年产30万吨煤制甲醇合成工段初步设计

/目录TＯC\o”1—1＂\h\z\t＂标题3，３,样式３,2＂HYPＥRＬＩNK\l＂＿Toc323６38９85"第1章概述ﻩ２3６3８9８5＼h4HYＰERＬINK\l＂_Toｃ323638９８6＂１.1甲醇性质 PAGERＥF_Toc323６38986\h4HYPERLINK＼l"＿Ｔoｃ3236３８98７”１。２甲醇用途ﻩＰAGEＲEF_Tｏｃ３23638９87\h４ＨYPERＬINK＼l"_Toc323６３８98８＂１。3甲醇生产工艺的发 PＡGEREF_Ｔｏc323638988\h4ＨYPERLINK\l”_Tｏc３23６3８9８9"1。４甲醇生产原料 PAGＥＲEF＿Ｔoc３２3638９8９＼h5ＨYＰＥRLINK\l"_Toc32３６38990”第2章工艺流程设计 PAGEREF_Ｔｏc３23６38990\h6ＨYPERLINＫ\ｌ"_Tｏc323６389９1"2.1合成甲醇工艺的选择ﻩPAGEREF＿Toc3236３８991＼h6ＨＹPERLINK第３章工艺流程 PAGＥREF_Ｔoc３23639000\h10HYPEＲLＩNK\ｌ”_Tｏｃ3２3639001"3．1甲醇合成工艺流程ﻩPＡGＥREF_Ｔoc323639001\h１0ＨＹＰERLＩNK＼ｌ"＿Toc32３６3900４"第4章工艺计算 ＰAGＥREＦ_Toc32３６39004\h12HＹPERLINK＼l＂_Ｔoｃ323639０05"4.1物料衡算ﻩＰAGＥRＥF_Toc３２３６390０５\h１2HYPERLINK\l”_Toc32３63９0０７＂4．1.1合成工段 PＡＧＥRＥＦ_Toc32３639０0７\h1３HＹPERＬＩNＫ＼l＂_Toｃ3236390０8"4．2能量衡算ﻩPＡGEREF_Toc3236３90０８\h１8HYPＥＲLINＫ\ｌ”_Ｔｏｃ323６39009＂4.2。1煤发电量 PAGEREF_Toｃ3236390０9\h18HYＰEＲLＩNＫ\ｌ"_Toc32363９010"４。２。2合成工段 PＡGＥREF_Toｃ323639010＼h18ＨYＰERLINK\l"_Toc323639011”第5章主要设备的计算和选型ﻩＰＡGＥＲＥF＿Toc3236３9011\h2２HYPERLＩＮK\ｌ＂＿Ｔoc323639012”5.1甲醇合成塔的设计ﻩPAＧEREF_Tｏc３2363９０1２\h22HYPＥRＬINＫ\l”_Ｔoc３２3６３9013”5.２水冷器的工艺设计 PＡGＥREF_Toc32３６39013\h2５ＨYPERLＩNK\l＂_Tｏc32３6３90１４”5。3循环压缩机的选型 PAGＥRＥF＿Toc３２３6３９0１4＼h28HYPERLIＮK＼ｌ"_Toc32３６39０15”5．4气化炉的选型ﻩPＡGEＲEF_Ｔｏｃ323６3９015＼ｈ２8HＹPＥＲLINK\l”_Toｃ3236３9016”5。5甲醇合成厂的主要设备一览表ﻩPAGERＥF_Toc32363901６\h２8HYPＥRLINＫ＼l＂_Toc３２363９０17”第6章合成车间设计 PＡGEＲＥF＿Ｔoc３23639０１7\h29HYPＥRLＩＮK参考文献 PAGＥRＥＦ_Toc3２3639０21\h3１HYPERLINK\l"_Toc3２3６39０2２＂致谢ﻩPＡGERＥF_Toc3２3639022\h32第1章概述1。1甲醇性质甲醇俗称木醇、木精，英文名为metｈanol,分子式CH3OH。是一种无色、透明、易燃、有毒、易挥发的液体，略带酒精味；分子量32．0４，相对密度0.79１4（ｄ4２0），蒸气相对密度1．１1（空气=１），熔点—９7。8℃，沸点64。7℃，闪点（开杯）16℃，自燃点47３℃,折射率(20℃）1。3２87，表面张力(2５℃)45．0５mN／m，蒸气压（2０℃）12.265ｋPa,粘度（20℃）0。5９4５ｍPa•ｓ。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮类和大多数其他有机溶剂混溶。