万吨甲醇生产厂设计书

1、74年48万吨甲醇生产厂设计设计任务书一、设计目标为某化工总厂设计一个480kt/a合成甲醇分厂。二、设计基础条件1、原料规格：来自总厂造气分厂的净化合成气，压强1.5MPa，温度313.15K，组成为组份COCO2H2N2CH4摩尔分率17.956.4371.223.810.682、产品规格：达到国家标准（GB 388-85）一级品质量标准，分厂生产控制指标为组份CH3OH醛、酮总量烷烃总量水分摩尔分率>0.999<0.00005<0.00005<0.00073、排污要求：含有机物气体用管道送至总厂锅炉房焚烧处理；工艺废水含有机物总量<0.002，用专用管路送至

2、总厂水处理分厂。4、公用工程：供电、供水、供惰性气、供汽、机修等公用工程由总厂统一安排、配套提供。5、厂址地形条件：一侧靠河、另一侧靠总厂内公路，宽度100m，长度无限制。目录1、概述41.1背景和意义41.2产品性质51.3产品用途51.4设计依据62、厂址选择73、生产工艺的选择93.1生产任务93.1.1设计能力93.1.2原料及化学品规格93.1.3产品规格93.1.4副产品规格93.2主要工艺简介113.3甲醇生产工艺的选择123.3.1原料气的选择123.3.2合成工艺的选择133.3.3反应催化剂的选择133.3.4精馏段工艺选择153.4生产工艺参数183.5合成装置简介183

3、.6工艺流程简介213.6.1合成工艺概况213.6.2精馏段工艺概况224、物料衡算234.1合成气组成234.2生产能力计算234.3物料衡算235.热量衡算305.1.合成工段热量衡算305.1.1.合成塔的热平衡计算305.1.2. 入塔换热器的热量计算325.1.3 .水冷器热量的计算335.2.精馏工段热量衡算355.2.1.塔精馏热负荷表355.2.2.加热介质和冷却剂的选择356、设备选型和计算376.1.精馏塔的设计与选用376.1.1.板式塔与填料塔的比较376.1.2.精馏塔的设计计算396.1.3.喷淋装置的数据表426.2 换热器的设计和选用436.2.1 加压精馏塔

4、塔顶出料换热器(E-307)的设计436.2.2.其余换热器型号列表476.3.其它设备选型486.3.1.泵的选型486.3.2.压缩机的选型486.4.设备一览表497、厂区、车间平面布置与立面布置517.1概述517.2总规划说明517.2.1.总的原则517.2.2.主要有毒有害、易燃易爆物质的燃爆性及毒性517.3厂区布置537.3.1厂区布置原则537.2.3 厂房的跨度和柱网布置547.3.车间规划及设备布置说明547.3.1.车间布置547.3.2.具体设备布置557.4.附图558、仪表568.1 仪表、检测控制点说明568.1.1 测量仪表568.2 检测、控制点仪表579

5、、生产安全及环境保护609.1甲醇的危害及防护609.1.1甲醇的物性609.1.2甲醇的危害609.1.3急救措施针对甲醇的危害609.2甲醇储运注意事项609.3甲醇的接触控制及个人防护619.4甲醇的消防常识619.5甲醇意外释放的处理措施6210、技术经济指标6410.1.机构设置及人员配备6410.2.设备估价6410.3.投资估算及成本分析6510.3.1.其它直接费用6610.3.2.间接费用6610.4.运行成本估算6710.5 .产品的产值6810.6经济评价681、概述1.1背景和意义甲醇是最简单的脂肪醇，是重要的化工基础原料和清洁液体燃料，广泛应用予有机合成、染料、医药、

6、涂料、交通、国防等工业中。甲醇是除合成氨之外，唯一由煤经气化和天然气重整大规模合成的化学品，是重要的一碳化工基础产品和有机化工原料。甲醇作为固体煤或是天然气转化成液体清洁燃料，便于储存和运输，是重要的能源载体。由于既可以为做车用替代能源产品，又可以作为高附加值化工产品的特点，甲醇成为近年来煤化工和天然气化工发展的主要产品，也因此，使其合成和应用技术都得到前所未有的发展，可以说，甲醇化学和甲醇化工已经成为化学工业和能源工业的一个重要领域。随着甲醇汽油、柴油的应用，会使甲醇在MTBE方面的需求放缓，MTBE在甲醇的消费结构中约占9 。近年来，精对二甲苯(PTA)发展迅速，逐渐取代了已二酸二甲酯(D

7、MT)在聚酯方面的应用，使DMT在甲醇消费结构中所占比例有所下降。但在其它领域，如醋酸/醋酐、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和燃料方面消费增长更快，这都会使甲醇的消费逐年增长。因此，甲醇行业正呈现出突飞猛进的发展趋势。我国的甲醇工业始于20世纪50年代，曾利用前苏联技术在太原、兰州、吉林采用锌铬系催化剂建有高压法甲醇合成装置。60至70年代，上海吴泾化工厂先后建有以交谈和石脑油为原料的甲醇生产装置，南京化学工业公司研究员研制了合成氨联醇用的中压铜基催化剂，推动了合成氨联产甲醇的工业发展。70年代，四川尼纶厂易用我国第一套抵押甲醇合成装置，以乙炔尾气为原料采用ICI冷激式合成工艺。进入90年代，随着甲

