甲醇的设计版本

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引 言

甲醇是有机物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。

甲醇的用途在现代人们的生活中越来越受到重视，它即可用做有机化工原料，又可用于有机合成、农药、医药、涂料、染料和国防工业等领域。随着社会经济的快速增长，能源、环境问题日益突出，甲醇作为燃料应用的比例越来越大。近20年来，甲醇生产发展很快，技术不断提高，生产规模逐年扩大，生产工艺逐步成熟，各项技术指标不断完善，特别是近年来甲醇汽、柴油的开发和应用，使其作为代用燃料，从技术性、经济性上具有了很强的竞争力。

合成甲醇可采用石脑油、减压渣油、煤和天然气为原料，本次设计主要采用煤为原料生产合成气，再由合成气生产甲醇。

在甲醇生产迅速发展的同时，也出现了许多方方面面的问题：

首先全球市场供大于求，预计2005～2010年世界甲醇需求量的年均增长速度为2.46%，到2010年，世界甲醇需求量将达到4020万t；2010～2015年的年均增长速度为4.63%，2015年将达到5040万t。甲醇制烯烃（MTO/MTP）和二甲醚（DME）将是未来驱动甲醇市场需求增长的主要动力，而我国将是甲醇需求的重点地区。预计到2010年，世界甲醇生产能力将达到6400万t/a，2015年达到7200万t/a，供应能力大于市场需求，竞争将会加剧，一些不具竞争力的小装置或原料价格较高地区的甲醇装置将关闭。根据未来甲醇装置建设趋势，世界甲醇的生产中心正在向南美、沙特、伊朗和我国转移；同时这些国家和地区甲醇产品的目标市场主要是针对亚太地区和我国。 其次国内生产处于快速发展期，2005年我国甲醇总产能约为650万t/a，产量为535.64万t，装置开工率为82.41%。目前，国内最大的甲醇单套装置规模为40万t/a，主要的生产企业有榆林天然气化工公司、四川维尼纶厂、上海焦化有限公司、蓝天集团光山化工公司、大庆油田化工公司和内蒙古苏里格化工公司等，生产规模一般在18万～40万t/a。中海油海南60万t/a装置和日本三菱瓦斯在重庆建设的85万t/a装置是我国目前在建的最大甲醇装置。

鉴于以上的问题，在本文中提出了一些建议，并设计了一套80万t/a的装置。但由于本人能力有限，这次设计中肯定存在着大量的不足之处，还望广大读者给予批评指正。

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第一章 绪 论

1．1综述

甲醇是一种重要的有机化工原料，也是清洁代用燃料，在化工、医药、轻工、纺织等行业具有广泛的用途。世界基础有机化工原料中，甲醇消费量仅次于乙烯、丙烯和苯，居第四位。随着我国国民经济的高速发展，对甲醇的需求量也不断增加。 预计2005～2010年世界甲醇需求量的年均增长速度为2.46%，到2010年，世界甲醇需求量将达到4020万t；2010～2015年的年均增长速度为4.63%，2015年将达到5040万t。甲醇制烯烃（MTO/MTP）和二甲醚（DME）将是未来驱动甲醇市场需求增长的主要动力，而我国将是甲醇需求的重点地区。

1．2 甲醇的性质

从木焦油中获得的粗甲醇有难闻、刺鼻气味。纯甲醇为无色透明略带乙醇气味的易挥发液体，沸点65℃，溶点-97.8℃，和水相对密度为0.7915。甲醇能和水以任意比相溶，但不形成共沸物，能和多数常用的有机溶剂（乙醇、乙醚、丙酮、苯等）混溶，并形成恒沸点混合物。甲醇能和一些盐如CaCl2、MgCl2等形成结晶化合物，称为结晶醇，如CaCl2·CH3OH、MgCl2·6H2O，和盐的结晶水合物类似，甲醇蒸汽能和空气形成爆炸性混合物，爆炸极限6.0～36.5%（体积）。甲醇燃烧时无烟，火焰呈蓝色。甲醇具有脂肪族伯醇的一般性质，连有羟基的碳原子上的三个氢原子均可被一一氧化，或脱氢生成甲醛，再氧化成甲酸，甲酸氧化的最终产物是二氧化碳和水。试剂甲醇常用密封保存在棕色瓶中置于较冷处。

甲醇有较强的毒性，对人体的神经系统和血液系统影响最大，它经消化道、呼吸道或皮肤摄入都会产生毒性反应，甲醇蒸汽能损害人的呼吸道黏膜和视力，急性中毒症状有：头疼、恶心、胃痛、疲倦、视力模糊以至失明，继而呼吸困难，最终导致呼吸中枢麻痹而死亡。慢性中毒反应为：眩晕、昏睡、头痛、耳鸣、视力减退、消化障碍。甲醇摄入量超过4克就会出现中毒反应，误服一小杯超过10克就会造成双目失明，饮入量大造成死亡。致死量为30毫升以上。甲醇在体内不易排出，会发生蓄积，在体内氧化生成甲醛和甲酸也都有毒性。在甲醇生产工厂，我国有关部门规定，空气中允许甲醇浓度为5mg/ml，在有甲醇气的现场工作须戴防毒面具，废水要处理后才能排放，允许含量小于200mg/L。

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误服甲醇急性中毒可采取：催吐、洗胃、输氧措施，注射葡萄糖或生理盐水，静脉注射1%亚甲基蓝溶液10毫升，肌肉注射1～2%高锰酸钾溶液5.6毫升，碱性水饮料和强心剂。静脉注射50—60克3%碳酸氢钠溶液至尿呈稳定的碱性反应。

甲醇蒸汽中毒者，应迅速转移至新鲜空气处，呼吸困难者可实施人工呼吸或输氧，注射强心剂。甲醇溅入眼睛或皮肤应立即用大量清水冲洗。工业甲醇在常温下是无色透明易挥发、易燃烧的有毒气体。沸点64.51℃，相对密度（20℃/4℃）0.7913。工业甲醇化学性质较活泼，能发生氧化、酯化、羟基化等化学反应。甲醇不具酸性，其分子组成虽有能作为碱性特征的羟基，但也不呈碱性，对酚酞反应，均呈中性。

1.3甲醇的生产工艺

合成甲醇可采用石脑油、减压渣油、煤和天然气为原料，在天然气丰富的地区，前几种原料的生产成本均无法与天然气竞争。先提供国外有关资料介绍的几种原料合成甲醇的经济指标情况。

表1.1 各种原料合成甲醇的经济指标比较（60万吨/年） 指 标 合成工艺 原料转化率/% 装置占地/% 操作人员/% 投资总额/百万美元 精甲醇成本/%

天然气 催化蒸汽转化

61.3 100 100 61.0 100

石脑油/减压渣油

高温转化 59.0 200 100 178.0 140

煤 汽化 38.0 300 200 169.0 150

从表中可见，天然气合成甲醇的各项经济指标要优于其它原料，适于加压转化，是合成甲醇最理想的原料。20世纪80年代以来。国外甲醇装置向大型化方向发展。甲醇的经济规模对投资与产品成本影响较大，一般来讲，装置规模越大，产品成本越低。

表1.2 甲醇装置规模与投资和产品成本的关系

项 目

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单位产品投资/% 产品成本/%

100 100

20 76 67

装置生产规模（万吨/年）

30 69 60

40 63 57

50 59 54

60 52 51

100 49 60

近10多年来，世界合成甲醇技术有了很大的发展，其趋势为原料路线多样化、生

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产规模大型化、合成催化剂高效化、气体净化精细化、过程控制自动化以及联合生产普遍化，从而使合成技术更加优化。

下面简要介绍一下几种合成甲醇的方法。

目前世界上合成甲醇的工业生产方法有美国卜内门（ICI）公司的低压和中压法、日本三菱瓦斯化学公司MCC低压法、丹麦托普索公司节能型低压法以及德国巴斯夫（BASF）公司的高压法等。我国小规模装置主要采用高压法，引进装置则采用低压法。其中川维引进ICI法，齐鲁引进鲁奇法。与高压法比较低压法的优点是：能量消耗少，操作费用低，产品纯度高，设备费用低，故新建厂大多采用低压法。国内低压法已经投入生产，并对催化剂进行了研究。已取得了好的进展。

（1）德国巴斯夫公司的高压法，这是最先实现工业化甲醇生产工艺，由于其操作条件苛刻，能耗大，成本高，所以已逐步被中、低压法工艺所取代。

（2）ICI低压法，这是目前工业上广泛采用的合成甲醇的方法。其工艺过程为：脱硫、转化、压缩、合成、精馏。特点：在采用不同原料时开车简单，操作可靠，并且不同生产能力的工厂均能使用离心式压缩机，产品纯度高。能充分利用反应热。

（3）鲁奇渣油联醇法，我国山东齐鲁石化公司引进此方法。特点：热利用率高，在能量利用方面经济效果大。目前，低压法合成甲醇工艺中，鲁奇法和ICI法杂技术上比较成熟。

（4）中压法（ICI）公司、丹麦托普索公司、日本三菱瓦斯化学公司都有成功的方法。中压法与低压法相比，工艺过程相同，但在投资和综合指标上都要略高一些。(1)

煤制甲醇的生产包括由煤制合成气，再由合成气制甲醇两部分：首先是煤制合成气 煤、焦或半焦在高温常压下，与气化剂反应转化为一氧化碳、氢等可燃性气体的过程，称为煤的汽化。汽化剂主要是水蒸汽、空气或它们的混合气。从煤的汽化可得基本有机化学工业原料合成气，即一氧化碳和氢的混合物。

由煤生产合成气，工业上应用较广的有固定床汽化和沸腾床汽化法。通常用的固定床汽化法是将水蒸气通入炙热的煤层，使其发生下列反应而转化为合成气。

C+H2O→CO+H2 △H0=118.8kJ/mol (1.1) C+2H2O→CO2+2H2 △H0=75.2kJ/mol (1.2) C+CO2→2CO △H0=162.4kJ/mol (1.3)

