年产65万吨甲醇合成工段工艺设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流年产65万吨甲醇合成工段工艺设计.精品文档.目录摘要21. 概述41.1甲醇的性质与用途41.2甲醇的发展现状41.3合成甲醇的目的与意义42.甲醇合成工段设计52.1甲醇合成方法的选择52.2甲醇合成反应工艺条件的确定83.合成工段工艺计算113.1甲醇合成工段物料衡算113.2甲醇合成工段热量衡算184. 主要设备的工艺计算和设备选型234.1甲醇合成塔的设计选型234.2辅助设备的选型255. 设计结果汇总295.1设计结果一览表295.2设备一览表295.3符号说明一览表296. 甲醇合成工段安全技术与环境保护296.1有毒物质的预防

2、296.2甲醇的贮藏307. 结束语318.参考文献319. 致谢3210. 附图3210.1甲醇合成反应器结构图3210.2合成工艺流程图3210.3设备平面布置图32 摘要 煤制甲醇生产工艺是一种以煤为原料进行甲醇生产的工艺流程。本设计遵循“技术先进，工艺成熟，经济合理，安全环保”的原则：结合甲醇的性质特征，采用德国Lurgi公司开发的低压合成法，以煤作为原料，进行年产65万吨的甲醇生产的工艺设计，设计的主要内容是进行工艺论证、物料衡算和热量衡算、工艺计算及设备设计选型，并编制了合成反应器结构图，工艺流程图，设备平面布置图等。 此外，在设计中充分考虑环境保护和劳动安全，以减少“三废”排放，

3、加强“三废”治理，确保安全生产，消除并尽可能减少工厂生产对职工的伤害。关键词：甲醇,合成,工艺设计AbstractMethanolproductionprocessisacoalasfeedstockformethanolproductionprocess.Thedesignfollowstheprincipleofadvancedtechnology,matureprocess,economica-lrationality,safetyandenvironmentalprotection”：according to the nature of the characteristics of t

4、he methanol，usingGermanLurgicompanyhasdevelopedalowpressuresynthesis,withcoalasrawmaterial,andanannualoutputof650,000tonsofmethanolproductionprocessdesign,Thedesignofthemaincontentisprocessdemons-tration,andthematerialbalancecalculationsandheatbalancecalculations,calculating ofprocessandselectionofe

5、quipment,and compiled the synthesis reactor structure, process flow diagram, equipment layout, etc.Inaddition,duringthedesignenvironmentalprotectionandlaborsafetyhavebeentakenintoaccountsinordertoreducetheemissionsof“threewastes”,strengthenthetreatmentof“threewastes,ensurethesafeproduction,eliminate

6、andminimizethedamageoftheproductionbyplantontheworkers.Keywords: methanol ,synthesis,process design1. 概述1.1甲醇的性质与用途 1.1.1 甲醇性质甲醇俗称木醇、木精，分子式CH3OH。是一种无色、透明、易燃、有毒、易挥发的液体，略带酒精味；分子量32.04，相对密度0.7914(d420)，蒸气相对密度1.11(空气=1)，熔点-97.8，沸点64.7，闪点（开杯）16，自燃点473，折射率(20)1.3287，表面张力（25）45.05mN/m，蒸气压（20）12.265kPa，粘度（2

7、0）0.5945mPas。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮类和大多数其他有机溶剂混溶。蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限6.036.5（体积比）。化学性质较活泼，能发生氧化、酯化、羰基化等化学反应。 1.1.2甲醇用途甲醇是重要有机化工原料和优质燃料，广泛应用于精细化工，塑料，医药，林产品加工等领域。甲醇主要用于生产甲醛，消耗量要占到甲醇总产量的一半，甲醛则是生产各种合成树脂不可少的原料。用甲醇作甲基化试剂可生产丙烯酸甲酯、对苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醇羰基化可生产醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有机合成中间体，它们是制造各种染料、药品、农药、炸药、香料、喷漆的原料，目前用甲醇合成

8、乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重视。甲醇也是一种重要的有机溶剂，其溶解性能优于乙醇，可用于调制油漆。作为一种良好的萃取剂，甲醇在分析化学中可用于一些物质的分离。甲醇还是一种很有前景的清洁能源，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；另外燃料级甲醇用于供热和发电，也可达到环保要求。甲醇还可经生物发酵生成甲醇蛋白，富含维生素和蛋白质，具有营养价值高而成本低的优点，用作饲料添加剂，有着广阔的应用前景。1.2甲醇的发展现状甲醇在我国的发展最早开始于1957年，经过几十年的发展，我国陕西榆林天然气公司、上海焦化有限公司等地拥有甲醇生产装置的生产能

