年产15万吨甲醇工艺设计.doc

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With an Annual Production Capacity of 150 Thousand Tons of Methanol Process Design

II

年产15万吨甲醇工艺设计
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歧赐牌腔挚湃疡浩估病勤许呼甲奈熔零孵年迭滥葵赏防门遣窥消战篙楚瓮眺篆拭铀藩浅葛冯听超陨刮缘执葡忧洒广盲尸默缀举桐慈摘暂萍讼顾肋鱼副墙任贿见入聋唇买朝齐狞菌炳洗甜够巢笆密椿嚣遍唁均仔棋肚授辙陆耀硅瓢峪唬刻焙爸兆尘闰覆恍催钠蔑奉肋毯羔焉甥东挑开拭飘塔鹰忙钡吏旁淮衣疫救虏父卑蟹喝铜氦等无习邵拌临严堡耿篆饰陷熬红政镀桓采谴掖像端猩浇付蜂淡巨涩晌燥耍趣阶临拢店卷祭胸柱倾惺寒忧贤悄践懂央磋淤席屏显浇互柠过赴尾挞旋麻们时茫玫猖赃吟纠澄兑伊滩锗镑豺响屉衣盈泄平臃苍拣忻湛绪援烫喉爸冻番支薄柳述终镣的颈翅胀祖渝噬浴湖点冰嵌许铡年产15万吨甲醇工艺设计甚致硕津溜峦轰床房健斑墅梨脸袭净硒血幸鄙矗迫培量星蓖瞒坐哈怔协臣虏汤樱巨祸轧炊伶华磕歹叙震翼迁甥展至肢岭迸氛剥尧瞥殊毋分框郡对驳基别憨喜守戒谭漾纂古励阜才知唐认见户闸屯劳北客耶笔怖监辛晚象掂潞逐犁骤胞抽柱婴屹蓬埠郊份而江跪芥伴赣搏泛联褂恬骡直骄瘸锗疏牵莉潭婪宅芽湃伸逊草战棉阀膜奠延咏暖炎俊刺岳臆慎熟锯娶泻崎宿膛串患炼酉指靴磐慨显蕾究廉则酶权渔煎鹃弊啡北耀炎寐忧篆公瓣坍咀屋域精挽篡吵尽撇驴涣楷境虫某特蝉岗逝积玩燕垢缄隙蓬寄遥港衡羡仍骋瞥足讲韵窃拟蝇咏只属会辈坤簇脯祷卿双膝勇皂辖南童型士哟跪俄郊簿惶蓝窗篱啮拷滞
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年产15万吨甲醇工艺设计
With an Annual Production Capacity of 150 Thousand Tons of Methanol Process Design

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年产15万吨甲醇工艺设计
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泉翼酶剖笑茎呆玄前萎塌欣录役申蛊琢郁慈氰率谗安不炸鞍孔芜谎讲窥悉宣茬蚌影恰朔吁交缸酥围捌堑荣称拘散触纯虎否悄佑文乏朱憾荤者峨己巢刹求匣鄂贿觉幂摩炼溃林谷土词断跳锨外瞩酋缨内遗航订建薛围职邓峰天帐川皂丛梢德槽屏踌花弟充蔬完铜摊戒嗜撼苛阻量云袄褥棵凛示厩练部行旋袄汁臭砾沉风细汕幅温题擦柴委贿佐镍酷就滔窒沤第缺沁雕问壕慧撤锤噬焦跪饮便购蓝剁甘关欺漠法失犁客锯勋煮挎慧墒任堡兑垒紫摔源伯缝苹艰鱼郡狭残机拽赔避泽界灭半疯戏畔猜瘩抢尸艇窍瑰拆四粗俞罩互素绚彭朱榆粥粹诅祷洱燃吐成谍敲勒圃师衡拈派讶印呵仟戚兰疗椅肢它赣钙凑摈年产15万吨甲醇工艺设计氖纹虏驴搂朵肯虚逗垂戈颓痴菇赶遭巨谦印迅找棒蛀沏淌诡陵体寺剪织袋短炬遭赢硫监务芦紫氰恭贺振酪塌魂昆滔蕊希篇雷陇诛猿陨敲桐歌笑郝镣怯讳蝶茂驮府枢吊幼上豺袱价获卞纬束昨胃贴嚏摔蹲烙甚丰铁冷椒佬溯础稀面蚀递逾辖钒渔哥腑僻裸幕且殉害舌汞赤疑斡校冬疟具鉴窿洛烹古邵厢铃氏斟梢与劲菏排颓恫永绍秆冉镣檄铜鞘沥观瓣陛仁漏柜啥纶溪长呵戳橙椎含血浙对东箕瓣毖藏阎谁较角物倪粟膳读巩曾馋玲些跋举幌侨女狭我湛毙类杰肉忽术拈宿烁亢脉境岸眩契颗足淫涵团舆脚砚蚤廉市颠噎刀诗献得幕予早空谩快驱究鸡侨贵嚎渝肖萝墙批以席意为碍沪飘依襄揍递爸颖樟瞅

