1、 沈阳化工大学科亚学院 本科毕业设计 题 目： 年产 5.2万吨甲醇装置合成工段工艺设计 专 业： 化学工程与工艺 班 级： 姓 名： XXX 学 号： 指导教师： XXX 论文提交日期年 6 月 10 日 论文答辩日期年 6 月 22 日 摘要 甲醇作为及其重要的有机化工原料，是碳 化学工业的基础产品。在国民经济中占有重要地位。 近年来，随着工业生产甲醇的开发，特别是甲醇燃料的推广作用，甲醇的需求幅度上升，用甲醇作为新的石化原料来源已经成为一种趋势。 目前生产甲醇的主要原料是煤和天然气 ,甲醇的生产工艺过程分为合成气的制造、甲醇的合成好精制三部分。该设计的主要内容是对甲醇合成工段进行物料衡算
2、、热量衡算和设备计算。该设计本着符合国情、经济、环保的原则，采用天然气为原料， 运用了 Lurgi 工艺合成法，依据年产 5.2 万吨甲醇的工艺设计年产 5.2 万吨甲醇的合成工段工艺。 关键词： 甲醇 合成 工艺设计 键入文字 Abstract PL as an important organic chemical raw materials, the carbon chemical industry products plays an important role in the national economy. In recent years, with the development
3、of industrial production of PL,the promotion and application of PL, PLdemand increased significantly,With PL as the new sources of petrochemical materials has become a trend. Currently the main raw material production of methanol was from coal and natural gas ， methanol production process was distin
4、guished into three parts， such as the production of synthesis gas， synthesis and refining of methanol.The design of the main contents of the PL synthesis section in the material balance,heat balance.Desingn the principle of line with national conditions economic,and environmental protection， the use
5、 of natural gas as raw material,the use of the Lurgi process synthesis of PL,and according to the annual output of 52000 tons of methanol process design capacity of 52000 tons of methanol synthesis section. Key words: methanol synthesis process design 键入文字 目录 第一章 文献综述 . 1 1.1 甲醇在国民经济中的地位 及作用 . 1 1.2
6、 甲醇在国内外发展概况 . 2 1.2.1 国内甲醇的生产发展简史 . 2 1.2.2 国外甲醇的生产发展简史 . 3 1.3 甲醇的主要性质 . 4 1.3.1 甲醇的物理性质 . 4 1.3.2 甲醇的化学性质 . 4 1.4 厂址选择 . 6 1.4.1 厂址选择原则 . 6 1.4.2 本次设计所选厂址 . 6 1.5 甲醇生产方法的对比、确定 . 8 1.5.1 国内外生产甲醇的主要技术 . 8 1.5.2 国内外生产甲醇主要技术比较 . 13 1.5.3 本设计采用的方法 . 14 1.6 产品指标 . 16 第二章 工艺流程设计 . 17 2.1 工艺原理 . 17 2.1.1
7、工艺条件 . 17 2.2 工艺流程 . 19 2.2.1 工艺流程简述 . 20 2.3 工艺操作参数确定 . 21 2.4 主要设备 . 22 2.4.1 合成塔的选择 . 22 2.4.2 精馏塔的选择 . 22 第三章物能衡算 . 24 3.2 全流程物能衡算 . 24 3.2.1 ASPEN PLUS 物能衡 算流程图 . 25 第四章设备计算 . 35 4.1 预蒸馏塔计算 . 35 4.1.1 预蒸馏塔模拟工艺图 . 35 4.1.2 预蒸馏塔模拟方法 . 35 4.1.3 灵敏度分析 . 35 键入文字 4.1.4 ASPEN PLUS 模拟结果 . 41 4.1.5 塔径的计
8、算 . 52 4.1.6 塔高的估算 . 53 4.1.7 溢流装置 . 54 4.1.8 浮阀及排列方 . 55 4.1.9 塔板流体力学计算 . 57 4.1.10 塔板负荷性能图 . 60 4.2 入塔气预热器计算 . 64 4.2.1 入塔气预热器工艺模拟图 . 64 4.2.2 入塔气预热器模拟方法 . 64 4.2.3 入 塔气预热器模拟结果 . 64 4.2.4 入塔气预热器的设计工艺计算 . 68 4.2.5 主要附件设计 . 68 第五章 甲醇产品的安全 . 70 5.1.甲醇生产安全措施 . 70 5.1.1 危险性概述 . 70 5.1.3 操作处置与储存 . 71 5.
