PAGE—PAGE7—二十萬噸甲醇項目甲醇精餾工藝設計摘要：目前甲醇生產受到社會廣泛的關注，未來甲醇的需求量將不斷增加，以甲醇為基礎生產甲酸、乙酸、甲醛、硫酸二甲酯等產品使甲醇應用更為廣泛。為提高甲醇生產效率并提高甲醇產品的質量，本次設計是對200kt/a甲醇生產項目中甲醇雙效三塔精餾工段的初步設計，選擇化學吸收法回收利用廢氣中的二甲醚氣體。通過對甲醇三塔精餾過程的物料衡算和能量衡算得到各個設備物料衡算和能量衡算表，并對加壓塔及其附屬件進行了工藝設計和設備選型。關鍵詞：甲醇生產、三塔精餾、吸收法1.緒論本項目采用甲醇雙塔精餾改進后的雙效三塔精餾工藝技術，其反應器形式為變壓精餾，主要利用總廠生產的粗甲醇為原料，在一定溫度和壓力下分離粗甲醇中的雜質，經過氣液分離和多級精餾最終得到符合要求的精甲醇產品。在節約能源、綠色生產、優產高產精甲醇方面具有積極探索的意義。選擇20萬噸甲醇精餾工藝設計，主要完成的內容：1.計算條件表1-1原料氣組成CH3OHH2OCH3CH2OH輕餾分雜醇油wt%92.46.230.11.20.072.本項目通過雙效三塔精餾技術對粗甲醇進行分離提純，最終得到純度高于99.95%的精甲醇產品。設計整體流程，利用CAD繪制PDF與PID圖紙，根據計算結果和設計結果，繪制物料和能量平衡表以及設備選型結果一覽表。3.根據計算和選型結果并結合實際生產情況和所選設備的國標對車間和設備進行布置，繪制車間平立面布置圖，并對本項目環保指標進行評價。2.工藝的選擇與優化2.1生產工藝的選擇工業甲醇合成受合成反應的壓力、溫度、合成氣的組成及不同類型催化劑等因素的制約，影響產品的組成，如水、二甲醚、正丁醇等含量，所以它是混合物，也稱粗甲醇。在1個標準大氣壓下，粗甲醇中各成分的沸點列表如下：表2-1按沸點順序排列的粗甲醇組分組分沸點/℃組分沸點/℃組分沸點/℃1.二甲醚-23.711.甲醇64.721.異丁醇101.72.乙醛20.212.乙丙烯醛67.522.正丁醇117.73.甲酸甲酯31.813.正己烷6923.異丁醚122.34.二乙醚34.614.乙醇78.424.二異丙基銅123.75.正戊烷36.415.甲乙酮79.625.正辛烷1256.丙醛4816.正戊醇9726.異戊烷1307.丙烯醛52.517.正庚烷9827.4-甲基戊醇1318.醋酸甲酯54.118.水10028.正戊醇1389.丙酮56.519.甲基異丙酮101.729.正壬烷150.710.異丁醛64.520.醋酐10330.正葵烷174由上表可知，由于粗甲醇中大部分組分含量極少，因此沒必要對所有組分進行定量測定，但要對其主要組成范圍有一定的了解，以便采取精制對策，有必要對粗甲醇所有組分進行定量測定，但要對其主要組成范圍有一定的了解，以便采取精制對策。2.2工藝流程說明圖2.1三塔精餾工藝流程圖表2-2設備名稱及代號匯總E0501預塔再沸器E0507常壓塔冷凝器V0504排氣液封槽T0502加壓精餾塔P0505常壓塔回流泵E0502預塔冷凝器E0508雜醇油冷凝器V0505冷凝液槽T0503常壓精餾塔E0503預塔冷卻器E0509常壓塔再沸器V0507精甲醇槽P0501精甲醇泵E0504加壓塔預熱器V0501冷凝液槽V0508雜醇油槽P0502預塔回流泵E0505加壓塔再沸器V0502排氣液封槽V0509殘液槽P0503加壓塔進料泵E0506加壓塔冷凝器V0503冷凝液槽T0501預精餾塔P0504加壓塔回流泵1.粗甲醇(27326.8kg/h、65℃)和濃度為8%NaOH溶液(31.5625kg/h、65℃)經預塔進料泵升壓由進料板進入預精餾塔,在塔頂處，蒸汽經過冷凝器冷凝后進入回流槽。2.剩余的不凝氣、輕組分氣體以及未被冷凝的甲醇蒸汽經不凝氣冷凝器冷凝過后，甲醇被回收利用,不凝氣排至放空總管,輕組分送至雜醇油罐。3.預塔回流槽中的甲醇液體經回流泵升壓送回預精餾塔作為回流。4.預精餾塔塔底液體經加壓塔進料泵升壓送至加壓塔精餾。在該塔塔頂處，蒸汽先進入塔底再沸器,然后進入塔頂冷凝器冷凝。冷凝后進入回流槽，然后經回流泵升壓后分別送往：①塔頂回流②作為產品分離③剩余液體送到預塔回流罐進一步精餾。5.加壓塔回流槽中累積的少量不凝氣通過排氣液封槽控制并排至放空總管。該塔塔底液體先進入加壓塔預熱器給進料供熱，然后送到常壓塔精餾。6.在常壓塔塔頂處，蒸汽經冷凝器冷凝后進入回流槽.然后經回流泵升壓后分別送往：1.