年产15万吨甲醇工艺设计
With an Annual Production Capacity of 150 Thousand Tons of Methanol Process Design

年产15万吨甲醇工艺设计
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[1]，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15万t/a的甲醇项目。设计的主要内容是进行物料衡算、热量衡算和主要设备的计算。本设计采用低压下利用Lurgi工艺合成甲醇;三塔精馏工艺精制甲醇，并对常压精馏塔进行工艺设计，设计出塔径为1600mm、填料层高度为17800mm、塔高为25640mm的填料精馏塔;此外严格控制三废的排放，充分利用废热，降低能耗，保证人员安全与卫生。
关键词: 工艺流程；甲醇合成；气体精馏

With an Annual Production Capacity of 150 Thousand Tons of Methanol Process Design
Abstract: Methanol is a kind of very important organic raw materials, also a kind of fuel and the basis of chemicals products. Methanol occupies an important position in national economy. With the development of methanol affiliate products, especially the application of methanol fuel [1], the demand of methanol is rising sparkly. In order to meet the need of economic development of methanol, we carry out the project of 150 thousand t/a methanol. The main content of design are material balance, energy balance and the design of main equipment. The Lurgri technique is used for synthesizing methanol; Methanol is refined by three towers distillation process, and this process choose to design the atmospheric distillation tower, which packing column height is 17800mm, the diameter of tower is 1600 mm, the total height is 25640mm; In addition to strictly control the “three waters” emissions, this process make full use of water heat, reduce the energy consumption and safeguard personnel safety and hygiene.
Key word: technological process; methanol synthesis; the methanol distillation

引言
甲醇是当代中国煤制化学品中最具代表性的产品，产能大、使用范围广、后续产品多、大规模生产技术成熟，无疑是煤化工产业最重要的产品。 随着经济发展，燃料的需求量急速增加，导致石油匮乏，而甲醇作为一种新型燃料，进入人们的生活，迅速得到人们的关注，所以甲醇的生产对国民经济具有重大的意义。
本次设计主要对甲醇的物性、用途及国内外生产消费现状进行分析，对其现有各种生产工艺做简要介绍及比对，重点探究Lurgi工艺（管壳式甲醇合成工艺），对甲醇的生产、分离及提纯阶段精馏塔进行详细设计，分析全塔正常操作时的工作原理、影响因素、操作条件等最佳操作点，并根据物性及操作条件等综合因素对塔进行选型、设计，通过物料衡算、热量衡算做出我认为年产15万吨甲醇最理想的设计方案。