这些反应均是吸热反应，如果连续通入水蒸气会使煤层的温度迅速下降，为了保持煤层温度，必须交替向炉内通入水蒸气和空气，当通入空气时，主要进行煤的燃烧反应，

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此反应房出热量，加热煤层。用这种方法制得的煤气称为水煤气。其代表性的组成为：H2O 43.4%、CO 38.5%、CO2 6.0%、N2 6.4%、CH4 0.6%、O20.2%，

其中所含的CO2可通过高压水吸收法吸收除去。剩下的主要组分H2和CO称为合成气。

就合成气而言，只有从煤中得到H2和CO可直接利用，而用合成气制甲醇所需H2/ CO值为2.21，合成气中H2和CO的摩尔比可以在350～400℃、Fe3O4作催化剂条件下调节，使其比值达到要求，即：

CO+ H2O→CO2+ H2 (1.4)

所生成的CO2均可用高压水吸收法除去。 1．3．1反应条件

一氧化碳加氢合成甲醇是个可逆反应：

CO+2H2→CH3OH（气） △H0=-90.8kJ/mol

为了减少合成甲醇的副反应，提高甲醇的产率，必须选择适当的温度、压力和催化剂。

由反应热与温度及压力关系可知，在压力为20MPa左右，温度为350～400℃条件下进行反应时，反应热随温度与压力变化甚小，故采用这样的条件合成甲醇反应是比较容易控制的。

从热力学分析知，合成甲醇的反应温度低，所需压力也可以低，但温度低，反应速度又太慢，关键在于催化剂。60年代以前，由于所用的催化剂活性不够高，需在380℃左右的高温下进行，故所有甲醇生产装置均采用高压法（30MPa）。1966年，英国卜内门化学工业恭喜研制成功了高活性的铜系催化剂（CuO-ZnO-Al2O3），并开发了低压合成甲醇新工艺，简称ICI法。其适宜温度为温度为230—270℃，压力为5—10MPa，空速为1000h-1左右（标米3/米3催化剂·时）。

合成甲醇原料气H2/ CO的化学计量比是2：1。CO的含量过高不好，不仅对温度控制有害，而且，能引起羰基铁在催化剂的积聚，使催化剂失掉活性，故采用过H2量，H2/ CO摩尔比为2.2～3.0比较好。循环气量为新原料量的3.5—6倍。【2】 1．3．2工艺流程

本次设计采用的是联产法生产甲醇工艺流程简述如下，原料气是由煤气化得合成气，再经压缩工段得合成气（也称五段气），它经过油分离器将油污排出后去合成塔，由合成塔合成后的甲醇进入水冷器进行冷却，然后再经醇分离器将甲醇和杂质分离，经

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分离后的甲醇进入粗甲醇中间槽，当然，进入合成塔的原料气不可能完全反应，剩余的部分未反应的气体被甲醇分离器分离后经循环机循环进入油分离器，与原料气混合再进行一次反应，这样可以提高原料的利用率。

以上是甲醇的合成工段，下面再简要介绍一下精馏工段的流程：粗甲醇自合成工段粗甲醇中间槽减压后进入精馏工段的粗甲醇球罐，在碱液贮槽配制好的5%～6%的NaOH溶液，用N2压入碱液高位槽（N2来自空分），经转子流量计按粗甲醇输入量的0.5%进入粗甲醇泵的进口和球罐来的粗甲醇混合，由粗甲醇泵进入粗甲醇预热器，以预塔主塔塔釜再沸器的蒸汽冷凝水加热，然后进入预精馏塔第47（49、53）块塔板，在预精馏塔塔顶第57块塔板处用萃取水泵压入蒸汽冷凝水，其加入量约为粗甲醇加入量的20%，用阀门控制，并用转子流量计计量（目的以保持脱醚后预后甲醇比重在0.83—0.84范围），预精馏塔下部的预塔循环蒸发器，用稳压的0.5MPa的蒸汽加热甲醇（目的保持塔底温度在85℃左右），其蒸汽冷凝后呈液体进入冷凝水总管，粗甲醇在预塔内脱出低沸点杂质（如二甲醚、甲基异丁醚、羰基铁基胺类），同时不易溶的气体CO、CH4、H2、CO2等也被脱出。预塔塔顶出来的甲醇蒸汽在预塔冷凝器被深井水冷凝成液体并流回预塔。未冷凝的气体经预塔液封桶后排入大气。

预塔底部出来的预后甲醇经预后甲醇泵加压后，再经预后甲醇预热器进入主精馏塔5个进料口，分别为17、19、23、27、31块塔板上。主塔加热仍用稳压的0.5MPa的过热蒸汽，在主塔循环蒸发器内加热，保持塔底温度在105—110℃范围内，塔顶压力在600mm水柱。甲醇蒸汽在每块塔板上分流。蒸汽由塔顶部出来，经主塔冷凝器冷凝为液体进入主塔回流液受槽，再经主塔回流泵加压后至主塔预回流，在冷凝器未凝结的气体经主塔液封桶排入大气。在预塔液封桶和主塔液封桶内溢流的流分排入地下槽。

精甲醇在第64（74、76、78、80）块塔板采出，采出温度为64—67℃，不同采出口可调节采出精醇的温度又经精甲醇冷却器冷却至30℃以下，送至成品精甲醇仓库。

在第10块（4、8、12、14）采出85—90℃的异丁基油分，采出的油分经异丁基油冷却器冷却后进入异丁基油贮槽。

1.4甲醇的用途

甲醇可作为有机化工原料、有机溶剂，也可作为防冻剂。

甲醇是一种重要的有机化工原料，主要用于生产甲醛，消耗量要占到甲醛总产量的一半，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

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酯、对苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醛羟基化可生产醋酸、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、乙酸也日益受到重视。

甲醇是一种重要的有机溶剂，其溶解性能优于乙醇，可用与调制油漆。一些无机盐如碘化钠、氯化钙、硝酸铵、硫酸铜、硝酸银、氯化铵、氯化钠都或多或少地能溶于甲醇。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，还可用于检验和测定硼。

甲醇可以做防冻剂，严冬时节，在汽车水箱中添加适量甲醇，能使水箱中的循环冷却水不冻，在禁酒的国家中，甲醇用作酒精变性剂，将甲醇掺在乙醇之中得到变性乙醇，具有毒性，使之不宜饮用。甲醇经微生物发酵可生产甲醇蛋白，富含维生素和蛋白质，具有营养价值高而成本低的优点，是颇有发展前景的 饲料添加剂，能广泛用于牲畜、家禽、鱼类的饲养。

在工业上，甲醇的用途也十分广泛，除可做许多有机物的良好溶剂外，主要用于合成纤维、甲醛塑料医药农药染料合成蛋白质等工业生产，是一种基本的有机化工原料。甲醇和汽油（柴油）或其它物质可混合成各种不同用途的工业用或民用的新型燃料，甲醇和汽油混合可作为燃料用于运输业。

甲醇不仅是重要的化工原料，而且还是性能优良的能源和车用燃料甲醇和异丁烯反应得到MTBE，它是高辛烷值无铅汽油添加剂，亦可用作溶剂。自1973年第一套100kt/ a装置建成投产以来，它已成为世界上仅此与甲醛的第二大甲醇消费大户，甲基叔戊基醚（TAME）也是重要的汽油含氧添加剂，由于历史原因，总产量还不大。

在寻求汽油替代燃料的过程中，醇醚燃料具有较大的应用潜力。醇醚燃料是指甲醇和二甲醚按一定的比例配制而成的新型液体燃料，燃料效率和热效率均高于液化气。由于二甲醚的挥发性好，该燃料有效地克服了甲醇燃料不易点燃、需空气充压、外加预热器及安全运输等方面的缺点。甲醇也可以直接作为汽车燃料使用。

1.5甲醇市场状况

据SRI咨询公司咨询师EdSporcic的最新研究报告显示，2009年前全球甲醇市场需求有望以年均2％的速度增长，而同期甲醇新增产能将以年均5.7％的速度增长，这种产能增速高于需求增速的现象最终将导致市场供过于求。

据位于休斯敦的ChemicalIntelligence公司（CI）的统计数据显示，2005年全球甲

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醇市场需求量为3210万吨，其中甲醛市场需求占38％，MTBE市场需求占20％，醋酸市场需求占11％，DMT／MMA市场需求占6％，燃料使用占4％，其他占21％。另据SRI咨询公司的最I公司咨询师GeorgeWest指出，由于市场预期一些新建装置即将投产可能会暂时缓解供求紧张的压力，因此近几周来全球甲醇市场现货价格出现下滑。不过由于受这些新建装置投产时间的不确定性以及预期一些旧装置将关闭的影响，甲醇期货价格仍然较为坚挺。

美国甲醇现货价格为83～85美分／加仑（离岸价FOB），而6月合同价格则为95美分／加仑（FOB）；欧洲甲醇现货价格为205～210欧元／吨（FOB鹿特丹），第二季度合同价格为230欧元／吨（FOB）；亚洲甲醇现货价格为245～260美元／吨（C&F东北亚），6月份合同价格为290美元／吨（C&F）。

据全球领先的甲醇生产商Methanex称，该公司计划在第二季度开启位于智利PuntasArenas的84万吨／年的甲醇装置。另据市场媒体称，位于特立尼达和多巴哥PointLisas的MethanolHoldings公司有望在今年7月份开启位于PointLisas的180万吨／年的甲醇装置。伊朗国家石化公司也正计划于2006年第三季度开启位于Ban鄄darImam的170万吨／年的甲醇装置。West指出，这些新建装置的陆续投产将逼迫北美地区一些高成本生产装置的关闭。

