年产量1000吨高压法甲醇分离工段工艺的设计说明

. . 年产量1000吨高压法甲醇分离工段工艺设计作者XXxxx专业化学工程与工艺指导教师xxx 专业技术职务讲师49 / 50目 录目录摘 要4ABSTRACT5 第一章 总论61.1概述61.2文献综述71.2.1甲醇简介71.2.2甲醇工艺发展91.2.3甲醇工艺简介91.2.4我国甲醇发展与市场需求131.2.5世界甲醇发展与市场需求151.2.6甲醇未来需求展望161.3设计任务的项目来源161.4原料规格与来源161.5水、电、汽供应情况171.5.1给水、排水系统171.5.2电力供应171.5.3蒸汽供应171.6贮存和运输171.7节能17第二章 生产流程方案的确定192.1生产方案的确定192.2生产流程简述192.2.1生产工艺流程简图192.2.2流程简述19第三章 工艺计算193.1小时生产能力193.2物料衡算和能量衡算193.2.1计算条件193.2.2物料衡算193.2.3热量平衡计算22第四章 主要设备工艺计算和设备选型254.1主要工艺操作数据254.1.1化学控制254.1.2压力控制254.1.3温度控制254.2主要设备(主精馏塔)塔径的工艺计算254.2.1理论塔板数计算254.2.2塔径工艺计算284.2.3水力学性能计算304.3塔体与裙座机械设计324.3.1设计条件324.3.2按计算压力计算塔体与封头厚度334.3.3设备载荷计算334.3.4风载荷与风弯矩计算364.3.5地震弯矩计算374.3.6地震偏心弯矩计算394.3.7塔体水压试验和应力校核394.3.8基础环设计404.3.9地脚螺栓计算40第五章 原材料、动力消耗定额与消耗量335.1原料消耗425.2动力消耗42第六章 经济分析与投资概算426.1经济分析426.2车间经费43第七章 环境保护447.1环境保护447.2主要卫生、安全、环保等说明44第八章 设计心得与体会44参考文献46附 录47致48摘 要甲醇是重要的化工原料，广泛用于有机合成、燃料、医药、涂料和国防等工业，在国民经济中有重要作用。甲醇的合成有高压法、低压法、中低压法和联醇法等。低压法采用铜基系催化剂在低压下将合成气进行合成。中压法是在低压法基础上进一步发展而来的。高压法合成甲醇一般使用锌铬催化剂，在高温高压下合成甲醇。本设计是高压法甲醇分离工段工艺设计。甲醇的分离主要是用精馏法，分为预精馏塔和主精馏塔。精馏时粗甲醇先经过预热器加热，进入预塔精馏并通蒸汽。塔顶出来的蒸汽，经过冷凝器被冷却水冷却，绝大部分冷凝下来送至塔回流，另一部分经塔顶液封后放空或回收作为燃料。从预精馏塔出来的釜液进入主精馏塔经过塔底通入蒸汽，最后分离从塔上部得到精甲醇。根据设计任务要求,通过物料衡算得到1000吨精甲醇所需粗甲醇量、蒸汽量和冷却水用量。根据物料与能量衡算计算所需的主设备(主精馏塔)尺寸，并对辅助设备进行设备选型。估算成本并采取安全环保措施。设计工程图纸(主要工艺流程图、设备平面立面布置图、主要设备装配图与厂区平面布置图),并对外文资料进行翻译。关键词：甲醇 蒸汽 冷却水 物料衡算 热量衡算 精馏塔 ABSTRACTMethanol is an important industrial chemical,it is widely used inorganic synthe- sis, fuel, medicine, painting and national defense and so on.It plays an important role in the national economy. There are several methods of synthesizing methanol such as the high pressured method, the low pressure method,the mesolow method and unites mellow method and so on. The low pressuremethod synthetizes gas under low press- ure with copper based series as catalyst.The mesolow method develops from the low pressure method.Presses the law is further developed in the low pressure law found- ation. The high-pressured methodusuallyuses zinc chrome as catalyst to synthesize methanol under the high temperature and high pressure.The paper design mainly describesthe technological design of construction separating methanol