合成氨工艺甲醇操作规程汇编

合成氨工艺

粗甲醇岗位操作规程

第一章岗位任务

第一节粗甲醇岗位

1.粗甲醇岗位任务

将压缩机六段来含有CO、乩、N2,少量C02的混合气体经油分

后送入合成塔，在一定的温度、压力和铜基触媒的作用下，co、

CO2和H2合成为粗甲醇，经冷却分离，将粗甲醇送入甲醇槽，回收

弛放气，粗甲醇送有机精加工，分离后，含乩、M、少量co气体

部分循环使用，部分送精炼工段净化。

2.粗甲醇岗位控制环节及目标

联醇生产是在13X106pa压力下，采用铜基催化剂，串联在合成

氨工艺之中，用合成氨原料气中CO、CO2和小合成甲醇。因此，与

传统的高压或者低压法相比较，联醇法生产甲醇有以下特点：

（1）串联在合成氨工艺中，因此既要满足合成氨工艺条件，又要

有甲醇合成的要求。任何一方工艺条件变化都会影响合成甲醇与合成

氨的生产与操作，所以必须在生产中有必要的补充调节措施，以维持

三个合成生产的同时进行。

（2）由于串联在合成氨工艺中，经合成甲醇以后的工艺气体还须经

精制，去进行氨合成反应。因此，原料气成分经合成甲醇后必须满足

合成氨生产的需要。甲醇合成气是采取部分循环，合成甲醇不是全部

生产工艺的终端。

（3）与合成氨工艺相比，因联醇采用铜基催化剂，其抗毒性能较差，

所以必须采取特殊的净化措施-既保持合成甲醇所必须的CO,C02,

又不能使H2s等气体进入系统。

3.粗甲醇岗位职责

3.1小组长

对当班岗位的日常安全生产运行全面负责并负责岗位人员的分工

和协调、甲醇负荷的调整、本岗生产状况的联系汇报、和相关岗位的

联系协调，紧急情况下组织采取应急措施.

3.2当班操作

在班长和小组长的领导下，负责对三塔甲醇温度的调节，监控系统

出口CO变化，并及时联系精炼做相关的调整。

3.3当班巡检

在班长和小组长的领导下，负责对三塔甲醇放醇的调节，以及水洗

塔换水，油分排污，所有静止和运转设备巡检。

4.粗甲醇岗位巡检

4.1巡检控制环节及目标

控制两个环节〈动静设备运行、放醇压力〉，实现两个目标〈工艺

指标最优，安全生产无事故〉

4.2巡检路线

甲醇巡检路线：操作室一淡醇槽、中间槽一3#醇分一1#塔付线阀一

2#热交一进f4#、5#循环机f3#循环机f1#循环机f自吸泵f操作室

4.3巡检内容

运转设备：声音、振动、温度、泄漏、润滑、油位、油质、压力、

电流及阀门开启度等；

静止设备：排污、振动、泄漏、压力及阀门开启度等；

第二章生产原理

第一节甲醇工艺原理

1.甲醇反应原理

甲醇合成是一个多相催化反应过程，这个复杂过程，共分五个步

骤进行：

(1)合成气自气相扩散到气体-催化剂界面；

(2)合成气在催化剂活性表面上被化学吸附

(3)被吸附的合成气在催化剂表面进行化学反应形成产物

(4)反应产物在催化剂表面脱附

(5)反应物自催化剂界面扩散到气相中。

全过程反应速度决定于较慢步骤的完成速度。其中第三步进行得较

慢，因此，整个反应决定于该反应的进行速度。

1.1甲醇生产的一般要求

1.1.1原料气进合成前必须把主要组分配成一定比例，清除对催化剂

的有害物质，尤其设备、管道中的铁、锲所生成的堤基铁Fe(C0)5与

锻基银Ni(CO),,以及溶解性的铁、银化合物，防止碱性氧化物与碱

金属随气体带入催化剂床。因为微量铁、操化合物的带入会使CO和

也生成烷煌地反应增加；碱金属的带入会引起高级醇生成量增加，使

合成的粗甲醇中杂质含量增加，有效气体消耗上升。

1.1.2合成催化剂在200°。以上开始反应，为使整个催化剂床均匀达

到活化温度，入塔气体必须经过预热。同时，为了防止碳钢设备在高

温下产生氢腐蚀，出塔气体必须经过冷却。为了满足入塔与出塔气体

对温度的要求，采用在塔内进行换热的方法，既提高了进入催化剂床

气体温度，又降低了出塔气体的温度。

1.1.3经合成反应生成的甲醇与未反应的比、凡、CO、CO?等气体必须

得到及时的分离，降低反应生成物的浓度，以利提高合成反应的平衡

速度。

1.1.4为提高催化剂利用效率，一部分气体经合成、分离，可去铜洗

进行精制，除去残存的CO、CO2后作为合成氨的原料气，而大部分气

体用循环机进行循环，继续合成甲醇。

1.2联醇生产的特殊要求

L2.1由于联醇工艺是与合成氨生产串联，所以生产能力是以合成

氨产量与甲醇产量之和，即所谓“总氨”产量来代表。在“总氨”生

产能力不变的情况下，甲醇生产能力用醇氨比(甲醇产量/总氨产量)

