甲醇合成工艺设计

沈阳工业大学毕业设计
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班级：二班
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前言 (4)
1.1 概述 (5)
1.2 甲醇的合成方法 (10)
1.3 甲醇的合成路线 (11)
1.4 合成甲醇的目的和意义 (14)
1.5 本设计的主要方法及原理 (15)
造气工段：使用二步法造气 (15)
合成工段 (15)
生产工艺及主要设备计算 (17)
2.1 甲醇生产的物料平衡计算 (17)
2.1.1 合成塔物料平衡计算 (17)
2.1.2 粗甲醇精馏的物料平衡计算 (24)
2.2 甲醇生产的能量平衡计算 (27)
2.2.1 合成塔能量计算 (27)
2.2.2 常压精馏塔能量衡算 (29)
2.3 主要设备计算及选型 (31)
2.3.1 常压精馏塔计算 (32)
2.3.2 初估塔径 (33)
2.3.3 理论板数的计算 (35)
2.3.4 塔内件设计 (38)
2.3.5 塔板流体力学验算 (41)
2.3.6 塔板负荷性能 (43)
2.3.7 常压塔主要尺寸确定 (45)
2.3.8 辅助设备 (47)
参考文献 (49)
[5] 天津大学化工原理教研室《化工原理》（上、下）天津科学技术出版社，1994 (49)
结束语 (50)
前言
众所周知，甲醇是重要的化工产品，也是重要的化工原料，又是很有发展前途的重要燃料。

由甲醇合成的后加工产品名目繁多，效益显著，市场非常活跃。

甲醇作为一种新型燃料，市场前景非常看好，作为燃料的甲醇在四年之内增长了12倍。

合成甲醇技术是煤化工技术在能源转换的背景下研究开发的，其宗旨是以水煤气为原料，扩大炭资源的使用范围，缓和石油危机。

随着天然气资源的大量开发，加之天然气转换成合成气的技术日益成熟，使以天然气为原料经合成气合成
的甲醇比以煤炭为原料经合成气合成的甲醇在市场上更具竞争力。

因此在合成甲醇的原料中用的最多的是天然气。

现在世界上几乎所有大型的生产甲醇的厂家均采用天然气，这是因为天然气转化合成气比较容易，是合成甲醇的最理想原料，而且市场价格低，用其他原料生产出来的甲醇成本较高，无法与天然气相竞争。

1 总论
1.1 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。

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Nexant Chen Systems公司的最新统计，全球2004年甲醇生产能力为4226.5万t/a[2]以下是最近几年的甲醇需求统计。

全球主要地区甲醇消费构成
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。

目前, 国外以天然气为原料生产的甲醇占92% ,以煤为原料生产的甲醇 2. 3% , 因此国外公司的甲醇技术均集中于天然气制甲醇。

国际上广泛采用的先进的甲醇生产工艺技术主要有:DA V Y (原I. C. I)、O PSO E、U hde、L u rgi 公司甲醇技术等, 不同甲醇技术的消耗及能耗差异不大, 其主要的差异在于所采用的主
要设备甲醇合成塔的类型不同。

(a) DA V Y 甲醇技术特点
DA V Y 低压甲醇合成技术的优势在于其性能优良的低压甲醇合成催化剂, 合成压力: 5. 0～10M Pa, 大规模甲醇生产装置的合成压力为8～10M Pa。