by high pressured method,selective evaporation method is widely used to separate methanol, which includes pre-rectifying tower and main rectifying tower.during rectifying ,the crude methanol is firstly heated by pre-heater ,and then goes into pre-tower for rectifying with steam passing.The steam from the top of tower is cooled in condenser by cooling water.most of the cool steam was deliveed into tower for reflux,and the rest is blown off after fluid seal or is recycled as fuel. The cauldron fluid from pre-rectifying tower enters the main rectifying tower and passes the bottom of the tower with steampassing,finallyis separated from the tower methanol.According to the request of the design task by methanol balance,we calculated the amount of cude methanol ,steam and cooled water needed to produce 1000 tons of fine methyl alcohol. And according to the material and the energy graduated blance,we calculated thethe size of main equipment neededl(main rectifying tower) choose the right auxiliary fatory, estimate costs,takemeasures for security and environmental protection,designed the pictures (main flow chart, thet plane and stereoscopic arrangement chart of equipment, assembly drawing major installations and pictures of factoryarrangement), and translated related foreign materials.Key words: methanol；steam；cooling water；material balance；heat balance； rectifying tower第一章 总论1.1概述甲醇又称木醇或木精，是一种透明、无色、易燃、有毒的液体，略带酒精味。熔点97.8，沸点64.8，闪点12.22，自燃点47，相对密度0.7915g/(20/4)。其蒸汽遇空气混合物易爆炸，爆炸极限下限6% 36.5%。能与水、乙醇、乙醚、苯、丙酮和大多数有机溶剂相混溶，在汽油中溶解度更大。甲醇易于吸收水蒸气、二氧化碳和某些其他杂质，因此只有用特殊的方法才能制得完全无水的甲醇。同样也难以从甲醇中清除杂质，产品甲醇中总含有有机杂质在0.01%以下。甲醇具有毒性，服10ml有失明危险，30ml能致人死亡，空气中允许含甲醇最高浓度为0.05mg/L。甲醇是假酒的主要成分，过多食用会导致失明，甚至死亡。甲醇是多种有机产品的基本原料、优质燃料和重要溶剂，主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品并广泛用于燃料、医药、涂料和国防行业等。其中生产甲醛用的甲醇量约占甲醇总量的一半以上。甲醇可开发出100多种高附加值化工产品，尤其深加工后作为一种新型清洁燃料和加入汽油掺烧，其发展前景越来越广阔。甲醇化工已成为化工行业中的一个重要领域。甲醇的消费已超过其传统的用途，潜在的耗用量已超过化工用途，渗透到国民经济的各个部门。今后甲醇的发展速度更为迅速。中国石油和化学工业协会提供的调研报告显示，2006年，我国甲醇生产、消费继续同步增长。国家统计局的数据显示，2006年国共有甲醇生产企业142家，产能合计为1036万t，产量为762.3万t。其他途径的数据显示，除上述142家甲醇企业外，我国还有25个已投产的甲醇项目，产能合计308.4万t，产量为112.4万t。在这25个项目中，有的是2006年建成投产或者完成技术改造的，由于投产时间较晚，实际产量不大；有的是因为技术等方面的原因导致开工率不足，产量较低。