来表示，醇氨比可以在一定范围内调整，调整的方式一般是以改变原

料气中H/C0的比例,精确地说是调整(H2-C0)：(CO+CO2)=fo所

以在联醇工艺中，除了要有合成氨生产时调节氢氮比的手段，还必须

有能够调整f值的控制手段。一般来说，联醇生产中经常以改变C0

在变换反应中的转化率，或由变换炉进、出口之间设置一条近路，来

调节原料气中co的含量，是能在一定范围内，对醇氨比进行调节。

1.2.2联醇作为合成氨流程中一个环节，卬醇生产会影响合成氨及整

个系统的生产，如催化剂的活性、甲醇合成塔的开车及操作变动等原

因，造成去铜洗气体中CO+COz的含量变化，使铜洗负荷产生波动，甚

至影响氨合成塔的正常生产；甲醇合成塔后的气液分离状况，会影响

铜液组成；在甲醇生产不正常或事故状态下，要维持合成氨的生产等

等。

2.甲醇反应式

2.1主反应方程式

C0+2H2=CHQH+102.5kj/mol

特点：可逆、放热、体积缩小，催化剂

2.2副反应方程式

C02+3II2=CH3OH+H2O+Q

2C0+4H2=CH30CH3+H20+200.2kJ/mol

C0+3H2=田+乩0+115.5kJ/mol

4C0+81I2=C,H9011+3Il20+49.62kJ/mo1

CO2+H.尸CO+H2O—42.9kj/mol

nC0+2nH2=（CI。）n+ZLO+Q

3.甲醇主要影响因素

3.1压力对甲醇合成反应的影响

甲醇合成反应，是一个体积缩小的反应，增加压力，反应向生成

甲醇方向移动；从动力学考虑，增加压力，提高了反应物分压，加快

了反应的进行；另外，提高压力也对抑制副反应，提高甲醇质量有利。

所以，提高压力对反应是有利的。但是，压力也不宜过高，否则，不

仅增加了动力的消耗，而且对设备和材料的要求也相应提高。

联醇生产的合成压力还受到催化剂特性和合成氨工艺的制约。目

前，中小型氮肥厂联产装置多设置在脱碳后、精炼前，采用10~13MPa

压力，在双甲工艺中，也采用5.0〜8.OMPa和15〜3L4MPa。

3.2空速对甲醇的合成反应的影响

空速是调节甲醇合成塔炉温及产醇量的重要手段。在一定条件下,

空速增加，气体与催化剂接触时间减少，出塔气体中甲醇含量降低。

但由于空速的增加，单位时间内通过催化剂的气体量增加，所以甲醇

实际产量是增加的。当空速增大到一定的范围时，甲醇产量的增加就

不明显了。同时由于空速的增加，消耗的能量也随之增大，气体带走

的热量也增加。当气体带走的热量大于反应热时，床层温度会难于维

持。

甲醇合成的空速受系统压力、气量、气体组成和催化剂性能等诸

多因素影响。

温度与压力确定后，反应气体的空间速度就成为甲醇合成生产控

制的主要因素。

决定空间速度有以下几个条件：

(1)合成塔热平衡主要靠反应热与气体流动来实现。空间速度

太大，带走热量大于反应热，塔内反应温度就无法维持。

(2)空速太大，通过水冷凝器、醇分离器流速过高，如果不增

加冷却面积和分离器截面，则气体中的甲醇不能得到很好的冷凝与分

离。

(3)空速过大使气体通过催化床的阻力增加，对催化剂的压力

也相应增大，如果超过催化剂的强度极限，就出现催化剂破碎，使塔

内堵塞。

(4)要增加控诉主要还是增加循环量，增加了能耗。

在联醇生产中，一般空间速度维持在12000m'7(H?催化剂•h)