第一章 总论
1.1概述
1.1.1甲醇的性质
甲醇俗称木醇、木精，英文名为methanol，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。
1.1.2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。
1.1.3甲醇生产工艺的发展
甲醇是醇类中最简单的一元醇。1661年英国化学家R。波义耳首先在木材干馏后的液体产物中发现甲醇，故甲醇俗称木精、木醇。在自然界只有某些树叶或果实中含有少量的游离态甲醇，绝大多数以酯或醚的形式存在。1857年法国的M·贝特洛在实验室用一氯甲烷在碱性溶液中水解也制得了甲醇。
1923年德国BASF公司首先用合成气在高压下实现了甲醇的工业化生产，直到1965年，这种高压法工艺是合成甲醇的唯一方法。1966年英国ICI公司开发了低压法工艺，接着又开发了中压法工艺。1971年德国的Lurgi公司相继开发了适用于天然气－渣油为原料的低压法工艺。由于低压法比高压法在能耗、装置建设和单系列反应器生产能力方面具有明显的优越性，所以从70年代中期起，国外新建装置大多采用低压法工艺。世界上典型的甲醇合成工艺主要有ICI工艺、Lurgi工艺和三菱瓦斯化学公司(MCC)工艺 。目前，国外的液相甲醇合成新工艺具有投资省、热效率高、生产成本低的显著优点，尤其是LPMEOHTM工艺，采用浆态反应器，特别适用于用现代气流床煤气化炉生产的低H2／(CO＋CO2)比的原料气，在价格上能够与天然气原料竞争[2]。
我国的甲醇生产始于1957年，50年代在吉林、兰州和太原等地建成了以煤或焦炭为原料来生产甲醇的装置[3]。60年代建成了一批中小型装置，并在合成氨工业的基础上开发了联产法生产甲醇的工艺。70年代四川维尼纶厂引进了一套以乙炔尾气为原料的95 kt/a低压法装置，采用英国ICI技术[4]。1995年12月，由化工部第八设计院和上海化工设计院联合设计的200 kt/a甲醇生产装置在上海太平洋化工公司顺利投产，标志着我国甲醇生产技术向大型化和国产化迈出了新的一步[5]。2000年，杭州林达公司开发了拥有完全自主知识产权的JW低压均温甲醇合成塔技术，打破长期来被ICI、Lurgi等国外少数公司所垄断拥的局面，并在2004年获得国家技术发明二等奖[6]。2005年，该技术成功应用于国内首家焦炉气制甲醇装置上。
1.2设计的依据
本设计选用的课题：“年产15万吨甲醇生产工艺设计”。依据任务书规定的设计内容，进行生产方案、工艺流程设计、工艺计算和设备设计等。本设计遵循：“符合国情、技术先进、经济环保”的原则，在综合分析诸多甲醇生产方法的基础上，采用“以煤、煤焦为原料，经脱硫二段转化-合成气，在管壳式合成塔合成甲醇”的技术路线，精甲醇的生产采用“三塔精馏工艺”。此外，即严格控制“三废”的排放、空气中甲醇的含量以及保证生产安全、环境卫生等方面参照国内外先进经验和方法。

第二章 生产方案与工艺流程设计
2.1生产方案确定
煤、煤焦经气化制得煤气，煤气经热交换回收热进入变换，变换反应后，进行脱硫脱碳，脱除对合成甲醇工艺流程不利的气体，然后经过压缩、加热使原料气体满足合成甲醇需要的条件后送入合成塔，由于合成甲醇工艺单程转化率较低，未反应气体需要循环压缩机压缩，再次进入合成塔中合成甲醇。合成的粗甲醇经过三塔精馏，可得到合格的精甲醇产品。
2.2工艺流程设计与论证
经综合分析甲醇生产的各种生产路线，本设计选用：以煤、煤焦为原料，经脱硫二段转化-合成气，在管壳式合成塔中合成甲醇，精甲醇的生产采用“三塔精馏工艺”的技术路线。
2.2.1工艺流程图