综合这两部分数据可知：2006年我国共有甲醇生产企业167家，产能合计1344.4万t，产量874.7万t。2006年，我国进口甲醇112.7万t，出口19万t，净进口量94万t，表观消费量968.4万t，甲醇消费同比增长45%。由此可见，2006年国甲醇供应存在着一定的缺口，需要进口来弥补。生产甲醇的方法有许多中，早期用的木材或木素质制甲醇的方法，今天在化学工业上已被淘汰。目前工业上几乎都是用一氧化碳、二氧化碳加压催化剂合成甲醇。典型的流程包括原料气的制造、原料气净化、甲醇合成、粗甲醇精馏工序。 甲醇的合成有高压法、低压法、中低压法和联醇法等。低压法，采用铜基系高活性催化剂，可在低压5MP下将CO2+H2合成气或含有CO2的CO+H2合成气进行合成。由于低压法生产压力低3，导致设备体积相当庞大，不利于甲醇生产大型化，因此此法生产受阻.中压法是在低压法基础上进一步发展而来的高压法合成甲醇，一般使用锌铬催化剂，在300到400、30MP高温高压下合成甲醇的工艺流程。此法能大规模生产甲醇，因此在我国得以大力发展和应用，其分离工艺也相当简便精巧，前景较为广阔。 甲醇分离方法也有多种，包括物理净化、化学方法、精馏等。一般是用精馏法分离合成的粗甲醇。甲醇的合成不论采用锌铬催化剂或童基催化剂，均受选择性限制，且受合成条件压力、温度、合成气等影响，在生产甲醇反应的同时，还伴随着一系列副反应，其产品主要有甲醇与水、有机杂质组成的混合液，故称粗甲醇。精馏的目的就是通过精馏的方法，除去粗甲醇中的水分和有机杂质，根据不同要求，制得不同纯度的甲醇；大部分杂质难以清除，其中有些杂质降至甚微，不致影响甲醇的应用。精馏时采用的是双精馏塔，分为预精馏塔和主精馏塔。精馏时粗甲醇先经过预热器加热，并通入冷凝水和氢氧化钠溶液，进预精馏塔并在塔底通入蒸汽。塔顶出来的蒸汽含有甲醇、水与多种以轻主分为主的少量有机杂质，经过冷凝器被冷却水冷却，绝大部分冷凝下来，送至塔回流，以轻组分为主的大部分有机杂质经塔顶液封槽后放空或回收作为燃料。从预精馏塔出来的釜液进入主精馏塔经过塔底通入蒸汽，最后分离从塔上部得到精甲醇，塔下部得到侧馏分，从塔顶得到的轻组分和极少量的甲醇经液封溢流槽后，不凝性气体排空另一部分经回流罐再次进入预精馏塔进行回流。1.2文献综述1.2.1甲醇简介1、英文名称Methanol结构或分子式 CHOH相对分子量或原子量32.02 密度相对密度0.7915g/(20/4)熔点（）97.8沸点（）64.8甲醇又称木醇或木精，是一种透明、无色、易燃、有毒的液体，略带有醇香味。其蒸汽遇空气混合物易爆炸，爆炸极限下限6% 36.5%。能与水、乙醇、乙醚、苯、丙酮和大多数有机溶剂相混溶，在汽油中溶解度更大。甲醇含有一个甲基和一个羟基。因为含有羟基，所以具有醇类的典型反应；因为又含有甲基，所以又能进行甲基化反应，甲醇可以与一系列物质发生反应产生许多衍生物。甲醇易于吸收水蒸气、二氧化碳和某些其他杂质，因此只有用特殊的方法才能制得完全无水的甲醇。同样也难以从甲醇中清除杂质，产品甲醇中总含有有机杂质在0.01%以下。甲醇具有毒性，服10ml有失明危险，30ml能致人死亡，空气中允许含甲醇最高浓度为0.05mg/L。甲醇是假酒的主要成分，过多食用会导致失明，甚至死亡。2. 甲醇酸用途 甲醇是多种有机产品的基本原料、优质燃料和重要溶剂，主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品并广泛用于燃料、医药、涂料和国防行业等。其中生产甲醛用的甲醇量约占甲醇总量的一半以上。甲醇可开发出100多种高附加值化工产品，尤其深加工后作为一种新型清洁燃料和加入汽油掺烧，其发展前景越来越广阔。近年来，随着技术的发展和结构能源的改变，甲醇哟开辟了许多新的用途。甲醇是较好的人工合成蛋白原料，蛋白转化率较高，发展速度快，无毒性，价格便宜；目前，世界上已有年产10万吨甲醇制蛋白的工业装置在运行，年产30 万吨的装置已经设计。甲醇是容易输送的清洁燃料，可以单独或者与汽油混合作为汽车燃料，用它作为汽油添加剂可以起到节约芳烃，提高辛烷值的作用，汽车制造业将成为好用甲醇的巨大部门；由甲醇转化为汽油的研究成果，间接开辟了由媒转化为汽车燃料的途径。甲醇是直接合成乙酸的原料，孟山都公司实现了在较低压力下甲醇和一氧化碳和成乙酸的工艺。甲醇可以直接用于还原铁矿，得到高质量的海绵铁。特别是，近年来的C1化学工业发展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、乙酸乙烯、乙酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇树脂等产品，正在研究开发和工业化中。甲醇化工已成为化工行业中的一个重要领域。甲醇的消费已超过其传统的用途，潜在的耗用量已超过化工用途，渗透到国民经济的各个部门。今后甲醇的发展速度更为迅速。1.2.2甲醇工艺发展甲醇生产工艺有两种，即煤气化工艺和天然气制甲醇工艺。