8、醇需求的快速增长，利用引进技术和自主技术建成了数十台甲醇和联醇的生产装置，是我国的甲醇生产得到前所未有的进步。进入21世纪，由于晋级的快速发展，甲醇一方面作为有机化工的原料，如制备甲醛、醋酸、二甲醚等，两一方面作为清洁燃料的代替品得到大量的推广应用使甲醇作为煤化工的主要产品也得到快速的发展，生产能力直线上升，生产技术不断提高，据不完全统计，2005年国内甲醇的产能还只有720万吨，而2008年已发展到2200万吨，实际产量达1126万吨，表观消费量1218万吨。2009年全国新增甲醇装置18套，新增产能约为850万吨，而且各地还在筹划假设的甲醇产能高达4230万吨，其中相当一部分是配套生产的其

9、他煤化工产品的。1.2产品性质甲醇是无色、透明、易挥发的有毒易燃液体，能完全溶解于水、丙酮、醇类、酯类及卤代烷类，其性质如表1。表1 甲醇物性表分子式CH3OH分子量32.04沸点64.564.7闪点16（开口容器）、12（闭口容器）自燃点473（空气中）临界温度240临界压力79.54×105Pa蒸气压1.2897×104Pa比重0.7913（d4）密度0.81g/ml（0）比热2.4702.533J/g（2025）粘度0.5945厘泊（20）导热系数2.09×103J/cm.s.K表面张力22.55×10-5N/cm蒸发潜热35.295KJ/mol（

10、64.7）折射率1.32874（20）熔融热3.169 KJ/mol燃烧热727.038 KJ/mol（25液体）生成热273.79KJ/mol（25液体）爆炸极限636.5体积%（空气中）1.3产品用途（1）甲醇作为基本化工原料，可生产许多重要的有机化合物，其深加工产品目前已达120多种，我国以甲醇为原料的一次加工产品已有30种。以甲醇为原料采用羰基化法生产醋酸，是目前最具竞争力的生产醋酸的方法。由醋酸可进一步生产出极具商业价值的二、三醋酸纤维素。由甲醇生产的其它重要有机化合物有甲醛、甲胺、甲烷氯化物、甲酸、甲酸甲酯、甲酸胺、甲基丙烯酸甲酯、二甲基甲酰胺、二甲基亚枫、碳酸二甲酯、二甲醚、聚乙

11、烯醇、醋酸乙烯等。（2）甲醇可作为新一代燃料。由甲醇和异丁烯合成的MTBE（甲基叔丁基醚）是高辛烷值汽油添加剂，甲醇还可掺烧汽油（如M15）或直接用作汽车燃料，是新一代的能源替代品。（3）甲醇是精细化工与高分子化工的主要原料。由甲醇为基础原料制得的聚甲醛塑料是一种性能优良的工程塑料，可替代金属使用，在汽车工业及电器工业中有广泛的用途。而甲醇直接催化转化成烯烃的技术（MTP和MTO）也已具备了工业化的条件，这将进一步拓展甲醇在石油化工领域中的重要性及其应用领域。（4）由甲醇可生产单细胞蛋白（甲醇蛋白）。甲醇蛋白有许多优点，蛋白转化率高、发酵速度快、无毒性、价格便宜，其生产不受地理位置、气候条件的

12、限制。我国饲养业对蛋白质的需求量很大，发展甲醇蛋白很有前途。甲醇是一种性能优异的清洁燃料，随着世界石油资源的日渐枯竭、环保呼声的日趋高涨，甲醇掺烧汽油及甲醇燃料越来越受到人们的重视，国内许多地区已开始大面积推广。由甲醇生产二甲醚来替代柴油及石油液化气目前也已成为国内研究和投资的热点，这为我国甲醇工业的发展提供了更大的空间。甲醇是一种重要的有机化工基本原料，被广泛应用于有机合成、染料、农药、医药、涂料等行业，其消费量仅次于乙烯、丙烯和苯。甲醇可以用于生产甲醛、甲基叔丁基醚（MTBE）、醋酸、甲酸甲酯、氯甲烷、甲胺、硫酸二甲酯、丙烯酸甲酯、烯烃和二甲醚等有机化工产品。甲醇消费的新途径、新领域、世界

13、各国都在竞相开发，从而促进了甲醇生产的迅速发展。根据专家对未来汽车代用能源的预测，甲醇和液态氢将起到重要作用，因此，甲醇产业的发展前景还是比较乐观的。1.4设计依据 我们此次设计的依据是采用发展成熟并被广泛应用的甲醇合成、精馏工艺，根据中华人民共和国国家标准工业甲醇（GB-338-2004）和美国联邦标准（O-M-232K-98）AA级和A级标准，运用化工原理以及相关知识，利用化工模拟软件PRO/II作为模拟手段，以最大程度的获取相关合成、分离数据，完善生产甲醇的整个工艺过程，实现高效、节能、环保的工艺理念。2、厂址选择我们把年产48万吨甲醇厂选在上海徐泾工业园区。徐泾工业园区于2001年5月

