.I法合成甲醇，采用雙效法三塔粗甲醇精餾工藝來對(duì)粗甲醇進(jìn)行精餾。低壓甲醇合成工藝流程是指采用低溫、低壓和高活性銅基催化劑，在5MPa左右壓力下，由合成氣合成甲醇的工藝流程。本設(shè)計(jì)采用ICI法合成甲醇，催化劑為銅基催化劑，其活性組分是Cu和ZnO，該催化劑的活性高。合成反應(yīng)的溫度較低，在（230-270℃），操作壓力較低（5-10MPa），廣泛用于甲醇合成。本設(shè)計(jì)中精餾工藝采用雙效法三塔粗甲醇精餾工藝，與雙塔精餾相比三塔精餾可以提高甲醇的質(zhì)量和收率，并且可以降低蒸汽消耗。本設(shè)計(jì)中計(jì)算了甲醇生產(chǎn)過程中的合成工段和精餾工段，對(duì)其進(jìn)行了物料衡算和熱量衡算，并對(duì)甲醇水冷器進(jìn)行了設(shè)備選型計(jì)算。在設(shè)計(jì)過程中繪制了合成和精餾工段的設(shè)備一覽表和物料流程圖，并繪制了合成工段的PID圖、設(shè)備布置圖和管道布置圖。關(guān)鍵詞：甲醇I.C.I低壓法雙效法三塔粗甲醇精餾AbstractCurrentlythemainrawmaterialproductionofmethanolwasfromcoalandnaturalgas,methanolproductionprocesswasdistinguishedintothreeparts，suchastheproductionofsynthesisgas(hydrogenandcarbonmonoxide),synthesisandrefiningofmethanol.inthemanufactureofmethanolsynthesisandcoalandcokemanufacturingprocessroutewereincludedmethanolfuelgasification,gasdesulfurization,transformation,decarburizationandmethanolsynthesisandpurification.Thisdesignformethanolsynthesisanddistillationprocess,thedesignoftheICIlowpressuremethanolsynthesis,double-followthreetowerstocrudemethanoldistillationofcrudemethanoldistillation.Low-pressuremethanolsynthesisprocesswastheuseoflow-temperature,lowpressureandhighactivitycopper-basedcatalyst,in5MPaaboutpressure,synthesisgasfromthemethanolsynthesisprocess.ThisdesignwasusedICImethanolsynthesiscatalystforthecopper-basedcatalyst;theactivecomponentisCuandZnO,thecatalystofhighactivity.Reactiontemperaturewaslower,at(230~270℃),lowoperatingpressure(5-10Mpa),whichwidelyusedinmethanolsynthesis.Thedesignofdoubledistillationprocessofcrudemethanoldistillationprocesstofollowthreetowers,distillationtowers,whichcomparedwiththreetowersdistillationofmethanolcanimprovethequalityandyield,andreducesteamconsumption.Thedesigncalculationsformethanolsynthesissectionintheproductionprocessanddistillationsteps,wasthematerialbalanceandheatbalance,andmethanolandwatercoolersoftheequipmentsizing.Inthedesignprocesstodrawthesynthesisanddistillationsectioninthelistofequipmentandmaterialflow,andwasmappedthesynthesissectioninthePIDdiagrams,equipmentlayoutandpipinglayout.Keywords:methanol；ICIlowpressure；DoubledistillationofcrudemethanoltofollowSanta目錄緒論 1第一章甲醇生產(chǎn)工藝介紹 21.1甲醇的性質(zhì)及用途 21.1.1甲醇的物理和化學(xué)性質(zhì) 21.1.2甲醇的用途 21.2甲醇的生產(chǎn)方法 31.2.1天然氣制甲醇的生產(chǎn)方法 31.2.2煤、焦炭制甲醇的生產(chǎn)方法 31.2.3聯(lián)醇生產(chǎn)方法 41.3甲醇的生產(chǎn)工藝 41.3.1合成氣的制造 41.3.2甲醇的合成方法 6氣相甲醇合成工藝發(fā)展 6甲醇合成工藝的發(fā)展趨勢(shì) 81.3.3甲醇的精餾 9雙塔精餾工藝流程 9三塔工藝流程 9三塔精餾工藝的優(yōu)點(diǎn) 11工藝運(yùn)行控制要點(diǎn)及意義 11第二章甲醇合成的工藝計(jì)算 132.1甲醇合成工藝計(jì)算 142.1.1循環(huán)氣中氮?dú)獾暮康挠?jì)算 152.1.2弛放氣及新鮮氣加入量計(jì)算 152.1.3甲烷生成量的計(jì)算 162.1.4進(jìn)行逆變換消耗二氧化碳量的計(jì)算 162.2進(jìn)合成塔氣體量及組成的計(jì)算 172.3出合成塔氣體量及組成的計(jì)算 182.4弛放氣的量及組成的計(jì)算 192.5甲醇水冷器的物料衡算 202.6甲醇合成過程中的熱量衡算 20第三章粗甲醇精餾的工藝計(jì)算 243.1精餾塔一的物料和熱量衡算 243.1.1進(jìn)料量的計(jì)算 243.1.2出料量的計(jì)算 253.1.3精餾塔一全塔熱量平衡計(jì)算 25帶入熱量的計(jì)算 25帶出熱量的計(jì)算 263.2精餾塔二的物料和熱量衡算 273.2.1第二精餾特的物料衡算 273.2.2第二精餾塔熱量平衡計(jì)算 283.3第三精餾塔計(jì)算 293.3.1第三精餾塔的物料衡算 303.3.2第三精餾塔熱量平衡計(jì)算 30第四章水冷器的設(shè)備選型計(jì)算 324.1水冷器的選型計(jì)算 324.2水冷器的壓力核算 33第五章車間布置要點(diǎn) 355.1工藝及流程的要求 355.2環(huán)境保護(hù)、防火及其它安全生產(chǎn)的要求 355.3方便操作 355.4便于安裝和維修 355.5經(jīng)濟(jì)合理的要求 365.6道路和操作通道寬度 365.7操作平臺(tái) 365.8管道 365.9管溝和污水井 37第六章甲醇生產(chǎn)工程中的廢水處理 396.1甲醇廢水處理現(xiàn)狀 396.1.1物化處理法 396.1.2化學(xué)處理法 396.1.3生物處理法 406.2膜法生物組合處理工藝及原理 40結(jié)論 42參考文獻(xiàn) 43謝辭 44PAGE44緒論甲醇用途廣泛，它的下游產(chǎn)品多達(dá)幾百種。近些年來，甲醇生產(chǎn)發(fā)展很快，技術(shù)不斷提高，生產(chǎn)規(guī)模逐年擴(kuò)大，生產(chǎn)工藝逐步成熟，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)不斷完善，特別是近年來甲醇汽、柴油的開發(fā)和應(yīng)用，使其作為代用燃料，從技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性上具有了很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。預(yù)計(jì)到2015年達(dá)到7200wt/a，供應(yīng)能力大于市場(chǎng)需求，競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)加劇，一些不具競(jìng)爭(zhēng)力的小裝置或原料價(jià)格較高地區(qū)的甲醇裝置將關(guān)閉。根據(jù)未來甲醇裝置建設(shè)趨勢(shì)，世界甲醇的生產(chǎn)中心正在向南美、沙特、伊朗和我國(guó)轉(zhuǎn)移；同時(shí)這些國(guó)家和地區(qū)甲醇產(chǎn)品的目標(biāo)市場(chǎng)主要是針對(duì)亞太地區(qū)和我國(guó)。