9、力达到20万t/a，除此之外，苏里格天然气化工股份有限公司还有用一套生产18万t/a的甲醇生产装置。随着甲醇生产技术的发展，我国甲醇生产技术越来越高，生产工艺逐步成熟，生产规模渐渐扩大，特别是现如今的甲醇柴油、汽油等的出现成为一种经济、技术的代用燃料1。据统计，2010年全球甲醇生产能力约7726万t/a，产量约4915万t。预计到2015年，全球甲醇产能将达12634万t/a，年均增长率为10.3%。近年我国新增产能逐步向煤炭产地集中，同时以焦炉气为原料的甲醇产能增长迅速。2011年，国内甲醇企业数逾300家，产能达4700万t/a，同比增长22.4%；产能为2200万t，同比增长25.6%

10、；表观消费量约2760万t，同比增长21.6%。现如今，甲醇生产已经成为我国重点发展工业2。1.3合成甲醇的目的与意义 由于我国石油资源的短缺，能源安全已经成为不可回避的现实问题，需求替代能源已成为我国经济发展的关键。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。甲醇作为石油的补充已成为现实，发展甲醇工业对我国经济发展具有重要的战略意义。煤在世界化石能源储量中占有很大比重，而且煤制甲醇的合成技术很成熟。随着石油和天然气价格的上涨，煤制甲醇更加具有优势。甲醇作为及其重要的有机化工原料，是化学工业的基础产品，在国民经济中占有重要地

11、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，随着科技的进步与发展，甲醇被应用于越来越多的领域。甲醇生产技术根据采用的压力不同可分为高压法，中压法和低压法三种方法，主要采用低压法和中压法两种工艺，世界上典型的甲醇合成工艺主要有ICI工艺、Lurgi工艺和三菱瓦斯化学公司（MCC）工艺。2.甲醇合成工段设计2.1甲醇合成方法的选择 2.1.1合成甲醇工艺的选择 甲醇合成的主反应是：CO+2H2 CH3OH 在合成反应中，合成气制甲醇的工艺按压力分为高压、中压和低压法。随着甲醇合成催化剂技术的不断发展，目前总的趋势是由高压向低、中压发展。表2.1三种压力合成法的操作条件高压法中压法

12、低压法操作压力，MPa2535 1525 5.010.0操作温度， 300400 250350 230270催化剂Zn-CrCu-Zn-CrCu-Zn-Al或Cu-Zn-Cr （1）高压法(2535MPa)是最初生产甲醇的方法，采用锌铬催化剂，反应温度300400，压力2535MPa。高压法由于原料及动力消耗大，反应温度高，生成粗甲醇中有机杂质含量高，而且投资大，成本高，其发展长期以来处于停滞状态。 （2）中压法(1525MPa)中压法采用高活性的铜系催化剂，反应温度与低压法相同，它具有与低压法相似的优点，但由于提高了压力，相应动力消耗略有增加。目前，世界上新建或扩建的甲醇装置几乎都采用低压法

13、或中压法。 （3）低压法（5.010.0MPa)是20世纪60年代后期发展起来的甲醇合成技术，由英国ICI公司研究得出。低压法基于高活性的铜系催化剂。铜系催化剂的活性明显高于锌铬催化剂，反应温度低(230270)，因此，在较低的压力下可获得较高的甲醇收率。而且选择性好，减少了副反应，改善了甲醇质量，降低了原料的消耗。此外，由于压力低，不仅动力消耗比高压法降低很多，而且工艺设备的制造也比高压法容易，投资得以降低。总之，低压法比高压法有显著的优越性。 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，本设计采用低压法合成甲醇。 2.1.2甲醇合成塔的选择甲醇合成的主要设备是甲醇合成塔、水