14、经青浦区人民政府批准成立的青浦工业园区配套区，规划开发总面积733公顷。其中，首期开发面积133公顷，至2001年已完成首期开发，二期、三期开发正在进行，140家企业已在园区落户，投资总额116亿元人民币，区内职工总人数10000人。徐泾工业区又位于江南著名的鱼米之乡-青浦区的东大门，从开发区西行20公里，有明清时代青瓦白墙的古镇，依桥而居的流水人家，闻名遐尔的红楼大观园，波光鳞鳞的淀山湖。区内地势平坦，高亢，地质优良，环境安静。区内供电由上海城市电网供配，已建成3.5万伏变电站两座，容量8万KVA，用电大户可由10万伏变电站直接供配。区内实现电话自动化，传输光缆化，能为用户提供IDD，计算机

15、联网专线和图象传输业务。区内道路城市化，主干道与318国道，徐凤公路相连接，为开发区配套的日供水量6万吨的自来水公司，储备量60万立方米的管道煤气站已投入使用，区内供电，供水，通讯，排水等系统完备，目前，正在筹建大型污水处理厂。开发区组建以来，往来客户络绎不绝，至今，已有日本、韩国、德国、美国、新加坡、菲律宾以及香港、台湾等20多个国家和地区的投资者前来考察落户。金朋芯装（上海）有限公司，德国拜尔斯道夫股份公司投资的妮维雅（上海）有限公司，日本黑田电气（上海）有限公司，新加坡的上海泰丰箱包有限公司，香港的郑明明化妆品有限公司，上海家化联合公司，上海关勒名有限公司等公司。交通徐泾工业区位于上海市

16、区的西侧，是继虹桥开发区，漕河经开发区之后，离市中心最近的工业开发区，距虹桥国际机场六公里，上海港口四十五公里。经济区南有国家一级公路-318国道和沪青平高速公路，北有北青公路，东临沪杭铁路，是上海通往全国各地的必经之路。园区产业根据园区产业发展的规划，以发展电子信息业、精细化工业作为工业区的主导产业。自建区以来，已累计投入基础设施建设资金4亿元，建造标准厂房6.54万平方米。现有落户企业中，主要有金朋（上海）有限公司、上海五洋药业健康产品有限公司、上海展华电子有限公司、上海国家会计学院、尤妮佳（上海）有限公司等，2002年完成工业总产值20亿元，实现利润2亿元，实缴税收2.5亿元。未来发展随

17、着工业区内基础设施建设的不断完善，上海市三环线建设和虹桥路，延安路（西段）高架公路及高速公路入城段的建成，开发区地理位置地优势将能得到更完美的体现。徐泾工业区总体目标是建设一个具有优越的投资环境，优良的服务体系和优惠的投资政策、集多功能，现代化，外向型一体的工业园区，使前来投资的客商得到更优厚的回报。3、生产工艺的选择3.1生产任务3.1.1设计能力设计甲醇生产能力480kt/a，按年操作330天，甲醇损失率3%，另外设计裕度量按照6%考虑，则甲醇生产能力约为：实际生产取1600t/d。则实际每小时甲醇生产量为2080.94kmlo/h。3.1.2原料及化学品规格来自总厂造气分厂的净化合成气，

18、压强1.5MPa，温度313.15K，组成为组份COCO2H2N2、Ar等惰性气体CH4摩尔分率%17.956.4371.223.810.683.1.3产品规格达到国家标准(GB 388-85)一级品质量标准，分厂生产控制指标为组份CH3OH醛、酮总量烷烃总量水分摩尔分率>0.999<0.00005<0.00005<0.00073.1.4副产品规格符合中华人民共和国国家标准工业甲醇（GB-338-2004）和美国联邦标准（O-M-232K-98）AA级和A级标准，具体规定见表2和表3。表2 中华人民共和国国家标准工业甲醇GB-338-2004序号项 目指 标优等品一等品

19、合格品1色度/HaZen单位（铂-钴色号）5102密度（20），g/cm30.791-0.7920.791-0.7933沸程（101.3KPa，）6465.5范围内4包括64.6±0.1/0.81.01.55高锰酸钾试验/min5030206水混溶性试验通过试验(1+3)通过试验(1+3)7水分质量分数/%0.100.158酸度质量分数（以HCOOH计）/%0.00150.00300.00509或碱度质量分数（以NH3计）/%0.00020.00080.001510羰基化合物质量分数（以CH2O计）/%0.0020.0050.01011蒸发残渣质量分数%0.0010.0030.005

