《甲醇设计》word版.docx
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《甲醇设计》word版
《甲醇设计》word版
《甲醇设计》word版目录摘要IAbstractII1绪论11.1甲醇理化性质11.1.1一般性状11.1.2甲醇的物理性质11.1.3甲醇的化学性质21.2甲醇的用途及在化学工业中的地位31.3甲醇市场的状况及建厂的可行性31.4甲醇的生产方法41.4.1由CO和H2合成甲醇41.4.2其他合成方法51.5甲醇生产技术的发展趋势51.5.1目前国内的甲醇生产的精馏工艺61.5.2本设计工艺流程102天然气低压鲁齐法制甲醇的原理方法及流程122.1反应方程式122.1.1造气工段,使用二步法造气122.1.2合成工段122.2合成法反应机理122.3天然气制甲醇精馏工段工艺流程粗甲醇的精制132.3.1精甲醇的质量要求132.3.2精制流程152.3.3精馏残液的回收163工艺技术方案173.1本设计的题目及任务173.1.1编写设计说明书173.1.2绘制设计图纸173.2本设计工艺流程简介173.2.1工艺流程说明173.2.2工艺流程示意图184主要设备及催化剂194.1主要设备194.1.1蒸汽转化炉194.1.2甲醇合成反应器194.1.3精馏塔204.2催化剂204.2.1铜基催化剂(CuO,ZnO,Al2O3的组合)214.2.2催化剂失活机理214.2.3催化剂的使用和维护215精甲醇生产工艺计算225.1甲醇生产的物料平衡计算225.1.1合成塔物料平衡计算225.1.2粗甲醇精馏的物料平衡计算235.2甲醇生产的能量平衡计算265.2.2.加压塔的能量恒算305.2.3常压塔热量恒算325.2.4.精馏塔系统结果汇总366主要设备计算及选型376.1精馏系统设备选型及计算376.1.1基础数据整理376.1.2初估塔径396.1.3理论板数的计算416.1.4塔内件设计446.1.5塔板流体力学验算486.1.6塔板负荷性能图506.1.7常压塔主要尺寸确定55总结58符号说明59致谢60参考文献61附录6331绪论1.1甲醇理化性质甲醇产品除少量直接用于溶剂,抗凝剂和燃料外,绝大多数被用于生产甲醛,农药,纤维,医药,涂料等。
随着甲醛等下游产品的不断开发,甲醇在化学工业中的作用必将越来越重要。
1.1.1一般性状无色澄清液体。
微有乙醇样气味。
易挥发。
易流动。
燃烧时无烟有蓝色火焰。
能与多种化合物形成共沸混合物。
能与水、乙醇、乙醚、苯、酮类和其他有机溶剂混溶。
溶解性能优于乙醇,能溶解多种无机盐类,如碘化钠、氯化钙、硝酸铵、硫酸铜、硝酸银、氯化铵和氯化钠等。
相对密度(d204)0.7915。
熔点-97.8℃。
沸点64.7℃。
折光率(n20D)1.3292。
闪点(闭杯)12℃。
易燃,蒸气能与空气形成爆炸性混合物,爆炸极限6.0%~36.5%(体积)。
有毒,一般误饮15ml可致眼睛失明,一般致死量为100~200ml。
甲醇具有明显的麻醉性,甲醇对呼吸道和粘膜有强烈的刺激作用,流经皮肤也能使人发生中毒迹象。
1.1.2甲醇的物理性质表1.1甲醇的热力学常数临界温度240℃燃烧热726.55kJ/mol(25℃)蒸发潜热1129.5kJ/kg液体热容2.49~2.53kJ/kg(25℃)气体热容1.63kJ/kg(77℃)临界压力0.076985Pa表1.2甲醇的物理常数沸点64.5~64.7℃(0.101MPa)凝固点—97~97.8℃自燃点473~461℃相对密度0.7915(20℃)粘度液体0.0005945Pa.S(20℃)气体0.0000114Pa.S(65℃)闪点12~16℃折光系数1.32874(20℃)膨胀系数0.00119(20℃)表面张力0.00221kg/m(20℃)1.1.3甲醇的化学性质甲醇不具酸性,也不具碱性,对酚酞和石蕊试液均呈中性