9、1.2 甲醇生产泄露 应急处理 5.1.4 包装及贮运： . 71 5.1.5 毒性和防护 . 72 第六章 三废处理 . 73 参考文献 . 74 致谢 . 75 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 文献综述 1 第一章 文献综述 1.1 甲醇在国民经济中的地位及作用 随着我国国民经济不断稳定的发展，不管是能源生产总量还是需求总量都在不断增长。 7O 年代两次石油危机和石油价格的不断上涨，让世界各国充分认识到当今社会将是能源结 构逐步向多元 化结构发展的时代。目前，人类己经面临着石油及天然气这一宝贵的化石能源在不断的枯竭，根据我国提出的经济可持续发展的战略，需要合理有效地利用资源。 “
10、 缺油、少气、富煤 ” 的客观现实，意味着今后 30 年内，我国一次能源消费以煤为主的格局不会改变。但是我们如果还是沿用落后技术，把煤直接燃烧用于发电和其它工业目的，不断扩大低效、 高污染应用技术中煤的用量，则同样是难以为继的，同时对环境的污染将是难以估量的。因此，充分利用丰富的煤炭资源，大力发展洁净煤技术和新一代煤化工技术是非常必要的，既对我国合理利用资源、有效利用能源和促进 经济可持续发展具有重要的现实 又对 保护国家能源安全具有深远的战略意义 。 近年来，我国甲醇市场非常红火，甲醇价格持续上涨，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
11、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，也引发了国内对甲醇装置的投资热 。我国甲醇生产以煤为要原料，产业结构不尽合理，装置规模偏小，企业数目过多，原料路线和工艺技术五花八门。由于对醇醚燃料需求的高度期待，我国甲醇发展过热，几乎 “ 遍地开花 ” 。据报导， 2000 2007 年我国甲醇产能年均增长率为 24.8%， 2007年我国共有甲醇生产企业 177 家，总规模 已突破每年 1600 万吨， 2010 年总产能达到每年 3000 万吨。我国规划中的甲醇产能已超过同期世界其他各国的总产能。煤基甲醇是资源消耗
12、型产品，是低附加值产品， 而依靠大量出 口来消化过剩的产能合理的 。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 文献综述 2 1.2 甲醇在国内外发展概况 1.2.1国内甲醇的生产发展简史 建国前，国内基本没有甲醇工业。第一个五年计划时期，从苏联引进以煤为原料的高压合成甲醇装置。 60 年代在南京、淮南、北京等地建 设了以煤炭和重油为原料的合成甲醇装置。 70 年代以来，先后又在广东、湖南、湖北等地建成甲醇装置，并将上海等地原有的甲醇生产企业扩大了生产能力。随着国民经济和技术进步的需要，又分别从英国、西德引进了低压合成甲醇装置。 据不完全统计，我国现在已有 50多套合成甲醇生产装置，形成 50
13、 60 万吨的年生产能力，其中 30 多套是合成氨联产甲醇装置，年生产能力约 210 220kt；在建或缓建的生产能力约 10 多万吨，总能力在 70 万吨左右。 1984 年统计，全国甲醇产量为 46 万吨，开工率为 77%，当年使用量为 43 万吨。 1975 1987 年的 13 年间，国内甲醇产量增长 2.73 倍，甲醇产量由 1975 年的 13.7 万吨增长 1987 年的 51.2 万吨。 国内重点企业的甲醇装置，分别采用煤焦、油、气三种原料，据 1987 年不完全统计，不同原料和生产工艺的甲醇生产能力不同。甲醇生产工艺中联产甲醇的生产能力，占总生产能力的 27.7%，单产甲醇占
