年产8万吨甲醇的生产工艺设计毕业论文.doc

年产8万吨甲醇的生产工艺设计an annual output of 80ktons of methanol process design 目录摘要iabstractii前言1第一章 概述21.1 甲醇的性质21.2 甲醇的用途21.3 甲醇生产工艺的发展21.4 甲醇的合成方法31.4.1 常用的合成方法31.4.2 本设计所采用的生产方法41.5 生产方案与工艺流程设计41.6 工艺流程简述51.6.1 甲醇合成工艺流程简述51.6.2 甲醇精馏工艺流程简述6第二章 工艺计算82.1 工艺技术参数82.1.1 原料天然气规格82.1.2 合成工段的工艺参数82.1.3 产品质量标准92.2 合成工段物料衡算92.2.1 合成塔中发生的化学反应:92.2.2 粗甲醇中甲醇扩散损失102.2.3 合成反应中各气体的消耗和生成情况112.2.4 新鲜气和弛放气气量的确定122.2.5 循环气气量的确定132.2.6 入塔气和出塔气组成132.2.7 甲醇分离器出口气体组成的确定142.2.8原料计算152.3 合成工段热量衡算152.3.1 合成塔的热平衡计算152.3.2入塔热量计算162.3.3 塔内反应热的计算162.3.4 塔出口气体总热量计算162.3.5 全塔热量损失的确定172.3.6 沸腾水吸收热量的确定172.3.7 入换热器的被加热气体热量的确定172.3.8 出换热器的被加热气体热量的确定182.3.9 入换热器的热气体热量的确定182.3.10 出换热器的热气体热量的确定182.3.11 出换热器的加热气体的温度的确定182.3.12 水冷器热平衡方程182.3.13 水冷器入口气体显热的确定192.3.14 水冷器出口气体显热的确定192.3.15 出水冷器的粗甲醇液体热量的确定192.3.16 水冷器冷却水吸热的确定202.3.17 冷却水用量的确定202.4 精馏工段物料衡算202.4.1 预精馏塔物料衡算202.4.2 主精馏塔物料衡算212.5 主精馏塔热量衡算222.6 理论塔板数的确定242.6.1 求最小回流比及操作回流比242.6.2 求精馏塔的气液相负荷252.6.3 求操作线方程252.6.4 理论板层数（采用逐板法）262.7 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算272.8 精馏塔塔体工艺尺寸的计算292.8.1 塔径的计算292.8.2 填料层高度的计算312.8.3 填料层压降的计算312.8.4 筒体壁厚的计算322.8.5 管径的计算332.8.6 塔的附属设备及塔高的的计算及选型352.9 重要符号说明36第三章 三废处理373.1甲醇生产对环境的污染373.1.1废气373.1.2废水373.2处理方法373.2.1废气处理373.2.2废水处理37结论39致谢40参考文献41附录a附录b年产8万吨甲醇的生产工艺设计摘要：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，甲醇的需求大幅度上升。为了满足就经济发展对甲醇的需求，开展了此8万t/a的甲醇生产设计。本设计本着符合国情、技术先进和易得、经济、环保的原则，采用天然气为原料；利用gsp气化工艺造气；nhd净化工艺净化合成气体；低压下利用列管均温合成塔合成甲醇；双塔精馏工艺精制甲醇；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。根据热力学定律，对甲醇精馏塔进行热量衡算，求得理论塔板数、实际塔板数以及最小回流比。并根据设计要求，对甲醇精馏塔的塔径，塔高、裙座、封头在理论上进行了尺寸计算及选择并且分别对精馏段、提馏段进行了校核，满足设计要求，达到所需要的工艺条件。关键词：甲醇；衡算；精馏；工艺设计an annual output of 80ktons of methanol process designabstract：methanol is an extremely important organic chemical raw materials , but also a fuel , is a carbon -based chemical products , occupies a very important position in the national economy . in recent years, with the development of methanol affiliated products , especially promote the use of methanol fuel , a significant increase in demand for methanol . in order to meet the economic development needs of methanol , to carry out this 80,000 t / a methanol designs. according to the laws of thermodynamics , methanol distillation column heat balance , calculated theoretical plate number , the actual number of trays and minimum reflux ratio . the design of the spirit of national conditions , advanced technology and accessibility , economy, environmental