(1)氧化反应完全氧化:
CH3OH+O2→CO2+2H2O+726.55kJ/mol不完全氧化:
CH3OH+O2→HCHO+H2O+159kJ/mol
(2)脱氢反应:
CH3OH→HCHO+H2-86.38kJ/mol(3)与有机酸反应:
CH3OH+CH3COOH→CH3COOCH3+H2O(4)与无机酸反应:
CH3OH+HCl→CH3Cl+H2OCH3OH+H2SO4→CH3SO2OH+H2O(5)与氨反应生成甲胺CH3OH+NH3→CH3NH2+H2O+20.75kJ/mol2CH3OH+NH3→(CH3)2NH+2H2O+60.88kJ/mol3CH3OH+NH3→(CH3)3N+3H2O+407.35kJ/mol(6)与苯作用生成甲苯:
CH3OH+C6H6→C6H5CH3+H2O(7)与CO作用生成醋酸:
CH3OH+CO→CH3COOH(8)与乙炔作用:
CH3OH+C2H2→CH3OCHCH2(9)与金属Na作用:
2CH3OH+2Na→2CH3ONa+H2(10)与苯胺作用,生成二甲基苯胺:
2CH3OH+C6H5NH2→C6H5N(CH3)2+2H2O1.2甲醇的用途及在化学工业中的地位甲醇生产过程比较简单,原料来源多样,煤、石油和天然气均可制甲醇。
甲醇用途广泛,他的下游产品多达几百种。
几年来由于世界各国环保意识的加强,特别是美国国会于1990年11月15日通过清洁空气法修正案以后,甲醇的身价倍增,全球甲醇的需求增长加快。
中国甲醇产业发展速度丝毫不逊色于任何一国。
仅靠最近5年的快速发展,中国甲醇产量就跃居全球首位。
甲醇属低附加值化工产品。
低成本是该类产品竞争的核心,也是生产企业采取的重要竞争战略,是企业安身立命的关键。
低成本需要优化各种影响产品成本的生产要素,包括原料价格、工艺路线、融资成本、装置规模和物流费用。
1.3甲醇市场的状况及建厂的可行性近几十年来,由于传统加工工业的发展和世界能源结构的变化,以甲醇为原料的新产品的不断开发,世界对甲醇的生产和需求量都大幅增加,表1.1是世界甲醇市场状况,表1.2是国内甲醇市场状况[1]。
表1.3世界甲醇生产能力及消耗量,开工率年度198719911993199520002020生产能力(104t/a)1999230024702600500020000总消耗量(104t/a)1718201021412390开工率(%)868786.792表1.4国内甲醇生产能力及消耗量年度198519871990199419952000生产能力104t/a6971.171.1125.53146.9197.5生产量104t/a44.349.564.0100消耗量104t/a70.7120121.4200根据预测,世界范围内的生产与需求将持续发展[2],主要原因是:
①甲醇下游产品市场的扩大②甲醇作为燃料的使用将大大增加。
目前,我国国内甲醇市场缺口每年接近20万吨。
甲醇的价格将持续上涨。
以目前价格计,建一个年产5000t/a甲醇厂首期投资约1000万元(人民币),甲醇的市场价格约为2900元/吨,建厂后5年可收回全部投资,所以新建一个甲醇厂是完全可行的。
1.4甲醇的生产方法1.4.1由CO和H2合成甲醇用CO和H2在加热压力下,在催化剂作用下合成甲醇。
其中包括高压法(340~420℃,30~50MPa用Zn-Cr催化剂);中压法(235~275℃,5MPa左右,用Cu-Zn-Al催化剂);低压法(220~280℃,5MPa左右,用Cu-Zn-Cr催化剂)及联醇(220~270℃,10~13MPa)[3]。
