年产8万吨甲醇装置的AspenPlus模拟及工艺设计全解.docx

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年产8万吨甲醇装置的AspenPlus模拟及工艺设计全解

年产8万吨甲醇装置的AspenPlus模拟及工艺设计

毕业设计（论文）内容：

1、工艺流程设计2、物能衡算3、设备计算4、物料流程图毕业设计（论文）专题部分：

甲醇合成反应器预精馏塔指导教师：

教研室主任：

院长：

签字签字签字年年年月月月日日日i

内容摘要本文是对年产8万吨甲醇装置的Aspen模拟及工艺设计。

本设计依据锦西天燃气有限责任公司甲醇生产工段的工艺过程，在实际生产理论的基础上，制定合理可行的设计方案。

本文主要阐述了甲醇在国民经济中的地位和作用、工业生产方法、生产原理、工艺流程。

采用Aspen对主要设备如：

混合器、反应器、闪蒸塔、换热器、精馏塔等进行物料衡算，对甲醇反应器，进料-产品第一换热器，冷却器等六个设备进行热量衡算，并对甲醇反应器和换热器进行设备计算。

并使用CAD绘制相应的工艺流程图。

最后对此工艺过程的安全及环保问题做了简要说明。

关键词：

甲醇；Aspen模拟；工艺设计；反应器；精馏塔；iiAbstractInthispaper,Thisisanupdateto80,000t/Aspensimulationofmethanolplantandprocessdesign.ThisdesignwasbasedonJinxinaturalgasCorporationLimitedsectionpetrochemicalethyleneplantofmethanolproductionprocess,intheoryonthebasisofactualproduction,developreasonablefeasibledesign.Thisarticlemainlyonthestatusandroleofmethanolinthenationaleconomy,industrialproductionmethod,principle,technologicalprocessofproduction.Aspenonmajorequipmentsuchas:

flashingTower,mixers,reactors,heatexchangers,distillation,suchasmaterialbalance,onmethanolreactor,feed-productofthefirstheatexchanger,coolerheatsixdevicessuchasaccountancy,anddeviceevaluationmethanolreactorandheatexchangers.AndusingCADdrawingtheflowchart.Inthelast,makeashortilluminationfortheproblemofsecurityandenvironmentalist.Keywords:

Methanol;Aspensimulation;design;reactor;rectify;iii目录内容摘要...........................................................................................................................iAbstract.............................................................................................................................ii目录.................................................................................................................................iii1文献综述.............................................................................................................11.1甲醇在国民经济中的地位和作用................................................................11.2甲醇在国内外的发展动向...........................................................................11.2.1生产技术...............................................................................................11.2.2技术发展动向........................................................................................11.3甲醇的市场需求状况...................................................................................22工艺概述.............................................................................................................32.1甲醇的性质..................................................................................................32.1.1甲醇的物理性质....................................................................................32.1.2甲醇的化学性质....................................................................................32.2生产方法的评述及选择...............................................................................32.2.1高压法...................................................................................................32.2.2低压法...................................................................................................42.2.3中压法...................................................................................................42.3合成甲醇催化剂的种类及性能...................................................................42.3.1几种国外催化剂种类及性能.................................................................42.3.2几种国内催化剂的性状........................................................................52.4甲醇的生产原理...........................................................................................62.4.1合成反应原理........................................................................................62.4.2精馏工艺原理.......................................................................................72.5工艺流程描述..............................................................................................73物能衡算.............................................................................................................83.1物性数据......................................................................................................83.2设计依据......................................................................................................83.3Aspen模拟循环系统的物料衡算....................................................................83.3.1进料组分的摩尔百分数........................................................................83.3.2Aspen模拟工艺流程图的设备一览表..................................................9表3.3合成甲醇装置的Aspen的模拟设备统计表.......................................93.3.3Aspen模拟工艺流程的数据衡算表.......................................................114设备计算...........................................................................................................204.1反应器R301...............................................................................................204.1.1反应器设计依据..................................................................................204.1.2反应器的计算依据..............................................................................204.1.3反应器R301........................................................................................224.1.4反应器的设计Aspen模拟流程图.......................................................224.1.5反应器的设计和灵敏度分析...............................................................234.2换热器的设计............................................................................................28iv4.2.1换热器设计概述..................................................................................284.2.2管壳式换热器的简介..........................................................................294.2.3换热器E302..........................................................................................304.3精馏塔塔T401...........................................................................................344.3.1精馏塔的设计依据..............................................................................344.3.2精馏塔的设计的Aspen的模拟流程图...............................................354.3.3精馏塔T401的设计和灵敏度的分析.................................................354.3.4精馏塔设计..........................................................................................395设计结论...........................................................................................................485.1设计结论....................................................................................................485.2安全问题的设计.........................................................................................485.3三废处理....................................................................................................485.4厂址的选择................................................................................................49致谢................................................................................................................................51参考文献........................................................................................................................52附录................................................................................................................................53沈阳化工大学学士学位论文1文献综述11文献综述1.1甲醇在国民经济中的地位和作用甲醇，又名：