14、 72.3%。原料结构以油为原料的占 55.2%，其中单产甲醇占 97%；以煤焦为原料的占 30% ，其中联产甲醇占 87。 国内甲醇进出口状况表现良好， 2001 2006 年，国内进口总额逐年递减，而出口总额基本处于逐 年递增状况。 市场方面， 2005 年以来，国内甲醇市场走势相当不错，价格基本一路上涨，从元月份的 1100 元最高上涨到 2100 元。 2005 年，尽管甲醇价格有所回落，但仍维持在 1900 元的高位。 2006 年，甲醇市场行情是化工市场中的一道亮丽风景，全年主流价格在 2500 3500 元 /吨的区间运行，最高上探至 3950 4200 元 /吨，价格之高震幅之
15、大为近十年之最。 2007 年国内甲醇市场容量继续增加。 2000 2006 年，国内甲醇表观需求量以约 16.5的速度递增， 以此推算， 2007 年全年甲醇表观需求量将达到960 万吨左右。 , j! U0 G# D7 s# C 事实证明，未来甲醇工业发展前景非常广阔，按入世承诺，中国首先取消了成品油进口配额管理，允许外商独资经营油品仓储零售业务。随后允许外商从事成品油沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 文献综述 3 批发业务，与世界经济接轨。据此，在政策的引导下，市场和效益能极大促进甲醇工业的巨大发展。从国家经济发展，能源战略安全保障方面需要，全面推广甲醇燃料条件已成熟，甲醇燃料的
16、发展已到了关键时刻，甲醇燃料的快速发展已势在必行！ 1.2.2国外甲醇的生产发展简史 1924 年以 前，甲醇生产是用木材为原料干馏而制得，当时世界甲醇产量约为 4.5万。 1923 年德国巴登苯胺 -纯碱公司（ Badische Anilin and Fabrik BASF）的两位科学家米塔许（ Mittash）和施奈德（ Schneider）试验了用一氧化碳和氢气，在 300400 的温度和 30 50MPa 压力下，通过锌铬催化剂的催化作用合成甲醇，并于当年首先实现了工业化生产，这比合成氨工业生产迟了约 10年。 在以后的几年中，美国和欧洲的一些国家，如法国、意大利、英国等也实现了以特有
17、选择性的催化剂，使水煤气合成甲醇 。 1927 年美国商业溶剂公司 （ The Commercial Solvent Coorporation） 在伊利诺斯州的波利亚城建成合成甲醇厂，年产能力近 400 吨甲醇，是用丁醇丙酮厂的发酵气（ CO260%， H240%） 为原料。 二次世界大战期间，瑞士的朗莎 （ Lonza） 公司用电解氢和二氧化碳，采用锌基催化剂合成甲醇，在工业上获得成功，它使用的二氧化碳是生产硝酸钙的副产品，经过脱除一氧化氮，再用煤还原成为一氧化碳。 到 20 世纪 40年代，随着有机化学工业的发展，世界上工业发达的国家，在合成氨工业基础上陆续 建立了以褐煤及焦炭为原料的合成
18、甲醇工厂。 50年代，合成甲醇的原料开始采用天然气和轻油裂解气。由于三大合成材料的迅速发展，甲醇的需要量急剧增长，促使甲醇工业高速发展，甲醇产量增加了一倍多。 从 1960 年到 1969 年，甲醇的发展速度更快， 10 年间世界甲醇产量增长 2.72倍， 世界甲醇产量由 1960 年 236 万吨增长到 1969 年的 643.7 万吨。 2005 年全球甲醇总产能为 4117.5 万吨 /a，其中北美 364.6 万吨 /a，南美 1062.9万吨 /a，欧洲 768.5 万吨 /a，中东和北非 890.9 万吨 /a，亚太地区 1030.6 万吨 /a；世界甲醇需求量超过 3320 万吨
19、，供应量约为 3410 万吨 /年。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 文献综述 4 1.3 甲醇的主要性质 1.3.1甲醇的物理性质 无色、透明、高度挥发、易燃液体。略有酒精气味。分子式 CH3OH、分子量 32.04、相对密度 0.792(20/4 )、熔点 -97.8、沸点 64.5、闪点 12.22、自燃点463.89、蒸气密度 1.11、蒸气压 13.33KPa(100mmHg 21.2 )。蒸气与空气混合物爆炸下限 6.036.5% 。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃和许多其他有机溶剂相混 溶。遇热、明火或氧化剂易着火。遇明火会爆炸 ， 在空气中甲醇蒸汽的爆炸极限6.03