1.4.2其他合成方法
(1)甲烷直接氧化法在催化剂作用下发生2CH4+O2→2CH3OH;
(2)液化石油气氧化法;(3)煤气氧化法;1.5甲醇生产技术的发展趋势甲醇广阔的应用前景[4]:
(1)作为替代燃料,近几年,汽车工业在我国获得了飞速发展,随之带来能源供应问题。
石油作为及其重要的能源储量是有限的,而甲醇燃料以其安全、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。
我国政府已充分认识到发展车用替代燃料的重要性,并开展了这方面的工作。
作为一种清洁燃料替代汽油或与汽油混掺使用;
(2)以甲醇为中问体的煤基化学品深加工产业:
从甲醇出发生产煤基化学品是未来c1化工发展的重要方向。
(3)甲醇燃料电池的商业化;(4)甲醇在变压吸附制氢中作为裂解原料;甲醇制微生物蛋白(SCP);甲醇制低碳烯烃(MTO)和甲醇制汽油(MTG)等。
随着当今世界石油资源的日益减少和甲醇单位生产成本的降低,发展使用甲醇作为新的替代燃料已经成为一种趋势。
甲醇是相当重要的基础有机化工产品和原料。
同时甲醇在其他领域也有广阔的应用前景;如作为一种清洁燃料替代汽油或与汽油混掺使用;甲醇燃料电池的商业化;甲醇在变压吸附制氢中作为裂解原料;甲醇制微生物蛋白(SCP);甲醇制低碳烯烃(MTO)和甲醇制汽油(MTG)等。
近年来,甲醇生产和消费出了快速增长势头,新建和改扩建的甲醇生产企业越来越多,生产规模也越来越大。
从目前甲醇下游产品的发展前景来看,对甲醇产品的质量要求越来越高,所以,企业应选择适宜的甲醇生产工艺,设计单位应优化设计方案。
1.5.1目前国内的甲醇生产的精馏工艺粗甲醇的净化过程包括精馏(这是净化的主要阶段)吸附和化学净化几个阶段。
化学净化可以破坏掉用精馏方法难以分离的杂质;吸附式用固体吸附剂从甲醇中除去某些杂质。
精馏是以蒸汽和液体逆流相互作用为基础的一种复杂的精馏过程,它可以使组分达到最彻底的分离。
为了精馏过程便于处理,可将粗甲醇堪称包括a:
轻组分b:
甲醇c:
水d:
重组分[5]。
(1)工业粗甲醇精制方法将粗甲醇精制为精甲醇,主要采用精馏的方法,同时在精制过程中,也需采用化学法与吸附法。
物理方法:
利用甲醇、水、有机杂质的挥发度不同、沸点不同,通过精馏的方法将杂质、水与甲醇分离。
将混合物精馏为纯组分,需一个或几个串联的精馏塔。
粗甲醇中的关键组分是甲醇与水,其余杂质根据其沸点可分为轻组分与重组分。
一般可在预精馏塔中加水进行萃取精馏,脱除轻组分。
再于主精馏塔中,脱除重组分和水。
化学方法:
单纯采用精馏法[6]一般不能将有些杂质降低到规定要求,此时,须用化学方法破坏这些杂质,如:
粗甲醇中还原性杂质,会影响高锰酸钾值指标,应借助于化学氧化法,用高锰酸钾将还原性杂质氧化为二氧化碳逸出,或生成酸与泥渣一起滤去。
为了减少精制过程中的腐蚀,粗甲醇精制前,需加入氢氧化钠,以中和有机酸,这也是化学净化。
传统的高压法以锌铬催化剂制得的粗甲醇,采用以下步骤:
加碱中和(化学法);脱醚塔中分离二甲醚(物理法);预精馏塔中加水萃取精馏,脱除轻组分(物理法);高锰酸钾氧化(化学法);主精馏塔中脱除水与重组分(物理法)。
锌铬催化剂改为铜基催化剂后,由于二甲醚数量减少,脱醚可在预精馏塔中进行。
(2)工业粗甲醇精制流程[7]粗甲醇精馏流程是根据对产品甲醇不同的质量要求而定的,一般可分为单塔、双塔以及三塔流程。
如果产品为燃料级甲醇时可采用较简单的单塔流程,如果要由塔顶排出,高沸物质在进料板以下若干塔板处引出,水从塔底除去,而产品甲醇在塔顶以下若干块塔板处引出[7]。
图1
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