14、冷器、甲醇分离器等，甲醇合成塔是其核心设备，甲醇合成塔的形式基本决定了甲醇合成的系统装置。下面五种是大型低压甲醇装置常用的合成反应器。（1）Lurgi管壳式甲醇合成反应器Lurgi甲醇合成反应器是德国Lurgi公司研制的一种管束型副产蒸汽合成塔。Lurgi合成塔既是反应器，又是废热锅炉，合成塔内部类似于一般的列管式换热器，列管内装催化剂，管外为沸腾水，反应气体流经反应管，反应放热，热量通过管壁传给沸腾水，使其汽化，转变成蒸汽，管中心与沸腾水相差仅10左右。Lurgi管壳式甲醇合成反应器具有以下优点： 合成甲醇反应器催化剂床层内温度较为均匀，大部分床层温度在250255之间，温度变化小，催化剂使

15、用寿命长，并允许原料气中含有较高的CO； 能准确、灵敏地控制反应温度，催化剂床层的温度可以通过调节蒸汽压力控制； 回收的反应热位能高，热量利用合理； 反应器出口甲醇含量较高，催化剂利用率高； 设备紧凑，开停车方便；合成反应过程中副反应少，故粗甲醇中杂质含量少，质量高。 其缺点是结构较为复杂，装卸催化剂不太方便。（2）ICI多段冷激式甲醇反应器ICI甲醇合成塔为多段冷激型反应器，段内绝热，段间原料气冷激。其主要优点有：单塔操作，生产能力大；温控方便；冷激采用菱形专利技术，催化基层上下贯通，催化剂装卸方便。缺点：反应器内有部分气体与未反应气体返混，催化剂时空产率不高，用量较大，仅能回收低品位热能。

16、（3）MHI/MGC 管壳-冷管复合型甲醇合成反应器该反应器为Lurgi反应器的改进型，该反应器是在管壳反应器的催化管内加一根冷管，用于预热原料气。其主要优点是：一次通过的转化率高；可以高位能回收热量；在反应器中预热原料气，可以省去一个换热器。（3） Topsoe（托普索）径向流甲醇合成反应器合成系统由三台绝热操作的径向流反应器组成，反应器之间设置外部换热器移走热量，气体在床层中向心流动，该反应器特点是： 径向流动，压降较小，可增大空速，提高产量； 可使用小粒径催化剂，提高粒内效率因子，提高宏观反应速度； 可方便地增大生产规模，在直径不变的情况下，增加反应器高度，即可增大生产规模， 单系列能力

17、可达 2000 吨/天以上。（4） Linde（林德）等温型甲醇合成反应器Linde 等温型甲醇合成反应器，其结构与高效螺旋盘管换热器相似，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，其反应器特点是：基本上在等温下操作，可防止催化剂过热，控制蒸汽压力调节床层温度冷却盘管与气流间为错流，传热系数较大。 综上所述，Lurgi管壳式甲醇合成塔，反应温度均匀，转化率较高，反应副产物少，原料消耗低，副产物少，加上国外目前建设的大型/超大型甲醇装置多采用Lurgi工艺，大型装置工业化经验多，工艺成熟。因此本设计“年产65万吨甲醇项目”采用该塔。2.1.3催化剂的选用铜基催化剂和锌铬催化剂的比

18、较如下表2.2 表2.2铜基催化剂和锌铬催化剂的比较种类优点缺点适用的生产工艺铜基催化剂 活性温度低耐热性差中、低压法选择性高耐毒性差（220270，5-15MPa）锌基催化剂耐热性高高压法耐毒性高活性温度高（350400，25-32MPa）通过以上比较，可知使用铜基催化剂可大幅度节省投资费用和操作费用，降低成本。随着脱硫技术的发展，使用铜基催化剂已成为甲醇合成工业的主要方向，锌基催化剂已于80年代中期淘汰。国内外常用铜基催化剂的特性对比如下表2.3表2.3国内外常用铜基催化剂的特性对比催化剂型号组分/ %操作条件CuOZnOAl2O3压力/MPa温度/英国ICI 51-36030107.8-

19、11.8190270德国GL 104513244.9210240美国C79-2-1.5-11.7220330丹麦LMK4010-9.8220270中国C302系列512085.0-10.0210280中国XCN-98522085.0-10.0200290本次设计采用由西南化工研究设计院开发的XNC-98，该催化剂是纳米级特殊载体制成的负载型催化剂，具有密度小、孔容大、孔分布合理、机械强度好、抗烧结性强、活性高、稳定性和选择性好的特点。XNC-98型低压甲醇合成催化剂的物性情况：催化剂由铜、锌和铝等氧化合物组成。外观：有色金属光泽的圆柱体堆积密度：1.31.5kg/L外型尺寸：5(4.55)mm