蒸气与空气形成爆炸性混合物,爆炸极限６．0%~3６.５﹪（体积比).化学性质较活泼，能发生氧化、酯化、羰基化等化学反应。１.2甲醇用途甲醇是重要有机化工原料和优质燃料,广泛应用于精细化工，塑料,医药,林产品加工等领域。甲醇主要用于生产甲醛，消耗量要占到甲醇总产量的一半，甲醛则是生产各种合成树脂不可少的原料。用甲醇作甲基化试剂可生产丙烯酸甲酯、对苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醇羰基化可生产醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有机合成中间体，它们是制造各种染料、药品、农药、炸药、香料、喷漆的原料,目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重视。甲醇也是一种重要的有机溶剂，其溶解性能优于乙醇，可用于调制油漆。作为一种良好的萃取剂，甲醇在分析化学中可用于一些物质的分离.甲醇还是一种很有前景的清洁能源,甲醇燃料以其安全、廉价、燃烧充分,利用率高、环保的众多优点，替代汽油已经成为车用燃料的发展方向之一；另外燃料级甲醇用于供热和发电,也可达到环保要求.甲醇还可经生物发酵生成甲醇蛋白，富含维生素和蛋白质,具有营养价值高而成本低的优点，用作饲料添加剂，有着广阔的应用前景。１。3甲醇生产工艺的发展甲醇是醇类中最简单的一元醇。１６61年英国化学家R.波义耳首先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/(CO+CO2）比的原料气，在价格上能够与天然气原料竞争。我国的甲醇生产始于195７年,５0年代在吉林、兰州和太原等地建成了以煤或焦炭为原料来生产甲醇的装置。60年代建成了一批中小型装置，并在合成氨工业的基础上开发了联产法生产甲醇的工艺。7０年代四川维尼纶厂引进了一套以乙炔尾气为原料的95kt/a低压法装置,采用英国ＩCＩ技术。19９5年12月，由化工部第八设计院和上海化工设计院联合设计的20０kt／ａ甲醇生产装置在上海太平洋化工公司顺利投产，标志着我国甲醇生产技术向大型化和国产化迈出了新的一步。２000年,杭州林达公司开发了拥有完全自主知识产权的JW低压均温甲醇合成塔技术，打破长期来被ICＩ、Lurｇi等国外少数公司所垄断拥的局面,并在200４年获得国家技术发明二等奖。2005年，该技术成功应用于国内首家焦炉气制甲醇装置上.1。4甲醇生产原料合成甲醇的工业生产是以固体（如煤、焦炭)、液体(如原油、重油、轻油）或气体(如天然气及其它可燃性气体）为原料，经造气、净化(脱硫)变换,除二氧化碳,配制成一定配比的合成气。在不同的催化剂存在下，选用不同的工艺条件可单产甲醇（分高、中、低压法)，或与合成氨联产甲醇（联醇法）.将合成后的粗甲醇经预精镏脱除甲醚，再精镏而得成品甲醇.自１923年开始工业化生产以来，甲醇合成的原料路线经历了很大变化.20世纪５0年代以前多以煤和焦碳为原料；50年代以后，以天然气为原料的甲醇生产流程被广泛应用；进入６0年代以来，以重油为原料的甲醇装置有所发展。对于我国,从资源背景看，煤炭储量远大于石油、天然气储量，随着石油资源紧缺、油价上涨,因此在大力发展煤炭洁净利用技术的背景下,在很长一段时间内煤是我国甲醇生产最重要的原料[4］。第2章工艺流程设计甲醇合成甲醇精馏图１煤制甲醇的简单工艺流程首先是采用GSＰ气化工艺将原料煤气化为合成气;然后通过变换和NHD脱硫脱碳工艺将合成气转化为满足甲醇合成条件的原料气；第三步就是甲醇的合成，将原料气加压到5．1４Ｍｐａ，加温到225℃后输入列管式等温反应器，在XNC—98型催化剂的作用下合成甲醇,生成的粗甲醇送入精馏塔精馏，得到精甲醇。然后利用三塔精馏工艺将粗甲醇精制得到精甲醇。２.1合成甲醇工艺的选择甲醇合成的典型工艺主要是:低压工艺(ＩCI低压工艺、Lｕrgi低压工艺)、中压工艺、高压工艺。甲醇合成工艺中最重要的工序是甲醇的合成，其关键技术是合成甲醇催化剂的和反应器，设计采用用的是低压合成工艺.2.1．