近年來由于世界各國(guó)環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，特別是美國(guó)國(guó)會(huì)于1990年11月15日通過清潔空氣法修正案以后，甲醇的身價(jià)備增，全球甲醇的需求增長(zhǎng)加快。甲醇屬低附加值化工產(chǎn)品。低成本是該類產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的核心，也是生產(chǎn)企業(yè)采取的重要競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)略，是企業(yè)安身立命的關(guān)鍵。甲醇生產(chǎn)過程比較簡(jiǎn)單，原料來源多樣，合成甲醇可采用石腦油、減壓渣油、煤和天然氣為原料，在天然氣豐富的地區(qū)，前幾種原料的生產(chǎn)成本均無法與天然氣競(jìng)爭(zhēng)。我國(guó)煤炭資源豐富，以煤為原料制取甲醇合成原料氣是甲醇生產(chǎn)的最好選擇，尤其是在內(nèi)蒙古地區(qū)煤的儲(chǔ)量相當(dāng)大，因此本設(shè)計(jì)采用煤為原料制甲醇。甲醇合成的方法有高壓法和低壓法，因高壓法的能耗大，高壓法(19.6~29.4MPa)是最初生產(chǎn)甲醇的方法，采用鋅鉻催化劑，反應(yīng)溫度360~400℃。隨著脫硫技術(shù)的發(fā)展，高壓法也在逐步采用活性高的銅系催化劑來改善合成條件以增產(chǎn)提效。高壓法雖有70多年的歷史，但由于原料及動(dòng)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，且投資大，成本高，長(zhǎng)期以來發(fā)展處于停滯狀態(tài)。ICI低壓法這是目前工業(yè)上廣泛采用的合成甲醇的方法。其工藝過程為：脫硫、轉(zhuǎn)化、壓縮、合成、精餾。特點(diǎn)：在采用不同原料時(shí)開車簡(jiǎn)單，操作可靠，并且不同生產(chǎn)能力的工廠均能使用離心式壓縮機(jī)，產(chǎn)品純度高，能充分利用反應(yīng)熱。因此采用ICI低壓法合成甲醇。三塔精餾的產(chǎn)品產(chǎn)品質(zhì)量高，雙塔精餾生產(chǎn)的精甲醇產(chǎn)品中乙醇和有機(jī)物雜質(zhì)含量只能控制在一定范圍，根據(jù)粗甲醇質(zhì)量的不同，精甲醇中乙醇的含量約為100～600mg/kg；三塔精餾生產(chǎn)的精甲醇質(zhì)量一般能夠達(dá)到美國(guó)AA級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中的乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)只有8.0×10-5左右。并且三塔精餾與兩塔精餾相比節(jié)能降耗，蒸汽和循環(huán)水消耗低。第一章甲醇生產(chǎn)工藝介紹甲醇是C1化學(xué)的支柱產(chǎn)品，是重要的化工原料。通過甲醇甲基化可以生產(chǎn)甲胺、甲酸甲酯等產(chǎn)品；甲醇羰基化可以生產(chǎn)乙酸、甲酸甲酯、甲酸二甲脂等；甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇等；甲醇可以生產(chǎn)農(nóng)藥、醫(yī)藥、塑料、合成纖維；甲醇發(fā)酵可以生產(chǎn)甲醇蛋白質(zhì)的飼料添加劑；甲醇還是清潔燃料，可以用于發(fā)電和汽車燃料。1.1甲醇的性質(zhì)及用途1.1.1甲醇的物理和化學(xué)性質(zhì)甲醇是一種無色、易燃、易揮發(fā)的有毒液體，常溫下對(duì)金屬無腐蝕性，略有酒精氣味。分子量32.04，相對(duì)密度0.792（20.4℃)，熔點(diǎn)-97.8℃，沸點(diǎn)64.5℃，燃燒熱725.76kJ/mol，閃點(diǎn)12.22℃，蒸氣壓13.33kPa（100mmHg21.2℃)，自燃點(diǎn)463.89℃，能與水、乙醇、乙醚、苯、酮、鹵代烴和許多其他有機(jī)溶劑相混溶，但是不與石油醚混溶，遇熱、明火或氧化劑易燃燒。揮發(fā)途中也會(huì)使物體油漆表面遭腐蝕。甲醇燃燒時(shí)無煙，火焰呈藍(lán)色【1】。1.1.2甲醇的用途甲醇可以制取甲基化劑，甲醇與氯氣、氫氣混合催化反應(yīng)生成一、二、三氯甲烷，直至四氯化碳。一氯甲烷可用作有機(jī)硅化合物和含氟樹脂的原料，又是重要的甲基化劑，用于生產(chǎn)甲基纖纖維素、季胺化學(xué)品等。二氯甲烷用于去漆劑、氣霧劑、醫(yī)藥原料及硅片生產(chǎn)。三氯甲烷可生產(chǎn)HCFC-22作制冷劑，或進(jìn)一步加工生產(chǎn)四氟乙烯等產(chǎn)品，可用作有機(jī)溶劑、萃取劑，還可用作染料和藥物的中間體等。四氯甲烷可用行生產(chǎn)F-11、F-12等。甲醇氨化制甲胺將甲醇與氨按一定比例混合，在370~420℃、5.0~20.0MPa壓力下，以活性氧化鋁為催化劑進(jìn)行合成，制得一甲胺、二甲胺、三甲胺的混合物，再經(jīng)精餾可得一、二或三甲胺產(chǎn)品。一、二、三甲胺用于農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料方面或用作有機(jī)原料中間體。甲醇可以用做制甲基叔丁基醚（MTBE）。甲醇可以羰基化制醋酸。甲醇酯化可生產(chǎn)各種酯類化合物。甲醇還可以制二甲醚。甲醇的一個(gè)重要用途是用作燃料，甲醇摻燒汽油，在北美和西歐已合法化，在我國(guó)，四川省已出臺(tái)M15的地方標(biāo)準(zhǔn)，山西省全甲醇汽車已研制成功，并在山西省全面試點(diǎn)。全甲醇汽車開始批量，計(jì)劃在山西和安徽省推廣使用。1.2甲醇的生產(chǎn)方法1.2.1天然氣制甲醇的生產(chǎn)方法天然氣是制造甲醇的主要原料之一。天然氣的主要組分是甲烷，還含有少量的其他烷烴、烯烴與氮?dú)?。以天然氣生產(chǎn)甲醇原料氣有蒸汽轉(zhuǎn)化、催化部分氧化、非催化部分氧化等方法，其中蒸汽轉(zhuǎn)化法應(yīng)用得最廣泛，它是在管式爐中常壓或加壓下進(jìn)行的。由于反應(yīng)吸熱必須從外部供熱以保持所要求的轉(zhuǎn)化溫度，一般是在管間燃燒某種燃料氣來實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)化用的蒸汽直接在裝置上靠煙道氣和轉(zhuǎn)化氣的熱量制取【2】。由于天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法制的合成氣中，氫過量而一氧化碳與二氧化碳量不足，工業(yè)上解決這個(gè)問題的方法一是采用添加二氧化碳的蒸汽轉(zhuǎn)化法，以達(dá)到合適的配比，二氧化碳可以外部供應(yīng)，也可以由轉(zhuǎn)化爐煙道氣中回收。另一種方法是以天然氣為原料的二段轉(zhuǎn)化法，即在第一段轉(zhuǎn)化中進(jìn)行天然氣的蒸汽轉(zhuǎn)化，只有約1/4的甲烷進(jìn)行反應(yīng)，第二段進(jìn)行天然氣的部分氧化，不僅所得合成氣配比合適而且由于第二段反應(yīng)溫度提高到800℃以上，殘留的甲烷量可以減少，增加了合成甲醇的有效氣體組分。天然氣進(jìn)入蒸汽轉(zhuǎn)化爐前需進(jìn)行凈化處理清除有害雜質(zhì)，要求凈化后氣體含硫量小于0.1mL/m3。轉(zhuǎn)化后的氣體經(jīng)壓縮去合成工段合成甲醇。1.2.2煤、焦炭制甲醇的生產(chǎn)方法用煤和焦炭制甲醇的工藝路線包括燃料的氣化、氣體的脫硫、變換、脫碳及甲醇合成與精制。用蒸汽與氧氣（或空氣、富氧空氣)對(duì)煤、焦炭進(jìn)行熱加工稱為固體燃料氣化，氣化所得可燃性氣體通稱煤氣是制造甲醇的初始原料氣，氣化的主要設(shè)備是煤氣發(fā)生爐，按煤在爐中的運(yùn)動(dòng)方式，氣化方法可分為固定床（移動(dòng)床)氣化法、流化床氣化法和氣流床氣化法。國(guó)內(nèi)用煤與焦炭制甲醇的煤氣化一般都沿用固定床間歇?dú)饣?，煤氣爐沿用UCJ爐。在國(guó)外對(duì)于煤的氣化，目前已工業(yè)化的煤氣化爐有柯柏斯-托切克（koppers-Totzek)、魯奇（Lurge)及溫克勒（Winkler)三種。還有第二、第三代煤氣化爐的爐型主要有德士古（Texaco)及謝爾-柯柏斯（Shell--koppers)等。用煤和焦炭制得的粗原料氣組分中氫碳比太低，故在氣體脫硫后要經(jīng)過變換工序.使過量的一氧化碳變換為氫氣和二氧化碳，再經(jīng)脫碳工序?qū)⑦^量的二氧化碳除去。其工藝流程圖如圖1-1所示【3】。脫硫塔脫硫塔廢熱鍋爐氣化爐高變爐吸收塔壓縮機(jī)合成塔底變爐精餾塔圖1-1煤制甲醇流程示意圖原料氣經(jīng)過壓縮、甲醇合成與精餾精制后制得甲醇。