年产24万吨甲醇合成实用工艺设计文档格式.docx
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1.3.2我国甲醇工业发展5
1.3.3甲醇生产技术的发展6
第2章甲醇合成工艺原理及方法8
2.1甲醇合成原理8
2.2甲醇合成反应热力学8
2.3甲醇的合成方法及流程8
2.3.1木材干馏法8
2.3.2液相法制备甲醇8
2.3.3气相合成甲醇法9
第3章设计衡算和主要设备设计13
3.1物料衡算13
3.2热量衡算20
3.3主要设备选型及计算21
3.3.1传热面积的确定22
3.3.2传热管数的确定22
3.3.3合成塔壳体径的确定23
3.3.4合成塔壳体厚度的确定23
3.3.5合成塔封头的确定23
3.3.6折流板的确定24
3.3.7管板的确定24
3.3.8定距管的确定24
3.3.9支座的确定24
结论25
致26
参考文献27
摘要:
甲醇是一种极重要的有机化工原料,也是一种燃料,是碳一化学的基础产品,在国民经济中占有十分重要的地位。
近年来,随着甲醇下属产品的开发,特别是甲醇燃料的推广应用,甲醇的需求大幅度上升。
为了满足经济发展对甲醇的需求,开展了此24万t/a的甲醇项目。
本设计介绍了甲醇生产方法中的木材干馏法,液相法和气相法中的高、中、低压法,从国外现状考虑,本设计采用气相低压法。
本设计采用德国Lurgi公司的甲醇合成工艺,合成塔选用该工艺中管壳式合成塔,对合成工段进行了工艺计算,包括物料衡算及能量衡算;
设备计算包括对合成塔设备选型及指标计算。
关键词:
甲醇合成物料衡算热量衡算合成塔
Abstract:
Methanolisanextremelyimportantorganicchemicalrawmaterials,isalsoafuel,itplaysaveryimportantpositioninthenationaleconomy.Inrecentyears,withthedevelopmentofaffiliatedproductsofMethanol,especiallytheuseofMethanolfuel,thedemandofMethanolisincreasingquickly.Inordertomeettheneedsofeconomicdevelopmentformethanol,thisprojecthasbeenmade.Lumberdrydistillation,liquidphasemethod,gasphasemethodofmethanolproductionhavebeenintroducedinthisdesign.Consideringfromthesituationathomeandabroad,thegasphaselowpressuremethodbeenhasbeenusedinthisdesign.
MethanolsynthesisprocessofGermanylurgicompanyhasbeenusedinmydesign,thesynthesistoweroftubularhasbeenchoseninthisdesign,Ihavetaketheprocessofsynthesissectionincalculation,includingmaterialcalculationandenergybalancecalculations;
calculationofsynthesistowerequipmentincludingequipmentselectionandevaluation
Keywords:
Methanol;
Synthesis;
Materialbalancecalculate;
Heatbalancecalculate;
Synthetictower
引言
甲醇用途广泛,是基础的有机化工原料和优质燃料。
主要应用于精细化工,塑料等领域,用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲酯等多种有机产品,也是农药、医药的重要原料之一。
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。
甲醇生产所用的原料有煤、石油、天然气等,生产工序主要包括造气、脱硫、脱碳、精制、压缩与合成等。
我用的甲醇生产工艺主要有:
ICI低压甲醇合成工艺、Lurgi低压甲醇合成工艺、TEC的新型反应器以及正趋向成熟的液相法甲醇合成工艺。
合成工段是甲醇生产中的最为关键的一步,合成工段能有效安全运转是整个厂能正常运行的基础。
因此,根据生产需要,必须选择合适的生产流程、控制一定的工艺条件,满足工艺生产要求。
第1章甲醇的性质及其用途
1.1甲醇的性质
1.1.1甲醇的物理性质[1]
甲醇是一种无色、透明、易燃、易挥发的有毒液体,略有酒精气味。
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(100mmHg21.2℃),蒸气与空气混合物爆炸极限为6.0%-36.5%(体积)。
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、明火或氧化剂易燃烧。
甲醇燃烧时无烟,火焰呈蓝色。
1.1.2甲醇的化学性质[1]