欧美国家主要采用天然气为原料生产甲醇，该工艺具备投资低、无污染的优点，且无需过多考虑副产物销路。但我国缺少廉价的天然气资源，而煤储量相对丰富，所以大部分甲醇产能来自煤气化工艺。1.2.3甲醇工艺简介 在1924年以前，甲醇几乎全部是用木材或其废料的分解蒸馏生产，甲醇的世界产量每年只有4500吨。用60-100g的木材干馏只能获得大约1Kg甲醇，1立方米的白桦木只能制得5-6g甲醇，1立方米的针叶树木只能得到2-3kg甲醇。这中“深林化学”的甲醇含有丙酮或其他杂质，要除去这些杂质比较困难。由于甲醇需要量与日俱增，木材干馏法不能满足需要。因此人们开采使用化学法合成甲醇。生产甲醇的原料有合成气法（CO+H2）方法和其它原料法。一氧化碳和氢气为原料合成甲醇的方法有高压、中压和低压法。高压法合成甲醇，一般使用锌铬催化剂，在300到400、30MP高温高压下合成甲醇的工艺流程。用此法生产甲醇已有70多年的历史，这是80年代以前世界各国生产甲醇的主要方法。此法能大规模生产甲醇，因此在我国得以大力发展和应用，其分离工艺也相当简便精巧，前景较为广阔。（2）中压法随着甲醇合成工业的迅速发展，新建厂的规模也日趋大型化，目前已建成的投产的装置有日产超过5000吨的。（3）低压法 低压法，采用铜基系高活性催化剂，可在低压5MP下将CO2+H2合成气或含有CO2的CO+H2合成气进行合成。这种方法是70年代工业化的合成甲醇方法。低压法成功的关键在于使用铜基催化剂，使甲醇反应能在较低温度下进行。随着石油工业的不断发展和蒸汽透平技术的应用，在生产甲醇上也有广阔的应用空间。以上三种方法基本一样，但使用的催化剂不同，因而操作压力和温度等级也不同，反应器的结构就有所不同。从合成理论上讲，提高压力对合成反应有利，因此传统的合成法采用高压法。用其他原料也可合成甲醇，其主要生产方法有：甲烷氧化生成甲醇，反应进行如下：这是将便宜原料转化为贵重甲醇的最简单方法。在通常情况下，容易发生甲醇深度氧化生成二氧化碳和水。液化石油气氧化法 液化石油气是一只主要有丙烷和丁烷等组成的轻质混合物，来源于湿性天然气或油田伴生气，也可从炼油厂的副产物获得。液化石油气可以用空气胡氧气进行氧化，氧化的主要产品有甲醛、乙醛、甲醇和一部分作为溶剂的混合化学品。合成甲醇的化学反应有以下化学式：用氢气和一氧化碳在催化剂作用下合成甲醇工业生产甲醇的主要方法。合成甲醇的化学反应方程式：主反应：(2)副反应：高压法合成流程图如图1-1图1-1高压法合成甲醇生产流程图高压法合成甲醇流程示意图入图1-2654321图1-2甲醇合成工艺流程示意图 1-新鲜气压缩机；2-热交换器；3-甲醇合成塔；4-水冷却器 5-甲醇分离器；6-循环机低压法合成甲醇流程如图1-3 图1-3低压甲醇合成流程高压合成流程虽有所不同，但基本步骤是共同具备的。如图1-2是最基本的流程示意图，其流程是：新鲜气又压缩机压缩到所需合成压力与从循环机来的循环气混合分为两股，一股为主线进入热交换器，将混合气预热到催化剂活性温度，进入合成塔；另一股副线不经过热交换器而是直接进入合成塔以调节进入催化层的温度。经反应后的高温气体进入热交换器与冷原料气混热后，进一步在冷却器中冷却，然后在分离器中分离出液态粗甲醇。为控制循环气中惰性气中液体含量，分离出水和甲醇后的气体需小部分放空，大部分进入循环机增压后返回循环系统，重新利用为反应的气体。甲醇的合成不论采用锌铬催化剂或铜基催化剂，均受选择性限制，且受合成条件压力、温度、合成气等影响，在生产甲醇反应的同时，还伴随着一系列副反应，其产品主要有甲醇与水、有机杂质组成的混合液，故称粗甲醇。精馏的目的就是通过精馏的方法，除去粗甲醇中的水分和有机杂质，根据不同要求，制得不同纯度的甲醇；大部分杂质难以清除，其中有些杂质降至甚微，不致影响甲醇的应用。精馏时采用的是双精馏塔，分为预精馏塔和主精馏塔。高压法合成经典的高压工艺流程是采用往复式压缩机压缩气体，压缩机多极压缩后，其体中夹带的油水经有水分离器分离，大部分油水被分离出，剩余的油水经滤油器过滤。经压缩后的合成气同循环气一起进入管式反应器，在350和30MPXIA ,CO和H2经过催化剂层，反应生成粗甲醇。含粗甲醇的气体经冷却器冷却后，迅速送入粗甲醇分离装置中，使粗甲醇冷凝；未反应的一氧化碳和氢气经循环机加压回反应循环装置生产。生产冷凝的粗甲醇进入精馏装置。精馏时粗甲醇先经过预热器加热，并通入冷凝水和氢氧化钠溶液，进预精馏塔并在塔底通入蒸汽。塔顶出来的蒸汽含有甲醇、水与多种以轻主分为主的少量有机杂质，经过冷凝器被冷却水冷却，绝大部分冷凝下来，送至塔回流，以轻组分为主的大部分有机杂质经塔顶液封槽后放空或回收作为燃料。从预精馏塔出来的釜液进入主精馏塔经过塔底通入蒸汽，最后分离从塔上部得到精甲醇，塔下部得到侧馏分，从塔顶得到的轻组分和极少量的甲醇经液封溢流槽后，不凝性气体排空另一部分经回流罐再次进入预精馏塔进行回流。粗甲醇双塔精馏工艺流程图预精馏塔；2-主精馏塔；3-再沸器；4-冷凝器；5-回流罐；6-液封；7-热交换器粗甲醇冷凝水蒸汽冷凝液蒸汽高沸点物质精甲醇排空二甲醚，不凝性气体回收或排空溶液精甲醇的质量要求，各国都对其制定了标准。