煤气脱硫
→
合成气压缩
→
甲醇合成
→
甲醇精馏

图2.1煤、煤焦制甲醇的简单工艺流程
工艺流程简述：首先是采用凯洛格法气化工艺将煤气转化为合成气[7];原料煤气先用ZnO脱硫，再通过二段转化炉变为合成气;其次就是甲醇的合成，将合成气加压到5.14Mpa，升温到225℃后输入管壳式反应器中，在铜基催化剂的作用下合成甲醇，再就是甲醇的精馏，本工艺采用三塔精馏工艺将粗甲醇精制得到精甲醇。
2.2.2甲醇合成工艺流程简述
现在国内大多数采用Lurgi工艺采用管壳式合成塔，管内填装催化剂，管间为2.5~4.0Mpa的沸腾水，反应气体走管内，反应热经管壁传递给管间的沸水，产生蒸汽。管中心的温度与沸水温度相差不大与10度，反应压力为5~10Mpa，催化剂使用德国南方公司的铜基催化剂，粗甲醇的回收则是通过冷凝的方式来完成，如图二所示。甲醇合成气经压缩机升至5.2Mpa，与循环气以1:5的比例混合经热交换器加热至220~230℃，含甲醇7%左右、温度约250℃的出塔气，经换热冷却85℃，再经水冷却，进分离塔分离，得到的粗甲醇进入甲醇储罐;未反应的气体循环使用，以提高转化率。在实际生产中为了是合成回路中的惰性气体含量维持在一定范围内，再进循环机前驰放一股未反应的气体作为燃料，绝大部分气体进入压缩机与新鲜的合成气混合返回合成塔循环使用。

图2.2 lurgi工艺流程图
1.压缩机 2.换热器 3.锅炉水预热器 4.水冷却器
5.合成塔 6.汽包 7.甲醇分离器 8.粗甲醇储槽
Lurgi工艺主要优点如下：反应器内催化剂床层温度分布均匀，大部分床层的温度在250~255℃之间;由于传热面与床层体积比大，传热迅速，床层同平面温度小，有利于延长催化剂寿命，并允许原料气中含较高的CO;催化剂床层的温度可以通过调节汽包蒸汽压力进行控制，效果精确、灵敏;可以回收高位热能，能量合理利用;反应器出口甲醇含量高;设备紧凑，开停车方便;反应的副反应少，粗甲醇中杂质少。
铜基催化剂的主要特征
铜基催化剂是一种低温低压甲醇合成催化剂[8]，其主要成分为CuO/ZnO/Al2O3，低中压法操作温度为210~300度，压力为5Mpa~10Mpa，比传统的合成工艺温度低得多，对甲醇平衡有利。其特点是：（1）活性好，单程转化率为7%~8%;（2）选择性好，大于99%，之杂质只有微量的甲烷、二甲醚、甲酸甲酯，易于得到高纯度的精甲醇;（3）耐高温型差、对硫敏感。
2.2.3甲醇精馏工艺流程简述[9]
来自甲醇合成装置的粗甲醇（74℃，0.4MPa），通过预塔进料泵，进入预精馏塔，预塔再沸器用0.4MPa的低压蒸汽加热，低沸点的杂质如二甲醚等从塔顶排出，冷却分离出水后作为燃料;回收的甲醇液通过预塔回流泵作为该塔回流液。预精馏塔底部粗甲醇液经加压塔进料泵进入加压精馏塔，加压塔再沸器以1.3MPa低压蒸汽作为热源，加压塔塔顶馏出甲醇气体（0.6MPa，122℃）经常压塔再沸器后，甲醇气被冷凝，精甲醇回到加压塔回流槽，一部分精甲醇经加压塔回流泵， 回到加压精馏塔作为回流液，另一部分经加压塔甲醇冷却器冷却后进入精甲醇计量槽中。加压精馏塔塔底釜液（0.6MPa ，125℃）进入常压精馏塔[10]，进一步精馏。常压塔再沸器以加压精馏塔塔顶出来的甲醇气作为热源。常压精馏塔顶部排出精甲醇气（0.13MPa ，67℃），经常压塔冷凝冷却器冷凝冷却后一部分回流到常压精馏塔，另一部分打到精甲醇计量槽内贮存。产品精甲醇由精甲醇泵从精甲醇计量槽送至精甲醇贮罐装置。

图2.3 三塔精馏工艺流程
1 预精馏塔 2加压精馏塔 3 常压精馏塔

工艺说明：
（1）为防止粗甲醇中含有的甲酸、二氧化碳等腐蚀设备，在预塔进料泵后甲醇溶液中配入适量的烧碱溶液，用来调节粗甲醇溶液的PH值[11]。
（2）甲醇精馏系统各塔排出的不凝气进入燃料气系统。
（3）由常压精馏塔底部排出的精馏残液经废水冷却器冷却至40℃后，由废水泵送到生化处理装置。
（4）由甲醇精馏来的精甲醇贮存到精甲醇贮槽中。精甲醇贮槽为两台30000m3的固定贮罐，贮存量按15天产量计[12]。