合成塔型式有: 第一种, 激冷式合成塔, 单塔生产能力大, 出口甲醇浓度约为4～6%vo l。

第二种, 内换热冷管式甲醇合成塔。

最近又开发了水管式合成塔。

精馏多数采用二塔, 有时也用三塔精馏,与蒸汽系统设置统一考虑。

蒸汽系统: 分为高压10.5M Pa、中压2. 8M Pa、低压0. 45M Pa 三级。

转化产生的废热与转化炉烟气废热, 用于产生10. 5M Pa、510℃高压过热蒸汽。

高压过热蒸汽用于驱动合成压缩机蒸汽透平, 抽出中压蒸汽用作装置内使用。

(b) L u rgi 甲醇技术
L u rgi 公司的合成有自己的特色, 即有自己的合成塔专利。

其特点是合成塔为列管式, 副产蒸汽,管内是L u rgi 合成催化剂, 管间是锅炉水, 副产3. 5～ 4. 0M Pa 的饱和中压蒸汽。

由于大规模装置如2000M TPD 的合成塔直径太大, 常采用两个合成塔并联。

若规模更大, 则采用列管式合成塔后再串一个冷管式或热管式合成塔, 同时还可采用两个系列的合成塔并联。

L u rgi 工艺的精馏采用三塔精馏或三塔精馏后再串一个回收塔。

有时也采用两塔精馏。

三塔精馏流程的预精馏塔和加压精馏塔的再沸器热源来自转化气的余热。

因此, 精馏消耗的低压蒸汽很少。

(c) TO PSO E 的甲醇技术特点
TO PSO E 公司为合成氨、甲醇工业主要的专利技术商及催化剂制造商, 其甲醇技术特点主要表现在甲醇合成上的有:甲醇合成塔采用BWR 合成塔(列管副产蒸汽) , 或采用CMD 多床绝热式合成塔。

其流程特点为: 采用轴向绝热床层, 塔间设换热器, 废热用于预热锅炉给水或饱和系统循环热水。

进塔温度为220℃。

单程转化率高、催化剂体积少、合成塔结构简单、单系列生产能力大。

合成压力5. 0～10. 0M Pa, 根据装置能力优化。

日产2000 吨甲醇装置, 合成压力约为8M Pa。

采用三塔或四塔(包括回收塔) 工艺技术。

(d) TEC 甲醇技术特点
合成工艺采用IC I 低压甲醇技术。

精馏采用L u rgi 公司的技术。

合成采用
IC I 低压甲醇合成催化剂。

合成塔: 采用TEC 的MRF- Z 合成塔(多层径向合成塔) , 出口甲醇浓度可达8%vo l。

合成塔阻力降小, 为0. 1M Pa。

甲醇合成废热用于产生3. 5～ 4. 0M Pa 中压蒸汽, 中压蒸汽可作为工艺蒸汽, 或过热后用于透平驱动蒸汽。

(e) 三菱重工业公司甲醇技术特点
三菱甲醇技术与I. C. I 工艺相类似, 其特点是:
采用结构独特的超级甲醇合成塔。

合成压力与甲醇装置能力有关。

日产2000 吨甲醇装置, 合成压力约为8. 0M Pa。

超级甲醇合成塔特点是: 采用双套管, 催化剂温度均匀, 单程转化率高, 合成塔出口浓度最高可达14%vo l。

副产3. 5～ 4. 0M Pa 中压蒸汽的合成塔, 出口浓度可达8～10%vo l, 合成系统循环量比传统技术大为减少, 所消耗补充气最少。

采用2 塔或3 塔精馏, 根据蒸汽系统设置而定。

(f)伍德公司甲醇技术特点
采用I. C. I 低压合成工艺及催化剂, 日产2000甲醇装置合成压力为8. 0M Pa。

合成塔: 伍德公司采用改进的气冷激式菱形反应器、等温合成塔、冷管式合成塔。

CA SAL E 公司ARC 合成塔(多层轴径向合成塔) , 单系列生产能力最高可达3000M TPD。

合成废热回收方式: 预热锅炉给水, 设备投资低。

等温合成塔: 副产中压蒸汽的管壳式合成塔, 中压蒸汽压力为3. 5～ 4. 0M Pa, 单塔生产能力最高可达1200M TPD。

设备投资高。

冷管式合成塔: 轴向、冷管间接换热, 单塔生产能力最高可达2000M TPD。

设备投资低。

可采用2塔、3 塔精馏或4 塔精馏, 其比较如下: 2 塔精馏, 甲醇回收率为98. 5% , 吨甲醇耗1. 2 吨低压蒸汽。

3 塔精馏, 甲醇回收率为99% , 吨甲醇耗0. 47 吨低压蒸汽。

4 塔精馏, 设甲醇回收塔, 甲醇回收率为99. 5% ,吨甲醇耗0. 45 吨低压蒸汽。

(g) 林德公司甲醇技术的特点
采用I. C. I 低压合成工艺及催化剂。

采用副产蒸汽的螺旋管式等温合成塔, 管内为锅炉水, 中压蒸汽压力为3. 5～ 4. 0M Pa, 气体阻力降低。

其余部分与IC I 低压甲醇类似。

2）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，117家生产企业共生产甲醇440.65万吨，2005年甲醇产量达到500万吨，比2004年增长22.2%，进口量99.1万吨，因此下降3.1%。