我国精甲醇国家标准见表1-1指标一级品二级品外观无色透明液体无可见杂质无色透明液体无可见杂质透明液体无可见杂质色度，号，小于或等于510密度0.791-0.7920.791-0.7930.791-0.793镏程 沸程64-65.564-65.564-65.5(760mmHg)蒸馏量，%98以上98以上98以上温度围（64.60.1）小于或等于0.81.01.5高锰酸钾实验，min,大于或等于5020-水溶性实验澄清澄清澄清水分含量，%，0.100.15-乙醇含量，%，0.01-游离酸含量（以HCOOH计），ppm151530游离碱含量（以NH3计），ppm2815羟基化物（以HCOH计），ppm2050100蒸发残渣，ppm103050气味无特殊异臭无特殊异臭- 表1-1精甲醇国家标准1.2.4我国甲醇发展与市场需求近年来，中国甲醇市场非常火爆：甲醇价格持续高位，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，也引发了国对甲醇装置的投资热。 我国甲醇工业始于1957年。90年代以来甲醇工业发展很快。1996年甲醇总市场能力294万吨，总生产量为141.19万吨，总消耗量182万吨；1997年总生产能力299.1万吨，总产量为174万吨，总消耗量197万吨；1998年总生产能力300万吨，总产量为148.9万吨，总消耗量215万吨。2005年，我国消费甲醇666万t，进口甲醇136万t，出口5.4万t，净进口130万t，其中我国农药、医药行业共消费甲醇74万t，其他行业如染料、溶剂以与甲胺、氯甲烷等有机原料行业共消费甲醇112.4万t。同年，国甲醇产能720万t，产量536万t，开工率74.4%。2000年，我国甲醇产能只有348万t，表观消费量为329.4万t。从2000年至2005年的5年间，我国甲醇产能年均增长率为15.6%，表观消费量年均增长率为15.1%。目前，我国甲醇消费主要集中在甲醛、醋酸、醇醚等领域。中国石油和化学工业协会提供的调研报告显示，2006年，我国甲醇生产、消费继续同步增长。国家统计局的数据显示，2006年国共有甲醇生产企业142家，产能合计为1036万t，产量为762.3万t。其他途径的数据显示，除上述142家甲醇企业外，我国还有25个已投产的甲醇项目，产能合计308.4万t，产量为112.4万t。在这25个项目中，有的是2006年建成投产或者完成技术改造的，由于投产时间较晚，实际产量不大；有的是因为技术等方面的原因导致开工率不足，产量较低。综合这两部分数据可知：2006年我国共有甲醇生产企业167家，产能合计1344.4万t，产量874.7万t。2006年，我国进口甲醇112.7万t，出口19万t，净进口量94万t，表观消费量968.4万t，甲醇消费同比增长45%。由此可见，2006年国甲醇供应存在着一定的缺口，需要进口来弥补。我国甲醇生产原料以煤为主，中国甲醇生产主要集中在华南、华东和华北地区，所占比例分别为27.11%、23.79%和16.63%，2005年全年国精甲醇产量536.2万t，较上年同期增长了21.62%。目前，中国甲醇生产企业大约有200家，但是整个甲醇生产格局呈现出规模小、分散化的分布特点。产能在10万吨左右的只有中石化集团的维纶厂、油田甲醇厂、焦化公司、天然气化工公司、长庆油田中国天然气公司分公司等几家。2006年，中国甲醇生产能力为1117万t，甲醇进口量为112.8万t，出口量为19万吨，成为世界上第二大甲醇消费国。我国甲醇消费结构与国外类似，最大消费领域是甲醛生产，消费比例约为40%；其次是MTBE和醋酸，所占比例分别为6%和7%。近年来甲醇燃料方面的消费量发展较快，尽管国家尚未出台相关政策法规和标准，但甲醇燃料消费已经成为驱动甲醇需求的主要动力之一。目前我国甲醇消费的主要地区是华东和华南地区，上述地区也是我国甲醛、MTBE、丙烯酸酯和醋酸等下游产品生产的集中地。对于甲醇燃料，消费地区主要集中在、等地。2005年，我国甲醇进口总量中，省进口比例占62.28%，省所占比例为28.28%，省比例为4.11%，省比例为3.34%。所有进口基本上全部集中在华东和华南地区，进口结构也在一定程度上反映了我国甲醇消费的地区分布。我国甲醇生产装置中，大型少、中小型多大型装置的场数约占12%，生产能力约占60%以上；中小型装置约占88%以上，生产能力约占40%左右。从以上我国甲醇生产实际状况出发，为了提高我国甲醇生产水平，特别是提高中小型甲醇生产技术：开工率低、消耗高、成本高的等，必须提高企业的管理水平，特别是操作工人的技术素质。1.2.5世界甲醇发展与市场需求世界甲醇发展迅速，1992-1996年总生产能力年均增长率大4.9%，总产量年均增值率为7.1%，总消费量年均增值率为6.7%。1996年总生产能力为2471.8万吨，总消费量为2470.1万吨，开工率为84.3%，甲醇迅速发展的原因在于全球性汽油无铅化的要求，使MTBE快速增长。以与甲醇羟基化的迅速发展。