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课题名称：年产3万吨甲醇合成工艺设计系别化学工程系学号201201010857班级石化1212学生姓名罗亚峰指导老师吴永健完成日期2014.12.07湖南化工职业技术学院毕业设计说明书2摘要甲醇是一种久用的传统化工产品。在农药,医药,染料，香料,涂料以及三大合成材料生产中都需要甲醇作为原料或作为溶剂。因此,甲醇是一种有着广泛用途的重要的有机化工原料,甲醇工业生产对其他相关工业和国民经济的发展都有着重要意义。随着经济全球化进程的发展,21世纪的化学工业,其产业结构正在不断调整,日益突出了精细化工的主体地位。近几十年来,特别是我国甲醇工业的发展,生产规模逐渐扩大,下游产品种类不断增加,社会需求越来越大。因此,迫切要求对甲醇合成过程进行优化操作和控制。化学工业的巨大变迁也使得化学产品设计变得日益重要。设计的主要内容是进行工艺论证，物料衡算和热量衡算等。本设计本着符合国情、技术先进和易得、经济、环保的原则，采用煤炭为原料；利用GSP气化工艺造气；NHD净化工艺净化合成气体；低压下利用列管均温合成塔合成甲醇；三塔精馏工艺精制甲醇；此外严格控制三废的排放，充分利用废热，降低能耗，保证人员安全与卫生。关键词：甲醇、精馏。湖南化工职业技术学院毕业设计说明书3AbstractMethanolisakindofextremelyimportantorganicindustrialchemicals,andakindoffueltoo,itisthebasicproductsofthechemistryofcarbonone.Itisveryimportantinnationaleconomy.Inrecentyears,withthedevelopmentoftheproductsthataremadefrommethanol,especiallythepopularizationandapplicationofthefuelofmethanol,thedemandforthemethanolrisesbyalargemargin.Inordertosatisfyeconomicdevelopment'sdemandsformethanol,havelaunchedthemethanolprojectofthis30,000t/a.Maincontentthatdesigntocarryoncraftprove,suppliesweighingapparatusregardaswithheatweighingapparatuschargingetcTheprincipleofthedesigninlinewithaccordingwiththenationalconditions,technologicallyadvancedandapt,economy,protectingenvironment,.Coalsisadoptedasrawmaterials;thecraftofGSPgasificationisutilizedtomakewatergas;thecraftofNHDpurificationisutilizedtopurifythesyngas;tubularaverage-temperaturereactionisutilizedtosynthesizemethanolkeepinginlowpressure;therectificationcraftofthreetowersisutilizedtorectifymethanol;Inadditioncontrolthedischargeofthethreewastesstrictly,fullyutilizeusedheat,reduceenergyconsumption,guaranteethepersonalsecurityandhygiene.Keyword:Methanol,synthesis.湖南化工职业技术学院毕业设计说明书4目录一、甲醇的国内外发展简况及市场用途…………………………………………61、生产得发展………………………………………………………………62、生产技术得发展…………………………………………………………73、甲醇的用途………………………………………………………………7二、甲醇合成的主要方法…………………………………………………………8三、甲醇合成的生产原理及影响因素……………………………………………91、合成系统中的反应…………………………………………………………92、甲醇合成生产得影响因素…………………………………………………92.1温度的影响………………………………………………………………92.2压力的影响…………………………………………………………………92.3原料配比的影响………………………………………………………102.4催化剂颗粒尺寸的影响…………………………………………………102.5空速的影响………………………………………………………………102.6反应器结构的影响………………………………………………………11四、设计依据…………………………………………………………………12五、工艺流程说明……………………………………………………………13六、生产工艺设计……………………………………………………………131、物料衡算…………………………………………………………………131.1新鲜气、驰放气摩尔流量…………………………………………………141.2循环比的计算……………………………………………………………161.3转化率得计算……………………………………………………………172、热量衡算………………………………………………………………172.1入塔气与出塔气的热交换过程热量衡算……………………………18湖南化工职业技术学院毕业设计说明书52.2合成器冷却器得热量衡………………………………………………243、设备选型与计算……………………………………………………………273.1催化剂用量………………………………………………………………273.2冷却冷凝器的设备计算与选型…………………………………………273.3粗甲醇储槽………………………………………………………………293.4循环压缩机的计算……………………………………………………30七、讨论……………………………………………………………………31八、参考文献……………………………………………………………………32湖南化工职业技术学院毕业设计说明书6一、甲醇的国内外发展简况及甲醇的用途甲醇作为极其重要的有机化工原料，是碳一化学工业的基础产品，在国民经济中占有重要地位。