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年产10万吨低压法甲醇精制工段设计 （生物与化学工程学院10化学工程与工艺班） 摘要：本设计所用的低压法采用51—1型铜基催化剂，合成压力为5MPa。以天然气为原料，利用铜基催化剂合成粗甲醇后再经过三塔精馏合成纯度更高的甲醇。再通过查阅相关的精馏工艺资料；在实习车间观摩实际操作过程；并整合与精馏相关的文献，从物料和热量衡算，设备选型与计算的角度，设计出符合生产要求的精馏工艺路线。 关键词：甲醇；低压法；精制；工段设计 引言 甲醇在现代工业中占着及其重要的地位，他不仅仅是碳一化工的基本原料，而且在无论是在化工、医药，还是在轻工纺织行业都有着广泛的应用。甲醇用途广泛，加工后可以作为优质燃料。其衍生物也用途广泛，诸如甲醛、醋酸、氯甲烷等现代工业的基础产品都能通过甲醇的加工得到，现今，我国已有三十多种工业产品是通过甲醇的一次加工得到的，同时，在市场需求的不断扩张下，如何生产出高质量、高纯度的甲醇产品，已经影响到了每个甲醇生产企业的生存能力。 工艺原理： 造气工段：使用二步造气法[1] CH4+H2O（气）→CO+3H2 △H =-205.85kJ / mol CH4+O2→CO2+2H2 △H =+109.45kJ / mol CH4+O2→CO+2H2 △H =+35.6kJ / mol CH4+2H2→CO2+2H2O △H =+802.3kJ / mol 合成工段：鲁奇低压工艺法，在5MPa，铜基催化剂条件下合成。 主反应：CO+2H2→CH3OH △H =+102.37kJ / mol 副反应：2CO+4H2→CH3(O)+H2O △H =+200.3kJ / mol CO+3H2→CH4+H2O △H =+115.69kJ / mol 4CO+8H2→C4H9OH+3H2O△H =+49.62kJ / mol CO2+H2→CO+H2O △H =-42.92kJ / mol (1) 因为除了(1)反应之外，所有反应都增加了反应物CO的消耗，从反应平衡的角度考虑，必须抑制除(1)外所有副反应的进行，以此增加CO反应物的物质的量，利于反应向合成甲醇方向进行，增加产率。 精馏阶段 新鲜气 循环气 驰放气 图1 甲醇生产和精馏过程流程 甲醇精馏的概述：采用精馏的方法，由粗甲醇制成精甲醇，这整个过程称作甲醇的精馏。 甲醇精馏方法的比较：工业上常用铜基催化剂合成粗甲醇的单塔精馏、铜基催化剂合成粗甲醇的双塔精馏、铜基催化剂合成粗甲醇的三塔精馏三种方法。三种方法优缺点如下表[2] 表1三种塔的对比 项目 单塔精馏 双塔精馏 三塔精馏 运行操作 运行简单 运行相对简单、稳定 运行比较复杂 产品质量 相对于粗甲醇得到了很好的提高 可以获得比较优质的精甲醇 可以得到高纯度的精甲醇 能量消耗 相对较低 能量消耗很高，而且热能的利用率低 相对于双塔精馏节约很多热能 产品适合方向 获得燃料级甲醇 可以满足下游产品生产对甲醇高纯度的要求 综上比较，本设计采用的精馏方法为三塔精馏。 图2 三塔精馏的工艺流程图 1甲醇精馏过程物料平衡计算 1.1合成塔物料平衡计算 已知年产10万吨甲醇，按每年330个工作日来计算 其中成品精甲醇中甲醇含量为99.95% 粗甲醇中各组分含量（鲁奇工组分含量艺法）如下表 表2粗甲醇中各组分含量% 甲醇 以二甲醚 高级醇 高级烷烃 水 93.40% 0.42% 0.26% 0.32% 5.60% 由此可知每小时精甲醇产量： Kg/h 每小时粗甲醇产量： Kg/h 并且，根据表1可算得粗甲醇中各组分各自的含量为 表3甲醇中各组分含量 甲醇 以二甲醚 高级醇 高级烷烃 水 12619.95 Kg/h 56.75 Kg/h 35.13 Kg/h 43.24 Kg/h 756.66 Kg/h 394.38 k mol/h 1.24 k mol/h 0.48 k mol/h 0.43 k mol/h 84.07 k mol/h 合成甲醇的化学反应为 主反应：CO+2H2→CH3OH △H =+102.37kJ / mol （1） 副反应：2CO+4H2→CH3(O)+H2O △H =+200.3kJ / mol （2） CO+3H2→CH4+H2O △H =+115.69kJ / mol （3） 4CO+8H2→C4H9OH+3H2O△H =+49.62kJ / mol （4） CO2+H2→CO+H2O △H =-42