20、6.5%(体积 )。 甲醇是最常用的有机溶剂之一。与水互溶且体积缩小 ,能与乙醇、乙酸等多种有机溶剂互溶 甲醇为有毒化工产品。有显著的麻醉作用 对视神经危害最为严重 ,吸入浓的甲醇蒸汽时会出沉醉、头痛、恶心、呕吐、流泪、视力模糊和眼痛等 ,需要数日才能恢复 ,空气中允许浓度为 0.05mg/l,极限允许浓度在空气中为2000ppm。 甲醇的一般性质列于表 1-1 表 1-1 甲醇的一般性质 性 质 数 据 性 质 数 据 密度 g/ml（ 0 ) 0.8100 临界压力 Pa 79.54105 沸点 64.5 64.7 蒸汽压 Pa（ 20 ) 1.2879104 熔点 -97.8 黏度 Pa
21、s（ 20 ) 5.94510-4 自燃点（空气中 ) 473 膨胀系数 （ 20 ) 0.00119 临界温度 240 爆炸性（空气中） 6.0 36.5%（ Vol） 蒸发潜热 kJ/mol （ 64.7 ） 35.295 腐蚀性 除铅、铝外，常温下无腐蚀性 1.3.2 甲醇的化学性质 甲醇具有脂肪醇的化学性质 ， 即 可进行氧化、酯化、羰基化 、 氨化、脱水等反应。甲醇裂解产生 CO 和 H2， 是制备 CO 和 H2的重要化学方法。 （ 1） 氧化反应 甲醇在电解银催化剂上可被空气氧化成甲醛 ,是重要的工业制备甲醛的方法： CH3OH+ 0.5O2HCHO + H 2O 沈阳化工大学科
22、亚学院学士学位论文 第一章 文献综述 5 甲醇完全燃烧时氧化成 CO和 HO， 放出大量的热 ： CH3OH +O2CO 2+ H2O + 726.55 kJ/mol （ 2） 酯化反应 甲醇和硝酸作用生成硝酸甲酯 CH3OH +HNO3CH 3NO3+ H2O （ 3） 羰基化反应 甲醇和光气发生羰基化反应生成 氯甲酸甲酯 ， 进一步反应生成碳酸二甲酯 ： CH3OH + COCl2CH 3OCOCl + HCl CH3OCOCl + CH3OH （ CH3O） 2CO （ 4） 胺化反应 在压力 5 20Mpa,温度 370 420下 ， 以活化氧化铝或分子筛催化剂 ， 甲醇和氨发生反应生
23、成一甲胺 二甲胺和三甲胺的混合物 ， 经精馏分离可得一甲胺 、 二甲胺和三甲胺一甲胺 、 二甲胺和三甲胺产品。 CH3OH + NH3CH3NH2 + H2O 2CH3OH + NH3(CH3)2NH + 2H2O 3CH3OH + NH3(CH3)3+ 3H2O （ 5） 脱水反应 甲醇在高温和酸性催化剂如 ZSM-5， r-Al2O3 作用下分子间脱水生成二甲醚 ： 2CH3OH(CH 3)2O+H2O （ 6） 裂解反应 在铜催化剂上 ， 甲醇可裂解成 CO 和 H2： CH3OHCO+H 2 （ 7） 氯化反应 甲醇和氯化氢在 Zn/ZrO 催化剂上发生氯化反应生成一氯甲烷 ： CH3OH+HClCH3Cl+H2O 氯甲烷和氯化氢在 CH3Cl2 / ZrO2 催化剂作用下进一步发生氧氯化反应生成二氯甲烷和三氯甲烷： CH3Cl2+HCl+0.5O 2CHCl 3 +H2O CH3OH+HCl+0.5O 2CH 2Cl 2 +H2O （ 8）其他反应 甲醇和苯在 3.5MPa， 350380反应条件下 ， 在催化剂的作用下可生成甲苯 ： CH3OH+C6H6C 6H5CH3+H2O 220 ,20MPa 下 ,甲醇在钴催化剂的作用下发生同系化发反应生成乙醇 : CH3OH+CO+H2CH 3CHOH+H2O