长期以来，甲醇都是被作为农药，医药，染料等行业的工业原料，但随着科技的进步与发展，甲醇将被应用于越来越多的领域。1.生产的发展1)世界甲醇工业的发展总体上说，世界甲醇工业从90年代开始经历了1991－1998的供需平衡，1998－1999的供大于求，从2000年初至今的供求基本平衡三个基本阶段。[1]据NexantChemSystems公司的最新统计，全球2004年甲醇生产能力为4226．5万t／a[2]以下是近几年的甲醇需求统计。表1全球主要地区甲醇消费构成2001年2002年2003年2004年按用途分甲醛940(31)970(32)1010(32)1050(33)MTBE830(28)810(26)780(25)760(22)（其中美国）470(16)430(14)340(11)270(8)醋酸270(9)290(9)300(10)310(10)MMA90(3)90(3)100(3)100(3)其它880(29)900(29)930(30)970(30)需求合计3020(100)3060(100)3100(100)3180(100)按地区分亚洲920(30)940(31)990(32)1040(33)北美1000(33)1000(33)980(31)970(30)西欧630(21)640(21)650(21)670(21)其它470(16)480(16)490(16)500(16)需求合计3020(100)3060(100)3110(100)3180(100)从上表可以看出，到2004年为止，甲醇仍主要用于制造甲醛和MTBE。用于制造甲醛的甲醇用量随年份成增长趋势，而MTBE的需求量则逐年降低。亚洲需求量增长比较迅速，与此相反，北美地区需求则在减少。湖南化工职业技术学院毕业设计说明书72)我国甲醇工业发展我国的甲醇工业经过十几年的发展，生产能力得到了很大提高。1991年，我国的生产能力仅为70万吨，截止2004年底，我国甲醇产能已达740万吨，ll7家生产企业共生产甲醇440．65万生产甲醇，2005年1~9月甲醇量达393．22万t，因此增长22．2％，进口量99．1万t，因此下降3．1％。2.生产技术的发展1)装置大型化与上世纪末相比，现在新建甲醇规模超过百万吨的已不在少数。在2004~2008年新建的l4套甲醇装置中平均规模为134万t／a，其中卡塔尔二期工程项目高达230万t／a。最小规模的是智利甲醇项目，产能也达84万t/a，一些上世纪末还称得上经济规模的6O万t/a装置因失去竞争力而纷纷关闭。2)二次转化和自转化工艺合成气发生占甲醇装置总投资的50％~60％，所以许多工程公司将其视为技术改进重点。已经形成的新工艺主要是Synetix(前ICI)的先进天然气加热炉转化工艺(AGHR)、Lurgi的组合转化工艺(CR)和Topse的自热转化工艺(ATR)3)新甲醇反应器和合成技术大型甲醇生产装置必须具备与其规模相适应的甲醇反应器和反应技术。传统甲醇合成反应器有ICI的冷激型反应器、Lungi的管壳式反应器、Topsdpe的径向流动反应器等近期出现的新合成甲醇反应器有日本东洋工程(TEC)的MRF—Z反应器等，而反应技术方面则出现了Lurgi推出的水冷一气冷相结合的新流程。4)引入膜分离技术的反应技术通常的甲醇合成工艺中，未反应气体需循环返回反应器，而KPT则提出将未反应气体送往膜分离器，并将气体分为富含氢气的气体，前者作燃料用，后者返回反应器。5)液相合成工艺’传统甲醇合成采用气相工艺，不足之处是原料单程转化率低、合成气净化成本高、能耗高。相比之下，液相合成由于使用了比热容高、导热系数大的长链烷烃化合物作反应介质，可使甲醇合成在等温条件下进行。3.甲醇的用途湖南化工职业技术学院毕业设计说明书8甲醇是重要的化工原料，甲醇主要用于生产甲醛，其消耗量约占甲醇总量的30％－40％，其次作为甲基化剂，生产甲胺、甲烷氯化物、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、对苯二甲酸二甲酯等，甲醇羰基化可生产醋酸、醋酐、甲酸甲酯、碳酸二甲酯等。从甲醇低压羰基化生产醋酸，近年来发展很快。甲醇作为重要原料在敌百虫、甲基对硫磷、多菌灵等农药生产中，在医药、染料、塑料、合成纤维等工业中有着重要的地位。甲醇还可经生物发酵生成甲醇蛋白，用作饲料添加剂。甲醇不仅是重要的化工原料，而且还是性能优良的能源和车用燃料。它可直接用作汽车燃料，也可与汽油渗合使用，它可直接用于发电站或柴油机，或经zsM—5分于筛催化剂转化为汽油，它可与异丁烯反应生成甲基叔丁基醚，用作汽油添加剂。湖南化工职业技术学院毕业设计说明书9二、甲醇合成方法当今甲醇生产技术主要采用中压法和低压法两种工艺，并且以低压法为主，这两种方法生产的甲醇约占世界甲醇产量的80％以上。高压法：（19.6－29.4MPa）是最初生产甲醇的方法，采用锌铬催化剂，反应温度360－400℃，压力19.6－29.4MPa。高压法由于原料和动力消耗大，反应温度高，生成粗甲醇中有机杂质含量高，而且投资大，其发展长期以来处于停顿状态。低压法（5.0－8.0MPa）是20世纪60年代后期发展起来的甲醇合成技术。低压法基于高活性的铜系催化剂，其活性明显高于锌铬催化剂，反应温度低（240-270℃）。在较低压力下可