20、12硫酸洗涤试验/HaZen单位(铂-钴色号)5013乙酸质量分数/%供需双方协商表3美国工业甲醇A级和AA级标准(O-M-232K-98)序号指 标 名 称指 标A级AA级1乙醇/PPm(w)102丙酮/PPm(w)30203游离酸（Hac计）/PPm(w)30304外观无色透明，无悬浮物，无沉淀物无色透明，无悬浮物，无沉淀物5可炭化物(浓硫酸洗)颜色(铂-钴色号)NO.30NO.306色度/(铂-钴色号)不暗于ASTM的铂-钴标度5不暗于ASTM的铂-钴标度57馏程（760mmHg，64.6±0.1）/118比重d2020/g/cm30.79280.79289不挥发物/mg/10

21、0ml101010气味醇类特征，无其它气味醇类特征，无其它气味11高锰酸钾试验30分钟内褪色30分钟内褪色12水质量分数/%褪色0.150.13.2主要工艺简介甲醇是重要的化工原料,在有机合成、染料、医药、涂料等领域有着广泛的应用。目前，国际上主要的甲醇生产工艺主要以天然气制甲醇为主，先进的生产技术有DAV Y (原I. C. I)、O PSO E、U hde、L u rgi 公司甲醇技术等，不同的甲醇生产技术主要差异在于甲醇合成塔的不同选择。甲醇的生产工艺目前主要有以下几种：天然气制甲醇法，煤、焦炭制甲醇法，油制甲醇法，联醇生产法。（1）以天然气生产甲醇原料气有蒸汽转化、催化部分氧化、非催化

22、部分氧化等方法,其中蒸汽转化法应用得最广泛,它是在管式炉中常压或加压下进行的。（2）油制甲醇法的油品主要有二类:一类是石脑油,另一类是重油。目前用石脑油生产甲醇原料气的主要方法是加压蒸汽转化法，石脑油的加压蒸汽转化需在结构复杂的转化炉中进行，转化炉设置有辐射室与对流室,在高温、催化剂存在下进行烃类蒸汽转化反应。以重油为原料制取甲醇原料气有部分氧化法与高温裂解法两种途径，裂解法需在1400以上的高温下,在蓄热炉中将重油裂解,缺点是虽然可以不用氧气,但设备复杂,操作麻烦,生成炭黑量多。（3）与合成氨联合生产甲醇简称联醇，联醇生产的工艺条件是在压缩机五段出口与铜洗工序进口之间增加一套甲醇合成的装置,

23、包括甲醇合成塔、循环机、水冷器、分离器和粗甲醇贮槽等有关设备,工艺流程是压缩机五段出口气体先进人甲醇合成塔,大部分原先要在铜洗工序除去的一氧化碳和二氧化碳在甲醇合成塔内与氢气反应生成甲醇。优点是一氧化碳含量明显降低，能耗降低较明显。（4）煤、焦炭制甲醇的工艺路线包括燃料的气化、气体的脱硫、变换、脱碳及甲醇合成与精制。其中，以煤、焦炭为原料制甲醇的工艺流程图如下：图1 焦炉气制甲醇生产工艺流程图3.3甲醇生产工艺的选择生产甲醇的主要方程式为：合成甲醇过程中发生的主要副反应有：目前市场上生产甲醇的工艺路线从原料来源上主要分为天然气制甲醇、煤焦炭（焦炉气）制甲醇、油制甲醇以及合成氨联产甲醇四种工艺；

24、从合成工艺上主要可以分为低压、中压和高压合成。3.3.1原料气的选择由于天然气的使用限制，我们小组讨论决定用焦炉气作为合成气制甲醇的原料气。众所周知，我国是一个焦炭生产大国,焦炭产量居世界第1位。焦炉煤气是在炼焦过程中,在产出焦炭和焦油产品的同时所得到的可燃气体,是炼焦过程的副产品。焦炉气除部分返回炼焦炉用作加热燃料外,剩余的焦炉气主要用作城市居民的燃料气,随着天然气作为燃料的普及，有相当数量的焦炉气通过火炬燃烧放空,不仅造成大量资源浪费,而且严重污染环境。利用焦炉气生产甲醇，不仅可以合理利用资源，也减轻了废气的排放，所以，用焦炉气生产甲醇是一项环保项目。3.3.2合成工艺的选择甲醇是醇类中最

25、简单的一元醇。1661年英国化学家R.波义耳首先在木材干馏后的液体产物中发现甲醇，故甲醇俗称木精、木醇。在自然界只有某些树叶或果实中含有少量的游离态甲醇，绝大多数以酯或醚的形式存在。1857年法国的M·贝特洛在实验室用一氯甲烷在碱性溶液中水解也制得了甲醇。1923年德国BASF公司首先用合成气在高压下实现了甲醇的工业化生产，直到1965年，这种高压法工艺是合成甲醇的唯一方法。1966年英国ICI公司开发了低压法工艺，接着又开发了中压法工艺。1971年德国的Lurgi公司相继开发了适用于天然气渣油为原料的低压法工艺。由于低压法比高压法在能耗、装置建设和单系列反应器生产能力方面具有明显的