塔頂回流,2.作為產品分離,3.剩下的液體送到預塔回流罐進一步精餾。7.常壓精餾塔進料板下方第若干塔板處采出雜醇油，由雜醇油冷卻器冷卻后送往雜醇油罐，塔底液體中甲醇含量檢測合格后將送往殘液槽進行處理。2.3基礎設計數據該項目產品數量及規格如下：表2-3主要產品的數量、規格產品名稱產品規格產品規模（萬噸/年）產品價格(元/噸)精甲醇99.95%202100下表是甲醇主要的理化性質：表2-4甲醇的理化性質熔點沸點相對密度(水=1)相對蒸汽密度（空氣=1）燃燒熱臨界溫度臨界壓力飽和蒸氣壓—97.8℃64.7℃0.791.1723KJ/kmol240℃7.95Mpa12.3kpa表2-5輔助原料的年需求量項目名稱規格單位總需求量來源運輸方式輔助原料軟水﹥99.9%wt噸43984噸/年總廠提供管道輔助原料堿液﹥8%wt噸276.5噸/年總廠提供管道3.物料衡算與能量衡算3.1物料衡算每年按330日連續生產計算。精甲醇的甲醇含量99.95％，則精甲醇天產量為：200000/330=606.1噸/天；小時產量為：606.1/24×1000=25250kg/h。3.1.1預精餾塔物料衡算根據生產負荷及合成的粗甲醇含量計算，在常壓下，粗甲醇（65℃）質量流量為27326.8kg/h，預精餾塔主要任務是除去其中的輕組分，所以預精餾塔的采出是輕餾分，物料衡算應取輕組分的量進行計算。生產負荷20萬噸/年，進入預精餾塔精餾的甲醇質量分率為92.4％。通過各組分質量分數計算各組分的量：Mt＝M總×Wt％甲醇（CH3OH）的量：27326.8×92.4％=25250kg/h，以此計算其他組分的量，列入3-1表：表3-1進料組分量組分CH3OHH2OC2H5OH輕餾分雜醇油質量分數ωt％92.46.230.11.20.07組分量（kg/h）252501702.527.33327.919.131)進料A粗甲醇粗甲醇總量為：25250/92.4％=27326.8kg/hB堿液：為了調節粗甲醇的PH值，可加入8%的NaOH稀釋液使塔底液體PH值保持在8左右，用量與精甲醇量的比例為0.1kg/t.氫氧化鈉消耗量：0.1×25250/1000=2.525kg/h根據工藝選用8％氫氧化鈉溶液，則氫氧化鈉溶液用量：2.525/0.08=31.5625kg/hC軟水：軟水的加入量與精甲醇量的比例為1:5。軟水量總需求量：25250×0.2-31.5625×（1-0.08）=5021kg/h以上計算結果列3-2表：表3-2進料組分量物料量kg/hCH3OHH2ONaOH輕餾分雜醇油合計粗甲醇252501702.5327.919.1327299.53堿液292.52531.525軟水50215021合計252506752.52.525327.919.1332352.12）出料A塔底：甲醇25250kg/hB塔底：水甲醇含水1702.5kg/h堿液含水29kg/h軟水：5021kg/hC塔底雜醇油：19.1kg/hD塔頂輕餾分：327.9kg/h以上結果列3-3表：表3-3出料組分量物料量kg/hCH3OHH2ONaOH輕餾分雜醇油合計塔頂327.9327.9塔底252506752.52.52519.132024.125合計252506752.52.525327.919.132352.0253.1.2加壓精餾塔與常壓精餾塔的物料衡算已知條件：取甲醇總量的40%作為加壓塔采出量來計算，常壓塔塔釜液含有甲醇1％。進料加壓塔：預精餾塔后粗甲醇32024.4125kg/h常壓塔：32024.125-25250×4/10×1/0.9995=21919.07kg/h出料加壓塔：塔頂25250×4/10×1/0.9995=10105.05kg/h塔釜21919.07kg/h常壓塔：塔頂21919.07-151.45-6752.5-2.525-19.1=14993.5kg/h塔釜中：甲醇151.45kg/h水6752.5kg/hNaOH2.525kg/h雜油醇19.1kg/h以上計算結果列3-4表：表3-4甲醇精餾塔物料平衡成分加壓塔進料加壓塔塔頂出料加壓塔塔釜出料常壓塔塔頂出料常壓塔塔釜出料甲醇2525010105.0515144.9514993.5151.45NaOH2.5252.5252.525水6752.56752.56752.5雜油醇19.1319.1319.13合計32024.15510105.0