年产65万吨甲醇合成工段工艺设计

李 婧

（西安文理学院，化学工程学院，西安，710065）

摘要: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，进行以煤为原料年产65万吨甲醇合成工艺设计。设计的主要内容是甲醇合成工段的工艺论证、物料衡算和热量衡算、工艺计算及设备设计选型，并绘制了合成反应器结构图，工艺流程图，设备平面布置图等。

关键词：甲醇；合成；工艺设计

The process design of methanol synthesis section with annual

production of 650000 tons methanol

Li Jing

（School of Chemical Engineering, Xi'an University ,Xi'an, 710065）

Abstract: The design is according to the principles of “advanced technology, technology

mature, economical rationality, safety and environmental protection”. This design adopts low pressure synthesis technology of German Lurgi company combined with the characteristics of the methanol. The design with annual capacity of 650000 tons of methanol synthesis process is taking coal as raw material. The design main content are process demonstration, material balance calculations and heat balance calculations, process calculation and equipment selection and so on. And draw the synthesis reactor structure, process flow diagram, equipment layout, etc.

Key words: methanol ; synthesis; process design

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设计任务

设计题目：年产65万吨甲醇合成工段工艺设计 设计条件

项目 生产量 650000吨 / 年 操作温度 操作压力 氢碳比

自选

压缩比 空速 催化剂

300天 / 年，24h连续运行

要求

选择合适的工艺流程、工艺条件

物料衡算、热量衡算等

甲醇合成反应器工艺尺寸设计计算

传热面积的计算、规格选型 传热面积的计算、规格选型 传热面积的计算、规格选型 传热面积的计算、规格选型

压缩机规格选型

绘制合成反应器结构图，合成工段工艺流程

图，设备平面布置图

目录、引言、设计内容、设备选型、设

计结果一览表、结束语

十篇以上相关的中文文献和两篇英文文献

操作条件

设备工作日 设计内容和要求 序号 设计内容 1 2 3 4 5 6 7. 8. 9. 10. 11.

工艺设计 工艺计算 塔设备设计 换热器 水冷器 分离器 汽包 压缩机

绘图 编写设计说明书 参考文献

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1.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（20℃）0.5945mPa·s。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6.0％～36.5﹪（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]。 1.1.2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[2]。

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

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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%；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[3]。 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。

甲醇是一种重要的化工产品，有很多用途，它是生产塑料、合成橡胶、农药、医药和染料的原料。为了解决石油资源不足的问题，许多国家正研究充分利用煤和天然气资源，发展合成甲醇工业，以甲醇代替燃料或进一步合成汽油，也可以从甲醇出发合成乙醇，然后进行乙醇脱水生产乙烯，以替代石油生产乙烯的原料路线，或从甲醇直接制取乙烯、丙烯等低级烯烃[4]。近年来，我国甲醇需求增长平稳，一部分来自于传统应用领域，如甲醛生产等，而新应用领域如醋酸及MTBE等则支撑着甲醇需求的增长。广义地说，甲醇应用可分为两大应用领域，即MTBE和化工应用。工业合成甲醇常用的方法有甲烷部分氧化法制甲醇和一氧化碳、二氧化碳加压催化氢化制取甲醇的方法。后者在现今的工业上应用较广泛[5]。 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。目前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[6]。

（1）高压法(25—35MPa)是最初生产甲醇的方法，采用锌铬催化剂，反应温度300～400℃，压力25—35MPa。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。

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