1.2.3聯(lián)醇生產(chǎn)方法與合成氨聯(lián)合生產(chǎn)甲醇簡(jiǎn)稱聯(lián)醇，這是一種合成氣的凈化工藝，以替代我國(guó)不少合成氨生產(chǎn)用銅氨液脫除微量碳氧化物而開發(fā)的一種新工藝。聯(lián)醇生產(chǎn)的工藝條件是在壓縮機(jī)五段出口與銅洗工序進(jìn)口之間增加一套甲醇合成的裝置，包括甲醇合成塔、循環(huán)機(jī)、水冷器、分離器和粗甲醇貯槽等有關(guān)設(shè)備，工藝流程是壓縮機(jī)五段出口氣體先進(jìn)入甲醇合成塔，大部分原先要在銅洗工序除去的一氧化碳和二氧化碳在甲醇合成塔內(nèi)與氫氣反應(yīng)生成甲醇，聯(lián)產(chǎn)甲醇后進(jìn)入銅洗工序的氣體一氧化碳含量明顯降低，減輕了銅洗負(fù)荷，同時(shí)變換工序的一氧化碳指標(biāo)可適量放寬，降低了變換的蒸汽消耗，而且壓縮機(jī)前幾段氣缸輸送的一氧化碳成為有效氣體，壓縮機(jī)電耗降低。聯(lián)產(chǎn)甲醇后能耗降低較明顯，可使每t氨節(jié)電50kw·h，節(jié)省蒸汽0.4t，折合能耗為200萬kJ【4】。聯(lián)醇工藝流程必須重視原料氣的精脫硫和精餾等工序，以保證甲醇催化劑使用壽命和甲醇產(chǎn)品質(zhì)量。1.3甲醇的生產(chǎn)工藝甲醇的生產(chǎn)工藝過程分為合成氣（氫和一氧化碳)的制造、甲醇的合成和精制3部分。1.3.1合成氣的制造根據(jù)原料的不同，造氣的方式是多種多樣的。如：用煤或煤球造半水煤氣、水煤氣、焦?fàn)t氣、煤氣：用重油蓄熱裂解造化工原料氣或蓄熱催化裂解造煤氣；用輕油、輕柴油熱裂解造化工原料氣；用天然氣水蒸汽裂解造氨合成氣等等。當(dāng)這些氣體從造氣爐或廢熱鍋爐出來的時(shí)候，溫度一般在300~1000℃之間，需要用水來洗滌。在此過程中，機(jī)械雜質(zhì)，焦粒、炭黑和有害成份便進(jìn)入水中，這樣的污水即稱為造氣污水。造氣污水中有害毒物的種類、濃度及污水的數(shù)量往往因造氣的原料、工藝過程的不同而有很大的差異，但除特殊情況外，幾乎都含有硫化物、氰化物、酚、氨氮等。因此，當(dāng)它直接排入河流，湖泊或滲入地下時(shí)，就會(huì)造成環(huán)境污染，給人類帶來嚴(yán)重的危害。例如：當(dāng)污水流入農(nóng)田時(shí)，就會(huì)毀壞莊稼，使糧食和蔬菜帶有殘毒；當(dāng)污氣流入湖泊。水庫(kù)，池塘?xí)r，就會(huì)毒害魚類，生物，影響生態(tài)平衡；當(dāng)飲用這種污水時(shí)，就會(huì)慢性中毒。天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法以天然氣為原料制合成氣生產(chǎn)甲醇，這是國(guó)內(nèi)外發(fā)展的趨勢(shì)。此法優(yōu)點(diǎn)是：投資少，成本低，運(yùn)輸方便，操作簡(jiǎn)單。因此，充分利用天然氣合成甲醇，是國(guó)內(nèi)外主要的發(fā)展方向【5】。煤氣化法由煤制合成氣。目前，隨著原料市場(chǎng)的轉(zhuǎn)變，大部分的企業(yè)現(xiàn)在只能燒塊煤或型煤等原料，提高入爐煤的品質(zhì)，除了做好粒徑分級(jí)、控制好含粉率和限下率之外，對(duì)其它性質(zhì)在采購(gòu)原煤時(shí)也要注意。在合成甲醇用煤國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中．對(duì)燃料的煤矸石、含碳量、含硫量、揮發(fā)分、水分、灰分、冷熱強(qiáng)度、灰熔點(diǎn)等相關(guān)的性質(zhì)都有一定的要求。特別是燃料的化學(xué)活性，是眾多性質(zhì)中非常重要的問題，化學(xué)活性好的燃料，有利于提高煤氣爐的氣化強(qiáng)度和降低煤耗。有條件的企業(yè)，最好能夠做到定點(diǎn)采購(gòu)和定期測(cè)定原料煤的化學(xué)活性。建立入爐煤考核制度，是提高入爐煤臺(tái)格率的好方法。綜上所述，科學(xué)的管理好燃料，提高入爐煤的品位，是企業(yè)創(chuàng)造效益的最好方法。生產(chǎn)水煤氣與生產(chǎn)半水煤氣，從爐子本體上講，沒有什么太大的區(qū)別，固定層間歇式煤氣發(fā)生爐本身既可生產(chǎn)水煤氣也可生產(chǎn)半水煤氣，只是因?yàn)闅饣瘎┎煌?。但不同爐型．其產(chǎn)氣量、消耗高低也不同。目前普遍認(rèn)為直徑為2.6m煤氣爐較其它爐型好，產(chǎn)氣量高、消耗低。但其爐子小，相對(duì)中直徑為3.6m煤氣爐而言，其產(chǎn)氣量少，要想與直徑為3.6m煤氣爐達(dá)到相同產(chǎn)氣量，開爐數(shù)量多，動(dòng)力消耗大，維修費(fèi)用多，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。目前有些廠直徑為3.6m爐單爐產(chǎn)氣量可達(dá)16000Nm3，基本相當(dāng)于2臺(tái)直徑為2.6m煤氣爐。另外間歇式煤氣爐熱轉(zhuǎn)化率一般只有65%左右，熱損失巨大，增開1臺(tái)煤氣爐，首先要增加這部分熟損失。單爐產(chǎn)氣量低、消耗高低。與多方面因素有關(guān)，不僅僅是爐子本身的問題【6】。本設(shè)計(jì)采用德士古水煤漿加壓氣法制合成氣，工藝流程如圖1-2所示。德士古水煤漿加壓氣化爐在極高溫度下運(yùn)行(1300~1500K)，氣化強(qiáng)度高，單爐能力大，氣體中不含焦油、酚類，非常適合化工生產(chǎn)和先進(jìn)發(fā)電系統(tǒng)的要求。德士古氣化工藝的優(yōu)點(diǎn)包括，煤種適應(yīng)范圍較寬，水煤漿氣化爐一般情況下不宜氣化褐煤(成漿困難)，工藝靈活，合成氣質(zhì)量高，產(chǎn)品氣可適用于化工合成，制氫和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等。氣化壓力高，生產(chǎn)能力高，不污染環(huán)境，三廢處理較方便。圖1-2德士古水煤漿加壓氣法制合成氣工藝流程圖1.燒嘴冷卻水回水分離罐2.燒嘴冷卻水槽3.燒嘴冷卻水冷卻器4.燒嘴冷卻水泵5.氣化爐6.鎖斗循環(huán)泵7.鎖斗8.撈渣機(jī)9.文丘里洗滌器10.黑水過濾器11.洗滌塔12.鎖斗沖洗水罐13.高壓閃蒸罐14.真空閃蒸罐15.澄清槽16.灰水槽17.除氧槽18.酸性氣分離罐19.真空閃蒸分離器20.真空泵21.真空泵分離器22.絮凝劑槽23.洗滌塔循環(huán)泵24.冷凝液泵該工藝缺點(diǎn)是，高溫氣化為使灰渣易于排出，要求所用煤灰熔點(diǎn)低，含灰量低(低于10~15%)，否則需加人助熔劑。此外，高溫氣化爐耐火材料和噴嘴均在高溫下工作，壽命短、價(jià)格昂貴、投資高，氣化爐在高溫運(yùn)行，氧耗高，也提高了煤氣生產(chǎn)成本。需建設(shè)空分裝置，一次性投資高。但是裝置建成后，能耗、產(chǎn)品成本都有顯著降低。1.3.2甲醇的合成方法氣相甲醇合成工藝發(fā)展甲醇合成的原料氣主要是CO、CO2、H2及少量的N2和CH4，早期主要是以煤為原料。進(jìn)入40年代以后隨著天然氣的大量發(fā)現(xiàn)，以煤為原料的甲醇生產(chǎn)受到冷落?？紤]到未來能源的發(fā)展及環(huán)境保護(hù)等方面的因素，以煤為原料的甲醇生產(chǎn)工藝又重新受到人們的重視。現(xiàn)在許多公司都以天然氣、煤或重油為原料來生產(chǎn)甲醇，所用的催化劑基本上是以銅和氧化鋅為主加入鋁或鉻的氧化物。工藝設(shè)計(jì)也大同小異，差異之處是在反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和操作單元的組合上。氣相法工藝流程主要有以下幾種。低壓甲醇合成工藝流程是指采用低溫、低壓和高活性銅基催化劑，在5MPa左右壓力下，由合成氣合成甲醇的工藝流程。煤進(jìn)入氣化爐發(fā)生部分氧化反應(yīng)生成合成氣，合成氣經(jīng)廢熱鍋爐和加熱器換熱后，進(jìn)入脫硫塔，脫硫后的合成氣經(jīng)水冷卻和汽液分離器，分離除去冷凝水后進(jìn)入合成氣三段離心式壓縮機(jī)，壓縮至稍低5MPa。從壓縮機(jī)第三段出來的氣體不經(jīng)冷卻，與分離器出來的循環(huán)氣混合后，在循環(huán)壓縮機(jī)中壓縮到稍高于5MPa的壓力，進(jìn)入合成塔。循環(huán)壓縮機(jī)為單段離心式壓縮機(jī)，它與合成氣壓縮機(jī)一樣都采用氣輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。