protection principles , the use of natural gas as a raw material ; utilize gsp gasification technology for gas ; nhd purified synthesis gas purification process ; utilization tube uniform temperature synthesis of methanol synthesis reactor under low pressure ; towers refined methanol distillation process ; addition tightly controlled waste emissions, make full use of waste heat , reduce energy consumption , to ensure personnel safety and health. and in accordance with the design requirements of the methanol distillation tower tower diameter , tower height , skirt , head size , in theory, were calculated separately and choose the rectifying section and stripping section was checked to meet the design requirements, achieve the desired process conditions.keywords : methanol;accountancy;distillation process;designii前 言 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国内外生产消费现状、物性及用途进行分析，对其现有各种生产工艺做简要介绍及对比，重点探究lurgi工艺（管壳式甲醇合成工艺），对甲醇的合成、分离及提纯阶段精馏塔进行详细设计，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、热量衡算做出年产8万吨甲醇最理想的设计方案。第一章 概述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-97.8c，沸点64.5c，闪点（开杯）16c，自燃点473c，折射率(20c)1.3287，表面张力（25c）45.05mn/m，蒸气压（20c）12.265kpa，粘度（20c）0.5945mpas。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6.036.5（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。1.2 甲醇的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(coco2)比的原料气，在价格上能够与天然气原料竞争。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。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。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。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。2005年，该技术成功应用于国内首家焦炉气制甲醇装置上2。1.4 甲醇的合成方法1.4.1 常用的合成方法当今甲醇生产技术主要采用中压法和低压法两种工艺，并且以低压法为主，这两种方法生产的甲醇约占世界甲醇产量的80%以上。高压法：(19.6-29.4mpa)是最初生产甲醇的方法，采用锌铬催化剂，反应温度360-400c，压力19.6-29.4mpa。高压法由于原料和动力消耗大，反应温度高，生成粗甲醇中有机杂质含量高，而且投资大，其发展长期以来处于停顿状态。低压法：(5.0-8.0mpa)是20世纪60年代后期发展起来的甲醇合成技术，低压法基于高活性的铜基催化剂，其活性明显高于锌铬催化剂，反应温度低(240-270c)。在较低压力下可获得较高的甲醇收率，且选择性好，减少了副反应，改善了甲醇质量，降低了原料消耗。此外，由于压力低，动力消耗降低很多，工艺设备制造容易。中压法：(9.8-12.0 mpa)随着甲醇工业的大型化，如采用低压法势必导致工艺管道和设备较大，因此在低压法的基础上适当提高合成压力，即发展成为中压法。中压法仍采用高活性的铜基催化剂，反应温度与低压法相同，但由于提高了压力，相应的动力消耗略有增加。目前，甲醇的生产方法还主要有甲烷直接氧化法：2ch4+o22ch3oh.由一氧化碳和氢气合成甲醇，液化石油气氧化法。1.4.2 本设计所采用的生产方法本设计遵循：“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“以天然气为原料，经脱硫二段转化-合成气，在管壳式合成塔中合成甲醇”的技术路线，精甲醇的生产采用“双塔精馏工艺”。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。