我国以天然气为原料合成甲醇技术主要有: 一段蒸汽转化工艺和中国成达公司的纯氧两段转化工艺。

我国以煤为原料合成甲醇技术主要有: 固定床气化(包括L u rgi 炉、恩德炉和间歇式气化炉)、流化床气化(灰熔聚气化)、气流床气化炉, 近几年引进的Texaco 水煤浆气化和Shell 粉煤气化, 其中Texaco 的气化引进较早, 使用的经验较多, 国产化率高, 投资较省。

Shell 气化还没有使用经验。

（a）国内煤气净化技术
甲醇粗煤气脱硫脱碳净化与合成氨是相同的,只是不需要液氮洗。

国内主要的净化技术有低温甲醇洗、MDEA、NHD, 对于中小厂也有脱硫用ADA、PDS, 脱碳用热钾碱、PC、MDEA 技术。

(b) 合成甲醇和精馏技术
我国自86 年就开发了低压甲醇合成和精馏技术, 目前国内广泛采用的管壳式副产蒸汽合成塔和两塔精馏就源于该开发, 后又推广了“U ”形冷管合成塔, 精馏也从两塔发展到三塔, 既可生产GB338-2004 优等品精甲醇, 又可生产美国O - M - 232KAA 级精甲醇, 含醇污水的处理工艺已取得突破性进展, 污水处理后可回收利用, 故甲醇装置在正常生产时实现了无含醇污水排放。

近年来, 甲醇技术发展很快, 主要趋向为:
①生产的原料转向天然气、烃类加工尾气。

从甲醇生产的实际情况核算, 采用天然气为原料比用固体为原料的投资可降低50%; 采用乙炔尾气则经济效果更为显著。

目前国际上, 生产甲醇的原料以天然气为主约占90% , 以煤为原料只占2%。

国内近年来以煤为原料生产甲醇的比例在逐步上升, 这与中国的能源结构有关。

②生产规模大型化, 单系列最大规模达225 万吨ö年, 即单系列日产7500 公吨。

规模扩大后, 可降低单位产品的投资和成本。

③充分回收系统的热量。

产生经济压力的蒸汽,以驱动压缩机及锅炉给水泵、循环水泵的透平, 实现热能的综合利用。

④采用新型副产中压蒸汽的甲醇合成塔, 降低能耗。

⑤采用节能技术, 如氢回收技术、预转化、工艺冷凝液饱和技术、燃烧空气预热技术等, 降低甲醇消耗。

2.生产技术的发展
1）装置大型化
于上世纪末相比，现在新建甲醇规模超过百万吨的已不再少数。

在2004——2008年新建的14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60万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。

已经形成的新工艺在主要是Syenetix(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Tops e的自热转化工艺(ATR) 3）新甲醇反应器的合成技术
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。

1.2 甲醇的合成方法
1.常用的合成方法
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：(5.0-8.0 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：2CH
4+O
2
→2CH
3
OH.②由
一氧化碳和氢气合成甲醇，③液化石油气氧化法
2.本设计所采用的合成方法
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，选择中压法为生产甲醇的工艺，用CO和H
2
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+ H
2→CH
3
OH
1.3 甲醇的合成路线
1．常用的合成工艺
虽然开发了高活性的铜基催化剂，合成甲醇从高压法转向低压法，完成了合成甲醇技术的一次重大飞跃，但仍存在许多问题：反应器结构复杂；单程转化率低，气体压缩和循环的耗能大；反应温度不易控制，反应器热稳定性差。