合成塔頂尾氣經(jīng)轉(zhuǎn)化后含二氧化碳量稍高，在壓縮機(jī)的二段后，將氣體送入二氧化碳吸收塔脫除二氧化碳，使合成氣中二氧化碳保持在適宜值。吸收了二氧化碳的碳酸鉀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(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，必須迅速移出熱量，流程中采用在催化劑層中直接加入冷原料的冷激法，保持溫度在240~270℃之間。經(jīng)合成反應(yīng)后，氣體中含甲醇3.5~4%（體積），送入加熱器以預(yù)熱合成氣，塔釜部物料在水冷器中冷卻后進(jìn)入分離器。粗甲醇送中間槽，未反應(yīng)的氣體返回循環(huán)壓縮機(jī)。為防止惰性氣體的積累，把一部分循環(huán)氣放空。其工藝流程圖如圖1-3所示。粗甲醇中甲醇含量約80%，其余大部分是水。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(jí)醇稱為重餾分。以上混合物送往脫輕組分塔，塔頂引出輕餾分，塔底物送甲醇精餾塔，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。合成塔循環(huán)壓縮機(jī)合成壓縮機(jī)冷凝器閃蒸罐輕組分脫除塔分離器精餾塔圖1-3低壓法合成合成塔循環(huán)壓縮機(jī)合成壓縮機(jī)冷凝器閃蒸罐輕組分脫除塔分離器精餾塔ICI低壓甲醇合成流程，由H2、CO、CO2及少量CH4組成的合成氣經(jīng)過變換反應(yīng)以調(diào)節(jié)CO/CO2比例，然后用離心壓縮機(jī)升壓到5MPa，送入溫度為270℃冷激式反應(yīng)器，反應(yīng)后的氣體進(jìn)行冷卻分離出甲醇，未反應(yīng)的氣體經(jīng)壓縮升壓與新鮮原料氣混合再次進(jìn)入反應(yīng)器，反應(yīng)中所積累的甲烷氣作為馳放氣返回轉(zhuǎn)化爐制取合成氣。低壓操作意味著出口氣體中的甲醇濃度低，因而合成氣的循環(huán)量增加。但是，要提高系統(tǒng)壓力，設(shè)備的壓力等級(jí)也得相應(yīng)提高，這樣將會(huì)造成設(shè)備投資加大和壓縮機(jī)的功耗提高。熱穩(wěn)定性和溫度分布是反應(yīng)器設(shè)計(jì)的兩個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該使反應(yīng)氣體分布盡可能均勻，以防止催化劑床層局部過熱，導(dǎo)致催化劑燒結(jié)失活。同時(shí)還要考慮到開車時(shí)的升溫設(shè)施以及催化劑裝卸的方式。低壓工藝生產(chǎn)的甲醇中含有少量水、二甲醚、乙醚、丙酮、高碳醇等雜質(zhì)，需要蒸餾分離才能得到精甲醇。日本三菱瓦斯公司也提出了與ICI類似的MGC低壓合成工藝，使用的也是銅基催化劑，操作溫度和壓力分別為200~280℃與5~15MPa。反應(yīng)器為冷激式，外串一中間鍋爐以回收反應(yīng)熱。該流程以碳?xì)浠衔餅樵?，脫硫后進(jìn)入500℃的蒸汽轉(zhuǎn)化爐，生成的合成氣冷卻后經(jīng)離心壓縮與循環(huán)氣體相混合進(jìn)入反應(yīng)器。分段冷激雖然可使反應(yīng)器內(nèi)的催化劑床溫度趨于均勻，避免了反應(yīng)中局部溫度過高燒壞催化劑，但同時(shí)也降低了反應(yīng)器單位體積的轉(zhuǎn)化率，造成循環(huán)氣量增加，壓縮功耗加大，反應(yīng)熱的回收利用效率也降低。ICI低壓法這是目前工業(yè)上廣泛采用的合成甲醇的方法。其工藝過程為：脫硫、轉(zhuǎn)化、壓縮、合成、精餾。特點(diǎn)：在采用不同原料時(shí)開車簡(jiǎn)單，操作可靠，并且不同生產(chǎn)能力的工廠均能使用離心式壓縮機(jī)，產(chǎn)品純度高，能充分利用反應(yīng)熱【7】。Lurgi低壓甲醇合成工藝，Lurgi低壓甲醇合成工藝與ICI的最大區(qū)別是，它采用列管式反應(yīng)器，CuO/ZnO基催化劑裝填在列管式固定床中，反應(yīng)熱供給殼程中的循環(huán)水以產(chǎn)生高壓蒸汽，反應(yīng)溫度由控制反應(yīng)器殼程中沸水的壓力來調(diào)節(jié)，操作溫度和壓力分別為250~260℃和5~6MPa。合成氣由甲烷、石腦油用蒸汽轉(zhuǎn)化法或部分氧化法制取，它與循環(huán)氣一起壓縮，預(yù)熱后進(jìn)入反應(yīng)器。Lurgi工藝可以利用反應(yīng)熱副產(chǎn)一部分蒸汽，能較好地回收能量，其經(jīng)濟(jì)性和操作可靠程度要好一些。甲醇合成工藝的發(fā)展趨勢(shì)我國(guó)將合成甲醇節(jié)能流程及高效催化劑作為技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)，國(guó)內(nèi)的科研院?；蚴歉櫤透倪M(jìn)國(guó)外技術(shù)，或是進(jìn)行獨(dú)立開發(fā)，在甲醇合成方面進(jìn)行了一系列的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究工作。中科院成都有機(jī)所于1998年開發(fā)出新工藝，首次在無攪拌釜式反應(yīng)器中，在低溫低壓條件下合成甲醇和甲酸甲酯，合成氣的單程轉(zhuǎn)化率大于90%，反應(yīng)選擇性強(qiáng)，并可制得無水甲醇。中科院煤化所進(jìn)行了漿態(tài)床一體化低溫合成甲醇的研究，在80~180℃下甲醇與合成氣中的CO羰基化生成甲酸甲酯，氫解生成甲醇。合成氣的單程轉(zhuǎn)化率為90%，甲醇的選擇性高達(dá)94%～99%。天津大學(xué)對(duì)三相攪拌釜內(nèi)甲醇合成動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。自60年代開始使用銅基催化劑以后，工業(yè)化的甲醇合成技術(shù)逐步得到規(guī)范化，低壓甲醇合成工藝已在幾家大型甲醇廠得到應(yīng)用。自70年代以來甲醇?xì)庀嗪铣杉夹g(shù)主要集中在催化劑的研究方面，工藝開發(fā)進(jìn)展不大。從總的發(fā)展趨勢(shì)來看，雖然氣相合成工藝技術(shù)研究開發(fā)仍在進(jìn)一步進(jìn)行，但因受化學(xué)熱力學(xué)平衡和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的限制，其低轉(zhuǎn)化率和高壓縮功耗問題似乎很難解決。國(guó)外一些公司曾經(jīng)試圖在新催化劑的基礎(chǔ)上，重新提高系統(tǒng)壓力的方法來獲得高轉(zhuǎn)化率，最終也未能取得如期的目標(biāo)。可以認(rèn)為，甲醇?xì)庀嗪铣晒に囈炎叩搅思夹g(shù)壽命的最高峰。而液相合成工藝在不遠(yuǎn)的將來會(huì)與氣相合成工藝在工業(yè)上競(jìng)爭(zhēng)使用并趨于完善，循著類似低壓法代替高壓法的歷程逐漸取代氣相合成。從發(fā)展的角度著眼，國(guó)內(nèi)外在液相甲醇合成工藝的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究方面已做了比較充分的前期工作。利用科研院所的這些成果，共同開發(fā)出自有或共有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新的甲醇合成工藝路線是完全可能和十分必要的。1.3.3甲醇的精餾目前我國(guó)在甲醇生產(chǎn)過程中主要使用的甲醇精餾技術(shù)有雙塔精餾和三塔精餾工藝。雙塔精餾工藝流程雙塔精餾工藝是我國(guó)以前老的甲醇裝置中采用是較廣的一種精餾流程。精甲醇先經(jīng)預(yù)精餾塔，經(jīng)預(yù)精餾后的含水甲醇直接由泵輸送經(jīng)熱交換器后再至主精餾塔，最終在主精餾塔將甲醇與水、重組份及殘余輕組份進(jìn)行有效分離，得到精甲酵產(chǎn)品。生產(chǎn)實(shí)踐證明雙塔精餾流程簡(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)行穩(wěn)定，能滿足甲醇生產(chǎn)要求，來自粗甲醇儲(chǔ)槽的甲醇，經(jīng)泵加壓，再經(jīng)粗甲醇預(yù)熱器加熱到45℃后進(jìn)入預(yù)精餾塔，在預(yù)精餾塔脫除輕餾分后，直接由泵輸送至主精餾塔，進(jìn)一步把高沸點(diǎn)的重餾分雜質(zhì)脫除，主要是水、異丁基油等。從塔頂或側(cè)線采出的精甲醇經(jīng)過冷卻器冷卻至常溫后，就可得到純度在99.9%以上的符合國(guó)標(biāo)的精甲醇產(chǎn)品。三塔工藝流程粗醇貯槽中的粗醇液加堿后，用粗醇泵加壓，經(jīng)粗醇預(yù)熱器加熱至65℃進(jìn)入脫醚塔進(jìn)行精餾。塔頂氣相經(jīng)脫醚塔冷凝器、排氣冷凝器冷卻，不凝氣送硫回收，冷凝液流入脫醚塔回流槽。在脫醚塔回流槽中，槽底甲醇液用脫醚塔回流泵打入脫醚塔回流；中上部的雜醇流入油水中間槽。脫醚塔釜液用加壓泵加壓，經(jīng)預(yù)后粗醇預(yù)熱器加熱后，進(jìn)入加壓塔進(jìn)行精餾。