26、优越性，所以从70年代中期起，国外新建装置大多采用低压法工艺。世界上典型的甲醇合成工艺主要有ICI工艺、Lurgi工艺和三菱瓦斯化学公司(MCC)工艺。目前，国外的液相甲醇合成新工艺具有投资省、热效率高、生产成本低的显著优点，尤其是LPMEOHTM工艺，采用浆态反应器，特别适用于用现代气流床煤气化炉生产的低H2(COCO2)比的原料气，在价格上能够与天然气原料竞争。如今，低压法生产甲醇已经逐渐取代了高压法生产甲醇的工艺。在当今世界上ICI和Lurgi是两种主要的低压合成甲醇工艺。现对两种工艺从流程情况、床层温度分布状况、催化剂的使用效果及动力消耗等方面进行比较。Lurgi低压甲醇合成工艺反应床

27、层的温度比ICI低压甲醇合成工艺的床层温度更易于控制和调节，并且反应床层温度的分布也更台理，因而催化剂活性高，时空产率比ICI法高一倍左右。Lurgi低压甲醇合成工艺比ICI低压甲醇台成工艺可更有效地提高产品质量和原料气的单程转化率。Lurgi低压甲醇合成工艺比ICI低压甲醇合成工艺动力消耗低，生产成本也较低Lurgi低压甲醇合成工艺还能利用反应热副产中压蒸汽，能量的利用比ICI低压甲醇合成工艺更为有效。ICI法最大的特点是合成塔结构简单，材料没有特殊要求，设备易制造；而Lurgi甲醇合成塔管材采用双相不锈钢，加工较复杂。通过以上各种因素的比较，可以看出在大批量的工业生产中Lurgi法优于IC

28、I法。综上考虑，我们确定合成工艺选用Lurgi低压法合成甲醇的工艺路线。3.3.3反应催化剂的选择经过长时间的研究开发和工业实践，广泛使用的合成甲醇催化剂主要有两大系列：一种是以氧化铜为主体的铜基催化剂，一种是以氧化锌为主体的锌基催化剂。锌基催化剂机械强度好.耐热性好，对毒物敏感性小，操作的适宜温度为350400，压力为2532MPa(寿命为23年)；铜基催化剂具有良好的低温活性，较高的选择性，通常用于低、中压流程。耐热性较差，对硫、氯及其化合物敏感，易中毒。操作的适宜温度为220270，压力为515MPa(一般寿命为23年)。通过操作条件的对比分析，可知使用铜基催化剂可大幅度节省投资费用和操

29、作费用，降低成本。随着脱硫技术的发展，使用铜基催化剂己成为甲醇合成工业的主要方向，锌基催化剂已于80年代中期淘汰。表3.3国内外常用铜基催化剂特性对比催化剂型号组分/操作条件CuOZnOAl2O3压力/MPa温度/英国ICI 51-36030107.8-11.8190270德国LG104513244.9210240美国C79-2-1.5-11.7220330丹麦LMK4010-9.8220270中国C302系列513245.0-10.0 210280中国XCN-985220 85.010.0 200290从上表的对比可以看出，国产催化剂的铜含量已提50%以上。制备工艺合理，使该催化剂的活性、选

30、择性、使用寿命和机械强度均达到国外同类催化剂的先进水平，并且价格较低。由下图CO的转化率与温度、压力关系图中可以看出，低温低压有利于CO的转化率提高，所以铜基催化剂是很好的选择。图3.2 CO转化率与温度、压力关系图我们小组采用的是四川天一科技股份有限公司研制和开发的XNC-98甲醇合成催化剂，这款产品目前已在国内20多套大、中、小型工业甲醇装置上使用,运行情况良好。它是一种高活性、高选择性的新催化剂。用于低温、低压下由碳氧化物与氢合成甲醇，具有低温活性高、热稳定性好的特点。常用操作温度200290,操作压力5.010.0 MPa。表3.4 XNC-98主要物性参数型号XNC-98主要物质铜、

31、锌和铝等含氧化合物外观有色金属光泽的圆柱体堆积密度1.31.5kg/L外型尺寸5×(4.55)mm径向抗压强度200N/cm催化剂寿命在正常情况下，使用寿命为2年以上催化剂活性230时：催化剂的时空收率1.20 kg/(L.h)250时：催化剂的时空收率1.55 kg/(L.h)3.3.4精馏段工艺选择甲醇精馏按工艺主要分为三种：双塔精馏工艺技术、带有高锰酸钾反应的精馏工艺技术和三塔精馏工艺技术。双塔精馏工艺技术由于具有投资少、建设周期短、操作简单等优点，被我国众多中、小甲醇生产企业所采用。其在联醇装置中得到了迅速推广。带有高锰酸钾反应的精馏工艺技术仅在单醇生产中用锌铬为催化剂的产品