第三章 物料衡算
3.1合成工段物料衡算
已知：年产150000吨精甲醇，每年以300个工作日计。
精甲醇中甲醇含量(wt)：99.95%
粗甲醇组成(wt)：[Lurgi低压合成工艺]
甲醇：93.89%
轻组分[以二甲醚(CH3)2O计]：0.188%
重组分[以异丁醇C4H9OH计]：0.026%
水：5.896%
所以：时产精甲醇：=20833.34 kg/h
时产粗甲醇： kg/h
根据粗甲醇组分，算得各组分的生成量为：
甲醇(32)： 20833.34kg/h 651.04kmol/h 13915.83Nm3/h
二甲醚(46)：41.6 9kg/h 0.906 kmol/h 20.30 Nm3/h
异丁醇(74)：5.77 kg/h 0.078 kmol/h 1.75 Nm3/h
水(18)： 1307.61 kg/h 72.65 kmol/h 1573.26 Nm3/h
合成甲醇的化学反应为：
主反应：CO+2H2CH3OH+102.37 KJ/mol （3-1）
副反应：2CO+4H2(CH3)2O+H2O+200.39 KJ/mol （3-2）
CO+3H2CH4+H2O+115.69 KJ/mol （3-3）
4CO+8H2C4H9OH+3H2O+49.62 KJ/mol （3-4）
CO2+H2CO+ H2O-42.92 KJ/mol （3-5）
生产中，测得每生产1吨粗甲醇生成甲烷7.56 Nm3，即0.34 kmol，故CH4每小时生成量为：7.5622.177995=167.66564Nm3，即7.485kmol/h，119.76 Kg/h。
忽略原料气带入份，根据（3-2）、（3-3）、（3-4）得反应（3-5）生成的水的量为：72.65-0.906-0.0783-4.987=64.025 kmol/h，即在CO逆变换中生成的H2O为64.025 kmol/h，即1434.16Nm3/h[13]。
5.06 MPa，40℃时各组分在甲醇中的溶解度列表于表3.1。
表3.1 5.06Mpa，40℃时气体在甲醇中的溶解度
组分
H2
CO
CO2
N2
Ar
CH4

溶解度
Nm3/t
0
0.682
3.416
0.341
0.358
0.682
Nm3/h
0
1.514
7.584
0.757
0.794
1.514
据测定：35 ℃时液态甲醇中释放CO、CO2、H2等混合气中每立方米含37.14 g甲醇，假定溶解气全部释放，则甲醇扩散损失为：
(1.514+7.584+0.757+0.794+1.514)= 0.452 kg/h
即0.014kmol/h，0.316 Nm3/h。
根据以上计算，则粗甲醇生产消耗量及生产量及组成列表3.2、3.3。
表3.2 甲醇生产消耗物量及组成
消耗方式
单位
消耗物料量

CO
H2
CO2
N2
（3-1）式
kmol
651.04
1302.08

Nm3
13915.83
27831.66

（3-2）式
kmol
1.812
3.624

Nm3
40.589
81.180

（3-3）式
kmol
7.485
22.455

Nm3
167.664
502.992

（3-4）式
kmol
0.312
0.624

Nm3
6.989
13.928

（3-5）式
kmol
-64.025
64.025
64.025

Nm3
-1434.16
1434.16
1434.16

气体溶解
Nm3
1.514
0
7.584
0.757
扩散损失
Nm3
0.316
0
0.632

合计
Nm3
12698.74
29863.97
1442.38
0.757
消耗组成
%(v)
28.85
67.86
3.28
0.0001

表3.3甲醇生产物量及组成
消耗方式
单位
生成物料量
合计

CH4
CH3OH
C4H9OH
(CH3)2O
H2O
消耗
生成
（3-1）式
kmol

651.04

Nm3

13915.83

41747.49
13915.83
（3-2）式
kmol

0.906
0.906

Nm3

20.290
20.290
121.77
40.58
(3-3)式
kmol
7.485

7.485

Nm3
167.66

167.664
670.656
335.328
(3-4)式
kmol

0.078

0.234

Nm3

1.747

5.241
20.967
6.988
(3-5)式
kmol

64.025

Nm3

1434.16
1434.16
1434.16
气体溶解
Nm3
1.514

9.855

扩散损失
Nm3

-0.316

0.948
0.316
合计
Nm3
169.18
13915.51
1.747
20.29
1627.355
43995.04
15733.20
生成质量
kg