1.5 生产方案与工艺流程设计在天然气经加热到380c400c时，进入填装有钴钼催化剂和氧化锌的脱硫罐中脱去硫化氢及有机硫，使硫含量降到0.5微克每克以下，接着原料气配入水蒸气后于400c下进入转化炉的对流段，进一步预热到500c520c，然后进入装有镍催化剂的转化管，在管内继续被管外的燃烧气加热，进行转化反应。离开转化管底部的温度为800c820c，经吸收一些热量以后，使温度升到850c860c，并配入少量水蒸气，然后与450c的红旗混合进入二段转化炉，在顶部燃烧区燃烧，放热，温度升到1200c左右。再通过催化剂床层继续转化并吸热，然后离开二段转化炉，即得所需合成气，合成气此时成分含量为ch4 0.19%，h268.81%，co27.07%，co23.45%，n20.33%，ar0.09%。然后合成气经热量吸收后，被压缩到5.14mpa，加热为225c后输入固定管板列管合成塔反应，合成塔出口甲醇浓度为3.04%3。出塔合成气与入塔气换热后进入甲醇冷却器。用水冷却至40c以下以冷凝出甲醇。合成气于分离甲醇后循环使用。甲醇分离器出来的粗甲醇经过双塔精馏，产品纯度可达到99.9%，即得合格的精甲醇产品。经综合分析甲醇生产的各种工艺路线，本设计选用：以天然气为原料，经脱硫-二段转化-合成气，在低压下、固定管板列管合成塔中合成甲醇；精甲醇的生产采用“双塔精馏工艺”的技术路线。1.6 工艺流程简述天然气脱硫合成气压缩甲醇合成甲醇精馏图1.1天然气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原料天然气转化为合成气；原料天然气先用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225c后输入列管式等温反应器中，在c3o2催化剂的作用下合成甲醇，再就是甲醇的精馏，本工艺采用双塔精馏工艺将粗甲醇精制得到精甲醇。1.6.1 甲醇合成工艺流程简述图1.2合成工段流程图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2.54.0mpa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于10摄氏度，反应压力为510mpa，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1.2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220230c，含甲醇7%左右、温度约250c的出塔气，经换热冷却85c，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。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250255c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，其主要成分为，低中压法操作温度为210300度，压力为5mpa10mpa，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4。1.6.2 甲醇精馏工艺流程简述1预精馏塔； 2主精馏图1.3精馏工段流程图来自甲醇合成装置的粗甲醇（74c，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，122c）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，125c）进入常压精馏塔，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，67c），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5。第二章 工艺计算2.1 工艺技术参数2.1.1 原料天然气规格原料天然气的成份分析为v%：ch4 97.93、c2h6 0.71、c3h8 0.04、co2 0.74、n2 0.56，其他杂质0.026。2.1.2 合成工段的工艺参数参阅某化学工程公司的甲醇合成厂的工艺参数资料。具体数据为入塔压力5.14mpa，出塔压力4.9mpa，副产品蒸汽压力3.9mpa，入塔温度225c，出塔温度255c。工艺设计为年产精甲醇8万吨，开工时间为每年300天，采用连续操作，则每小时精甲醇的产量为11.11吨，即11.11t/h。通过双塔高效精馏工艺，精甲醇的纯度可达到99.95%，符合精甲醇国家一级标准。双塔精馏工艺中甲醇的收率达97%。则入预精馏塔的粗甲醇中甲醇量11.11 / 0.97=11.45t/h。由粗甲醇的组成通过计算可得下表： 表2.1粗甲醇组成组分 百分比 产量甲醇 94.3% 357.81kmol/h 即 8014.94m3/h 二甲醚 0.42%1.12 kmol/h 即25.09m3/h高级醇（以异丁醇计）0.26%0.43kmol/h 即9.63 m3/h高级烷烃（以辛烷计）0.32%0.34kmol/h 即7.62m3/h水5.6%38.14kmol/h 即 854.34 m3/h粗甲醇100%12.6kg/h计算方法：粗甲醇 =11.45/ 0.943 =12.6t /h二甲醚 = 12.2610000.42% = 51.49kg/h 即1.12kmol/h 高级醇（以异丁醇计）= 12.2610000.26% = 31.88kg/h 即0.43kmol/h高级烷烃（以辛烷计）=12.2610000.32% = 39.23 kg/h 即0.34kmol/h水= 12.2610005.6% = 686.56kg/h 即38.14kmol/h 2.1.3 产品质量标准本产品（精甲醇）执行国家gb33892标准7，具体指标见表2.2：表2.2产品指标项 