塔頂氣相甲醇送入常壓塔再沸器，作為常壓塔底熱源，被冷凝成液體進(jìn)入加壓塔回流槽，一部分由加壓塔回流泵加壓回流至加壓塔頂，其余部分經(jīng)加壓塔精醇冷卻器冷卻至40℃進(jìn)入精醇計(jì)量槽作為產(chǎn)品。甲醇精餾系統(tǒng)工藝流程如圖1-3所示【8】。圖1-3三塔雙效精餾工藝流程圖E-01粗醇預(yù)熱器E-02脫醚塔冷凝器E-03排氣冷凝器E-04脫醚塔再沸器E-05預(yù)后粗醇預(yù)熱器E-06加壓塔再沸器E-07常壓塔再沸器E-08加壓塔精醇冷卻器E-09常壓塔精醇冷卻器E-10常壓塔冷凝器E-11雜醇油冷卻器T-01脫醚塔T-02加壓塔T-03常壓塔P-01粗醇泵P-02預(yù)塔回流泵P-03加壓塔進(jìn)料泵P-04加壓塔回流泵P-05常壓塔回流泵V-01脫醚塔回流槽V-02加壓塔回流槽V-03常壓塔回流槽V-04精醇槽V-05殘液槽V-06地下槽V-07預(yù)塔液封槽V-08常壓塔液封槽加壓塔釜液經(jīng)減壓閥減壓后，進(jìn)入常壓塔進(jìn)行精餾。塔頂氣相甲醇進(jìn)入常壓塔冷凝器冷卻進(jìn)入常壓塔回流槽。一部分由常壓塔回流泵加壓回流至常壓塔頂，其余部分經(jīng)常壓塔精醇冷卻器冷卻至40℃，進(jìn)入精醇計(jì)量槽作為產(chǎn)品。常壓塔釜液流入殘液槽，經(jīng)殘液泵送往外界處理。常壓塔采出的乙醇和異丁基油經(jīng)雜醇油冷卻器冷卻流入異丁基油貯槽。汽包來的蒸汽分別送至脫醚塔再沸器和常壓塔再沸器加熱，冷凝后液體給預(yù)后粗醇預(yù)熱器、粗醇預(yù)熱器加熱后，進(jìn)入冷凝水槽，經(jīng)冷凝水泵送往鍋爐。三塔精餾工藝的優(yōu)點(diǎn)產(chǎn)品質(zhì)量高，雙塔精餾生產(chǎn)的精甲醇產(chǎn)品中乙醇和有機(jī)物雜質(zhì)含量只能控制在一定范圍，根據(jù)粗甲醇質(zhì)量的不同，精甲醇中乙醇的含量約為100~600mg/kg；三塔精餾生產(chǎn)的精甲醇質(zhì)量一般能夠達(dá)到美國(guó)AA級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中的乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)只有8.0×10-5左右。節(jié)能降耗，蒸汽和循環(huán)水消耗低主要在于：（1）兩塔精餾的預(yù)塔再沸器、主塔再沸器和預(yù)塔預(yù)熱器均需蒸汽提供熱源；三塔精餾的常壓塔再沸器（主塔再沸器）的熱源不再是蒸汽，而是用來自加壓塔頂121℃甲醇飽和蒸氣經(jīng)液化放出的潛熱供常壓塔。（2）粗醇預(yù)熱器的加熱源不再直接利用蒸汽加熱，而是利用脫醚塔再沸器和加壓塔再沸器蒸汽冷凝液將粗甲醇加熱到飽和溫度。因此蒸汽消耗量低，隨之循環(huán)水用量減少。按噸精甲醇消耗計(jì)，蒸汽三塔精餾為0.9~1.3t，兩塔精餾為1.5~1.8t；循環(huán)水三塔精餾為60~80m3，兩塔精餾為150~180m3。工藝運(yùn)行控制要點(diǎn)及意義脫醚塔加堿量的控制，防止粗甲醇中微量酸性物質(zhì)腐蝕塔內(nèi)件及促進(jìn)胺類和羰基物的分解，控制脫醚塔釜液pH在7~9的范圍內(nèi)，在精甲醇?jí)A度不超標(biāo)下，保持足夠的加堿量，可保證產(chǎn)品的質(zhì)量控制在優(yōu)等品指標(biāo)內(nèi)?？刂泼撁阉幕亓髁浚撁阉ＷC一定的回流量是必要的，能有效地脫除輕組分，但回流量不能太大，否則會(huì)增加蒸汽消耗?？刂祁A(yù)塔塔頂?shù)臏囟群蛪毫Φ耐瑫r(shí)，通過控制脫醚塔再沸器的蒸汽量和脫醚塔冷凝器的冷卻水量來要保證預(yù)塔足夠的回流量?？刂泼撁阉淠鳒囟?，脫醚塔冷凝器的溫度控制在既能保證輕組分的徹底脫除，又不導(dǎo)致甲醇蒸氣的流失為宜。溫度太低，不利于脫除輕組分雜質(zhì)；溫度太高，造成甲醇蒸氣大量流失?？刂泼撁阉淠髟谶m宜的溫度下運(yùn)行是維持產(chǎn)品質(zhì)量、降低消耗的重要手段?？刂泼撁阉敳荒龤鉁囟龋鶕?jù)甲醇合成觸媒使用的不同時(shí)期，采取動(dòng)態(tài)控制不凝氣溫度。不凝氣溫度的高低決定著輕組分的脫除效果。脫醚塔的主要作用是脫除甲酸甲酯、二甲醚、丙酮等輕組分。控制預(yù)塔補(bǔ)水的量和位置，補(bǔ)水的位置選在預(yù)塔冷凝器上，然后進(jìn)入脫醚塔回流槽，萃取和分離有一定的停留時(shí)間，進(jìn)而大大提高萃取的效果。補(bǔ)水量一般使脫醚塔塔釜甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在88~89%。控制過高，會(huì)明顯降低脫醚塔的生產(chǎn)能力，增加蒸汽和動(dòng)力消耗，同時(shí)對(duì)三塔其他工藝條件的控制也會(huì)帶來一定難度。當(dāng)正常操作精甲醇的水溶性和高錳酸鉀值不易達(dá)到質(zhì)量指標(biāo)時(shí)，可以適當(dāng)增加補(bǔ)水量。脫醚塔補(bǔ)水是穩(wěn)定和提高精甲醇水溶性和穩(wěn)定性的一項(xiàng)重要操作手段。加壓精餾塔和常壓精餾塔的控制，從流程上來看，加壓精餾塔與常壓精餾塔串聯(lián)操作，相互影響，相互制約。首先要把握好物料平衡，特別是在處理兩塔的熱量平衡、物料平衡、氣液平衡方面要慎重。加壓精餾塔塔頂壓力的控制，加壓精餾塔塔頂熱氣體作為常壓精餾塔再沸器的熱源，必須使其頂部氣相具有較高的溫度品位，與常壓精餾塔釜有一定溫差，參考一般熱虹吸式再沸器的計(jì)算，其傳熱溫差為25℃，本設(shè)計(jì)中選取傳熱溫差至少為15~16℃。壓力不足，塔頂甲醇蒸氣量下降，影響常壓精餾塔再沸器的供熱量。直接導(dǎo)致常壓塔釜溫度下降、廢水含量超標(biāo)、甲醇收率降低；壓力過高，影響精甲醇的水溶性、氧化性等質(zhì)量指標(biāo)。維持加壓精餾塔塔頂壓力穩(wěn)定，對(duì)保證精甲醇的優(yōu)等品率至關(guān)重要。常壓精餾塔塔頂壓力的控制，常壓精餾塔壓力依據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷而定，在滿負(fù)荷運(yùn)行情況下，常壓塔塔頂壓力盡量控制在低限；在生產(chǎn)負(fù)荷低的情況下，不要控制靈敏板溫度過低，造成廢水中甲醇含量過高，造成浪費(fèi)和污染環(huán)境。總之，保證常壓精餾塔正壓操作。加壓精餾塔和常壓精餾塔回流比的控制，只有控制一定的回流比，才能保證精甲醇產(chǎn)品的優(yōu)等品率，同時(shí)降低蒸汽消耗。加壓精餾塔和常壓精餾塔采出比的控制，由于加壓精餾塔和常壓精餾塔串聯(lián)運(yùn)行，必須控制好兩塔的熱量、物料和氣液平衡，其中物料平衡是維持三大平衡的基礎(chǔ)。既要保證常壓精餾塔得到足夠熱量，又要不引起常壓塔負(fù)壓異?，F(xiàn)象。兩塔采出比例分配原則是維持常壓塔熱量要求的前提下，加壓塔采出盡可能上限操作【9】。第二章甲醇合成的工藝計(jì)算ICI低壓法這是目前工業(yè)上廣泛采用的合成甲醇的方法。其工藝過程為：脫硫、轉(zhuǎn)化、壓縮、合成、精餾。特點(diǎn)：在采用不同原料時(shí)開車簡(jiǎn)單，操作可靠，并且不同生產(chǎn)能力的工廠均能使用離心式壓縮機(jī)，產(chǎn)品純度高，能充分利用反應(yīng)熱。本設(shè)計(jì)采用ICI法合成甲醇，催化劑為銅基催化劑，其活性組分是Cu和ZnO，該催化劑的活性高。合成反應(yīng)的溫度較低，在（230-270℃），操作壓力較低（5-10MPa），廣泛用于甲醇合成。甲醇合成工藝流程示意圖如圖2-1所示。循環(huán)壓縮機(jī)循環(huán)壓縮機(jī)油分離器合成塔廢熱鍋爐水冷器粗甲醇貯槽圖2-1甲醇合成工藝流程示意圖新鮮氣由壓縮機(jī)壓縮到所需的合成壓力與從循環(huán)壓縮機(jī)來的循環(huán)氣混合后分兩股，一股為為主線經(jīng)加熱到催化劑的活性溫度后進(jìn)入合成塔，另一股為副線，直接進(jìn)入合成塔以調(diào)節(jié)進(jìn)入催化層的溫度。經(jīng)反應(yīng)后的高溫氣體進(jìn)入廢熱鍋爐進(jìn)行熱量回收后，進(jìn)一步在水冷器中冷卻，然后在分離器中分離出液態(tài)初甲醇，送精餾部分提純制備精甲醇，為控制循環(huán)氣中惰性氣的含量，分離出水和甲醇的氣體需部分放空，大部分進(jìn)入循環(huán)機(jī)增壓后返回系統(tǒng)，重新利用未反應(yīng)的氣體。新鮮氣的補(bǔ)入位置最有利的是在合成塔的進(jìn)口處，而不宜在合成塔的出口或甲醇分離器之前，以免甲醇分壓降低，減少甲醇的收率。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，生產(chǎn)的粗甲醇的產(chǎn)量為60kt/a,粗甲醇的質(zhì)量組成為：甲醇~93.3%；二甲醚~0.58%；異丁醇~0.58%；水~5.54%。