3.3惰性气体对甲醇合成的影响

甲醇系统的惰性气体是指氮、甲烷、氨气及其他不凝性的有机化

合物。系统中惰性气体含量高，相应地减少了反应物浓度，对合成甲

醇反应不利，动力消耗也增加。惰性气来源于原料气及合成甲醇过程

的副反应。对于甲醇生产厂家，循环气中惰性气含量会不断累积，需

经常排放一部分来维持惰性气的一定含量。对于联醇生产厂家，一部

分气体进入循环，一部分气体进入精炼，因此，在甲醇合成过程中不

存在惰性气的积累问题。

3.4温度对甲醇合成反应的影响

甲醇合成是一个可逆放热反应。从化学平衡考虑，随着温度的提

高，甲醇平衡浓度下降；但从反应速度的观点来看，提高反应温度，

反应速度加快。因此，存在一个最佳温度范围。对不同的催化剂，使

用温度范围是不同的。如C207催化剂，在220℃时具有明显活性，

240〜280℃时活性最佳；C301催化剂使用温度为210〜290℃,以

220〜270c为最好。另外甲醇合成反应温度越高，副反应越多，傕化

剂热老化速度越快。

实际生产中，为保证催化剂有较长的使用寿命和尽量减少副反应,

应在确保甲醇产量的前提下，根据催化剂的性能，尽可能在较低温度

下操作。

3.5氢与一氧化碳的比例

从反应方程式来看，合成甲醇时氢与一氧化碳的分子比为2:1,

但是反应气体受催化剂表面吸附剂及其他一些因素的影响，要求反应

气体中氢气含量要大于理论量，以提高反应速度。对于联醇来说，由

于甲醇合成以后的气体要保持相当量的氢去参加氨的合成，所以氢是

过量的。但是，确定联醇生产中鉴于一氧化碳的比例，必须考虑甲醇

产量在总氨产量中所占的比例，也即原料气中的氢在制醇和制氨中如

何分配的问题。

第三章工艺流程

第一节甲醇工艺流程

1.甲醇工艺流程

1.1流程简述

从新老系统压缩机六段来13MPa的CO、H2、N2及少量C02混合

气体，与循环气混合后，经油分离器分离掉油水等杂质后，进入塔前

预热器与出废热锅炉的气体换热，由主、副线进合成塔顶部，主线气

体进入合成塔后，从合成塔的外筒与内件间隙而下（起冷却外筒作用）,

如果温度过高，由塔前预热器的副线来调节，气体混合后入中心管（内

装电炉）自下而上经分布器进入下行管，到折流头折流入上行管，期

间与管外热气体换热，移走反应热，维持触媒正常反应温度，换热后

的气体进入触媒层反应，合成气出塔后进入废热锅炉副产0.5MPa蒸

汽换热后再进入塔前预热器跟入塔气换热后进入水冷排管用循环水

将气体冷却到40℃以下，在13.0MPa时，甲醇大部分冷凝成液体，

在甲醇分离器中分离掉甲醇，气体中含甲醇在0.05%,一部分气体经

系统出口阀后水洗塔水洗，吸收甲醇后分别去新老系统精炼工段，一

部分进循环机循环使用。

分离下来的甲醇经减压至0.6MPa,放至粗醇中间槽计量后送精

甲醇车间，弛放气回收至脱硫进口。

1.2方框流程图

1.3工艺流程图（带控制点）

第二节环保装置流程

1.粗甲醇岗位环保流程

1.1流程简述

1.1.11#2#3#系统油分排污进入排污总管进入1#集油器，油污收集

后进入合成油污收集管。

1.1.21#2#3#4#5#循环机填料回气管来油污进入总管后，进入2#集

油器，油污收集后用软管接入1#循环机积液盒流入合成集油罐再处

理。

1.1.31#2#3#系统塔后放空进入总管后直接到缓冲罐，1#2#3#循环机

放空进入总管后再流入缓冲罐。

1.1.4地面污水流入收集池，用自吸泵自动抽进污水处理站。

L2方框流程图

1.3工艺流程图（带控制点）

*

中T

问T

他J

.X

U

X

XXXX

X

XXTX

TTnT

Jr^T

U24箱环机u

.n.U

循环机挎潴点幺一米

A成H收泡

闲6环机放空管

污水送污水处理站

第四章生产物料平衡计算

第一节物料平衡

1.装置能力及原辅物料消耗

甲醇现有装置3套01400内径的合成塔

联醇生产能力12万吨/年

LL何谓醇净值,怎样进行估算

甲醇合成塔出入口甲醇含量的差，被称为醇净值。一般下列经验

公式进行计算：

77Hx1OO^

△E=32

△E——醇净值

T出——合成塔出口温度，°C

T入一一合成塔入口温度，℃

L2.甲醇催化剂还原时的理论出水量计算

以C207为催化剂为例，计算1吨催化剂的理论出水量如下：

C207催化剂主要化学组成为:CuO：40%,ZnO：40.5%,Al203：5.5%,水

份：3.5%o最高还原温度260℃。假设催化剂中，ZnO/Ah。,不进行还

原反应，只有Cu（）在还原剂作用下进行还原反应

CuO+Hz---Cu+HvO

8018

400kgxkg

则，还原反应生成的化学水为：

80：400=18:x

x=90kg

催化剂中尚有3.5%的结晶水（物理水），即35kg。

所以，1吨催化剂还原时理论出水量为：

90+35=125kg

L3甲醇的设计能力计算

1.3.1甲醇的生产能力主要取决于甲醇合成塔触媒装填量，目前我公

司内每吨甲醇触媒每小时产甲醇约为200-300公斤，按10万吨合成

氨副产10万吨甲醇为例：

产10万吨合成氨10万吨甲醇联醇生产