32、中有应用。近年来.随着甲醇合成铜基催化剂的广泛应用和气体净化水平的提高。粗甲醇生产中的副反应减少和杂质的降低，此工艺流程己经很少采用。三塔精馏工艺技术是为减少甲醇在精馏中的损耗和提高热利用率，而开发的一种先进、高效和能耗较低的工艺流程。近年来在大、中型企业中得到了推广和应用。（1） 双塔精馏工艺国内中、小甲醇厂大部分都选用双塔精馏工艺传统的主、预精馏塔几乎都选用板式结构。双塔精馏工艺流程见下图。来自合成工段含醇90%的粗甲醇，经减压进入粗甲醇贮槽。经粗甲醇预热器加热到45后进入预精馏塔。甲醇的精馏分2个阶段：先在预塔中脱除轻馏分.主要是二甲醚；后进入主精馏塔，进一步把高沸点的重馏分杂质脱除，主

33、要是水、异丁基油等。从塔顶或侧线采出.经精馏甲醇冷却器冷却至常温后，就可得到纯度在99.9%以上的符合国家指标的精甲醇产品。该工艺具有流程简单，运行稳定，操作方便，一次投资少的特点。该工艺适合于原料粗甲醇中二甲醚等轻组分、还原性杂质量较低的粗甲醇加工。1预精馏塔； 2主精馏塔图3.3 双塔精馏工艺（2） 三塔精馏工艺近年来，许多企业原有甲醇双塔精馏装置己不能满足企业的需要。随着生产的强化，不仅消耗大幅度上升，而且残液中的甲醇含量也大大超过了工艺指标。对企业的达标排放构成了较大的威胁。 甲醇三塔精馏工艺技术是为了减少甲醇在精馏过程中的损耗，提高甲醇的收率和产品质量而设计的。预精馏塔后的冷凝器采用

34、一级冷凝，用以脱除二甲醚等低沸点的杂质，控制冷凝器气体出口温度在一定范围内。在该温度下，几乎所有的低沸点馏分都为气相，不造成冷凝回流。脱除低沸点组分后，采用加压精馏的方法，提高甲醇气体分压与沸点，减少甲醇的气相挥发，从而提高了甲醇的收率。作为一般要求的精甲醇经加压精馏塔后就可以达到合格的质量。如作为特殊需要，则再经过常压精馏塔的进一步提纯。生产中加压塔和常压塔同时采出精甲醇，常压塔的再沸器热量由加压塔的塔顶气提供，不需要外加热源。粗甲醇预热器的热量由精甲醇提供，也不需要外供热量。因此.该工艺技术生产能力大，节能效果显著，特别适合较大规模的精甲醇生产。1 预精馏塔 2加压精馏塔 3 常压精馏塔图

35、3.4 三塔精馏工艺(3) 双塔精馏与三塔精馏的比较<1>工艺流程。三塔精馏与双塔精馏在流程上的区别在于三塔精馏采用了2台主精馏塔(其中1台是加压塔)和1台常压塔，较双塔流程多1台加压塔。这样，在同等的生产条件下，降低了主精馏塔的负荷，并目常压塔利用加压塔塔顶的蒸汽冷凝热作为加热源，所以三塔精馏既节约蒸汽，又节省冷却水。<2>蒸汽消耗。在消耗方面,由于常压塔加压塔的蒸汽冷凝热作为加热源，所以三塔精馏的蒸汽消耗相比双塔精馏要低。<3>产品质量。三塔精馏与双塔精馏在产品质量上最大的不同是三塔精馏制取的精甲醇中乙醇含量低，一般小于50×10-6,而双塔精

36、馏制取的精甲醇中乙醇含量为400×10-6500×10-6，三塔精馏制取的精甲醇纯度可达99.99%，含有的有机杂质相对较少。<4>设备投资。三塔精馏的流程较双塔精馏流程要复杂，所以在投资方面，同等规模三塔精的设备投资要比双塔精馏高出20%30%。<5>操作方面。由于双塔精馏具有流程简单,运行稳定的特点,所以在操作上较三塔精馏要方便简单。表3.5双塔精馏与三塔精馏的投资与操作费用比较表项目双塔精馏三塔精馏生产规模t/a1052.51052.5投资100100100113122.3129操作费用1001001006466.771能耗1001001006

37、060.461.2注：投资、操作费用、能耗为相对数我们小组最终决定采用三塔精馏的精馏段工艺，既能保证甲醇的质量，也能进一步节能，使能量得到更好地利用。3.4生产工艺参数根据各个工艺路线的参考与比对，我们小组最终选定了自己的甲醇生产工艺路线，详细参数见下表：表3.5甲醇合成工段设计参数工艺参数工段温度()压力(Mpa)新鲜气40.001.50入塔气170.005.50出塔气230.005.50脱盐水冷凝器进料120.005.50出料70.004.85水冷却器进料70.004.85出料50.004.803.5合成装置简介甲醇合成反应器实际是甲醇合成系统中最重要的设备。从操作结构，材料及维修等方面考