根據(jù)粗甲醇組成計(jì)算得各組分產(chǎn)量如表2-1。表2-1粗甲醇中各組分組成組分質(zhì)量流量（kg/h）質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）摩爾流量(kmol/h)摩爾分?jǐn)?shù)（%）甲醇二甲醚異丁醇水706743.9443.94419.793.30.580.585.54220.90.95520.593823.3189.800.38830.241249.4762.1甲醇合成工藝計(jì)算根據(jù)文獻(xiàn)【2】查得在5MPa下，30℃時(shí)每一噸粗甲醇中溶解其他組成如表2-2所示。表2-21t甲醇中合成氣溶解情況氣體氫氣一氧化碳二氧化碳氮?dú)饧淄槿芙饬浚╩3/t）4.7340.8157.7800.3651.680粗甲醇溶解氣體的量為：VH2=7.575×4.374=33.13Nm3/hVCO=7.575×0.815=6.174Nm3/hVCO2=7.575×7.780=58.93Nm3/hVN2=7.575×0.365=2.765Nm3/hVCH4=7.575×1.680=12.73Nm3/h則Kp=2.631kmol/hMp=0.5681kmol/hNp=0.1234kmol/hCP=0.2756kmol/hHp=1.479kmol/h根據(jù)在合成過程中二氧化碳平衡公式如下：VFKF=VKKK+Kp+Ku（2-1）代入數(shù)據(jù)得VF×2.36%=VKKK+2.361+Ku根據(jù)在合成過程中甲烷平衡公式如下：VFmp+M=Vkmk+Mp（2-2）代入已知數(shù)據(jù)VF×1.35%+M=Vkmk+0.5681根據(jù)在合成過程中水平衡公式如下：W=A+M+3I+Ku（2-3）代入已知數(shù)據(jù)得23.31=0.9552+M+0.9538+Ku根據(jù)在合成過程中氮?dú)馄胶夤饺缦拢篤FnF=Vknk+Np（2-4）代入已知數(shù)據(jù)得VF×4.01%=Vknk+0.1234根據(jù)在合成過程中一氧化碳平衡公式如下：VFCF+Ku=VkCk+Cp+L+2A+M+4I（2-5）代入已知數(shù)據(jù)得VF×20.60%+Ku=VkCk+Cp+220.9+2×0.9552+M+4×0.5938根據(jù)在合成過程中氫氣平衡公式如下：VFhF=Vkhk+Hp+2L+4A+3M+8I+Ku（2-6）帶入數(shù)據(jù)得VF×71.70%=Vkhk+1.479+2×220.9+4×0.9552+3M+8×0.5938+Ku利用惰性氣體在循環(huán)氣中的含量建立兩個(gè)方程式：n+m=i（2-7）c+h+k=1-i（2-8）聯(lián)立以上兩方程得兩個(gè)輔助量D、B。D=C+H+3L+6A+12I+4M-N[(C+H)+4m]/n（2-9）D=0.2756+1.479+3×220.9+6×0.9552+12×0.5938+4×0.5681-0.1234×[92.3%+4×1.33%]/4.01%D=676.6B=M+A+3I+N(K-m)/n-K-W（2-10）B=0.5681+0.9552+3×0.5938+0.1234×1.03%/4.01%-2.361-23.31B=-22.612.1.1循環(huán)氣中氮?dú)獾暮康挠?jì)算（2-11）nk=10.29%2.1.2弛放氣及新鮮氣加入量計(jì)算（2-12） （2-13）得2.1.3甲烷生成量的計(jì)算（2-14）M=454.4×(0.15-10.29%)+0.5681-15.55M=6.418kmol/h2.1.4進(jìn)行逆變換消耗二氧化碳量的計(jì)算（2-15）=23.31-(0.9552+6.418+3×0.5938)=14.16kmol/h新鮮氣中一氧化碳的量（2-16）20.60%×1169=454.4×CK-(14.16-0.2756-220.9-2×0.9552-6.418-4×0.5938)CK=4.952%式中：VF為新鮮氣容積m3/h，KF為新鮮氣中CO2的百分含量V%，VK為放空氣體積，KK為放空氣中CO2的百分含量V%,KP為產(chǎn)物中CO2的量m3/h，Ku為CO2的量m3/h，VF為新鮮氣中甲烷的百分含量V%，M為甲烷的生成量kmol/h，mK為放空氣中甲烷的百分含量V%，Mp為產(chǎn)物中甲烷的量kmol/h，W為水的生成量kmol/h，A為二甲醚的量kmol/h，I為異丁醇的量kmol/h，nF為為新鮮氣中氮?dú)獾牡陌俜趾縑%，nK為循環(huán)氣中氮?dú)獾牡陌俜趾縑%，Np為產(chǎn)物中氮?dú)獾牧縦mol/h，CF為新鮮氣中一氧化碳的的百分含量V%，CK為循環(huán)氣中一氧化碳的的百分含量V%，CP為產(chǎn)物中CO2的量m3/h，L為甲醇的量kmol/h，hF為新鮮氣中氫氣的的百分含量V%，hK為循環(huán)氣中一氧化碳的的百分含量V%，Hp為產(chǎn)物中氫氣的量m3/h。2.2進(jìn)合成塔氣體量及組成的計(jì)算 在甲醇合成過程中，在合成過程中，大部分合成氣在合成溫度下進(jìn)入合成塔進(jìn)行合成甲醇，一小部分作為合成塔激冷氣，控制床層反應(yīng)溫度。Kk=2.3%nk=10.29%ck=4.952%i=15%nk+mk=i（2-17）ck+hk+Kk=1-i（2-18）mk=4.71%hk=77.75%表2-3循環(huán)氣的氣體組成表組分含量（%）摩爾流量（kmol/h）質(zhì)量流量（kg/h）二氧化碳一氧化碳?xì)錃饧淄榈獨(dú)饧状级酌阉傆?jì)2.2844.91677.194.67610.220.60610.035160.07318100134.4289.44544275.3601.535.682.074.30858875916810390884405168421142952277.5445669表2-4新鮮氣中各組分的組成表組分含量（%）摩爾流量（kmol/h）體積流量（m3/h）二氧化碳一氧化碳?xì)錃饧淄榈獨(dú)饪傆?jì)2.3620.6071.701.334.0110027.59240.8838.212.0846.881169506.0539418776270.6102826186反應(yīng)后的氣體進(jìn)行冷卻分離出甲醇，未反應(yīng)的氣體經(jīng)壓縮升壓與新鮮原料氣混合再次進(jìn)入反應(yīng)器，反應(yīng)中所積累的甲烷氣作為馳放氣返回轉(zhuǎn)化爐制取合成氣。進(jìn)合成塔的氣體由循環(huán)氣和新鮮氣組成，其量為循環(huán)氣和新鮮氣的和，進(jìn)合成塔的氣體由表2-3和表2-4加和得進(jìn)合成塔氣體組成如表2-5。表2-5進(jìn)合成塔的氣體組成表組分含量(%）摩爾流量(kmol/h）質(zhì)量流量(kg/h）二氧化碳一氧化碳?xì)錃饧淄榈獨(dú)饧状级酌阉傆?jì)2.3107.55976.194.0989.2440.50870.029510.06039100162.0530.25382.2287.4648.435.682.074.308701471281484610764459818155114295.2277.47568062.3出合成塔氣體量及組成的計(jì)算合成氣經(jīng)合成塔合成甲醇后，出合成塔的混合氣中含有二氧化碳、一氧化碳、氫氣、甲烷、氮?dú)?、甲醇、二甲醚、水、異丁醇等。其含量如下。二氧化?62.0-14.16=147.8kmol/h一氧化碳530.2-220.9-0.9552×2-6.418-4×0.5938+14.16=312.8kmol/h氫氣5382.2-2×220.9-4×0.9552-3×6.418-8×0.5938-14.16=4898kmol/h甲烷287.4+6.418=293.8kmol/h氮?dú)?98.4kmol/h甲醇35.68+220.9=256.6kmol/h二甲醚2.07+0.9552=3.025kmol/h水4.308+23.31=27.62kmol/h異丁醇0.5938kmol/h表2-6出塔氣體組成表組分含量（%）摩爾流量（kmol/h）質(zhì)量流量（kg/h）二氧化碳一氧化碳?xì)錃饧淄榈獨(dú)饧状级酌阉惗〈伎傆?jì)2.2884.80073.654.5099.9513.9380.046420.42390100147.8312.84898293.8648.4256.63.02527.620.593866166503875897964701181558211139497.243.94568042.4弛放氣的量及組成的計(jì)算循環(huán)氣中的甲烷和氮?dú)獾榷栊詺怏w增多會(huì)降低一氧化碳、二氧化碳、氫氣的有效分壓，對(duì)甲醇的合成不利，而且會(huì)增加動(dòng)力消耗，但在系統(tǒng)中不能排放太多，因會(huì)引起過多的有效氣體的損失。排放的那部分氣體稱為馳放氣。