年产20万吨甲醇(天然气)合成装置工艺设计毕业论文

年产20万吨甲醇(天然气)合成装置工艺设计毕业论文内容摘要：

破坏作用。 为防止反应器被腐蚀，保护反应器机械强度，一般采用耐腐蚀的特种不锈钢（如 1Cr18Ni18Ti)加工制造。 、合成工艺 、高压法合成甲醇的工艺流程 从甲醇分离器出来的液体甲醇减压至 ～ 后送入粗甲醇中间槽。 由甲醇分 离器出来的气体，压力降至 30MPa 左右，送循环压缩机以补充压力损失，使气体循环使用。 为避免惰性气体（ N Ar 及 CH4）在反应系统中积累，在甲醇分离器后设有放空管，以维持循环气中惰性气体含量在 15%～ 20%左右。 原料气分两路进入合成塔。 一路经主线（主阀）由塔顶进入，并沿塔壁与内件之间的环隙流至塔底，再经塔内下部的热交换器预热后，进入分气盒；另一路经过副线（副阀）从塔底进入，不经热交换器而直接进入分气盒。 在实际生产中可用副阀来调节催化层的温度，使 H2和 CO 能在催化剂的活性温度范围内合成甲醇。 、 中压法合成甲醇的工艺流程 天然气经加热炉（ 1）加热后，进入转化炉（ 2）发生部分氧化反应生成合成气，合成气经废热锅炉（ 3）和加热器（ 4）换热后，进入脱硫器（ 5），脱硫后的合成气经水冷却和汽液分离器（ 7），分离除去冷凝水后进入合成气三段离心式压缩机（ 8），压缩至稍低于 5MPa。 从压缩机第三段出来的气体不经冷却，与分离器出来的循环气混合后，在循环压缩机（ 9）中压缩到稍高于 5MPa 的压力，进入合成塔（ 10）。 循环压缩机为单段离心式压缩机，它与合成气压缩机一样都采用气轮机驱动。 合成塔顶尾气经转化后含 CO2量稍高，在 压缩机的二段后，将气体送入 CO2吸收塔（ 23），用 K2CO3溶液吸收部分 CO2，使合成气中 CO2保持在适宜值。 吸收了 CO2的 K2CO3溶液用蒸汽直接再生，然后循环使用。 合成塔中填充 CuOZnOAl2O3催化剂，于 5MPa 压力下操作。 由于强烈的放热反应，必须迅速移出热量，流程中采用在催化剂层中直接加入冷原料的冷激法，保持温度在 240～ 270℃ 之间。 经合成反应后，气体中含甲醇 %～ 4%（体积），化工大学毕业设计（论文） 14 送入加热器（ 11）以预热合成气，塔（ 10）釜部物料在水冷器（ 12）中冷却后进入分离器（ 13）。 粗甲醇送中间槽 （ 14），未反应的气体返回循环压缩机（ 9）。 为防止惰性气体的积累，把一部分循环气放空。 粗甲醇中甲醇含量约 80%，其余大部分是水。 此外，还含有二甲醚及可溶性气体，称为轻馏分。 水、酯、醛、酮、高级醇称为重馏分。 以上混合物送往脱轻组分塔（ 16），塔顶引出轻馏分，塔底物送甲醇精馏塔（ 20），塔顶引出产品精甲醇，塔底为水，接近塔釜的某一塔板处引出含异丁醇等组分的杂醇油。 产品精甲醇的纯度可达 %（质量）。 、德国 Lurgi 低压合成甲醇的工艺流程 德国 Lurgi 公司于 1971 年开发了以天然气为原料的低 压法工艺。 该方法采用管壳式反应器，在铜基催化剂及在 200～ 300℃ 、 ～ 下合成甲醇。 是目前工业上广泛采用的一种甲醇生产方法。 天然气经脱硫后送入蒸汽转化炉。 天然气在铜基催化剂作用下，转化为含CO、 CO H2 和惰性气体的合成气，转化后的合成气与未转化的进料气一起进入纯氧自热式转化炉中，在约 和 960℃ 下，进一步转化，得到甲醇合成气。 总气碳比约。 合成气经冷却后，进入合成气 /循环气透平压缩机，压缩至～ ，进入管壳式合成气反应器。 反应器内装有铜基催化剂。 合 成气在铜基催化剂的作用下，反应生成甲醇。 合成甲醇的反应热用来产生高压蒸汽，并作为透平压缩机的动力。 反应器出口的粗甲醇气体经换热、冷却、使粗甲醇冷凝分离。 冷凝的粗甲醇送入精制塔精制。 Lurgi 公司的低压法合成甲醇工艺的优点是：（ 1）采用列管式等温反应器，管内填充催化剂，水在管间沸腾，反应热以高压蒸汽的形式被带走，用于驱动透平压缩机。 由于填充催化剂的管外被沸腾水所包围，因此催化剂温度分布均匀。 反应器在低负荷或短时间局部超负荷时也能安全操作，催化剂不至于发生过热反应；（ 2）催化剂热稳定性高，温度在 200℃ 以上时 ，催化剂活性和选择性并没因此而降低；（ 3）列管式反应器在经济上有较大的优势，即反应热在反应温度下被导出，可产生 ～ （ 35～ 55atm）的蒸汽。 化工大学毕业设计（论文） 15 第 3 章 甲醇生产的物料衡算 、所需触媒容积的物料衡算 、所需触媒容积的物料衡算 1222( 2 )W V W Vggkk   式中： 2g—— 粗甲醇的量， kg/h WV —— 空间速度， 40000 1h V —— 触媒容积， 3 3m 1k —— 合成塔出口甲醇容积百分数， 3% 2k —— 合成塔人口甲醇容积百分数， % 设甲醇合成部分的生产能力为每年 5 万吨甲醇，每年为 330 个工作日时，其生产能力 为 : 5000 *100 0 * 24  kg/h 考虑到副反应，引入分数 ，便可由方程式1222( 2 )W V W Vggkk  确定 V . 