塞拉尼斯（Celanese）公司已经与MethanolHoldings公司签署长期协议购买其在PointLisas甲醇装置的甲醇产品。据分析，一旦PointLisas甲醇装置投产后，塞拉尼斯公司很可能会关闭位于美国的甲醇装置。此外，由于受天然气原料供应短缺的困扰，Methanex已将其位于新西兰Taranaki的100万吨／年甲醇装置的产能削减至53万吨／年。此外，Methanex计划关闭其位于加拿大Kitimat的5万吨／年的甲醇装置，原因是天然气价格居高不下，企业难以承受这种成本的压力。不过最终是否关闭的决定将在今年底作出。新统计数据显示，截至2005年全球共有甲醇产能4117.5万吨／年。

1.6甲醇发展方向

甲醇是极为重要的有机化工原料，在化工、医药、轻工、纺织及运输等行业都有广泛的应用，其衍生物产品发展前景广阔。目前，甲醇的深加工产品已达120多种，我国以甲醇为原料的一次加工产品已有今30种。在化工生产中，甲醇可用于只甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺、甲基叔丁基醚（MTBE）、聚乙烯醇（PVA）、硫酸二甲酯、对苯二甲酸二甲酯（DMT）、二甲醚、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲醇等。以甲醇为中间体的煤基

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化学品深加工产业：从甲醇出发生产煤化学品是未来C1化工发展的重要方向。比如神华集团发展以甲醇为中间体的煤基化学品深加工，利用先进成熟技术，发展“甲醇—醋酸及其衍生物”；利用国外开发成功的MTO或MTP先进技术，发展“甲醇—烯烃及衍生物”的2大系列。

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。

随着C1化工的发展，由甲醇为原料合成乙二醇，乙醛和乙醇等工艺正日益受到重视。甲醇作为重要原料在敌百虫、甲基对硫磷和多菌灵等农药生产中，在医药、染料、塑料和合成纤维等工业中都有着重要地地位。甲醇还可经生物发酵生成甲醇蛋白，用作饲料添加剂，有着广泛的应用前景。

1．7甲醇产业发展存在的问题

1．7．1全球市场供大于求

预计2005～2010年世界甲醇需求量的年均增长速度为2.46%，到2010年，世界甲醇需求量将达到4020万t；2010～2015年的年均增长速度为4.63%，2015年将达到5040万t。甲醇制烯烃（MTO/MTP）和二甲醚（DME）将是未来驱动甲醇市场需求增长的主要动力，而我国将是甲醇需求的重点地区。

预计到2010年，世界甲醇生产能力将达到6400万t/a，2015年达到7200万t/a，供应能力大于市场需求，竞争将会加剧，一些不具竞争力的小装置或原料价格较高地区的甲醇装置将关闭。根据未来甲醇装置建设趋势，世界甲醇的生产中心正在向南美、沙特、伊朗和我国转移；同时这些国家和地区甲醇产品的目标市场主要是针对亚太地区和我国。2005～2010年世界甲醇供求分析见表1.3。

表1.3 世界甲醇供需情况统计及预测 （万t）

年份

需求量 供应能力 供求平衡

2005 3560 4860 供大于求

2010 4020 6400 供大于求

2015 5040 7200 供大于求

1．7．2国内生产处于快速发展期

2005年我国甲醇总产能约为650万t/a，产量为535.64万t，装置开工率为82.41%。

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目前，国内最大的甲醇单套装置规模为40万t/a，主要的生产企业有榆林天然气化工公司、四川维尼纶厂、上海焦化有限公司、蓝天集团光山化工公司、大庆油田化工公司和内蒙古苏里格化工公司等，生产规模一般在18万～40万t/a。中海油海南60万t/a装置和日本三菱瓦斯在重庆建设的85万t/a装置是我国目前在建的最大甲醇装置。

我国甲醇生产主要集中在华南、华东和华北地区，所占比例分别为27.11%、23.79%和16.63%，其中主要生产省份有河南、陕西、山东、上海、河北、重庆和安徽。随着新建甲醇项目投产，西部地区甲醇生产比重将大幅度提高，而华东和华南地区甲醇生产比重将会大幅度下降。

2000～2005年，随着我国甲醇市场需求增长速度加快，甲醇生产也进入快速发展期，产能和产量的年均增长速度分别达到13.29%和21.94%。 1．7．3市场处于快速增长期

2005年，我国甲醇表观消费量为666.22万t，同比增长16.23%，其中进口136.03万t，占20.42%。由于近几年国内甲醇生产增速较快，市场满足率提高。1995～2005年期间，甲醇消费量的年均增长速度为15.11%，我国甲醇市场尚处于快速成长过程。

我国甲醇消费结构与国外类似，最大消费领域是甲醛生产，消费比例约为40%；其次是MTBE和醋酸，所占比例分别为6%和7%。近年来甲醇燃料方面的消费量发展较快，尽管国家尚未出台相关政策法规和标准，但甲醇燃料消费已经成为驱动甲醇需求的主要动力之一。 1．7．4消费区域集中

目前我国甲醇消费的主要地区是华东和华南地区，上述地区也是我国甲醛、MTBE、丙烯酸酯和醋酸等下游产品生产的集中地。对于甲醇燃料，消费地区主要集中在山西、河南等地。2005年，我国甲醇进口总量中，江苏省进口比例占62.28%，广东省所占比例为28.28%，福建省比例为4.11%，浙江省比例为3.34%。所有进口基本上全部集中在华东和华南地区，进口结构也在一定程度上反映了我国甲醇消费的地区分布。

1.8国内外甲醇产业竞争力对比分析

2006～2015年，全世界将有近4000万t/a甲醇产能投产，届时甲醇行业必将面临激烈的市场竞争。国内甲醇生产企业若要在竞争中保持不败，或在甲醇行业中有立足之地，就必须认清竞争的内外部环境和自身的优势、劣势，制定合理的发展战略和竞争战略。现对国内外甲醇生产的竞争力进行分析：

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1．8．1原料路线与装置规模

国内甲醇装置规模仍然较小，且多采用煤头路线，单位产能投资高，约为国外大型甲醇装置投资的2倍，财务费用和折旧费用提高，影响成本竞争力。而以中东和中南美洲为代表的国外甲醇装置普遍规模大，公用设施分摊投资少，且采用天然气路线，单位产能投资大幅下降，成本竞争力大为增强。国内外甲醇原料路线与装置规模竞争力分析见表1.4。

表1.4 国内外甲醇原料路线与装置规模比较

项 目

装置规模（万t/年）

原料路线

单位产能投资(元/t甲醇)

我国 20～50 煤炭 3600～5000

中东和中南美洲

80～170 天然气 1425～2400

1．8．2工艺技术对比

国内大多甲醇装置采用国外引进的洁净煤气化技术，以煤炭、焦炉气为原料，技术成熟。我国拥有焦炉气制甲醇专利技术，处于世界领先地位。总体来看，我国新建甲醇装置技术先进，但对于煤基甲醇装置来说，如计划扩大生产规模（170～240万t/a），则煤气化装置规模所受限制较大，占地面积也大大增加。

国外大型甲醇装置多采用天然气两段转化或自热转化技术，以天然气为原料，包括鲁奇、TOPSOE、ICI/SYNETIX和MGC等技术。相对煤基甲醇装置，天然气转化技术成熟可靠，转化规模受甲醇规模影响较小，装置紧凑，占地面 积小。

1．8．3市场容量

国内甲醇市场容量和发展潜力大，市场前景光明。据预测，未来我国甲醇市场消费量将占到世界的30%～40%，是世界甲醇的市场中心。 而世界主要甲醇装置所处的中东和中南美洲地区本地甲醇市场容量有限，消费量极少，大部分产品需销往世界各地市场，其目标市场是亚洲，尤其是我国。 1．8．4区位、物流与储运设施

国内甲醇生产装置大都建在内陆地区或交通不便的西部地区，产品进入市场需陆路长途运输，对交通运输条件要求较高。而国外甲醇生产装置基本上都建在沿海地区，生产装置紧靠甲醇装运码头，运输方便。

由于我国甲醇市场消费中心在华东和华南地区，西部甲醇运输到上述地区需铁路或公路运输，运输费用约在150～400元/t。而国外所有甲醇产品全部采用海路运输，中东、

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中南美洲和澳洲地区甲醇运到亚洲主港地的运费约为25美元/t左右，运输费用较低。

国内甲醇企业仅有厂内储运和铁路装运设施，少有全国性或世界性的甲醇中转运输基地，没有自己的大型专用运输工具。国外甲醇生产商大多在世界各地建有大型甲醇中转基地和储运设施。拥有自己或长期租用的甲醇运输船队。

总体看来，国内甲醇产业运输设施欠缺，物流费用高，影响竞争力。国外甲醇产业储运基础设施完善，物流费用低，竞争力强。 1．8．5销售区域与渠道

国内所有甲醇企业产品几乎全部面向国内市场，很少出口，缺乏对国际市场的了解和掌控能力，同时建设项目市场分析和决策几乎全部依赖于国内市场。而国外几乎所有甲醇生产企业的产品都面向国际市场，如Mathanex、MHTL、MGC和GTL Resource等公司90%以上的产品供出口。特立尼达、智利、委内瑞拉、新西兰及中东等甲醇生产大国和地区的甲醇消费量很少，大部分产品出口到世界各地。

国内甲醇企业所有产品自行销售，没有固定的销售商。而国外甲醇生产企业大多拥有长期合作的销售商和完善的全球销售网络，销售渠道畅通，对世界甲醇市场控制力强。大型甲醇生产企业除销售本公司产品外，同时还利用自身销售渠道，销售其他甲醇生产企业产品。

总体看来，国内甲醇生产企业属内向型企业，缺乏国际视野和理念，对国际市场疏 于了解，影响力更是微乎其微。国外甲醇生产企业全部是国际性大公司，产品生产与销售完全面向国际市场，拥有完善的销售网络和渠道，对国际市场的掌控能力强。 1．8．6产品质量与能耗