所有这些问题向人们揭示，在合成甲醇技术方面仍有很大的潜力，更新更高的技术等待我们去开发。

下面介绍20世纪80年代以来所取得的新成果。

(1) 气液固三项合成甲醇工艺首先由美国化学系统公司提出，采用三相
流化床，液相是惰性介质，催化剂是ICI的Cu-Zn改进型催化剂。

对液相介质的
要求：在甲醇合成条件下有很好的热稳定性和化学稳定性。

既是催化剂的硫化介质，又是反应热吸收介质，甲醇在液相介质中的溶解度越小越好，产物甲醇以气相的形式离开反应器。

这类液相介质有如三甲苯，液体石蜡和正十六烷等。

后来Berty等人提出了相反的观点，采用的液相介质除了热稳定性及化学稳定性外，要求甲醇在其溶液中的溶解度越大越好，产物甲醇不是以气相形式离开反应器，而是以液相形式离开反应器，在反应器外进行分离。

经试验发现四甘醇二甲醚是极理想的液相介质。

CO和H2在该液相中的气液平衡常数很大，采用Cu-Zn-Al 催化剂，其单程转化率大于相同条件下气相的平衡转化率。

气液固三相工艺的优点是：反应器结构简单，投资少；由于介质的存在改善了反应器的传热性能，温度易于控制，提高了反应器的热稳定性；催化剂的颗粒小，内扩散影响易于消除；合成甲醇的单程转化率高，可达15%-20%，循环比大为减小；能量回收利用率高；催化剂磨损少。

缺点是三相反应器压降较大，液相内的扩散系数比气相小的多。

(2) 液相法合成甲醇工艺液相合成甲醇工艺的特点是采用活性更高的过度金属络合催化剂。

催化剂均匀分布在液相介质中，不存在催化剂表面不均一性和内扩散影响问题，反应温度低，一般不超过200℃，20世纪80年代中期，美国Brookhaven国家实验室开发了活性很高的复合型催化剂，其结构为NaOH-RONa-M(OAc)
2
,其中M代表过渡金属Ni,Pd或Co,R为低碳烷基，当M为Ni，R为叔戊烷基时催化剂性能最好，液相介质为四氢呋喃，反应温度为80-120℃，压力为2MPa左右，合成气单程转化率高于80%，甲醇选择性高达96%。

当该催化剂与第Ⅵ族金属的羰基络合物混合使用时，能得到更好的效果，他能激活CO，并有较好的耐硫性，当合成气中还有1670×10-6的H2S时，其甲醇产率仍达33%。

Mahajan等人研制了由过渡金属络合物与醇盐组成的符合催化剂，如四羰基镍和甲醇钾，以四氢呋喃为液相介质，反应温度为125℃，CO转化率大于90%，选择性达99%。

目前液相合成甲醇研究仍处在实验室阶段，尚未工业化，但它是一种很有
开发前景的合成技术。

该法的缺点是由于反应温度低，反应热不易回收利用；CO
2
和H
2O容易使复合催化剂中毒，因此对合成气体的要求很苛刻，不能还有CO
2
和
H
O，还需进一步研究。

2
(3) 新型GSSTFR和RSIPR反应器系统该系统采用反应,吸附和产物交换交替进行的一种新型反应装置。

GSSTFR是指气-液-固滴流流动反应系统，CO 和H2在催化剂的作用下，在此系统内进行反应合成甲醇，该甲醇马上被固态粉状吸附剂所吸附，并滴流带出反应系统。

RSIPR是级间产品脱出反应系统，当以吸附气态甲醇的粉状吸附剂流入该系统时，与该系统内的液相四甘醇二甲醚进行交换，气态的甲醇被液相所吸附，然后再将四甘醇二甲醚中的甲醇分离出来。

这样合成甲醇反应不断向右进行，CO的单程转化率可达100%，气相反应物不循环。

这项新工艺仍处在研究之中，尚未投入工业生产，还有许多技术问题需要解决和完善。

2．本设计的合成工艺
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1-1。

甲醇的合成是可逆放热反应，为使反应达到较高的转化率，应迅速移走反应热，本设计采用Lurgi管壳式反应器，管程走反应气，壳程走4MPa的沸腾水Array
甲醇合成的工艺流程（图①）
这个流程是德国Lurgi公司开发的甲醇合成工艺，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。