2212(1 2 ) * 1 .0 6()V Wg kkk 2 63 13 .1 3 19 7 /32 kg hg  （式中 32 为甲醇的分子式） 340000 17 85 /22 .4V kg hm ∴所需触媒容积 319 7 *1 .0 6 85 * 0. 03V m 合成塔的数目： ~ 23  化工大学毕业设计（论文） 16 、粗甲醇合成循环的物料衡算计算 参考《甲醇生产技术及进展》假定粗甲醇的组成： 粗甲醇组成： 甲醇 二甲醚 异丁醇 水 Wt% 90 将粗甲醇中各组分含量分别与不同单位列表于下表 粗甲醇中各组分含量 31 成分 Wt% Kg/h Kmol/h N m3/h V% 分子式 甲醇 90 32 二甲醚 46 异丁醇 74 水 18 总计 100 100 — 解：甲醇每小时产量 90%=每小时产甲醇的物质的体积 5681 .82 6 /32 km ol h 每小时产纯甲 醇的体积 = N m3/h 每小时产甲醇的体积分数 % 1%  设新鲜气组成为： CO2 CO H2 CH4 N2 % % % % % 设水冷器循环组成： CO2 CO H2 CH4 N2 % % % % % 解：水冷器循环气组成： CO2 % 查《化工工艺设计思考习题集》 110P 图 1 m3气体 /吨甲醇 CO %查《化工工艺设计思考习题集》 110P 图 2 m3气体 /吨甲醇 H2 %查《化工工艺设计思考习题集》 110P 图 3 m3气体 /吨甲醇 CH4 %查《化工工艺设计思考习题集》 110P 图 1 m3气体 /吨甲醇 化工大学毕业设计（论文） 17 N2 %查《化工工艺设计思考习题集》 110P 图 2 m3气体 /吨甲醇 粗甲醇中溶解的气体各组分含量 32 组分 N m3/t V% Kg/t Wt% Kg/h 二氧化碳 一氧化碳 11 氢气 甲烷 6 15 氮气 总计 40 100 100 解： 1每吨粗甲醇中溶解 CO2量为： 100%=% 每吨粗甲醇中溶解 CO2的质量： m 3/t22 .4 / N m 3kmol 44=（粗） 每吨 粗甲醇中溶解 CO2的质量分数 100%=% 每小时溶解 CO2的体积 N m3/t 50000330 124 = N m3/h 每小时溶解 CO2的质量 50000330 124 =每小时溶解 CO2的物质的量 2每吨粗甲醇中溶解 CO 的体积为 100%=11% 每吨粗甲醇中溶解 CO 的质量 （粗） 每吨粗甲醇中溶解 CO 质量分数 100%=% 每小时溶解 CO 的体积 N m3/t 50000330 124 = N m3/h 每小时溶解 CO 的质量 （粗） 50000330 124 = 每小时溶解 CO 的物质的量 1吨粗甲醇中各组分含量 甲醇质量含量 1000 90%1t =900kg/t 化工大学毕业设计（论文） 18 甲醇体积含量 900 32=630 N m3/t 二甲醚质量含量 1000kg 1t= 二甲醚体积含量 46= N m3/t 异丁醇质量含量 1000kg1t %= 异丁醇体积含量 74= N m3/t 水的质量含量 1000 1t= 水的体积含量 18= N m3/t 每吨甲醇中各组分的量 33 组分 Wt% Kg/t(粗 ) N m3/t V% 分子式 甲醇 90 900 630 32 二甲醚 46 异丁醇 10 74 水 18 总计 100 1000 100 — 查阅《化工工艺设计思考习题集》（修订版）甲醇合成系统的工艺物料平衡基本关系式 合成甲醇的化学反应方程式： 主反应： CO+2H2=CH3OH +（ 1） 副反应： 2CO+4H2=CH3OCH+H2O + kj/mol （ 2） CO=3H2=CH4+H2O + kj/mol （ 3） 4CO+8H2=C4H9OH + kj/mol （ 4） CO2+H2=CO+H2O kj/mol （ 5） 由新鲜气带入的 CO2量等于放空时消耗的 CO2量，溶解在液态甲醇中的 CO2量及按方程（ 5）参加反应时所消耗的 CO2量之和。 CO2平衡式 FFVK = VKV + PK + uK （ 6） 新鲜气中的 CH4量与按照反应（ 3）生成 CH4量之和等于循环气中的 CH4量与产品的 CH4量之和。 化工大学毕业设计（论文） 19 CH4平衡式 FFVm+M= KKVm+mP （ 7） 在合成塔中生成二甲醚、甲烷、异丁醇和二氧化碳还原时生成的水，进入产品中，共有：水的平衡式 W=A+M+3I+ uK （ 8） 随新鲜气带来的氮，进入产品中的氮和循环气中的氮，共有 N2的平衡式 FFVn= KKVn+ PN （ 9） 新鲜气中所含的 CO 和按反应（ 5）由 CO2生成的 CO，分别处于循环。