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。
1.1.2.1氧化反应
如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+0.5O2→HCHO+H2O
甲醛进一步氧化生成甲酸:
HCHO+0.5O2→HCOOH
甲醇完全燃烧时氧化成CO2和H2O,放出大量热:
2CH3OH+3O2→2CO2+4H2O
1.1.2.2酯化反应
如甲醇可与多种无机酸和有机酸发生脂化反应。
甲醇和硫酸发生酯化反应生成硫酸氢甲酯,硫酸氢甲酯经加热减压蒸馏生成重要的甲基化试剂硫酸二甲酯
CH3OH+H2SO4→CH3OSO2OH+H2O
2CH3OSO2OH→CH3OSO2OCH3+H2SO4
甲醇和硝酸作用生成硝酸甲酯:
CH3OH+HNO3→CH3NO3+H2O
甲醇和甲酸反应生成甲酸甲酯:
CH3OH+HCOOH→HCOOCH3+H2O
1.1.2.3羰基化反应
如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+COCl2→CH3OCOCL+HCl
CH3OCOCl+CH3OH→(CH3O)2CO+HCl
1.1.2.4胺化反应
如在压力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。
CH3OH+NH3→CH3NH2+H2O
2CH3OH+NH3→(CH3)2NH+2H2O
3CH3OH+NH3→(CH3)3N+3H2O
1.1.2.5脱水反应
如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:
2CH3OH→(CH3)2O+H2O
1.1.2.6裂解反应
如在酮催化剂上,甲醇可裂解成CO和H2:
CH3OH→CO+2H2
1.1.2.7氯化反应
如甲醇和氯化氢在ZnO/ZrO催化剂上发生氯化反应生成一氯甲烷:
CH3OH+HCl→CH3Cl+H2O
1.2甲醇的用途[33]
甲醇是重要的一碳化工基础产品和有机化工原料,而且是重要的溶剂,广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。
近年来,随着技术的发展和能源结构的改变,甲醇化工已成为洁净能源的重要组成部分。
此外,甲醇还开辟了许多新的用途。
甲醇是较好的人工合成蛋白的原料,蛋白转化率较高,发酵速度快,无毒性,价格便宜;
甲醇是容易运输的清洁燃料,可以单独或与汽油混合作为汽车燃料,用它作为汽油添加剂可起到节约芳烃,提高辛烷值的作用,汽车制造业将成为耗用甲醇的巨大部门;
由甲醇转化为汽油方法的研究成果,间接开辟了由煤转换为汽车燃料的途径。
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合成乙酸的工艺。
甲醇可直接用于还原铁矿石,得到高质量的海绵铁。
特别是近年来C
化学工业的发展,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。
甲醇化工已成为化学工业中一个重要的领域。
甲醇的消费已超过其传统用途,潜在的耗用量远远超过其化工用途,渗透到国民经济的各个部门。
今后甲醇的发展速度将更为迅速。
1.3甲醇工业的现状及发展
1.3.1全球甲醇工业现状及发展趋势[23]
从2000年起,世界甲醇生产能力出现了甲醇史上最短时间最大规模的增长。
2000年,世界甲醇总产能达3803万吨,需求量为2817万吨/年,装臵开工率为76.5%;
2004年,世界甲醇总产能达到4060万吨/年,产量为3300万吨,装臵平均开工率为81.3%;
2006年,世界甲醇总生产能力接近4800万吨,总需求达3680万吨;
2007年以来,全球甲醇产能不断快速提高,至2010年底全球甲醇产能近1亿吨。
同时,需求量与产量也在稳步提升。
近年来全球甲醇需求年均增长率超过4%,相当于新建一座世界规模甲醇厂的年产量。
下图是全球甲醇规模和需求的条形折线图:
图1.1全球甲醇规模和需求
近几年全球甲醇供需基本平衡,但生产和消费格局已发生了重大变化。
全球甲醇产能和产量的增长主要来自亚洲和中东等低成本地区,欧美等高成本地区不仅没有增长,有的还在减小。
现在以中国等发展中国家为代表的亚太国家,作为甲醇新兴市场潜在应用不断开发。
国际舆论普遍认为,5年以后,这一地区可能成为决定世界甲醇市场发展方向的极具影响力的因素,其正在成为一支不可忽视的中坚力量。
近期世界甲醇价格的预测将取决于中国煤基甲醇生产的经济性。
世界甲醇生产格局的变化带来了消费格局的重大变化,工业发达国家和地区如美国、西欧、日本等已由过去的甲醇自产自给转变为主要进口国,而拉丁美洲、东欧(俄罗斯)、中东及非洲却成为甲醇主要出口国。
未来国际甲醇市场的主要不利因素为国际上甲醇新建装置大量涌现,产能增长速度过快,今后5年中投产的甲醇产能将超过1800万吨,这些新增产能主要分布于南美、远东和澳大利亚。
产能增长过快会对现有市场造成一定冲击,使市场价格产生波动。
总的来看,未来甲醇的需求增长为每年500万吨,而未来新增的产能还不会在短期造成供需失衡的局面,加之甲醇生产成本不断提高,未来甲醇市场价格会保持
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