38、虑，甲醇合成反应器应具有以下要求：（1）催化剂床层温度易于控制，调节灵活，能有效移走反应热，并能以较高位能回收反应热；（2）反应器内部结构合理，能保证气体均匀通过催化剂床层，阻力小，气体处理量大，合成转化率高，催化剂生产强度大；（3）结构紧凑，尽可能多填装催化剂，提高高压空间利用率；高压容器及内件间无渗漏；催化剂装御方便；制造安装及维修容易。甲醇合成塔主要由外筒、内件和电加热器三部分组成。内件事由催化剂筐和换热器两部分组成。根据内件的催化剂筐和换热器的结构形式不同，甲醇内件份为若干类型。按气体在催化剂床的流向可分为：轴向式、径向式和轴径复合型。按催化剂筐内反应惹得移出方式可分为冷管型连续换热式

39、和冷激型多段换热式两大类。按换热器的形式分为列管式、螺旋板式、波纹板式等多种形式。目前，国内外的大型甲醇合成塔塔型较多，归纳起来可分为五种： （1）冷激式合成塔这是最早的低压甲醇合成塔，是用进塔冷气冷激来带走反应热。该塔结构简单，也适于大型化。但碳的转化率低，出塔的甲醇浓度低，循环量大，能耗高，又不能副产蒸汽，现已经基本被淘汰。（2）冷管式合成塔这种合成塔源于氨合成塔，在催化剂内设置足够换热面积的冷气管，用进塔冷管来移走反应热。冷管的结构有逆流式、并流式和U型管式。由于逆流式与合成反应的放热不相适应，即床层出口处温差最大，但这时反应放热最小，而在床层上部反应最快、放热最多，但温差却又最小，为克

40、服这种不足，冷管改为并流或U形冷管。如1984年ICI公司提出的逆流式冷管型及1993年提出的并流冷管TCC型合成塔和国内林达公司的U形冷管型。这种塔型碳转化率较高但仅能在出塔气中副产0. 4MPa的低压蒸汽。日前大型装置很少使用。（3）水管式合成塔 将床层内的传热管由管内走冷气改为走沸腾水。这样可较大地提高传热系数，更好地移走反应热，缩小传热面积，多装催化剂，同时可副产2.5Mpa4.0MPa的中压蒸汽，是大型化较理想的塔型。（4）固定管板列管合成塔 这种合成塔就是一台列管换热器，催化剂在管内，管间（壳程)是沸腾水，将反应热用于副产3.0MPa4.0MPa的中压蒸汽。代表塔型有Lurgi公司

41、的合成塔和三菱公司套管超级合成塔，该塔是在列管内再增加一小管，小管内走进塔的冷气。进一步强化传热，即反应热通过列管传给壳程沸腾水，而同时又通过列管中心的冷气管传给进塔的冷气。这样就大大提高转化率，降低循环量和能耗，然而使合成塔的结构更复杂。固定管板列管合成塔虽然可用于大型化，但受管长、设备直径、管板制造所限。在日产超过2000t时，往往需要并联两个。这种塔型是造价最高的一种，也是装卸催化剂较难的一种。随着合成压力增高，塔径加大，管板的厚度也增加。管板处的催化剂属于绝热段;管板下面还有一段逆传热段，也就是进塔气225，管外的沸腾水却是248，不是将反应热移走而是水给反应气加热。这种合成塔由于列管

42、需用特种不锈钢，因而是造价非常高的一种。（5）多床内换热式合成塔 这种合成塔由大型氨合成塔发展而来。日前各工程公司的氨合成塔均采用二床(四床)内换热式合成塔。针对甲醇合成的特点采用四床（或五床)内换热式合成塔。各床层是绝热反应，在各床出口将热量移走。这种塔型结构简单，造价低，不需特种合金钢，转化率高，适合于大型或超大型装置，但反应热不能全部直接副产中压蒸汽。典型塔型有Casale的四床卧式内换热合成塔和中国成达公司的四床内换热式合成塔。合成塔的选用原则一般为：反应能在接近最佳温度曲线条件下进行，床层阻力小，需要消耗的动力低，合成反应的反应热利用率高，操作控制方便，技术易得，装置投资要底等。综上

43、所述和借鉴大型甲醇合成企业的经验，（大型装置不宜选用激冷式和冷管式），设计选用固定管板列管合成塔。这种塔内甲醇合成反应接近最佳温度操作线，反应热利用率高，虽然设备复杂、投资高，但是由于这种塔在国内外使用较多，具有丰富的管理和维修经验，技术也较容易得到；外加考虑到设计的是年产35万吨的甲醇合成塔，塔的塔径和管板的厚度不会很大，费用也不会很高，所以本设计采用了固定管板列管合成塔。设计条件一般为：操作压力5.27MPa，操作温度230255。在列管式反应器(管壳式)里，有管内装催化剂、管间用沸腾水移去反应热，和管间装催化剂、管内走水两种类型，气体都呈轴向流。该塔的特点是：床层内温度比较平稳，除进口处