454.4/5803=7.830%(454.4+42.06×7.830%)/5845=7.830%弛放氣中液相各組分量甲醇35.68/42.06×3.054=2.591kmol/h二甲醚2.07/42.06×3.054=0.1503kmol/h水4.308/42.06×3.054=0.3128kmol/h二氧化碳454.4×2.3%=10.45kmol/h一氧化碳454.4×4.952%=22.5kmol/h氫氣544.4×77.75%=353.3kmol/h甲烷454.2×4.71%=21.40kmol/h氮?dú)?54.2×10.29%=46.76kmol/h表2-7弛放氣中各組分組成表組分含量（%）摩爾流量（kmol/h）質(zhì)量流量（kg/h）二氧化碳一氧化碳?xì)錃饧淄榈獨(dú)饧状级酌阉傆?jì)2.2844.91877.224.67810.220.56630.032850.0683710010.2522.5353.321.446.762.5910.15030.3128457.5459.8630706.6342.4130982.916.9145.63135432.5甲醇水冷器的物料衡算進(jìn)入水冷器的物料為合成塔物料氣體，在水冷器中將甲醇，二甲醚，異丁醇，水，全部冷凝并且溶有部分二氧化碳，一氧化碳，氫氣，甲烷，氮?dú)?。?-8出水冷氣的液相組成組分含量（%）摩爾流量（kmol/h）質(zhì)量流量（kg/h）甲醇二甲醚異丁醇水總計(jì)81.439.600.18848.765100256.630.250.593827.6231594497.2101442.6甲醇合成過程中的熱量衡算合成塔中填充CuO-ZnO-Al2O3催化劑，于5MPa壓力下操作。由于強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，必須迅速移出熱量，流程中采用在催化劑層中直接加入冷原料的冷激法，保持溫度在240~270℃之間。表2-9合成塔的反應(yīng)熱計(jì)算表組分甲醇二甲醚異丁醇甲烷一氧化碳生成熱kJ/mol生成量kmol/h反應(yīng)熱量kJ/h790.8220.92.006×10749.620.95524.740×104200.390.59381.190×105115.696.4187.425×10542.9214.16-6.077×105表2-10甲醇合成塔入塔各組分的比熱容和熱量表組分一氧化碳二氧化碳?xì)錃獾獨(dú)饧淄榧状己嫌?jì)比熱容kJ/kmol·℃入塔量kmol/h每升溫1℃需要的熱量kJ/h·℃30.135301.597×10445.931627.441×10329.3653821.580×10530.35648.41.968×10447.08287.41.353×10455.6935.681.987×10320112.169×105表2-11甲醇合成塔出塔各組分的比熱容和熱量表組分一氧化碳二氧化碳?xì)錃獾獨(dú)饧淄榧状己嫌?jì)比熱容kJ/kmol·℃出塔量kmol/h每降溫1℃放出的熱量kJ/h·℃30.11312.89.418×10345.89147.86.783×10329.4248981.441×10530.30648.41.965×10447.12293.81.384×10455.69256.61.429×1042.091×105甲醇合成過程中反應(yīng)放熱為Q反Q反=2.006×107+4.740×104+1.190×105+7.425×105-6.077×105=2.036×107kJ/h入塔氣溫度為40℃，入塔熱量為Q入。Q入=2.169×105×40=8.676×106kJ/h全塔熱損為Q損。Q損=（Q入+Q反）×5%=（8.676×106+2.036×107）5%=1.452×106kJ/h反應(yīng)在260℃下進(jìn)行反應(yīng)，加熱用電爐加熱，耗熱為Q耗，在合成過程中用電爐和激冷氣來控制合成塔溫度在260℃。Q耗=2.169×105（260-40）-2.036×107=2.736×107kJ/h合成塔出塔溫度為260℃，出塔合成氣的熱量通過廢熱鍋爐來回收，產(chǎn)生的蒸汽為0.35Mpa的飽和蒸汽。產(chǎn)生蒸汽量為W蒸。W蒸=2.091×105（260-140）/2118.6=11.84t/h甲醇水冷器的計(jì)算從水冷器出來的合成氣用水冷卻到40℃。熱平衡方程式Q入口氣+Q冷凝=Q出口氣+Q液體+Q冷卻水（2-19）Q入口氣、Q出口氣為冷凝器進(jìn)口與出口氣體顯熱kJ/hQ冷凝為出口溫度下氣體冷凝放的熱kJ/hQ液體為出冷凝器液體帶熱kJ/hQ冷卻水為冷卻水帶走的熱量kJ/hQ入口氣=2.169×105×140=3.037×107kJ/h表2-12粗甲醇帶出的熱量組分甲醇二甲醚異丁醇水合計(jì)比熱kJ/kg·℃流量kg/h溫度℃熱量kJ/h2.727067407.689×1052.63743.94404.635×1032.53143.94404.448×1034.187419.7407.029×10475758.483×105氣體冷凝放熱Q冷凝=8.895×106kJ/h表2-13在出口溫度下氣體冷凝放熱組分甲醇二甲醚異丁醇水合計(jì)氣化熱kJ/kg流量kg/h熱量kJ/h111870677.901×10653.0743.942.332×104576.843.942.534×1042253.2419.79.457×10575758.895×106氣體冷凝放熱Q冷凝=8.895×106kJ/h表2-14冷凝器出口各組分熱量組分一氧化碳二氧化碳?xì)錃獾獨(dú)饧淄榧状妓酌押嫌?jì)比熱容kJ/kmol·℃流量kmol/h溫度℃熱量kJ/h30.13312.8403.770×10545.92147.8402.715×10529.364898405.752×10630.35648.4407.872×10547.08293.8405.533×10555.6935.68407.948×10429.314.308405.051×10456.312.07404.679×1047.918×106Q冷卻水=Q冷凝+Q入口氣-Q出口氣-Q液體（2-20）Q冷卻水=3.037×107+8.895×106-8.483×105-7.918×106=3.050×107kJ/h第三章粗甲醇精餾的工藝計(jì)算粗甲醇的密度為0.8127g/cm3，精餾塔操作條件，入塔粗甲醇中含輕餾分0.58%，甲醇含量為93.30%，水含量6.12%（包括異丁醇），每噸精甲醇消耗0.811kg92%的濃度的氫氧化鈉，將燒堿配制成含氫氧化鈉2-5%連續(xù)補(bǔ)入塔中。粗甲醇精餾采用三塔精餾，與雙塔精餾相比三塔精餾可以提高甲醇的質(zhì)量和收率，并且可以降低蒸汽消耗。本精餾工藝采用雙效法三塔粗甲醇精餾工藝，粗甲醇進(jìn)入與蒸餾塔前，先在初甲醇產(chǎn)熱器中，用蒸汽將其預(yù)熱至65℃，粗甲醇在精餾塔一中除去其中殘余溶解的氣體及低沸物。將精餾塔一出來的預(yù)后甲醇經(jīng)加壓泵升壓后，進(jìn)入精餾塔二精餾，精餾塔二的氣相甲醇利用冷凝潛熱加熱精餾塔三的塔釜，被冷凝的甲醇進(jìn)入回流槽，在其中稍加冷卻，一部分由精餾塔一甲醇冷卻器冷卻到40℃，作為成品送入精甲醇計(jì)量槽。精餾塔三的塔底殘液由汽提塔進(jìn)料泵加壓后進(jìn)入廢水汽提塔，塔頂蒸汽經(jīng)汽提塔冷凝器冷凝后，進(jìn)入汽提塔回流槽，由汽提塔回流泵加壓，一部分送廢水汽提塔塔頂回流，其余部分經(jīng)汽提塔冷凝器冷卻至40℃，與精餾塔三采出的精甲醇一起送入產(chǎn)品計(jì)量槽。如果采出的精甲醇不合格，可將其送至常壓塔進(jìn)行回收，以提高精甲醇的回收率。3.1精餾塔一的物料和熱量衡算粗醇貯槽中的粗醇液加堿后，用粗醇泵加壓，經(jīng)粗醇預(yù)熱器加熱至65℃進(jìn)入精餾塔一進(jìn)行精餾。塔頂氣相經(jīng)精餾塔一冷凝器、排氣冷凝器冷卻，不凝氣送硫回收，冷凝液流入精餾塔一回流槽。在精餾塔一回流槽中，槽底甲醇液用精餾塔一回流泵打入精餾塔一回流；中上部的雜醇流入油水中間槽。3.1.1進(jìn)料量的計(jì)算甲醇=7575×0.9330=7067kg/h220.9kmol/h水=7575×0.0612=463.6kg/h23.90kmol/h輕餾分=7575×0.580%=43.94kg/h0.9552kmol/h堿液：加入堿液的濃度為2%的氫氧化鈉溶液(OH-)=1.34×10-3mol/L0.1N氫氧化鈉換算成百分含量為0.4%。PH從6提高到8，OH需H=量為10-6-10-8=0.00099mol/m3=9.9×10-7mol/L。需2%的氫氧化鈉為0.1481kg/m3則每小時(shí)加入的堿液量為消耗氫氧化鈉為1.380×2%=0.02761kg/h軟水（或蒸汽冷凝水）量：按粗甲醇的20%計(jì)7575×20%=1514kg/h主塔來的低沸物量以粗甲醇3%計(jì)7575×3%=227.3kg/h3.1.2出料量的計(jì)算甲醇7067kg/h水463.6kg/h燒堿0.02761kg/h初餾物（與主塔來的低沸點(diǎn)物相同）227.3kg/h表3-1精餾塔1出料物料平衡表物料kg/h甲醇水氫氧化鈉輕餾分塔頂塔底合計(jì)72947294197919790.022610.0226143.9443.94根據(jù)進(jìn)出預(yù)塔的物料熱量衡算，求出預(yù)塔脫出輕餾分（二甲醚）所需的蒸汽量。