20、径向抗压强度：200N/cm催化剂活性和寿命：在该催化剂质量检验规定的活性检测条件下，其活性为：230时：催化剂的时空收率1.20kg/(L.h)250时：催化剂的时空收率1.55kg/(L.h)在正常情况下，使用寿命为2年以上。2.2甲醇合成反应工艺条件的确定 2.2.1甲醇合成的反应热力学分析热力学是研究反应能否进行以及进行的程度的学科。甲醇合成反应是一个可逆反应，CO与H2生成CH3OH的反应不可能进行的彻底，存在一个动态平衡，当产物CH3OH的量达到一定程度之后，CH3OH分解生成CO与H2的反应就开始了。对于工业生产甲醇而言总是希望尽量多的生成甲醇，即CO与H2生成CH3OH的逆向反

21、应尽量不进行。 对甲醇合成可以用温度、气体分压及反应浓度分别表示的平衡常数进行热力学分析。（1） 温度反应温度是影响平衡常数的一个重要因素，关系式为：式中KT 用温度表示的平衡常数； T反应温度，K代入不同的温度值，可得出不同温度下的平衡常数。见表2.4：表2.4甲醇合成不同温度下的平衡常数表反应温度/平衡常数Kp反应温度/平衡常数Kp0667.303002.4210-410012.924001.07910-52001.90910-2从上表可以看出，甲醇合成反应的平衡常数随着温度的上升，而很快减少。从这一点出发，高温下对甲醇合成不利，甲醇合成宜在低温下操作。（2）压力一氧化碳和合氢气合成甲醇是

22、一个气相可逆反应，压力对反应起着重要作用，用气体分压来表示的平衡常数可用下面公式表示：式中：Kp甲醇的平衡常数； pCH3OH甲醇平衡分压； pCO一氧化碳平衡分压； pH2氢气平衡分压。在压力接近大气压时，其数值是正确的。但在较高的压力下，则必须考虑反应混合气体的可压缩性，此时应采用逸度代替分压。式中：Kf 用逸度表示的平衡常数 KV用逸度系数表示的平衡常数 VCH3OH、VCO、VH2分别表示反应混合气体中的甲醇、一氧化碳、氢气的逸度系数。 由于甲醇的可压缩性比一氧化碳和氢气大得多，而且压力越高差别越大。所以对甲醇而言，KV随着压力的升高而下降，KP和Kf随着压力的升高而增加。因此甲醇合成

23、反应在高压下进行比较有利，可以得到较高的甲醇转化率。（3）反应物浓度对于反应 CO + 2H2 = CH3OH起始混合物（mol） 1 2 0平衡混合物（mol） 1-x 2（1-x） x平衡浓度 1-x/3-2x 2（1-x）/3-2x x/3-2x式中：x-一氧化碳的转化率则用反应物浓度表示的平衡常数KN可表示为：KN=(x/3-2x)/(1-x/3-2x)2(1-x)/3-2x2 =x(3-2x)2/4(1-x)3由此可以看出一氧化碳的转化率越高，甲醇在平衡混合物中的浓度也越大。 总之，在一定的原料组成情况下，由于甲醇合成的反应多是放热的可逆反应，反应时分子数减少，所以在热力学角度考虑，

24、温度低，压力高对生成甲醇的平衡有利。当然生产条件的制定还要考虑动力学的因素。2.2.2甲醇合成的反应动力学分析反应动力学是研究反应过程速率的科学，其目的是了解各种因素对反应速率的影响，以寻求反应能迅速进行的条件。将H2、CO2在高压下混合在一起，尽管在热力学角度看在常温下能够反应生成甲醇，但如果不用催化剂并保持一定温度，即使过若干年，混合气体仍然不会有什么变化。所以，为了工业化生产需要必须进行反应动力学的研究，找到能加快甲醇合成速率的因素。 对甲醇合成反应机理的研究表明，甲醇合成反应是一个气固相催化过程。其特点是反应主要在催化剂表面上进行，可按下列五个过程进行： 扩散：气体自气相到催化剂表面的

