年产8万吨甲醇装置的AspenPlus模拟及工艺设计.docx

1、年产8万吨甲醇装置的AspenPlus模拟及工艺设计年产8-万吨甲醇装置的Aspen-Plus-模拟及工艺设计 年产8 万吨甲醇装置的Aspen Plus 模拟及工艺设计 毕业设计（论文）内容： 1、工艺流程设计 2、物能衡算 3、设备计算 4、物料流程图 毕业设计（论文）专题部分： 甲醇合成反应器 预精馏塔 指 导 教 师： 教研室主任： 院 长： 签字 签字 签字 年 年 年 月 月 月 日 日 日 i 内容摘要 本文是对年产 8 万吨甲醇装置的 Aspen 模拟及工艺设计。本设计依据锦西天燃气有限责任公司甲醇生产工段的工艺过程，在实际生产理论的基础上，制定合理可行的设计方案。 本文主要阐

2、述了甲醇在国民经济中的地位和作用、工业生产方法、生产原理、工艺流程。采用 Aspen 对主要设备如：混合器、反应器、闪蒸塔、换热器、精馏塔等进行物料衡算，对甲醇反应器，进料-产品第一换热器，冷却器等六个设备进行热量衡算，并对甲醇反应器和换热器进行设备计算。并使用CAD 绘制相应的工艺流程图。最后对此工艺过程的安全及环保问题做了简要说明。 关键词：甲醇；Aspen 模拟；工艺设计；反应器；精馏塔； ii Abstract In this paper, This is an update to 80,000 t/Aspen simulation of methanol plant and proc

3、ess design. This design was based on Jinxi natural gas Corporation Limited section petrochemical ethylene plant of methanol production process, in theory on the basis of actual production, develop reasonable feasible design. This article mainly on the status and role of methanol in the national econ

4、omy, industrial production method, principle, technological process of production. Aspen on major equipment such as: flashing Tower, mixers, reactors, heat exchangers, distillation, such as material balance, on methanol reactor, feed-product of the first heat exchanger, cooler heat six devices such

5、as accountancy, and device evaluation methanol reactor and heat exchangers. And using CAD drawing the flow chart.In the last, make a short illumination for the problem of security and environmentalist. Keywords: Methanol; Aspen simulation; design; reactor;rectify; iii 目录 内容摘要 . i Abstract . ii 目录 .

6、iii 1 文献综述 . 1 1.1 甲醇在国民经济中的地位和作用 . 1 1.2 甲醇在国内外的发展动向 . 1 1.2.1 生产技术 . 1 1.2.2 技术发展动向 . 1 1.3 甲醇的市场需求状况 . 2 2 工艺概述 . 3 2.1 甲醇的性质 . 3 2.1.1 甲醇的物理性质 . 3 2.1.2 甲醇的化学性质 . 3 2.2 生产方法的评述及选择 . 3 2.2.1 高压法 . 3 2.2.2 低压法 . 4 2.2.3 中压法 . 4 2.3 合成甲醇催化剂的种类及性能 . 4 2.3.1 几种国外催化剂种类及性能 . 4 2.3.2 几种国内催化剂的性状 . 5 2.4

7、甲醇的生产原理. 6 2.4.1 合成反应原理 . 6 2.4.2 精馏工艺原理 . 7 2.5 工艺流程描述 . 7 3 物能衡算 . 8 3.1 物性数据 . 8 3.2 设计依据 . 8 3.3 Aspen 模拟循环系统的物料衡算 . 8 3.3.1 进料组分的摩尔百分数 . 8 3.3.2 Aspen 模拟工艺流程图的设备一览表 . 9 表3.3 合成甲醇装置的Aspen 的模拟设备统计表 . 9 3.3.3 Aspen 模拟工艺流程的数据衡算表 . 11 4 设备计算 . 20 4.1 反应器R301 . 20 4.1.1 反应器设计依据 . 20 4.1.2 反应器的计算依据 .