44、有一定温升(一般从230升至255左右)，大部分床层均处于250255之间操作，塔中下部位温度变化小(热点温差一般不超过15)；另一方面由于传热面积与床层体积比大(约80m2/m3)，移热迅速，同平面温差较小，有利于延长催化剂的寿命，并允许原料气中含较高的CO。 能准确、灵敏地控制反应温度，由于该反应器床层温度是通过调节蒸汽汽包压力来控制，灵敏度高达0.3。 与冷激型反应器相比，合成效率较高，合成塔出口甲醇含量高，循环气量减少。 以较高位能回收反应热，可副产约2.13.5MPa的中压蒸汽(压力随催化剂型号和使用时间而定)。不足的是：(1)结构相对比绝热型复杂，设备制造费相对较高。(2)虽然塔压

45、降较ICI小，但气体在该塔内呈轴向流，塔压降仍比径向流大。(3)反应曲线与后面将要论述的等温型或均温型反应器相比，偏离最佳温度曲线仍较远。对于催化剂装在管内的管壳式反应器，还存在着两点不足： 由于管数较多，装催化剂不容易均匀，催化剂的装卸也相对较困难。随着开车时间的进行，管内装的催化剂收缩较大，管上部出现较大的空间，合成气体先吸热，进入催化剂床层反应后才能放热，整体热利用率不尽合理。图3.5 Lurgi合成塔示意图3.6工艺流程简介3.6.1合成工艺概况图3.6 甲醇合成工段流程图如上图所示，来自造气厂的合成气的温度为40，压力为1.5MPa，通过第一个压缩机被压缩为2.5MPa,再经过第二个

46、压缩机被压缩到5.5MPa，进入预热器加热至170，进入甲醇合成反应器，设定CO转化率为45%，CO2转化率为25%，其他副产物转化率为0.1%，反应得到的混合器返回预热器，作为加热进料气的热源，同时自身降温至150左右，进入脱盐水冷凝器，冷却至70，在经过一个冷却水换热器，降温至50，进入闪蒸罐，进行气液分离，分出大部分反应气体，其中大部分反应器继续回到第二个压缩机作为循环气使用，极小部分作为驰放气排出。闪蒸罐下部出来的物料进入精馏工段。3.6.2精馏段工艺概况图3.7甲醇三塔精馏工段流程图如上图所示，来自合成甲醇工序闪蒸后的出口产品，由于其温度已经比较低了，因此直接用回流泵送入预精馏塔中，

47、在塔顶除去轻组分及不凝气；塔底的甲醇水溶液再由泵送至加压塔中。加压塔操作压力为400KPa，塔顶甲醇蒸气经过常压塔塔釜再沸器，一部分作为热源利用后回到加压塔中，另一部分冷凝后作为精甲醇产品回收，加压塔塔釜出料进入常压塔继续精馏后得到甲醇精制产品。详细的工艺流程图及带控制点的工艺流程图见附录。4、物料衡算4.1合成气组成来自总厂造气分厂的净化合成气，压强1.5MPa，温度313.15K，组成为组份COCO2H2N2、Ar等惰性气体CH4摩尔分率%17.956.4371.223.810.684.2生产能力计算设计甲醇生产能力480kt/a，按年操作330天，甲醇损失率3%，另外设计裕度量按照6%考

48、虑，则甲醇生产能力约为：4.3物料衡算甲醇合成反应式：主反应 （1） （2） 副反应 （3） （4） （5）CO和CO2的总反应转化率定为95%，则需要的进气量为M=5618kmol/h通过PRO/II模拟，合成工段图如下：图4.1 合成工段流程图图4.2 精馏工段流程图计算结果如下表：表4.1甲醇生产工艺物料衡算表NameS1S2S3S4S5摩尔流量kmol-hPhaseVaporVaporVaporVaporVapor H26267.366267.3643074.157643074.157637951.1158 H2O0076.62276.622640.9529 CO1579.61579.

49、61660.09251660.092583.0048 CO2565.84565.8400594.4065594.406529.7203 N2334.4334.48886.08628886.08628821.6343 CH452.852.80001400.98061400.98061390.8198 AR00000 C2H6O000.02530.02530.2367 C2H6O2000.00010.00010.2119甲醛002.31472.31472.6963 CH4O00426.6155426.61552563.9671总摩尔流量kmol / hr8800880056121.30125612

50、1.301251484.3599温度 40108.719163.8555170210压力 MPa1.52.55.55.55.5摩尔质量10.454210.45427.94747.94748.612焓值kJ / kg173.6789360.2245599.67621.8839939.5132比热CpkJ/kg-C2.85362.89763.81353.81523.686摩尔分数 H20.71220.71220.76750.76750.7371 H2O000.00140.00140.0124 CO0.17950.17950.02960.02960.0016 CO20.06430.06430.010

51、60.01060.0006 N20.0380.0380.15830.15830.1713 CH40.0060.0060.0250.0250.027 AR00000 C2H6O00000 C2H6O200000甲醛00000 CH4O000.00760.00760.0498NameS6S7S8S9S10摩尔流量kmol-hPhaseVaporVaporMixedMixedVapor H237951.115837951.115837951.11585.87150.641 H2O640.9529640.9529640.9529561.9610.0015 CO83.004883.004883.00480.02280.0015 CO229.720329.720329.72030.27030.0006 N288