木精、木酒精；英文名：

Methanol；分子式CH3OH；分子量:

32;是一种无色、易燃、易挥发的有度液体，常温下对金属无腐蚀性（铅、铝除外），略有酒精气味。

甲醇是多种有机产品的基本原料和重要溶剂，是基础的有机化工原料和优质燃料。

广泛应用有机合成、燃料、医药、涂料和国防等工业。

甲醇可用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、硫酸二甲酯等多种有机产品。

甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入汽油掺烧。

甲醇和氨反应可以制造一甲胺。

在国民经济发展中具有重要的地位和作用。

1.2甲醇在国内外的发展动向1.2.1生产技术1661年，德国的RobertBoyle发现焦木酸中含有一种“中性物质”，称其为木精“WoodAlcohol”。

1734年，Damds和P'eligt从焦木酸中分离出甲醇，并测定了甲醇的相对分子质量。

1857年，Berthelot用氯甲烷在碱性溶液中水解首次通过化学方法合成了甲醇。

甲醇的大规模工业化生产是从20世纪20年代高压法合成甲醇的工业实现开始的。

1913年，德国BASF公司在其高压合成氨的实验装置上进行了CO和H2合成含氧化合物的研究，并于1923年在德国Leuna建成了世界上第一座年产3000t合成甲醇的生产装置，并成功投产。

1927年，美国CommericalSolvent公司建成了世界第一座利用CO2和H2合成甲醇的工业装置，并投入工业生产。

1.2.2技术发展动向高压法合成甲醇工业投资大，生产成本高。

为此世界各国都在探求能够降低合成压力的工业生产方法。

英国ICI公司和德国Lurgi公司分别成功的研制出中低压甲醇合成催化剂，降低了反应压力，促进了甲醇生产的高速发展。

1966年，ICI公司使用Cu-Zn-Al氧化物催化剂，成功实现了操作压力为5MPa的CO和H2合成甲醇的生产沈阳化工大学学士学位论文1文献综述2工艺，该过程称为ICI低压法。

1972年，ICI公又成功实现了10MPa的中压甲醇合成工艺。

1970年，德国Lirgi公司采用Cu-Zn-Mn或Cu-Zn-Mn-V，Cu-Zn-Al-V氧化物铜基催化剂，成功地建成了年产4000t甲醇的低压生产装置，该法称为Lurgi低压法。