8、20 4.1.3 反应器R301 . 22 4.1.4 反应器的设计Aspen 模拟流程图 . 22 4.1.5 反应器的设计和灵敏度分析 . 23 4.2 换热器的设计 . 28 iv 4.2.1 换热器设计概述 . 28 4.2.2 管壳式换热器的简介 . 29 4.2.3 换热器E302 . 30 4.3 精馏塔塔T401 . 34 4.3.1 精馏塔的设计依据 . 34 4.3.2 精馏塔的设计的Aspen 的模拟流程图 . 35 4.3.3 精馏塔T401 的设计和灵敏度的分析 . 35 4.3.4 精馏塔设计. 39 5 设计结论 . 48 5.1 设计结论 . 48 5.2 安全

9、问题的设计. 48 5.3 三废处理 . 48 5.4 厂址的选择 . 49 致谢 . 51 参考文献 . 52 附录 . 53 沈阳化工大学学士学位论文 1 文献综述 1 1 文献综述 1.1 甲醇在国民经济中的地位和作用 甲醇，又名：木精、木酒精；英文名：Methanol；分子式 CH 3 OH；分子量:32; 是一种无色、易燃、易挥发的有度液体，常温下对金属无腐蚀性（铅、铝除外），略有酒精气味。 甲醇是多种有机产品的基本原料和重要溶剂，是基础的有机化工原料和优质燃料。广泛应用有机合成、燃料、医药、涂料和国防等工业。甲醇可用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、硫酸二甲酯等多种有机产品。甲醇在深加工后

10、可作为一种新型清洁燃料，也加入汽油掺烧。甲醇和氨反应可以制造一甲胺。在国民经济发展中具有重要的地位和作用。 1.2 甲醇在国内外的发展动向 1.2.1 生产技术 1661 年，德国的Robert Boyle 发现焦木酸中含有一种“中性物质”，称其为木精 “Wood Alcohol”。1734 年，Damds 和P eligt 从焦木酸中分离出甲醇，并测定了甲醇的相对分子质量。1857 年，Berthelot 用氯甲烷在碱性溶液中水解首次通过化学方法合成了甲醇。 甲醇的大规模工业化生产是从 20 世纪 20 年代高压法合成甲醇的工业实现开始的。1913 年，德国BASF 公司在其高压合成氨的实验

11、装置上进行了CO 和H2 合成含氧化合物的研究，并于1923 年在德国Leuna 建成了世界上第一座年产3000 t 合成甲醇的生产装置，并成功投产。1927 年，美国Commerical Solvent 公司建成了世界第一座利用CO2 和H2 合成甲醇的工业装置，并投入工业生产。 1.2.2 技术发展动向 高压法合成甲醇工业投资大，生产成本高。为此世界各国都在探求能够降低合成压力的工业生产方法。英国ICI 公司和德国Lurgi 公司分别成功的研制出中低压甲醇合成催化剂，降低了反应压力，促进了甲醇生产的高速发展。1966 年，ICI 公司使用 Cu-Zn-Al 氧化物催化剂，成功实现了操作压力

12、为5 MPa 的CO 和H2 合成甲醇的生产 沈阳化工大学学士学位论文 1 文献综述 2 工艺，该过程称为ICI 低压法。1972 年，ICI 公又成功实现了10 MPa 的中压甲醇合成工艺。1970 年，德国Lirgi 公司采用Cu-Zn-Mn 或Cu-Zn-Mn-V，Cu-Zn-Al-V 氧化物铜基催化剂，成功地建成了年产4000 t 甲醇的低压生产装置，该法称为Lurgi 低压法。与此同时，世界其他化学公司也竞相开发自己的中低压甲醇合成工艺，建立甲醇合成置，但ICI 和Lurgi 中低压法合成工艺是普遍采用的合成技术。 甲醇的制备是一个多相反应过程，还发生生成烃、高碳醇、醚、醛、酯及单质