目前我国大型企业甲醇产品质量可以达到国际标准，小企业或联醇产品质量不够稳定。而国外大型甲醇装置所有产品全部达到国际标准。

国内煤基甲醇能耗为50～60 GJ/t产品，以天然气为原料生产的甲醇能耗为40 GJ/t产品，小型联醇装置耗能为70 GJ/t产品，消耗天然气900～1150m3/t产品，煤基甲醇耗水22～30t/t产品。国外大型甲醇装置均以天然气为原料，能耗为25～30 GJ/t产品，消耗天然气760～920m3/t产品，耗水10～15t/t产品。

总体看来，随着国内甲醇生产技术的不断进步，甲醇质量已经达到国际水平，但小甲醇或联醇质量尚不稳定。国内甲醇生产能耗偏高，说明我国甲醇生产技术、规模和原料路线比较落后。国外所有甲醇产品质量稳定，均达到国际水平，完全满足客户对产品质量要求，生产规模大，技术先进，管理严格，能耗低。

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1．8．7资源供应与价格竞争力

我国煤炭资源丰富，主要集中在西部经济较落后的地区。天然气资源比较贫乏，且大多集中在交通不便的西部和东北部地区。国外煤炭资源短缺，但大甲醇装置集中的中东和中南美地区是世界上天然气资源最为丰富的地区，且资源地与沿海地区或甲醇生产装置距离较近。

目前国内煤炭价格较低，按目前内蒙古地区煤炭价格（到厂价）150元/t计算，相当于天然气价格0.31元/m3，接近于中东和中南美洲天然气价格，有较强竞争力。但我国天然气价格较高，即使在天然气产地，气价也在0.7～0.9元/m3，甲醇生产企业难以承受。国外工业用天然气大都签有“照付不议”协议，且有天然气供应商入股合作，天然气价格低廉，一般在0.5～1.0美元/MMBtu（0.15～0.30元/m3），竞争力很强。

总体看来，鉴于资源禀赋特点，我国煤头甲醇具有较强竞争力，资源供应稳定，而天然气路线甲醇竞争力较差。

应引起注意的是：近年来煤炭价格的大幅度上涨对具有一定优势的煤头甲醇影响较大，加之煤头甲醇大都建在西部地区，运输费用较高，上述两项因素削弱了煤头甲醇竞争力。尽管近年来国际市场天然气价格也在上涨，但国外甲醇生产企业依靠长期供应协议将价格影响因素降至最低，涨幅远远小于煤炭。

1．9发展建议

我国是未来世界甲醇市场中心据预测，2010年和2015年我国甲醇需求量将达到1250万t和2000万t，消费量约占世界的30%～40%。成为名副其实的世界甲醇市场中心。我国甲醇市场正处于成长期，投资商面临较好的发展机遇。

我国甲醇市场中心仍将在华东和华南地区 由于华东和华南地区甲醇下游产品市场发达，对甲醇需求量大，预计在今后相当时间内，我国甲醇的市场中心仍将在华东和华南地区。

我国甲醇发展瓶颈是交通运输、水资源和环境容量 由于我国煤头甲醇占有较大比重，加之甲醇产地与消费地相距较远，预计今后甲醇发展的主要瓶颈将是交通运输、水资源和环境容量。

降低成本是提高我国甲醇竞争力有效途径 甲醇产品属低价值化工产品，低成本是该类产品竞争的核心和企业采取的重要竞争战略。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、能源价格、融资成本、折旧费用（降低投资）和物流费用。

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跨国公司在上述诸要素中占有优势，国内甲醇投资商和现有生产企业，要提高竞争力必须重点落实和优化上述要素。

选择合适的发展战略和竞争战略是提高企业竞争力的重要因素 甲醇原料路线选择、技术路线选择、装置规模确定和产品链长短，取决于投资商和企业发展战略的选择，反之企业发展战略和竞争战略决定了甲醇生产与运营模式。

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第三章 甲醇生产物料衡平衡计算

化工计算是化工设计最基本也是最重要的内容，是化工设计的中心环节，其中物料衡算是能量衡算的基础，。主要包括重要物性数据的获取、物料衡算、热量衡算和设备的工艺设计计算与选型。

3.1物料衡算的基本方法

1．搜集计算数据：包括标准状况和工作状况的物性数据。如各组分的密度、粘度、热容、沸点、溶解度，蒸气压及焓等。

2．画物料流程图：方框表示设备、线条和箭头表示流股的途径和方向。并计算出每个流股的已知量几单位、未知量用字母表示。

3．确定物料衡算系统 4．选择计算基准

5．列衡算式求解：必要时列衡算表，将计算结果用衡算表表示。

工艺计算分为有化学反应和无化学反应的工艺过程计算，甲醇合成属于典型的有化学反应的工艺过程计算，而粗甲醇精馏则是无化学反应的工艺过程计算。

3．2甲醇合成工段物料平衡计算

甲醇合成工段原则流程图，如图3-1所示： N 1 N2 合成塔 N3 水冷器 N4 分离器 N5 中间贮槽 N6至精馏 N8 N9 循环压缩机 N7 N10 放 空 气 弛 放 气

图3-1甲醇合成工段原则流程图

甲醇合成系统工艺计算物料平衡基本关系式： 主反应：

CO+2H2→CH3OH +102.5kJ/mol (3.1)

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3.2.1单醇生产初始条件

1. 新鲜气中H2 、N2、CH4、CO、CO2 的组成如表3.1所示

表3.1新鲜气的组成

气体组成 V% H2 68.00 N2 1.29 CH4 1.27 CO 27.00 CO2 2.44 合计 100.00 2. 水冷器中气体的平均组成 如表3.2所示

表3.2水冷器中气体的平均组成

气体组成 V%

H2 67.60

N2 10.70

CH4 10.90

CO 9.00

CO2 1.80

合计 100.00

3. 甲醇分离器后粗甲醇的组成 如表3.3所示

表3.3甲醇分离器后粗甲醇的组成

气体组成 W%

甲醇 93.50

二甲醚 0.50

异丁醇 0.54

水 5.46

合计 100.00

4. 由<<化工设计习题集>>附录4查得：各种气体在液体甲醇中的溶解度数据[3]，如表3.4所示

表3.4 各气体在液体甲醇中的溶解度

气体

Nm3（气体）/吨（粗甲醇）

H2

19.40

N2 4.50

CH4 5.80

CO 4.40

合计 6.20 40.3 CO2

5. 计算中所需各种基础数据

以1吨粗甲醇为计算基准，计算粗甲醇中各组分的含量。以计算甲醇为例，具体计算步骤如下：

每小时粗甲醇的产量：M=甲醇的质量流量：M=甲醇的摩尔流量：N=甲醇的摩尔分数：C=

55000?1000=6944.44 kg/h

330?2455000?1000?0.935=6493.05 kg/h

330?246493.05=202.91kmol/h 32N202.91×100%=90.17% ?100%?N总225.23每吨粗甲醇中甲醇的质量：M=1000×93.50%=935.00 kg/t

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每吨粗甲醇中甲醇的体积V=

935.00?22.4=654.50 Nm3/t

32按上述步骤分别计算粗甲醇中各组分的组成，如表3.5所示

表3.5 粗甲醇中各组分的组成

组成 kg/h W% kmol/h mol% kg/t Nm3/t

甲醇 6493.15 93.50 202.91 90.17 935.00 654.50

二甲醚 34.72 0.50 0.75 0.34 5.00 2.43

异丁醇 37.50 0.54 0.50 0.23 5.40 1.63

水 379.17 5.46 21.07 9.36 54.60 67.95

合计 6944.44 100.00 225.23 100.00 1000.00 726.51

以1吨粗甲醇为计算基准，计算粗甲醇中溶解气体的含量。以计算氢气为例，具体步骤如下：

氢气的摩尔流量：N=

19.40?6944.44=6.01 kmol/h

22.40?1000氢气的摩尔分数： C=

N6.01×100%=48.12% ?100%?N总12.49氢气的质量流量M=6.01×2=12.02 kg/h 氢气的质量分数：x=

12.02×100%=5.93% 202.58按上述步骤分别计算粗甲醇中溶解的各种气体含量，如表3.6所示

表3.6 粗甲醇中溶解的各种气体含量

气体组成 kmol/h mol% kg/h W% H2 6.01 48.12 12.02 5.93 N2 1.40 11.17 39.20 19.35 CH4 1.80 14.41 28.80 14.22 CO 1.36 10.92 38.08 18.80 CO2 1.92 15.39 84.48 41.70 合计 12.49 100.00 202.58 100.00

3.2.2物料平衡的基本关系式

由新鲜气中带入的CO2量等于放空时消耗的CO2量、溶解在液态甲醇中的CO2量及按方程（3.5）参加反应时所消耗的CO2量之和，即有：

CO2平衡：VFkF=Vkkk+Kp+Ku (3.6)

同理：可推得其他元素的平衡方程式：

CH4平衡：VFmF+M=Vkmk+Mp (3.7) H2O平衡：W=A+M+3I+ Ku (3.8) N2平衡: VFnF=Vknk+Np (3.9)

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CO平衡：VFcF+Ku =Vkck+Cp +L+ 2A+M+4I (3.10) H2平衡: VFhF =Vkhk+Hp +2L+ 4A+3M+8I+Ku (3.11)

上述六个方程中有八个未知数，即VF、VK、nK、mK、M、Ku、Ck、hk。 利用惰性气体在循环气体中的含量i来建立两个尚缺的方程式：

nK+mK = i , (3.12) cK+hk+kK =1-i (3.13)