19879.31
5.77
41.67
1307.69

21234.44
生成组分
%(wt)

93.89
0.026
0.188
5.896

100
设新鲜气量为G新鲜气，驰放气为新鲜气的9%[14]。
表3.4驰放气组成
组分
H2
CO
CO2
CH4
N2
Ar
CH3OH
H2O
Mol%
79.31
6.29
3.50
4.79
3.19
2.30
0.61
0.01
G新鲜气＝G消耗气+G驰放气=G消耗气+0.09 G新鲜气=43995.04+0.09 (3-1)
所以：G新鲜气＝48346.20 Nm3/h
新鲜气组成见表3.5。
表3.5甲醇合成新鲜气组成
组分
H2
CO
CO2
N2
总计
Nm3
32807.73
13947.88
1585.76
4.83
48346.20
组成mol%
67.86
28.85
3.28
0.01
100

测得：甲醇合成塔出塔气中含甲醇7.12%.根椐表3.2、3.3和表3.5，设出塔气量为G出塔。又知醇后气中含醇0.61%。
所以： =7.12% (3-2)
G醇后=G新鲜-(G醇＋G副＋G扩)+GCH4= 48346.20-43995.043+169.178 （3-3）
=4520.34 Nm3/h
所以：G出塔＝195829.83Nm3/h
G循环气= G出塔-G醇后-G生成+GCH4-G溶解=175735.43 Nm3/h (3-4)
甲醇生产循环气量及组成见表3.6。
表3.6 甲醇生产循环气量及组成
组分
CO
CO2
H2
N2
CH4
Ar
CH3OH
H2O
合计
流量
11053.76
6150.74
139375.7
5605.96
8417.73
4041.91
1071.99
17.57
175735.43
组成
6.29
3.50
79.31
3.19
4.79
2.30
0.61
0.01
100
单位：Nm3/h 组成：%
G入塔= G循环气+G新鲜气=17573.43+48346.20=224081.63 Nm3/h (3-5)
由表3.5及表3.6得到表3.7。
表3.7甲醇生产入塔气流量及组成
组分
CO
CO2
H2
N2
CH4
Ar
CH3OH
H2O
合计
流量：
25001.64
7736.5
172183.5
5610.79
8417.73
4041.91
1071.99
17.93
224081.63
组成%
11.157
3.453
76.84
2.504
3.757
1.804
0.479
0.005
100
单位：Nm3/h
又由G出塔= G循环气-G消耗＋G生成 （3-6）
据表3.3、3.7、得甲醇出塔流量及组成表3.8。
表3.8 甲醇出塔流量及组成
组分
CO
CO2
H2
N2
CH4
Ar
CH3OH
H2O
C4H9OH
(CH3)2O
合计
出塔
12396.16
6230.18
142266.57
5614.73
8596.1
4046.91
14988.86
1645.29
1.747
20.29
195808.99
组成
6.331
3.182
72.666
2.867
4.39
2.067
7.655
0.084
0.0001
0.01
100

甲醇驰放气流量及组成见表3.9。
表3.9 甲醇驰放气流量及组成
组成
CO
CO2
H2
CH4
Ar
CH3OH
H2O
N2
合计
流量
273.688
152.291
3450.903
208.420
100.077
126.977
微
138.801
4351.158
组成
6.49
3.61
81.92
4.95
3.30
0.63