1.4 合成甲醇的目的和意义
甲醇是极为重要的有机化工原料，在化工、医药、轻工、纺织及运输等行业都有广泛的应用，其衍生物产品发展前景广阔。

目前甲醇的深加工产品已达120多种，我国以甲醇为原料的一次加工产品已有近30种。

在化工生产中，甲
醇可用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺、甲基叔丁基醚（MTBE）、聚乙烯醇（PVA）、硫酸二甲酯、对苯二甲酸二甲酯（DMT）、二甲醚、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲醇等。

以甲醇为中间体的煤基化学品深加工产业：从甲醇出发生产煤基化学品是未来C1化工发展的重要方向。

比如神华集团发展以甲醇为中间体的煤基化学品深加工，利用先进成熟技术，发展“甲醇－醋酸及其衍生物”；利用国外开发成功的MTO或MTP先进技术，发展“甲醇－烯烃及衍生物”的2大系列。

作为替代燃料：近几年，汽车工业在我国获得了飞速发展，随之带来能源供应问题。

石油作为及其重要的能源储量是有限的，而甲醇燃料以其安全、廉价、燃烧充分，利用率高、环保的众多优点，替代汽油已经成为车用燃料的发展方向之一。

我国政府已充分认识到发展车用替代燃料的重要性，并开展了这方面的工作。

随着C1化工的发展，由甲醇为原料合成乙二醇、乙醛和乙醇等工艺正日益受到重视。

甲醇作为重要原料在敌百虫、甲基对硫磷和多菌灵等农药生产中，在医药、染料、塑料和合成纤维等工业中都有着重要的地位。

甲醇还可经生物发酵生成甲醇蛋白，用作饲料添加剂，有着广阔的应用前景。

1.5 本设计的主要方法及原理
造气工段：使用二步法造气
CH
4+H
2
O(气)→CO+3H
2
-205.85 kJ/mol
CH
4+O
2
→CO
2
+2H
2
+109.45 kJ/mol
CH
4+
2
1
O
2
→CO+2H
2
+35.6 kJ/mol
CH
4+2O
2
→CO
2
+2H
2
O+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+2H
2→CH
3
OH+102.37 kJ/kmol
副反应： 2CO+4H
2→(CH
3
O)2+H
2
O+200.3 kJ/kmol
CO+3H
2→CH
4
+ H
2
O+115.69 kJ/kmol
4CO+8H
2→C
4
H
9
OH+3H
2
O+49.62 kJ/kmol------------(A)
CO+H
2→CO +H
2
O-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。

反应热力学
一氧化碳加氢合成甲醇的反应式为
CO+2H
2⇔CH3OH(g)
这是一个可逆放热反应，热效应()mol
KJ
K
H/
8.
90
298-
=
∆。

当合成气中有CO
2
时，也可合成甲醇。

CO
2 + 3H
2 ⇔ CH3OH(g) + H2O
这也是一个可逆放热反应，热效应()mol
KJ
K
H/
6.
58
298-
=
∆
合成法反应机理
本反应采用铜基催化剂，5 MPa，250 ℃左右反应，清华大学高森泉，朱起明等认为其机理为吸附理论，反应模式为：
H
2
+2˙→2H˙ -----------------------------①
CO+H˙→HCO˙-------------------------②
HCO˙+H˙→H
2
CO˙˙
H 2CO˙˙+2H˙→CH
3
OH+3˙
CH
3OH˙→ CH
3
OH+˙
反应为①，②控制。

即吸附控制。

生产工艺及主要设备计算
工艺计算作为化工工艺设计，工艺管道，设备的选择及生产管理，工艺条件选择的主要依据，对平衡原料，产品质量，选择最佳工艺条件，确定操作控制指标，合理利用生产的废料，废气，废热都有重要作用。