25、扩散。 吸附：各种气体组分在催化剂活性表面上进行化学吸附 表面反应：化学吸附的气体，按照不同的反应动力学假说进行反应形成产物 解吸：反应产物脱吸。 扩散：反应产物气体自催化剂表面到气相的扩散。合成反应的速率，决定于全过程中最慢步骤的完成速度，期中过程和进行的非常迅速，以至于它们对反应动力学的影响可忽略不计。过程和的进行速度比过程的反应速度快得多。因此过程的反应速度是决定整个反应过程的速度，称为化学反应动力学的控制步骤。 影响甲醇合成反应速率的因素很多，有温度、压力、组成、空速等，式中最主要的因素是反应物料浓度和反应温度，称为压力效应和温度效应。根据阿勒尼乌斯公式导出温度和反应速度常数的关系式：

26、其中：Kr反应速度常数 K0频率因子 Ea活化能kJ/mol R气体常数 T反应温度,K从阿勒尼乌斯公式可以看出提高温度可以提高反应的速率常数，即可以加快反应速度。工业颗粒催化剂的宏观反应速率可用公式表示： 式中C和Ceq是气相中CO的浓度及CO的平衡浓度压力效应由于不同的催化剂组成等生产条件的不同而不尽一致，但有一点是一致的，反应速度随着反应物浓度的增加而单调渐增。 总之，在甲醇合成反应中，不论从热力学角度还是从动力学角度考虑，增加压力对反应有利，但温度的作用则不同，热力学角度要求降低温度有利于平衡，可增加产物甲醇的平衡浓度，但降低温度会减少反应速度常数，使反应速度变慢。因此，温度在这两方面

27、的影响是矛盾的，此时对一定的浓度条件来说，必有一最优温度，在此温度下，反应速度达到最大值。2.2.3反应条件的确定（1） 反应温度在甲醇合成的反应中，温度对反应混合物的平衡和速率都有很大影响。对于化学反应来说，温度升高有利于甲醇合成反应速率的加快。但是甲醇合成反应是一个可逆的放热反应，温度升高虽然速率会升高，但是平衡常数将会降低。因此，甲醇合成反应存在一个最适合的反应温度。另一方面，反应温度与所选用的催化剂的类型有关，不同的催化剂有不同的活性温度。本次设计中采用的甲醇合成催化剂为国产的XNC-98，由它的性质可知，适合使用温度范围为200290。（2） 反应压力压力是甲醇合成反应过程的重要工艺

28、条件。甲醇合成反应是分子数减少的过程，因此提高反应压力有利于平衡，同时由于压力高，组分的分压也提高了，因而催化剂的生产强度也相应提高。但是压力并不是单纯的由一个原因决定的，它与合成工艺选用的催化剂的性质、原料气碳氢比、催化剂活性温度、空间速度等因素有关。设计采用的是低压法（入塔压强为5.2MPa）合成甲醇。（3） 气体组成对于甲醇合成原料气，即合成工序的新鲜气，应维持氢碳比f =（H2-CO2）/ (CO+CO2)=2.102.15，并保持一定的CO2。由于新鲜气中f略大于2，而反应过程中氫与一氧化碳，二氧化碳的化学计量比分别为2：1和3：1，因此循环气中f远大于2，合成塔中氢气过量，对减少副

29、反应是有利的。甲醇合成过程中，需要一定的二氧化碳存在以保持催化剂的高活性。一般不超过5%。（4）空速合适的空速与催化剂的活性和反应温度有关。甲醇合成过程中，首先甲醇合成塔内的气体空速必须满足催化剂的使用要求，国产铜基催化剂一般要求气体空速在800020000h-1之间，空速过低，结炭等副反应加剧；空速过高，系统阻力加大或合成系统投资加大，能耗增加，催化剂的更换周期缩短。空速的选择需要根据每一种催化剂的特性，在一个相对比较小的范围内变化。XNC-98的空速要求是600020000h-1，本设计空速为13000h-1。2.3工艺流程的确定 2.3.1气体流程来自合成气转化装置的新鲜气进入合成压缩机