合成氨100000/8000=12.5t/h（生产时间按8000h/a计）

甲醇30000/8000=12.5t/h所需触媒12.5/0.25=50t

所需触媒框容积50/1.6二31.25m3

醇后气理论需要量（精炼气中CH.,+Ar含量4%）

由式3/2H2il/2N2=NIh知

3

耗ll23/2X12.5X1000/17=1102.9Kmol/h=24704.96Nm/h

耗N21/2X12.5X1000/17=367.65Kmol/h=8235.29Nm7h

1.3.2惰性气体量((24704.96+8235.29)/(1-4%))X4%=

1372.51Nm3/h

1.3.3在30MPa30℃时，液氨中氢氮气溶解损失

3

也溶解量34.3Nm/tNH3用溶解量32Nm7tNH3

则乩损失34.3X12.5=428.75Nm3/h

凡损失32X12.5=400Nm7h

1.3.4液氨在贮罐中损失

在1.6MPa24.5℃时，氢氮气中氨的平衡浓度为41.83%

则氨损失为

(428.75+400)/(1-41.83%)=417.17Nm3/h

3

折压、2为H22137.05Nm/h

3

N2712.35Nm/h精炼气：37990.91

1.3.5设醇后气尚有CO0.4%C020.5%CH30H0.05%

则醇后气量为37990.91/[1-(0.4%+0.5%+0.05%)]=38355.28Nm3/h

其中:CO38355.28X0.004=153.42Nm3/h

C0238355.28X0.005=191.78NmVh

CII3OH38355.28X0.0005=19.17Nm3/h

氨合成耗醇后气量

耗用量气体组成Nm7h

乩

N2COCO.CH.+ArCHQH合计

合成氨反应24704.968235.2932940.25

精练损耗153.42191.7819.17364.37

液氨溶解损耗428.75400828.75

氨扩散损耗2137.05712.352849.4

惰性气1372.511372.51

合计27270.769347.64153.42191.781372.5119.1738355.28

醇后气组成量71.124.370.40.53.580.05100

牛产甲醇所需原料气量

①合成甲醇的化学反应

主反应：CO+2H2->CH30H+102.37KJ/mol①

副反应：2c0+4H2f(CH3)20+H20+200.2KJ/mol(2)

C0+3H,->CH,+H20+115.69KJ/mol®

4C0+8H2->0,119011+31120+49.62KJ/mol(4)

C02+FLfC0+H2-42.92KJ/mol⑤

8CO+17H2-C8H18+8H20+957.98KJ/mol@

使用铜基催化剂时高级烷妙类忽略不计。

②产品粗甲醇的组成（质量百分比）:

甲醇90.5%

二甲醛0.42%

高级醇0.26%

水8.82%

②则各组分生成量为

甲醇12.5X0.905t/h即353.52Kmol/h7918.75Nm3/h

二甲醛12.5X0.0042t/h即1.14Kmol/h25.56Nm7h

高级醇12.5X0.0026Kg/h即0.285Kmol/h6.384Nm3/h

水12.5X0.0882t/h即61.25Kmol/h1372Nm3/h

④实际生产中据资料介绍每生产1吨甲酸的同时产生7.56Nm3

CH4即7.56X12.5=94.5Nn?即4.22Kmol/h

⑤忽略原料气带入水份，根据式②③④得⑤式生成水量

61.25-1.14-0.13x3-4.22=55.5Kmol/h

由式⑤知生成55.5Kmol/h(即1243.2Nm3/h)CO和13

⑤查表知13x10,sPa30℃时每吨粗醇溶解得反应气组分如

表:

组分COC02H2N2CH.<CH3).0计

溶解量Nm'/t9.81€.5825.923.260.761.9248.25

Nm7h122.625E2.2532440.759.524603.125

⑥粗醇驰放气中甲醇损失

据资料介绍35℃时液态甲醇中释放得CO、C(k…电昆等

等混合气中每含有37.14g甲醇设减压后甲醇溶解的混合气除

二甲醛外完全释放，则甲醇损失为

(122.625+82.55+324+40.75+9.5+24)x0.03714=22.4kg/h即0.7

Kmol/h=15.68Nm3/h

⑦醇后气带走甲醇量

38355.28x0.05%=19.17Nm3/h

粗甲醇生产消耗及生成物量及组成列表如图(附)

推算出甲醇进口C0%：6915.309/(27432.5+38355.28)=10.5%

甲醇进口C02%：1325.45/(27432.5+38355.28)=2.0%

1.3.6联醇生产的甲醇合成工序中决定最高甲醇产量的因素和简单计

算

在联醇中决定甲醇产量的是参加C0+2112->013011+102.37KJ/mol

化学反应CO含量,从反应式可以看出生产一吨甲醇需转化的CO量为:

3

1000/32x22.4=700Nm/To

也就是说合成塔确定后，其催化剂装填也是定值，那么单位时间

通过单位体积催化剂上的气体量即空速是第一因素。但对联醇而言，

此空速不能过高，一般在8000hT至10000T,例如6800塔内装催

化剂4n则该塔最大通气量为4x10000=40000Nm3/ho

处于各种调节手段决定了入塔气体中CO含量和催化剂活性，从

而决定了出塔气体中CO含量，一般出塔CO在该空速下能达到0.5%

以下，而入塔气体中的C0由内件结构及工艺流程所决定，如：以近

儿年的实践看，以均温型内件为例，其入塔CO可达4%,则此时该塔

的最高产量计算如下：

设反应CO量为XNmVh,有

40000x4%-(40000-3X)x0.5二X

解得X=1421NmVh,折成CH30H为:1421/700=2.03t/ho

若催化剂容积为4.5m3,其入塔气体中CO含量可达6%,则其产

量可达：

4.5xl0000=45000Nm7h,45000x6%~(45000-3X)x0.5

二X

解得X=2512.6Nn?/h,折成CH30H为:2512.6/700=3.59t/ho

产量增长为76.8%o

因此通气量一定后，决定甲醇产量的是CO含量和CO转化率。也

就是说要提高产量就要设法提高进塔C0含量和提高催化剂活性以提

高C0转化率，从而降低出塔C0含量。

2.物料平衡列表

联醇生产物料平衡汇总表

变换气新鲜气甲醇入塔气甲醇循环气甲醇出塔气

组分流量%流量%流量%流量%流量%

Nm'/hNm3/hNm'/hNmVhNm3/h

co362.5547.49362.554110534.5744.33172.021.4219.1741.88

C021354.6028.060.991.85187.7421.52126.7521.9161.1721.38

H22449.9750.642309.2770.088760.0870.946450.8171.258046.4668.98

N2653.95613.52545.54616.562762.81322.3732217.26724.492762.81323.685

CH48.6940.818.6940.2657.990.4749.2960.5561.840.53

Ar8.080.178.080.2540.6740.3332.5940.3640.6740.35

(CH301.03

CHJOH4.5270.D374.5270.05336.4272.88

CJLOH0.400.015

C8H180.318

H2035.210.30

NH3

合计4837.854100329541009053.76610011665.100

续表

组分醇后气甲醇驰放气精炼气吹出气氨驰放气

流量%流量%流量%流量%流量%

Nm7hNm7hNm7hNm7hNm7h

co42.21.44.954

C0231.11.93.32

H21582.5671.2513.0982.5673.7273.7226.0730.09

N2501.4624.491.646543.925.3325.330.7524.3228.0£

CH412.160.550.38412.160.570.5712.16

Ar8.080.368.080.380.388.08

(CH0.0

CHsOH1.110.050.61

C.HX)H

C8H18

1120

NH336.2441.£3

合计2221.1210024.0041002146.710020.9986.63100

第二节物料平衡计算

1.计算依据

联醇生产的物料平衡计算

联醇生产中，原料气的量与组成在一定范围内是根据物料平衡计

算和生产实际进行调整的，如原料气中氢气、一氧化碳、氮气的比例

等。在生产过程中，也会产生生产不需要的或者有害的组分，如硫化

物、二氧化碳、甲烷、氤气等，这些组分有些可以通过计算求得外,

有的还必须在生产中测定。

为了最终求得合成甲醇和合成氨所需要的总原料气量，保持反应

及平衡所需的组分比例，联醇工艺从原料气制造开始,经脱硫、变换、

脱碳、合成甲醇、铜洗至合成氨，使原料气制造到最后合成氨的全过

程达到平衡。因此，联醇生产过程的总物料平衡方程式可表示为

(1+m)ZG=G脱硫+G脱碳+G甲醇+G醍副产+G铜洗+G氨+EG损

(8-1)