蒸餾塔一的操作條件：塔頂溫度62℃，塔底溫度78℃，進(jìn)料溫度65℃?；亓饕簻囟?2℃，回流比=回流量/進(jìn)料量=0.8（一般為0.5~1）回流液L=0.8×337.0=269.6kmol/h表3-2精餾塔1全塔物料平衡表物料Kg/h甲醇水進(jìn)料氫氧化鈉初餾物小計(jì)甲醇水輕餾分小計(jì)粗甲醇?jí)A液冷凝水初餾物合計(jì)7067227.37294463.61.352151419790.0280.02843.9443.9475751.381514227.393187067227.372941979197943.9443.9475750.0281979227.393183.1.3精餾塔一全塔熱量平衡計(jì)算帶入熱量的計(jì)算Q入熱=Q粗甲醇+Q軟水+Q回流液+Q低沸物+Q加熱蒸汽（3-1）表3-3精餾塔物料帶入熱量入熱項(xiàng)目二甲醚粗甲醇水外補(bǔ)水回流液低沸物甲醇加熱蒸汽流量kg/h溫度℃比熱容kJ/kg·℃熱焓kJ/kg熱量kJ/h43.941280.38562607067652.681231071419.7654.1871142271514684.1874.310608627602.681387254227.3602.68365502118.6Q入熱=5.626×104+1.231×106+1.142×105+4.311×105+3.929×102+1.387×106+3.655×104+Q水蒸汽Q入熱=3.257×106+Q水蒸汽粗甲醇的溫度從40℃升到65℃。Q=3.122×105kJ/hW=Q/2118.26=147.4KJ/h帶出熱量的計(jì)算表3-4精餾塔一代出熱量平衡表出熱部位組分塔頂二甲醚回流甲醇塔底甲醇水初餾物甲醇熱損失流量kg/h溫度℃比熱容kJ/kg·℃熱焓kJ/kg熱量kJ/h43.94622.64523.4301898627622.641046.890446487067782.6714772851979784.187646313227.3622.681046.82756945%Q入Q出=3.019×104+9.045×106+1.477×106+6.463×105+2.757×105+5%Q入在精餾過程中Q入=Q出解得Q水蒸汽=8.814×106kJ/h0.35Mpa下的蒸汽熱焓為2118.6kJ/kg蒸汽消耗量為8.814×106/2118.6=4160kg/h冷卻水用量計(jì)算，從精餾塔一流出的甲醇進(jìn)入冷凝器通過冷卻水用量控制溫度達(dá)到分離甲醇輕餾分和初餾分的目的。物料帶入熱量Q入熱=Q二甲醚+Q回流液+Q初餾物（3-2）Q入熱=3.019×104+9.045×106+2.757×105=9.351×106kJ/h物料帶出熱Q出熱=Q回流液+Q初餾分+Q二甲醚+Q熱損失（3-3）Q回流液=8627×2.68×60=1.387×106Q初餾分=227.3×2.68×60=3.655×104Q二甲醚=43.94×(2.64×60+523.4)=2.996×104Q熱損失=5%Q入=0.05×9.351×106=4.676×105Q出=1.387×106+3.655×104+2.996×104+4.676×105=1.921×106kJ/hQ余熱=Q入-Q出=9.351×106-1.921×106=7.430×106kJ/h冷卻水金冷凝器的溫度為15℃。出冷凝器的溫度為35℃。用水量W=3.2精餾塔二的物料和熱量衡算精餾塔一釜液用加壓泵加壓，經(jīng)預(yù)后粗醇預(yù)熱器加熱后，進(jìn)入精餾塔二進(jìn)行精餾。塔頂氣相甲醇送入精餾塔三再沸器，作為常壓塔底熱源，被冷凝成液體進(jìn)入精餾塔二回流槽，一部分由精餾塔二回流泵加壓回流至精餾塔二頂，其余部分經(jīng)精餾塔二精醇冷卻器冷卻至40℃進(jìn)入精醇計(jì)量槽作為產(chǎn)品。3.2.1第二精餾特的物料衡算第二精餾塔為加壓塔，壓力為0.6Mpa，塔頂溫度為121℃，塔底溫度為127℃。第二精餾塔進(jìn)料溫度為85℃，將第一精餾塔出來的塔底物料加熱到85℃。加熱耗用蒸汽量為W。第二精餾塔進(jìn)料量=第一精餾塔出料量-輕餾分-第一精餾塔初餾物F=9318-43.94-227.3=9047kg/hF=337-0.9552-7.103=328.9kmol/h在精餾過程中xF=220.9/328.9=67.16%設(shè)xD=99.95%xW=2%在精餾過程中F=D+W（3-4）FxF=DxD+WxW（3-5）代入數(shù)據(jù)解得W=110.3kmol/hD=218.8kmol/h回流液LL=RD=2×218.8=437.6kmol/h表3-5精餾塔二全塔精餾塔二物料平衡表物料入料kg/h出料塔底kg/h塔頂kg/h甲醇水堿液706719791.38069.0619031.387001763.2.2第二精餾塔熱量平衡計(jì)算帶入熱量Q入Q入=Q預(yù)后甲醇+Q回流液+Q加熱蒸汽（3-6）表3-6精餾塔二全塔帶入熱量計(jì)算表物料組分預(yù)后醇甲醇水堿液回流液甲醇加熱蒸汽水流量kg/h溫度℃比熱容kJ/kg·℃汽化熱kJ/kg熱量Q7067852.9816098621979854.1877043161.380854.187491.114144752.982.843×1062118.6Q入熱=1.610×106+7.043×105+4.911×102+2.843×106+Q水蒸汽Q入熱=47.02×105+Q水蒸汽=5.157×106+Q水蒸汽表3-7精餾塔二全塔帶出熱量物料組分精甲醇甲醇釜液甲醇水回流液甲醇熱損失流量kg/h溫度℃比熱容kJ/kg·℃汽化熱kJ/kg熱量Q147151202.981.686×10623611272.988.935×10519031274.1871.026×106141441202.981046.752.03×10-15%Q入熱Q入=Q出（3-7）5.157×106+Q水蒸汽=2.317×107+0.05×(5.157×106+Q水蒸汽)消耗0.35Mpa下的蒸汽量為GG=1.923×107/2118.6=9076kg/h塔頂冷凝器冷卻水用量的計(jì)算Q=Q甲醇冷凝+Q降溫（3-8）Q=3×7072×（1046.8+2.98×2）=2.232×107kJ/h冷卻水進(jìn)口溫度15℃出口溫度35℃W水=2.223×107/20×4.187×103=266.5t/h甲醇降溫用水量計(jì)算，甲醇從75℃降到40℃W2=4715×2.68×35/4.187×20×103=5.281t/h3.3第三精餾塔計(jì)算3.3.1第三精餾塔的物料衡算第三精餾塔的操作條件為塔頂溫度為67℃，塔底溫度為100℃，進(jìn)料溫度127℃。回流液與進(jìn)料比取1:3。表3-8精餾塔三物料平衡表物料入料kg/h出料kg/h塔底塔頂甲醇水70017670.070015.9673.3.2第三精餾塔熱量平衡計(jì)算表3-9全塔帶入熱量平衡表物料回流液加熱蒸汽甲醇水流量kg/h溫度℃比熱容kJ/kg·℃汽化熱kJ/kg熱量Q14003632.6823642662118.2Q水蒸汽23611272.9889354419031274.251027144Q入=8.935×105+1.027×106+2.364×106+Q水蒸汽表3-10全塔帶出熱量平衡表物料組分精甲醇甲醇回流液甲醇水釜液甲醇異丁醇熱損失流量kg/h溫度℃比熱容kJ/kg·℃汽化熱kJ/kg熱量Q2342632.681046.752.847×10614003632.681046.751.702×10719031004.1877.968×105191002.975.073×10343.941003.4351.509×1045%Q入Q出=2.066×107+0.05Q入根據(jù)熱量平衡Q入=Q出4.285×106+Q入=2.066×106+0.05（4.285×106+Q入）解得Q入=1.746×107kg/h用加壓塔的回流液和精甲醇放出來的熱給常壓塔的再沸器加熱加壓塔回流液和精甲醇放熱為Q放。Q放=（14144+4715）×（1046.75+2.98×45）=2.227107kJ/hQ放=Q入能滿足精餾塔三的需要。冷卻水用量為W水精餾工段總蒸汽消耗為W蒸，總冷卻水消耗為W冷卻水。W蒸=4.160+9.076=13.24t/hW冷卻水=88.73+266.5+5.281+225.2=585.7t/h第四章水冷器的設(shè)備選型計(jì)算4.1水冷器的選型計(jì)算水冷器中冷卻水帶走的熱量Q冷卻水=3.050×107kJ/h，氣體的體積流量為1.482×105m3/h，Vs=41.17m3/s。的計(jì)算合成氣140→40=40-15=25℃水35←15=140-35=105℃℃流流體中心溫度為T內(nèi)、T外。T內(nèi)=（15+35）/2=25℃T外=（140+40）/2=90℃選用光滑型套管式換熱器，用外徑為219mm。壁厚ts為6mm的無縫鋼管做內(nèi)管，用外徑為480mm，壁厚為10mm的無縫鋼管做外管。