1甲醇合成塔的选择目前，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（2）冷管式合成塔（３）水管式合成塔（４）固定管板列管合成塔(5）多床内换热式合成塔综上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20万吨的甲醇合成塔（日产量为650吨左右)，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。２.1．2催化剂的选用(1）甲醇合成催化剂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3５0～４0０℃，压力为25～３2MPa（寿命为２~3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220～270℃，压力为5～１5MPa（一般寿命为2～3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1国内外常用铜基催化剂特性对比［10]催化剂型号组分／％操作条件CuＯZｎＯAｌ２O３压力/MPa温度/℃英国ICI51-360３0１０７。8－1１．8190~２７0德国LG１0４513244。9210～240美国C79-2—--1．5-1１.７220~３３0丹麦LＭＫ４0１０—９．8２２0～270中国C302系列51324５．０－10．０210~280中国ＸCＮ－９８522085.0～１0。０2００～2９0从表的对比可以看出,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。(2）XＮC—９８甲醇合成催化剂简介：XNＣ—98型催化剂是四川天一科技股份有限公司研制和开发的新产品。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200~２90℃，操作压力5。０～1０．0MPa。催化剂主要物化性质:催化剂由铜、锌和铝等含氧化合物组成。外观:有色金属光泽的圆柱体堆积密度：1．3～1．５kg/L外型尺寸：5×（４。５～5）mｍ径向抗压强度:≥20０Ｎ／cm催化剂活性和寿命：在该催化剂质量检验规定的活性检测条件下，其活性为：230℃时:催化剂的时空收率≥１．2０kg／（L。h)250℃时：催化剂的时空收率≥1.５５kg/（L.h）在正常情况下,使用寿命为2年以上。２．1.3合成工序工艺操作条件的确定与论证(1)操作温度甲醇合成催化床层的操作温度主要是由催化剂的活性温度区决定的.设计中采用的甲醇合成催化剂为国产的铜系ＸCＮ-9８，由它的性质可知：适合使用的温度范围为200~29０℃.（２）操作压力近年来普遍使用的铜基甲醇合成催化剂，其活性温度范围在2０0～3０0℃，有较高的活性，对于规模小于30万吨/ａ的工厂，操作压力一般可降为５Mpa左右；对于超大型的甲醇装置,为了减少设备尺寸，合成系统的操作压力可以升至1０Ｍｐa左右。设采用的是低压法(入塔压强为5．14MPａ)合成甲醇.（３）气体组成对于甲醇合成原料气,即合成工序的新鲜气,应维持f=(Ｈ２-CO２)/（CO+CO2）=2．１0~２。1５,并保持一定的CＯ2。由于新鲜气中(Ｈ2－ＣO２）／（CO＋CO２)略大于２，而反应过程中氢与一氧化碳、二氧化碳的化学计量比分别为2:1和3：1,因此循环气中（Ｈ2—CO2）／（CＯ＋CO２)远大于2。合成塔中氢气过量，对减少副反应是有利的.甲醇合成过程中，需要一定的二氧化碳存在以保持催化剂的高活性。一般不超过5％。（4）空速：合成塔水冷器甲醇分离塔循环器空速不仅是一个和合成回路气体循环量相关联的工艺控制参数,也是一个影响综合经济效益的变量。甲醇合成过程中，首先甲醇合成塔内的气体空速必须满足催化剂的使用要求，国产铜基催化剂，一般要求气体空速在8000～200０0ｈ－1之间.空速过低，结炭等副反应加剧，空速过高，系统阻力加大或合成系统投资加大，能耗增加,催化剂的更换周期缩短.空速的选择需要根据每一种催化剂的特性，在一个相对较小的范围内变化。XCN-９８的空速要求为6000~1５0０0h合成塔水冷器甲醇分离塔循环器粗甲醇驰放气