521919.114993.56925.63.2熱量衡算預精餾塔的熱量衡算：1）進料帶入熱量輕餾分取二甲醚為關鍵組分，雜油醇取異丁醇為關鍵組分，設計的操作條件為：T塔頂=64℃，T回流=64℃，T塔底=82℃，T進料=65℃取回流量與進料量之比為1：4，預精餾塔熱量出入列3-5：表3-5預精餾塔熱量出入一覽表進熱項目進料成分二甲醚甲醇水+堿液異丁醇流量Kg/h327.9252506755.0619.13溫度℃65656565比熱Kj/Kg℃2.812.814.1872.95出熱項目出料成分二甲醚甲醇水+堿液異丁醇流量Kg/h327.9252506755.0619.13溫度℃64828282液體比熱KJ/Kg℃2.812.814.1872.95熱量變化KJ/h－921.41206192.5480818.59959.37熱量計算公式：Q某=Wh某ⅹ×C某×△TQ甲醇=25250ⅹ2.81ⅹ（82-65）=1206192.5KJ/h預精餾塔各組分熱量變化為如上表所示，由表中數據可知:總熱負荷為：Q=1687049.06KJ/h3.2.1加壓精餾塔的熱量衡算設計的操作條件為：T塔頂=115℃，T回流=115℃，T塔底=141℃，T進料=100℃，R回流=1.55，T甲醇產品=40℃。常壓精餾塔熱量出入列3-6表：表3-6加壓塔熱量出入一覽表進熱項目進料成分甲醇水+堿液異丁醇流量Kg/h252506755.0619.13溫度℃100100100比熱Kj/Kg℃3.1654.1873.4出熱項目出料成分精甲醇甲醇水+堿液異丁醇流量Kg/h10100151506755.0619.13溫度℃115141141141液體比熱KJ/Kg℃3.1653.664.1873.99熱量變化KJ/h479497.52119674.381159621.312898.1熱量計算公式：Q某=Wh某ⅹ×C某×△TQ甲醇=10100ⅹ3.165ⅹ（115-100）+15150ⅹ3.4125ⅹ（141-100）=2599171.88KJ/h加壓精餾塔各組分熱量變化為如上表所示，部分組分溫度變化較大，比熱容取平均值，由表中數據可知:總熱負荷為：Q=3761691.29KJ/h3.2.2常壓塔的熱量衡算設計的操作條件為：T塔頂=65℃，T進料溫度=70℃，T回流=40℃，T塔底=105℃，T進料=70℃，R回流比=2，T冷卻水進口=25℃，T冷卻水出口=35℃。物料進常壓塔熱量列3-7表：表3-7常壓塔熱量出入一覽表進熱項目進料成分甲醇水+堿液異丁醇流量Kg/h151506755.0619.13溫度℃707070比熱Kj/Kg℃2.854.1873.01出熱項目出料成分精甲醇甲醇水+堿液異丁醇流量Kg/h14998.5151.56755.0619.13溫度℃65105105105比熱KJ/Kg℃2.853.1874.1873.45熱量變化KJ/h－213728.6316005.6989920.272162.65熱量計算公式：Q某=Wh某ⅹ×C某×△TQ甲醇=14998.5ⅹ2.85ⅹ（65-70）+151.5ⅹ3.0185ⅹ（105-70）=-197723.03KJ/h加壓精餾塔各組分熱量變化為如上表所示，部分組分溫度變化較大，比熱容取平均值，由表中數據可知:總熱負荷為：Q=794359.89KJ/h3.2.3精餾系統熱量結果匯總表3-8精餾系統熱量變化匯總表項目預精餾塔加壓塔常壓塔二甲醚－921.4甲醇1206192.52599171.88－197723.03水+堿液480818.591159621.31989920.27異丁醇959.3728982162.65總熱量1687049.063761691.19794359.894.設備選型與工藝計算結果匯總5.1冷凝器的選擇匯總平均摩爾質量M;kg/Kmol蒸汽流量V:Kmol/h傳熱面積M:m2型號類型型號加壓塔31.9972765.6200.13浮頭式熱交換器AES800-1.0-245-6/19-4Ⅱ常壓塔31.99721404.35471浮頭式熱交換器AES1200-1.6-470-6/19-6Ⅱ預精餾塔31.9972213.22139.52浮頭式熱交換器AES800-4-145-6/25-6Ⅱ5.2塔釜再沸器的選擇匯總平均摩爾質量M;kg/Kmol蒸汽流量V:Kmol/傳熱面積M:m2型號類型型號加壓塔25.84765.699.21浮頭式列管