式中

LG——原料气量，Nm7h；m为原料气变换的膨胀系数，%；

G脱硫、G脱碳、G铜洗——分别为脱硫、脱碳、铜洗过程气体

消耗量，Nm7h；

G甲醇、G醇副产、G氨——分别为合成甲醇、甲醇副反应、合

成氨消耗的原料气量，Nm7h；

EG损——生产过程中原料气损耗量，Nm3/ho

而其中

XG损二G醇扩散+G醇驰放+G氨扩散+G氨驰放+G吹出+C

式中

G醇扩散、G氨扩散——分别为合成甲醇和合成氨在气体中的扩

散损失,Nm3/h；

G醇驰放、G氨驰放——分别为原料气在粗醇和液氨总的溶解损

失，Nm7h；

G吹出——反应中产生和积累的惰性气及反应平衡过剩气体的

排放损失，Nm3/h；

C——生产过程中的其他损失，Nm3/ho

工艺过程的物料平衡计算按其计算R的分为工艺过程的设计计

算和生产过程的平衡计算。前者以生产能力，即最终产品的生产量为

计算依据，求得原料气在各过程的需要量及组成。后者则是以原料气

量为依据，求得各过程及产品的量和组成。这里着重介绍前一种计算

方法及步骤。

2主要物料组分

联醇生产的物料平衡，以每小时生产产品的平均量为依据，按如

下步骤进行：

2.1计算合成氨生产原料气量及组成

G合成氨二G氨反应+G氨损耗

式中

G合成氨——合成氨生产所需总气量，Nm7h；

G氨反应——根据设计或计算给定合成氨产量所需的理论气量,

Nm3/h；

G氨损耗——合成氨生产过程中的气体损耗，Nm3/ho

G按损耗二G氨净化+G氨扩散+G氨驰放+G氨惰

式中

G氨净化——制造合成氨净化气时被清除合成氨催化剂毒物的量

及其损耗，Nm7h；

G氨扩散——生产的合成氨在分离、贮存时产品扩散在气相中损

耗量，Nm7h；

G氨驰放——原料气在液氨中的溶解损耗，Nm7h；

G氨惰——原料气及甲醇生产中带入不参加反应的气体及排放这

些气体造成原料气的损耗量，Nm7ho

2.2计算甲醇生产所需原料气量及其组成

G甲醇二G醇反应+G醇副反应+G醇损耗

式中

G甲醇——生产甲醇所需的总气量，NmVh；

G醇反应——根据设计或计算给定甲醇生产量所需理论气量，

Nm7h；

G醇副反应——伴随甲醇反应发生副反应消耗的气量，Nm7h；

G醇损耗——生产过程中的气体消耗，Nm7ho

G醇副反应:GCM+G杂醇+G酸+G煌+GH20

式中GCH4、G杂醇、G酸、G煌、GH20分别为副反应生成甲烷、

杂醇、二甲醛、烧类及水所消耗的原料气量，Nm3/ho

G醇损耗二G醇扩散+G醇驰放

式中

G醇扩散——甲醇分离储存时产品向气相扩散的损失，Nm7h；

3

G醇驰放——原料气在粗甲醇中的溶解损失，Nm/hw

2.3由此，可以算出进入甲醇合成塔的新鲜气量

G新鲜气二G合成氨+G甲醇

2.4计算所需变换气量

G变换二G新鲜气+G水洗损耗

G水洗损耗二G耗C02+G耗H2+G耗N2+G耗其他

式中

G水洗损耗——原料气在水洗或脱碳时消耗量，Nm7h；

G耗C02、G耗H2、G耗N2、G耗其他——分别为水洗或脱碳时

从原料气中清除或损耗的二氧化碳、氢、氮、和其他组分的量，Nm7ho

2.5醇后气是在甲醇合成塔经合成反应后剩余的原料气，反应生成物

除了甲烷和少量甲醇、二甲醛扩散入气相外，其余呗冷凝成液体作为

粗甲醇产品，于是

G醇后气二G新鲜气一（G醇反应+G醇副反应+G醇损耗）+G甲烷

生成

2.6甲醇合成循环气量的计算，根据出塔气中甲醇含量来确定：

a（G新鲜气一G醇反应一G醇副反应+G醇+G副+G醇循环）二G醇

+bG醇循环

式中

a：出塔气中甲醇含量，%

b：循环气（醇后气）中甲醇含量，%

G醇、GgiJ：分别为反应生成的甲醇和副产物量，Nm3/h

G醇循环：甲醇合成循环气量，Nm3/ho

2.7甲醇合成塔的人塔气是由新鲜气和循环气混合而成，因此

G入甲醇塔二G新鲜气+G循环气

2.8甲醇合成塔出塔气可表示成

G醇出塔气二G醇入塔气一G醇主反应一G醇副反应+G醇+G副

因为醇后气是出塔气减去产物、排除的驰放气、抽去循环气，是

甲醇生产的终结，所以可以对甲醇的平衡进行验算。

2.9精炼气是醇后气经铜洗、碱洗、出去氨合成催化剂的有害组分,

因此，精炼气量

G精炼二G醇后气+G氨净化

G氨净化=G残CO+G残C02+G残醇

式中G残CO、G残C02、G残醇——分别为醇后气中残存一氧

3

化碳、二氧化碳及甲醇的量，Nm/hw

精炼气是合成氨的直接原料气，但精炼气尚不能全部被反应生成

合成氨，它还包括由甲醇合成及氨合成反应中生成和积累起来的不参

加反应的惰性气液氨在分离、贮存时溶解在液氨中的原料气，以及原

料气反应过剩的组分。因此，同合成气量（G氨合成）可用下式来表

示

G氨合成二G精炼一G吹出一G驰放一G剩余一G排放损失

式中

G吹出——合成氨时排放的惰性气量，Nm7h；

G驰放——成品液氨中溶入的原料气量，Nm7h；

G剩余——原料气中反应过剩组分的量，Nm3/h；

G排放损失——伴随惰性气排放损失的原料气量，Nm7ho

驰放气是在按分离的温度、压力条件下，溶解在液氨中的原料气,

而惰性气和剩余反应气的排放，受合成反应器的生产能力，原料气的

组分和排放条件等的影响，在排放时损失的有效气体，需根据排放时

分离器出口气中氢气、氮气含量在现场测定，实际生产中排放吹出气

总量

G吹出二G精Ar/G循Ar

式中

G吹出——实际排放吹出气总量，Nm3/h；

G精Ar——精炼气中惰性气量，Nm7h；

G循Ar——分离器后循环气中惰性气含量，%。

而吹出气排放忖氢氮气损失G吹损：

G吹损二G吹总x(gH2+gN2)