30、一、二段压缩至4.8MPa（G），经冷却至40与来自甲醇合成的循环气（4.8MPa（G）、40），一起进入合成压缩机的三段，经过三段压缩至5.2MPa（G），然后送甲醇合成工序。 2.3.2甲醇合成工艺流程合成原料气经冷却后，进入离心式透平压缩机6(C1001)，压缩至5.2MPa，与循环气体以1：5的比例混合，混合气在换热器3(E1001)中，与反应器出口气体换热，升温至220，然后进入管壳式合成反应器，在铜基催化剂存在下发生如下反应： CO+2H2=CH3OH+Q CO2+3H2=CH3OH+H2O+Q甲醇合成塔2(R1001)为列管式反应器，管内装有XNC-98型甲醇合成催化剂，管外为沸

31、腾锅炉水，管程走反应气。反应放出大量的热，通过列管管壁传给壳程的锅炉水，产生大量中压蒸汽(3.9MPa，100)进入汽包1(V1001)，水蒸气作为冷却介质，作用是及时带走合成反应放出的热量，维持体系得到温度，使反应快速进行，同时也起到保护催化剂的作用。反应气由甲醇合成塔2(R1001)底部出来（反应器出口气温度约为255，含甲醇7%左右），经入塔气换热器3(E1001)与入塔气换热后，温度约为145，然后再进甲醇水冷器4(E1002A,B)冷却至40进入甲醇分离器5(V1002)分离出冷凝下来的粗甲醇，粗甲醇去精馏系统。甲醇分离器顶部出来的气体，少部分作为驰放气去控制系统中惰性气体的含量，大

32、部分气体进入透平压缩机加压后返回合成系统，如此继续循环。驰放气用膜分离法回收氢气，与脱硫脱碳气混合，作为新鲜气。 甲醇合成工艺流程图33.合成工段工艺计算3.1甲醇合成工段物料衡算 3.1.1设计条件及参数 已知年产65万吨精甲醇，每年以300个工作日计算，每天24个小时。 各物质的摩尔质量如下表3.1 表3.1各物质的摩尔质量组分COCO2H2CH4N2CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O摩尔质量28442162832467418精甲醇中甲醇含量：99.99%根据 粗甲醇组成如下表3.2 表3.2粗甲醇组成组分甲醇二甲醚高级醇水百分含量/%92.990.200.036.78时产精甲醇：

33、65104/30024=90.28t/h=时产粗甲醇：90.2899.99%/92.99%=97.08t/h合成过程的反应方程：主反应：CO+2H2CH3OH 式（1） CO2+3H2=CH3OH+H2O 式（2）副反应：2CO+4H2(CH3)2O+H2O 式（3） CO+3H2CH4+H2O 式（4） 4CO+8H2C4H9OH+3H2O 式（5） CO2+H2CO+H2O 式（6）由于合成反应中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要发生逆变反应生成一氧化碳，且入塔气中二氧化碳的含量一般不超过5%，所以计算中忽略反应式（2）。 3.1.2合成工段物料衡算 (1) 根据粗甲醇组分，算得各组分的

34、生成量为： 甲醇=97.0892.99%1000=90274.692kg/h,即2821.084kmol/h 二甲醚=97.080.2%1000=194.160kg/h，即4.221kmol/h 异丁醇=97.080.03%1000=29.124kg/h，即0.394kmol/h 水=97.086.78%1000=6582.024kg/h，即365.668kmol/h 工业生产中测得低压时，每生产一吨粗甲醇生成甲烷1.52m3（标况），即0.34kmol的甲烷。故甲烷每小时生成量为：97.080.34=33.007kmol/h 忽略原料气带入水，根据（3）（4）（5）得反应（6）生成水量为：3

35、65.668-4.221-33.007-30.394=327.258kmol/h,即在CO逆变换中生成的H2O为327.258kmol/h,即7330.579m3/h 粗甲醇中气体溶解量查表在5.06MPa，40时，每吨粗甲醇中溶其他组成如下表3.3： 表3.3每吨粗甲醇中合成气溶解情况组分H2COCO2N2ArCH4溶解量（Nm3/t粗甲醇）4.3640.8157.7800.3650.2431.680粗甲醇中溶解的气体量：97.084.364=423.657m3/h=17.733kmol/h 97.080.815=79.120m3/h=3.572kmol/h97.087.780=755.28