1977年到2001年5年中，世界甲醇生产能力年均增值率为4.9%，总产量年均增值率为3.6%，总消费量年均增值率为3.7%，均比前5年有所下降。受石油和天然气价格波动影响，2000年甲醇的价格和供求也浮动较大。 2000年世界甲醇生产能力3620万t/a（上年为3450万t/a），生产能力利用率为79%，其中北美为91%，中东83%，欧洲和亚洲为65%。2000年全球甲醇需求为2850万t，比1999年增长140万t，推动消费增长的主要原因是美国MTBE生产开工率充足；中国大幅增加甲醇消费，新加坡和BP公司分别有50万t和40万t规模的醋酸装置投产。 2000年甲醇原料天然气的价格由年初的2.5美元/1012Btu（1Btu=1.06kJ,下同）涨至年末5美元/1012Btu，受此影响美国的甲醇价格由113美元/t升至230美元/t. 2001年现有生产能力的开工率将保持稳定，天然气价格仍趋下降，几处新的生产装置将投产。大幅度的缩减须等到2003年，美国实施清洁空气计划，届时将大量限制由甲醇制造的甲基叔丁基醚（MTBE）。2000年至2005年间美国的甲醇消费将由1053万t降至760万t，主要因为耗用甲醇最多的MTBE将由2000年的430万t下降至2005年的59万t。20002005年世界甲醇消费量与所占比例见表1。表 年世界甲醇消费量与所占比例 万 年 比例 年 比例 消费量 消费量 甲醛 醋酸 溶剂 其他 世界总计 据美国化学周刊最新报道，截至2006年底世界甲醇的总生产能力接近4800万t，06年总需求达3680万t。世界甲醇生产主要集中在天然气资源比较丰富的地区，如特立尼达、智利、新西兰、沙特和俄罗斯，中国已成为世界甲醇主要生产地区，中国甲醇主要以煤炭为原料。其中亚太地区的生产能力为1410万t/年，约占世界总生产能力的30%，中东与非洲地区的生产能力为1217万t/年，约占总生产能力的25%，北美地区的生产能力仅为60万t/年，约占总生产能力的1.2%，南美地区的生产能力为1256万t/年，约占总生产能力的26%，世界其他地区的生产能力为854万吨/年，约占世界总生产能力的17.8%。世界主要甲醇生产企业都是将甲醇作为商品销售，自用量很少。同时大型甲醇生产企业都拥有自己的远洋运输船队和储运设施，以便将生产的甲醇运往世界各地销售。1.2.6甲醇的未来需求与展望由于美国国天然气价格较高，加之对MTBE产品使用的限制，美国甲醇生产大幅下降，目前仅剩60万t/年。未来几年还将有大量产能陆续投产，预计到2010年中东地区甲醇产能将翻一番，中国产能到2010年也将翻番至2120万t/年。甲醇制烯烃(MTO/MTP)和二甲醚(DME)将是未来驱动甲醇市场需求增长的主要动力，而我国将是甲醇需求的重点地区。预计到2010年，世界甲醇生产能力将达到约6400万t，2015年达到约7200万t，供应能力大于市场需求，竞争将会加剧，一些不具竞争力的小装置或原料价格较高地区的甲醇装置将关闭。根据未来甲醇装置建设趋势，世界甲醇的生产中心正在向南美、沙特、伊朗和我国转移；同时这些国家和地区甲醇产品的目标市场主要是针对亚太地区和我国。虽然北美地区大量产能关闭，全球围来看，2006至2011年世界甲醇产能增速还将达到8.4%/年，会高过需求增速。今年初，由于世界围一系列甲醇装置非计划停工造成市场供应紧，导致现货价格大幅攀升，2月初曾高达1.45美元/加仑fob。最近几周甲醇价格已回复到70美分/加仑fob。由于现货价格走低，Methanex公司也调低了美国4月份合同价格54美分/加仑。总的来说，随着各国对无铅汽油的环保需要，甲醇的生产发展还是极为迅速的。同时甲醇作为C1化学的支柱产品，甲醇化工已成为化学工业的一个重要领域。甲醇的消费已渗透到国民经济的各个部门。今后甲醇的发展更为迅速。1.3设计任务的项目来源由指导老师指定的课题。1.4原料规格与来源 设计产品精甲醇所需的主要原料粗甲醇由本厂自己生产，其生产粗甲醇的原料合成气可以购买也可自己生产。1.5水、电、汽供应情况1.5.1给水、排水系统生产用水主要为工序的冷却用水。本生产线用水有自来水厂供应，水的用量不大，满足该项目的要求。 给水系统包括新鲜水输水管，管网输水管道等分支，一分支专门为循环水池和生产清洗供水，另一分支为纯水装置供水。消防用水管网另设。室给水系统由入户管，主管，支管，配水头等组成。给水的水平主管铺设在建筑物的下部，由下至上供水。生产用水中的冷却水经贮水池自然冷却或用冷却塔冷却后循环使用，少量的生产冲洗用水属基本无污染水，可澄清后排放。生产线的排水系统由排水管网组成，排水管道把废水从产生地点收集和输送到总排水管，最后由总排水管输送至污水澄清池。1.5.2电力供应本项目耗电不大，电力由本厂的小型热电厂供应。1.5.3蒸汽供应本项目的蒸汽均由该厂的小型热电厂供给。1.6贮存和运输根据本项目原料，产品特点，按不同要求进行贮运以满足要求。贮存甲醇通常采用立式不锈钢制贮槽。贮槽设置在室或车间要防止日光曝晒，以免引起甲醇挥发，影响成品产量。甲醇通常利用公路、铁路运输。