第3章工艺流程3．1甲醇合成工艺流程来自脱碳装置的新鲜气（４0℃,3。４ＭＰａ）与循环气一起经甲醇合成气压缩机（Ｃ7001)压缩至5.14MPａ后,经过入塔气预热器(E7００1)加热到225℃，进入甲醇合成塔（R70０1)内,甲醇合成气在催化剂作用下发生如下反应：CO+2H2=CH3ＯH＋ＱCO2＋3Ｈ2=CH3OH+H2O+Ｑ甲醇合成塔（Ｒ7001）为列管式等温反应器，管内装有ＸＮC—９8型甲醇合成催化剂，管外为沸腾锅炉水。反应放出大量的热,通过列管管壁传给锅炉水，产生大量中压蒸汽（3．9MPａ饱和蒸汽），减压后送至蒸汽管网。副产蒸汽确保了甲醇合成塔内反应趋于恒定，且反应温度也可通过副产蒸汽的压力来调节。甲醇合成塔（R70０1)出来的合成气（25５℃，４。9ＭPa）,经入塔气预热器（E7001），甲醇水冷器（E7002Ａ，B),进入甲醇分离器（V7002）,粗甲醇在此被分离。分离出的粗甲醇进入甲醇膨胀槽(V7003），被减压至０．4ＭPa后送至精馏装置。甲醇分离器(V７002）分离出的混合气与新鲜气按一定比例混合后升压送至甲醇合成塔（R７001)继续进行合成反应。从甲醇分离器(V７002）出来的循环气在加压前排放一部分弛放气,以保持整个循环回路惰性气体恒定。弛放气减压后去燃气发电系统；甲醇膨胀槽（V７００3）顶部排出的膨胀气去燃料气系统。合格的锅炉给水来自变换装置;循环冷却水来自界区外部。汽包（Ｖ7０01）排污,经排污膨胀槽（V７0０6)膨胀减压后就地排放。第4章工艺计算4。1物料衡算工厂设计为年产精甲醇３０万吨,开工时间为每年3３0天，采用连续操作,则每小时精甲醇的产量为37.8８吨，即３7．88ｔ/h。精馏工段通过三塔高效精馏工艺,精甲醇的纯度可达到99.９%，符合精甲醇国家一级标准。三塔精馏工艺中甲醇的收率达９7%。则入预精馏塔的粗甲醇中甲醇量37．８８／0.９７=3９.05t/h。由粗甲醇的组成通过计算可得下表:表2粗甲醇组成组分百分比产量甲醇9３。４0%１2２０．3１kmol／ｈ即2７3３5ｍ3/h二甲醚0。４2%3。8２kmol/h即85。５1m3/h高级醇（以异丁醇计）0。26％1．45ｋmol/h即３2.90m3/h高级烷烃(以辛烷计）0.32％0.５7kmol/h即17.81m3/h水５。6%１3０．0７kmｏｌ/ｈ即2913．6９m3／h粗甲醇10０％４1。81t/h注;设计中的体积都为标准状态下计算方法:粗甲醇＝39。0５/０。9３４０=41．８1ｔ／h二甲醚＝41.８1×0.42％＝17５。602kg/h即３．８2kmol/h，85．５１m3／h高级醇（以异丁醇计)=41。81×0。２6％=10８。71kg／ｈ即1.4５ｋmol／ｈ,32.90m３／h高级烷烃(以辛烷计）=41。8１×0。３2%=133。79kg／h即0．57kmol／h，１２．81ｍ3／h水=41.８1×５.6%=2341.36kg／h即１30.07kmol/ｈ,29１3。６9ｍ3/h4.1.2合成工段(１）合成塔中发生的反应：主反应CＯ+2Ｈ2=ＣH3ＯH（1）CO2＋3H2=CH3OＨ＋H２O（2)副反应2ＣＯ＋4H２=（CH３O)2＋H２Ｏ（3）CO+3H2＝ＣH4+H２O（4)4CO+8Ｈ２=C4H9OＨ＋３H2O（5)8CO+１７H２=C１8H1８+8Ｈ2O(6)CO２＋H2=CＯ+Ｈ2O(7)(２)工业生产中测得低压时，每生产一吨粗甲醇就会产生１。５2ｍ3(标态)的甲烷,即设计中每小时甲烷产量为3。97kmol/h,6３。５5m3/h。由于甲醇入塔气中水含量很少,忽略入塔气带入的水。由反应（３）、（４）、(5)、(6)得出反应(２）、（7)生成的水分为；１3０.0７－３．97－3.８２-１.45×3—0.57×8=113．３7kｍｏl/ｈ由于合成反应中甲醇主要由一氧化碳合成,二氧化碳主要发生逆变反应生成一氧化碳,且入塔气中二氧化碳的含量一般不超过5％，所以计算中忽略反应(2）.