联立解上述方程组： 循环气中氮气的含量nK：

n(1?3i?kk)B?(i?kk)DK?nF?(c F?hF?4mF?4nF)B?(nF?mF?kF)D循环气中甲烷的含量nK：

mK=i-nK 放空气量VK：

VDK?ncF?hF?4mF?4K?nn F?(1?3i?kk)F新鲜气加入量VF：

V?VnKPFKn?NFnF 生成甲烷的量M：

M?VRmR?MP?VFmF 进行变换反应消耗的CO2的量：

KU?W?(A?M?3I) 新鲜其中CO的含量：

C?CKVK?(KU?CP?L?2A?M?4I)FV F在这些方程中，两个辅组量D与B分别等于：

D?C?hF?4P?HP?3L?6A?12I?4MnmFP?npcF F 18

(3.14)

(3.15)

(3.16)

(3.17)

(3.18)

(3.19)

(3.20)

(3.21)

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B?MP?A?3I?NPkF上述各式中的符号意义：

n?mFF?KP?W (3.22)

V — 生成1顿甲醇的气体总体积，NM3/t； N —氮气量，NM3/t； n — 氮气含量，容积%：

Ku — 参加反映的CO2的量，NM3/t； K — CO2含量，容积%； M — 甲烷生成量，NM3/t； m — 甲烷含量，容积%； H — 氢气量，NM3/t； h — 氢气含量，容积%； C — CO的量，NM3/t； c — CO含量，容积%； L — 甲醇量，NM3/t； A — 二甲醚量，NM3/t； I — 异丁醇量，NM3/t； W — 生成水量，NM3/t；

i — 循环其中(N2 + CH4)的容积百分数；

VF—新鲜气的容积，NM/t粗甲醇； Vk—放空气的容积，NM/t； nK—循环气中氮气的含量，容积%； mK—循环气中CH4的含量，容积%； CF—新鲜气中CO的含量，NM/t； hF—新鲜气中氢气的含量，容积%；；

3

33

符号下标表示：

P—产物； K—循环气； F—新鲜气； 由式（3.21）求D ：

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D?CP?HP?3L?6A?12I?4MP?NPcF?hF?4mFn

0.27?0.68?4?0.0127 0.0129F?4.40?19.40?3?654.50?6?2.43?12?1.63?4?5.80?4.50??1695.52NM3/t由式（3.22）求B ：

B?MP?A?3I?NPkFn?mFF?KP?W

?5.80?2.43?3?1.63?4.50???56.95NM3/t0.0244?0.0127?6.20?67.95 0.0129由式：（3.14）求循坏气中氮气含量nK

nK?nF??0.0129??0.089(cF?hF?4mF?4nF)B?(nF?mF?kF)D(1?3i?kk)B?(i?kk)D(1?3?0.216?0.018)?(?56.95)?(0.216?0.018)?1695.52

(0.27?0.68?4?0.0127?4?0.0129)?(?56.95)?(0.0129?0.0127?0.0244)?1695.52由式：（3.15）求循环气中甲烷含量mK mK=i-nK

mK =0.216-0.089=0.13

由式：（3.16）求循环气中放空气量VK

Vk?n?kDcF?hF?4nF?4mF

?(1?3i?kk)nF1695.520.27?0.68?4?0.0127?4?0.01290.089??(1?3?0.216?0.018)0.01293Vk?301.12Nm/tVk?由式 VF?Vk?nk?nFNnp求得新鲜气加入量VF：

F0.0894.50??2426.33Nm3/t0.01290.0129由式 M=Vkmk?Mp?VFmF求得生成甲烷量MVF?301.12? 20

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M=301.12?0.13+5.80-2426.33?0.0127=14.13Nm3/t由式 Ku?W?(A?M?3I)Ku?67.95?（2.43+4.13+3?1.63）=46.5Nm3/t?CVkk

由式 CF?（Ku-Cp-L-2A-M-4I）求得新鲜气中CO含量 CF:VF0.09?301.12?(46.5?4.40?654.5?2?2.44?14.3?4?1.63) 2426.333?0.274Nm/tCFCF?经过验证，在误差允许范围内(<0.5%)，各物料平衡。3.2.3系统中不同点气体组成的确定

在以下计算中均以1吨粗甲醇为计算基准。

设合成塔出口气体混合物中甲醇的百分含量为0 .0265，根据甲醇的百分含量确定合成塔后气体

甲醇蒸汽的容积合成塔出口气体混合物中甲醇的百分含量容积与气体的物质的量：

654.50??24698.11Nm3/t0.0265V3?V324698.11??1102.59kmol 22.422.4式中0.0265?甲醇合成塔出口气体中甲醇含量物质的量n3?根据在分离器中液态粗甲醇与溶解在其中的气体，确定分离器后气体的容积与气体的物质的量：

气体容积V7?V8?V9?V3?V6?V10?24689.11?40.30?726.51?23922.30Nm3V723922.3??1067.96kmol 22.422.4式中40.30?溶解于液态粗甲醇中气体的量，Nm3;726.51?相当于1吨粗甲醇气体量，Nm3;气体的容积物质的量n7?在循环压缩机前进行气体的放空，因而从系统中释放的驰放气量为301.12Nm3/t，来确定循环压缩机前气体的容积和气体的物质的量：

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气体容积: V9?V7?Vk?23922.30?301.12?23621.18Nm3物质的量: n9?23621.18?1054.52kmol22.4

合成塔进出口气体（混合气）的气体容积和气体的物质的量：

气体容积：V2?V1?V9?2426.33?23621.18?26047.51Nm3V26047.51物质的量：n2?2??1162.84kmol22.422.4

水冷器出口气体容积和物质的量：

气体容积：V4?V3?24689.11Nm3物质的量：n4?V324689.11??1102.59kmol 22.422.4甲醇分离器出口气体容积和物质的量：

气体容积：V5?V6?V10?40.30?726.51?766.81Nm3物质的量：n5?V5766.81??34.23kmol22.422.4

计算在反应方程式（3—1）—（3—6）中所消耗的氢气量和一氧化碳量。

VH2?2L?4A?3M?8I?Ku?2?654.50?4?2.43?3?14.30?8?1.63?46.50 ?1421.16Nm3nH2?VCO1421.16?63.44kmol 22.422.4?2A?M?L?4I?Ku?VH2计算系统中不同点气体的组成:

计算新鲜气的组成，以计算CO2为例，具体计算步骤如下： 生产1吨粗甲醇所需新鲜气中CO2的体积为：

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VCO2?Vf?kf?2426.33?0.0244?59.20Nm3/t59.20?2.64kmol/t22.422.4CO2的摩尔流量：nCO2??59.20?6944.44?18.35kmol/h22.4?1000CO2的摩尔分数：N?N18.35C??100%??100%?2.44%N总752.20CO2的质量流量：18.35?44?807.54kg/hCO2的质量分数：X=M807.54?100%??100%?10.17%M总7941.80VCO2

按上述步骤分别计算新鲜气组分的含量，如表3.7所示。

表3.7新鲜气的组成（N1）

气体组成 Nm3/t kg/h W% kmol/h mol%

H2 1649.90 1023.00 12.88 511.50 68.00

N2 31.30 271.70 3.42 9.70 1.29

CH4 30.81 152.85 1.92 9.55 1.27

CO 655.11 5686.71 71.60 203.10 27.00

CO2 59.20 807.54 10.17 18.35 2.44

合计 2426.32 7941.80 100.00 752.20 100.00

计算合成塔的混合气的组成。以计算二氧化碳为例，具体计算步骤如下： 生产1吨粗甲醇所需混合气中二氧化碳的体积为例 VCO2=0.018V9+59.20 =0.018×23621.18+59.20 =484.38Nm3/t nCO2?VCO222.4?484.38=21.62kmol/t 22.4484.38?6944.44=150.17kmol/h

22.4?1000CO2的摩尔流量N=

CO2的摩尔分数：c=

N150.17?100%??100%=1.86% N总8075.24CO2的质量流量M=150.17×44=6607.36 kg/h

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CO2 的质量分数：x=

M6607.36×100%=8.60% ?100%?M总76807.54按上述步骤分别计算混合气中各组分的含量如表3.8所示

表3.8进合成塔混合气的组成（N2）

气体组成 Nm3/t kg/h W% kmol/h mol%

H2 17617.82 10923.74 14.22 5461.87 67.64

N2 2558.77 22211.50 28.92 793.27 9.82

CH4 2605.52 12924.19 16.83 807.76 10.00

CO 2781.02 24140.75 31.43 862.17 10. 68

CO2 484.38 6607.36 8.60 150.17 1.86

合计 26047.51 76807.54 100.00 8075.24 100.00

计算出合成塔进水冷器的气体组成。以计算以计算N2为例，具体计算步骤如下： 进水冷器的N2量= 进合成塔N2量-反应掉的N2量 =2558.77-0=2558.77 Nm3/t

nn2?Vn222.4?2558.77=114.23kmol/t 22.42558.77?6944.44=793.27kmol/h

22.4?1000N2的摩尔流量：N=N2的摩尔分数：c=

N2558.77?100%??100%=10.36% N总24686.81N2的质量流量：M=793.27×28=22211.56kg/h N2 的质量分数：x=

M22211.56×100%=28.92% ?100%?M总76806.17按上述步骤分别计算出合成塔进水冷器的气体组成。如表3.9所示 由表3.8和表3.9列出进出合成塔的物料平衡表，如表3.10所示