1.7节能在工艺设计中一般采取三废治理加节能降耗措施，主要有以下几点：粗甲醇精馏过程中回收甲醇残渣中的甲醇粗甲醇精馏过程中，残液甲醇含量达5%，按甲醇生产规模，精馏过程约有3500吨 残液被排放，则每年约有170吨甲醇随同残液一起排放，这样既减少了产品甲醇量，又污染了环在精馏过程中，加入的粗甲醇在各层塔板中，反覆地进行热质传递，易挥发组分甲醇从塔底向塔顶，不断地从液相转入气相，通过塔顶冷凝获得精甲醇，部分回流。不易挥发组分主要是水，不断地从气相转入液相。在塔底的残液中，除了水分和少量其他组分外，还残留了3.5-7%，的甲醇。国某厂通过图1-4回收.图1-4甲醇回收工艺流程图1-循环泵； 2-蒸发器； 3-分离器； 4-喷嘴；5-冷凝器； 6-溢流管；7-液位计残液经1循环泵加压后，进入列管式蒸发器2，加热到80C，然后进入气液分离器3，液体从喷嘴4出，使甲醇从残液中 释放。甲醇蒸汽与水蒸汽同时在冷凝器5中冷却，得到冷凝液中含甲醇25-40%，送入回流罐再去精馏，为蒸发的残渣返回循环泵1循环蒸发，另一部分经管道6去生物氧化池进行氧化。 经回收甲醇后的残渣含甲醇量从5%可减少到0.8-1.0%。厂里除扣除回收成本，这部分利润还是相当可观的。通过残渣甲醇回收，不仅增加了甲醇产量，而且减轻了残渣液后继生物氧化法处理负担。第二章 生产流程方案的确定2.1生产方案的确定本设计是高压法甲醇分离工艺工段设计，主要用精馏法对粗甲醇进行分离。生产的粗甲醇经过预热交换器后进入预精馏塔并在塔底通入蒸汽，经预精馏后的粗甲醇进入主塔精馏并在塔底通入蒸汽进行精馏。2.2生产流程简述2.2.1生产工艺流程简图5甲醇精馏工艺流程简图如图2-1 图2-1甲醇精馏工艺流程简图 1-粗甲醇贮槽；2-预热交换器； 3-预精馏塔；4-主精馏塔；5-精甲醇贮槽2.2.2流程简述 精馏时采用的是双精馏塔，分为预精馏塔和主精馏塔。生产冷凝的粗甲醇进入精馏装置。精馏时粗甲醇先经过预热器加热，并通入冷凝水和氢氧化钠溶液，进预精馏塔并在塔底通入蒸汽。塔顶出来的蒸汽含有甲醇、水与多种以轻主分为主的少量有机杂质，经过冷凝器被冷却水冷却，绝大部分冷凝下来，送至塔回流，以轻组分为主的大部分有机杂质经塔顶液封槽后放空或回收作为燃料。从预精馏塔出来的釜液进入主精馏塔经过塔底通入蒸汽，最后分离从塔上部得到精甲醇，塔下部得到侧馏分，从塔顶得到的轻组分和极少量的甲醇经液封溢流槽后，不凝性气体排空另一部分经回流罐再次进入预精馏塔进行回流。第三章 工艺计算3.1小时生产能力粗甲醇147公斤/时；精甲醇127公斤/时3.2物料衡算和能量衡算3.2.1计算条件 高压法锌铬催化剂合成粗甲醇的组成的百分比，主要物料数据见表3-1。物质甲醚甲醇异丁醇高级醇水百分比/%3.686.31.10.318.68表3-1粗甲醇组成的百分比3.2.2物料衡算计算依据按年产量1000吨精甲醇计，而粗甲醇中含甲醇86.3%，则每年所需粗甲醇总量：000/86.3%=1159吨/年年工作日按330天计，则精甲醇每日、每小时产量为： 1000/330=3.03吨/日=0.127吨/时每日、每小时所需粗甲醇量为: 1159/330=3.513吨/日=0.147吨/时=147公斤/时预精馏塔（脱醚塔）物料衡算预精馏塔平衡示意图如下所示：软水45.72粗甲醇147甲醚5.30脱醚后 入料（以每小时计）：粗甲醇：147公斤/时其中：甲醚3.6%，则147*3.6%=5.30公斤/时 甲醇86.3%，则147*86.3%=127公斤/时丁醇1.1%，则147*1.1%=1.62公斤/时 高级醇0.31%，则147*0.31%=0.45公斤/时 水 8.68%，则147*8.68%=12.76公斤/时（2）碱液根据资料介绍：碱液浓度按2%计算时，每吨精甲醇耗0.811公斤92%浓度的NaOH，则0.127*0.811*92%=0.095公斤/预精馏塔示意图（单位公斤/时） 时纯NaOH，折合成2%，则为：0.095/2%=4.75公斤/时。（3）软水加入量或冷凝水加入量以精甲醇36%计，则127*36%=45.72公斤/时（4）初镏物：4.37公斤/时（测定数据） 总计：5.30+127+1.62+0.45+12.76+4.75+45.72=201.97公斤/时出料： （1）甲醚5.30公斤/时 （2）甲醇127公斤/时 （3）异丁醇1.62公斤/时 （4）高级醇0.45公斤/时 （5）碱液4.75公斤/时 （6）水：a.粗甲醇带水12.76公斤/时 b.软水45.72公斤/时 （7）初镏物4.37公斤/时总计：5.30+127+1.62+0.45+4.75+12.76+45.72+4.37=201.97公斤/时 其中：气相5.30公斤/时，液相196.67公斤/时.