換熱器AES600-1.0-130-6/19-4常壓塔18.31383.767.17浮頭式列管換熱器AES600-1.0-70-4.5/25-2預精餾塔28.3241068.8124.2浮頭式列管換熱器AES700-1.0-125-6/25-25.3泵的選擇匯總加壓塔進料泵加壓塔回流泵常壓塔進料泵常壓塔回流泵預精餾塔進料泵預精餾塔回流泵進料/回流量kg/h32005.061565521905.062999727299.56831.7進料液/回流液體積流量m3/h44.243226.5538.4135.378.98型號類型離心泵離心泵離心泵離心泵離心泵離心泵型號IH80-50-200IH65-50-160IH80-65-160IH80-50-200IH80-50-200IH50-32-1255.4預精餾塔工藝設計數據匯總塔頂進料板塔釜精餾段提餾段操作壓力Kpa5058805469氣相平均摩爾質量kg/kmol31.99731.25428.3331.625529.79液相平均摩爾質量kg/kmol31.9330.23528.3231.082329.28氣相平均密度kg/m30.5980.72液相平均密度kg/m3749.035771.772798.037760.4784.9液相平均表面張力mN/m16.19522.2628.8419.22725.55液相平均黏度mpa·s0.31050.32120.33310.31590.3272塔徑mm30003000實際空塔氣速m/s2.251.76塔截面積m27.0657.065加壓塔有效高度m總高度10.9m0.8m人孔三個7.515.5加壓塔工藝設計數據匯總塔頂進料板塔釜精餾段提餾段操作壓力Kpa880980944930962氣相平均摩爾質量kg/kmol31.99723025.823127.91液相平均摩爾質量kg/kmol31.9327.3825.8429.6626.61氣相平均密度kg/m38.618.26液相平均密度kg/m3653.27723.47750.36688.37737液相平均表面張力mN/m8.441622.342715.3924.67液相平均黏度mpa·s0.16140.17150.1750.16450.1733塔徑mm13001300實際空塔氣速m/s0.530.51塔截面積m21.3271.327加壓塔有效高度m總高度12.4m0.8m人孔三個8.51.55.6常壓塔工藝設計數據匯總塔頂進料板塔釜精餾段提餾段操作壓力Kpa103105109104107氣相平均摩爾質量kg/kmol31.997229.27614.7730.63722.023液相平均摩爾質量kg/kmol31.9325.818.30728.86522.0533氣相平均密度kg/m31.0850.8026液相平均密度kg/m3737.03824.97965.06781895.015液相平均表面張力mN/m15.04936.12561.64625.58748.88液相平均黏度mpa·s0.2770.30970.35450.29340.3321塔徑mm30003000實際空塔氣速m/s1.271.235塔截面積m27.0657.065加壓塔有效高度m總高度10.9m0.8m人孔三個5.535.7管徑計算結果及管件選取匯總管件名稱進料管塔頂蒸汽出料管塔釜出料管回流接管再沸器進口管加壓塔管內物料流速,m/s1.7151.51.515計算管徑,mm94.818.483.969245.5公稱直徑,mm1002510065250管件規格Φ108×4Φ35×2.5Φ108×4Φ76×3.5Φ273×7常壓塔管件名稱進料管塔頂蒸汽出料管塔釜出料管回流接管再沸器進口管管內物料流速,m/s1.3121.151..1512計算管徑,mm8524.3847.0687.87976.37公稱直徑,mm10020501001000管件規格Φ108×4Φ25×2.5Φ57×3Φ108×4Φ1020×10預精餾塔管件名稱進料管塔頂蒸汽出料管塔釜出料管回流接管再沸器進口管管內物料流速,m/s1.412.51.251.2512.5計算管徑,mm94.423.8966.2284.221125.5公稱直徑,mm1002065801200管件規格Φ108×4Φ25×2.5Φ76×3.5Φ89×3.5Φ1220×105.結論本設計主要應用雙效三塔精餾工藝對粗甲醇進行分離提純，