目指标优等品一等品合格品色度（铂钴），号 510密度（200c），g/cm30.7910.7920.7910.793沮度范围(00c,101325pn),0c沸程（包括64.60.10c）,0c 64.0-65.50.81.01.5高锰酸钾试验，min 503020水溶性试验澄清水分含量，% 0.100.15酸度（以hcooh计），% 或碱度（以nh3计），% 0.00150.0030.0050.00020.00080.0015羰基化合物含量（以ch2o计），% 0.0020.0050.01蒸发残渣含量，% 0.0010.0030.0052.2 合成工段物料衡算2.2.1 合成塔中发生的化学反应主反应 co+2h2=ch3oh （2-1） co2+3h2=ch3oh +h2o （2-2） 副反应 2co+4h2=（ch3o）2+h2o （2-3） co+3h2=ch4+h2o (2-4) 4co+8h2=c4h9oh+3h2o （2-5） co2+h2=h2o+co (2-6） 8co+17h2=c8h18+8h2o （2-7） 工业生产中测得低压时，每生产一吨粗甲醇就会产生1.52 m3 (标态)的甲烷，即设计中每小时甲烷产量为0.83 kmol/h，18.64 m3/h。由于甲醇入塔气中水含量很少，忽略入塔气带入的水。由反应（2-3）、（2-4）、（2-5）、（2-7）得出反应（2-2）、（2-6）生成的水分为：38.140.831.120.4330.348 = 32.18kmol/h 由于合成反应中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要发生逆变反应生成一氧化碳，且入塔气中二氧化碳的含量一般不超过5%，所以计算中忽略反应（2-2）。则反应（2-6）中由二氧化碳反应生成了32.18 kmol/h，即720.83m3/h的水和一氧化碳。粗甲醇中气体溶解量查得5mpa、40c时，每一吨粗甲醇中溶解其他组成如下表： 表2.3 每吨粗甲醇中合成气溶解情况气体h2coco2n2arch4溶解量（m3/t粗甲醇）4.3640.8157.7800.3650.2431.680则粗甲醇中的溶解气体量为：h2 = 12.264.364= 53.50 m3/h=2.39kmol/h co=12.260.815= 9.99 m3/h=0.45kmol/hco2 =12.267.780 = 95.38m3/h=4.26kmol/hn2 =12.260.365 =4.47m3/h=0.20kmol/har =12.260.243 = 2.98m3/h=0.13kmol/hch4 =12.261.680 = 20.60 m3/h=0.92kmol/h2.2.2 粗甲醇中甲醇扩散损失40c时，液体甲醇中释放的溶解气中，每立方米含有37014g的甲醇，假设减压后液相中除二甲醚外，其他气体全部释放出，则甲醇扩散损失g =（53.50+9.99+95.38+4.47+2.98+20.60）0.037014=6.92kg/h，即 0.22 kmol/h，4.84m3/h2.2.3 合成反应中各气体的消耗和生成情况表2.4弛放气组成气体ch3ohh2coco2n2arch4组成0.61%81.82%9.16%3.11%3.21%0.82%1.89%表2.5合成反应中消耗原料情况消耗项单位消耗原料气组分coco2h2n2ar反应（2-1）m3/h8014.9416029.88反应（2-3）m3/h50.18100.36反应（2-4）m3/h18.6455.92反应（2-5）m3/h38.5277.04反应（2-6）m3/h(720.83)720.83720.83反应（2-7）m3/h60.96129.54表2.6合成反应中生成物情况生成项单位生成物组分ch4ch3oh（ch3o）2c4h9ohc18h18h2o反应（2-1）m3/h8014.94反应（2-3）m3/h25.0925.09反应（2-4）m3/h18.6418.64反应（2-5）m3/h9.6328.89反应（2-6）m3/h720.83720.83反应（2-7）m3/h7.6260.96表2.7其他情况原料气消耗消耗项单位消耗原料气组分coco2h2n2arch4粗甲醇中溶解m3/h9.9995.3853.504.472.9820.60扩散的甲醇m3/h4.849.68弛放气m3/h9.16%g3.11%g81.20%g3.21%g0.82%g1.89%g驰放气中甲醇m3/h0.61%g1.22%g2.2.4 新鲜气和弛放气气量的确定co的各项消耗总和=新鲜气中co的量，即8014.94+50.18+18.64+38.52+60.96+720.83+9.99+4.84+0.61%g+9.16%g=7477.24+9.77%g同理，原料气中其他各气体的量=该气体的各项消耗总和，由此可得新鲜气体中各气体流量，如下表：表2.8新鲜气组成组分单位coco2h2n2arch4气量m3/h7477.24+9.77%g816.21+3.11%g17176.75+82.42%g4.47+3.21%g2.98+0.82%g1.96+1.89%g新鲜气m3/h25479.61+1.0122g新鲜气中惰性气体（n2+ar）百分比保持在0.42%，反应过程中惰性气体的量保持不变，（n2+ar）=7.45+4.03%g，则 25479.61+1.0122g=（7.45+4.03%g）/0.42%解得g=2761.95m3/h，即弛放气的量为2761.95 m3/h，由g可得到新鲜气的量28275.25m3/h.