主精馏塔物料衡算主精馏塔物料平衡示意图如下图所示：脱醚后甲醇精甲醇高沸点物质水(残液)主精馏塔物料平衡示意图入料：脱醚后粗甲醇196.67公斤/时回流液：回流比=（回流/入料）=2则196.67*2=393.34公斤/时 总计：196.67+393.34=590.01公斤/时出料：（1）高沸点物采出量：异丁醇+高级醇+甲醇=（1.62+0.45）/30%=6.9公斤/时 （其中甲醇70%，重组分30%）从主塔回流液中采出预塔入料量2%到预塔收集槽，其中含甲醇97.3%99%油性杂质在1%2.07%，其密度0.790.791g/ml,其量：147*2%=2.94公斤/时成品甲醇=预后甲醇量-残液中甲醇量-高沸点物中甲醇量-初镏物甲醇量=121.3-0.01x（x为残液总量） 由物料衡算知：121.3-0.01x+2.94+6.9+x=196.6公斤/时 解之得：x=66.192公斤/时 即精甲醇量：120.64公斤/时残液总量： 66.192公斤/时回流液量：393.34公斤/时 总量：1120.64+66.192+6.9+2.94=196.6+393.34=590.01公斤/时3.2.3热量平衡计算目的：根据预塔全塔热量衡算，求出塔所耗蒸汽量和冷凝水量。它是建立在能量守恒定律基础之上的。可用下列关系式表示：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6其中：Q1加料带入设备量； Q4物料带出热；Q2加入介质带入热； Q5消耗在各部件热；Q3物料带入热； Q6热量损失； 上述关系式因过程不同又有不同的表现形式。一、预精馏塔热量衡算设回流系数为0.736则回流量：147*0.736=108.19公斤/时塔操作为常压，求塔底蒸汽加入量G=?软水（包括NaOH液）：45.72+4.75=50.47公斤/时1、全塔热量衡算 入热粗甲醇入热：（物料147公斤/时，t=65）二甲醚：5.30*305.8=1620.74千卡/时 其中：305.8为二甲醚的焓甲醇：129.07*0.64*65=5369.31千卡/时千卡/时 其中，0.64为甲醇比热水：12.76*1*65=829.4则Q1=1620.74+5369.31+829.4=7819.45千卡/时软水（包括NaOH液） Q2=50.4*1*65=3280.55千卡/时塔底蒸汽加入量：Q3=？ 回流液：（t=55液相比热取0.64）Q4=108.19*0.64*55=308.288千卡/时总入热：Q1+Q2+Q3+Q4=7819.45+3280.55+308.288+Q3 出热：（1）脱醚后粗甲醇（物料196.67公斤/时，t=75）甲醇：129.07*0.64*75=6195.36千卡/时水：63.23*1*75=4742.25千卡/时 则Q11=6195.36+4742.25=10937.61千卡/时 （2）回流液t=58，取比热0.64千卡/公斤*度（同甲醇）Q22=108.19*（0.64*58+267）=32902.74千卡/时 其中267千卡/公斤回流液潜化热（3）甲醚（t=58）Q33=5.30*（58*0.63+125）=856.16千卡/时 其中0.63千卡/公斤*度二甲醚比热，125千卡/公斤-二甲醚汽化潜热；（4）热损失（以5%计） Q44=Q出*5%=（10937.61+32902.74+856.16）*5%=2234.83千卡/时总出热：Q11+Q22+Q33+Q44=1093.61+32902.74+856.16+2234.83 =46931.34千卡/时又总出热=总入热，即11408.29+Q3=46931034 解之得：Q3=35523.05千卡/时 需3.5KPa表压蒸汽量：G=35523.05/506=70.20公斤2、耗冷却水量 以预塔蒸馏出来的甲醇蒸汽含轻馏分和初馏分进入预塔冷凝器，通过冷却水量控制冷却温度，达到分离甲醇轻馏分和初馏分目的。甲醇初镏物作为回流液返回系统，轻馏分以气态形式放空。热量衡算Q入=Q22=32902.7千卡/时Q出=Q冷回+Q损=108.19*0.64*58+2234.83=6250.843千卡/时Q余=Q入-Q出=32902.74-6250.843=26651.90千卡/时冷却水用量物料带入热与带出热之差，所余热量用冷却水冷却。冷却水进入冷凝器温度为25，出冷凝器温度为40，则用量G1=Q余/Cmt=26651.9/1(40-25)=1776.8千卡/时二、主塔热量衡算1、 主精馏塔回流量393.34公斤/时，操作为常压。求塔底加入蒸汽量G=?入热：物料196.67公斤/时，t=90甲醇：129.07*0.64*90=7434.43千卡/时水.：63.23*1*90=5690.70千卡/时 则Q1=7434.43+5690.70=13125.13千卡/时回流液：Q2=393.34*0.64*55=13845.57千卡/时塔底蒸汽加入量：Q3=？总入热：Q1+Q2+Q3=26970.70+Q3出热：精甲醇（t=64）Q11=120.64*0.64*64=4941.41千卡/时回流液：Q22=393.34*（0.64*58+267）+2.94*0.64*58=119731.7千卡/时残液：Q33=66.192*1*105=6950.16千卡/时高沸点物质：Q44=1.62*0.7186*80+0.45*0.7*80+(6.9-1.62-0.45)*0.64*80 =36