与此同时，世界其他化学公司也竞相开发自己的中低压甲醇合成工艺，建立甲醇合成置，但ICI和Lurgi中低压法合成工艺是普遍采用的合成技术。

甲醇的制备是一个多相反应过程，还发生生成烃、高碳醇、醚、醛、酯及单质碳等一系列副反应。

我国甲醇生产主要是以煤炭为原料，生产的主要方法是合成法。

较早的甲醇合成采用高压合成工艺，由于操作压力高、动力消耗大、设备复杂、产品质量差等缺点，现已逐步被淘汰。

目前大都采用（中）低压工艺来合成甲醇。

1.3甲醇的市场需求状况我国甲醇生产已有40年的历史，目前已形成390万t/a的生产能力，生产企业有200多家。

2002年我国甲醇产量达到210.95万t，表观消费量为390.0万t,自给率为54%。

但由于单套装置能力较小、经济技术水平落后，使得产品成本高，企业效益差。

万吨级以上的厂家只有几十家，十万吨级以上规模的就更少。

随着国内甲醇消费市场走强，生产能力、产量、表观消费量大幅增加，进口量也逐年提高，各企业看好甲醇市场，纷纷准备新建或扩建甲醇项目。

其中较大的有海南60万t/a、四川（泸天化）40万t/a、山东30万t/a、山西（长治）20万t/a、陕西（韩城）20万t/a，内蒙（苏格里）18万t/a等，若这些装置全部按计划投产，届时我国甲醇生产能力将达到500万t/a，由于中小装置及能耗高、效益差的装置不断关闭，预计实际有效产能约为400万t/a。

现已有多家以煤或天然气为原料的甲醇项目在筹建之中。

沈阳化工大学学士学位论文2工艺概述32工艺概述2.1甲醇的性质2.1.1甲醇的物理性质甲醇，又名：

木精、木酒精；英文名：

Methanol；分子式CH3OH；分子量:

32，相对密度0.792（20/4℃），熔点-97.8℃，沸点64.5℃，燃烧热725.76KJ/mol，闪点12.22℃，自燃点463.89℃，蒸气密度1.11，蒸汽压13.33KPa（100mmHg21.2℃），蒸气与空气混合物爆炸极限6～36.5%（体积比），能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃和许多其他有机溶剂相混溶，但是不与石油醚混溶，遇热、明火或氧化剂易燃烧。

挥发途中也会使物体油漆表面遭腐蚀。

2.1.2甲醇的化学性质甲醇含有一个甲基与一个羟基，是最简单的饱和脂肪醇，具有脂肪醇的化学性质，即可进行氧化、酯化、羰基化、胺化、脱水等反应。

甲醇可以与一系列物质反应，所以甲醇在工业上有着十分广泛的应用。

甲醇裂解产生CO和H2，是制备CO和H2的重要化学方法。

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。

甲醇可与多无机酸和有机酸发生脂化反应。

甲醇和光气发生羰基化反应生成氯甲酸甲酯。

在压力5～20MPa，温度370～420℃下，以活性氧化铝或分子筛作催化剂，甲醇和胺发生反应生成一甲胺、二甲胺和三甲胺的混合物，经精馏分离可得一甲胺、二甲胺和三甲胺产品。

甲醇在高温和酸性催化剂如ZSM-5，γ-Al2O3作用下分子间脱水生成二甲醚等。

2.2生产方法的评述及选择用天然气制甲醇高压法、中压法、低压法三种方法。

2.2.1高压法高压工艺流程一般指的是使用锌铬催化剂,在300—400℃,30MPa高温高压下合成甲醇的过程。

自从1923年第一次用这种方法合成甲醇成功后,差不多有50年的时间,世界上合成甲醇生产都沿用这种方法,仅在设计上有某些细节不同,例如甲醇合成沈阳化工大学学士学位论文2工艺概述4塔内移热的方法有冷管型连续换热式和冷激型多段换热式两大类,反应气体流动的方式有轴向和径向或者二者兼有的混合型式,有副产蒸汽和不副产蒸汽的流程等.近几年来,我国开发了25-27MPa压力下在铜基催化剂上合成甲醇的技术,出口气体中甲醇含量4％左右,反应温度230-290℃。

2.2.2低压法ICl低压甲醇法为英国ICl