2.1 甲醇生产的物料平衡计算
2.1.1 合成塔物料平衡计算
已知：年产100000吨精甲醇，每年以300个工作日计。

精甲醇中甲醇含量(wt)：99.95%
粗甲醇组成(wt)：[Lurgi低压合成工艺]
甲醇：93.89%
轻组分[以二甲醚(CH3)2O计]：0.188%
重组分[以异丁醇C4H9OH计]：0.026%
水：5.896%
所以：时产精甲醇：1000001000
13888.89
30024
⨯
=
⨯
Kg/h
时产粗甲醇：13888.8999.95%
14785.33
93.89%
⨯
=Kg/h
根据粗甲醇组分，算得各组分的生成量为：
甲醇(32)：13888.89Kg/h 434.03kmol/h 9722.22 Nm3/h 二甲醚(46)：27.796 Kg/h 0.604 kmol/h 13.536 Nm3/h 异丁醇(74)：3.844 Kg/h 0.052 kmol/h 1.164 Nm3/h 水(18)：871.74 Kg/h 48.43 kmol/h 1048.84 Nm3/h 合成甲醇的化学反应为：
主反应：CO+2H 2→CH 3OH+102.37 KJ/mol …… ① 副反应：2CO+4H 2→(CH 3)2O+H 2O+200.39 KJ/mol …… ② CO+3H 2→CH 4+H 2O+115.69 KJ/mol …… ③ 4CO+8H 2→C 4H 9OH+3H 2O+49.62 KJ/mol …… ④ CO 2+H 2→CO+ H 2O-42.92 KJ/mol …… ⑤
生产中，测得每生产1吨粗甲醇生成甲烷7.56 Nm 3,即0.34 kmol ，故CH 4每小时生成量为：7.56⨯14.78533=111.777 Nm 3，即4.987 kmol/h ，79.794 Kg/h 。

忽略原料气带入份，根据②、③、④得反应⑤生成的水的量为：48.43-0.604-0.0520⨯3-4.987=42.683 kmol/h ，即在CO 逆变换中生成的H 2O 为42.683 kmol/h ，即956.13 Nm 3/h 。

5.06 MPa ，40℃时各组分在甲醇中的溶解度列表于表2-1
表2-1 5.06Mpa ，40℃时气体在甲醇中的溶解度
《甲醇生产技术及进展》华东工学院出版社.1990
据测定：35 ℃时液态甲醇中释放CO 、CO 2、H 2等混合气中每立方米含37.14 g 甲醇，假定溶解气全部释放，则甲醇扩散损失为：
(1.008+5.501+0.504+0.529+1.008)⨯1000
14
.37= 0.318 kg/h 即0.0099kmol/h ，0.223 Nm 3/h 。

根据以上计算，则粗甲醇生产消耗量及生产量及组成列表2-2。

表2-2 甲醇生产消耗和生成物量及组成
设新鲜气量为G
新鲜气
,驰放气为新鲜气的9%[1]。

表2-3驰放气组成
《甲醇生产技术及进展》华东工学院出版社.1990
G新鲜气＝G消耗气+G驰放气=G消耗气+0.09 G新鲜气=59821.42+0.09 G新鲜气
所以：G
新鲜气
＝65737.82 Nm3/h
新鲜气组成见表2-4
表2-4甲醇合成新鲜气组成
测得：甲醇合成塔出塔气中含甲醇7.12%。

根椐表2-2、表2-4，设出塔气量为G 出塔。

又知醇后气中含醇0.61%。

所以：
出塔醇后
G
G
% 61
.0
18
.
19444
=7.12%
G醇后=G新鲜-(G醇＋G副＋G扩)+G CH4= 65737.82-59821.42+112.785
=6029.185 Nm3/h
所以：G
出塔
＝272460.95Nm3/h
G循环气= G出塔-G醇后-G生成+G CH4-G溶解=272460.95-6029.185-20686.502+112.785-7.571 =245850.477Nm3/h
甲醇生产循环气量及组成见表2-5
表2-5 甲醇生产循环气量及组成
G入塔= G循环气+G新鲜气=245850.477+65737.82
=311588.297 Nm3/h
由表2-4及表2-5得到表2-6。

表2-6 甲醇生产入塔气流量及组成单位：Nm3
/h
又由G
出塔= G
循环气
-G
消耗
＋G
生成
据表2-2、2-6、得表2-7。

表2-7
21
甲醇分离器出口气体和液体产品的流量、组成见表2-8。

表2-8甲醇分离器出口气体组成、流量：单位：Nm3/h
甲醇驰放气流量及组成见表2-9。

22
表2-9 甲醇驰放气流量及组成
粗甲醇贮罐气流量及组成风表2-10。

表2-10 贮罐气组成、流量
由表2-2到表2-10可得表2-11。

表2-11甲醇生产物料平衡汇总表
23。