则反应(7）中二氧化碳生成了11３.37kmol／h,即25３9。49m3/h的水和一氧化碳。(3）粗甲醇中的溶解气体量粗甲醇中气体溶解量查表５Mpa、4０℃时，每一吨粗甲醇中溶解其他组成如下表1吨粗甲醇中合成气溶解情况气体H2ＣＯCO2N２ArCＨ4溶解量（m３/t粗甲醇)4．36４0．8157。7800.365０。2４31．６8０则粗甲醇中的溶解气体量为：H2=41。81×4.364=182.4６ｍ３/h即8.15ｋmol/hＣO=4１。81×０.8１５=34。０7m3／ｈ即1．52kmol／hCO2＝4１．81×7.780=32５。28m３/h即14．5２ｋmol/hN2＝41．８１×0。365=15。26ｍ３/ｈ即０。68kmｏl／Ar=41。8１×0。243=10.16ｍ3/h即0.４5kｍol/hCH4=４１。8１×1.68０=70.24m3／h即3。１3kmoｌ/h（4）粗甲醇中甲醇扩散损失４0℃时,液体甲醇中释放的溶解气中，每立方米含有37０１４ｇ的甲醇，假设减压后液相中除二甲醚外，其他气体全部释放出,则甲醇扩散损失G=(182。４6+３４．０7+325.28+15.26+10．16+7０。２4）×０.03714＝23。67ｋｇ/h即0。74kmoｌ/h，1６.57m３/ｈ(５）合成反应中各气体的消耗和生成情况表4弛放气组成气体CH3OHH２CＯＣO2N２ＡｒCH4组成0。61%８１.82%9。16％3。1１％3．21%0.82%1．8９％表5合成反应中消耗原料情况消耗项单位消耗原料气组分ＣOＣO２Ｈ2N2Ar反应（１)m３/h２73355467０反应（3）ｍ3/h171。0２342。04反应（4）m3/h63。５５190。6５反应(5)m3/ｈ13１．６0２62．32反应（６)ｍ3/h１02．48217。77反应(７）m3/h（2５39.49）253９．492５39。49注:括号内的为生成量；反应（1)项不包括扩散甲醇和弛放气中甲醇消耗的原料气量表6合成反应中生成物情况生成项单位生成物组分CH4CH3ＯH(CＨ3Ｏ)2C4H9ＯHC１８H18H２O反应(1)m３／h2７335反应（３）ｍ３/ｈ85。５185.51反应（4）m３/h63.5５6３。55反应（５）m３/h３２。９０98。70反应（6）m3／h17．81１42。48反应(7）m3/ｈ25３9。4９表7其他情况原料气消耗消耗项单位消耗原料气组分CＯCO2H2N2ArCH4粗甲醇中溶解m３/h34。07325．28１82。4６15.２610．16７0.24扩散的甲醇m３/h１6。5７3３.14弛放气ｍ3/ｈ9。16％×G３。１1％×G81。20％×G３．2１％×Ｇ0．82％×G１.89%×Ｇ驰放气中甲醇m3/h０。61％×G1.22%×G注：Ｇ为驰放气的量，m3/ｈ。（６）新鲜气和弛放气气量的确定CO的各项消耗总和=新鲜气中ＣO的量,即27３35+171．０2+63。55+１31.６０＋10２。4-2539．49+34。0７+16。57+0.61％Ｇ+9．1６％G=2531４．72+9。77％G同理原料气中其他各气体的量=该气体的各项消耗总和,由此可得新鲜气体中各气体流量，如下表:表8新鲜气组成组分单位CＯCO２Ｈ2Ｎ２ArCH4气量m３/h２5314.７2+9。77％G2864。７7+３．11%G5８4３7．87+82．42%Ｇ1５.26+3。21％G10.16＋0。８2%G6。69+1.８9%G新鲜气m3/h8６６４9．47＋１．０１83Ｇ新鲜气中惰性气体(N2+Ar）百分比保持在0.４２%,反应过程中惰性气体的量保持不变，(N2+Ａr）=25。42＋4。03％G，则８６649.47+1.0１83G=（25。42+４.0３%G)/0。42％解得G=939６.95m3/ｈ,即弛放气的量为9３96。95m3/ｈ，由Ｇ可得到新鲜气的量９6218。３8m3/h由弛放气的组成可得出下表表９弛放气组成气体CH3ＯHH２CＯCO2N２ArＣH4组成0。