年产20万吨甲醇合成工艺设计化工专业毕业设计课程设计

年产20 万吨甲醇合成工艺设计

(一) 概述

甲醇作为及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。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：(5.0-8.0 Mpa) 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基催化剂，其活性明显高于锌铬催化剂，反应温度低(240-270 ℃) 。在较低压力下可获得较高的甲醇收率，且选择性好，减少了副反应，改善了甲醇质量，降低了原料消耗。此外，由于压力低，动力消耗降低很多，工艺设备制造容易。

中压法：(9.8-12.0 Mpa)随着甲醇工业的大型化，如采用低压法势必导致工艺管道和设备较大，因此在低压法的基础上适当提高合成压力，即发展成为中压法。中压法仍采用高活性的铜基催化剂，反应温度与低压法相同，但由于提高了压力，相应的动力消耗略有增加。

目前，甲醇的生产方法还主要有①甲烷直接氧化法：2CH4+O2→ 2CH3OH.②由一氧化碳和氢气合成甲醇，③液化石油气氧化法

(二) 原料选取

本设计选择中压法为生产甲醇的工艺，用CO和H2 在加热压力下，在催化剂作用下合成甲醇

主要反应式为：CO+ H2→CH3OH

因此原料主要是:CO, H2

催化剂:Cu。

(三) 工艺过程设计

经过净化的原料气，经预热加压，于 5 Mpa、220 ℃下，从上到下进入

Lurgi 反应器，在铜基催化剂的作用下发生反应，出口温度为250 ℃左右，甲醇

7%左右，因此，原料气必须循环，则合成工序配置原则为图2-3

甲醇的合成是可逆放热反应，为使反应达到较高的转化率，应迅速移走反应

流程采用管壳式反应器，催化剂装在管内，反应热由管间沸腾水放走，并副产高压蒸汽，甲醇合成原料在离心式透平压缩机内加压到 5.2 MPa （以1：5 的比例混合）循环，混合气体在进反应器前先与反应后气体换热，升温到

220 ℃左右，然后进入管壳式反应器反应，反应热传给壳程中的水，产生的蒸汽进入汽包，出塔气温度约为250 ℃，含甲醇7%左右，经过换热冷却到

40 ℃，冷凝的粗甲醇经分离器分离。分离粗甲醇后的气体适当放空，控制系统中的惰性气体含量。这部分空气作为燃料，大部分气体进入透平压缩机加压返回合成塔，合成塔副产的蒸汽及外部补充的高压蒸汽一起进入过热器加热到

50 ℃，带动透平压缩机，透平后的低压蒸汽作为甲醇精馏工段所需热源。

本设计的主要方法及原理：造气工段：使用二步法造气

CH 4+H2O（气）→CO+3H2-205.85 kJ/mol

CH 4+O2 → CO2+2H2+109.45 kJ/mol

1

CH 4+1 O2→CO+2H2+35.6 kJ/mol

2

CH 4+2O2→CO2+2H2O+802.3 kJ/mol

合成工段

5MPa下铜基催化剂作用下发生一系列反应主反应：CO+2H2→

CH3OH+102.37 kJ/kmol 副反应：2CO+4H2→（CH3O）2+H2O+200.3

kJ/kmol

CO+3H 2→CH4+ H2O+115.69 kJ/kmol

4CO+8H 2→ C4H9OH+3H2O+49.62 kJ/kmol ------ （A）

CO+H2→ CO +H2O-42.92 kJ/kmol 除（A）外，副反应的发生，都增大了CO的消耗量，降低了产率，故应尽量减少副反应。

四）主要设备（精馏塔）装配图及设计计算说明书

常压精馏塔计算

条件：⑴ .精甲醇质量：精甲醇含醇：99.95%(wt)

残液含醇：1%(wt) ⑵.操作条件：塔顶压力：0.01 106 Pa

塔底压力：0.13 106 Pa 塔顶温度：67 ℃

塔底温度：105 ℃ 回流液温度：40 ℃

进料温度：124 ℃

<1>.精馏段

1

平均温度：(124+67)=95.5 ℃

1 6 6 75 19 6

平均压力：[(0.13 106-0.01 106) 0.01 106]=99.6 KPa

2 75

2-22

标准状况下的体V0=1257.17 22.4=28160.63Nm3/h

操作状况下的体积：

6

273 95.5 0.101 106

V1=28160.63 3 6

273 99.6 103 0.101 106

3

=19122.47m3/h

气体负荷：V n=19122.47=5.312m3/s

3600

气体密度：n =40229 .47

=2.104 kg/ m

3

n 19122.47

查《化工工艺设计手册》，95.5℃时甲醇的密度n=721 kg/m3

40229.47 3

液体负荷：L n= =0.0155m3/h

3600 721

<2>.提馏段

1

平均温度：(105+124)=114.5 ℃

2

6 6 75 19

入料压力：(0.13 106-0.01 106) =89.6 kPa

75

136

平均压力：(89.6 103+0.13 106)=109.8 kPa

2

表2-23 提馏段内回流量

标准状况下的体积：

3 V1 =1523.23 22.4=34120.32 Nm3/h

操作状态下的体积：

6 V1 =34120.32

273 114.5 0.10

3

1 10

6

1 273 109.8 103 0.101 106

3

=23292.9 Nm3/h

所以：气体负荷：

23292 .9 3

V m= =6.47 m3/s

3600

气体密

度：48743.32 3 m = =2.093kg/m m 23292.9