表2.9弛放气组成气体ch3ohh2coco2n2arch4组成气量m3/h0.61%16.8581.82%2259.839.16%252.993.11%85.903.21%88.660.82% 1.89%22.65 55.20表2.10新鲜气组成(合成气)气体ch4h2coco2n2ar组成0.19%68.81%27.07%3.45%0.33%0.09%气量m3/h54.1619453.157747.08902.1193.1325.632.2.5 循环气气量的确定g1 =g 3+g4+g5+g6g7g8式中：g1为出塔气气量；g3新鲜气气量；g4循环气气量；g5主反应生成气量；g6副反应生成气量；g7主反应消耗气量；g8副反应消耗气量。g5= 8014.94+4.84+0.61%2761.95=8036.63 m3/hg6=25.09+25.09+18.64+18.64+9.63+28.89+7.62+60.96+720.83+720.83=1636.22 m3/hg7=8014.94+16029.88+4.84+9.68+0.61%2761.953=24109.88 m3/hg8=50.18+100.366+18.64+55.92+38.52+77.04+60.96+129.54+720.83+720.83=1972.82 m3/h已知出塔气中甲醇含量为5.84%，则 （g 40.61%+2761.950.61%+8014.94+4.84）/ g1=0.0584解得g4= 141219.64 m3/h表2.11循环气组成气体ch3ohh 2coco2n2arch4组成气量m3/h0.61%861.4481.82%115545.919.16%12935.723.11%4391.933.21%4533.150.82%1158.001.89%2669.052.2.6 入塔气和出塔气组成g1 =g 3+g4+g5+g6g7g8=152364.21m3/h 即6801.97 kmol/hg2= g3+g4 =168689.99m3/h 即7530.80 kmol/h，g2 为入塔气气量。表2.12入塔气组成气体 ch3oh h 2 co co2 n2 ar ch4组成 0.06% 79.11% 12.18% 3.17% 2.72% 0.70% 1.60%气量m3/h 101.70 134999.06 20682.80 5294.04 4626.28 1183.63 2723.21表2.13出塔气组成气体 h 2 co co2 n2 ar ch3oh组成 76.29% 8.61% 2.93% 3.02% 0.77% 5.84%气量m3/h 117842.11 13198.70 4573.21 4626.28 1183.63 8871.54气体 ch4 （ch3o）2 c4h9oh c18h18 h2o 组成 1.79% 0.018% 0.007% 0.006% 0.62% 气量m3/h 2741.85 25.09 9.63 7.62 854.34计算过程：入塔气co=循环气中co+新鲜气中co，同理可得其他气体气量；出塔气中co=入塔气中co反应消耗的co+反应中生成的co，同理得其他气体气量。2.2.7 甲醇分离器出口气体组成的确定 分离器出口气体组分=循环气气体组分+弛放气气体组分，则分离器出口气体中co气量=循环气中co +弛放气中co，同理可算得其他气体的气量8。表2.14分离器出口气体组成气体 ch3oh h 2 co co2 n2 ar ch4组成 0.61% 81.82% 9.16% 3.11% 3.21% 0.82% 1.89%气量m3/h 878.29 117805.74 13188.71 4477.83 4621.81 1180.65 2721.252.2.8原料计算合成气总含c量a=4.54+923.34+236.34+121.57=1285.79kmol/h每立方米天然气中c含量： b=（）=0.044461kmol/m3则每小时天然气用量c=a/b2.89104m3/h2.3 合成工段热量衡算 2.3.1 合成塔的热平衡计算计算公式全塔热平衡方程式为：q1 + qr = q2 + q3+ q （2-8）式中： q1入塔气各气体组分焓，kj/h； qr合成反应和副反应的反应热，kj/h； q2出塔气各气体组分焓，kj/h； q3合成塔热损失，kj/h； q沸腾水吸收热量，kj/h。q1=（g1cm1tm1） （2-9）式中： g1入塔气各组分流量，m3/h；cm1入塔各组分的比热容，kj/（m3k）；tm1入塔气体温度，k；q2=（g2cm2tm2） （2-10）式中： g2出塔气各组分流量m3/h；cm2出塔各组分的热容，kj/（m3k）；tm2出塔气体温度，k；qr= qr1 +qr2 +qr3+ qr4+ qr5 +qr6+ qr7 （2-11）式中： qr1、qr2、qr3、qr4、qr5、qr6分别为甲醇、甲烷、二甲醚、异丁醇、辛烷、水的生成热，kj/h； qr7二氧化碳逆变反应的反应热，kj/h qr=grh （2-12）式中： gr各组分生成量，kmol/h；h生成反应的热量变化，kj/mol2.3.2入塔热量计算 通过计算可以得到5.14mpa，225c时各入塔气气体的热容，根据入塔气各气体组分量，算的甲醇合成塔入塔热量如下表：表2.15甲醇合成塔入塔热量气体 ch3oh h 2 co co2 n2 ar ch4热容kj/（kmolk） 67.04 29.54 29.88 44.18 29.47 25.16 46.82气量kmol /h 4.54 6026.74 923.34 236.34 206.53 52.84 121.57 入塔热量kj/（hk）304.36 178029.90 27589.40 10441.50 6086.44 1329.45 5691.91入塔热量合计为229472.96 kj/