36、2m3/h=37.548kmol/h 97.080.365=35.434m3/h=1.248kmol/h 97.080.243=23.590m3/h=0.846kmol/h 97.081.680=163.094m3/h=7.169kmol/h 根据测定，40时液态甲醇中释放CO、CO2、H2等混合气中每立方米含37.14g甲醇，假定溶解气全部释放，则甲醇扩散损失为： =(423.657+79.120+755.282+35.434+23.590+163.094)(37.14/1000) =54.974kg/h=1.718kmol/h(2) 合成反应中气体的消耗和生成情况 驰放气组成如下表3.4

37、表3.4弛放气组成表气体CH3OHH2COCO2N2ArCH4组成/%0.6178.316.293.513.192.305.79由反应方程及以上计算可得合成反应中消耗原料情况如下表3.5： 表3.5合成反应中消耗原料情况表消耗项消耗原料气组分/kmol/hCOCO2H2反应（1）2821.084-5642.168反应（3）8.442-16.884反应（4）33.007-99.021反应（5）1.576-3.152反应（6）（327.258）327.258327.258注：括号内的为生成量；反应（1）项不包括扩散甲醇和弛放气中甲醇消耗的原料气量合成反应中生成物情况如下表3.6：表3.6合成反应中

38、生成物情况生成项生成物组分/kmol/hCH4CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O反应（1）-2821.084-反应（3）-4.221-4.221反应（4）33.007-33.007反应（5）-0.3941.182反应（6）-327.258其他原料气消耗如下表3.7：表3.7其他原料气消耗消耗项消耗原料气组分/kmol/hCOCO2H2N2ArCH4粗甲醇中溶解3.57237.54817.7331.2480.8467.169扩散的甲醇1.718-3.436-驰放气0.0629G0.0351G0.7831G0.0319G0.023G0.0579G驰放气中甲醇0.0061G-0.0122G-

39、(3)新鲜气和驰放气气量的确定 由工艺流程可知，各组分的消耗总量与新鲜气的进料量相等。各组分等量关系如下：CO的消耗总量：2821.084+8.442+33.007+1.576-327.258+3.572+1.718+0.0629G+0.0061G=2542.141+0.069GH2的消耗总量：5642.168+16.884+99.021+3.152+327.258+17.733+3.436+0.7831G+0.0122G=6109.652+0.7953GCO2的消耗总量：327.258+37.548+0.0351G=364.806+0.0351GN2的消耗总量:1.248+0.0319GAr

40、的消耗总量:0.846+0.023GCH4的消耗总量:7.169+0.0579G由此可得新鲜气体中各气体流量，如下表3.8：表3.8新鲜气组成组分单位COCO2H2N2ArCH4含量kmol/h2542.141+0.069G364.806+0.0351G6109.652+0.7953G1.248+0.0319G0.846+0.023G7.169+0.0579G总计 9025.862+1.0122G 新鲜气（合成气）中惰性气体（N2+Ar+CH4）百分比保持在0.41%，反应过程中惰性气体的量保持不变，（N2+Ar+CH4）=9.263+0.1128G，则 9025.862+1.0122G=(9

41、.263+0.1128G)/0.0041 解得G=255.460kmol/h,即驰放气的量为255.460kmol/h,由此可得G新鲜=9284.439kmol/h所以驰放气的组成如下 表3.9驰放气组成气体 气体CH3OHH2COCO2N2ArCH4组成%0.6178.316.293.513.192.305.79含量kmol/h1.558200.05116.0688.9678.1495.87614.791新鲜气（合成气）组成如下 表3.10新鲜气组成气体COCO2H2N2ArCH4组成%27.584.0367.990.150.0730.24含量kmol/h2559.768373.773631

42、2.8199.3976.72321.960(4)循环气气量的确定 出塔气量=新鲜气量+循环气量+主反应生成气量+副反应生成气量-主反应消耗气量-副反应消耗气量即：整理得合成塔出塔气甲醇含量为5.84%，由甲醇的物料守恒得：(0.0061G循环+0.0061255.460+2821.084+1.718)/G循环+3222.41=0.0584解得G循环=50404.799kmol/h可得循环气组成如下表3.11： 表3.11循环气组成气体CH3OHCOCO2H2N2ArCH4组成%0.616.293.5178.313.192.305.79含量kmol/h307.4693170.4621769.20839471.9981607.9131159.3102918.438 循环比：=50404.799/9284.439=5.430(5)入塔气和出塔气组成入塔气各组分组成H2的含量： CO的含量： CO2的含量： N2的含量： Ar的含量： CH4的含量： CH3OH的