年产10万吨甲醇合成工段的工艺设计

目录

1概述 (1)

1.1甲醇发展现状 (1)

1.2甲醇的发展前景 (1)

1.3甲醇合成 (2)

1.3.1甲醇合成方法及设备简介 (2)

1.3.2甲醇合成工艺流程简介 (2)

1.4甲醇合成催化剂的选择 (3)

2合成工段工艺计算 (4)

2.1合成工段物料衡算 (4)

2.1.1设计条件及参数 (5)

2.1.2合成工段物料衡算 (5)

2.2合成工段热量衡算 (11)

2.2.1合成塔的热量计算 (11)

2.2.2入塔气换热器的热量计算 (13)

2.2.3水冷器热量的计算 (14)

3主要设备的工艺计算和设备选型 (16)

3.1甲醇合成塔的设计选型 (16)

3.1.1传热面积计算 (16)

3.1.2催化剂用量计算 (16)

3.1.3传热管数计算 (16)

3.1.4合成塔壳体直径计算 (16)

3.1.5合成塔壳体厚度计算 (17)

3.1.6合成塔封头计算 (17)

3.1.7管子拉脱力计算 (17)

3.1.8折流板计算 (18)

3.1.9管板计算 (18)

3.1.10支座计算 (18)

3.1.11合成塔设计汇总表 (18)

3.2甲醇合成工段设备一览表 (19)

年产10万吨甲醇合成工段的工艺设计

1概述

1.1 甲醇发展现状

随着我国国民经济不断稳定的发展，不管是能源生产总量还是需求总量都在不断增长。7O年代两次石油危机和石油价格的不断上涨，让世界各国充分认识到当今社会将是能源结构逐步向多元化结构发展的时代[1]。目前，人类己经面临着石油及天然气这一宝贵的化石能源在不断的枯竭，根据我国提出的经济可持续发展的战略，需要合理有效地利用资源。“缺油、少气、富煤”的客观现实，意味着今后30年内，我国一次能源消费以煤为主的格局不会改变。但是我们如果还是沿用落后技术，把煤直接燃烧用于发电和其它工业目的，不断扩大低效、高污染应用技术中煤的用量，则同样是难以为继的，同时对环境的污染将是难以估量的。因此，充分利用丰富的煤炭资源，大力发展洁净煤技术和新一代煤化工技术是非常必要的，既对我国合理利用资源、有效利用能源和促进经济可持续发展具有重要的现实，又对保护国家能源安全具有深远的战略意义[2]。

近年来，我国甲醇市场非常红火，甲醇价格持续上涨，甲醇生产装置开工率不断提高，各地甲醇新建项目陆续开工。出现这种局面的原因，一是甲醇传统消费领域，如甲醛、醋酸等产品的产量稳步提升，对甲醇的需求量逐步增加；二是新的消费领域，如醇醚燃料、甲醇制烯烃等由于发展前景广阔，也引发了国内对甲醇装置的投资热[3]。我国甲醇生产以煤为主要原料，产业结构不尽合理，装置规模偏小，企业数目过多，原料路线和工艺技术五花八门。由于对醇醚燃料需求的高度期待，我国甲醇发展过热，几乎“遍地开花”。据报导，2000～2007年我国甲醇产能年均增长率为24.8%，2007年我国共有甲醇生产企业177家，总规模已突破每年1600万吨，2010年总产能达到每年3000万吨。我国规划中的甲醇产能已超过同期世界其他各国的总产能。煤基甲醇是资源消耗型产品，是低附加值产品，而依靠大量出口来消化过剩的产能是不合理的[4]。

1.2 甲醇的发展前景

甲醇作为最有希望代替汽油的并且将成为二十一世纪有竞争力的可选清洁燃料，具有非常好的发展前景。所以专家认为，必须开拓甲醇作为车用燃料的用途，即发展甲醇汽车才能使甲醇取得较好的经济效益[5]。甲醇汽油是符合我国国情的替代能源之一，不仅符合国家节能减排政策的要求，而且因甲醇汽油可部分替代石油，在一定程度上相当于扩大了我国石油战略储备。与此同时，推广甲醇汽油，一方面可以释放我国每年2000多万吨的甲醇产能，改变我国甲醇产能严重过剩的局面，提高甲醇生产企业的开工率。另一方面，甲醇汽油的生产成本低，甲醇汽油价格更为优惠，更适用于老百姓的需求，更经济实惠[6]。我国现在提出了四个石油替代路径：天然气替代、电动力替代、生物燃料替代和煤基燃料替代，煤基燃料替代包括煤制天然气、甲醇、二甲醚、合成油等。煤基醇醚燃料更具有大规模、基地化推广的现实性，是最实用、经济的选择。由于甲醇在我国已经有一定规模的生产，另外甲醇的投资成本低，无论甲醇汽油生产技术还是甲醇车辆生产技术都已经非常成熟了。如果甲醇汽油

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作为车用燃料相比于其他能源具有一定的优势，甲醇汽油也是一种液体燃料，好多特性和汽油雷同，但比汽油更安全、更节能、更环保。此外，甲醇汽油可直接利用现在所有中石油和中石化的输配系统进行快速推广，推广渠道会相对便捷一些，推广成本也非常小[7]。

1.3甲醇合成

1.3.1甲醇合成方法及设备简介

目前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[8]。

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[9]。

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[10]。

甲醇的生产方法还主要有：甲烷直接氧化法、由一氧化碳和氢气合成甲醇、液化石油气氧化法[11]。

比较以上三者的优缺点，以投资成本，生产成本，产品收率为依据，选择低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，其主要反应式为：CO+ H2→C4H9OH。

1.3.2甲醇合成工艺流程简介

本设计采用焦炉煤气合成的甲醇。工艺流程如下：

图 1-1 焦炉煤气制甲醇工艺流程图

焦炉煤气经过气柜，在气柜中缓冲稳压，选择低温低压的方式，压力为5.5~6Mpa.; 然后焦炉煤气中S含量较高，必须用加H2转化有机硫工艺，将焦炉气脱硫处理；然后将焦炉

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