61％８1.82%9。1６%3。１1％3。21％0．82％1．89％气量ｍ3／ｈ57．3２７6８8.58８60。76２92。2４３01.6477。05１７7。60表１0新鲜气组成气体ＣH４H２CＯＣＯ２N2Ar组成０．1９％68.８1％27.０7％3．45％0．33%０．09%气量ｍ3/h1８2.8166207.872６046。３1３319.５3３１7．５２86。５9（7）循环气气量的确定G1=Ｇ3+G4+G5+G6—Ｇ7—G8式中：G1为出塔气气量;G３新鲜气气量;G４循环气气量；G５主反应生成气量；G6副反应生成气量；G7主反应消耗气量;G８副反应消耗气量；Ｇ５=2７３35+17１。０2+０.61％×9396.95＝27563。34m3／hＧ6=85.51+8５.51＋６3．5５+63.5５+32。90+９8。７0+１７.8+142.4８+2539.４９+253９.49＝5668．89m3/hG7=27335＋54670+171。02+342。0４+０．61％×939６.95×3=8２3４7．98m３/hＧ8=1７1。０2+３42.０4+６3。55+１90。65+131。60+262.３2+1０２.48+217。77+2５39．４9+2539.４９=65604。41m３／h已知出塔气中甲醇含量为5.84％，则（G4×０．61％＋9３９６。９5×0。６1%+27335+17１．０２）/Ｇ1＝0.0５８4解得G4=5４76８3．36m3/hG１=529181．５8m3/h表11循环气组成气体CH３ＯHH２COCO2N２ＡｒCH4组成0.６1%81.82％9.16％3.11％３.2１%0.８2％1.89％气量ｍ3/h32284３297６.３６4８473．0316457.541６9８６。7２4３31。０8１０001.53（8)循环比，CO及CＯ2单程转化率的确定循环比Ｒ＝Ｇ4／Ｇ3＝５47６8３。36／962１8.38=５。６9（9)入塔气和出塔气组成G1=G3+G４+G５＋G6－G７-G8=５２918１。58m3/h=23624．18kmｏl／ｈG2＝G３＋G４=643901．７4m３/h=28７45。6１ｋmｏｌ/hG2为入塔气气量表12入塔气组成气体ＣＨ３OHH2COＣO2N2ＡrCH４组成0．0６％79.11%12.18%3。１7％２.72％０.70％1.６0％气m３/h745１9.３４量ｋmoｌ/ｈ3326.７5表13出塔气组成气体H2ＣOCＯ2N2ArCH3OH组成76．29％8。6１%2．93%3．02％0。7７%5。８4％气ｍ3／ｈ量kmｏl/ｈ气体CH４(ＣH3O）2C４H9ＯHC18H18H2O组成1．７９％0。０1８％0.007％0.006%０。6２％气m3／h量kmol／h计算过程:入塔气CＯ=循环气中CO+新鲜气中ＣO即4８４73。０3+２6046．３１=７４519．3４m３/h同理可得其他气体气量;出塔气中ＣO＝入塔气中CO—反应消耗的CO＋反应中生成的CO即74519。34—2７３35—171.02－63。55－１3１。６0－1０2.4８—１6.5７－９396．９5×0。61％+253９。49=49１8１.28m３／ｈ同理可得其它气体量(10）甲醇分离器出口气体组成的确定分离器出口气体组分＝循环气气体组分+弛放气气体组分；则分离器出口气体中ＣO气量＝循环气中CO＋弛放气中ＣＯ＝48473.03+８6０.76=４9３３３.79m3/h即22０２．40kmol/h;同理可算的其他气体的气量。表14分离器出口气体组成气体CH3OHH2ＣＯCO２N2ＡrCH4组成0.６１％81。82%９．１6％3。11%3.21%0。82%1.89%气ｍ3／h49333。79量kmol/ｈ４.2能量衡算合成塔的热平衡计算1）计算公式全塔热平衡方程式为:∑Q1+∑Ｑr=∑Q2+∑Q3+Ｑ（1）式中:Ｑ1—-入塔气各气体组分焓,ｋJ/h；Qr——合成反应和副反应的反应热,kＪ/ｈ；Q2——出塔气各气体组分焓，kＪ/h；Ｑ3-—合成塔热损失,kJ/h;Q——沸腾水吸收热量,kJ/ｈ。