表3.9 进水冷器气体的组成（N3）

组成

H2

CH3O

H

2558.77 2619.65 2147.34 437.88 654.50

12994.29 16.92 812.14 10.61

18640.16 24.27 665.72 8.70

5973.06493.16 5 7.78 8.45 135.75 202.91 1.77

2.65

N2

CH4

CO

CO2

(CH3)2

O 2.43 34.72 0.05 0.75 0.001

C4H9OH 1.63 37.50 0.05 0.50 0.001

H2O

合 计

Nm3/t 16196.6

6

kg/h 10042.522211.5

6 6

W% 13.08 28.92 kmol/5021.28 793.27 h

mol% 65.61 10.36

67.95 24686.8

1

379.176806.17 7 0.50 100.00 21.07 7653.11 0.28

100.00

24

内蒙古科技大学毕业设计说明书 表3.10进出合成塔物料平衡表

物料 组成 H2 N2 CH4 CO CO2 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 合计

kg/h 10923.74 22211.56 12924.19 24140.75 6607.36 — — — — 76807.54

进料 W% 14.22 28.92 16.83 31.43 8.60 — — — — 100.00

kmol/h

mol%

kg/h 10042.56 22211.56 12994.29 18640.16 5973.06 6493.15 34.72 37.50 379.17 76806.17

出料

W% kmol/h mol% 13.08 5021.28 65.61 28.92 793.27 10.36 16.92 812.14 10.61 24.27 665.72 8.70 7.78 135.75 1.77 8.45 202.91 2.65 0.05 0.75 0.01 0.05 0.50 0.01 0.50 21.07 0.28 100.00 7653.11 100.00

5461.87 67.64 793.27 9.82 807.76 10.00 862.17 10.68 150.17 1.86 — — — — — — — — 8075.24 100.00

在水冷器内甲醇二甲醚异丁醇和水均被冷却为液体，列出进出水冷器的物料平衡表，如表3.11所示。

表3.11进出水冷器的物料平衡表

物料 组成 H2（g） N2（g） CH4（g） CO（g） CO2（g） CH3OH（g） (CH3)2O（g） C4H9OH（g） H2O（g） 合计 CH3OH（l） (CH3)2O（l） C4H9OH（、l） H2O（l） 合计

kg/h 10042.56 22211.56 12994.29 18640.16 5973.06 6493.15 34.72 37.50 379.17 76806.17 — — — — —

进料 W% kmol/h mol% 13.08 5021.28 65.61 28.92 793.27 10.36 16.92 812.14 10.61 24.27 665.72 8.70 7.78 135.75 1.77 8.45 202.91 2.65 0.05 0.75 0.01 0.05 0.50 0.01 0.50 21.07 0.28 100.00 7653.11 100.00 — — — — — — — — — — — — — — —

kg/h 10042.56 22211.56 12994.29 18640.16 5973.06 — — — — 69861.63 6493.15 34.72 34.72 379.17 6944.54

出料 W% kmol/h mol% 14.41 5021.28 67.60 31.79 793.27 10.70 18.60 812.14 10.90 26.68 665.72 9.00 8.55 135.75 1.80 — — — — — — — — — — — — 100.00 7428.16 100.00 94.00 202.91 90.20 0.46 0.75 0.50 0.58 0.50 0.54 4.96 21.07 5.46 100.00 224.95 100.00

计算粗甲醇中间槽进口处的混合物组成，以计算CH4为例，具体计算步骤如下： 进入粗甲醇中间槽的CH4的量：

25

内蒙古科技大学毕业设计说明书

按上述步骤分别计算粗甲醇中间槽进口处的混合物组成（N5）如表3.12所示。

表3.12 进粗甲醇中间贮槽混合物的组成（N5）

H2 N2 CH4 CO CO2 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 组成 合 计 3

Nm/t 19.40 4.50 5.80 4.40 6.20 654.50 2.43 1.63 87.95 786.81 kg/h 12.02 39.20 28.77 38.08 84.48 6493.15 34.72 37.50 379.17 7147.09 W% 0.17 0.55 0.40 0.53 1.18 90.85 0.49 0.52 5.31 100.00 kmol/h 6.01 1.40 1.80 1.36 1.92 202.91 0.75 0.50 21.07 237.72 mol% 2.52 0.59 0.76 0.57 0.81 85.36 0.32 0.21 8.86 100.00

计算甲醇分离器出口气体的组成，以计算CO2为例，具体计算步骤如下： 甲醇分离器出口气体的体积：

CO2的质量流量：CO2的质量分数：M?138.83?44?5888.49kg/hM5888.49X=?100%??100%?8.45%M总69658.92按上述步骤分别计算甲醇分离器出口气体的组成，如表3.13所示

表3.13 甲醇分离器出口气体组成（N7）

N2

2554.27 22172.47 31.83 791.87 10.68

CH4 2613.85 12965.52 18.61 810.34 10.93

CO 2142.94 18601.90 26.70 664.35 8.96

组成 Nm3/t kg/h W% kmol/h mol%

将表3.12和表3.13综合得出甲醇分离器的物料平衡表，如表3.14所示

CHV

H2 16177.26 10030.54 14.40 5015.27 67.63 CO2 431.68 5888.49 8.45 133.83 1.80

合计 23920.00 69658.92 100.00 7415.66 100.00

26

表3.14 甲醇分离器的物料平衡数据 出 料 醇 后 气 kg/h kg% kmol/h mol% 18601.90 26.70 664.35 8.96 5888.49 8.45 133.83 1.80 10030.54 14.40 5015.27 67.63 22172.47 31.83 791.87 10.68 12965.52 18.61 810.32 10.93— — — — — — — — —

粗 甲 醇 kg/h kg% kmol/h mol% 38.08 0.53 1.36 2.52 84.48 220.197 1.92 0.81 12.02 0.17 6.01 2.52 39.20 0.55 1.40 0.59 28.77 0.40 1.80 0.76 6493.15 90.80 202.91 85.36 37.50 0.52 0.50 0.21 34.72 0.49 0.75 0.32 379.17 5.31 21.07 8.86 物 料 组 成 CO CO2

18640.16 24.27 665.72 8.70 5973.06 7.78 135.75 1.77 H2 10042.56 13.08 5021.28 65.61 N2 22211.56 28.92 793.27 10.36

kg/h kg% kmol/h mol%

进 料

内蒙古科技大学毕业设计说明书

27

CH4 12994.29 16.92 812.14 10.61 CH3OH 6493.15 8.45 202.91 2.65 C4H9OH 37.50 0.05 0.50 0.01 (CH3)2O 34.72 0.05 0.75 0.01 — — — H2O 379.17 0.50 21.07 0.28 — — — — 合计 76806.17 100 7653.11 100 69658.92 100. 7415.66 100 7147.09 100 237.72 100 内蒙古科技大学毕业设计说明书

计算循环气的组成。以计算CO2为例，具体步骤如下：

N131.81C??100%??100%?1.80%N7323.02总VCO2?V9?0.018?23621.18?0.018?425.18Nm3/tCO2的质量流量：VCO2425.18nCO2???18.98kmol/t131.81?44?5799.82kg/h22.422.4CO2的质量分数：CO2的摩尔流量：M5799.82425.18?6944.44X=?100%??100%?8.42%N??131.81kmolM总68865.7622.4?1000 CO的摩尔分数：1吨粗甲醇中溶解的CO2的体积：

2按上述步骤分别计算循环气的组成，如表3.15所示

表3.15循环气的组成

气体组成

Nm3/t kg/h W% kmol/h mol% H2 15967.92 9900.74 14.38 4950.37 67.60 N2 CH4 CO CO2 合计 2527.47 2574.71 2125.91 425.18 23621.19 21939.80 12771.36 18454.04 5799.82 68865.76 31.86 18.55 26.80 8.42 100.00 783.56 798.21 659.07 131.81 7323.02 10.07 10.90 9.00 1.80 100.00 计算甲醇分离器的放空气体的组成。以计算CO2为例，具体计算步骤如下： 1吨甲醇中不溶的CO2体积

VCO2?V7?0.015?V9?431.68?425.18?6.50 Nm3/t nCO2?VCO26.5??0.29kmol/t 22.422.46.5?6944.44?2.02kmol/h

22.4?1000CO2的摩尔流量：N?CO2的摩尔分数：C?N2.02?100%??100%?2.18% N总92.81CO2的质量流量：M?2.02?44?88.67 kg/h CO2的质量分数：X=M88.67?100%??100%?11.14% M总795.77按上述步骤分别计算甲醇分离器放空气的组成，如表3-16所示，弛放气的组成与溶解气的组成相同，如表3.17所示：

表3.16 循环气的组成(N8)

气体组成

Nm-3/t kg/h wt%

H2 209.34 129.80 16.31

N2 26.80 232.64 29.23

CH4 39.68 196.83 24.73

28

CO 17.30 147.83 18.58 CO2 6.50 88.67 11.14

合计 299.35 795.77 100.00

内蒙古科技大学毕业设计说明书

kmol/h mol% 64.90 69.93 8.31 8.95 12.30 13.25 5.28 5.69 2.02 2.18 92.81 100.00 表3.17 弛放气的组成(N10)

气体组成 Nm-3/t kg/h wt% kmol/h mol%

H2 19.40 12.02 5.93 6.01 48.12

N2 4.50 39.20 19.35 1.40 11.17

CH4 5.80 28.80 14.22 1.80 14.41

CO 4.40 38.08 18.80 1.36 10.92

CO2 6.20 84.48 41.70 1.92 15.39

合计 40.30 202.58 100.00 12.49 100.00

计算粗甲醇中间贮槽的混合物组成。以计算甲醇为例，具体计算步骤如下： 1吨粗甲醇中甲醇的体积：

V甲醇?654.50 Nm3/t n甲醇?V甲醇654.50??29.22 kmol/t 22.422.4654.50?6944.44?202.91 kmol/h

22.4?1000甲醇的摩尔流量：N?甲醇的摩尔分数：C?N202.91?100%??100%?90.09% N总225.24甲醇的质量流量：M?202.91?32?6493.05 kg/h 甲醇的质量分数：X=M6493.05?100%??100%?93.50% M总6944.28按上述计算步骤分别计算出粗甲醇中间贮槽的混合物的组成，如3.18所示：

