60万吨合成甲醇

60万吨/年合成甲醇工艺设计

（一）工艺流程（完成人：白维坤）

1.设计原则

(1)根据计划任务书规定的产品品种、产量和质量进行设计

(2)选择技术先进、经济合理的工艺流程和设备

(3)合理考虑机械化、自动化装备水平

(4)选择合理原料路线、合理利用资源和各种物料贮备的关系

(5)注意保护环境，减少污染

2.流程图

基本流程主要包括：

原料气的采集；甲醇的合成；甲醇的冷凝分离；气体的循环以及新鲜气的补充与惰性气的排放。

甲醇合成工序的基本流程示意图

经综合分析本次采用鲁奇低压合成工艺

Lurgi低压甲醇合成工艺流程

（二）关键设备选型（完成人：白维坤）

1. 选型原则

(1) 在结构上，要求简单紧凑，高压空间利用率高，触媒装卸方便；

(2) 在操作上，要求催化剂床层的温度易控制，调节灵活，合成反应的转化率高，催化剂的生产强度大，能以较高能位回收反应热，床层中气体分布均匀，压降低；

(3) 在材料上，要求具有抗羰基化物及抗氢脆的能力；

(4) 在制造、维修、运输、安装上要求方便。

2. 关键设备结构性能介绍

(1) Lurgi管壳型甲醇合成反应器

结构性能介绍：形似列管式换热器，在塔内，列管中装填催化剂，管间为沸腾水；原料气与出塔气换热至230℃左右进入合成塔，反应放出的热经管壁传给管间的沸腾水，产生4MPa左右的饱和蒸汽，用来驱动透平压缩机。合成塔全系统的温度条件用蒸汽压来控制，从而保证催化剂床层大致为等温。

优点：催化剂床层温差较小、单程转化率较高（可达50%）、催化剂使用寿命较长（4年～5年）、热能利用合理、设备紧凑，开停车方便，合成反应过程中副反应少，甲醇质量高。

缺点：结构复杂、制作较困难、材料要求高、放大较困难。经典管壳塔的最大生产能力（经济型塔）为1500 t/d。全世界现有Lurgi 装置37套，甲醇总生产能力达1600万t/a以上。

（2） Linde等温型甲醇合成反应器

结构特点：Linde等温型甲醇合成反应器结构与高效螺旋盘管换热器类似，盘管内为沸水，盘管外放置催化剂，反应热通过盘管内沸水移走。

该反应器的主要优点：基本上在等温下操作，可防止催化剂过热，催化剂易还原，操作简单，反应器触媒体积装填系数大，冷却盘管与气流间为错流流动，传热系数较大

(三) 原料选择和工艺条件分析（完成人：王存响）

1.经过对比筛选，我们决定选择用低压法和成甲醇。下面是我借助Aspen plus11.1设计的工艺流程图：

图1.合成甲醇工艺流程图

设计的原则是：（1）原料气（CO、H2和少量的CO2、N2）温度是40℃，压力是3.5MPa.。（2）经过压缩机压缩到6MPa,进入换热器（3）换热器将其加热到275℃，压力依然控制在6MPa

（4）加热后的气体经过列管式反应器反应，壳程走饱和水进行换热（5）反应的产物（其中含有CO H2 CO2 N2 CH4O C2H6O H2O等）经过换热器再次换热到40℃（6）换热后的气体，进入闪蒸塔。未反应的CO、H2循环反应（7）粗甲醇进入简单蒸馏塔，其中塔顶出轻组分，并将其放空，塔底出来精馏后的甲醇（8）再次用严格精馏塔进行精馏，塔顶得到0.999纯度的甲醇，重组分从塔底排出（模拟时我将其用水代替因为其量相对其他重组分很大）

2.原料气经过压缩机用Aspen plus11.1模拟得到的数据如下：

Compressor model: 4

Phase calculations: 9

Indicated horsepower: 5944.09643KW

表1 .压缩机能耗及原料气压强变化（效率以0.7记）

3.压缩后的气体经过换热器加热用Aspen plus11.1模拟得到的数据如下：

表2.换热器能耗及压缩器温度变化

4.275℃、6.0MPa气体通过反应器用Aspen plus11.1模拟得到的数据如下：

（由于数据较多，故而以图片形式呈现单程转化率为0.5

以CO为基准记另外还有副反应转化率为0.02 以CO为基准记）

反应方程式：CO+2H2===CH4O(主反应)

2CO+4H2==C2H6O+H2O(副反应1 代替所有多元醇)

CO+4H2==CH4+2H2O(副反应2 代替所有多元烃)

表3.反应器经过列管式反应器参数变化及热功率

反应器中参数如下：

Outlet pressure 275.000006℃

Outlet pressure 4.99999989MPa

Heat duty -10504120cal/sec

表4.列管式反应器内参数

5.粗笨经过闪蒸塔时用Aspen plus11.1模拟得到的数据如下（0.6MPa）

Substream: MIXED FEED Outlet1（顶部）Outlet2(底部)

Mole Flow kmol/hr

CO 1440 1435.3828 4.61774458 H2 3080 3080.00117 2.12E-05 CO2 100 96.4595327 3.5404993 N2 100 99.7543831 0.24565514 CH4O 1500 289.946958 1210.05131 ETHAN-01 30 3.49374772 26.5062132 H2O 30 2.27441781 27.7255408 Total Flow

kmol/hr

6280 5007.31302 1272.68698 Total Flow kg/hr 103731.984 62946.6461 40785.3001 Total Flow l/min 42638.3267 362408.409 871.386725 Temperature K 313.15 313.15 313.15