gH2、gN2——分别为分离器后循环气中氢气、氮气含量，%o

由于惰性气排放条件不稳定，变化较大，为简化计算通常只以单

纯惰性气量来计算。

例题

计算年产lOOOOt总氨、氨醇比为40,的联醇生产。

已知，原料气中含有不参加反应的惰性气甲烷(CH.)和氨(Ar),

在合成塔后排放，CH1、Ar分别占合成气的0.6%和0.4%,年工作日

按330天计，产品粗甲醇的组成(质量)为

甲醇(CHBOH)93.4%

二甲醴(CH3OCH3)0.42%

高级醇(以异丁醇CH90H计)0.26%

高级烷烧(以辛烷Ch计)0.32%

水(H20)5.6%

解：

根据题意，产品分配为

合成氨6000t/a,即18.182t/d,0.76t/h；

粗甲醇4000t/a,即12.12t/d,0.505t/ho

3.相关计算

3.1计算实现合成氨产量计划所需原料气(醇后气)量

(1)参加合成反应的理论耗气量

根据反应方程式：

|H2-NH3

则耗氢气量为3/2X—=67.059kmol/h=1502.12Nm3/h

17

耗氮气量为1/2X—=22.353kmol/h=500.71Nm3/h

17

(2)原料气中惰性气含量为

一(1502.12+500,71)=20.24Nm3/h

1—(0.6%+0.4%)