表3.18 粗甲醇中间贮槽的混合物的组成

气体组成

Nm3/t kg/h wt% kmol/h mol%

CH3OH 654.50 6493.05 93.50 202.91 90.09

（CH3）2O

2.43 34.65 0.50 0.75 0.33

C4H9OH 1.63 37.39 0.54 0.51 0.23

H2O 67.95 379.19 5.46 21.07 9.35

合计 726.51 6944.28 100.00 225.24 100.00

将表3.12和表3.18综合得到进、出口粗甲醇中间贮槽的物料平衡表，如表3.19所示：

如表3.19 粗甲醇中间贮槽的物料平衡表

物料 H2

进料 弛放气

进粗甲醇贮槽混合物 kg/h wt% kmol/mol% kg/h wt% kmol/

h h

12.02 0.17 6.01 2.52 12.05.93 6.01

29

去精馏工段的组成

mol% 48.1

kg/h —

wt% —

kmol/h —

mol% —

内蒙古科技大学毕业设计说明书 2

0.59 39.2

0

0.76 28.7

1

0.57 38.0

8

0.81 84.4

8

85.36 — 0.32 0.21

— — — 202.58

2 11.17 14.11 10.92 15.39 — — — — 100.00

N2 CH4 CO CO2 CH3OH (CH3)2

O C4H9OH H2O 合计

39.20 28.71 38.08 84.48 6943.15 34.72 37.50 379.17 7147.09

0.55 0.40 0.53 1.18 90.85 0.49 0.52 5.31 100.00

1.40 1.80 1.36 1.92 202.91 0.75 0.50

19.35 14.22 18.80 41.70 — — — — 100.00

1.40 1.80 1.36 1.92 — — — — 12.49

— — — — 6943.15 34.72 37.50 379.17 6499.28

— — — — 93.50 0.50 0.54 5.46 100.00

— — — — 202.91 0.75 0.50 21.07 225.24

— — — — 90.09 0.33 0.23 9.35 100.00

21.07 8.86 237.7100.02 0

30

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第四章 甲醇生产热量平衡计算

热量衡算的用途：

一 (1) 对已知设备作出评价 (2) 设计新设备 二 热量衡算的基础：物料衡算和热量衡算

4.1 甲醇合成工段热量平衡计算

工艺条件：（1）进合成塔气体温度平均按34℃计算；（2）冷凝气气体出口温度与液体温度相等，都为30℃； （3）冷却上水温度为24℃，冷却回水温度为38℃； （4）系统热损失为5%.

4.1.1甲醇合成塔的热平衡计算 1全塔热平衡方程式

?Q入塔气+

?Qr=

??G出塔?Cm入?Tm入??Q热损失 (4.1)

式中 Q入塔气 —入塔各气体组分热量，kJ/h； Qr — 合成反应和副反映的反应热，kJ/h；

G出塔— 出合成塔各组分包括反应物生成物流量，Nm3/h； Cm入 — 各组分的热容，kJ /（Kmol·℃）； Tm入 — 出塔气体温度，℃； Q热损失 — 合成塔热损失，kJ /h。

∑Q入塔气=∑（G出塔气×Cm入×Tm入）=∑G入塔气×CP入 (4.2)

式中 Q入塔气 — 入塔气体个组分热量，Nm/h。

∑Qr = Qr1 + Qr2+ Qr3 + Qr4 + Qr5 (4.3)

式中 Qr1 、Qr2、Qr3、Qr4 — 分别为甲醇、二甲醚、异丁醇、甲烷的生成热，kJ /h； Qr5 — 二氧化碳逆变换反应的反应热，kJ /h。

Qr = Gr×△H (4.4)

式中 Gr — 各组分的生成量，Nm3 /h；

△H — 生成反应的热量变化，kJ / Nm3或kJ /mol。 2.全塔入热计算

根据《物理化学》附录八公式计算压力为30MPa时，进合成塔气体平均温度为34℃时，合成塔入塔各组分的热容。

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以计算H2为例，具体计算步骤如下：a=26.88 b=4.347×10-3 c=-0.3265×10-6 带入公式：Cp,m?a?bT?cT2

Cp,m?26.88?4.437?10?3?307.15?0.3265?10?6??307.15??28.182

按上述计算步骤分别计算出合成塔入塔各组分的热容，如表4.1所示

表4.1 甲醇合成塔入塔各组分的热容

组 分

热容 kJ /（Kmol·℃）

H2 28.18

N2 29.14

CH4 35.64

CO 28.79

CO2 38.39

利用式（4.2）计算入塔热量。以计算H2为例，具体计算步骤如下 QH2=G入塔气×CP入=5461.87×28.18=153915.50 kJ /（h·℃） 按上述步骤分别计算个组分的入塔热量，如表4.2所示

表4.2 各组分入塔热量

组 分 kJ/kmo℃ kmol/h kJ/h℃

H2 28.18 5461.87 153915.50

N2 29.14 793.27 23115.89

CH4 35.64 807.66 28785.00

CO 28.79 862.17 24821.87

CO2 38.39 150.17 5765.03

合 计 160.14 8075.24 236403.29

计算条件中入塔气温度为34℃，所以入塔的总热量为：

236403.29×34=8037711.86kJ/h

3.塔内反应热计算

在甲醇合成塔内，CO、CO2、H2分别按反应方程式(4.1)、(4.2)、(4.3)、(4.4)、(4.5)进行反应,生成甲醇、二甲醚、异丁醇、甲烷、二氧化碳还原成一氧化碳和水.计算塔内反应热,以计算甲醇为例,具体步骤如下:

Qr = Gr×△H=202.91×102.50×1000=20798275.00 kJ/h

按上述步骤分别计算各组分的塔内反应热,如表4.3所示

表4.3 甲醇合成塔内反应热

组分 kJ/mol kmol/h kJ/h

CH3OH 102.50 202.91

20798275.00

(CH3)2O 200.20 0.75

150150.00

C4H9OH 49.62 0.50 24810.00

CH4 115.60 4.38

506328.00

CO -49.20 14.42 -709464

合计 — 222.96 19457143.0

4.塔出口总热量计算

假设出塔温度为100℃时,查《氮肥工艺设计手册理化数据》甲醇合成塔出口状态下各组分的热容，并根据表3.9中甲醇合成塔出口物料流量，依据公式

C出塔 =G×Cmλ (2.27)

32

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分别算出各组分比热容。以计算CO2为例，具体计算步骤如下：

CO2 =135.75× 67.20=9122.40 kJ /（h·℃）

按上述步骤分别计算甲醇合成塔出塔各组分的比热容，如表4.4所示。

表4.4 甲醇合成塔出塔各组分比热容

组 分 kJ /（h·℃） kmol/h kJ /（h·℃） H2 29.64 5021.28 148830.74 N2 32.53 793.27 25805.07 CH4 51.58 812.14 41890.18 CO 33.16 665.72 22075.28 CO2 67.20 135.75 9122.40 CH3OH 58.95 202.91 11961.54 (CH3)2O 89.68 0.75 67.26 C4H9OH 158.26 0.50 79.13 H2O 1.51 21.07 31.82 合 计 __ 7653.11 259863.42 5.全塔热损失

计算条件中已经给出全塔热损失为5%，因此损失掉的热量为： Q热损失=（Q入塔+Q反应热）×5%

=（8037711.86+19457143.00）×5%

=1374742.74 kJ/h

按全塔热平衡方程式（4.1），求出出塔气体温度T出塔 8037711.86+19457143.00=259863.42×T出塔+1374742.74 故有T出塔=118.07℃

综合以上数据，得出全塔的热平衡表，如表5.5所示。

表5.5 甲醇合成塔全塔热平衡表

热量 入热，kJ/h 出热，kJ/h

气体显热 8037711.86 26118872.34

反应热 19457143.00

—

热损失 合 计

27494854.86 —

1374742.74 27493615.08

4.1.2甲醇水冷器的热量平衡计算

1.热平衡方程式

Q入口气+ Q冷凝=Q出口气 + Q液体+ Q冷却水 (2.28)

式中Q入口气、Q出口气 — 分别为冷凝器进出口气体显热，kJ/h； Q冷凝 — 在出口温度下气体冷凝放热，kJ/h； Q冷却水 — 冷却水带走的热量，kJ/h。

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2.热平衡计算

查《氮肥工艺设计手册理化数据》得粗甲醇的物理常数，如表5.6所示。

表5.6 粗甲醇中各组分的物理常数

组分

汽化热，kJ/ kg

液体热容，kJ /（kg·℃）

CH3OH 1117.93 2.72

(CH3)2O 531.75 2.64

C4H9OH 577.81 2.60

H2O 2260.98 4.19

有相变化的物质在低于沸点时全部冷凝，扩散于气相中的组分忽略不计。 (1).气体冷凝放热

Q冷凝 = G×△Hr (2.29)

式中G — 冷凝液体流量，kg/h； △Hr — 组分的饿汽化热，kJ/h。

依据表2.29中的数据计算出塔各组分及冷凝放热量，以计算甲醇为例，具体计算步骤如下：

Q甲醇 = 6493.15×1117.93=7761955.68 kJ/h

按上述步骤分别计算出塔各组分及冷凝放热量，如表5.7所示。

表5.7 出塔气在冷凝器内冷凝放热量

组 分

冷凝量，kg/h 放热量，kJ/h

CH3OH 6943.15 7761955.68

(CH3)2O 34.72 18445.69

C4H9OH H2O 合 计 37.50 379.17 6944.44 21667.88 857295.79 8659365.04

(2).进冷凝器气体总热量

Q入冷凝器=Q出塔= （GF×CP）×T出塔 (2.30)

式中GF — 进冷凝器各组分摩尔流量，kmol/h； CP — 各气体组分热容，J/mol； T出塔 — 出合成塔气体温度，℃。 Q入冷凝器=Q出塔= 26118872.34 kJ/h (3).冷凝器出口气体显热