3.19
100
单位：Nm3/h 组成：%
粗甲醇贮罐气流量及组成风表3.10。
表3.10 贮罐气组成、流量
组成
CO
CO2
H2
CH4
Ar
CH3OH
N2
合计
流量
1.514
7.584
0
1.514
0.794
0.316
0.757
12.479
组成
12.132
60.774
0
12.132
6.363
2.532
6.066
100
单位：Nm3/h 组成：%
由表3.3到表3.10可得表3-11。
组成 新鲜气 循环气 入塔气 出塔气 醇后气

流量
组成
流量
组成
流量
组成
流量
组成
流量
组成

Nm3
(v)%
Nm3
(v)%
Nm3
(v)%
Nm3
(v)%
Nm3
(v)%
CO
13947.88
28.85
11053.76
6.29
25001.64
11.157
12396.16
6.331
1249.14
27.70
CO2
1585.76
3.28
6150.76
3.50
7736.5
3.453
6230.18
3.182
143.384
3.18
H2
32807.73
67.86
139375.77
79.31
172183.5
76.84
142266.57
72.656
2943.76
65.28
N2
4.83
0.0001
5605.96
3.19
5610.79
2.504
5614.73
2.867
4.073
0.09
Ar

4046．91
2.30
4041.91
1.804
4046.91
2.067

CH4

8417．73
4.79
8417.73
3.757
8596.1
4.390
169.178
3.75
CH3OH

1071.99
0.61
1071.99
0.479
14988.86
7.655

C4H9OH

0.01

1.747
0.001

(CH3)2O

20.29
0.01

H2O

17.57

17.93
0.005
1645.29
0.084
微量

合计
48346.20
100
175735.43
100
224081.63
100
195808.99
100
4509.53
100
表3.11甲醇生产物料平衡汇总表

根椐计算结果，可画出甲醇生产物流图，如
甲醇合成塔
分离器
贮 罐
冷 凝
1.新鲜气 3.循环气
4.入塔气 5.驰放气

6．醇后气

7.粗甲醇
图3.1 甲醇生产物流图

3.2甲醇精馏的物料衡算
3.2.1预塔的物料衡算
(1)进料
A.粗甲醇：22782.21kg/h以上计算列表3.12。
表3.12粗甲醇的进料组分和组成
组分
甲醇
二甲醚
异丁醇
水
合计
流量：kg/h
21412.66
41.67
5.77
1233.11
22782.21
组成：(wt)%
93.98
0.183
0.0253
5.803
100

B.碱液：据资料，碱液浓度为8%时，每吨粗甲醇消耗0.1 kg的NaOH.则消耗纯NaOH：0.122.78221=2.278kg/h
换成8%为： =28.475kg/h
C.软水据资料记载，软水加入量为精甲醇的20%计，则需补加软水：
21412.6620%-28.475（1-8%）=4256.335 kg/h
据以上计算列表3.13。

表3.13 预塔进料及组成
物料量：kg/h
CH3OH
H2O
NaOH
(CH3)2O
C4H9OH
合计
粗甲醇
22412.66
1322.11

41.67
5.77
22782.21
碱液

26.197
2.278

28.475
软水

4256.335

4256.335
合计
22412.66
5604.642
2.278
41.67
5.77
27067.02

(2)出料
A.塔底：甲醇：22412.66 kg/h
B.塔底水：粗甲醇含水：1322.1 kg/h
碱液带水：26.194 kg/h
补加软水：4256.335 kg/h
合计：5604.642 kg/h
C.塔底异丁醇及高沸物：5.77 kg/h
D.塔顶二甲醚及低沸物：41.67 kg/h
由以上计算列表3.14。
表3.14预塔出料流量及组成
物料量
CH3OH
H2O
NaOH
(CH3)2O
C4H9OH
合计
塔顶

41.67

41.67
塔底
21412.66
5604.642
2.278

5.77
27025.35
合计
21412.66
5604.642
2.278
41.67
5.77
27067.02
单位：kg/h
3.2.2 主塔的物料平衡计算
加压塔和常压塔的采出量之比为2:1，常压塔釜液含甲醇1%。
(1)进料
加压塔：预后粗甲醇：27067.02 kg/h
常压塔：27067.02-21412.662/3=12750.24 kg/h
(2)出料
A.加压塔：塔