年产10万吨甲醇工艺设计

1.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如图。

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，本设计采用管壳式反应器，管程走反应气，壳程走4MPa 的沸腾水

详细流程见CAD ，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。

1.1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 2O(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 2O+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。

2.生产工艺及物料衡算

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+2H2→CH3OH+102.37 KJ/mol……①副反应：2CO+4H2→(CH3)2O+H2O+200.39 KJ/mol ……②CO+3H2→CH4+H2O+115.69 KJ/mol ……③

4CO+8H2→C4H9OH+3H2O+49.62 KJ/mol ……④

CO2+H2→CO+ H2O-42.92 KJ/mol ……⑤