Q′出冷凝器=Q出塔= ∑（G′F×CP）×T出口 (2.31)

式中G′F — 冷凝器出口气体组分摩尔流量，kmol/h； CP — 出口气体各组分热容，J/mol； T出口 — 冷凝器出口气体温度，℃。

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依据表3.9各组分组成及表2.20中各组分的热容，计算冷凝器出口气体显热，以计算CO2为例，计算步骤如下：

G′F×CP=135.75×38.25=5192.44kJ /（h·℃）

按上述步骤分别计算冷凝器出口气体显热，如表4.8所示。

表4.8 冷凝器出口气体显热

组 分 热容，J/mol 气量，kmol/h 热量，kJ /（h·℃）

H2 28.18 5021.28 141499.67

N2 CH4 CO CO2 合 计 29.12 35.37 28.76 38.25 — 793.27 812.14 665.72 135.75 7428.16 19146.11 5192.44 23100.02 28725.39 217663.63

冷凝器气体出口温度为30℃，则出口气体热量为： Q′出冷凝器=217663.63×30=6529908.90 kJ /h (4).冷凝器出口液体带走热量

Q〞出冷凝器=Q出塔= ∑（G〞F×CP）×T出口 (4.9)

式中G〞F — 冷凝器出口液体各组分的质量流量，kg /h； CP — 各液体组分的热容，kJ /（kg·℃）。

依据表2.9各组分组成及表2.25中各组分热容，计算冷凝液体中各组分带出的热量。以计算甲醇为例，具体计算步骤如下：

G〞F×CP=6493.15×2.72=17661.37 kJ /（h·℃）

按上述步骤分别计算冷凝液体中各组分带出的热量，如表4.9所示。

表4.9 冷凝器出口液体热量

组 分

液体热容，kJ /（kg·℃）

流量，kg /h 热量，kJ /（h·℃）

CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 合 计 2.72 2.638 2.596 4.187 — 6493.15 34.72 37.50 379.17 6944.44 17661.37 91.66 97.50 1588.72 19439.25

冷凝器出口液体温度为30℃，则液体带出热量为： Q〞出冷凝器=19439.25×30=583177.50 kJ /h 由此，可得冷却水带出热量为：

Q冷却水=26118872.34+8659365.04-（583177.50+6529908.90） =27665150.98 kJ /h

冷凝器热平衡表，如表4.10所示。

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内蒙古科技大学毕业设计说明书 表4.10 冷凝器热量平衡表

热 量 入热，kJ /h 出热，kJ /h

气体显热 冷凝热 液体带热 冷却水带热 合 计 26118872.34 8659365.04 34778237.38 — — 6529908.90 583177.50 27665150.98 34778237.38 —

(5).冷凝器用水量

冷凝器冷却水温度为24℃，冷却回水温度为38℃，冷凝器需冷却水量为： M冷却水=

27665150.98×4.187?= 471.94t/h

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3.3粗甲醇精馏工段物料平衡计算

粗甲醇精馏工段原则流程图，如图3.2所示。

全凝器 冷凝水 预 塔 加 压 塔 常 压 塔 全凝器 精甲醇 粗甲醇 初馏物 异丁基油 5%碱液 残液 图3.2 粗甲醇精馏工段原则流程图

计算所需工艺条件

（1）测得粗甲醇的密度（ρ20）0.81g/ml；PH=6; （2）预塔底甲醇的密度（ρ20）0.87g/ml; PH=8;

（3）初馏物采出量为入预塔粗甲醇的2%，即为138.89kg/h,其中含甲醇 67.50%，含水30.00%，含二甲醚2.50%；

（4）加压塔塔顶甲醇采出量为40%,其中精甲醇中甲醇含量99.5%。含水0.5%； （5）预塔回流比1：1,加压塔回流比1:1.5,常压塔回流比2：1； （7）残液中甲醇含量1%,精甲醇中甲醇含量99.5%。含水0.5%；

3.3.1预塔的物料平衡计算

1进料

（1）根据对合成工段进行得物料平衡计算的结果，粗甲醇总量为6493.05kg/h,进入预塔的组成，如表3.20所示

表3.20预塔入料组成

组 成 kg/h Wt% 甲醇 6493.05 93.50 二甲醚 34.65 0.50 异丁醇 37.39 0.54 水 379.19 5.46 合 计 6944.28 100.00 （2）碱液 加入碱液浓度为5%的NaOH溶液，进料粗甲醇的PH值从6提高到8。0.1N的NaOH溶液=1.34×10-3mol/l.

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0.1N的NaOH溶液换算成百分含量：

40×0.1=0.4% 100PH值从6提高到8，OH-需H+量为：10-6-10-8=0.00099mol/m3,需5%NaOH(以1g/ml计)为：

0.000990.004×=0.00059m3/ m3粗甲醇=0.059l/m3粗甲醇 1.340.05则每小时加入碱量为：

6944.44×0.059=0.51l./h 810消耗NaOH：0.51×5%=0.0255kg/h (3) 初馏物

初馏物采出量为138.89kg/h，其中67.50%为甲醇，30.00%为水，2.50为二甲醚，各物质的质量流量为：

甲醇： 138.89×67.50%=93.75 kg/h 水 ： 138.89×30.00%=41.67

(4) 冷凝水

操作控制预塔底甲醇密度为0.87g/ml，按照甲醇—水的二元组成，得密度为0.87时甲醇水溶液的含醇量为70%，从密度0.81（含醇93.40%）提高到0.87，则粗甲醇中含水：

6944.44?93.40%?93.75×100%=70%

6944.44?93.40?93.75?x?37.39 二甲醚：138.89×2.50%=3.47kg/h

x=2702.20kg/h

实际应加入冷凝水为2720.20-0.51-379.19+41.67=2364.17kg/h 综合得出预塔入料组成,如表4.21所示

表4.21 预塔入料组成表（kg/h）

组 成 粗甲醇 碱液 冷凝水 合计

甲醇 6493.15 — — 6493.15

二甲醚 34.65 — — 34.65

异丁醇 37.39 — — 37.39

水 379.19 — 2364.17 2743.36

碱液 — 0.51 — 0.51

合 计 6944.28 0.51 2364.17 9308.58

2出料

(1)塔顶二甲醚 31.18 kg/h (2)初馏物中含的二甲醚 3.47 kg/h

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(3)初馏物中的水 41.67 kg/h (4)初馏物中的醇 93.75 kg/h (5)塔底甲醇 6399.40 kg/h (6)塔底异丁醇 37.39 kg/h (7)塔底碱液 0.51 kg/h (8)塔底水

粗甲醇含水 379.19 kg/h 预塔加水 2364.17 kg/h -初馏物中含水 41.67 kg/h 合计 2701.69 kg/h 得出预塔出料组成，如表3.32所示

表3.32 预塔出料组成表

组成 塔顶 塔底 侧线采出 合计 甲醇 — 6399.40 93.75 6493.15 二甲醚 31.18 — 3.47 34.65 异丁醇 — 37.39 — 37.39 水 — 2701.69 41.67 2660.02 碱液 — 0.51 — 0.51 合计 31.18 9138.99 138.89 9225.72 由预塔入料组成表3.21和预塔出料组成表3.22综合得出预塔物料平衡表，如表3.23所示

表3.23 预他物料平衡表（kg/h）

物料 粗甲醇 甲醇 6493.15 二甲醚 34.65 异丁醇 37.39

379.19 水

碱液 — 合计 6944.28

进料

碱液 冷凝液 — — — — — — — 2364.17 0.51 — 0.51 2364.17

合计 6493.15 34.65 37.39 2743.36 0.51 9309.06

出料 塔顶 塔底 初馏物采出 合计

93.75 6493.15 — 6399.40

31.18 3.47 34.65 —

37.39 37.39 — —

41.67 2743.36 — 2701.69

0.51 0.51 — —

31.18 9138.99 138.89 9309.06

3.3.2加压塔的物料平衡计算

1．进料

脱除轻馏分的预后甲醇 9138.99kg/h 其中： 甲醇 6399.40 kg/h 水 2701.69 kg/h

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碱液 0.51 kg/h 异丁醇 37.39 kg/h 于是得出加压精馏塔进料组成，如表3.24所示

表3.24 主塔进料组成表

组成 Kg/h Wt%

甲醇 6399.40 70.02

水+碱液 2701.69+0.51 29.56+0.006

异丁醇 37.39 0.41

合计 9138.99 100.00

2．出料

(1) 加压塔塔顶甲醇采出量为40%,其中甲醇99.5%,水0.5%, 各物料的质量流量分别为:

采出量: 9138.99×40%=3655.60 Kg/h 甲醇: 3655.60 ×99.5%=3637.32 Kg/h 水: 3655.60×0.5%=18.28 Kg/h (2) 加压塔塔底物料组成:

甲醇: 6399.40-3655.60=2743.80 Kg/h 水: 2701.69-18.28=2683.41Kg/h 碱液: 0.51 Kg/h 异丁基油: 37.39 Kg/h

综合上述数据的主塔物料平衡表，如表3.25所示

表3.25 预塔全塔物料平衡表（kg/h）

物料 甲醇 水 异丁基油 碱液 合计

进料 主塔进料口 6399.40 2701.69 37.39 0.51 9138.92

塔底 2743.80 2683.41 37.39 0.51 5465.1

出料 测线采出 3655.60 18.28 — — 3673.88

合计 6399.40 2701.69 37.39 0.51 9138.99

3.3.3常压塔的物料平衡计算

1．进料

加压塔塔顶甲醇蒸汽全部冷凝后的一部分作为回流经回流泵返回塔顶,经过加压塔一次精馏后的甲醇物料由塔底送入常压精馏塔进行常压精馏.

由表3.25得常压精馏塔进口物料组成,如表3.2.6所示

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