∑Ｑ１＝∑（Ｇ1×Cm1×Tm１）(２）式中:G1——入塔气各组分流量,m3/h;Cm1——入塔各组分的比热容，ｋＪ/（m3。k）；Tm1--入塔气体温度，k;∑Q2＝∑（G2×Cm2×Tm2)（3)式中:G２-—出塔气各组分流量m３/h;Cm2-—出塔各组分的热容，kＪ/(m3。k);Tm2——出塔气体温度，k；∑Qｒ=Qr1＋Ｑr２＋Qr3＋Qr4＋Qr5＋Qr6+Qr7（４)l式中:Ｑr1、Qr2、Ｑr3、Qr４、Qｒ5、Qｒ6、-—分别为甲醇、二甲醚、异丁醇、甲烷、辛烷的生成热,kJ/h；Qr7——二氧化碳逆变反应的反应热，kJ／hＱr=Gｒ×△Ｈ（5)式中:Gｒ--各组分生成量，kmol/h；△H——生成反应的热量变化，ｋJ／moｌ2)入塔热量计算通过计算可以得到５.１４Mpａ,225℃时各入塔气气体的热容,根据入塔气各气体组分量,算的甲醇合成塔入塔热量如下表：表15甲醇合成塔入塔热量气体CH3OHH2COCＯ２N2ArCH4热容kJ/(kmｏｌ.k）6７.04２９．5４29。８8４4．182９。4725.1６46。82气量kmｏl／ｈ1３．32１８477.12２844．9６739．８６６３6.２1１62.81374.49入塔热量kＪ/（ｈ。k）５９5．３２36３876.08566７3。9２21791．3412499.40２73１．８６1１６89。08入塔热量合计为4７9856。00kＪ／(h.ｋ)所以∑Ｑ1=47985６．00×747.2２５=35８560399.6kJ/h３)塔内反应热的计算忽略甲醇合成塔中的反应(2)生成的热量，按反应(1)（3)(4）(5）(6)（７)生成的热量如下表：表1６甲醇合成塔内反应热气体CH３ＯＨ(CＨ3)2OC4Ｈ9OHC8H18CＨ4CO生成热kＪ／moｌ1０2.37４９。６22００.39957。９8115.6９-4２。92生成量kｍol／ｈ1２2０．253．811．4７1．1４１３0。081０9.56反应热kJ/h１2491６９92.５１8９05２。２２945７3。3１09２097．21504895５.2-4７0１156．8反应热合计＝1368４0５13.6kＪ/ｈ4）塔出口气体总热量计算表１７甲醇合成塔出塔气体组分热容和热量气体H2CＯＣO2N2AｒCH3ＯＨ热容2９．5630。014５．042９．６1２５。１67２．05气量kｍｏl/h160８５。418１5.０6618.36６36．2１16２.８11232.16出塔热量ｋＪ/（h.ｋ）47548４。42454469．９506278５0．934418８38。178140９6.２99６9２473.608气体CH4(CH3O)2C４H9OＨC1８Ｈ18H2O合计热容48。1418。０3１9.2３１01。733６.25气量ｋｍｏｌ／h3７7.283.８11。４71.141３0.02出塔热量ｋJ／（h.k）18１６2。2５9268。69４328.2６81115.９722４7１3。22５６96301．8１3５出塔气体温度2５５℃即528.1５kQ2=６96301.8135×５28.1５=367751802。8０0０２kJ/h5）全塔热量损失的确定全塔热损失为4％,即Ｑ３＝（∑Q1+∑Ｑｒ）×4%＝(３58560399.6+1３684０5１3.6）×4%＝１9816036。5２8kJ/h6）沸腾水吸收热量的确定由公式(１）可得Ｑ＝∑Q1+∑Qr－∑Ｑ2—∑Q3=1０2652762．41ｋJ/h（２）塔气换热器的热量计算1)入换热器的被加热气体热量的确定表19入换热器被加热气体各组分热容和显热气体CH3OＨH2COCO2N2ArCH４热容kJ／（kｍoｌ。ｋ）95.87２9.２529.443８.４7２9.4７２5．183９。６６气量kｍol/h13．32184７7．12２８44。964９3。24636。211６2.813７4。４9热量kJ/(h。k）１２76。９884５４０455．76８３7５5.622４１8７49.10874099。555814852.２7３4合计:入换热器的被加热气体热量为663189