其中，CH”为12.16Nm3/h,Ar为&08Nm3/ho

(3)在压力为30MPH、温度在30°。时，液氨中氢氮气溶解损失：

33

查表知，液氨中氢氮气溶解量分别为：H234.3Nm/t；N232Nm/to

则每小时在液氨中氢、氮气溶解损失分别为34.3x0.76=26.07Nm3/h

和32x0.76=24.32Nm3/ho

(4)液氨在贮罐气中的扩散损失

查表，在1.6xl()6pa、24.5℃时，氢氮混合气中氨的平衡浓度为

41.83%,则贮罐气中氨损失(G氨损)为

26.07+24.32_100-41.83

(26.07+24.32)+G氨损100

G氨损二36.24Nm3/h

3

折成氢氮气损失为：H254.37Nm7h；N218.12Nm/h

所以每小时需精炼气为

1502.12+500.71+20.24+26.07+24.32+54.37+18.12=2145.95Nm7h。

醇后气中尚有C01.4%,C021.9%>CHSOHO.05%,则每小时需要醇后气

G招后气

为:2145.95=2220.33Nm3/h

1-(1.44-1.9+0.05)%

其中：C031.1Nm7h；C0242.2Nm7h；Cl130111.11Nm3/ho

于是，生产合成氨所需醇后气量如表1所示：

表1合成氨生产耗用醇后气量及其组成

耗用量气体组成,Nm7h

H2N2C0C02CH4ArCH30H小计

合成一1502.12500.712002.83

精炼损耗31.142.21.1174.41

液氮中溶解损耗26.0624.3150.39

氨扩散损耗54.3618.1272.49

悟性气12.168.0820.24

合计1582.54543.1431.142.212.168.081.112220.33

醇后气组成，%71.2724.461.41.90.550.370.05100

醇后气中甲醇含量经洗醇后降至0.05%,计算中按0.05%计。

3.2生产甲醇所需原料气量

（1）合成甲醇的化学反应：

①主反应：CO+2H-CH30H+102.37kJ/mol

②2

副反应：C0+3H2fCH30cH3+Il0+200.39kJ/mol

③22

④0）+3-CH1+H2O+115.69kJ/mol

⑤4CD+8H2-CH#H+3H?0+49.62kJ/mol

⑥CO2+H2->CO+H2O—42.92kJ/mol

COH2-Csh+H2O+957.98kJ/mol

（2）根据粗甲醇组分，算得各组分的生成量为

甲醇(CH3OH)471.67kg/h,即14.74kmol/h,330.18

Nm3/h

二甲醛(CH2cH2.12Wh,即0.046kmol/h,1.03Nm7h

高级醇（以异丁醇C4H90H计）L31kg/h,即0.018kmol/h,0.4Nm3/h

高级烷烧（以辛烷C8H计）1.61kg/h,即0.0142kmol/h,

0.320Nm7h

水（H20）28.28kg/h,即1.57kmol/h,

20Nm3/h

(3)生成中测得,按反应式C0+3H2fCHHM+U5.69kJ/mol每生产

1吨粗甲醇的同时,OL生成量为7・56Nm：',BP0.34kmolCH4/t

粗甲醇，所以甲烷小时生成量为0.5050.34^22.4=3.85Nm7h,

即3.85/22.4=0.1717kmol/ho

(4)忽略由原料气带入的水分，根据反应式②、③、④、⑥，求得

反应式⑤生成的反应水为

1.57-0.046-0.1717-0.0183-0.0148=1.186kmol/h

即在逆变换反应中生成1.186kmol/h的C0和乩0。

(5)查表，压力为10义106Pa,30℃时，每1吨粗甲醇中溶解的反

应气组分如下表2：

表2混合气在粗甲醇中的溶解度

组分coCO2H2N2CH4CH3OCH}小i-

溶解度，Nm3/t9.816.5825.923.260.761.9248.25

组成，Nm3/t%4.9543.3213.091.6460.3840.9724.364

20.3213.6353.736.761.583.98100

(6)粗甲醇驰放气中甲醇的扩散损失

根据测定，在35℃时，液态甲醇中释放的CO、CO2、七等混合

气中，每Hi，含有37.14克甲醇。假设经减压后液相中溶解的气体除二

甲醛外全部释放出来，则甲醇扩散损失G解扩散为

(4.954+3.32+13.09+1.646+0.384+0.06)*0.03714=0.871Kg/h,

即0.0272kmol/h,0.61Nm3/ho

式中，0.06为二甲醛在减压后的释放量，因为反应式②生成的

二甲醛有1.03Nm3/h,其中有0.97Nm3/h溶入粗甲醇被送往精储工

段，只有只06段3/h扩散进入气相中。

醇后气中有0.05%甲醇随气体带入铜洗，合成氨产量为0.76t/h

时，带走甲醇为

2220.330.05%=LHNm3/ho

于是，粗甲醇合成每小时消耗原料气量及组成如下表3所示：

表3粗甲醇生产消耗和生成物量及其组成

髀康特熊姓麴戢虢

ifi»O诫逑生麴财枷

物

（邱）

COC02H2N2CH4CHJOHC4H9OHH20；能1to

跑趟轨Kmolh353.52MM353.52

2»37918」

申尊

NmA'b7918.1515837.57918.75

施圾KmoMi2.284.561.H1.14

153.21651.07：

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Nm处51.072102.H425,53625.洸

反时额裁Kmolh1.2212.661224.22

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（7）综合表1和表3,即得甲醇合成塔的新鲜气量G新鲜气和组成，如

表4o

表4进甲醇合成塔新鲜气组成

组分COCO2H2N2CH4Ar合计

合成甲醇消耗,Nm3/h320.35429.89726.711.646-3.4461078.98

合成氨消耗，Nm3/h42.231.11582.54543.1412.168.082220.33

新鲜气消耗量，Nm3/h362.55460.992309.27545.5468.6948.083295.13

新鲜气组成，%11.01.8570.0816.560.260.25100

变换气需要量

如果不计在水洗时CO、CH4、Ar、H2s等的溶解损失,单计算H2、

N2的损失。在压力为2.5106Pa,30℃时，H2、N2在水中的溶解度

分别为0.427Nm3/t水和0.329Nm3/t水。

已知，水洗塔的气水比为10,则每小时洗涤水用量为3295.1310

二329.51t/ho

112、N2在水洗过程中的损耗为

H2；329.510.427140.70Nm3/h

N2：329.510.329=108.41Nm3/h

已知，变换气中C02含量为28%,

若变换其中C02含量（G变C02）为

G变CO2=28%

3295.134+140.70+108.41-G变CO2

G变C02=1354.60Nm3/h

于是进水洗塔变化气流量与组成如表5o

表5变换气流量及组成

组分

C0caN2CH.Ar合计

流量，

Nm3/h362.5541354.602449.97653.9568.6948.084837.854

组成%7.4928.0050.6413.520.180.17100

甲醇合成循环气的计算

测得，甲醇合成塔出塔气中含甲醇2.88%,根据表3,设甲醇出

塔气量（G醇出塔），则

330.18+0.0*醉山塔=2.88%得G醇出塔=11667.14Nrr.3/h

G出塔

G醇循环=11667.14-2220.33-372.71+3.85+23.394=9053.766

Nm3/h

故循环气各组分的量如表6所示。

表6甲醇塔循环气量及其组成

组NAr合计

COCO2H22CH4CH3OH

分

流量126.752172.026450.812217.26749.29632.5944.5279053.766

Nm3/h

1.41.971.2524.490.550.360.05100

组成％

甲醇合成塔入塔气量的计算

根据G入甲醇塔二G新鲜气+G循环气，由表4和表6计算的甲醇

合成塔入塔气G入甲醇塔量，如表7。

表7甲醇合成塔入塔气量及组成

CHOH

组分