13、碳等一系列副反应。我国甲醇生产主要是以煤炭为原料，生产的主要方法是合成法。较早的甲醇合成采用高压合成工艺，由于操作压力高、动力消耗大、设备复杂、产品质量差等缺点，现已逐步被淘汰。目前大都采用（中）低压工艺来合成甲醇。 1.3 甲醇的市场需求状况 我国甲醇生产已有40 年的历史，目前已形成390 万t/a 的生产能力，生产企业有 200 多家。2002 年我国甲醇产量达到210.95 万t，表观消费量为390.0 万t,自给率为 54%。但由于单套装置能力较小、经济技术水平落后，使得产品成本高，企业效益差。万吨级以上的厂家只有几十家，十万吨级以上规模的就更少。 随着国内甲醇消费市场走强，生产能力

14、、产量、表观消费量大幅增加，进口量也逐年提高，各企业看好甲醇市场，纷纷准备新建或扩建甲醇项目。其中较大的有海南 60 万t/a、四川（泸天化）40 万t/a、山东30 万t/a、山西（长治）20 万t/a、陕西（韩城）20 万 t/a，内蒙（苏格里）18 万 t/a 等，若这些装置全部按计划投产，届时我国甲醇生产能力将达到 500 万 t/a，由于中小装置及能耗高、效益差的装置不断关闭，预计实际有效产能约为 400 万 t/a。现已有多家以煤或天然气为原料的甲醇项目在筹建之中。 沈阳化工大学学士学位论文 2 工艺概述 3 2 工艺概述 2.1 甲醇的性质 2.1.1 甲醇的物理性质 甲醇，又名

15、：木精、木酒精；英文名：Methanol；分子式CH3OH；分子量:32，相对密度0.792(20/4)，熔点-97.8，沸点64.5，燃烧热725.76KJ/mol，闪点12.22，自燃点463.89，蒸气密度1.11，蒸汽压 13.33KPa(100mmHg 21.2)，蒸气与空气混合物爆炸极限636.5 %（体积比），能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃和许多其他有机溶剂相混溶，但是不与石油醚混溶，遇热、明火或氧化剂易燃烧。挥发途中也会使物体油漆表面遭腐蚀。 2.1.2 甲醇的化学性质 甲醇含有一个甲基与一个羟基，是最简单的饱和脂肪醇，具有脂肪醇的化学性质，即可进行氧化、酯化、羰基化、胺化

16、、脱水等反应。甲醇可以与一系列物质反应，所以甲醇在工业上有着十分广泛的应用。甲醇裂解产生CO 和H2，是制备CO 和H2 的重要化学方法。 甲醇在电解银催化剂上可被空气氧化成甲醛，是重要的工业制备甲醛的方法。甲醇可与多无机酸和有机酸发生脂化反应。甲醇和光气发生羰基化反应生成氯甲酸甲酯。在压力520 MPa，温度370420 下，以活性氧化铝或分子筛作催化剂，甲醇和胺发生反应生成一甲胺、二甲胺和三甲胺的混合物，经精馏分离可得一甲胺、二甲胺和三甲胺产品。甲醇在高温和酸性催化剂如 ZSM-5， -Al2O3 作用下分子间脱水生成二甲醚等。 2.2 生产方法的评述及选择 用天然气制甲醇高压法、中压法、低压法三种方法。 2.2.1 高压法 高压工艺流程一般指的是使用锌铬催化剂,在 300400,30MPa 高温高压下合成甲醇的过程。自从 1923 年第一次用这种方法合成甲醇成功后,差不多有 50 年的时间,世界上合成甲醇生产都沿用这种方法,仅在设计上有某些细节不同,例如甲醇合成 沈阳化工大学学士学位论文 2 工艺概述 4 塔内移热的方法有冷管型连续换热式和冷激型多段换热式两大类,反应气体流动的方式有轴向和径向或者二者兼有的混合型式,有副产蒸汽和不副产蒸汽的流程等.近几年来,我国开发了 25-27MPa 压力下在铜基催化剂上合成甲醇的技术,出口气体中甲醇含量4左右,反应温度230-29